• Radiation Oncology Journal
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• 제26권3호
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• pp.181-188
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• 2008

목 적: 호흡을 고려한 사차원방사선치료의 효용성 증대를 위하여, 규칙적이고 안정된 호흡주기 및 호흡량을 갖도록 환자를 교육하고 호흡을 연습시키는 호흡연습장치 및 프로그램을 자체 제작하여 유용성을 평가하였다. 대상 및 방법: 호흡연습장치를 사용시 및 사용후의 호흡의 규칙도의 변화를 측정하기 위해 11명(자원자 9명, 환자 2명)을 대상으로 실험을 실시하였다. 자유롭게 호흡하는 '자유호흡(free-breathing)'법, 자유호흡 시 시뮬레이션 된 표준 호흡주기를 따라함으로써 일정한 호흡주기를 만드는 '신호모니터-호흡(guided-breathing)'법 및 호흡연습 후 시뮬레이션 신호 없이 호흡하는 '연습 후 호흡(postguided-breathing)'법 등 3가지 방법으로 호흡주기를 기록하여 호흡주기(PTP (Peak To Peak))와 호흡크기(Amplitude) 및 호흡패턴(Area, RMS (Root Mean Square))의 변화를 정량적으로 분석하였다. 결 과: 호흡주기를 보여주는 PTP 값은 '신호모니터-호흡'에서 표준편차 값(standard deviation)이 의미 있게 감소하여 호흡주기가 더 규칙적이었고(자유호흡 0.568 vs 신호모니터-호흡 0.344, p=0.0013), '연습 후 호흡'법에서는 '자유호흡' 시보다 표준변동치가 낮아 호흡주기가 보다 안정적이었으나 통계적으로 유의한 차이는 없었다(자유호흡 0.568 vs 연습 후 호흡 0.512, p=ns). 호흡량 측정 결과는 '자유호흡'보다 '신호모니터-호흡'의 경우 호흡량의 표준편차 값이 낮아 호흡량이 보다 일정하게 유지되었으나 통계적으로 유의한 차이는 없었다(자유호흡 1.317 vs 신호모니터-호흡 1.068, p=0.187). 호흡 패턴은 '자유호흡'과 '모니터 호흡' 사이에는 큰 차이가 발생하지 않았지만, '연습 후 호흡'에서는 호흡주기 내 호흡함수의 평균 면적이 7% 감소하였고 RMS 값은 5.9% 감소를 보였다. 결 론: '신호모니터-호흡'에서 호흡주기 및 호흡량이 가장 일정하게 유지되었다. 호흡연습의 효과는 시뮬레이션 신호 없이 호흡하는 '연습 후 호흡'의 경우 시간 경과에 따라 감소할 것으로 판단되었다. 본 연구에서 제작한 호흡연습장치 및 프로그램은 호흡의 주기의 규칙성과 호흡량을 일정하게 유지시키는데 효과적으로 평가되었다.

• 한국의학물리학회지:의학물리
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• 제23권1호
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• pp.1-7
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• 2012

본 연구에서는 환자 고유의 호흡 패턴을 적용하여 호흡의 규칙성을 향상 시킬 수 있는 호흡 연습장치(respiratory training system)를 개발하여, 호흡에 의한 움직임이 고려된 4D-RT (4-dimension radiation therapy) 또는 4D-CT (4-dimension computed tomography) 수행 시 효율성과 정확성을 높이고자 했다. 개발한 호흡연습장치는 푸리에 급수(Fourier series)를 기반으로 환자 고유의 호흡패턴을 만들어 환자에게 편안한 호흡 유도를 제공한다. 호흡연습장치를 사용했을 때 호흡의 규칙성 향상 정도를 알아보기 위하여 5명의 지원자를 대상으로 실험을 진행하였다. 10개의 자유호흡신호를 획득하여 실험 대상자의 고유한 호흡패턴(guiding waveform)을 만들고, 자유호흡(free breathing)을 3분 동안 시행한 후, 고유한 호흡패턴을 이용하여 호흡을 유도하는 신호모니터-호흡(guide breathing)을 3분 동안 시행하여 데이터를 획득하였다. 획득된 자유호흡과 신호모니터-호흡의 데이터를 이용하여 호흡크기(displacement)와 호흡주기(period)의 변동성을 Root mean square error (RMSE)를 적용하여 정량적으로 비교 분석하였다. 호흡의 변동성을 분석한 결과 신호모니터-호흡은 자유호흡과 비교하여 호흡크기의 경우 최대 40%, 호흡주기의 경우 최대 76%까지 RMSE 값이 감소하였으며, 모든 지원자들의 데이터를 분석한 결과 평균적으로 호흡주기의 경우 RMSE 값이 55% 감소되었고, 호흡크기의 경우 33% 감소하였다. 본 연구에서 개발한 호흡연습장치는 실험대상자의 고유한 호흡패턴을 이용하여 규칙적인 호흡을 유도했기 때문에 피실험자는 큰 노력 없이도 신호모니터-호흡을 따라 할 수 있었다. 따라서 규칙적인 호흡을 오랜 시간 지속시킬 수 있다는 측면에서 장점을 가질 수 있으며, 4D RT, 4D CT를 시행 할 경우 규칙적인 호흡을 통해 효율성과 정확성을 향상 시킬 수 있다.

• 대한방사선치료학회지
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• 제24권2호
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• pp.167-174
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• 2012

목 적: 호흡동조방사선치료(Respiratory Gating Radiation Therapy, RGRT)에서 호흡의 안정성은 매우 중요한 인자이다. 이러한 호흡의 안정을 위해 본인의 호흡주기를 직접 확인할 수 있도록 시청각시스템을 이용한 호흡유도시스템을 개발하였고 이의 유용성을 평가하고자 하였다. 대상 및 방법: 2011년 6월부터 2012년 4월까지 본원에서 호흡동조방사선치료를 받은 7명의 환자를 대상으로 시청각시스템을 이용하지 않는 자유호흡을 먼저 측정하고 자체개발한 호흡유도시스템을 이용한 호흡을 측정하였다. 시청각시스템을 이용한 호흡연습 후에는 치료실내에서의 자가호흡과 시청각시스템을 이용한 호흡을 각각 측정하였다. 측정된 데이터는 호흡주기, 호흡함수의 면적을 구하여 표준편차를 구하였으며, 이를 분석하여 치료전후의 호흡변화를 알아 보았다. 결 과: 자유호흡과 오디오 유도시스템, 시청각 유도시스템의 표준편차는 PTP (peak to peak)가 각각 0.343, 0.148, 0.078이다. 호흡주기는 각각 0.645, 0.345, 0.171이며, 호흡함수의 면적은 각각 2.591, 1.008, 0.877로 나타났다. 전체 환자의 CT실과 치료실에서의 차이를 평균한 값은 PTP가 0.425, 호흡주기가 1.566, 호흡면적이 3.671로 측정되었다. 호흡유도시스템 적용전후의 표준편자는 PTP가 0.265, 호흡주기가 0.474, 호흡면적이 1.714의 차이를 나타내었다. 자유호흡과 시청각유도시스템 적용전후의 값을 T-검정한 결과에서는 PTP, 주기, 호흡함수면적에서 각각 P-value 0.035, 0.009, 0.010의 값을 나타냈다. 결 론: 호흡동조방사선치료에서 호흡조절은 치료의 성패를 좌우할 만큼 중요한 인자이다. 자유호흡이나 청각에 의존한 호흡주기 획득에 비해 시청각 호흡유도 시스템을 이용한 경우에 보다 안정적인 호흡을 얻을 수 있었다. 특히, 치료실에서도 같은 시스템을 이용하여 호흡을 조절함으로써 호흡주기의 재현성이 뛰어났다. 이러한 시스템은 호흡불안정에 의한 치료시간의 지연을 줄이고 좀 더 정확하고 정밀한 치료가 가능하게 되었다.

• Investigative Magnetic Resonance Imaging
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• 제15권1호
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• pp.22-31
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• 2011

목적: 이 연구의 목적은 간 병변 발견에 있어 1.5-T 자기공명영상에서 자유 호흡 확산강조 영상과 호흡 유발 확산강조 영상의 유용성을 비교하는데 있다. 대상 및 방법: 47명의 환자(평균 57.9세, 남성:여성 = 25:22)가 한번의 간 자기공명 영상검사에서 자유호흡 확산 강조 영상과 호흡유발 확산 강조 영상을 동시에 시행하였다. 이를 두 명의 영상의학과 의사가 호흡유발 이미지 세트(B50, B400, B800 확산강조 영상과 ADC map)와 자유호흡 이미지 세트를 2주간의 시간 간격을 두고 무작위로 후향적 분석을 시행하였다. 영상분석을 위하여 특정영역(ROI)를 설정한 후에 간의 신호대 잡음비 (signal-to-noise ratio, SNR)와 대조도(contrast-to-noise ratio, CNR)를 계산하였다. 결과: 32개의 낭종, 13개의 혈관종, 7개의 간세포암, 6국소 호산구성 간질환, 2개의 전이, 1개의 초점성 결절성 과증식과 글리슨막의 가성지방종을 포함하는 총 62개의 병변이 두 명의 평가자에 의하여 분석되었다. 비록 통계적 유의성을 없었으나, 전체적인 병변 발견의 sensitivity는 호흡유발 확산강조 영상이 [평가자 1:평가자 2, 47/62(75.81%):45/62(72.58%)] 자유호흡 확산강조 영상보다 [44/62(70.97%):41/62(66.13%)] 더 높은 수치를 보였다. 특히 1 cm보다 작은 국소 간 병변 발견의 sensitivity는 호흡유발 확산강조 영상이 [24/30(80%): 21/30(70%)] 지유호흡 확산강조 영상보다 [17/30(56.7%):15/30(50%)] 더 우월하였다. 진단적 정확도활 계산하기 위하여 ROC curve (Az value)를 구하였으며 자유호흡 확산강조 영상과 호흡유발 확산강조 영상간에는 통계적 차이는 없었다. 간의 신호대 잡음비 (SNR)와 대조도 (CNR)는 호흡유발 확산강조 영상이 ($87.6{\pm}41.4$, $41.2{\pm}62.5$) 자유호흡확산강조 영상보다 ($38.8:{\pm}13.6$, $24.8{\pm}36.8$) 높았으며 통계적인 유의성이 있었다. (p value < 0.001). 결론: 1.5-T자기공명 시스템서 1 cm보다 작은 간 병변발견에 있어서 호흡유발 확산강조 영상이 자유호흡 확산강조 영상보다 좋으며 이는 호흡유발 확산강조 영상이 높은 신호대 잡음비 (SNR)와 대조도(CNR)를 보이기 때문이다.

• 한국의학물리학회지:의학물리
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• 제25권2호
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• pp.72-78
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• 2014

연구의 목적은 의사호흡정지(QBH) 바이오 피드백이 의료영상획득 시간의 큰변화 없이 잔류 호흡 운동을 조절함으로써 호흡 운동에 의한 영상 오류를 줄이고, 게이트 3차 흉부 자기 공명 영상을 향상시킬 수 있다는 가설을 실험하는 것이다. 가설을 확인하기 위해 건강한 다섯 사람을 대상으로 3T 지멘스 엠알아이의 호흡 탐색기가 포함된 T2 가중 스페이스 엠알 펄스 시퀀스를 이용해 두번의 게이트 자기공명 영상 연구를 시행 하였다: 자유 호흡 상태와 의사호흡정지 바이오 피드백 호흡상태, 의사호흡정지 바이오 피드백 시스템은 알피엠(RPM) 시스템(실시간 위치 관리시스템, 베리안)을 사용하여, 복부의 외부 위치를 측정하고, 음향과 시각적으로 각각의 호흡주기의 90% 위치에서 2초 숨을 정지하도록 안내하는 방법을 사용했다. 평가방법은 의사호흡정지 바이오 피드백 시스템을 이용시 간 상부의 호흡정지모습의 재현성이 게이팅 영역 내에서 향상되는지를 지원자의 실험을 통해 평가하였다. 자유호흡상태와 의사호흡정지 바이오 피드백상태에서 3차 흉부자기공명영상내에 호흡 운동에 의한 영상 오류와 게이팅영역 내에서의 잔류 호흡 운동 조절여부도 함께 평가했다. 또한, 복부 변위의 RMSE도 (제곱근오차) 조사되었다. 의사호흡정지 바이오 피드백방법을 사용함으로 자유호흡의 경우보다 게이트 3차 흉부 엠알 영상에서 폐와 간에서 호흡운동에 의한 영상오류의 감소 결과를 획득했다(영상획득시간: ~6분). 이는 의사호흡정지 바이오 피드백사용시, 게이팅 영역에서 복부 운동 감소와 횡경막의 잔류 움직임 감소가 일치함을 의미한다. 따라서, 알피엠을 통해 얻은 복부 변위의 전체 자료에서평균 RMSE는 (제곱근오차) 자유 호흡의 2.0 mm에 비해 7 mm (67% 감소, p값=0.02)로 감소하였으며, 게이팅영역만을 고려했을때는 자유 호흡의 1.7 mm가 의사호흡정지 바이오 피드백 호흡을 사용함으로써 0.7 mm (58 % 감소, p값=0.14) 로 개선되었다. 선형 피팅을 사용하여 얻은 평균 기준 이동값은 의사호흡정지 바이오 피드백 을 사용하면 자유 호흡 5.5 mm/분보다 0.6 mm/분(89% 감소, p값=0.017)으로 감소되었다. 이 연구는 의사호흡정지 바이오 피드백을 이용해 게이트 3차 흉부 자기 공명 영상 중에 간 상부의 호흡정지 재현성이 향상되는 것을 보여 주었다. 이 시스템은 내부 해부학의 운동을 조절함으로써 게이트 의료 영상과 방사선 치료에 임상적으로 적용 할 수 있다.

• 대한방사선치료학회지
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• 제24권2호
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• pp.123-135
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• 2012

목 적: 비소세포성 폐암 환자의 호흡 조절 방사선 치료 시 호흡에 의한 종양의 움직임을 최소화하는 것이 필수적이다. 이에 본 연구에서는 자유호흡 주기와 제한호흡 주기를 각각 적용한 치료 계획을 비교, 분석하여 제한 호흡 주기의 유용성을 평가하고자 한다. 대상 및 방법: 2011년 4월부터 12월까지 비소세포성 폐암 환자 9명(tumor n=10)을 대상으로 환자에게 평소의 호흡주기를 바탕으로 측정한 '자유호흡 주기'와 의도적으로 줄인 '제한호흡 주기'를 '신호모니터-호흡(guided-breathing)'법을 사용하여 각각 훈련을 실시한 후 RPM과 4차원 전산화 단층촬영 모의치료기를 이용해 치료계획용 4D CT를 실시하여 총 10개의 호흡 위상(respiration phase)별 CT 영상을 획득하였다. 각 호흡 주기의 CT 영상에 관측자 두 명이 각각 설정한 육안적 종양체적(Gross Tumor Volume, GTV)과 내부표적체적(Internal Target Volume, ITV)부피를 측정, 비교하였고 들숨(end-inspiration, EI)인 0%와 날숨(end-exhalation, EE)인 50% 위상에서의 center of mass (COM)를 측정하여 종양 움직임의 진폭을 측정했다. 또한 관측자 두명이 각각 두 호흡 주기를 적용한 치료계획을 수립하였고 정상 폐 평균선량(mean dose to normal lung, MDTNL)과 정상 폐 용적의 정상조직합병증확률(normal tissue complication probability, NTCP)을 비교, 분석하였으며 측정된 자료의 정량적 평가를 위해 통계 분석을 실시했다. 결 과: 관측자 두 명의 '제한호흡 주기'를 적용한 치료 계획을 분석한 결과 '자유호흡 주기'에 비해 종양의 3D 방향 움직임이 관측자 1의 경우 38.75%, 관측자 2의 경우 41.10%의 감소율을 보였고 GTV와 ITV의 부피를 측정, 비교한 결과 GTV의 부피는 관측자 1의 경우 $14.96{\pm}9.44%$, 관측자 2의 경우 $19.86{\pm}10.62%$, ITV의 부피는 관측자 1의 경우 $8.91{\pm}5.91%$, 관측자 2의 경우 $15.52{\pm}9.01%$의 감소율을 보였으며 MDTNL과 NTCP를 분석, 비교한 결과 MDTNL은 관측자 1의 경우 $3.98{\pm}5.62%$, 관측자 2의 경우 $7.62{\pm}10.29%$의 감소율을, NTCP의 경우 관측자 1의 결과 $21.70{\pm}28.27%$, 관측자 2의 결과 $37.83{\pm}49.93%$의 감소율을 나타냈다. 또한 두 관측자의 결과 값의 상관관계를 분석한 결과 '자유호흡 주기'에서는 관측자간의 유의한 차이를 보이는 데 비해 '제한호흡 주기'에서는 관측자간의 차이가 없는 감소율을 보였다. 결 론: '자유호흡 주기'에 비해 '제한호흡 주기'를 적용한 치료 계획에서 평가인자들의 상대적인 감소를 나타내어 비소세포성 폐암 환자의 호흡 조절 방사선 치료 시 '제한호흡 주기'의 유용성 및 타당성을 확인할 수 있었다.

• 한국의학물리학회지:의학물리
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• 제25권4호
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• pp.264-270
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• 2014

본 연구에서는 영상유도 로봇 정위방사선치료장비(Stereotactic Radiation Therapy, SRT) 사이버나이프의 Synchrony 호흡추적장치의 사용에 있어 중요한 요소 중에 하나인 호흡의 안정성을 향상 시키고자 휴대형 호흡연습장치(portable respiratory training device)를 개발하였다. 그래프와 막대 형식의 2가지 디스플레이 중 사용자가 원하는 방식을 선택할 수 있도록 인터페이스를 제작하고, 자신의 호흡주기에 대한 리듬감을 향상 시켜 다음 호흡을 예측할 수 있도록 도와주는 청각시스템을 지원하여 편안한 호흡유도를 제공하였다. 5명의 지원자를 대상으로 자체 프로그램을 통해 검출한 개인고유 호흡주기를 적용하여, '자유호흡(free respiration)'에서 획득한 신호데이터와 시청각시스템을 통해 호흡을 유도하는 '모니터호흡(guide respiration)'의 신호데이터를 획득하고, 호흡주기(period)와 호흡깊이(amplitude)의 편차 평균값을 비교하여 유용성을 평가하였다. 호흡주기의 경우 자유호흡에 비하여 $55.74{\pm}0.14%$로 감소하였고, 호흡깊이의 경우에도 자유호흡의 비해 $28.12{\pm}0.10%$ 감소함으로써 호흡의 규칙성과, 안정성이 향상됨을 확인하였다. 이러한 결과를 바탕으로 개발한 휴대형 호흡연습장치를 이용한 간암, 폐암 등의 체부정위방사선치료에 있어, 호흡 불안정에 의해 발생되는 치료시간의 지연을 줄이고 치료정확도 향상에 도움을 줄 수 있을 것으로 평가되며, 차후 안드로이드(Android)기반의 휴대용단말기를 대상으로 한 호흡연습 어플리케이션 개발에 적용한다면 사용 편의성과 더불어 경제적 효율까지 기대할 수 있을 것으로 판단된다.

• 대한방사선치료학회지
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• 제24권2호
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• pp.85-93
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• 2012

목 적: 호흡에 의한 장기의 움직임이 큰 흉부와 상복부에 위치한 종양의 토모테라피 치료 시 움직임을 최소화하기 위해 노력으로 호흡 조절 시스템을 적용하지만 여러 제약이 따라 이용이 제한적이었다. 이에 본 연구에서는 토모테라피 치료 시 효율적인 호흡 조절을 위한 ABCHES system의 적용 가능성 및 유용성을 평가해 보고자 하였다. 대상 및 방법: 본원에서 흉부와 상복부에 위치한 폐와 간, 쓸개, 췌장에 토모테라피 치료를 받은 5명의 환자를 대상으로 하였다. 모든 환자에게 ABCHES를 사용하여 자유 호흡법과 얕은 호흡법을 각각 교육한 후 치료 계획용 4D-CT를 실시하여 총 10개의 4차원 단층촬영영상을 획득 하였다. 한명의 전공의는 각 영상의 최대 흡기, 최대 호기, 호흡의 중간 위상, Average CT이미지에서 육안적으로 보이는 종양과 주변 정상장기를 그렸으며 MIM에서 선량체적 히스토그램과 종양의 움직임에 대한 정량적 분석을 실시하였다. 자유 호흡과 얕은 호흡 상태에서 장기의 움직임은 총 여섯 방향에서 평가하였고 주변 장기에 조사된 방사선량을 비교하였다. 결 과: 5명의 환자 중 호흡 조절 장치인 ABCHES를 이용하여 자유 호흡과 얕은 호흡 상태에서 장기의 움직임이 5 mm 이상 움직인 호흡은 자유 호흡이 12번인 반면 얕은 호흡에서는 2번으로 감소되었다. 선량 체적 히스토그램을 통한 비교 분석 결과 두 호흡간 치료 체적과 종양조직 주변 정상 장기 2개의 평균 선량 값과 정상조직에 방사선이 조사되는 용적에서 ABCHES를 이용한 얕은 호흡이 자유 호흡에 비해 모두 낮은 치료 결과 값을 확인 할 수 있었다. 결 론: ABCHES를 사용하여 규칙적이고 정확한 얕은 호흡을 함으로써 토모테리피 치료 시 유용성과 호흡에 따른 종양의 움직임을 최소화 할 수 있음을 확인 하였고, 주변 정상조직에 불필요하게 조사되는 방사선을 감소시킬 수 있었다.

• 순환기질환의공학회:학술대회논문집
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• 순환기질환의공학회 2006년도 제6회 학술대회
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• pp.44-45
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• 2006

• 한국정보통신학회:학술대회논문집
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• 한국정보통신학회 2014년도 춘계학술대회
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• pp.833-835
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• 2014

본 연구에서는 호흡동조방사선치료(Respiratory Gating Radiation Therapy, RGRT)에서 매우 중요한 요소 중에 하나인 호흡의 안정성을 효과적으로 향상 시킬 수 있는 호흡연습장치(respiratory training system)를 개발하였다. 개발한 호흡연습장치는 개인고유의 호흡주기를 적용하여 환자에게 편안한 호흡유도를 제공한다. 충분한 연습시간을 부여하기 위해 언제 어디서나 쉽고 간편하게 연습 할 수 있도록 휴대형 기기에 모듈화 시켰으며, 이를 환자에게 제공함으로써 호흡동조방사선치료의 효율성과 정확성을 높이고자 했다. 호흡연습장치를 사용했을 때 호흡의 규칙성, 안정성, 지속성 향상 정도를 알아보기 위해 5명을 대상으로 실험을 진행 하고자 한다. 개인이 자유롭게 호흡하는 '자유호흡(free breathing)' 개인고유 호흡주기를 적용하여 시청각 프로그램을 통해 호흡을 유도하는 '모니터호흡(guide breathing)' 호흡연습 후 시청각 프로그램 없이 호흡하는 '예측호흡(predict breathing)' 3가지 호흡법의 데이터를 이용하여 호흡주기(period)와 호흡깊이(amplitude) 및 호흡패턴(Area)의 변화를 정량적으로 분석함으로써 휴대형 호흡연습장치의 유용성을 평가하고자 한다.