교통사고의 가장 큰 원인 중의 하나는 운전자의 각성수준의 저하이다. 적절한 각성수준을 갖는 운전자 만이 자동차를 안전하게 운전하여 목적지에 도착할 수 있다. 본 연구에서는 이러한 운전자의 각성도를 측정하기 위하여 피부 임피던스를 이용한 측정 시스템을 구성하고 이를 이용하여 6인의 피검자의 피부 임피던스의 변화와 뇌파를 동시에 측정하여 각성수준의 변화에 따른 세 측정 요소간의 상관관계를 검토하고 피부임피던스 지표를 구하였으며 측정에 따른 문제점들을 분석하여 운전자의 각성도 측정 및 평가와 모니터 개발을 위한 기초적인 연구를 하였다.
최근 직물전극을 의복에 적용하여 의복을 착용한 상태에서 심전도, 심박과 같은 생체신호를 측정하는 방법이 다양하게 연구되고 있다. 그러나 대부분 직물전극의 경우, 높은 임피던스와 피부-전극 간의 불안정한 접촉으로 인해 생체신호를 측정하는 것은 매우어렵다는 문제점들이 지적되어 왔다. 이 논문에서는 피부-전극 간의 접촉을 향상시키기 위한 전극의 구조를 고안하여 의복에 적용함으로써, 착용자의 피부와 직물전극간의 접촉을 안정화 시킨 후, ECG(Electrocardiogram)를 측정하였다. 본 연구의 실험에 사용한 전극의 특성 분석 방법으로는 전극의 임피던스와 그에 따른 ECG 를 측정하여 SNR 분석을 실시하였다. 직물전극의 두 가지 구조와 직물전극과 트랜스미터 연결 스냅간 접촉 방식에 따른 ECG 측정을 비교한 결과, 전극 구조와 전도성 paste 사용 여부는 모두 ECG 측정에 영향을 미쳤다.
본 연구에서는 피부전기반사를 이용하여 각성도를 측정하기 위한 측정 시스템을 구성하고 이를 이용하여 피부 전기활동의 변화가 뇌파를 동시에 측정하여 각성수준의 변화에 따른 세 측정 요소간의 상관관계를 검토하고 측정에 따른 문제점들을 분석하여 각성도 측정 및 평가와 모니터 개발 을 위한 기초적인 연구를 하였다. 분석 결과 기존의 피부임피던스 만을 이용한 수면상태 판정은 불완전하며 피부임피던스 반사도 포함하면 더욱 정확한 판정을 할 수 있슴을 밝혔다.
본 연구는 피부의 각질층에 분포되어 있는 유지질의 변화 상태를 조절하는 구조체계에 대해 고안한다. 피부구조에 유지질 성분이 어떻게 진행되는지 형태학으로 구성하였고, 주어진 세포사이와 세포횡단의 조건으로 기계적으로 조절되는 형태를 구성하였으며, 구조적인 기능으로 조절기능의 변화 상태를 확인하였다. 유지질 성분에서 피부의 모형을 구성하여 각층에 따른 유기질 상태의 피부 임피던스를 피부의 측정 임피던스 시스템으로 구성하여 진행하였다. 측정 임피던스는 ${\lambda}-Lip-RSC$, ${\lambda}-Lip-RSL$, ${\lambda}-Lip-CSG$, ${\lambda}-Lip-CSS$ 와 ${\lambda}-Lip-RSB$로 형성하였고, 세포사이와 세포횡단의 조건으로 변화의 차가 있고, 변환을 제어하는 전달시스템을 구성과 변환모델을 세분화하여 구축하였다. 앞으로 유지질 상태에서 피부의 기능적 효능조절이 가능한 유지질 성분의 조절시스템을 구성하여 지속적인 피부의 개선효과가 진행 될 것으로 예상된다.
전극 접촉저항은 생리학적 측정에 중대한 인자이며, 전기적 임피던스 측정을 수행할 때 정확성에 제한적 요인이 될 수 있다. 생체전기임피던스 값들은 인간피부에 삽입되는 전극을 이용하여 하부 조직의 도전율과 유전율에 의해서 계산할 수 있다. 본 연구에서는 피지, 각질층, 표피층, 진피, 피하조직 및 근육층의 인체 피부의 생리적 변화를 검출하는데 주안점을 두고 있으며, 피하조직에 삽입되는 전극의 최적설계를 위해 유한요소법을 사용하였다. 이를 위해 전극의 길이(50 mm, 70 mm), 재질(금), 모양(직사각형, 둥근사각, 육각기둥) 및 깊이(22.325 mm)에 따른 전극설계의 차이를 유한요소법을 통해 피하조직 층으로부터 얻어지는 정보를 바탕으로 기하학적으로 평가하였다. 생체임피던스 실험에서 전극모양과 인가전압에 따라서 피하조직에서 생체임피던스 차이가 가장 크게 나타남을 확인하였다. 본 연구의 모의실험은 피부의 전기적 임피던스 측정과 해석에 관한 물리적 현상뿐만 아니라 다른 형태의 전극 설계에 관한 특성들을 설명할 수 있을 것이다.
본 연구는 보습상태에서 피부의 각질층에 변화상태를 구조적으로 모델링한다. 피부구조에 따라 진행되는 형태는 세포사이와 세포횡단의 조건으로 조절 할 수 있도록 하였고, 구조적인 모델링으로 시스템의 변화상태를 확인하였다. 보습조건에서 크기 형태 조합의 모형을 구성하고, 결과적으로 보습상태의 피부 임피던스는 각층에 따라 피부에 측정 임피던스가 ${\xi}-R-SC-RH$, ${\xi}-R-SL-RH$, ${\xi}-R-SG-RH$, ${\xi}-R-SS-RH$ 와 ${\xi}-R-SB-RH$ 로 다른 형태로 나타났다. 보습조건에서 S-Corneum, S-Lucidum, S-Granulosum, S-Spinosum 과 S-Basale의 변화의 차가 있고, 변환을 제어하는 전달시스템을 구성과 변환모델을 세분화하여 구축하였다. 이를 통하여 보습상태에서 피부의 기능적 효능조절이 가능한 보습조절시스템이 구성되어 지속적인 피부의 개선효과가 진행 될 것으로 예상된다. 투과 조절시스템이 구성되어 지속적인 피부의 개선효과가 진행 될 것으로 예상된다.
생리지표로서 각성 수준을 잘 반영하는 피부전기활동 신호로부터 피부임피던스 수준과 피부임피던스 반사 신호를 분리 검출하고 실시간으로 각성도를 판단 및 제어하는 휴대형 시스템을 구현하였다. 이를 위하여 각성도 평가 지표를 세분화하여 의식 수준을 자동적으로 판단하고 경고신호를 이용하여 각성도를 제어하는 알고리즘을 연구하여 구현된 시스템의 제어효과를 평가하고 유효성을 입증하였다. 구현된 제어 시스템은 각성도 저하의 초기 단계부터 검출하고 판정 및 제어하므로서 각성도를 향상 시킬 수 있었으며, 앞으로 각성도 향상 및 제어를 위한 경보음 등의 효과 평가와 졸음운전 방지 시스템, 수면연구 등에도 활용될 수 있으리라 기대 된다.
본 연구에서는 피부 등가모델을 통한 세포 내액과 세포 외액 성분의 생체임피던스 특성을 파악하기 위해 개발한 휴대용 소형 임피던스 측정시스템을 이용하여 4 전극법에 의한 비 침습 방식으로 다양한 주파수 대역에서 전신의 생체전기 임피던스를 측정실험을 수행하였다. 측정은 10명의 남성 피 실험자(평균 나이 $24{\pm}3.0$세, (BMI) $20.3kg/m^2$)를 대상으로 4주간 실시하였으며, 생체임피던스 다중주파수(1 kHz, 5 kHz, 50 kHz, 70 kHz, 100 kHz, 500 kHz)대역에서 측정하였다. 실험결과, 저주파 대역인 1 kHz 대역에서 임피던스가 가장 높게 측정되었고, 고주파 대역인 500 MHz에서 임피던스가 가장 낮게 측정되었다. 특히 50 kHz 대역이상에서 임피던스가 급속히 낮아짐을 실험을 통해서 확인하였다. 또한, 피부 등가회로모델을 통한 세포 내액과 세포 외액의 임피던스 특성을 파악하는 모의실험에서도 본 연구의 생체임피던스 측정시스템의 측정값과 유사한 특성이 얻어짐을 확인할 수 있었다.
In modern society, automobile is necessary vehicle. Automobile is a series of modern convenient. And the number of automobile is on the increase. But from you to year, automobile accident is on the increase, also. One of most reason that cause automobile accident is drowsiness driving. So, we plan to construct automobile system for drowsiness accident prevention for decreasing automobile accident. In this research, we built a drowsiness detecting device using EDA (Electro Dermal Activity) signal which is electric response in the human body skin. There are SIL (Skin Impedance Level) and SIR (Skin Impedance Response) in EDA. Mostly, SIL consists of DC element. On the other hand, SIL consists of AC element. We could detect the drowsiness condition with SIL and SIR signal.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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