• Current Optics and Photonics
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• 제5권6호
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• pp.711-720
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• 2021

A novel optical hybrid device that doubles the multilevel demodulation resolution by adding the optical interferometer with a waveguide crossover is proposed, theoretically analyzed and experimentally verified. We report two types of all-passive phase control schemes that will be referred to as a phase compensation scheme and a phase optimization scheme. We also apply the proposed phase control schemes to a 45° optical hybrid consisting of two parallel 90° optical hybrids together with the proposed phase control scheme for demodulating 8-level differential phase shift keying optical signals. Octagonal phase response with low wavelength sensitive excess loss of <0.8 dB over 31-nm-wide spectral range will be demonstrated in the InP-based material platform.

• 대한의용생체공학회:의공학회지
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• 제25권4호
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• pp.269-275
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• 2004

인체내부의 각 조직은 서로 다른 저항률(resistivity)분포를 가지며, 조직의 생리학적, 기능적 변화에 따라 임피던스가 변화한다. 본 논문에서는 주로 기능적 영상을 위한 임피던스 단층촬영 (EIT, electrical impedance tomography) 시스템의 설계와 구현 결과를 기술한다. EIT 시스템은 인체의 표면에 부착한 전극을 통해 전류를 주입하고 이로 인해 유기되는 전압을 측정하여, 내부 임피던스의 단층영상을 복원하는 기술이다. EIT 시스템의 개발에 있어서는 영상복원의 난해함과 아울러 측정시스템의 낮은 정확도가 기술적인 문제가 되고 있다. 본 논문은 기존 EIT 시스템의 문제점을 파악하고 디지털 기술을 이용하여 보다 정확도가 높고 안정된 시스템을 설계 및 제작하였다. 크기와 주파수 및 파형의 변화 가능한 50KHz의 정현파 전류를 인체에 주입하기 위해 필요한 정밀 정전류원을 설계하여 제작한 결과, 출력 파형의 고조파 왜곡(THD, total harmonic distortion)이 0.0029%이고 진폭 안정도가 0.022%인 전류를 출력 할 수 있었다. 또한, 여러개의 정전류원을 사용함으로써 채 널간 오차를 유발하던 기존의 시스템을 변경하여, 하나의 전류원에서 만들어진 전류를 각 채널로 스위칭하여 공급함으로써 이로 인한 오차를 줄였다. 주입전류에 의해 유기된 전압의 정밀한 측정을 위해 높은 정밀도를 갖는 전압측정기가 필요하므로 차동증폭기, 고속 ADC및 FPGA(field programmable gate array)를 사용한 디지털 위상감응복조기 (phase-sensitive demodulator )를 제작하였다. 이때 병렬 처리를 가능하게 하여 모든 전극 채널에서 동시에 측정을 수행 할 수 있도록 하였으며, 제작된 전압측정기의 SNR(signal-to-noise ratio)은 90dB 이다. 이러한 EIT 시스템을 사용하여 배경의 전해질 용액에 비해 두 배의 저항률을 가지는 물체(바나나)에 대한 기초적인 영상복원 실험을 수행하였다. 본 시스템은 16채널로 제작되었으나 전체를 모듈형으로 설계하여 쉽게 채널의 수를 늘릴 수 있는 장점을 가지고 있어서 향후 64채널 이상의 디지털 EIT시스템을 제작할 계획이며, 인체 내부의 임피던스 분포를 3차원적 으로 영상화하는 연구를 수행 할 예정이다.

• 비파괴검사학회지
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• 제26권6호
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• pp.380-389
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• 2006

A new laser-based ultrasonic receiver that is based on multi-channel interferometry is shown to be well suited for robust and sensitive detection of ultrasound in industrial environment. The proposed architecture combines random-quadrature detection with detector arrays and parallel multi-speckle processing. The high sensitivity is reached, thanks to the random phase distribution of laser speckle caused by surface roughness. High-density parallel signal processing is achieved by using a simple demodulation technique based on signal rectification. This simple detection scheme is also demonstrated for rejection of the laser intensity noise, making possible the use of lower cost laser without reduction in performances. Results demonstrating this new principle of operation and its performances are presented.

• 대한의용생체공학회:의공학회지
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• 제28권1호
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• pp.66-74
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• 2007

We have developed a multi-channel, multi-frequency EIT system with operating frequency of 10Hz to 500KHz. The number of digital voltmeters using phase-sensitive demodulation can be varied from 8 to 64 and we found that 16 and 32-channels are most practical. This paper describes the design, implementation, and construction of 16 and 32-channel systems. The performance of the system was thoroughly tested and we found that CMRR of the developed voltmeter is about 85dB with $100{\Omega}$ unbalancing series resistor. The SNR is greater than 99.6dB and the output impedance of the constant current source is $1{\Omega}W$ at least for all frequencies. Imaging experiments using a banana with frequency-dependent conductivity and permittivity show that frequency-difference imaging is possible using the developed system. Future works of animal and human experiments are discussed.

• 대한의용생체공학회:의공학회지
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• 제26권4호
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• pp.215-221
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• 2005

We describe the development of a prototype multi-channel electrical impedance tomography (EIT) system. The EIT system can be equipped with either a single-ended current source or a balanced current source. Each current source can inject current between any chosen pair of electrodes. In order to reduce the data acquisition time, we implemented multiple digital voltmeters simultaneously acquiring and demodulating voltage signals. Each voltmeter measures a differential voltage between a fixed pair of adjacent electrodes. All voltmeters are configured in a radially symmetric architecture to optimize the routing of wires and minimize cross-talks. To maximize the signal-to-noise ratio, we implemented techniques such as digital waveform generation, Howland current pump circuit with a generalized impedance converter, digital phase-sensitive demodulation, tri-axial cables with both grounded and driven shields, and others. The performance of the EIT system was evaluated in terms of common-mode rejection ratio, signal-to-noise ratio, and reciprocity error. Future design of a more innovative EIT system including battery operation, miniaturization, and wireless techniques is suggested.

• 대한의용생체공학회:의공학회지
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• 제28권1호
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• pp.84-94
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• 2007

In order to collect information on local distribution of conductivity and permittivity underneath a scan probe, we developed a multi-frequency trans-admittance scanner (TAS). Applying a sinusoidal voltage with variable frequency on a chosen distal part of a human body, we measure exit currents from 320 grounded electrodes placed on a chosen surface of the subject. The electrodes are packaged inside a small and light scan probe. The system includes one voltage source and 17 digital ammeters. Front-end of each ammeter is a current-to-voltage converter with virtual grounding of a chosen electrode. The rest of the ammeter is a voltmeter performing digital phase-sensitive demodulation. Using resistor loads, we calibrate the system including the scan probe to compensate frequency-dependent variability of current measurements and also inter-channel variability among multiple. We found that SNR of each ammeter is about 85dB and the minimal measurable current is 5nA. Using saline phantoms with objects made from TX-151, we verified the performance of the lesion estimation algorithm. The error rate of the depth estimation was about 19.7%. For the size estimate, the error rate was about 15.3%. The results suggest improvement in lesion estimation algorithm based on multi-frequency trans-admittance data.

• 대한의용생체공학회:의공학회지
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• 제25권5호
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• pp.335-342
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• 2004

암세포가 정상세포에 비해 전기적 도전율이 세배에서 열배까지 높다는 점을 이용하여 본 논문에서는 유방암 검출을 위한 생체 어드미턴스 스캐너를 개발하고, 시스템의 성능검사를 수행하여 유방암 검출의 가능성을 제시하였다. 전압인가전극을 이용하여 정현파의 정전압을 인가하고 유방의 표면에 부착된 평면배열 접지전극을 통하여 배출되는 전류를 측정한다. 측정된 전류값과 인가한 전압사이의 전달 어드미턴스로부터 측정 부위의 도전율을 표현할 수 있으며, 전달 어드미턴스의 실수부와 허수부의 크기로부터 유방암의 유무와 크기, 위치를 판별하는 데이터를 획득한다. 개발한 생체 어드미턴스 스캐너는 주제어부, 인가전압 발생부, 유기전류 측정부, 전압인가전극 및 평면배열 접지전극과 컴퓨터로 구성된다. 개발한 디지털 인가전방 발생기의 진폭 안정도는 0.2445％의 오차를 가지며, 총 고조파 왜곡은 0.03％ 이다. 유기전류 측정부는 실수부의 경우 68dB, 허수부의 경우 54dB이상의 SNR블 가지며, 1nA정도의 작은 전류도 측정이 가능하도록 제작되었다. 저항 펜텀을 이용하여 실험한 결과 측정된 핀달 어드미턴스는 Pspice 시뮬레이션 결과와 비교할 때 93％ 이상의 정확도를 나타내었다. 이러한 측정의 정확도를 갖는 생체 어드미턴스 스캐너를 가지고 저항 팬텀 및 전해질용액 펜텀을 이용하여 실험한 결과 도전율이 다른 물체를 식별할 수 있는 전달 어드미턴스 분포 영상을 획득할 수 있음을 확인하였다. 향후 시스템의 성능을 향상시키고, 여러 가지 다른 핀범을 제작하여 이를 정확히 찾아내는지를 실험할 예정이며, 도전율이 다른 물체의 크기, 위치 및 깊이를 찾는 알고리즘을 시스템에 적용하여 알고리즘을 실험적으로 검증하고 유방암의 조기 검진을 위해 활용이 가능한 시스템을 개발하는 연구를 수행할 예정이다.