• 센서학회지
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• 제17권2호
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• pp.133-142
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• 2008

Respiration is induced by muscular contraction of the chest and abdomen, resulting in the abdominal volume change. Thus, continuous measurement of the abdominal dimension enables to monitor breathing activity. Conductive rubber cord has been previously introduced and tested to develop wearable application for respiratory measurements. The present study implemented wireless wearable respiratory monitoring system with the conductive rubber cord in the patient's pants. Signal extraction circuitry was developed to obtain the abdominal circumference changes reflecting the lung volume variation caused by respiratory activity. Wireless transmission was followed based on the zigbee communication protocol in a size of 65mm${\times}$105mm easily put in pocket. Successful wireless monitoring of respiration was performed in that breathing frequency was accurately estimated as well as different breathing patterns were easily recognized from the abdominal signal. $CO_2$ inhalation experiment was additionally performed in purpose of quantitative estimation of tidal volume. Air mixed with $0{\sim}5%\;CO_2$was inhaled by 4 normal males and the respiratory air flow rate, abdominal dimension change, and end tidal $CO_2$ concentration were simultaneously measured in steady state. $CO_2$ inhalation increased the tidal volume in normal physiological state with a correlation coefficient of 0.90 between the tidal volume and the end tidal $CO_2$ concentration. The tidal volume estimated from the abdominal signal linearly correlated with the accurate tidal volume measured by pneumotachometer with a correlation coefficient of 0.88 with mean relative error of approximately 8%. Therefore, the tidal volume was accurately estimated by measuring the abdominal dimension change.

• 전자공학회논문지SC
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• 제46권1호
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• pp.1-9
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• 2009

본 연구에서는 기존의 접촉식 센서를 이용한 생체신호 측정이 아닌 비접촉 방식으로 심박과 호흡을 추출하기 위해 2.4GHz 대역에서 동작하는 도플러 레이더 센서와 베이스 밴드 모듈로 구성된 도플러 레이더 시스템을 설계하고 그 성능을 평가하였다. 설계된 도플러 레이더 시스템은 인체표면의 변위변화에 의해 반사되는 위상변화를 이용하여 심폐 활동을 검출할 수 있다. 도플러 레이더 센서의 I/Q 채널에서 획득한 신호는 베이스 밴드 모듈의 전처리 필터부, 증폭부, 옵셋조정부를 통과하여 호흡과 심박 신호로 분리된다. 도플러 레이더 시스템으로부터 측정된 생체신호와 기존의 생체신호 간의 상관성을 확인하기 위해 호흡과 심박 대역이 각각 다른 쥐, 토끼, 사람을 대상으로 측정하여 그 결과를 비교하였다. 설계된 도플러 레이더 시스템에서 분리된 호흡 및 심박 신호는 측정 대상의 움직임이 없는 상태에서는 높은 검출률을 보였으며, 도플러 레이더에서 심박과 호흡 신호를 검출한 결과 거리, 호흡과 심박의 변이량, 호흡과 심박대역에 따라 검출률이 영향을 받는다는 것을 알 수 있었다.

• 한국의학물리학회:학술대회논문집
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• 한국의학물리학회 2005년도 제30회 춘계학술대회
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• pp.59-63
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• 2005

호흡 움직임은 종양에 대한 방사선치료의 부정확한 방사선조사가 유도되도록 복부 및 흉부에서 움직임을 야기한다. 그러므로 치료시 이러한 움직임에 대한 정확한 계산은 정상조직에는 저 선량을 조사되도록 CTV의 마진을 줄일 수 있고 방사선치료에 발생되는 부작용을 줄일 수 있다. Intrafraction motion을 고려하는 기술로는 호흡 멈춤, 호흡동조, 4차원 또는 종양추적 기술이 있다. 호흡동조 방법은 환자의 호흡 신호가 호흡주기의 일정한 범위에 위치할 때 주기적으로 빔을 조사하고 그 범위를 벗어날 때는 빔을 조사하지 않는 방법이다. 이러한 기술은 내부장기 움직임과 상관관계가 있는 호흡 움직임 신호의 획득이 요구된다. 호흡동조 방사선치료를 위한 예비연구로 본 연구자들은 호흡 움직임 신호 측정을 수행하였다. 환자의 호흡 움직임 신호 측정을 위해서, 호흡측정시스템을 3 가지 센서, 4 채널 데이터 획득 시스템, 신호처리용 컴퓨터로 구성하였다. 2명의 환자를 대상으로 본 연구자들은 호흡측정시스템을 가지고 호흡주기 및 파형을 평가하였다. 그 결과 호흡주기는 시간의 함수에 따라 일반적으로 정확한 대칭 형태는 아니지만 주기적인 형태로 측정되었다. 호흡측정 시스템은 기대했던 만큼 환자의 호흡을 잘 추적하였으며 실험에 적용하기 위해 쉽게 컨트롤 할 수 있었다.

• 한국전기전자재료학회:학술대회논문집
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• 한국전기전자재료학회 2007년도 추계학술대회 논문집
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• pp.346-346
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• 2007

압전세라믹 재료는 현재 압전 변압기, actuator, transducer, sensor, speaker 등에 광범위하게 이용이 되고 있다. 이 중에서 압전세라믹 소결체를 이용한 스피커의 제조는 가공이 까다롭고, 대형의 크기로 제작 시 소자가 깨지는 등의 많은 제약을 받고 있으며, 저음 특성이 떨어져 응용 범위가 한정되어 있다. 따라서 최근에는 이러한 단점을 극복하기 위하여 세라믹/고분자 복합체를 이용한 필름 스피커를 제작하고자 시도하고 있다. 이러한 세라믹/고분자 0-3형 압전 복합체를 이용할 경우, 제품의 경량화를 실현할 수 있고, 크기나 환경의 영향을 거의 받지 않으므로, 고기능성 스피커로의 응용에 적합할 것으로 보인다. 따라서 본 연구에서는 PZT계의 세라믹와 PVDF, PVDF-TrFE, Polyester, acrylic resin 등의 여러 고분자 물질과의 복합체를 제조하여 압전특성을 평가하였다. 본 실험은 먼저 $(Pb_{1-a-b}Ba_aCd_b)(Zr_xTi_{1-x})_{1-c-d}(Ni_{1/3}Nb_{2/3})_c(Zn_{1/3}Nb_{2/3})_dO_3$ (이하 PZT라 표기)의 최적화 조성을 선택하여, $1050^{\circ}C$에서 소결된 분말을 48시간 ball milling방법 로 약 $1{\mu}m$ 크기로 분쇄하였다. 고분자 물질들은 알맞은 용제들을 선택하여 녹였다. 그 다음 소결된 PZT분말과 고분자를 50:50, 60:40, 65:35, 70:30등의 무게 분율로 혼합하고, 분산제, 소포제 등을 첨가하여 3단 roll mill을 이용하여 충분히 분산시켜 페이스트 (Paste)를 제조하였다. 제조된 페이스트를 ITO가 코팅된 PET필름 위에 스크린 프린팅 법을 사용하여 인쇄하여 $120^{\circ}C$에서 5분간 건조하였다. 코팅된 복합체의 두께는 약 $80{\mu}m$ 정도로 측정되었다. Ag 페이스트를 이용한 상부 전극 형성에도 스크린 프린팅 법을 적용하였다. 이를 $120^{\circ}C$에서 4 kV/mm의 DC 전계로 분극 공정을 수행한 후 전기적 특성을 평가하였다. 유전특성을 조사하기 위해서 LCR meter (EDC-1620)를 사용하였고, 시편의 결정구조는 XRD (Rigaku; D/MAX-2500H)을 통해 분석하였으며, 전자현미경(SEM)을 이용하여 미세구조를 분석하였다. 압전 전하상수$(d_{33})$ 값은 APC 8000 모델을 이용하여 측정하였다. PZT의 혼합비가 증가할수록 비유전율 및 압전 전하 상수 등의 전기적 특성이 증가되었다. 또 여러 고분자 물질 중에서 PVDF-TrFE 수지가 가장 우수한 특성을 보였다. 이는 PVDF-TrFE 수지가 압전성을 나타내기 때문인 것으로 판단되었다.

• 한국음향학회지
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• 제43권3호
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• pp.361-367
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• 2024

공기중 초음파 측정은 각종 기계 설비류의 이상 발생 예방 활동으로 산업계에서 사용되고 있다. 최근에는 다수의 초음파 센서 배열을 이용하여 설비의 이상 발생 위치를 찾을 수 있는 공기중 초음파 영상화 기법의 활용이 증가하고 있다. 초음파 음원의 위치를 가시화하기 위해 센서 별 위상 차이를 이용하는 빔형성법이 사용된다. 2차원 평면에 분포된 초음파 센서 배열을 이용해 3차원 공간에서 빔형성 파워 분포를 구할 수 있다. 본 논문에서는 관심 파장보다 크기가 큰 초음파 센서로 구성된 랜덤 희소배열(random sparse array)을 사용하고, 초음파 배열이 분포한 평면으로부터 일정한 거리만큼 떨어진 평행한 평면 내에서의 빔형성 파워 분포를 통해서 음원의 위치를 보여주는 영상화 기법을 구현하고자 한다. 기존의 빔형성법은 사용 하는 배열 센서의 개수와 그에 따른 구경의 크기 등에 의해 공간 해상도가 제한될 수 밖에 없다. 본 연구에서는 배열이 가지는 기하학적 제약을 극복할 수 있는 방법으로 기능성 빔형성법을 적용하여 고해상도 초음파 영상화 기법을 구현하였다. 기능성 빔형성법은 수학적으로 일반화된 형태의 빔형성법으로 표현가능하고, 기존의 빔형성법을 통해 얻어진 영상에서 주엽의 폭과 부엽의 크기를 저감시키는 역할을 하여 고해상도 영상화를 얻을 수 있는 장점이 있다. 컴퓨터 시뮬레이션을 통해 제안한 방법에 의한 영상화 성능을 관찰한 결과, 초음파 희소배열을 이용하여 공기중 초음파 음원의 해상도 증대가 성공적으로 구현됨을 확인할 수 있었다.

• Tuberculosis and Respiratory Diseases
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• 제45권4호
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• pp.736-745
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• 1998

연구배경: 횡격막의 운동은 흉부 단순 촬영과 fluoroscopy로 관찰해 왔으나 근래 초음파에 의해서 횡격막의 운동거리와 두께를 측정하는 연구들이 있어왔다. 초음파 검사의 장점을 살펴보면 간편하고 비침습적이며 방사선조사가 없고 재현성과 정확성이 있다는 점을 들 수 있다. 본 연구에서는 이러한 횡격막 운동 측정에 대한 초음파의 장점을 이용하여 정상인과 만성폐쇄성 폐질환 환자에서 횡격막 운동을 조사하고 그 결과를 폐기능 지표들과 비교하였다. 연구방법: 정상 성인 28례(의과대학생 16례, 나이를 고려한 대조군 12례)와 만성폐쇄성 폐질환 환자 17례를 대상으로 각각에서 폐기능 검사, 최대 흡기압, 최대 호기압과 초음파상 횡격막의 이동 거리를 측정하여 비교하였다. 초음파는 Aloka 사의 KEC-620 모델을 이용하였으며 앙와위 상태에서 환자의 쇄골 중심선에 해당하는 부위의 우상복부에 횡으로 3.5MHz 탐촉자를 대고 간을 에코창으로 이용하여 M-mode 상에서 평상 호흡시와 폐활량 호흡 또는 최대 호흡시의 횡격막 이동 거리를 3회 측정하여 그 평균값을 얻었으며 최대 흡기압과 최대호기압은 Chest사의 Vitalopower KH-101을 이용하여 3회 측정하여 그 평균값을 얻었다. 결 과: 정상인에서의 횡격막 이동거리는 평상호흡에는 1.5cm-1.7cm를 보였고 최대호흡시에는 5.7cm-6.7cm를 보였다. 정상인에서의 최대호흡시에 횡격막 이동거리는 $FEV_1$ $FEV_1/FVC$, PEF, PIF, 신장과 유의한 상관관계를 보였으나 다중 희귀분석에서는 $FEV_1$ 만이 유용한 예측지표로 계산되었다. 만성폐쇄성 폐질환 환자에서의 횡격막 이용거리는 평상호흡시에는 $1.5{\pm}0.6cm$로 정상인과 유의한 차이가 없었으나 최대호흡시에는 $3.7{\pm}1.3cm$로 대조군에 비해 유의하게 감소되어 있었다. 만성폐쇄성 폐질환 환자군의 각 병기에 따라 횡격막 이동거리를 비교해 본 결과 최대호흡시 횡격막의 이동거리는 $FEV_1$이 감소할수록 짧은 경향을 보였으나 통계적 의의는 없었다. 만성폐쇄성 폐질환 환자에서의 최대호흡시에 횡격막 이동거리는 연령, PEmax, %FVC와 유의한 상관관계를 보였으나 다중 회귀분석에서는 최대호기압(PEmax)과 연령이 유의한 예측인자로 계산되었다. 결 론: 만성폐쇄성 폐질환 환자의 횡격막 이동거리는 정상인에 비해 유의하게 감소하였으며 최대호기압과 가장 좋은 상관관계를 보였다. 그러나 만성폐쇄성 폐질환 환자에서 횡격막 이동거리는 $FEV_1$과 유의한 상관관계를 발견할 수 없어서 초음파를 통한 횡격막 운동검사가 폐기능 평가의 또다른 생리적 지표로 이용될 수 있음을 시사하였다.