본 글에서는 인체로부터 생체전기신호를 측정하고 처리 및 해석하는 기술을 소개한다. 일반적인 계측 시스템을 구성하는 필수적인 네 가지 요소는 측정대상, 센서부, 신호처리부, 그리고 출력부이다. 생체전기신호의 측정에서 측정대상은 인체를 포함하는 생명체이다. 경우에 따라서는 생명체로부터 떼어 낸 특정 부위가 측정대상이 될 수도 있으나 본 글에서는 살아 있는 인체를 측정대상으로 설정하기로 한다. 또한 인체로부터 방사되는 에너지를 측정하는 비접촉 방식은 다루지 않고, 측정 부위를 인체의 내부 또는 표면으로 제한한다. 즉, 센서를 측정 부위에 직접 부착하는 접촉형 인체-센서 인터페이스 방법을 사용하는 경우만을 다루기로 한다.(중략)
본 논문에서는 인체의 열상대역 저피탐을 위한 선행연구로써 인체에서 방사되는 적외선 신호의 특성을 소개한다. 인체에서 방사되는 적외선 신호는 인체 표면의 방사율과 표면온도에 의하여 결정된다. 따라서 적외선 신호해석을 위하여 표면온도를 정확히 도출할 필요가 있고, 이를 위하여 인체의 열적 편안함을 도출하는데 주로 사용 되어온 체온 조절 작용 및 다층 구조 피부 모델을 적용하여 인체의 표면온도 도출에 사용하였다. 기법의 검증을 위하여 비정상 해석 결과와 실험결과의 비교검증을 수행하였으며, 이로부터 체온 조절 작용이 인체의 표면온도 결정에 미치는 영향을 파악하였다. 비정상 해석을 통해 도출된 표면온도와 피부 및 의복의 방사율을 이용하여 적외선 신호를 도출하였으며, 가상의 배경조건에 따라 나타나는 인체의 적외선 신호 특성을 파악하였다. 의복을 착용함으로써 인체는 저방사 배경과의 적외선 신호차이가 작아지는 반면 고방사 조건에서는 역대비로 인해 오히려 피탐지성이 증가하게 된다.
본 논문에서는 WBAN(Wireless Body Area Network) On-body 시스템에서 표면 지향 안테나를 사용하여 인체 내부 기관에 의한 영향을 분석하였다. 인체 내부 기관의 영향을 확인하기 위하여 인체 상반신 모델과 실제 인체에 안테나를 부착하여 수신 신호의 세기를 측정하였다. 실험은 인체에 대한 고유 영향을 보기 위하여 무반향실에서 움직임 없이 수행하였고, VNA(Vector Network Analyzer)를 이용하여 수신 신호 세기를 측정하였다. 측정된 데이터를 이용하여 인체 모델과 상반신 모델의 수신 신호 세기를 비교하였고, 인체 내부 기관이 안테나 수신 신호 세기에 미치는 효과를 분석하였다.
본 소고에서는 인체를 하나의 전기적인 시스템으로 볼 때 시스템 내에서의 신호전달 체계 및 입출력이 이루어지는 과정에 대하여 알아보고자 한다. 즉, 정상적인 생명활동을 위해 모든 생명체가 필요로 하는 생체항상성(homeostasis)을 유지하는 과정에서의 신호들의 발생 및 전달체계를 전기공학적인 관점에서 이해하고자 하는데 그 목적을 두고 서술하려 한다. 또한, 인체의 각 부분들이 어떠한 원리에 의하여 제 기능을 하고 있으며, 인체에서 발생되는 여러 가지의 생체신호중 진단을 위하여 사용되는 대표적인 전기신호들에 대하여 알아본다. 그리고, 전기를 이용한 치료장비들의 예를 들고, 진단 및 치료를 위하여 의료장비를 사용할 때 고려해야할 전기안전에 대하여 소개하고자 한다.
본 연구에서는 전기 신호 경로로서의 인체 채널에 대해 임펄스 응답 신호를 이용한 분석 결과를 제시한다. 최근, 인체 통신(human body communications)은 착용형 또는 임플란트형 센서 디바이스 간의 통신 방법으로 인체 영역 통신망(wireless body area networks)을 구성하는 효과적인 접근방법으로 제시되고 있다. 인체 통신 시스템 설계에 중요한 지침인 인체 채널 특성 제공을 위해, 자체 제작한 채널 응답측정장치를 사용하고 용량성 커플링(capacitive coupling) 특성에 적합한 실험환경을 구축하여 측정을 수행하고 그 분석한 결과를 제시한다. 측정 신호에 대한 신호처리 과정으로 임펄스 응답을 효과적으로 추출하여, 0 MHz에서 100 MHz 사이의 주파수 분석을 통해 평균 경로 손실 약 46.8 dB를 제시하고 주파수별 경로 손실 특성을 확인할 수 있다. 또한, 본 연구는 인체 통신 시스템의 수신기 신호 대 잡음비(signal-to-noise ratio) 예측을 위한 수신기 필터의 커패시터와 저항값 변화에 따른 전체 측정 주파수와 기저 대역 신호의 검출 성능 결정에 영향을 주는 3 MHz 이하 대역에서의 상대적인 잡음 전력을 제시하였다.
본 연구에서는 인체의 임펄스 응답 신호를 이용하여 사용자를 인식하는 방법을 제안한다. 인체는 물, 근육, 지방, 뼈 등으로 구성되어 있고, 이러한 구성비는 사람마다 다르게 형성되어 있다. 기존의 인체 통신 연구에서는 인체가 커패시터와 저항으로 이루어진 회로로 모델링 되었고, 회로의 특징은 인체의 구성 특성에 따라 다르다는 것이 밝혀졌다. 따라서 인체는 개인별 고유한 채널로 인식될 수 있고, 이를 이용한 사용자 인식이 가능하다는 연구가 보고 되었다. 이 연구에서는, 임펄스 신호를 인체에 인가하여 임펄스 응답 신호를 측정하고, empirical mode decomposition 기법으로 노이즈를 제거한다. 그리고 10개의 피크 값을 추출하고 피크 간 값의 차이를 특징량으로 사용하여 사용자 인증을 수행하였다. 6명의 참가자로부터 수집한 데이터를 k-nearest neighbors(KNN) 알고리즘을 사용하여 분류 성능을 확인한 결과, 임펄스 응답 신호의 전체 시계열 데이터의 분류 정확도는 91.57%이었으나, 제안한 피크 간 값의 차이를 특징량으로 하여 분류를 하였을 때 분류 정확도가 97.71%로 크게 향상되는 것을 확인할 수 있었다.
본 연구에서는 인체에 대한 3차원 입체 정보를 포함하는 레이저 스트라이프 신호를 분석하여 인체를 인식 할 수 있는 한 방법을 제안하였다. 레이저 스트라이프 신호를 투시한 영상은 3차원 정보를 가지고 있으며 특히 사람에게 투사된 레이저 스트라이프 신호를 분석하여 사람의 특성을 나타내는 패턴 파형이 있음을 확인하였다. 그리하여 본 연구에서는 이 특징 파형을 푸리에 서술자를 통하여 저장한 후 사람에게 스캔한 스트라이프 신호를 입력 비교하였으며 특정 자세에 대해서 인체를 인식할 수 있음을 확인할 수 있었다. 앞으로 더욱 다양한 자세에 대한 특징 패턴을 분석하여 복잡한 인체의 모습을 인식할 수 있으리라 기대한다.
본 논문은 음성진단이나 치료를 위한 기초연구로서, 인체의 진동신호를 측정하여 그 특성을 분석한 것이다. 가진신호는 외부적인 힘이 아닌 자신의 음성이며, 진동과 공진 특성이 강한 모음 '아', '에', '이', '오', '우'를 적용하여 실험하였다. 실험장치로는 마이크로폰과 가속도계 그리고 증폭기를 이용하였으며 컴퓨터에 측정 데이터를 저장하였다. 마이크로폰으로 음성신호를 저장하면서 동시에 가속도계를 이용하여 인체 각 부위에서의 진동신호를 측정하였으며 측정 위치는 머리, 목, 몸체를 일정한 간격으로 나누어 총 63개의 위치로 정하였다. 진동 신호의 측정 위치와 횟수는 사용 목적에 따라 충분히 가변적일 수 있다. 진동 분석을 위한 파라미터는 진동 신호의 크기, 위상, 기본 진동수, 결집음폭대이며, 코히어런스 함수를 이용하여 인체의 진동신호와 음성과의 상관성을 알아보았다. 실험결과, 인체의 위치에 따라 독특한 특징들이 있음을 확인하였으며, 그 결과를 제시하였다.
한국신호처리시스템학회 2001년도 하계 학술대회 논문집(KISPS SUMMER CONFERENCE 2001
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pp.201-204
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2001
디지털 카메라를 이용하여 인체의 영상을 촬영하여 3D 인체를 계측하는 영상 계측 방법을 제안한다. 영상 계측을 위해 인체 촬영 환경을 설정하고, 정면, 측면, 후면의 인체 2D 영상을 촬영하여 사영투영을 고려하여 3D 인체를 추정하는 알고리즘을 개발한다. 인체 계측의 항목 중 40항목에 대해 직접 계측, 영상 계측, 3D 계측을 3인이 교대로 시행한 결과를 비교하고 있다. 계측자별, 계측 방법별로 비교할 때, 영상 계측은 최대오차 0.44cm로 3D 계측(허용오차 0.5cm)와 유사하여, 직접 계측에 비해 우수한 성능을 나타내고 있다. 이것은 영상 계측에서 사영투영을 이용하여 인체의 3D위치를 추정하여 계측 결과를 보정하고 있기 때문이다. 또한, 계측치 이외에 계측 장비, 비용, 기동성, 인력 부담등 여러 가지면 에서도 영상 계측은 장점을 고루 갖춘 방법으로 인체 계측에 사용할 수 있는 새로운 방법으로 기대된다.
보완대제의학의 한분야인 Color Therapy에 대한 과학적 진단을 위해, 색(color)이 인체에 미치는 영향을 정량화 하기위한 선행 기초연구로서 자연광에 포함된 가시광선의 파장이 인체에 미치는 영향을 계측하고 분석하기 위한 시스템의 설계에 대하여 연구하였다. 인체를 구성하는 세포는 세포하나하나가 살아있는 생명체로서 주변환경에 대하여 반응을 하고, 그 반응으로부터 생체신호가 발생하며, 발생된 생계신호는 인체의 다양한 구성기관에 전달되고, 전달받은 기관은 그 신호에 반응한다[4][5]. 따라서 가시광선 영역의 색이 인체에 미치는 영 향분석은 보완대체의학 발전에 중요한 요소라 할 수 있다. 본 연구를 통해 설계한 "Color therapy 진단 System"은 가시광선 중에서 특정 파장대의 빛을 발생시켜 방사하며, 방사된 빛을 조사받은 사람의 신체가 반응하는 신체 상태를 한방적인 진단요소인 "맥", "기혈전류변화"[1][2], "체온변화"등을 계측하고 이를 정량화하는 연구를 수행하였다. 본 연구의 결과는 그 동안 시회저변에서 이루어지고 있던 보완대체의학 분야의 의료행위에 대한 과학화, 정량화를 위해 필요한 중요한 시발점으로 사료된다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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