• 대한기계학회논문집B
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• 제35권11호
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• pp.1213-1217
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• 2011

의료용 자극기는 병원과 가정에서 환자의 통증 경감 및 재활 치료를 위해 사용되는 의료기기이다. 전기자극기의 자극 펄스가 심장에 유입되면 부정맥 및 심실세동 등의 심각한 부작용을 초래할 수 있다. 의료용 자극기에서 공급하는 자극 펄스의 전달 거리를 측정하고 심장이 전기 자극의 위험 범위 밖에 위치하도록 자극의 크기 및 자극 부위를 제한할 필요가 있다. 전기 자극기는 초당 60 회의 빈도로 0.001Joule 전기 펄스를 가하도록 설계되었다. 전기 자극기의 성능 및 인체에 미치는 영향을 측정하기 위해 생리 식염수를 이용한 생체 조직의 모델을 제작하였고, 이를 이용하여 거리에 따른 전기장의 감쇄 정도를 측정하였다. 본 연구에서 개발한 전기 자극기를 동물실험에 적용한 후 심장 주변에 전기자극을 가했을 때 심장에서 나타나는 위험요인을 관찰하고 직류전류가 흘렀을 때 심장에서 나타나는 현상과 비교하였다.

• 전력전자학회논문지
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• 제5권5호
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• pp.459-466
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• 2000

전정기관 자극용 회전자극기에 있어서 외란 관측기를 이용한 PMSM(permanent Magnet Synchronous Motor)의 강인한 정밀 속도 제어 방법에 대해서 제안한다. 본 제어기는 더욱 정확한 전정기관 평가를 가능하게 한다. 현기증을 유발시키기 위해서 지면에 수직인 회전축을 갖는 2D 자극기가 사용되어져 왔다. 그러나 정확한 현기증의 원인 규명을 위해서 회전축을 기울인 3D 자극기가 필요하다. 3D 자극기와 같이 기울임을 갖는 회 전자극기의 경우, 회전축에 대한 무게중심의 이격은 불평형 부하를 유발하게 된다. 이러한 경우에 대하여 강인한 속도 제어를 위한 외란 관측기를 이용하는 보상방법을 연구하였다 정확한 전정기관 자극을 위해 정밀한 속도 제어가 필요하며, 이러한 정밀 속도 제어에 있어서 외란의 영향을 제거하기 위해 데드비트 관측기와 같은 높은 이득을 갖는 관측기가 필요하다. 외란 관측기의 위치 제어에 대한 응용이 연구되어 졌다. 그러나 속도와 같은 노이즈가 많은 신호를 이용한 속도 제어에 있어서 데드비트 관측기는 노이즈 증폭 효과를 가져와 적용이 어렵다는 문제를 가지고 있다. 따라서 MA(Moving Average)처리를 이용하여 노이즈 효과를 저감한다. 이상의 제안된 알고리즘의 효과를 실험으로 보였다.

• Clinical and Experimental Pediatrics
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• 제49권5호
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• pp.558-564
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• 2006

목 적 : 경뇌 전자기 자극법은 변조 자기장을 이용하여 뇌세포에 대한 직접적인 영향을 주지 않으면서 중추 신경계를 자극할 수 있는 비침습적인 방법이다. 이전의 연구들은 대부분 생체 동물을 대상으로 수행되어져 왔으며 배양 조직에서의 연구는 별로 이루어진 바 없다. 이에 본 연구에서는 배양된 해마 절편에서 다른 주파수의 전자기 자극이 신경원에 미치는 영향과 약물에 의한 세포 손상 후 전자기 자극의 세포보호효과 여부에 대해 알아보고자 하였다. 방 법 : 생후 8일된 실험쥐의 대뇌를 적출하여 dissection microscope 하에서 양쪽 해마 부위를 분리하고 tissue chopper를 이용하여 $450{\mu}M$ 두께로 절편을 만든 후 Stoppini가 고안한 방법대로 배양을 시행하였다. 각각 5개의 건강한 해마 절편이 포함된 inserts를 선택하고, 전자기 자극군에 대해 0.67 Hz와 50 Hz의 주파수로 각각 배양 5일부터 3일 간격으로 6차례 전자기 자극을 가하였다. 또한, 배양 제 14일에 inserts 2개에 $100{\mu}M$ NMDA에 노출시키고 3일 후부터 3일 간격으로 insert 1개에 전자기 자극을 3차례 시행하였고 다른 1개의 insert와 대조군에는 자극을 가하지 않았다. 결 과 : 전자기 자극 후 신경원의 활성도를 알아보기 위해 NeuN 단백 발현을 western blotting을 이용하여 측정한 후 ${\beta}$-actin 단백 발현과의 비를 얻어 각 군에서 비교 분석하였다. 대조군($1.01{\pm}0.27$)에 비해 전자기 자극군에서 NeuN의 발현이 증가되어 있었으며, 특히 저주파 자극군($1.12{\pm}0.14$)에서보다 고주파 자극군($1.27{\pm}0.17$)에서 현저하였고 고주파 자극군에서는 대조군에 비해 통계적으로 유의한 증가를 보였다(P<0.05). 또한, NMDA 노출 후 실험군(전자기 자극군 : $1.15{\pm}0.27$, 전자기 비자극군 : $0.92{\pm}0.09$)에서 대조군($1.26{\pm}0.04$)에 비해 NeuN 발현이 감소되었으나 전자기 비자극군에서 더 많이 감소한 것을 알 수 있었다. 결 론 : 배양된 해마조직의 신경세포에 대한 전자기 자극은 저주파 자극군에 비해 고주파 자극군에서 대조군보다 통계적으로 유의한 수준의 NeuN 발현의 증가를 관찰할 수 있었고, NMDA 노출 후 전자기 자극을 가한 군에서 대조군보다 NeuN 발현 감소가 관찰되기는 하였으나 고주파 자극군에서는 통계적으로 유의하지 않은 정도였던 것으로 보아 전자기 자극이 신경원 활성을 증가시켜 신경세포의 발생 및 증식을 유도하며 세포 손상에 대한 신경보호효과도 보인다는 것을 알 수 있었다. 따라서 전자기 자극은 여러 신경 질환에 있어서 치료적 역할을 할 수 있는 가능성이 있다고 사료된다.

• 한국감성과학회:학술대회논문집
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• 한국감성과학회 2000년도 추계학술대회 논문집
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• pp.202-206
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• 2000

본 연구에서는 회전 자극기를 이용하여 성별에 따른 회전 평형감각 특성을 분석하였다. 피검자는 정상성인 남녀 각각 10명에 대해, 두부회전과 rotatory chair test(RCT)에 의한 회전자극 전과 후의 변화정도를 살펴보았고, COP, Flicker Test, 적외선 카메라를 이용한 체열 측정 등을 통해 전정자극 특성을 평가하였다. 그 결과 COP를 통한 신체동요도 측정 결과 회전자극 제시 후 두부회전의 경우 총 누적거리가 1.47배, RCT의 경우 1.78배까지 증가했고, 플리커 치는 여성(8.6%)이 남성(5%)보다 높게 나타났고, 여성이 남성보다 회전자극에 민감함을 알 수 있었다. 또한, 남녀 모두 회전 자극 후 눈 주위의 온도상승이 미소하게 일어남을 알 수 있었다.

• 한국정밀공학회:학술대회논문집
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• 한국정밀공학회 2003년도 추계학술대회 논문요약집
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• pp.113-113
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• 2003

• 한국정보처리학회:학술대회논문집
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• 한국정보처리학회 2015년도 추계학술발표대회
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• pp.1849-1850
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• 2015

본 논문에서는 사람들이 일상생활에서 빈번히 접하는 후각 자극 물질(냄새)에 따른 스트레스 요인 분석을 위한 보조도구 장치인 후각 자극기를 제안한다. 기존 후각 자극 물질에 대해 피시험자의 정신적 요인 분석 연구에서는 실험자가 직접 손 등을 이용하여 수동으로 자극을 제시하여 주변환경내에서의 냄새 물질의 오염, 정확한 시간 동기화할 수 없는 문제점 등이 있다. 본 논문에서 후각 자극에 따른 피시험자의 정신적 요인 분석을 보다 정확하게 할 수 있는 후각 자극기를 구현하였다.

• 한국멀티미디어학회논문지
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• 제9권3호
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• pp.360-368
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• 2006

최근 휴대폰의 성능이 향상되면서 다양한 부가기능을 내장한 멀티미디어 폰이 등장했다. 특히 웰빙에 대한 관심이 증가하여 바이오 기능을 휴대폰에 내장 하기위한 다양한 시도가 있어 왔다. 여러 가지 바이오 기능 중 경피 신경 전기치료기는 혈액 순환의 개선과 통증 억제의 기능이 있으므로 이를 휴대폰에 내장시키면 언제 어디서나 쉽게 전기 자극을 통해 혈액 순환을 개선하고 통증 억제를 할 수 있는 장점이 있다. 경피 신경 전기치료기를 휴대폰에 내장시키기 위해서는 소형 및 저전력의 자극모듈이 필요하며, 모듈이 오동작할 경우에도 사용자의 안전을 보장할 수 있어야 한다. 본 논문에서는 소형의 승압기를 이용하여 휴대폰에 내장가능 한 전기자극기를 설계 및 제작하였으며, 사용자의 안전을 위해 자극기의 출력단에 충전된 전체 에너지가 한꺼번에 출력되어도 인체에 무해하도록 설계하였다. 구현한 자극기 모듈의 검증을 위하여 소형의 마이크로 프로세서를 이용하여 테스트 시스템을 구현하여 성능을 검증하였다.

• 대한의용생체공학회:의공학회지
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• 제24권6호
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• pp.523-531
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• 2003

본 연구에서는 표면 전극을 사용하는 8채널 전기자극 시스템을 개발하였고. 이 시스템을 이용하여 하반신 마비한자의 근력강화를 위한 전기자극 엑서사이즈와 FES 보행을 하였다. 본 연구에서 개발한 전기자극 시스템은 컴퓨터 프로그램, 전기자극기, 그리고 컴퓨터 프로그램과 전기자극기를 연결하는 통신부분으로 구성되어 있다. 컴퓨터 프로그램에서는 마우스를 이용하여 임의의 자극 패턴을 손쉽게 구성하고 편집학 수 있으며 이렇게 구성/편집된 자극 패턴은 동원곡선(recruitment curve)을 통하여 자극 파라미터로 변환된다. 자극 파라미터는 직렬통신을 이용하여 전기자극기에 전달된다. 전기자극기는 주제어부에 1개, 각 채널에 1개씩 총 9개의 마이크로프로세서로 구성되어 있다. 주제어부의 마이크로프로세서가 컴퓨터 프로그램과 통신을 하고 각 채널의 마이크로프로세서를 제어한다. 본 연구에서 개발한 기능적 전기자극 시스템으로 하반신 마비환자에게 100주 동안 전기자극 엑서사이즈를 실시한 결과 근력, 다리둘레, 그리고 피로저항성의 증가를 볼 수 있었다. 전기자극 엑서사이즈로 무릎신근(knee extensor muscle)이 체중을 지지한 수 있을 정도로 증가한 후에 FES 보행을 시작하였고, 현재 2분 동안 50m 이상 보행할 수 있다.

• 인지과학
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• 제33권1호
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• pp.51-75
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• 2022

경두개 직류전기자극(transcranial Direct Current Stimulation; tDCS)은 지각, 인지, 운동 등의 뇌기능 향상 및 발달 효과가 입증되며, 다양한 분야에서 활용 및 응용되는 비침습적 뇌자극술이다. tDCS 효과는 뇌의 해부학적 구조, 뇌의 노화 정도 등의 뇌신경활성화 특징에 따라 다르게 나타난다는 연구결과들이 보고되고 있다. 일주기 리듬(circadian rhythm)은 대략 하루 주기의 수면과 각성의 생리적 변화패턴을 의미하며 뇌신경활성화 상태는 일주기 리듬에 따라 다르게 나타난다. 일주기 유형(chronotype)은 하루 중에 발현되는 각성도의 크기에 따라 아침의 각성도가 큰 유형은 아침형으로 저녁의 각성도가 큰 유형은 저녁형으로 나누어진다. 본 연구는 일주기 리듬에 의해 변하는 뇌기능 특징이 tDCS 효과에 미치는 영향을 알아보고자 한다. 총 20명의 건강한 성인 대상으로 실험을 진행하였고, 참가자들은 일주기 유형을 분류하기 위해 아침형-저녁형 설문지에 의해 주간형(아침형, 중간형)과 야간형(저녁형)으로 분류했다. 본 실험은 Zoom 프로그램을 이용하여 참가자와 실험자가 온라인으로 만나서 실험을 진행했다. 실험이 확정된 참가자는 실험자로부터 뇌파 기기, 뇌파 데이터를 획득하는 앱이 있는 핸드폰, 핸드폰 거치대, 뇌자극 기기의 사용방법에 대한 설명을 듣고 기기를 테스트해보고 기기를 전달받았다. 기기사용의 어려움을 가진 2명의 참가자는 대면 실험을 진행하여, 실험자가 기기작동을 하여 실험에 참여했다. 일주기 리듬의 상태에 따른 뇌자극 효과를 알아보기 위해 1주일 간격으로 아침과 저녁에 실험했으며, tDCS 자극 전과 후의 신경활성화 반응의 차이를 뇌파를 이용하여 측정하였다. 뇌자극에 의한 뇌기능 변화를 확인하기 위해 자극 전의 뇌파와 자극 후 뇌파가 다른 패턴을 보이며 분류가 잘되는 지를 예측 정확도로 분석했으며, 뇌기능 특징 변화가 일주기 리듬과 일주기 유형에 따라 다르게 나타나는지 확인하기 위해 각 조건의 분류조건(아침/저녁, 주간형/야간형)에서 추출된 주요 EEG 특성을 비교했다. 54개의 뇌파 특성값을 추출하여 SVM(Support Vector Machine) 기계학습 알고리즘으로 분류 모델을 구축하였고, 구축된 모델을 Leave-One-Out 교차검증(Leave-One-Out Cross-Validation)을 사용하여 자극 전과 후의 뇌파 반응을 예측하는지 평가하였고, 분류예측모델의 주요 예측 인자를 확인하는 주요 특성 분석을 진행하였다. 아침과 저녁의 tDCS에 따른 뇌파 특징을 분류하는 예측 정확도는 모두 98%로 나타났으며, 주간형의 아침 자극 조건과 저녁 자극 조건의 예측 정확도는 92%와 96%이며, 야간형의 아침자극 조건과 저녁 자극 조건의 예측 정확도는 모두 94%로 나타났다. 아침 자극 전과 후의 뇌파를 분류하는 상위 3개의 주요 EEG 특성결과는 주간형과 야간형에 따라 다르게 나타났다. 주간형은 좌측 측두 두정엽과 전전두엽의 뇌파 특성값이 나타났으며, 야간형은 측두 두정엽의 뇌파 특성값들만 나타났다. 저녁 자극전과 후의 뇌파를 분류하는 상위 3개의 주요 EEG 특성 결과 또한 주간형과 야간형에 따라 다르게 나타났다. 주간형은 우측 측두 두정엽과 좌측 전두엽의 뇌파 특성값이 나타났으며, 야간형은 측두 두정엽과 전두엽의 뇌파 특성값이 나타났다. 이와 같은 연구결과는 일주기 리듬과 유형에 따라 아침과 저녁의 뇌기능 특징이 다르게 나타나서 뇌자극 효과가 다르게 나타날 수 있음을 확인한 결과이다. 본 연구의 결과는 효과적인 뇌자극을 위해 개인의 뇌신경 활성화 상태 및 특징에 따라서 뇌자극 프로토콜을 조정할 필요성을 제시한다는 데에 의의를 찾을 수 있다.

• 대한의용생체공학회:의공학회지
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• 제22권2호
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• pp.139-144
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• 2001

자기 신경자극기는 신경의학, 재활의학을 포함한 많은 임상의학 분야에서 널리 쓰이고 있다. 자기 신경자극기는 전력소모가 크고 고압 전원이 필요한 이유 때문에 단채널 시스템만이 임상환경이나 연구환경에서 쓰여 왔었다. 본 논문에서는 4채널 자기 신경자극기 개발을 소개하였다. 고압 커패시터를 충전하는데 있어서 단계적 충전방식을 사용하여 작은 크기의 직류 전원장치로 다채널 시스템을 구현하였고, 채널별로 서로 다른 자극 프로토콜로 자극 코일을 구동할 수 있는 다채널 제어시스템을 구성하였다. 개발된 시스템은 신경계통 장애가 있는 환자들의 재활이나 자기적인 침술 등 다양한 기능적 자기 자극에 활용될 수 있을 것으로 기대된다.