• Investigative Magnetic Resonance Imaging
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• 제18권3호
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• pp.244-252
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• 2014

목적 : 멀티 생체신호를 이용한 지능형 실시간 심장과 호흡에 동기화 하는 시스템을 사용하여 심장자기공명영상을 수행하였다. 또한 멀티 생체신호를 측정하는 과정에서 유기될 수 있는 eddy current의 특성을 분석하였다. 대상 및 방법 : 멀티 생체신호 동기화 시스템에서는 심전도 신호와 호흡신호 외에 추가로 $SPO_2$ 정보를 수집하여 심장의 움직임에 동기화 하였다. 심장운동의 동기화는 심전도와 함께 $SPO_2$의 이차미분 신호를 이용할 수 있음을 보였다. 심장 동기화 과정에서 피검자의 움직임과 부정맥에 의해 발생할 수 있는 잘못된 동기신호를 평균 R-R 시간을 이용하여 제거하였다. 심장 영상화를 위한 시퀀스에서 경사자계의 스위칭에 의해 유기될 수 있는 eddy current의 특성을 분석하여 하드웨어 및 소프트웨어 필터로 차단하였다. 결과 : 제안된 동기화 시스템을 이용하여 심장과 호흡 운동에 동기화된 심장자기공명영상을 얻었다. 심전도 신호에서 피검자의 움직임과 부정맥에 의해 발생할 수 있는 동기신호를 차단하였고, 심장 영상화 과정에서 유기될 수 있는 eddy current를 제거하였다. 또한 심전도 신호를 보완하여 $SPO_2$의 이차미분신호를 이용하여 심장 영상이 가능함을 보였다. 결론 : 본 논문에서 제안한 멀티 생체신호 동기화 시스템은 심장자기공명영상을 위해 여러 생체신호 (심전도, $SPO_2$, 호흡)를 이용하여 실시간으로 심장과 호흡 동기화를 수행한다. 심전도에서 피검사자의 움직임과 부정맥에 의해 발생할 수 있는 동기 신호를 차단하였다. 경사자계의 스위칭에 의해 생체신호에 유기될 수 있는 eddy current를 분석하였고, 심장과 호흡 동기를 병행하여 피검사자가 자유롭게 호흡하면서 심장 영상을 얻을 수 있었다.

• 한국의학물리학회지:의학물리
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• 제20권4호
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• pp.324-330
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• 2009

본 연구에서는 정위방사선수술시 움직이는 목표점에 대한 사이버나이프 호흡동기추적장치의 위치 정확성 및 유용성을 평가하고자 한다. 본 연구를 위해 움직이는 목표점을 재현할 수 있는 동적팬톰을 사용하였으며 움직이는 목표점 추적을 위하여 사이버나이프의 호흡동기추적장치인 $Synchrony^{TM}$ 시스템을 사용하였다. 움직이는 목표점의 치료계획을 위하여 4D CT를 이용한 영상획득을 하였고 움직이는 목표점에서의 선량분포와 점선량 측정을 위하여 gafchromic EBT 필름과 0.62 cc 이온 전리함을 사용하였다. 호흡동기추적장치의 정확성을 평가하기 위하여 팬톰의 목표점을 움직였을 때와 정지 상태일 때 목표점에서의 선량분포(처방선량기준 선량분포의 80%)를 비교하였으며 목표점에서의 점선량을 측정하였다. 위치추적장치와 호흡동기추적장치 상호간의 동기화에 의한 정확성은 동기화 되지 않을 경우 평균 $11.5{\pm}3.09\;mm$였으며 동기화 되었을 경우 $0.14{\pm}0.08\;mm$의 차이를 나타내었다. 목표점 정지상태시의 영상과 4D CT를 이용한 움직이는 목표점에 대한 영상을 이용하여 치료계획상의 정확성은 평균 $0.18{\pm}0.06\;mm$의 차이를 나타내었다. 또한 호흡동기추적장치의 정확성은 1 mm 이하로 나타났다. 호흡동기추적장치의 유효성을 확인하기 위하여 움직이는 목표점에 대하여 호흡동기추적장치를 중지하여 측정한 결과 평균 $17.39{\pm}0.14\;mm$였으며 가동하였을 때 $1.37{\pm}0.11\;mm$로 나타났다. 목표점에서의 선량값을 비교한 결과 목표점이 정지상태일 때 $0.68{\pm}0.38%$, 호흡동기추적장치를 이용한 움직이는 목표점에서는 $1.31{\pm}0.81%$의 차이를 나타내었다. 위치추적장치와 호흡동기추적장치 상호간의 동기화에 의한 정확성 확인에서 장치사이에서 동기화가 매우 정확하게 수행됨을 확인하였다. 본 연구의 결과 움직이는 목표점에 대한 정위방사선수술시 호흡동기추적장치를 필수적으로 사용해야하며 본 연구에서 사용된 사이버나이프의 호흡동기추적장치인 Synchrony 시스템의 유용성과 정확성을 평가한 결과 매우 정확함을 확인하였다.

• 한국방사선학회논문지
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• 제15권7호
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• pp.1049-1056
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• 2021

본 연구의 목적은 일반촬영용 호흡 동기화 장치를 개발하여 호흡 협조가 어려운 환자의 가슴 검사를 할 때 들숨의 재현성을 높이는 것이다. 공기압 센서를 이용하여 호흡 동기화 장치를 자체 제작(X-RSD)하였고, 심폐소생술용 마네킹에 벤틸레이터를 연결하여 공기를 주입하였다. 이때 주입한 공기의 양은 SkillReporting 장치를 이용하여 정량화하였다. 마네킹의 가슴에 X-RSD를 위치한 후 공기의 양을 200-700 cc까지 100 cc 씩 총 6 단계를 나눠서 검사하였다. 오차 평가는 총 80회씩 반복 측정하여 X-RSD의 민감도를 측정하였고 민감도는 100%로 매우 정교한 결과 값을 얻을 수 있었다. 이후 가슴 측면검사를 X-RSD를 보면서 검사한 영상과, 암맹 검사한 영상을 비교평가 하였고, X-RSD의 폐 용적이 암맹 검사보다 용적도 크게 측정되고, 편차도 적게 측정되었다. 종합적으로 X-RSD를 이용하면 협조가 어려운 환자의 가슴검사에 도움을 줄 수 있으며, 일반촬영의 재촬영률을 줄여 전체적인 피폭선량 감소에 기여가 가능할 것이라 사료된다.

• 전자공학회논문지SC
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• 제47권4호
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• pp.21-29
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• 2010

본 연구는 심초음파에 사용되는 생체신호측정모듈을 개발하고자 하였다. 생체신호측정모듈은 심전도, 호흡, 맥파, 심음 측정 기능을 포함하며, 생체신호측정모듈에서 측정된 4가지의 생체신호와 초음파 영상을 동기화시켜 심장의 수축과 이완에 따른 심장질환을 진단하는데 사용된다. 생체신호의 특성을 고려한 테스트 패턴을 적용하여 개발된 생체신호측정 회로부를 검증하였으며, 특히 심전도의 QRS trigger 지연시간은 국제규격인 EC-13에 만족하였다. 또한, 개발된 심전도, 호흡, 맥압, 심음이 동기화 되는 것을 확인하였으며, 심초음파의 M-mode 영상에서 혈류의 흐름과 심전도의 변화가 일치함을 확인하였다.

• 감성과학
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• 제20권3호
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• pp.61-70
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• 2017

감성을 인식하는데 있어 생리적 반응은 중요하다. 생리적 반응은 인체의 주요 기관들과 밀접한 관련이 있지만 감성을 인식하는데 연결성은 고려되지 않고 있다. 자율신경계는 감성과 밀접한 관련이 있는데, 심장과 폐와 같은 인체 내 주요 내장기관에 분포되어 기능적 상보작용을 통해 생리적 반응을 조절하기 때문이다. 따라서 본 연구는 심장과 호흡의 연결성을 분석하고 감성을 인식하는 중요한 연결 변수를 찾고자 하였다. 피험자 18명(남 10명, 평균 나이 $24.72{\pm}2.47$)은 소리 자극을 이용한 감성 유발 실험에 참여하였고 심전도와 호흡 데이터를 측정하였다. 수집된 심장과 호흡 데이터는 스펙트럼 분석을 이용하여 HRV와 BRV spectrum을 구하였고, 감성에 따른 HRV와 BRV spectrum의 동기화 차이를 일원배치분산분석을 통해 통계적 유의성을 확인하였다. Tukey 검증 결과, arousal-relaxation은 HF 대역에서 심전도와 호흡의 동기화 차이로 인식 가능하였고(p = 0.008, d = 1.4274), negative-positive는 LF 대역에서 인식이 가능하였다(p = 0.002, d = 1.7377). 본 연구 결과로 심장과 호흡의 연결성을 통해 차원적 감성을 정량적으로 평가할 수 있음을 확인하였고, 복합적인 원인으로 발현되는 감성을 인식하는데 생리적 반응들의 연결성 변수의 활용도가 높을 것으로 기대된다.

• 한국방사선학회논문지
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• 제7권2호
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• pp.157-163
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• 2013

본 연구는 각 호흡 위상에 따른 계획용표적체적(planning target volume. PTV)의 움직임 및 체적(PTV volume)의 변화를 횡격막(diaphragm)의 움직임을 이용하여 정량적으로 분석함으로써 폐암의 호흡 동기 방사선치료를 위한 최적화된 호흡 위상을 알아보고자 하였다. 비특이적 호흡이나 불규칙적인 호흡에 의한 체계적 오류(system error)를 화하기 위하여 모의 호흡 훈련을 시행하였다. 정규화된 호흡 동기 방사선치료 절차에 따라 각 호흡 위상 i에 따른 4차원 전산화치료계획(4-dimensional computed tomography. 4DCTi)을 시행하였으며 0~90%, 30~70%, 40~60% 호흡 위상으로 재구성된 4DCTi 영상에서 PTV를 정의하고 PTVi의 움직임 및 체적의 변화를 정략적으로 분석하였다. 모의호흡 훈련에 의한 평균 호흡 주기는 $3.4{\pm}0.5$초로 나타났으며 임상적으로 유도되는 예상 값과 실제 측정값의 일치 정도를 나타내는 R-제곱 값은 1에 근접하여 유의하였다. 또한 각 호흡 위상 i에 따른 PTVi의 움직임은 0~90% 호흡 위상의 경우 $13.4{\pm}6.4mm$, 30~70% 호흡 위상의 경우 $6.1{\pm}2.9mm$, 40~60% 호흡 위상의 경우 $4.0{\pm}2.1mm$ 이었으며 PTVi의 체적 변화는 30~70% 호흡 위상의 경우 $32.6{\pm}8.7%$, 40~60% 호흡 위상의 경우 $41.6{\pm}6.2%$ 감소되었다. 결론적으로 짧은 호흡 위상(40~60%: 30% duty cycle) 폭을 적용하였을 때 PTV의 움직임 및 체적의 변화가 감소되어 호흡을 고려한 PTV 마진이 4mm 이내이면서 PTV 내 선량의 균일성을 얻을 수 있었다.

• Perspectives in Nursing Science
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• 제14권2호
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• pp.64-69
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• 2017

Purpose: Breathing can be controlled either unconsciously or consciously. In Asian countries, various conscious breathing-control techniques have been practiced for many years to promote health and wellbeing. However, the exact mechanism underlying these techniques has not yet been established. The purpose of this study is to explore the physiological mechanism explaining how conscious breathing control could affect the autonomic nervous system, brain activity, and mental changes. Methods: The coupling phenomenon among breathing rhythm, heart rate variability, and brain waves was explored theoretically based on the research hypothesis and a review of the literature. Results: Respiratory sinus arrhythmia is a well-known phenomenon in which heart rate changes to become synchronized with breathing: inhalation increases heart rate and exhalation decreases it. HRV BFB training depends on conscious breathing control. During coherent sinusoidal heart rate changes, brain ${\alpha}$ waves could be enhanced. An increase in ${\alpha}$ waves was also found and the synchronicity between heart beat rhythm and brain wave became strengthened during meditation. Conclusion: In addition to the effect of emotion on breathing patterns, conscious breathing could change heart beat rhythms and brainwaves, and subsequently affect emotional status.

• 한국정보처리학회:학술대회논문집
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• 한국정보처리학회 2017년도 춘계학술발표대회
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• pp.1060-1061
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• 2017

방사선 로봇 시스템은 X-Ray를 이용하는 로봇 기반 자동 치료 시스템으로 방사선 치료계획 시스템, 방사선가속기, 방사선 치료 로봇, 호홉 추적 시스템, 스마트베드로 구성된다. X-Ray를 이용하는 치료 시스템인 관계로 안정적인 제어가 요구되며, 환자의 호흡에 의한 병소 위치 변위 발생에도 X-Ray를 병소에 정확하게 정량 조사해야한다. 본 논문에서는 방사선 로봇 시스템을 구성하는 서브시스템 간의 데이터 송수신 동기화와 시스템 안정성 확보, 그리고 시스템 통합을 위한 문서 작업을 획기적으로 줄이면서 시스템 통합을 단시간에 수행한 과정에 대하여 기술한다.

• 대한방사선치료학회지
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• 제27권2호
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• pp.157-166
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• 2015

목 적 : 사이버나이프 종양 추적 시스템(Cyber-knife tumor tracking system)은 환자 외부에 부착한 LED marker에서 얻어진 실시간 호흡 주기 신호와 호흡에 따라 움직이는 종양의 위치와의 상관관계를 바탕으로 종양의 위치를 미리 예측하고 종양의 움직임을 치료기와 동기화 (Synchronize) 시켜 실시간으로 종양을 추적하며 치료하는 시스템이다. 본 연구의 목적은 사이버나이프 종양 추적 방사선 치료 중 기침이나 수면 등으로 인해 예측 불가능한 갑작스러운 호흡 형태 변화에 따른 종양 추적 방사선 치료 시스템의 정확도를 평가하고자 한다. 대상 및 방법 : 연구에 사용된 호흡 Log 파일은 본원에서 호흡 동조 방사선치료(Respiratory gating radiotherapy)나 사이버나이프 호흡 추적 방사선수술(Cyber-knife tracking radiosurgery)을 받았던 환자의 호흡 Log 파일을 바탕으로, 정현곡선 형태(Sinusoidal pattern)와 갑작스런 변화 형태(Sudden change pattern)의 Log 파일을 이용하여 측정이 가능하도록 재구성하였다. 재구성 된 호흡 Log 파일을 사이버나이프 동적 흉부 팬텀에 입력하여 호흡에 따른 움직임을 구현할 수 있도록 기존 동적 흉부 팬텀의 구동장치를 추가 제작하였고, 호흡의 형태를 팬텀에 적용 시킬 수 있는 프로그램을 개발하였다. 팬텀 내부 표적(Ball cube target)의 움직임은 호흡의 크기에 따라 상하(Superior-Inferior)방향으로 5 mm, 10 mm, 20 mm 3가지 크기의 변위로 구동하게 하였다. 팬텀 내부 표적에 EBT3 필름 2장을 교차 삽입하여 표적 움직임의 변화에 따라 사이버나이프 제조사에서 제공된 End-to-End(E2E) test를 호흡의 형태에 따라 각각 5회씩 실시하고 측정하였다. 종양 추적 시스템의 정확도는 삽입된 필름을 분석하여 표적 오차(Targeting error)로 나타내었고, 추가로 E2E test가 진행되는 동안 상관관계 오차(Correlation error)를 측정하여 분석하였다. 결 과 : 표적 오차는 정현곡선 호흡 형태일 경우 표적 움직임의 크기가 5 mm, 10 mm, 20 mm 에 따라 각각 평균 $1.14{\pm}0.13mm$, $1.05{\pm}0.20mm$, $2.37{\pm}0.17mm$이고, 갑작스런 호흡 변화 형태일 경우 각각 평균 $1.87{\pm}0.19mm$, $2.15{\pm}0.21mm$, $2.44{\pm}0.26mm$으로 분석되었다. 표적 추적에 있어 변위 벡터의 길이로 정의할 수 있는 상관관계 오차는 정현곡선 호흡 형태일 경우 표적 움직임의 크기가 5 mm, 10 mm, 20 mm 에 따라 각각 평균 $0.84{\pm}0.01mm$, $0.70{\pm}0.13mm$, $1.63{\pm}0.10mm$이고, 갑작스런 호흡 변화 형태일 경우 각각 평균 $0.97{\pm}0.06mm$, $1.44{\pm}0.11mm$, $1.98{\pm}0.10mm$으로 분석되었다. 두 호흡 형태에서 모두 상관관계 오차 값이 클수록 표적 오차 값이 크게 나타났다. 정현곡선 호흡 형태의 표적 움직임 크기가 20 mm 이상일 경우, 두 오차 값 모두 사이버나이프 제조사의 권고치인 1.5 mm 이상으로 측정되었다. 결 론 : 표적 움직임의 크기가 클수록 표적 오차 값과 상관관계 오차 값이 증가하는 경향이 있었으며, 정현곡선 호흡 형태보다 갑작스런 호흡 변화 형태에서 오차 값이 크게 나타났다. 호흡의 형태가 규칙적인 정현 곡선 형태더라도 표적의 움직임이 클수록 종양 추적 시스템의 정확도가 감소하는 것으로 판단할 수 있다. 사이버나이프 종양 추적 시스템의 알고리즘을 이용하여 치료 시행 시 환자의 기침 등으로 인하여 갑작스럽게 예측 불가능한 호흡 변화가 있는 경우 치료를 멈추고 내부 표적 확인 과정을 재실시 하여야 하며 호흡 형태를 재조정해야 할 필요가 있다. 치료 중 환자가 본인의 호흡 형태를 관찰 할 수 있는 고글 모니터 등을 착용하여 규칙적인 호흡 형태를 유도하는 것이 치료의 정확도는 향상될 수 있다고 판단된다.

• 대한방사선기술학회지:방사선기술과학
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• 제39권2호
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• pp.149-156
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• 2016

자기공명영상을 이용한 심장혈류의 측정은 호흡과 심장의 불수의적인 움직임으로 인해 제한되어 왔다. 따라서 본 연구에서는 심장혈류의 측정값을 비교하여 적절한 호흡방법과 영상변수를 제시하고 위상대조도 자기공명영상을 통한 심장혈류검사의 정확성을 향상시키고자 하였다. 연구 대상자는 정상의 지원자 15명(남: 10명, 여: 5명) 평균연령: $30{\pm}5.2$세를 대상으로 하였다. 상행대동맥과 하행대동맥에서 위상대조도 자기공명영상을 이용하여 각각 호흡정지 retrospective 1NEX와 비 호흡정지 retrospective 1-3NEX로 검사하여 비교하여 평가하였다. 연구 결과 상행대동맥에서 호흡정지 retrospective 1NEX의 평균혈류량/평균혈류속도는 각각 $96.17{\pm}19.12ml/sec$, $17.04{\pm}4.12cm/sec$로 비 호흡정지 retrospective 1NEX의 $72.31{\pm}13.27ml$, $12.32{\pm}3.85cm/sec$와는 통계적으로 유의한 차이를 보였다(p<0.05). 반면에 2NEX에서는 평균혈류량과 평균혈류속도가 $101.90{\pm}24.09$, 16.84{\pm}4.32, 3NEX에서는 $103.06{\pm}25.49$, $16.88{\pm}4.19$로 통계적으로 유의한 차이를 보이지 않았다(p>0.05). 하행대동맥에서 호흡정지 retrospective 1NEX의 평균혈류량/평균혈류속도는 $76.68{\pm}19.72ml/sec$, $22.23{\pm}4.8cm/sec$로 비 호흡정지 retrospective 1-3NEX와 비교 시 유의한 차이를 보이지 않았다. 그러므로 비 호흡정지 retrospective방법은 NEX의 증가에 따라 호흡정지 retrospective방법과 비교하여 심장혈류 측정값에 유의한 차이점이 없기 때문에 숨을 잘 참지 못하거나 또는 소아환자에게 있어서 심장혈류 검사의 진단적 가치를 높여줄 것으로 사료된다.