본 연구에서는 광전 용적맥파(photoelectric plethysmography, PPG)를 기반으로 이를 이용하여 혈관 탄성도를 측정 할 수 있는 시스템에 관하여 연구하였다. 광전 용적맥파는 광을 이용한 비 침습적 맥파 측정 방식으로 손가락 끝 부분에서 측정하고 혈액 내에 헤모글로빈의 빛에 대한 광 흡수도의 차이로 인해 나타나게 된다. 얻어진 신호를 2차 미분 하게 되면 가속도 맥파 (acceleration photoplethymogram, APG)를 얻을 수 있고 이는 혈관 탄성도의 추정에 응용가능하다. 본 연구에서는 혈관 탄성도를 측정하기 위한 방법으로 광전 용적맥파를 적용하여 가속도 맥파 측정기기를 설계하고, 이를 바탕으로 혈관 탄성도 추정에 적용 가능 여부를 연구하였다.
본 연구에서는 두 파장을 이용한 광적용적맥파(photoelectric plethysmography, PPG)의 시스템을 기반으로 산소포화도 및 다양한 맥파 관련 건강정보를 분석할 수 있는 시스템에 관하여 연구하였다. 광적용적맥파를 이용한 산소포화도 측정을 위해 서로 다른 두 파장의 빛을 이용하여 비 침습적 맥파 측정 방식으로 손가락 끝 부분에서 측정하고, 혈액 내 헤모글로빈의 빛 대한 광흡수도의 차이를 분석하여 검출하였다. 또한 정확한 분석을 위하여 두 파장의 빛을 순차적으로 제어하는 스위칭 기법을 사용하고, 조직을 통과한 두 파장의 빛을 분리하기 위하여 수광부에 시간의 차이를 두어 각 파장에 대한 광전용적맥파를 측정하였다. 본 연구에서는 산소포화도를 측정하기 위한 방법으로 서로 다른 두 파장을 이용한 광전용적맥파 측정기기를 설계하고, 측정 결과의 정확성 및 유의성에 대한 검증하였다.
광용적맥파를 이용하여 일상생활에서 심장 박동을 관찰하고 심장 박동의 이상을 경고할 수 있는 저렴하면서도 간단한 심박 측정 장치를 구성하고 심장박동을 검출하였다. 심장박동의 검출을 위해 Ring형 광용적맥파 센서를 635nm의 적색 LD와 Si Photodiode로 제작하였다. 제작된 Ring형 광용적맥파 센서는 잡음 및 오차로 작용하는 외부 광원을 차단하였으며, 동(動)잡음의 영향을 최소화하기 위해 측정부위에 밀착하도록 하였다, 측정결과 제작된 센서는 심장박동 신호를 외부 영향 없이 안정적인 검출이 가능함을 알 수 있었다.
임피던스 혈량 측정법(impedance plethysmography)은 인체의 어느 특정부위에서의 혈량의 변화를 환자에게 전혀 고통을 주지않고(noninvasive) 안전하고 간편하게 측정하는 방법으로서, 특히 심장의 빅동량(stroke volume)를 측정하는 분야를 임피던스 카디오그라피(impedance cardiography)라고 한다. 혈량 측정법은 인체의 어느 부위에서 박동하는 혈량은 그 부위로 유입되는 혈량과 유출하는 혈량의 차이 만큼 유발한다는데 근거를 두고 있다. 한편 심전도는 주로 심장의 전기적인 면을 측정하는 반면 임피던스 카디오그라피는 박동량과 심장 근육의 수축능력(contractility)등 심장의 기계적인 면을 측정할 수 있다.
MR(magnetic resonance) image of moving organ such as heart shows serious distortion of MR image due to motion itself. To eliminate motion artifacts, MRI(magnetic resonance imaging) scan sequences requires a trigger pulse like ECG(electro-cardiography) R-wave. ECG-gating using cardiac cycle synchronizes the MRI sequence acquisition to the R-wave in order to eliminate image motion artifacts. In this paper, we designed ECG/PPG(photo-plethysmography) gating system which is for eliminating motion artifacts due to moving organ. This system uses nonmagnetic carbon electrodes, lead wire and shield case for minimizing RF(radio-frequency) pulse and gradient effect. Also, we developed a ECG circuit for preventing saturation by magnetic field and a finger plethysmography sensor using optic fiber. And then, gating pulse is generated by adaptive filtering based on NLMS(normalized least mean square) algorithm. To evaluate the developed system, we measured and compared MR imaging of heart and neck with and without ECG/PPG gating system. As a result, we could get a clean image to be used in clinically. In conclusion, the designed ECG/PPG gating system could be useful method when we get MR imaging of moving organ like a heart.
Pulse conduction velocity is determined by areterial compliance, which is changed by lateral pressure of arterial wall. Hydrostatic pressure of the limb vessel is changed by body position, especially in elevated arm. The arterial pulse in the finger causes the blood volume to change, changing the optical density of the blood. Photoplethysmograph of index finger was obtained by LED and phototransistor. Pulse transmission time(PTT) was measured by the interval between the peak of ECG R wave and the peak of the finger plethysmogram. PTT was increased by upward position of arm, and decreased by downward position of the arm compared to horizontal position. This result suggests that relationship between finger plethysmography and postural change could be applied to evaluate clinical cardiovascular status.
Noninvasive, cuffless, and continuous blood pressure (BP) monitoring is essential to prevent and control hypertension. A well-known existing method for this measurement is pulse transit time (PTT), which has been investigated by many researchers as a promising approach. However, the fundamental principle of the PTT method is based on the time interval taken by a pulse wave to propagate between the proximal and distal arterial sites. Consequently, this method needs an independent system with two devices placed at two different sites, which is a problem. Even though some studies attempted to synchronize the system, it is bulky and inconvenient by contemporary standards. To find a more sensitive method to be used in a BP measurement device, this study used radial electrical bioimpedance (REB) as a potential indicator for BP determination. Only one impedance plethysmography channel at the wrist is performed for demonstrating a ubiquitous BP wearable device. The experiment was evaluated on eight healthy subjects with the ambulatory BP monitor on the upper arm as a reference. The results demonstrated the potential of the proposed method by the correlation of estimated systolic (SBP) and diastolic (DBP) BP against the reference at $0.84{\pm}0.05$ and $0.83{\pm}0.05$, respectively. REB also tracked the DBP well with a root-mean-squared-error of $7.5{\pm}1.35mmHg$.
Park, Seung-Min;Kim, Jun-Yeup;Ko, Kwang-Eun;Jang, In-Hun;Sim, Kwee-Bo
Journal of Electrical Engineering and Technology
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제8권2호
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pp.376-384
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2013
With the continuous aging of the populations in developed countries, the medical requirements of the aged are expected to increase. In this paper, a ring-type pulse oximeter finger sensor and a 24-hour ambulatory heart rate monitoring system for the aged are presented. We also demonstrate the feasibility of extracting accurate heart rate variability measurements from photoelectric plethysmography signals gathered using a ring-type pulse oximeter sensor attached to the finger. We designed the heart rate sensor using a CPU with built-in ZigBee stack for simplicity and low power consumption. We also analyzed the various distorted signals caused by motion artifacts using a FFT, and designed an algorithm using a least squares estimator to calibrate the signals for better accuracy.
Objectives: This study was performed to analyse the effects of Sweet Bee Venom(SBV-purified melittin supported by G&V Co., the major component of honey bee venom) on the respiratory system in rats. Methods: All experiments were conducted at Biotoxtech Company, a non-clinical studies authorized institution, under the regulations of Good Laboratory Practice(GLP). Male rats of 5 weeks old were chosen for this study and after confirming condition of rats was stable, SBV was administered in thigh muscle of rats in 0.175, 0.35 and 0.7 mg/kg dosage. And checked the effects of SBV on the respiratory system using the whole body plethysmography. And respiratory rate, tidal volume and minute volume of rats were checked after administered SBV (melittin). Results: 1. In the measurement of respiratory rate, there were not observed any significant differences compared with control group. 2. In the measurement of tidal volume, there was not observed any significant differences compared with control group. 3. In the measurement of minute volume, 0.35mg/kg dosage group showed significant differences compared with control group. But we estimated that this result was caused by individual differences. Conclusions: Above findings suggest that SBV seems to be safe treatment in the respiratory system of rats. And further studies on the subject should be conducted to yield more concrete evidences.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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