욕창 예방을 위한 멀티모달 센서 및 모니터링 시스템에 관한 연구

국문 초록 (Abstract)

피부 접촉면에서 발생하는 기계적 하중을 연속적으로 모니터링하는 것은 거동이 제한된 환자에서 욕창을 예방하는 데 매우 중요하다. 그러나 기존의 대부분의 센서 시스템은 기계적 수치 값을 단순히 측정하는 데 그치며, 임상적 해석이나 직관적인 시각화를 제공하지 못하고, 전단력을 고려하는 경우도 드물다.
이러한 한계를 극복하기 위해, 배터리가 필요 없는 무선 그래핀 기반 압력 측정 시스템을 개발했으며, 이 시스템은 휠체어 착석 상태에서 압력과 온도를 안정적으로 측정하고, 딥러닝 알고리즘을 적용하여 자세를 분류하며, AR/VR 기반 몰입형 시각화 시스템을 통해 원격 환경에서도 직관적인 모니터링을 가능하게 한다. 또한 압력과 전단력을 동시에 모니터링할 수 있는 좌굴 구조물 기반 멀티모달 센서를 개발하였다. 유한요소해석과 유선 측정을 통해 그 성능이 검증되었다.
본 연구는 첨단 소재, 다중 물리량 측정, 딥러닝, 몰입형 시각화 기술을 결합한 상호보완적 접근 방식을 제시함으로써, 욕창 예방을 위한 차세대 스마트 헬스케어 플랫폼의 기반을 확립한다.

목차 (Table of Contents)

• List of Figures ᠁᠁᠁᠁᠁᠁᠁᠁᠁᠁᠁᠁᠁᠁᠁᠁᠁᠁᠁᠁᠁᠁᠁ Ⅲ
• List of Tables ᠁᠁᠁᠁᠁᠁᠁᠁᠁᠁᠁᠁᠁᠁᠁᠁᠁᠁᠁᠁᠁᠁᠁ Ⅵ
• Nomenclatures ᠁᠁᠁᠁᠁᠁᠁᠁᠁᠁᠁᠁᠁᠁᠁᠁᠁᠁᠁᠁᠁᠁᠁ Ⅶ
• I. 서론 ᠁᠁᠁᠁᠁᠁᠁᠁᠁᠁᠁᠁᠁᠁᠁᠁᠁᠁᠁᠁᠁᠁᠁᠁᠁᠁᠁᠁ 1
• 1.1 욕창 예방의 필요성 ᠁᠁᠁᠁᠁᠁᠁᠁᠁᠁᠁᠁᠁᠁᠁᠁᠁᠁᠁ 1
• 1.2 욕창 예방 센서 선행 연구 및 한계점 ᠁᠁᠁᠁᠁᠁᠁᠁᠁᠁᠁ 4
• 1.3 연구 개요 ᠁᠁᠁᠁᠁᠁᠁᠁᠁᠁᠁᠁᠁᠁᠁᠁᠁᠁᠁᠁᠁᠁᠁ 7
• II. 그래핀 기반의 압력 센서 및 자세 모니터링 ᠁᠁᠁᠁᠁᠁᠁᠁᠁ 9
• 2.1 압력 센서 설계 ᠁᠁᠁᠁᠁᠁᠁᠁᠁᠁᠁᠁᠁᠁᠁᠁᠁᠁᠁᠁᠁ 9
• 2.1.1 압력 센서의 구조적 설계 ᠁᠁᠁᠁᠁᠁᠁᠁᠁᠁᠁᠁᠁᠁ 9
• 2.1.2 압력 센서의 작동 원리 ᠁᠁᠁᠁᠁᠁᠁᠁᠁᠁᠁᠁᠁᠁ 12
• 2.2 압력 센서 제작 ᠁᠁᠁᠁᠁᠁᠁᠁᠁᠁᠁᠁᠁᠁᠁᠁᠁᠁᠁᠁ 15
• 2.2.1 단일층, 고품질 그래핀 합성 ᠁᠁᠁᠁᠁᠁᠁᠁᠁᠁᠁᠁ 15
• 2.2.2 캡슐화 그래핀 제작 ᠁᠁᠁᠁᠁᠁᠁᠁᠁᠁᠁᠁᠁᠁᠁᠁ 19
• 2.2.3 캡슐화 그래핀 기반 압력 센서 제작 ᠁᠁᠁᠁᠁᠁᠁᠁ 21
• 2.3 압력 센서 유선 및 무선 특성 평가 ᠁᠁᠁᠁᠁᠁᠁᠁᠁᠁᠁ 24
• 2.3.1 유선 특성 평가 ᠁᠁᠁᠁᠁᠁᠁᠁᠁᠁᠁᠁᠁᠁᠁᠁᠁᠁ 24
• 2.3.2 무선 측정 플랫폼 설계 및 제작 ᠁᠁᠁᠁᠁᠁᠁᠁᠁᠁ 28
• 2.3.3 무선 특성 평가 ᠁᠁᠁᠁᠁᠁᠁᠁᠁᠁᠁᠁᠁᠁᠁᠁᠁᠁ 33
• 2.4 심층 신경망 기반 자세 분류 ᠁᠁᠁᠁᠁᠁᠁᠁᠁᠁᠁᠁᠁᠁ 36
• 2.4.2 임상 실험을 위한 휠체어 시스템 제작 ᠁᠁᠁᠁᠁᠁᠁ 39
• 2.4.3 임상 실험 결과 및 심층 신경망 기반 자세 분류 ᠁᠁᠁ 41
• 2.5 증강/가상 현실 기반 센서 데이터 시각화 ᠁᠁᠁᠁᠁᠁᠁᠁ 47
• 2.5.1 증강/가상 현실 시스템 구성 ᠁᠁᠁᠁᠁᠁᠁᠁᠁᠁᠁᠁ 47
• 2.5.2 증강/가상 현실 시각화 ᠁᠁᠁᠁᠁᠁᠁᠁᠁᠁᠁᠁᠁᠁ 49
• 2.6 결론 ᠁᠁᠁᠁᠁᠁᠁᠁᠁᠁᠁᠁᠁᠁᠁᠁᠁᠁᠁᠁᠁᠁᠁᠁᠁ 53
• III. 좌굴 구조물 기반 멀티모달 센서 ᠁᠁᠁᠁᠁᠁᠁᠁᠁᠁᠁᠁᠁ 54
• 3.1 좌굴 구조물 기반 멀티모달 센서의 설계 ᠁᠁᠁᠁᠁᠁᠁᠁᠁ 54
• 3.1.1 좌굴 구조물 설계 ᠁᠁᠁᠁᠁᠁᠁᠁᠁᠁᠁᠁᠁᠁᠁᠁᠁ 54
• 3.1.2 유한요소해석을 통한 좌굴 거동 및 변형률 분포 분석 55
• 3.2 압력 전단력 측정 원리 ᠁᠁᠁᠁᠁᠁᠁᠁᠁᠁᠁᠁᠁᠁᠁᠁ 58
• 3.3 좌굴 구조물 기반 멀티모달 센서 제작 ᠁᠁᠁᠁᠁᠁᠁᠁᠁ 59
• 3.3.1 삼층 적층 필름 설계 ᠁᠁᠁᠁᠁᠁᠁᠁᠁᠁᠁᠁᠁᠁᠁ 59
• 3.3.2 삼층 적층 필름의 좌굴을 통한 멀티모달 센서 제작 ᠁ 64
• 3.4 좌굴 구조물 기반 멀티모달 센서의 특성 평가 ᠁᠁᠁᠁᠁᠁ 65
• 3.5 결론 ᠁᠁᠁᠁᠁᠁᠁᠁᠁᠁᠁᠁᠁᠁᠁᠁᠁᠁᠁᠁᠁᠁᠁᠁᠁ 68
• Ⅳ. 결론 ᠁᠁᠁᠁᠁᠁᠁᠁᠁᠁᠁᠁᠁᠁᠁᠁᠁᠁᠁᠁᠁᠁᠁᠁᠁᠁ 69
• 참고문헌 ᠁᠁᠁᠁᠁᠁᠁᠁᠁᠁᠁᠁᠁᠁᠁᠁᠁᠁᠁᠁᠁᠁᠁᠁᠁᠁ 70
• Abstract ᠁᠁᠁᠁᠁᠁᠁᠁᠁᠁᠁᠁᠁᠁᠁᠁᠁᠁᠁᠁᠁᠁᠁᠁᠁᠁ 79
• 감사의 글 ᠁᠁᠁᠁᠁᠁᠁᠁᠁᠁᠁᠁᠁᠁᠁᠁᠁᠁᠁᠁᠁᠁᠁᠁᠁᠁ 80