심초음파용 생체신호측정모듈의 개발

장원석(Won-Seuk Jang),김남현(Nam-Hyun Kim),전대근(Dae-Keun Jeon) 대한전자공학회 2010 電子工學會論文誌-SC (System and control) Vol.47 No.4

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. In this study, we aimed to develope the physio-module for echocardiography. This physio-module includes multi-functions such as ECG, respiration, PCG, heart sound, and this is used to diagnose a cardiac disease in using ultrasound images synchronized with biosignals of physio-module. In this paper, the developed physio-module was verified by applying various test patterns considering each biosignal's characteristics and we could get the performance of QRS trigger delay time within international standard, EC-13 criteria. And ECG's change in physio-module and blood flow in M-mode was synchronized.

심초음파용 실시간 심전도 QRS 검출 모듈에 관한 연구

장원석(Won-Seuk Jang),김남현(Nam-Hyun Kim),김응석(Eong-Sok Kim),전대근(Dae-Keun Jeon) 大韓電子工學會 2010 電子工學會論文誌-SC (System and control) Vol.47 No.3

In this study, we investigated the performance of real-time QRS complex detection algorithm in physio-module for echocardiography. The performance of QRS detection module in echocardiography was evaluated according to international standard, EC-13 and we compared with commercialized physio-module with QRS complex detection. In this study, we can get performance of QRS complex detection, pacer pulse detection, Tall t-wave rejection and arrhythmia detection within EC-13's criteria and we can get improved QRS trigger delay time and baseline wondering rejection times in compared with commercialized physio-module. 본 연구는 심초음파에서 사용되는 실시간 심전도 QRS 검출성능 및 심전도 trigger 시간 지연 등의 생체신호측정모듈의 성능 개선을 확인하고자 하였다. 심초음파에서 사용되는 생체신호측정모듈의 심전도 QRS 검출에 대한 성능 평가 중에서 심전도 QRS 크기와 폭에 따른 검출성능, Tall T-wave 제거성능, 부정맥이 있는 심전도의 QRS 검출성능 및 Pacer pulse 검출성능은 심전도 국제 규격인 EC-13을 기준으로 성능을 비교 평가하였으며, QRS의 trigger 신호 지연 시간 및 기저선 복귀시간은 기존에 상용화되어 심초음파에 사용되고 있는 생체신호측정모듈의 성능과 비교 평가하였다. 본 연구에서는 위 4가지 항목은 국제규격인 EC-13 기준을 크게 만족하였으며, QRS의 trigger 신호 지연 시간은 심박수에 따라 17m~21㎳ 빠른 검출 결과를 보였으며 심전도 기저선 복귀시간도 1 beat 이상 빠른 결과를 보였다.

대퇴근활성화에 대한 자전거 운동 시 근전도와 슬관절 각도와의 상관관계 연구

장원석(Won-Seuk Jang),김성민(Sung-Min Kim),강승호(Seung-Ho Kang),김남현(Nam-Hyun Kim) 대한전자공학회 2009 電子工學會論文誌-SC (System and control) Vol.46 No.4

본 연구는 자전거운동에서 슬관절 각도와 대퇴근 활성도의 관계를 확인하고자 하였다. 총 16명의 20대 남성을 대상으로 실험을 진행하였으며, 대퇴근의 대퇴직근과 외측광근에서 EMG 신호를 측정하였다. 실험은 안장거리에 따라 총 5단계로 나누었으며, 단계별로 1분씩 60RPM, 200W의 부하로 운동을 하였고 슬관절 각도는 동작분석 장비를 이용하여 측정하였다. 실험결과는 슬관절 각도와 대퇴직근, 외측광근 각각은 상관관계가 Step 1에서만 높게 나타났으며 그 외에서는 나타나지 않았다. 이러한 이유는 개인의 습관에 따라 두 근육의 활성도가 다르기 때문으로 사료된다. 그러나 대퇴근의 근전도와 슬관절 각도를 비교한 결과 높은 상관관계가 나타났다. In this study, we investigated relationship of muscular activity in thigh muscle and knee joint angle from bicycle exercise. The EMG signals of 16 persons were measured from rectus femoris and vastus lateralis muscles. The experiment was performed in 5 steps according to saddle distance and 60RPM/200W loads were applied for 1 minute at each step. EMG activation of rectus femoris and vastus lateralis muscles and knee joint angle were recorded using surface EMG and motion analysis system, respectively. Experimental results of inter relationship between EMG activation of thigh muscles and knee joint angle showed high correlation from Step 1. The unified EMG activation of two muscles and knee joint angle showed negative correlation(-0.97).

선형-비선형 특징추출에 의한 비정상 심전도 신호의 랜덤포레스트 기반 분류

김혜진,김병남,장원석,유선국,Kim, Hye-Jin,Kim, Byeong-Nam,Jang, Won-Seuk,Yoo, Sun-K. 대한의용생체공학회 2016 의공학회지 Vol.37 No.2

This paper presented a method for random forest based the arrhythmia classification using both heart rate (HR) and heart rate variability (HRV) features. We analyzed the MIT-BIH arrhythmia database which contains half-hour ECG recorded from 48 subjects. This study included not only the linear features but also non-linear features for the improvement of classification performance. We classified abnormal ECG using mean_NN (mean of heart rate), SD1/SD2 (geometrical feature of poincare HRV plot), SE (spectral entropy), pNN100 (percentage of a heart rate longer than 100 ms) affecting accurate classification among combined of linear and nonlinear features. We compared our proposed method with Neural Networks to evaluate the accuracy of the algorithm. When we used the features extracted from the HRV as an input variable for classifier, random forest used only the most contributed variable for classification unlike the neural networks. The characteristics of random forest enable the dimensionality reduction of the input variables, increase a efficiency of classifier and can be obtained faster, 11.1% higher accuracy than the neural networks.

이산 웨이브렛 변환을 이용한 고각성 부정 감성의 GSR 신호 분석

임현준,유선국,장원석,Lim, Hyun-Jun,Yoo, Sun-Kook,Jang, Won Seuk 한국감성과학회 2017 감성과학 Vol.20 No.3

감성은 의사 결정, 지각 등에 직접적으로 영향을 미치며 인간의 삶에서 중요한 역할을 한다. 본 논문에서는 고각성 부정 감성의 편리하고 정확한 인식에 있어서, 생체신호를 이용한 분석 알고리즘을 설계하고자 한다. 이를 위해 본 연구에서는 보통 / 공포 감성 유발 영상을 이용하여 두 감성을 유도한 후, 생체신호 중 간단한 피부전도도 신호를 측정하였다. 측정된 피부전도도에 대해 Tonic 성분과 Phasic 성분으로 분해하고 감성 자극과 관련된 Phasic 성분을 더 상세하게 SCVSR, SCSR로 분해하여 각 성분의 주요한 특징들을 추출함으로써, 정확한 분석을 하기 위해 기존의 사용된 방법이 아닌 우수한 시간-주파수 지역화 특성을 가진 이산 웨이브렛 변환을 사용하였다. 추출된 특징들은 Phasic 성분의 최댓값, Phasic 성분의 진폭, SCVSR의 영교차율, SCSR의 영교차율이다. 분석 결과, 4가지 특징들 모두 고각성 부정 감성의 경우가 저각성 보통 감성의 경우보다 더 높은 값을 나타내고, 기존의 분석 방법보다 통계적으로 두 감정 사이의 더 유의미한 차이를 확인할 수 있었다. 이에 따라 본 연구의 결과는 피부전도도가 고각성 부정 감성 측정에 대해 유용한 지표라는 것을 확인하였으며, 향후 피부전도도를 이용한 실시간 부정 감성 평가 시스템 개발에 기여할 수 있을 것을 나타낸다. Emotion has a direct influence such as decision-making, perception, etc. and plays an important role in human life. For the convenient and accurate recognition of high-arousal negative emotion, the purpose of this paper is to design an algorithm for analysis using the bio-signal. In this study, after two emotional induction using the 'normal' / 'fear' emotion types of videos, we measured the Galvanic Skin Response (GSR) signal which is the simple of bio-signals. Then, by decomposing Tonic component and Phasic component in the measured GSR and decomposing Skin Conductance Very Slow Response (SCVSR) and Skin Conductance Slow Response (SCSR) in the Phasic component associated with emotional stimulation, extracting the major features of the components for an accurate analysis, we used a discrete wavelet transform with excellent time-frequency localization characteristics, not the method used previously. The extracted features are maximum value of Phasic component, amplitude of Phasic component, zero crossing rate of SCVSR and zero crossing rate of SCSR for distinguishing high-arousal negative emotion. As results, the case of high-arousal negative emotion exhibited higher value than the case of low-arousal normal emotion in all 4 of the features, and the more significant difference between the two emotion was found statistically than the previous analysis method. Accordingly, the results of this study indicate that the GSR may be a useful indicator for a high-arousal negative emotion measurement and contribute to the development of the emotional real-time rating system using the GSR.

컴퓨터 보조진단을 위한 초음파 영상에서 갑상선 결절의 텍스쳐 분석

박병은(Byung eun Park),장원석(Won Seuk Jang),유선국(Sun Kook Yoo) 한국멀티미디어학회 2017 멀티미디어학회논문지 Vol.20 No.1

폐 결절 검출을 위한 합성곱 신경망의 성능 개선

김한웅,김병남,이지은,장원석,유선국,Kim, HanWoong,Kim, Byeongnam,Lee, JeeEun,Jang, Won Seuk,Yoo, Sun K. 대한의용생체공학회 2017 의공학회지 Vol.38 No.5

Early detection of the pulmonary nodule is important for diagnosis and treatment of lung cancer. Recently, CT has been used as a screening tool for lung nodule detection. And, it has been reported that computer aided detection(CAD) systems can improve the accuracy of the radiologist in detection nodules on CT scan. The previous study has been proposed a method using Convolutional Neural Network(CNN) in Lung CAD system. But the proposed model has a limitation in accuracy due to its sparse layer structure. Therefore, we propose a Deep Convolutional Neural Network to overcome this limitation. The model proposed in this work is consist of 14 layers including 8 convolutional layers and 4 fully connected layers. The CNN model is trained and tested with 61,404 regions-of-interest (ROIs) patches of lung image including 39,760 nodules and 21,644 non-nodules extracted from the Lung Image Database Consortium(LIDC) dataset. We could obtain the classification accuracy of 91.79% with the CNN model presented in this work. To prevent overfitting, we trained the model with Augmented Dataset and regularization term in the cost function. With L1, L2 regularization at Training process, we obtained 92.39%, 92.52% of accuracy respectively. And we obtained 93.52% with data augmentation. In conclusion, we could obtain the accuracy of 93.75% with L2 Regularization and Data Augmentation.

조산 예측을 위한 신호 전처리 및 CNN-LSTM 모델 설계

최초로(Cho-Ro Choi),장원석(Won-Seuk Jang) 대한전자공학회 2021 대한전자공학회 학술대회 Vol.2021 No.6

K-평균 알고리즘을 이용한 자궁수축 신호 분석

최초로(Cho-Ro Choi),정윤지(Won-Seuk Jang),김영한,최정욱,박상은,김유림,장원석 대한전자공학회 2020 대한전자공학회 학술대회 Vol.2020 No.8

목표심박수를 이용한 자전거 운동의 심폐능력 향상 연구

김성민(Sung-Min Kim),강승호(Seung-Ho Kang),이만표(Man-Pyo Lee),정희승(Whoi-Seong Jung),장원석(Won-Seuk Jang) 대한전자공학회 2008 電子工學會論文誌-SC (System and control) Vol.45 No.5

8주 동안의 목표심박수를 이용한 자전거 운동으로 심폐기능의 향상을 확인 하였다. 안정 시 수축기 혈압은 2.98% 감소하였으며, THBI는 7.59% 감소함을 확인하였다. VO₂ max는 24.60%, PTT는 4.92% 증가하였다. VO₂ max의 증가는 심장근의 발달로 1회 박출량의 증가를 나타내며, 1회 박출량의 증가는 심박수의 감소를 유도한다. 또한 많은 양의 혈액이 혈관에 공급되었으나 혈압이 감소하였다. 그 이유가 혈관의 탄성 증가에 의한 현상임을 PTT를 통하여 확인 하였다. 따라서 목표심박수를 이용한 운동은 건강관리에 큰 도움이 될 것이다. In this study we confirmed for the cardiopulmonary ability improvement of the cycling exercise which uses a target heart beat. Consequently, we looked the resting systolic blood pressure down at 2.98% and THBI(Total Heart Beat Index) also decrements at 7.59%. But, increase of VO₂ max and PTT(Pulse Transit Time)were each point 24.60% and 4.92%. Increase of VO₂ max showed the growth of stroke volume by myocardial development. The increase of a stroke volume induces the decrease of Heart rate. The blood pressure was reduced also though the blood of many quantity was supplied at the artery. The reason is the phenomenon to be due to by an elasticity increase of the artery. We found out it through the decrease of PTT. So the cycling exercise to use consequently the target heart beat will become big aid at the health care.