생체 정보 감시 장치를 위한 광변조 기법의 PPG 신호처리

이한욱,이주원,정원근,김성후,이건기,Lee, Han-Wook,Lee, Ju-Won,Jeong, Won-Geun,Kim, Seong-Hoo,Lee, Gun-Ki 대한의용생체공학회 2009 의공학회지 Vol.30 No.6

The development of technology has led to ubiquitous health care service, which enables many patients to receive medical services anytime and anywhere. For the ubiquitous health care environment, real-time measurement of biomedical signals is very important, and the medical instruments must be small and portable or wearable. So, such devices have been developed to measure biomedical signals. In this study, we develop the biomedical monitoring device which is sensing the PPG signal, one of the useful signal in the field of ubiquitous healthcare. We design a watch-like biomedical signal monitoring system without a finger probe to prevent the user's inconvenience. This system obtains the PPG from the radial artery using a sensor in the wrist band. But, new device developed in this paper is easy to get the motion artifacts. So, we proposed new algorithm removing the motion artifacts from the PPG signal. The method detects motion artifacts by changing the degree of brightness of the light source. If the brightness of the light source is reduced, the PPG pulses will disappear. When the PPG pulses have disappeared completely, the remaining signal is not the signal that results from the changing blood flow. We believe that this signal is the motion artifact and call it the noise reference signal. The motion artifacts are removed by subtracting the noise reference signal from the input signal. We apply this algorithm to the system, so we can stabilize the biomedical monitoring system we designed.

Photoplethysmography의 유사 주기성을 이용한 동잡음 제거에 관한 연구

이한욱(Lee Han Wook),이주원(Lee Ju Won),정원근(Jeong Won Geun),김성후(Kim Seong Hoo),김영일(Kim Young Il),이건기(Lee Gun Ki) 한국통신학회 2008 한국통신학회 학술대회논문집 Vol.2008 No.7

U-Health를 위한 휴대형 생체신호 측정 시스템 설계

이한욱(Lee, Han-Wook),김성후(Kim, Sung-Hoo),정원근(Jeong, Won-Geun),이주원(Lee, Ju-Won),장두봉(Jang, Doo-Bong),이건기(Lee, Gun-Ki) 한국정보전자통신기술학회 2008 한국정보전자통신기술학회논문지 Vol.1 No.2

U-Health란 ubiquitous Health 의 약자로서 궁극적인 목표는 "삶의 질 향상 추구"에 있으며, 이를 현실화시키기 위하여 정보통신 기술의 향상과 네트워크의 구축 등 IT 인프라의 보편화를 바탕으로 언제 어디서나 무의식적으로 보건의료의 혜택을 누릴 수 있도록 보장하는 것이다. 이에 발맞추어 본 논문에서는 기존 모듈에 사용되었던 손가락에 끼워 사용하는 Probe 대신 적외선센서를 통한 무자각적 측정환경 조성과 TFT-LCD를 이용하여 모듈 자체 디스플레이 기능을 구현, 직접 제작한 Zigbee 통신 모듈을 적용하여 소형화와 휴대성을 강조한 U-Healthcare 기반의 휴대형 생체신호 측정 단말기를 설계 및 구현하였다. U-Health is abbreviated from ubiquitous Health. Its final aim is "to improve the quality of life. To realize it, it is needed to generalize IT infrastructure such as the development of information-technology and construction of network. It is guaranteed to get medical care benefits unconsciously every time and everywhere based on this system. In this study, the environment of unconscious measurement was set up through ultra-violet instead of the existing Probe to wear with finger to follow this. TFT-LCD was included into module for display. U-Healthcare focused on the minimization and portable characteristic through the designed Zigbee communication module. Handled healthcare device was developed based on the U-Healthcare.

고속 통신을 위한 Myrinet 상의 응용 네트워크 채널 설계 및 구현

이한욱(Han-Wook Lee),박찬익(Chan-Ik Park) 한국정보과학회 1998 정보과학회논문지 : 시스템 및 이론 Vol.25 No.10

기가 비트 네트워크 기술은 대규모 과학 응용을 위한 클러스터 시스템을 가능하게 하였지만 TCP/IP나 UDP/IP와 같은 통신 프로토콜로는 운영체제 커널이 연관되는 복잡한 계층구조 때문에 고성능의 네트워크를 충분히 활용하지 못한다. 따라서 시스템에 의한 오버헤드를 최소화하기 위하여 메모리 복사와 프로텍션 도메인사이의 횡단(crossing)을 피하는 새로운 프로토콜 구조가 필요하다. 응용네트워크채널(Application Device Channel)은 Druschel[3]에 의해 제안된 사용자 영역 네트워크 소프트웨어 간에 공유되는 자료 구조로서 응용 프로세스가 운영체제 커널을 거치지 않고 네트워크 인터페이스를 통해 직접 통신할 수 있는 기능을 제공한다. 통신 함수들은 사용자 수준에서 구현됨으로서 효율적이고 종합적인 네트워크 자원 관리 및 스케쥴링이 가능해 진다. 본 논문에서는 워크스테이션들이 고속의 Myrinet으로 연결된 클러스터 시스템에서 응용네트워크채널을 설계하고 구현하였다. 메모리 크기의 제한과 Myrinet 프로세서의 속도때문에 응용 네트워크 채널은 송신을 위한 부분과 수신을 위한 부분으로 나누었다. 구현된 응용네트워크채널 인터페이스는 4 byte 패킷에 대해 36.0 μs의 latency와 512 byte의 패킷에 대해 123.6 Mbps의 성능을 보여주고 있다. 성능평가를 위해 UDP/IP가 구현되었으며 4 byte 메시지에 대해 47 μs의 latency와 16 Kbyte의 패킷에 대해 1176 Mbps의 성능을 보여주고 있다. The advance of gigabit network technology makes cluster computing systems suitable for large-scale scientific applications. However, current network communication protocols such as TCP/IP or UDP/IP cannot utilize gigabit network efficiently due to its complex layering structure as well as kernel involvement in commucation. In order to fully utilize gigabit network capability, an efficient protocol structure should avoid multiple memory copies and protection boundary crossings in order to minimize system overhead whose effects cannot be considered as negligible in high speed network communication Application Device Channel (ADC) has been proposed by Druschel[3]. It enables an application to communicate directly with network interface device, thus avoiding protection boundary crossings. Conceptually speaking, ADC can be regarded as data structures shared by network interface device and applications. Implementing all higher level communication functions in user application level facilitates efficient and integrated network resource management and scheduling. In this paper, we design and implement ADC in Myrinet which is used to connect four SPARCstations. ADC is designed separately for sending and receiving due to limited size of programmable memory and limited CPU speed in Myrinet interface. It has been shown from experiments that the latency of ADC interface is 36.0 μs in the case of 4 byte packet and the bandwidth reaches 123.6 Mbps in the case of 512 byte packet. UDP/IP is also developed for further performance evaluation. It has been shown from experiments that the latency of our UDP/IP (based on ADC) is 47 μs in the case of 4 byte message and the bandwidth reaches 117.6 Mbps in the case of 16 Kbyte message.

유사 주기성을 이용한 PFS 펄스 신호의 동잡음 제거

이한욱(Han-Wook Lee),전중창(Joong-Chang Chun),정원근(Won-Geun Jeong) 한국정보전자통신기술학회 2016 한국정보전자통신기술학회논문지 Vol.9 No.6

모바일 헬스케어 환경에서는 정확한 생체 정보를 실시간으로 측정하는 것과 함께, 저전력의 장치를 설계하는 것이 무엇보다 중요한 관건이다. 본 논문에서는 저전력 특성을 갖는 피에조 필름 센서(PFS)를 이용하여 손목의 요골 동맥으로부터 심장의 동기 신호인 맥파를 측정하는 방법을 제안하였다. 생체 신호처리에 있어서 문제점은 동잡음의 존재이다. 본 연구에서는 맥파 신호의 동잡음을 제거하기 위해서 일반적으로 적용되는 참조신호를 이용한 적응 필터링 외에 펄스 신호의 유사 주기성을 이용한 주기 이동 평균 필터 방법을 추가로 적용하였다. 시물레이션 및 실험 결과 PFS 신호에 유사 주기성을 이용함으로써 적응 필터 이후에도 존재하는 동잡음을 완벽히 제거할 수 있음을 확인 하였다. For the mobile healthcare environment, it is important to measure the exact biomedical signals in real time, and another key point is to design mobile healthcare devices with low power consumption. In this paper, we propose a method in which the piezo film sensor(PFS), having a low power characteristic, is used to measure the pulse signal synchronized with the heart rate from the radial artery. The critical issue in the bio-signal processing is the existence of the motion artifacts. To dissolve this problem, we have applied the periodic moving average filter using the quasi-periodicity of the pulse signal in addition to the conventional method of the adaptive filtering using the reference signal. Results of simulation and experiments are presented to confirm that the quasi-periodicity of the PFS signal can be used to eliminate completely the motion artifacts which still appears after the adaptive filtering.

PPG신호의 동잡음 제거를 위한 2-D 이동평균필터 설계

이한욱(Han-Wook Lee),이주원(Ju-Won Lee),정원근(Won-Geun Jung),장준영(Jun-Young Jang),김영일(Young-Il Kim),이건기(Gun-Ki Lee) 대한전자공학회 2007 대한전자공학회 학술대회 Vol.2007 No.7

The accuracy of the Heart rate or SPO2 using the photoplethysmography(PPG), is influenced by how the noise is removed well, especially motion artifact. However, it is difficult to remove the motion artifacts from measured the PPG signal because the frequency bands of the two signals overlap each other. In this paper, the motion artifacts can be reduced by the proposed method we named two dimension moving average filter utilizing the quasi-periodicity of the PPG signals.

하드웨어 구현을 기반으로 한 블루투스 스캐터넷 형성 알고리즘

이한욱(Han-Wook Lee),고상근(S. Ken Kauh) 한국정보과학회 2004 정보과학회논문지 : 정보통신 Vol.31 No.3

블루투스는 휴대폰을 비롯한 디지털 디바이스간의 탄력적이고 확장성 있는 무선 ad-hoc 네트워크를 제공할 수 있는 기술로 가능성을 인정받아왔다. 이러한 네트워크가 지원되기 위해서는 블루투스 스캐터넷(Scatternet)은 필수적인 요소이다. 그러므로 블루투스 스캐터넷과 관련되어서 현재까지 다양한 방법론이 제시되고 있다. 하지만 기존의 연구들은 시뮬레이션을 통한 방법론을 제시하는데 그치는 경우가 대부분이며, 스캐터넷의 탄력성과 확장성을 확보하지 못하고 그 복잡성으로 인해 하드웨어 구현에 제약이 있는 경우들이 많다. 본 논문에서는 실제 하드웨어 구현이 용이하고, 스캐터넷의 탄력성과 확장성을 확보할 수 있는 노드 링 스캐터넷(Node Ring Scatternet:NRS) 알고리즘을 제안하였다. 이 알고리즘은 초기 형성과 재형성 부분으로 구성이 되어 있다. 초기 형성과 관련되어 제한적 SEEK/SCAN 알고리즘을 제안하였고, 재형성과 관련되어서는 DIAC 알고리즘과 예약 복구 노드(Reserved Recovery Node) 알고리즘을 제안하였다. 또 실제 시스템 상에서 스캐터넷 알고리즘을 운용하기 위한 SFMP(Scatternet Formation & Management Protocol)을 설계하고, 상용 블루투스 하드웨어로 구현을 하여 20개의 디바이스까지의 스캐터넷 실험을 수행하였다. 실험 결과 기존의 유사 알고리즘에 비해 스캐터넷 형성 시간과 그 확률이 높은 결과를 얻었다. Bluetooth has been reputed as a wireless ad-hoc networking technology supplying scalable and extensible networks between digital devices. For that kind of networks, scatternet is a most essential part in bluetooth. But past researches on bluetooth scatternet has proposed only possibilities of scatternet algorithm based on simulation results. And many of the researches failed in guaranteeing extensibility and flexibility and had many difficulties in real hardware implementation. In this paper, we proposed node ring scatternet(NRS) algorithm guaranteeing extensible and flexible networks. NRS algorithm is designed for hardware implementation using real commercial bluetooth module. That algorithm is divided into initial formation and reformation. For initial formation, we proposed limited SEEK/SCAN algorithm. For reformation, we proposed DIAC algorithm and Reserved Recovery Node algorithm. And we proposed SFMP(Scatternet Formation & Management Protocol) in protocol stack for real implementation. NRS algorithm is operated in SFMP. Finally, we performed real hardware experiments and evaluated the proposed algorithm. In that experiments, we succeeded in forming scatternet up to 20 nodes. In comparison with other similar algorithm, proposed algorithm have the improvement in scatternet formation delay and success rate.

노드 형태에 따른 블루투스 스캐터넷 재형성 알고리즘

이한욱(Han Wook Lee),고상근(S. Ken Kauh) 한국정보과학회 2005 정보과학회논문지 : 정보통신 Vol.32 No.1

블루투스(Bluetooth)는 휴대폰을 중심으로 하여 다양한 디지털 기기 사이의 무선 인터페이스를 제공할 수 있는 기술로 가능성을 인정받아 왔다. 특히 블루투스에서 지원되는 스캐터넷(Scatternet)이라는 네트워크의 형태는 PAN(Personal Area Network)과 같은 동적인 Ad-hoc 네트워크 환경에서 블루투스가 지원되기 위해서는 필수적인 요소이다. 하지만 기존의 블루투스 스캐터넷 관련 연구들은 노드들이 수시로 추가 혹은 이탈하는 동적인 네트워크 환경을 거의 고려하지 않고 있다. 본 논문에서는 동적인 네트워크 상황을 고려하여 블루투스 스캐터넷 내부에서 노드가 이탈하였을 경우 이를 재형성하기 위한 알고리즘을 제시하였다. 본 알고리즘은 다양한 스캐터넷 형태와 무관하게 적용될 수 있는 범용 알고리즘이며, Inquiry 과정이 생략된 채 Page 과정만으로 빠르게 네트워크가 복구되는 특성을 지닌다. 또 노드의 형태에 따라 복구 마스터/슬레이브를 지정하여 작성되는 복구 노드 벡터(Recovery Node Vector)에 따라 동작한다. 또 본 논문에 제시한 알고리즘은 상용 하드웨어에 적용이 가능한 구체적인 알고리즘으로, 실제 상용 하드웨어 실험을 통해 그 성능을 평가하고 발생되는 문제점을 수정하였다. 실험을 통해 제안한 알고리즘의 재형성 지연 시간은 Inquiry 과정이 포함된 경우의 23~60% 정도로 단축된 결과를 얻었고, 97% 이상의 복구 성공률을 보였다. Bluetooth has been reputed as a wireless networking technology supplying ad-hoc networks between digital devices. In particular, bluetooth scatternet is a most essential part for dynamic ad-hoc networks. But past researches on bluetooth scatternet has hardly treated dynamic scatternet environment. In this paper, we proposed a scatternet reformation algorithm for the case that some nodes escape from the scatternet. The proposed algorithm is a general algorithm which can be applied to many types of bluetooth scatternet regardless of the topology. The proposed algorithm has short reformation time delay because the process has only page process (not including inquiry process). The algorithm is operated based on Recovery Node Vector which is composed of Recovery Master and Recovery Slave. In this paper, we performed the real hardware experiments for evaluating the performanec of the proposed algorithm. In that experiments, we measured the reformation time and reformation probability. In comparison with the case including inquiry process, the proposed algorithm had the improvement in reformation time delay and we obtained high success rate over 97%.

흉부 X-Ray 영상개선을 위한 신경망 적용에 관한 연구

이주원,이한욱,이종회,신태민,김영일,이건기,Lee, Ju-Won,Lee, Han-Wook,Lee, Jong-Hoe,Shin, Tae-Min,Kim Young-Il,Lee, Gun-Ki 대한전자공학회 2000 電子工學會論文誌-SC (System and control) Vol.37 No.1

흉부의 병변을 진단하기 위해 주로 사용되고 있는 흉부 X-선 촬영은 최근 컴퓨터 기술의 발달에 힘입어 디지털화 되고 있다. 디지털화된 흉부 영상을 방사선과 전문의가 모니터 상에서 관찰할 때 흉부 영상의 품질이 고르지 못하여 병변을 검출하기가 어려울 뿐만 아니라 이로 인하여 많은 진단 시간이 소요된다. 따라서 본 연구에서는 디지털 흉부 영상을 개선하기 위해 신경망을 이용하여 흉부 X-선 영상의 등화 방법을 제안하고 그 결과를 히스토그램 등화 방법과 비교하여 제시하였다. Recently, X-ray chest rediography is showing a tendency to take an image of digital radiography so as to diagnose the pathology of chest in a usual. When the radiologist observes the chest image derived from digital radiography system on the monitor, he feels difficult to find out the pathological pattern because the quality of chest radiography is unequal. It takes amount of time to adjust the proper image for diagnosis. Therefore, we propose the method of the chest image equalization using neural networks and provide the compared result with histogram equalization method.

휴대형 헬스케어 시스템 설계

이건기(Gun-Ki Lee),이주원(Ju-Won Lee),이한욱(Han-Wook Lee),정원근(Won-Geun Jung),김영일(Young-Il Kirn),암동민(Dong-Min Lim) 한국통신학회 2007 한국통신학회 학술대회논문집 Vol.2007 No.7