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보름 위
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1 박광석 서울대학교의과대학의공학교실

2 기술의발전과정 자연으로부터도구활용 개인과가족을위한기술 주위환경에많은기계와도구사용시작 편리를위한능동적도구사용증대 대량생산 인간과기술의결합 인간과환경의결합 인간과기계사이의경계없어짐

3 특이점 이다가오고있다. 레이쿠르쯔웨일 : The Singularity is Near 인간과인간이창조한기술수준이대등해짐 기술은지수함수적으로발전 통신기술, 정보기술, 바이오기술, 인터넷, 뇌스캔 진화에의한생물학발전 = 기술발전 기술은생물학적한계를넘어발전한다. 현재의인간버전 1.0 은생명이획기적으로확장된인간버전 2.0 으로대체될것이다.

4 미래기술예측 연도 2010s 예측 옷에휴대전화, 귀로바로소리를들리게함 2014 자동집안청소로봇 bit 메모리 /1000$ ( 인간의기억능력과대등 ) 2020 인간의뇌와같은수준의능력을같은 PC 등장 2020s 진단과치료에나노메카닉스활용 2025 나노테크노로지의실용화 2030s 2040s 나노로봇에의한감정의조절, 생각의업로딩 인간버전 3.0 의현실화 2045 특이점. 기계가스스로알아서발전.

5 인간과기술의발전 휴먼 1.0 휴먼 2.0 휴먼 3.0 자연으로부터도구활용 개인과가족을위한기술 주위환경에많은기계와도구사용시작 편리를위한능동적도구사용증대 대량생산 인간과기술의기능적, 물리적결합 인간신체와환경의결합 인간과기계사이의경계없어짐

6 인간과기술의발전 휴먼 2.0 ( 현재 ) 인간 기계, 기술 환경 휴먼 3.0 ( 미래 ) 인간 기계, 기술 환경

7 휴먼 3.0: 정상인과장애인 정상인과신체장애자의구별이없어짐 에이미멀린 : 한살때두다리가절단된장애올림픽운동선수, 모델겸여배우 휴헤르, MIT 미디어아트및사어언스학과조교수, 두다리를등반사고로잃음

8 휴먼 3.0 을향한기술발전 생물학기술 (BT) 유전체학, 단백질체학, 생명은행, 정보통신기술 (IT) 유비퀴터스환경, 가상생명, 디지털인간 로봇기술 지능형휴머노이드, 수술용로봇 의료공학기술 인공장기, 이식용센서, 지능형 건강관리기술및의료정보학 개인건강기록부, 유헬스케어,

9 공학과의학의만남 인간 + 기계 BT + IT +NT 의학 + 공학 의료공학

10 휴먼 3.0 과관련된질문? 1. 심장이없이도살수있을까요? 2. 두다리가없는사람이올림픽 100m 경주에서금메달을딸수있을까요? 3. 몸에이상이생기면병원에서알아서 오라고할수있을까요?

11 완전이식형인공심장 1982 년처음임상실험성공 현대의학에서오랫동안추구해온 성배

12 인공판막 1952 년처음임상적용. 기계식 / 생체식 1 st 케이지볼타입의인공판막생체인공판막 기계식 / 생체식

13 블레이드러너 오스카피스토리우스 러너 (Blade runner) 1986, 남아프리카공화국 다리없이세상에서가장빠른사람 세계기록한국기록오스카 100m m m 국제육상연맹 2008 베이징올림픽출전금지 인공다리의불공평한이용

14 바이오닉스기술 소머즈 육백만불사나이

15 인공청각장치 1984 년처음시술후, 현재전세계적으로 10 만명이상시술

16 인공망막 망막질환등으로인하여, 시각을상실한환자에게삽입이식형마이크로전자칩을이용하여서시각복원

17 심장페이스메이커 1958 년처음임상적용. 반도체기술과배터리기술과함께발전 ipods 는심장페이스메이커에전혀영향을주지않습니다.

18 신경과회로의연결

19 인공관절 매년약 50 만명 ( 무릎 ), 18 만명 ( 엉덩이 ) 관절시술 Hip 아마우리의관절들은우리가요즈음처럼오래사는것에맞추어설계되지않은것같다

20 인공장기백화점?

21 유비쿼더스 세상

22 유비쿼터스컴퓨팅 대형 개인 유비퀴터스 컴퓨팅 컴퓨팅 컴퓨팅 컴퓨터가주위환경모든곳에존재 기술이우리생활뒷부분으로물러나서안보임 착용형, 삽입형, 휴대용장치들을이용한사용자무의식형통신 : 조용한기술 가상현실 유비퀴터스컴퓨팅

23 유비퀴터스건강관리 환자가의식하지않아도되게, 우리주위환경에설치한여러진단센서를이용하여건강을관리하고수준을향상시키는기술 유비퀴터스건강관리 유비퀴터스기술 건강관리기술

24 건강관리모델 질병관리 건강관리

25 병원의한계점들 환자가반드시병원을방문하여야한다 시간과장소에제한 진료데이터는방문시병원에서만 그이전오랜기간의데이터를필요로함 치료도병원에서만 집까지연결되는연속적치료필요 치료시점이늦을수있다 응급상황과의심스러운상황을지속적으로모니터링할필요

26 디지털병원 병원에서발생하는모든데이터를디지탈화 병원원무처리 환자검사결과 : 임상검사, 심전도, X- 선영상등각종검사영상 환자처방전 : 환자의무기록지 병원컴퓨터안에보관 인터넷을이용하여병원외부와환자에대한자동정보교환가능

27 건강관리를위한유비퀴터스기술 활동 가정 병원 디지털병원 이동통신기술 인터넷기술 유비퀴터스건강관리를위한기술적기반구축

28 무자각적환자모니터링 환자로부터건강상태진단 환자의정상적인생활을방해하지않고 진단을위한환자의별도의협조없이 환자가진단하고있는지몰라도되게 일상생활중접촉하는일상도구이용 침대, 변좌, 의자, 욕조, 구두, 시계, 자동차, 의복, 방

29 심전도 Electrocardiogram 전극을젤을이용하여피부에직접부착하여 측정 3 개표준 3 개보조전극 6 개가슴전극

30 용량성심전도전극 콘텐서원리를이용: 콘덴서한면 신체 직접피부접촉없이옷위에서도측정가능 고입력저항증폭기를이용한전극개발 Electrode Surface Active Electrode Shield + Instrumentation Amplifier < INA114 > Filter & Amplifier ADC <AD974> Bluetooth Body Pre-Amp. Clothes or Insulation - Active Common o

31 의자에서심전도측정 용량성심전도전극활용 배터리로전원구동 데이터를기억장치에저장후 무선으로전송 응용 일상생활중의심박동변화도분석및혈압추정 6 mm 12 mm 3 차개발전극 2 차개발전극

32 심전도전측정전압의자에서심전도측정 전압 압0 측정전 Voltage (V V) 면셔츠와진바지를입고심전도 Time (s) 0.08 양복을입고심전도측정 압 Vo oltage (V) Time (s)

33 스트레스평가 게임중심박동수변화도분석 준비시간 : 10 분 ( 게임전 ) ( 휴식 : 2 분 ) 게임 : 20 분 ( 휴식 : 2 분 ) 회복시간 : 10 분 ( 게임후 ) HR (beats/min) Baseline Game Recovery Baseline Game Recovery LFn (%) HFn (%) LF/HF ( 게임중의심박동수및교감신경의활성도변화 )

34 혈압측정 MAP 센서출력 SEP mmhg MBP SBP 커프압력 sec

35 펄스도달시간활용혈압추정 펄스도달시간 심장박동후박동펄스가말초혈관까지도달하는시간 수축기혈압에반비례하는특성 심전도 심박동펄스 심장에서의박동상태 말초혈관에서의심장펄스 무자각적측정필요 펄스도달시간

36 펄스도달시간 혈압상관관계 수축기혈압과높은상관관계 개인별로관계식계산 JS JW KK Total Valsalva R=-0.70 P<0.001 R=-0.96 P<0.001 R=-0.83 P<0.001 R=-0.77 P<0.001 cold R=-0.94 R=-0.72 R=-0.82 R=-0.74 P<0.001 P<0.005 P<0.001 P= static R=-0.94 P<0.001 R=-0.94 P<0.001 R=-0.73 P<0.001 R=-0.79 P<0.001 Total R=-0.96 P<0.001 R=-0.95 P<0.001 R=-081 P<0.001

37 변좌에서혈압모니터링 심전도 : 전도성전극을변좌에장착 혈관용적파 : 반사형광센서를이용하여측정 혈관용적파 심전도 x 10 4 R L PPG ECG PAT + - Right Driven Leg

38 컴퓨터사용자혈압추정 심전도 : 의자에서측정 혈관용적파 : 마우스이용 Photo Diode 910nm IR LED 혈관용적파 : 마우스에광센서장착 심전도측정전극

39 수면 삶의 1/3 삶의필수요소 공기, 물, 음식 불면 / 잠부족 건강과삶의질저하 사고위험증대

40 수면의단계및구조 각성 비렘 (REM) 수면 REM 수면 비렘 (REM) 수면 : 단계 1, 단계 2, 단계 3, 단계 4 수면질환진단 히프노그램

41 수면다원검사 생체신호측정 뇌파, 안전도, 근전도 심전도, 호흡, 가슴 / 복부움직움, 수면자세, 산소포화도, 코호흡, 다리떨림, 코골이 적외선카메라

42 공기매트리스 두개의공기튜브 Sensing Tube 압력센서 Air Cell 1 Balancing Tube 측정신호 Amplifier Pressure Sensor Air Cell 2 호흡 심장박동 몸움직임 코골이

43 자는동안움직임검출 움직임강도 움직이는시간 히프노그램과비교

44 수면동안각성상태검출 수면다원검사결과와비교 수면다원검사 공기매트리스 활동감지시계

45 심장박동및호흡검출 측정신호필터링 심장박동신호 호흡신호 압력센서 ADC (b) 호흡신호 필터 ~2Hz 호흡수 Air-mattress Resrpiation effort signal time (s) 필터 3~10Hz 심박동간격 (a) (c) 10 Air-mattress Signal 8 Separated heart beat signal 측정된복합신호 심장박동신호 time (s) time(s)

46 교감신경의영향 심박동은자율신경계의영향을받는다. 수면단계는자율신경계의영향을받는다. 교감신경활성화심박동수증가 부교감신경활성화심박동수감소 심박동수의변화도를수면단계의판단에심박동수의변화도를수면단계의판단에사용할수있다.

47 심박동과수면단계 수면다원검사방법 평활화된수면단계 무자각측정심박동 평활화한심박동변화

48 렘수면의검출 렘수면: 호흡수증가, 불규칙. R E M 렘수면 각성단계 1 단계2 단계3 1.8 단계4 W a k e S t a g e 1 S t a g e 2 S t a g e 3 S t a g e 4 x x Respiration Rate x 10 4 히프노그램 호흡수 호흡수의극대값변화

49 집에서무자각수면모니터링

50 u-health u House 무자각건강모니터링하우스

51 실험주택 일반아파트를대여하여무구속건강모니터링장치설치

52 실험주택연결

53 무자각건강모니터링 침실 거실 욕실 부엌

58 생활패턴모니터링 집안내설치된센서들이용 생활패턴평가 생활의평상성비교지수계산

59 의료공학 의학과공학의결합 새로운인간의시대개척 인간삶의질을향상 첨단학문

60 감사합니다 서울대학교병원

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