본 연구에서는 집속초음파에 의한 하지정맥류 치료에서 치료의 효율과 안전성을 높이기 위한 영상유도 알고리즘을 제안하고자 하였다. 하지정맥류가 발생한 위치에 따라 영상 유도 기법을 달리하여 알고리즘을 수립 하였다. 심부성 하지정맥류의 경우는 획득된 초음파영상에서 혈관의 가로 단면 영상을 추출하고 혈관중심부의 목표영역을 표시하도록 하였으며, 표재성 하지정맥류의 경우에는 인체의 표재정맥에서 획득한 CCD 카메라 영상에서 혈관 영역을 분리한 영상을 기반으로 한 영상 유도 시스템을 제작하고 하지정맥류 진행 정도에 따라 각기 다른 알고리즘을 설계 하였다. 실험결과 초음파 영상 기반의 알고리즘은 전체적으로 최대 830 ㎛ 정도의 낮은 오차를 보였으나 CCD 영상 기반의 알고리즘은 일부 데이터에서 최대 8.3 mm 정도의 오차를 보였다. 이에 표재성 하지정맥류 영상 유도 알고리즘에 대해서는 추가적인 연구가 필요할 것으로 예상되며 이후 간단한 시스템을 구성함으로써 혈관 추적의 정확도를 평가할 필요성이 있을 것으로 예상된다.

비침습적 치료 효과에 대한 기대로 집속 초음파를 이용한 하지정맥류 치료에 대한 많은 연구가 진행되고 있다. 본 연구에서는 초음파 정맥류 정맥 치료 효과 평가에 적용할 수 있는 생체 조직 팬텀과 조직 등가 팬텀을 제시 하였다. 제작된 팬텀은 음향학적 특징과 초음파 조사에 따른 수축률을 평가함으로써 유용성을 평가하였다. 하지정맥류가 발생하는 조직의 구조를 고려하여 피부, 지방, 근육의 세 층으로 된 다층 구조 팬텀을 제작하였으며, 각 층을 구성하는 물질은 인체와 유사한 특성을 갖도록 제작하였다. 또한 혈관 유사물질을 매식한 다층 구조 팬텀과 동물 혈관을 이용한 다층 구조 팬텀, 동물 조직을 이용한 다층 구조 팬텀을 제작하였으며, 초음파 조사에 따른 혈관 유사 물질 및 혈관 조직의 수축 정도를 B-mode 영상을 이용하여 평가하였다. 본 연구의 결과를 통하여 제시된 팬텀이 초음파 하지정맥류 치료 평가에 유효하게 활용될 수 있을 것으로 판단되었다. 또한, 집속 초음파를 이용한 하지정맥류 치료 장비 개발 및 치료 효과 검증에 중요한 역할을 할 것으로 판단된다.

골반저근은 골반기관을 지지하는 기능을 가지고 있으며 요자제를 유지하는 여성의 주요 하부조직이다. 골반저근의 약화는 복압성 요실금의 원인이 되는데, 이러한 골반저근의 기능 정도는 복압성 요실금의 병증정도를 평가하는 지표로 사용될 수 있다. 이에 본 연구에서는 골반저근의 수축 압력을 측정하여 복압성 요실금의 병적 진행정도를 정량적으로 진단할 수 있는 요실금 진단 알고리즘을 제안하였다. 이를 위하여 골반저근의 수축압력 정보를 측정할 수 있는 시스템을 제작하였으며, 측정된 데이터의 특징 분석을 위한 측정 프로토콜을 제안하였다. 복압성 요실금 환자로부터 획득한 데이터를 이용하여 5개의 진단 파라미터를 추출하였으며, 이를 이용한 진단 알고리즘을 구현하였다. 임상시험을 통하여 진단 알고리즘의 정확성을 평가한 결과 80%의 정확성을 보였으며, 20%의 위양성 진단 결과를 보였다. 반면에 위음성 진단 결과는 확인되지 않았다. 본 연구에서 제안한 요실금 진단 알고리즘은 복압성 요실금의 병적 진행 정도를 정량적으로 진단할 수 있으며, 요실금 진단 시스템 개발에 활용될 수 있을 것으로 판단된다.

본 연구에서는 집속형 초음파를 이용하는 뇌 질환 치료의 연구를 위한 인체 두부 유사 팬텀을 개발하였다. 문헌 연구를 통하여 피부 조직, 두개골, 뇌 조직의 음향학적 및 물리적 특성을 조사하였으며 근사한 값을 가지는 적합한 각 조직 대체 물질을 제시하였다. 피부 조직의 경우 글리세롤 기반 연부 조직 유사 팬텀의 성분비를 조정하여 실제 조직과유사한 음향학적 특성을 가지도록 하였으며 고분자 합성수지의 음향학적 특성을 측정하여 두개골 유사 물질로써의 적합성을 평가하였다. 뇌 조직은 투명한 egg white 팬텀을 이용하여 집속형 초음파의 가열 특성을 확인할 수 있도록 하였다. 또한 뇌 질환 치료 프로토콜 개발을 위한 시험 조사가 가능하도록 대체 물질들을 결합한 두부 유사 팬텀을 제작하였고 제작된 팬텀의 유효성 및 활용성 평가를 위해 초음파 조사 조건에 따른 팬텀의 변성을 관찰하였다.

초음파 캐비테이션 현상이란 강한 초음파 조사 조건에서 매질(주로 유체) 내에서 미세기포를 발생시키고, 천이시키는 물리적 현상을 의미한다. 본 연구에서는 초음파 캐비테이션 발생량의 정량적 평가를 위하여 초음파 조사조건에 따른 기포군의 초음파 음향 특성변화를 관찰하였다. 중심 주파수가 500 kHz. 1.1 MHz인 곡면형 단일 초음파 변환기를 이용하여 캐비테이션 현상을 발생시켰으며, 형성되는 기포군을 가로지르는 2.25 MHz 간섭 초음파를 송/수신하여 분석하였다. 본 연구에서는 캐비테이션 발생량 평가를 위한 파라미터로 투과하는 파의 중심주파수 변화 및 감쇠 특성, 전파시간을 제시하였으며, 캐비테이션 발생 조건(조사 강도 및 여기 신호, 중심주파수)에 따른 변화를 관찰하였다. 획득된간섭 초음파 수신신호를 분석한 결과, 중심 주파수의 변화의 경우 상관계수는 낮지만 조사 강도에 따른 상관관계를 확인할 수 있었으며, 특정 조사 조건에서 주목할 만한 급격한 중심 주파수 변화가 관찰되었다. 조사조건에 따른 간섭 초음파의 감쇠 추세는 모든 조건에서 높은 상관관계를 보였으며, 캐비테이션 발생형태에 영향을 받지 않는 것으로 확인되었다. 조사조건에 따른 전파 시간의 변화는 관찰되지 않았다. 차후 다양한 조사조건에 대한 평가를 통하여 보다 정량적인 캐비테이션 발생량 평가가 가능할 것으로 판단되며, 이러한 정량적 평가는 고강도 초음파 치료에서 발생할 수 있는 현상에 대한 기초 연구로서 활용 가능할 것으로 사료된다.

비만은 체내에 지방조직이 과다한 상태에 이르는 것으로, 최근 세계적으로 문제가 되고 있는 질병 중 하나이다. 이러한 비만은 각종 성인병과 함께 고혈압, 당뇨 등의 합병증을 유발하며, 심리적, 정신적으로 위축시켜 우울증 등의 정신 질환까지 갖게 하는 심각한 사회적 문제이다. 현재 일반적인 비만 관리 방법은 다양한 관점에서 각기 다른 효능으로 비만 환자들의 욕구를 채워주고 있지만, 수술 치료의 실패, 치료 중 약물 중독, 우울증, 많은 시간 및 경제적 투자등으로 근본적인 비만의 치료 효율이 낮다. 이에 체계적이며 개인의 비만 상태에 따른 유형별 치료 접근법의 개발이요구되고 있다. 본 연구에서는 비수술적인 비만 치료의 단점을 보완하여, 개인의 비만 유형별 비만 치료를 선택할 수있는 복합 비만 관리 시스템을 제안하였다. 이를 위하여 원적외선 치료, 산소 치료, 색 치료, 극초단파 치료 모듈을 이용하여 복합적이며, 시너지 효과를 기대할 수 있는 새로운 형태의 시스템을 개발하였다. 또한, 환자의 신체적 조건과 비만의 정도에 따른 맞춤 치료를 위해 치료 및 관리 소프트웨어를 개발하였으며, 부분별로 원하는 부위를 집중적으로치료가 가능한 자동 슬라이딩 시스템을 개발하였다. 본 연구에서 제시된 통합 치료가 가능한 비만 관리 시스템은 다양한 치료 프로토콜을 제시함으로 고기능성 비만 치료기 개발에 초석이 될 것으로 사료된다.

본 논문에서는 편마비 환자들의 재활 훈련을 돕기 위하여 시각적인 피드백과 동기 부여를 줄 수 있는 다채널 근전도 기반의 체감형 무선 게임 장치를 제안하였다. 게임 콘텐츠는 환자의 회복 상태에 따라 적용할 수 있도록 채널 별로 제작하였으며, 속도 및 난이도를 조절할 수 있게 제작되었다. 본 장치의 유효성 검증을 위하여 편마비 환자 7명을 대상으로 적용하여 설문 조사를 하였다. 조사 결과는 치료 효과에 대한 기대감이 가장 높은 점수(4.14±0.38)를 보여주었으며, 설문 문항 전체적으로 3점 이상의 결과를 보여주었다. 이 연구의 필요성과 개발된 장치의 만족감을 확인할 수 있었으며, 본 장치는 재활 환자들에게 게임을 통하여 재미있게 재활 운동을 할 기회를 제공할 수 있을 것이다.

본 논문에서는 생체 신호를 이용하는 체감형 게임 인터페이스 개발을 위하여 근전도 신호로부터 사용자의 동작 의도를 실시간으로 인식할 수 있는 장치를 개발하여 방향성을 필요로 하는 게임에 적용하였다. 근전도 신호를 획득하기 위한 장치는 4 채널로 이루어지며, 정의되는 손목동작으로는 Up, Right, Down, Left로 규정하였다. 각각의 동작으로부터 획득한 신호를 문턱치와 채널 간의 비교를 통하여 사용자의 의도를 인식하게 하였다. 방향성 분류 결과를 통하여 키보드의 방향키를 제어하고, 게임에 적용하게 된다. 개발된 장치는 재미와 흥미를 유도하여 효과적인 운동을 기대할 수 있으며, 상용화된 게임에도 적용할 수 있다.