딥러닝 기반 혈압 예측 기법

학위논문 (박사) -- 서울대학교 대학원 : 공과대학 전기·정보공학부, 2020. 8. 윤성로.While COVID-19 is changing the world's social profile, it is expected that the telemedicine sector, which has not been activated due to low regulation and reliability, will also undergo a major change. As COVID-19 spreads in the United States, the US Department of Health \& Human Services temporarily loosens the standards for telemedicine, while enabling telemedicine using Facebook, Facebook Messenger-based video chat, Hangouts, and Skype. The expansion of the telemedicine market is expected to quickly transform the existing treatment-oriented hospital-led medical market into a digital healthcare service market focused on prevention and management through wearables, big data, and health records analysis. In this prevention and management-oriented digital healthcare service, it is very important to develop a technology that can easily monitor a person's health status. One of the vital signs that can be used for personal health monitoring is blood pressure. High BP is a common and dangerous condition. About 1 out of 3 adults in the U.S. (about 75 million people) have high BP. This common condition increases the risk of heart disease and stroke, two of the leading causes of death for Americans. High BP is called the silent killer because it often has no warning signs or symptoms, and many people are not aware they have it. For these reasons, it is important to develop a technology that can easily and conveniently check BP regularly. In biomedical data analysis, various studies are being attempted to effectively analyze by applying machine learning to biomedical big data accumulated in large quantities. However, collecting blood pressure-related data at the level of big data is very difficult and very expensive because it takes a lot of manpower and time. So in this dissertation, we proposed a three-step strategy to overcome these issues. First, we describe a BP prediction model with extraction and concentration CNN architecture, to process publicly disclosed sequential ECG and PPG dataset. Second, we evaluate the performance of the developed model by applying the developed model to privately measured data. To address the third issue, we propose the knowledge distillation method and input pre-processing method to improve the accuracy of the blood pressure prediction model. All the methods proposed in this dissertation are based on a deep convolutional neural network (CNN). Unlike other studies based on manual recognition of the features, by utilizing the advantage of deep learning which automatically extracts features, raw biomedical signals are used intact to reflect the inherent characteristics of the signals themselves.코로나 19에 의한 전 세계의 사회적 프로필 변화로, 규제와 신뢰성이 낮기 때문에 활성화 되지 않은 원격 의료 분야도 큰 변화를 겪을 것으로 예상됩니다. 코로나 19가 미국에 퍼짐에 따라 미국 보건복지부는 원격 진료의 표준을 일시적으로 완화하면서 페이스북, 페이스북 메신저 기반 화상 채팅, 행아웃, 스카이프를 사용한 원격 진료를 가능하게 했습니다. 원격의료 시장의 확장은 기존의 치료중심 병원주도의 의료시장을 웨어러블, 빅 데이터 및 건강기록 분석을 통한 예방 및 관리에 중점을 둔 디지털 의료 서비스 시장으로 빠르게 변화시킬 것으로 예상됩니다. 이러한 예방 및 관리 중심의 디지털 헬스케어 서비스에서는 사람의 건강 상태를 쉽게 모니터링 할 수 있는 기술 개발이 매우 중요한데 혈압은 개인 건강 모니터링에 사용될 수 있는 필수 징후 중 하나 입니다. 고혈압은 아주 흔하고 위험한 질환입니다. 미국 성인 3명중 1명(약 7,500만명)이 고혈압을 가지고 있습니다. 이는 미국인의 주요 사망 원인 중 두가지인 심장질환과 뇌졸중의 위험을 증가 시킵니다. 고혈압은 신체에 경고 신호나 자각 증상이 없어 많은 사람들이 자신이 고혈압인 것을 인지하지 못하기 때문에 "사일런트 킬러"라 불리웁니다. 이러한 이유로 정기적으로 쉽고 편리하게 혈압을 확인할 수 있는 기술의 개발이 매우 중요합니다. 생체의학 데이터 분석 분야에서는 머신 러닝을 대량으로 수집된 생체의학 빅 데이터에 적용하는 다양한 연구가 효과적으로 이루어지고 있습니다. 그러나 빅 데이터 수준으로 다량의 혈압 관련 데이터를 수집하는 것은 많은 전문적인 인력들이 오랜시간을 필요로 하기 때문에 매우 어렵고 비용 또한 많이 필요합니다. 따라서 본 학위논문에서는 이러한 문제를 극복하기 위한 3단계 전략을 제안했습니다. 먼저 누구나 시용할 수 있도록 공개되어 있는 심전도, 광용적맥파 데이터셋을 이용, 순차적인 심전도, 광용적맥파 신호에서 혈압을 잘 예측하도록 고안된 추출 및 농축 작업을 반복하는 함성곱 신경망 구조를 제안했습니다. 두번째로 제안된 합성곱 신경망 모델을 개인에게서 측정한 광용적맥파 신호를 이용해 제안된 함성곱 신경망 모델의 성능을 평가했습니다. 세번째로 혈압예측 모델의 정확성을 높이기 위해 지식 증류법과 입력신호 전처리 방법을 제안했습니다. 이 논문에서 제안된 모든 혈압예측 방법은 합성곱 신경망을 기반으로 합니다. 혈압 예측에 필요한 특징들을 수동으로 추출해야 하는 다른 연구들과 다르게 특징을 자동으로 추출하는 딥러닝의 장점을 활용, 아무런 처리도 하지 않은 원래 그대로의 생체 신호에서 신호 자체의 고유한 특징을 반영할 수 있습니다.1 Introduction 1 2 Background 5 2.1 Cuff-based BP measurement methods 9 2.1.1 Auscultatory method 9 2.1.2 Oscillometric method 10 2.1.3 Tonometric method 11 2.2 Biomedical signals used in cuffless BP prediction methods 13 2.2.1 Electrocardiography (ECG) 13 2.2.2 Photoplethysmography (PPG) 20 2.3 Cuffless BP measurement methods 21 2.3.1 PWV based BP prediction methods 25 2.3.2 Machine learning based pulse wave analysis methods 26 2.4 Deep learning for sequential biomedical data 30 2.4.1 Convolutional neural networks 31 2.4.2 Recurrent neural networks 32 3 End-to-end blood pressure prediction via fully convolutional networks 33 3.1 Introduction 35 3.2 Method 38 3.2.1 Data preparation 38 3.2.2 CNN based prediction model 41 3.2.3 Detailed architecture 45 3.3 Experimental results 47 3.3.1 Setup 47 3.3.2 Model evaluation & selection 48 3.3.3 Calibration-based method 51 3.3.4 Performance comparison 52 3.3.5 Verification using international standards for BP measurement grading criteria 54 3.3.6 Performance comparison by the input signal combinations 56 3.3.7 An ablation study of each architectural component of extraction-concentration blocks 58 3.3.8 Preprocessing of input signal to improve blood pressure prediction performance 59 3.4 Discussion 61 3.5 Summary 63 4 Blood pressure prediction by a smartphone sensor using fully convolutional networks 64 4.1 Introduction 66 4.2 Method 69 4.2.1 Data acquisition 71 4.2.2 Preprocessing of the PPG signals 71 4.2.3 PPG signal selection 71 4.2.4 Data preparation for CNN model training 72 4.2.5 Network architectures 72 4.3 Experimental results 75 4.3.1 Implementation details 75 4.3.2 Effect of PPG combination on BP prediction 75 4.3.3 Performance comparison with other related works 76 4.3.4 Verification using international standards for BP measurement grading criteria 77 4.3.5 Preprocessing of input signal to improve blood pressure prediction performance 79 4.4 Discussion 81 4.5 Summary 83 5 Improving accuracy of blood pressure prediction by distilling the knowledge of neural networks 84 5.1 Introduction 85 5.2 Methods 87 5.3 Experimental results 88 5.4 Discussion & Summary 89 6 Conclusion 90 6.1 Future work 92 Bibliography 93 Abstract (In Korean) 106Docto

다양한 유지장치를 이용한 하악 임플란트 유지의치의 응력분산에 관한 삼차원 유한요소분석

Thesis(doctors) --서울대학교 대학원 :치의학과(치과보철학전공),2008. 8.Docto

Design and characteristic analysis of permanent magnet synchronous motor for unmanned marine exploration considering propulsor performance

본 논문은 무인 해양 탐사용 영구자석 동기전동기의 설계 및 제어 특성 해석에 관한 것이며 영구자석 동기전동기의 선정은 제작성이 비교적 간단하고 고효율 구현이 가능하며 체적에 대한 밀도가 높은 표면부착형 영구자석 동기전동기(SPMSM_Surface-mounted Permanent Magnet synchronous motor)로 채택하였다. 무인 해양 탐사용 영구자석 동기전동기의 설계를 위해서는 추진기에 요구되는 사양 검토가 선행으로 이루어져야 한다. 본 논문에서는 프로펠러에 대한 추력을 기반으로 기본 설계를 진행하였으며, 추진기가 요구되는 추력을 얻기 위한 파라미터의 선정에 대해 수식적으로 살펴보고 본 논문에서 제안한 허브(Hub)와 샤프트(Shaft)가 없는 추진용 전동기의 프로펠러 결합을 고려하여 회전자의 크기를 선정하였다. 본 논문에서 제안한 샤프트리스(Shaft-less)형 추진용 영구자석 동기전동기는 스크류 방식의 추진기보다 컴팩트(Compact)한 배치와 구조적 부품 단순화, 비용과 무게 절감 등 많은 장점을 기대할 수 있다. 추진 역할을 하는 영구자석 동기전동기는 전자기적 특성 검토를 필수적 요소로 진행되어야 한다. 회전자 부피에 대한 출력 토크를 결정하는 방법과 고정자 좌표계의 전압방정식, 영구자석 특성에 따른 잔류자속밀도와 극 수와 슬롯 수의 조합법, 공극 자속밀도에 대해 수식적으로 살펴보고 자기등가회로법을 이용하여 무부하 시 자기 데이터와 코깅토크, 역기전력에 대한 해석 결과와 정격 부하 시 성능 해석 결과를 기반으로 무인 해양 탐사용 영구자석 동기전동기의 기초 설계 데이터를 검증하고 제어 방식에 대한 성능 확인을 위해 유한요소법을 이용하여 정현파 및 PWM 구동에 따른 전자기적 특성과 공극 자속밀도에 대한 분포, 전자기적 손실을 검토하여 설계 모델의 전자기적 성능을 검증하였다. 끝으로 본 논문에서는 전동기 설계에 대한 결과 검증을 위해 제안된 무인 해양 탐사용 영구자석 동기전동기 시작품을 제작하여 무부하 실험을 통해 권선저항과 역기전력을 측정하여 기본 설계 데이터를 확인하고 다이나모미터를 이용하여 제어 방식 따른 부하 실험을 통해 전동기 설계 특성에 대해 검증하였다. 또한 추진 성능을 확인하기 위해 해수 환경 구현용 모의 수조를 제작하고 로드셀을 이용하여 제어 방식에 따른 추력을 측정하여 제안된 설계 모델의 타당성을 검증하였다.1. 서론 1 1.1 연구배경 1 1.2 연구내용 4 1.3 논문의 구성 5 2. 무인 해양 탐사용 영구자석 동기전동기 설계 6 2.1 설계 사양 6 2.2 설계 요구 조건 7 2.2.1 설계 순서 7 2.2.2 회전자 설계 8 2.2.3 고정자 설계 15 3. 무인 해양 탐사용 영구자석 동기전동기 해석 21 3.1 해석 모델 21 3.2 자기등가회로법에 의한 특성 해석 24 3.3 유한요소법에 의한 특성 해석 27 3.3.1 정현파 입력 유한요소 해석 28 3.3.2 PWM 입력 유한요소 해석 34 4. 무인 해양 탐사용 영구자석 동기전동기 실험 41 4.1 시작품 제작 41 4.2 실험 장치 구성 43 4.3 특성 분석 46 4.3.1 무부하 실험 46 4.3.2 다이나모미터 부하 실험 48 4.3.3 모의 수중 부하 실험 50 5. 결론 60 참고문헌 62Maste

Experimental Exploitation of Random and Deterministic Data Patterns for Stringent DDR4 I/O Timing Margins

In this paper, I/O timing margins are experimentally measured by DQS groups, for a DDR4 RDIMM with 2133 Mbps data rate, to study the margin effects of the special combination and sequence of random and fault-based deterministic data patterns. The most effective 94 data patterns are newly developed after experimentally investigating three test patterns factors, which consist of test algorithms, address directions, and data patterns; the most influential factor was data patterns, which resulted in the average margin reduction of 15.2%. The maximum of 11.8% margin was reduced by the proposed 94 patterns (in comparison to 28-bit PRBS pattern), which was from both selected PRBS and fault-based deterministic data patterns

폴리프로필렌 합성섬유보강 콘크리트의 강도 특성 및 건조수축균열제어 특성 연구

학위논문(석사)--서울대학교 대학원 :토목공학과,1996.Maste

Dielectrophoretic technique for measurement of chemical biological interactions

의공학과/석사[한글]본 연구는 응급실 신규 간호사의 직무 스트레스, 직무만족, 이직의도 간의 상관관계를 파악하고자 시도되었다. 연구의 대상자는 서울?인천 소재 9개 종합전문요양기관의 응급실 신규 간호사로서 신규 간호사를 위한 오리엔테이션 기간을 마치고 독립적인 간호를 수행하는 응급실 근무 경력 12개월 이하인 간호사 81명을 대상으로 하였다. 자료수집은 2009년 5월 1일부터 5월 20일까지 20일간 실시되었으며 구조화된 설문지를 자가보고 형식으로 수집하였으며, 자료분석 방법은 SAS 8.1을 이용하여 백분율, 평균과 표준편차, Chi-square test, t-test, Pearson correlation 등의 방법을 이용하여 분석하였다. 본 연구결과는 다음과 같다.1. 응급실 신규 간호사의 직무 스트레스 정도는 2.79점(4점 척도)으로 중간수준 이상이었다. 직무 스트레스 정도가 가장 높은 영역은 ‘대인관계상의 문제’(2.84점)이었으며, 그 다음이 ‘의사와의 대인관계상 갈등’(2.83점), ‘업무 외의 책임’(2.83점), ‘의사와의 업무상 갈등’(2.81점), ‘업무량 과중’(2.80점), ‘부적절한 보상’(2.72점), ‘전문직 역할 갈등’(2.69점), ‘전문지식과 기술 부족’(2.69점), ‘부적절한 물리적 환경’(2.66점), ‘익숙하지 않은 상황’(2.63점), ‘부적절한 대우’(2.60점), ‘상사와의 관계’(2.58점), ‘치료의 한계에 대한 심리적 부담’(2.49점), ‘부하직원과의 불만스런 관계’(2.20점), ‘밤 근무’(2.00점) 순으로 나타났다.2. 응급실 신규 간호사의 직무만족 정도는 2.92점(5점 척도)으로 ‘상호작용’ 영역이 3.69점으로 가장 높았다. 다음으로는 ‘자율성’(3.14점), ‘전문직 상태’(2.85점), ‘업무요구도’(2.76점), ‘간호사-의사 관계’(2.74점), ‘보수’(2.57점), ‘조직요구도’(2.55점) 순이었다.3. 응급실 신규 간호사 81명 중 부서이동은 68명(83.95%)이, 병원이동은 69명(85.19%)이, 직종이동은 74명(91.36%)이 이직의도를 가지고 있는 것으로 보고하였다.4. 응급실 신규 간호사의 직무 스트레스, 직무만족, 이직의도의 차이를 살펴보았 을 때 대상자의 일반적 특성 중 직무 스트레스와 유의한 관련요인은 없었다. 그러나 직무만족은 응급실 근무 경력(p=.02)과 신규 간호사를 위한 응급실 오리엔테이션 기간(p=.03)과 관련이 있었으며 이직의도는 최종학력(p=.006)과 관련이 있는 것으로 나타났다.5. 부서이동, 병원이동, 직종이동 이직의도를 가진 대상자의 직무 스트레스와 직무만족 간에는 유의한 음의 상관관계(r=-0.36, p=.0022, r=-0.41, p=.0004, r=-0.28, p=.0125)가 있고, 직무 스트레스와 이직의도 간에는 유의한 양의 상관관계(r=.40, p=.0007, r=.40, p=.0006, r=.42, p=.0002)가 있다. 부서이동, 병원이동 이직의도를 가진 대상자의 직무만족과 이직의도 간에는 유의한 음의 상관관계(r=-0.34, p=.0044, r=-0.42, p=.0003)가 있다. 이상의 결과를 종합하면 응급실 신규 간호사는 대인관계상의 문제, 의사와의 대인관계상 갈등과 같은 인간관계의 문제에서 직무 스트레스를 가장 많이 받는 것으로 나타났고, 상호작용과 자율성에 직무만족을 높게 느꼈다. 또한 응급실 신규 간호사의 직무 스트레스가 높고 직무만족이 낮을수록 이직의도가 높았다. 따라서 응급실 신규 간호사의 대인관계에서 오는 직무 스트레스를 줄이고 직무만족을 높여 이직을 줄이기 위한 직무 적응 프로그램 개발이 필요하다고 사료된다. [영문]The purpose of this study was to investigate the relationships among job stress, job satisfaction, and turnover intention of new nurses at the emergency department (ED). The subjects were 81 new nurses who have been working at EDs for 12 months or less at 9 tertiary hospitals located in Seoul and Incheon. Data were collected from May 1 to May 20, 2009 with a structured survey questionnaire and were analyzed by using SAS 8.1 program. The results were as follows; 1. The average score of job stress of new nurses was 2.79, ranging from 1 to 4. The highest job stressors were related to interpersonal problems and work load. 2. The average score of job satisfaction was 2.92, ranging from 1 to 5. The factors related to the highest job satisfaction was interaction (3.69) then autonomy (3.14). 3. Turnover intention was classified into 3 categories: transfer to other departments, transfer to other hospitals, and leave nursing job. Among 81 new nurses, with multiple responses, 68 (83.95%) reported intention to transfer to other departments, 69 (85.19%) transfer to other hospitals, and 74 (91.36%) of leaving nursing job. 4. There was no significant difference in job stress according to general characteristics but the level of job satisfaction was higher when they had longer than 4 weeks of orientation period. Turnover intention of transferring to other hospitals was higher among 3-year program graduates than 4-year program graduates. 5. There were significant negative correlations between job stress and job satisfaction among the subjects who had turnover intention of transferring to other departments (r=-0.36, p=.0022), transferring to other hospitals (r=-0.41, p=.0004), and leaving nursing job (r=-0.28, p=.0125). And there were significant positive correlations between job stress and turnover intention among the subjects who had turnover intention of transferring to other departments (r=.40, p=.0007), transferring to other hospitals (r=.40, p=.0006), and leaving nursing job (r=.42, p=.0002). There were significant negative correlations between job satisfaction and turnover intention among the subjects who had turnover intention of transferring to other departments (r=-0.34, p=.0044) and transferring to other hospitals (r=-0.42, p=.0003). According to the results of this study, the higher job stress of new nurses had, the lower job satisfaction and the higher turnover intention existed. It is suggested that the orientation program for the new nurses at ED should include programs to reduce job stress and to increase job satisfaction.ope

코어 형태와 시멘트 종류에 따른 전부주조금관의 유지력에 관한 연구

학위논문(석사)--서울대학교 대학원 :치의학과 치과보철학전공,2000.Maste

A three-dimensional finite-element analysis of influence of splinting in mandibular posterior implants

Statement of problem: Over the past two decades, implant supported fixed prosthesis have been widely used. However, there are few studies conducted systematically and intensively on the splinting effect of implant systems in mandible. Purpose: The purpose of this study was to investigate the changes in stress distributions in the mandibular implants with splinting or non-splinting crowns by performing finite element analysis. Materials and methods: Cortical and cancellous bone were modeled as homogeneous, transversely isotropic, linearly elastic. Perfect bonding was assumed at all interfaces. Implant models were classified as follows. Group 1: length 8.5mm 13mm splinting type Group 2: length 8.5mm 13mm Non-splinting type Group 3: ITI length 8.5mm 13mm splinting type Group 4: ITI length 8.5mm 13mm Non-splinting type An load of 100N was applied vertically and horizontally. Stress levels were calculated using von Mises stresses values. Results: 1. The stress distribution and maximum von Mises stress of two-length implants (8.5mm, 13mm) was similar. 2. The stress of vertical load concentrated on mesial side of implant while the stress of horizontal load was distributed on both side of implant. 3. Stress of internal connection type was spreading through abutment screw but the stress of external connection type was concentrated on cortical bone level. 4. Degree of stress reduction was higher in the external connection type than in the internal connection type

코어 형태와 시멘트 종류에 따른 전부주조금관의 유지력에 관한 연구

The purpose of this study was to compare the retention of complete cast crown over amalgam ores, composite resin cores, and cast gold cores when cemented with three different luting agents. Eighteen core specimens each of amalgam(Bestaloy, Dong Myung, Seoul, Korea), composite resin (Z100, 3M Dental product, st. Paul, Minn) and type IV gold alloy (Ba-4, Heesung Engelhard Corp., Korea) were made in a customized milling stainless steel die. A wax pattern with a loop attached to occlusal surface was made for each core and a type II gold alloy casting was fabricated. The castings which had clinically acceptable marginal fit were used as test samples. The following luting cements were used to cement cast crowns on each core material : (1) zinc phosphate cement (Confi-dental Products Co., USA) (2) glass-ionomer cement (Fuji Plus, GC Industrial Corp., Tokyo, Japan) (3) resin cement (Panavia 21, Kuraray Co., USA). All cements were mixed according to manufacturers' instructions. A static load of 5kg was then applied for 10 minutes on the crowns. All specimens were stored in saline solution for 24 hours at and thermocycled for 500 cycles. After storage and cycling, the tensile bond strengths were measured by using a universal testing machine (Instron Corp., Canton, Mass.) at a crosshead speed of 0.5mm/min. The results were as follows 1. The retentive strength of resin cement was the highest of alt three types of cement for resin core (p0.05). 3. The retentive strength of resin cement was higher than that of zinc phosphate for cast core, but there was no difference between the retentive strength of glass ionomer cement and those of rein and zinc phosphate cement. 4. The retentive strength of the zinc phosphate cement for amalgam core was the highest of all type of cores