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  • [Front Oncol.] Development and Performance Evaluation of Wearable Respiratory Self-Training System Using Patch Type Magnetic Sensor

    [Front Oncol.] Development and Performance Evaluation of Wearable Respiratory Self-Training System Using Patch Type Magnetic Sensor

    연세의대 / 강효경, 김진성*, 김동욱*

  • 출처
    Front Oncol.
  • 등재일
    2021 Aug 3
  • 저널이슈번호
    11:680147. doi: 10.3389/fonc.2021.680147. eCollection 2021.
  • 내용

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    Abstract
    Purpose: Respiratory training system that can be used by patients themselves was developed with a micro-electro-mechanical-system (MEMS)-based patch-type magnetic sensor. We conducted a basic function test and clinical usability evaluation to determine the system's clinical applicability.

    Methods: The system is designed with a sensor attached to the patient's chest and a magnet on the back to monitor the patient's respiration by measuring changes in magnetic intensity related to respiratory movements of the thoracic surface. The system comprises a MEMS-based patch-type magnetic sensor capable of wireless communication and being applied to measurement magnets and mobile applications. System performance was evaluated by the level of systemic noise, the precision of the sensor in various breathing patterns, how measurement signals change for varying distances, or the presence or absence of material between the sensor and the magnet. Various breathing patterns were created using the QUASAR respiratory motion phantom; the data obtained were analyzed using the fitting and peak value analysis methods.

    Results: The sensor had a noise ratio of <0.54% of the signal; the average errors in signal amplitude and period for breathing patterns were 78.87 um and 72 ms, respectively. The signal could be measured consistently when the sensor-magnet distance was 10-25 cm. The signal difference was 1.89% for the presence or absence of a material, indicating that its influence on the measurement signal is relatively small.

    Conclusion: The potential of our MEMS-based patch-type wearable respiratory self-training system was confirmed via basic function tests and clinical usability evaluations. We believe that the training system could provide thorough respiratory training for patients after a clinical trial with actual patients confirming its clinical efficacy and usability.

     

     

    Affiliations

    Hyo Kyeong Kang  1   2 , Hojin Kim  2 , Chae-Seon Hong  2 , Jihun Kim  2 , Jin Sung Kim  1   2 , Dong Wook Kim  2
    1 Department of Integrative Medicine, Yonsei University College of Medicine, Seoul, South Korea.
    2 Department of Radiation Oncology, Yonsei Cancer Center, Yonsei University College of Medicine, Seoul, South Korea.

  • 키워드
    micro-electro-mechanical-system (MEMS); patch-type magnetic sensor; radiation therapy; respiratory monitoring; respiratory self-training.
  • 편집위원

    본 연구팀은 환자 스스로 훈련이 가능한 micro-electro-mechanical-system (MEMS) 기반 패치형 개인 호흡 훈련시스템을 개발하였으며 개발된 시스템의 임상 활용 가능성을 확인하기 위하여 기본적인 성능 및 임상적 효용성을 평가하였다. 본 시스템은 환자의 가슴에 센서를 부착하고 등 뒤에 자석을 둔 상태로 환자가 호흡 할 때 흉부 표면의 움직임에 따른 자장 세기 변화를 통해 호흡을 모니터링 하도록 디자인되었다. 시스템은 무선통신이 가능한 MEMS 기반 patch type magnetic sensor, 측정용 자석, mobile application으로 구성되어 있다. 이 시스템의 성능을 평가하기 위하여, 시스템 자체의 noise, 다양한 호흡 패턴에 따른 센서의 정밀도, 센서와 자석 사이 거리에 따른 신호 변화, 센서와 자석 사이 존재하는 물질 유무에 따른 신호 변화를 확인하였다. QUASAR Respiratory motion phantom 을 사용하여 다양한 호흡 패턴을 구현하였으며, 획득한 data는 fitting method 및 peak value analysis method를 통해 분석되었다. 센서의 noise 비율은 신호의 0.54% 보다 작게 분석되었고, 호흡 패턴에 따른 평균 진폭 오차는 78.87 um, 평균 주기 오차는 72 ms 로 평가 되었다. 센서와 자석 사이 거리가 15-20 cm일 때 안정적인 신호를 획득할 수 있으며, 센서와 자석 사이에 material 유무에 따른 신호의 차이는 1.89%로 material의 유무가 신호 측정에 큰 영향을 미치지 않는다는 것을 확인하였다. MEMS 기반 patch type 개인 호흡 훈련시스템의 기본적인 성능 및 임상에서의 효용성을 평가를 통하여 본 시스템의 가능성을 확인 하였으며, 추후 임상시험을 통해 실제 환자에게 적용하였을 때의 임상적 효용성 평가를 통하여 최종적으로는 다양한 환자에 대하여 정밀한 호흡 훈련을 제공할 수 있을 것으로 사료된다.

    2021-09-02 13:06:55

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