표면적 변화에 따른 직물 호흡 센서의 디자인 방향

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

In this study, a textile respiration sensor (TRS) that can be applied to clothing is proposed. I investigated (part I) the possibility of measuring TRS as a dummy object. Additional research (part II) was conducted to investigate the characteristics of TRS in seven adult men.
Research studies I and II set the variables of the study as the three types of TRS, speed of respiration, and measurement position of TRS (applied only in part II). In order to observe the TRS respiration accuracy, reproducibility, and reliability, BIOPAC, a typical wearable respiration sensor in the field of medical devices, was used at a position adjacent to the TRS, and the respiration rate was simultaneously measured through the two sensors. The measured results obtained were compared and analyzed. The values of respiration rate and continuous voltage changes in the respiration rate were measured. The respiration rate was calculated by determining the percentage of arithmetic mean standard deviation, and the continuous voltage variation resulted in the calculation of the Pearson correlation coefficients and validation.
In part I of the research study, we investigated the possibility of using the TRS as a respiration rate sensor in terms of accuracy, reproducibility, and reliability using a dummy. An analysis of the agreement between TRS and BIOPAC showed that the Type-3 sensor has a relatively high accuracy. In addition, an analysis of the TRS sensing results and actual respiration rate showed that the Type-1 sensor has relatively high accuracy. By comparing the reproducibility of TRS with BIOPAC, it was observed that BIOPAC had an overall higher reproducibility than TRS. By comparing the reproducibility according to type of TRS, the Type-2 sensor for slow respiration and the Type-1 sensor for normal respiration and fast respiration were observed to maintain relatively high reproducibility. Results of the TRS reliability analysis indicated that all TRS types showed high reliability over 0.900 ** (**. P <.01) at slow respiration, and that the Type-2 sensor showed a reliability higher than 0.900 ** (**. P <.01) at all speeds of respiration.
In part II of the research study, we investigated the possibility of using a TRS as a respiration rate sensor in terms of accuracy, reproducibility, and reliability for humans. An analysis of TRS and BIOPAC showed that Type-1 sensor has a relatively high accuracy. In addition, an analysis of TRS sensing results and actual respiration rates showed that Type-2 sensor has relatively high accuracy. A comparison of reproducibility between TRS and BIOPAC indicated that for high reproducibility, all three types of sensors were located at the center of the chest. By comparing the reproducibility according to the type of TRS, it was observed that Type-1 sensor was located at the side of the upper abdomen, Type-2 sensor was located at the center of the upper abdomen, and Type-3 sensor maintained relatively high reproducibility at the center of the chest.
Through TRS reliability analysis, it was observed that Type-1 sensor and the side position of the upper abdomen maintained their reliability at all speeds of respiration. In addition, the reliability of normal respiration and fast respiration was maintained using Type-2 sensor and the center of the chest, Type-2 sensor and the middle position of the upper abdomen, Type-2 sensor and the upper side position, Type-3 sensor and the middle position of the upper abdomen, and Type-3 sensor and the upper side of the upper abdomen. Based on the results of this study, the combination of speed of respiration, TRS type, and measurement position suitable for clothing was derived, and the design direction of the clothing was determined accordingly.

국문 초록 (Abstract)

본 연구는 의복에 적용 가능한 입체적 구조의 직물 호흡 센서(이하 TRS로 약칭, Textile Respiration Sensor)를 제안하고, 더미 대상으로 TRS의 측정 가능성을 탐색하기 위한 연구Ⅰ과 7명의 20대 남성을 대상으로 TRS의 특성을 고찰하기 위한 연구Ⅱ를 수행하였으며, 그 결과를 토대로 TRS의 의복 적용 디자인 방향을 제시하였다.
연구Ⅰ, Ⅱ를 수행하기 위해 설정한 연구의 변인은 TRS의 세 가지 유형, 호흡 속도, TRS의 측정 위치(연구Ⅱ에서만 적용) 등이었다. TRS의 호흡수 센싱 정확도, 재현성, 신뢰도를 관찰하기 위해 의료기기 분야의 대표적 착용형 호흡수 센서인 BIOPAC을 TRS의 인접 위치에 함께 착용시켜 두 센서를 통해 호흡수를 동시에 측정한 후, 두 센서로부터 획득되는 측정 결과를 비교분석 하였다. 측정된 값은 호흡수와 호흡수 센싱 시의 연속적인 전압변화량이었다. 이 중 호흡수 측정 결과에 대해서는 산술평균 표준편차 백분율 등을 산출하여 분석하였으며, 연속된 전압변화량에 대해서는 Pearson 상관계수 산출 및 유의성 검증을 실시하였다.
연구Ⅰ에서는 더미를 대상으로 하여 TRS의 호흡수 센서로서의 가능성을 정확도, 재현성, 신뢰도 측면에서 탐색하였다. TRS와 BIOPAC과의 일치도를 분석한 결과 Type 3 센서가 높은 정확도를 지니는 것으로 관찰되었다. 또한 TRS의 센싱 결과와 실제 호흡수와의 일치도를 분석한 결과 Type 1 센서가 높은 정확도를 지니는 것으로 관찰되었다. TRS와 BIOPAC의 재현성을 비교한 결과 BIOPAC이 TRS보다 전반적으로 높은 재현성을 지니는 것으로 관찰되었다. TRS의 유형에 따른 재현성을 비교한 결과 느린 호흡 시에는 Type 2 센서, 보통 호흡과 빠른 호흡 시에는 Type 1 센서가 높은 재현성을 유지하는 것으로 관찰되었다. TRS의 신뢰도를 분석한 결과 느린 호흡 시에는 모든 TRS 유형이 0.900** (**. p < .01) 이상의 높은 신뢰도를 나타내었으며, Type 2 센서가 모든 호흡 속도에서 0.900** (**. p < .01) 이상의 높은 신뢰도를 나타내었다.
연구Ⅱ에서는 인간을 대상으로 하여 TRS의 요건에 따른 호흡수 센싱의 정확도, 재현성, 신뢰도를 고찰하였다. TRS와 BIOPAC과의 호흡수 센싱 일치도를 분석한 결과 Type 1 센서가 높은 정확도를 지니는 것으로 관찰되었다. 또한 TRS의 센싱 결과와 실제 호흡수와의 일치도를 분석한 결과 Type 2 센서가 높은 정확도를 지니는 것으로 관찰되었다. TRS와 BIOPAC의 재현성을 비교한 결과 모든 TRS 유형은 가슴 중앙 위치에서 높은 재현성을 지니는 것으로 관찰되었다. TRS의 유형에 따른 재현성을 비교한 결과 Type 1 센서는 상복부 측면 위치, Type 2 센서는 상복부 중앙 위치, Type 3 센서는 가슴 중앙 위치에서 높은 재현성을 유지하는 것으로 관찰되었다. TRS의 신뢰도를 분석한 결과 모든 호흡 속도에서 신뢰도가 유지하는 경우는 Type 1 센서와 상복부 측면 위치인 것으로 관찰되었다. 또한 보통 호흡과 빠른 호흡에서 신뢰도가 유지되는 경우는 Type 2 센서와 가슴 중앙 위치, Type 2 센서와 상복부 중앙 위치, Type 2 센서와 상복부 측면 위치, Type 3 센서와 상복부 중앙 위치, Type 3 센서와 상복부 측면 위치가 조합된 경우들인 것으로 관찰되었다. 이상의 연구 결과를 토대로 의복에 적용하기에 적합한 호흡속도, TRS 유형, 측정 위치간의 조합을 도출하고, 이에 따른 의복 적용 디자인 방향을 제시하였다.