The lung as a respiratory organ provides the blood with oxygen and removes at the same time the carbon dioxide resulted from cell metabolism. The gas properties of blood can therefore be used as a means of medical index to look into the patient’s health just like the oxygen uptake and the carbon dioxide output. Furthermore, the lung is closely connected to the heart since the heart activity like the cardiac output can be directly monitored by breath analysis. Although the lung is such an essential organ in human body, there are not many breath measurement tools as good as those available for the engineering systems. In this thesis, we introduce a mechanical ventilation system for respiration assistance and analyze the breath using gas sensors. The data can be used to estimate some of the patient’s medical conditions such as diffusion capability of the lung membrane, oxygen uptake and carbon dioxide output. For this purpose, we include the design of a valve consisting of a thermistor and servomotor that is synchronized with human respiration. The breath analysis system includes the circuit module for valve control, data acquisition through the $O_2$- and $CO_2$-sensors, and the software dedicated to respiratory gas analysis. Further we show how the breath measurement data are approximately compressed using Haar wavelet decomposition.
본 논문에서는 호흡을 도와주는 환기장치를 만들고 산소 및 이산화탄소센서를 이용하여 인체로부터 배출된 호흡가스를 분석하는 시스템을 개발한다. 이를 위해 호기와 흡기를 구분하기 위한 밸브의 제작, 밸브 구동을 위한 모듈의 개발, 센서를 이용한 호흡가스 농도측정 회로의 구성, 입력 받은 신호를 해석하기 위한 소프트웨어의 개발 및 웨이블릿을 이용한 신호의 근사화 등을 수행하였다. 밸브를 구동하기 위해 설계된 회로는 호흡률을 측정하는데도 이용된다. 본 연구는 인체로부터 배출된 호흡가스의 정량적인 측정과 분석의 개념을 확립하는데 기여한다. 또한 호흡 신호를 전기적 신호로 전환하는 기법은 생체 신호 처리 기술을 요하는 여러 분야에서 다양하게 응용될 수 있다. 특히, 본 논문에서 연구된 계측 시스템은 보다 간편하고 저렴한 휴대용 폐 기능 측정장치의 개발의 가능성을 나타내 준다.
