논문 요약 - 스마트기기 내장 마이크기반 폐질환 진단기기 개발

과제명	스마트기기 내장 마이크기반 폐질환 진단기기 개발
발행년월	2019-11
연구기관	원광대학교
링크	https://scienceon.kisti.re.kr/srch/selectPORSrchReport.do?cn=TRKO202000001587#;

요약

만성 호흡 질환의 심각성
- WHO에 따르면 만성 폐쇄성폐질환(COPD) 환자는 전 세계적으로 6,400만 명, 천식 환자는 2억 3,500만 명에 달함.
- 국내에서는 40세 이상 COPD 유병률이 14.6%, 65세 이상은 30.2%로 연령 증가에 따라 높은 비율을 보임.
자가 진단의 필요성
- 현재 천식 및 COPD 진단은 폐활량계(spirometry test)를 통해 이루어짐. 이는 병원 방문이 필수적이며 지속적인 경과 추적이 어려운 문제가 있음.
- 정기적인 spirometry 검사를 통해 조기 진단이 가능하지만, 환자의 시간적·물리적 제약으로 인해 검사율이 낮음.
- “언제 어디서나 간편하게” 진단할 수 있는 스마트기기 기반 솔루션에 대한 수요 증가.

스마트기기 활용
- 스마트폰 및 웨어러블 기기의 내장 마이크를 활용해 폐활량계를 대체할 수 있는 기술 개발.
진단 알고리즘 및 플랫폼
- 호흡 데이터를 정밀 분석하여 임상적으로 활용 가능한 지표(FVC, FEV1, FEV1/FVC, PEF)를 측정.
- 이를 기반으로 천식 및 COPD를 조기 진단하고 관리할 수 있는 애플리케이션 및 클라우드 플랫폼 구현.

특별한 부가 장치 없이 스마트폰 내장 마이크 기반으로 호기시 신호를 측정
VFCDM을 활용하여 임상에서 사용되는 PFT parameters(FVC, FEV1, FEV1/FVC, PEF)를 검출
- 마이크를 이용하여 측정된 오디오 신호를 VFCDM을 활용하여 주파수 분석을 통한 noise를 제외한 실제 호기시 신호만을 검출
- SPWV, STFT, WT 등 이전의 시간-주파수 분석 방법보다 VFCDM은 더 높은 해상도가 나타남
- 검출된 신호를 활용하여 PFT parameters 평가
알고리즘을 기반으로 스마트폰 어플리케이션 및 클라우드 플랫폼 개발
- 실제 임상에서 사용되는 프로토콜을 기반으로 측정 횟수 및 검출 parameters 및 그래프 출력
  
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- 측정된 PFT 결과 관리 및 모니터링을 위한 클라우드 플랫폼을 개발
  
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- 임상에서 중요하게 사용되는 parameter인 FEV1/FVC의 정확도 검증을 위하여 13명의 실험자를 대상으로 검증한 결과 absolute error mean 4.12 및 standard deviation 3.45로 높은 정확도가 나타남
  
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VFCDM 및 Resonance Tracking
- 노력성 호기 신호에서 목소리나 환경 소음을 제거해 호흡 데이터를 정확히 분석.
- FVC, FEV1, FEV1/FVC 등의 임상 지표를 정밀하게 계산.
스마트기기 기반 시스템
- 병원 방문 없이 간단한 호흡만으로 천식 및 COPD를 검사할 수 있는 스마트폰 앱 개발.
- 클라우드 플랫폼을 통해 데이터를 저장하고 장기적으로 관리.
비교 분석 결과
- 임상 검사의 주요 지표(FEV1/FVC 비율 등)와 비교했을 때, 2~3% 내외의 오차율로 실제 활용 가능성을 입증.