[논문]치매의 진단, 예방 및 완화를 위한 스마트폰용 게임 애플리케이션 개발

윤성민; 최효선; 조면균

doi:10.5762/kais.2014.15.5.2953

치매의 진단, 예방 및 완화를 위한 스마트폰용 게임 애플리케이션 개발
Integration of Application Program for Dementia Diagnosis using Biometric Sensor and Oxygen Chamber 원문보기

한국산학기술학회논문지 = Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society, v.15 no.5, 2014년, pp.2953 - 2961

윤성민 (세명대학교 정보통신학부) , 최효선 ((주)에프디크리에이트) , 조면균 (세명대학교 정보통신학부)

초록
AI-Helper

치매는 한번 발병하면 치유가 어려운 병이지만 조기에 발견하면 치료효과를 극대화 할 수 있다.그러므로 본 연구에서는 스마트폰과 생체센서를 이용하여 치매를 조기에 진단 및 관리 할 수 있는 앱을 개발하였다. 그리고 치매진단의 결과에 따라 치매를 사전에 예방하고 치매를 지연 및 완화 할 수 있는 기능성 게임을 개발하여 적용함으로써 치매의 진단, 예방 및 완화 등의 기능을 한 번에 제공하는 통합 치매관리 도구를 제공하였다. 특히 제안한 치매완화용 게임은 단순한 화살표 조작인 아닌 양팔을 이용한 공간감각과 평형감각을 요구하므로, 치매의 치료 효과가 배가된다. 만약 제안하는 치매 관리용 스마트폰용 앱을 이용하여 꾸준히 치매를 진단하고 예방하며, 게임을 통해 완화시킨다면 치매로 인한 사회적 손실을 최소화 할 수 있을 것이다.

Abstract ▼ AI-Helper

Dementia once occurred is known to be mostly irreversible but can be treated only if it is detected early; especially vascular Dementia. Thus, in this paper we have developed Dementia diagnosis and care application through inter-working between biometric sensors and smart phone. With developing serious game for the demented elderly, we proposed ons-stop solution for Dementia; smart-phone application with diagnosis, prevention and mitigation of Dementia. Since the proposed game for mitigating Dementia requires sense of space and balance using both arms instead of operating simple arrow button, a treatment effect for Dementia will be doubled. If we tried to forestall, ease and cure Dementia with the proposed application. the social losses from Dementia would be minimized as a result.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

그러므로 본 논문에서는 누구나 가지고 있는 스마트폰과 간단한 생체센서를 활용하여 치매를 진단하는데 활용하고자 한다. 스마트폰은 기존에 병이 발병 후 치료목적으로 사용된 고가의 의료장비 들과는 달리 자신의 몸을 수시로 체크하여 치매의 위험으로부터 예방 및 관리할 수 있는 신속성과 편리성의 장점이 있다.
또한 스마트폰 기반의 치매진단 및 치료용 앱의 효과를 정량적으로 증명해야 하므로, 향후 치매의 진단 및 치료에 대한 임상실험을 환자에게 수행하여 제안 앱의 유효성을 증명해야 하는 어려운 과제가 남아있다. 그러므로 본 논문은 치매 진단에 사용 가능한 생체센서들과 검출 프로그램의 연동, 치매예방과 완화(치료)를 위한 기능성 게임들을 스마트폰에 직접 구현해 봄으로써 언제어디서나 손쉽게 치매진단 및 관리의 도구로 쓸 수 있다는 가능성을 타진해 본 것에 의의를 두고자한다.
본 논문에서는 고령화로 인한 노인성 정신질환인 치매의 진단과 예방을 언제 어디서나 쉽고 빠르게 수행 할 수 있도록, 스마트폰과 생체센서가 통신하여 치매를 진단하고, 기능성 게임을 활용하여 치매의 예방 및 완화(치료)에 종합적으로 적용 가능한 스마트폰용 앱을 개발하고자 한다.
본 논문은 기존에는 없던 스마트 폰을 이용한 치매 진단 및 관리(방지 및 완화)의 수단을 제시하였다. 특히 고령화 사회가 급속히 진행됨에 따라 노인성 질환의 문제가 사회적 화두로 떠오르고 있어서, 재활 또는 의료의 목적으로 기능성 게임의 연구들이 진행되고 있다.
Clark의 연구에서는 게임을 수행한 노인들이 안한 노인들에 비해 반응 시간이 25ms에서 80ms더 빠르게 나왔다[33]. 이를 바탕으로 인지증진용 게임을 스마트폰에 구현하여 치매의 예방과 완화(치료)에 사용하고자 한다.

제안 방법

Fig. 1과 같이 설문지와 생체센서(SpO₂, HRV)를 이용 하여 치매지수(Dementia Index)를 측정하고, 스마트폰은 이것을 임계값(Threshold: th1)과 비교하여 초기치매를 판단한다[12].
3과 같다. 게임은 각각의 특성에 따라 시각운동 능력, 시각 정보 처리 능력, 주의 집중력 능력, 단기기억 능력을 훈련시키는 치매예방용 숫자기억 게임과, 시각운동, 시공간 지각능력, 평형감각, 집중력, 판단력, 문제해결 능력을 향상시키기 위한 치매완화용 미로 게임으로 구성하였다.
본 논문에서는 이러한 연구결과들을 바탕으로 하여 치매 진단부와 치매 관리부(치매 예방 및 완화 게임)로 구성하였으며, 장소의 한계가 있는 컴퓨터나 고가의 장비가 필요치 않도록 휴대성이 뛰어난 스마트폰을 이용하여 구현 했다. 특히, 치매관리 게임은 지각(perception)능력, 주의집중(attention)능력, 공간기억(spatial memory)능력과 시각 기억(visual memory)능력 및 단기기억 (short term memory)능력을 향상 시킬 수 있도록 애플리케이션 내부에 구현하였다.
미국의 배너 선 보건연구소에서 개발한 설문 검사법은 방향감각, 기억력, 시공간 능력, 기능적 능력, 언어능력 등 5개 범주에 속한 질문 21가지로 구성 되어 있으며, 대답의 점수를 합산하여 알츠하이머 치매와 기억상실성 경도인지장애를 판단 할 수 있다. 사용된 설문지는 21개의 지문으로 구성되어 있으며 지문은 3문제 씩 나누어 구성 되어 있으며 지문의 오른쪽 끝 에 표시된 체크 박스에 손으로 터치하여 체크표시 하는 방식이다. 설문이 끝나면 점수를 확인할 수 있다.
기존의 치매치료를 위한 게임 개발 연구는 고가의 장비인 몸짓 인식기술, 컴퓨터 시스템, 카메라가 필요하였다. 특히 가속도계, 지자기센서, 자이로스코프 등을 활용하여 움직임을 추적함으로써 치매치료용 운동에 적용하였다[13,20]. 하지만 이러한 방법들은 고가 장비와 특정 전문기관을 방문해야하기 때문에 고비용과 장시간이 소요된다는 단점이 있었다.
본 논문에서는 이러한 연구결과들을 바탕으로 하여 치매 진단부와 치매 관리부(치매 예방 및 완화 게임)로 구성하였으며, 장소의 한계가 있는 컴퓨터나 고가의 장비가 필요치 않도록 휴대성이 뛰어난 스마트폰을 이용하여 구현 했다. 특히, 치매관리 게임은 지각(perception)능력, 주의집중(attention)능력, 공간기억(spatial memory)능력과 시각 기억(visual memory)능력 및 단기기억 (short term memory)능력을 향상 시킬 수 있도록 애플리케이션 내부에 구현하였다.

성능/효과

숫자기억 게임은 치매 예방용 게임으로 주의집중 능력과 단기기억을 사용하여 인지 능력을 향상시키기 위한 게임으로, 랜덤 하게 주어진 두자리 숫자 4가지를 제한된 10초 동안 기억하고 아래 보기 체크 박스에 해당 되는 숫자를 체크 하는 기억력 게임이다. 게임에 사용되는 숫자는 1에서 99까지의 수를 무작위로 사용하였으며, 높은 주의력과 정보처리능력, 단기 기억력, 주의 집중력, 시각-운동 능력 향상 등 치매 예방에 도움이 될 뿐 아니라 반복을 통해 기억력을 증진시키는 효과도 있다[24-31].
그 외에도 게임이 지각(perception)과 운동과정(motor processes)에 영향을 준다는 다수의 연구결과가 있다[22-24]. 게임은 협동심을 증가시키고, 남을 돕는 행위를 증가시키며, 기능학습능력을 향상시킬 뿐 아니라 논리적 사고력을 증가시키는 것으로 나타났다. 또한, 게임의 긍정적인 연구결과로 게임 경험자의 수 감각이 16%증가 했으며, 체험학습 효과가 증가하고, 집중력훈련 게임이 집중력을 향상시키며, 게임은 수학적 능력과, 영어 학습에 도움을 준다는 결과가 보고되었다[24-31].
아래 Table1은 한방병원의 도움을 얻어 60세 이상의 환자 10명에게 게임을 실행시켜 도출된 점수를 적은 것이다. 표에서 알 수 있듯이 병원에서 치매로 판정된 5번째, 6번째 환자의 숫자기억게임 점수가 매우 유의하게 낮게 나타났다. 그러므로 숫자기억게임은 치매예방 뿐 아니라 치매 진단용으로도 고려할 수 있다.

후속연구

결론적으로, 제안하는 스마트폰용 앱과 치매예방 게임을 이용하여 실시간으로 자신의 치매여부를 진단하고 사전에 예방한다면 갑작스런 치매발병으로 인한 본인의 고통과 가족 및 사회적 비용 부담을 최소화 할 수 있을 것이다.
특히 고령화 사회가 급속히 진행됨에 따라 노인성 질환의 문제가 사회적 화두로 떠오르고 있어서, 재활 또는 의료의 목적으로 기능성 게임의 연구들이 진행되고 있다. 그러므로 본 논문에서 제시한 치매관리용 기능성 게임은 기억력, 논리력, 산술능력, 공간인지능력의 정신적 활동을 수행함으로써 일반적인 치매의 초기증상인 뇌세포 감소 억제에 효과적으로 작용할 것이다.
하지만 현재 치매발병 위험성이 있는 고령자의 다수가 스마트 기기에 익숙하지 않은 것이 현실이므로, 직관적으로 사용하기 쉽고 터치버튼의 크기를 최대화한 사용자 맞춤형 애플리케이션 설계가 요구된다. 또한 스마트폰 기반의 치매진단 및 치료용 앱의 효과를 정량적으로 증명해야 하므로, 향후 치매의 진단 및 치료에 대한 임상실험을 환자에게 수행하여 제안 앱의 유효성을 증명해야 하는 어려운 과제가 남아있다. 그러므로 본 논문은 치매 진단에 사용 가능한 생체센서들과 검출 프로그램의 연동, 치매예방과 완화(치료)를 위한 기능성 게임들을 스마트폰에 직접 구현해 봄으로써 언제어디서나 손쉽게 치매진단 및 관리의 도구로 쓸 수 있다는 가능성을 타진해 본 것에 의의를 두고자한다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	치매의 발병원인은?	치매는 주로 인지기능의 저하 외에도 지능, 언어, 주의와 집중력, 판단력, 학습능력, 문제해결능력, 시공간 지각력에까지 이상이 온 상태를 말하며 발병하면 되돌릴 수 없게 점차 악화되는 특징을 보인다[3]. 치매는 뉴런(neuron)이라 부르는 뇌의 신경 세포들이 점차 퇴화하고 뉴런 사이의 연결이 파괴되면서 발생하게 되는데, 그 원인중 대표적인 것이 퇴행성 치매인 알츠하이머병과 뇌졸중과 같은 혈관성 치매이다. 이중 혈관성 치매는 퇴행성 치매와는 달리 추가적으로 발생 가능한 이차적 뇌혈관 질환을 예방하면 치매의 진행 또는 발생을 막을 수 있으므로 조기발견과 조기치료가 매우 중요하다고 알려져 있다[4,5].
	치매는 어떤 특징을 보이는가?	치매는 주로 인지기능의 저하 외에도 지능, 언어, 주의와 집중력, 판단력, 학습능력, 문제해결능력, 시공간 지각력에까지 이상이 온 상태를 말하며 발병하면 되돌릴 수 없게 점차 악화되는 특징을 보인다[3]. 치매는 뉴런(neuron)이라 부르는 뇌의 신경 세포들이 점차 퇴화하고 뉴런 사이의 연결이 파괴되면서 발생하게 되는데, 그 원인중 대표적인 것이 퇴행성 치매인 알츠하이머병과 뇌졸중과 같은 혈관성 치매이다.
	치매치료를 위한 게임 개발 연구의 단점은 어떤 것이 있었는가?	특히 가속도계, 지자기센서, 자이로스코프 등을 활용하여 움직임을 추적함으로써 치매치료용 운동에 적용하였다[13,20]. 하지만 이러한 방법들은 고가 장비와 특정 전문기관을 방문해야하기 때문에 고비용과 장시간이 소요된다는 단점이 있었다.

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