[논문]전자펜 기반 편측시각무시(UVN) 환자 검사 및 재활치료 시스템

김준교; 지혜미; 박재현

doi:10.5302/j.icros.2014.13.0013

전자펜 기반 편측시각무시(UVN) 환자 검사 및 재활치료 시스템
Electronic Pen-based Unilateral Visual Neglect Assessment and Rehabilitation System 원문보기

제어·로봇·시스템학회 논문지 = Journal of institute of control, robotics and systems, v.20 no.6, 2014년, pp.647 - 650

김준교 (인하대학교 정보통신공학과) , 지혜미 (남서울대학교 운동건강학과) , 박재현 (인하대학교 정보통신공학과)

Abstract ▼ AI-Helper

Assessment and rehabilitation of patients with unilateral visual neglect has been one of the fields that require assistive technology. Paper-and-pencil tests, including the LBT (Line Bisection Test), have been one of the most commonly used visual neglect assessment methods used in a clinical setting. The key motivation of this study was to establish a computer-based real-time assessment system for the hemi-neglect patients without altering the conventional paper-and-pencil based user tools. A digital penbased assessment and rehabilitation system, the ePen System, could eliminate the manual assessment time while maintaining measurement accuracy. As a result, the proposed system may assist rehabilitation specialists to assess and diagnose patients with unilateral visual neglect. This system can be applied to a range assessment and rehabilitation modalities based on a pen and paper. It can also be applied to various patients such as those with Parkinson's disease, stroke sufferers, or those who have experienced different forms of brain lesions.

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

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문제 정의

본 논문에서는, 일반 종이에 위치정보가 인쇄된 평가지 양식과 전자펜을 사용하여, 기존의 펜/종이 기반의 시험 방식과 동일한 사용자 경험을 유지하면서, 컴퓨터와 전자펜을 사용하여 평가의 효율성을 높인 편측시각무시 검사 및 재활 시스템을 제시한다.
본 논문은 전자펜을 기반으로 하는 편측시각무시(UVN) 환자를 검사하고, 재활치료를 하는데 사용될 수 있는 시스템을 제안하고 있다. 제안된 시스템은 기존에 병원에서 널리 사용 중인 종이와 펜을 활용한 선분 이등분시험법(LBT)을 그대로 응용함으로써, 환자와 치료사가 거부감 없이 새로운 시스템을 적용할 수 있도록 하였다.

가설 설정

4 mm가 된다. 즉, 종이에서 가로세로 0.4mm의 해상도로 펜의 위치를 인식할 수 있으며, 실제 펜의 위치는 위치패턴의 중심점으로 가정한다. 이는 각각의 위치 패턴이 구분되어있는 것을 가정한 최소한의 분해능이며, 위치패턴을 중첩시켜 위치를 인식하는 기법을 도입하면, 최대 분해능은 하나의 점의 위치, 즉 100μm(=0.

제안 방법

시험은 피험자들이 전자펜을 사용하여 LBT를 수행하면, 제안된 시스템이 즉시 평가 결과를 계산하도록하였으며, 피험자들이 작성한 결과지는 2년 이상의 경험을 가진 재활치료사들이 기존 방법을 사용하여 수기로 결과를 판독하여 두 결과를 비교하는 방식으로 진행되었다. 결과의 정확성을 담보하기 위하여 모든 피험자들은 48시간의 간격을 두고 두 번의 LBT 검사를 수행하였다. 이는 피험자들의 학습효과를 최소화하기 위한 최소한의 시격으로 기존 테스트에서 널리 사용되는 시격이다[9,10]
평가는 평가지에 인쇄된 18개 선분에 대한 평균편차백분율 (percent deviation)을 식 (1)에 따라 계산하고, 전체 시험을 수행하는 시간을 측정하는 방식으로 진행되었다. 이와는 별도로, 전자펜의 경우 전자펜의 사용각도, 조명상태 등 다양한 원인으로 인하여 인식 자체가 안되는 경우가 발생할 수 있으므로 인식불능선분의 개수를 측정하였다. 검사시간은 피험자가 LBT 검사를 진행하는데 걸린 시간을 의미하며, 계산시간은 평가자가 수작업으로 LBT결과를 산출하는데 걸리는 시간을 의미한다.
검사시간은 피험자가 LBT 검사를 진행하는데 걸린 시간을 의미하며, 계산시간은 평가자가 수작업으로 LBT결과를 산출하는데 걸리는 시간을 의미한다. 제안된 시스템은 LBT결과를 컴퓨터가 자동으로 계산하여 무의미할 정도로 짧은 계산시간이 소요되므로 표시하지 않았다
본 논문은 전자펜을 기반으로 하는 편측시각무시(UVN) 환자를 검사하고, 재활치료를 하는데 사용될 수 있는 시스템을 제안하고 있다. 제안된 시스템은 기존에 병원에서 널리 사용 중인 종이와 펜을 활용한 선분 이등분시험법(LBT)을 그대로 응용함으로써, 환자와 치료사가 거부감 없이 새로운 시스템을 적용할 수 있도록 하였다. 개발된 시스템의 정확성과 효과를 검증하기 위하여 성인 남녀 43명을 대상으로 시험한 결과, 전자펜을 활용한 측정치와 사람이 직접 측정한 측정치 간의 신뢰도가 0.
제안된 전자펜 기반 평가 및 재활 시스템은 전자펜과, 위치정보가 인쇄된 스마트종이, 그리고 PC 기반의 평가소프트웨어로 구성된다. 그림 1은 개발된 전자펜의 내부 구조를 보여 주는 그림으로 사용자(환자)가 펜을 종이에 접촉하게 되면, 압력센서가 이를 감지하고, 그 순간부터 펜을 종이에서 떨어뜨릴 때까지 반복적으로 종이에 인쇄된 마이크로 패턴을 획득하게 된다.
그림 1은 개발된 전자펜의 내부 구조를 보여 주는 그림으로 사용자(환자)가 펜을 종이에 접촉하게 되면, 압력센서가 이를 감지하고, 그 순간부터 펜을 종이에서 떨어뜨릴 때까지 반복적으로 종이에 인쇄된 마이크로 패턴을 획득하게 된다. 주위의 조명과 펜을 잡은 손의 각도 등 외부 환경적인 요인을 최소화하기 위하여 적외선 LED 조명을 사용하며, 조명 시간을 간헐적으로 조정하여 보다 선명한 영상을 얻을 수 있도록 한다.
평가는 평가지에 인쇄된 18개 선분에 대한 평균편차백분율 (percent deviation)을 식 (1)에 따라 계산하고, 전체 시험을 수행하는 시간을 측정하는 방식으로 진행되었다. 이와는 별도로, 전자펜의 경우 전자펜의 사용각도, 조명상태 등 다양한 원인으로 인하여 인식 자체가 안되는 경우가 발생할 수 있으므로 인식불능선분의 개수를 측정하였다.

대상 데이터

본 논문에서 제안하는 전자펜 기반의 LBT 시스템의 유효성과 성능을 평가하기 위하여 정상인을 대상으로 시험을 진행하였다. 시험은 피험자들이 전자펜을 사용하여 LBT를 수행하면, 제안된 시스템이 즉시 평가 결과를 계산하도록하였으며, 피험자들이 작성한 결과지는 2년 이상의 경험을 가진 재활치료사들이 기존 방법을 사용하여 수기로 결과를 판독하여 두 결과를 비교하는 방식으로 진행되었다.
또한 각각의 도형에 고유한 부호를 부여하고, 16개의 부호를 이용하여 하나의 위치를 표현한다. 본 연구에서는 도형을 4개로 분류하여 부호를 부여함으로써, 총 4¹⁶ = 2³² 개의 위치 정보를 표현할 수 있다. 이를 위치코드로 활용하면, X, Y축으로 각각 약 20억 개의 좌표를 표현할 수 있다[8].
평가에 참여한 피험자들은 편측시각무시(UVN) 현상을 보이지 않는 정상 성인 43명(남성 21명, 여성 22명)을 대상으로 하였으며, 피험자의 연령과 학령기간의 평균은 각각 24.6세(표준편차 2.8세) 및 16.3년(표준편차 1.9년)이다. LBT 평가전에 피험자들의 인지기능을 확인하기 위해 한국형 간이정신상태검사(K-MMSE: Korean Version Mini-Mental State Examination)를 실시하였으며, 피검사자들의 K-MMSE 점수는 확정적 정상범위 내인 평균 29.

데이터처리

9년)이다. LBT 평가전에 피험자들의 인지기능을 확인하기 위해 한국형 간이정신상태검사(K-MMSE: Korean Version Mini-Mental State Examination)를 실시하였으며, 피검사자들의 K-MMSE 점수는 확정적 정상범위 내인 평균 29.2점 (표준편차 0.9)이며 평가 시간은 평균 213.0 초 (표준편차 23.5)로 측정되었다.
05 미만이 되도록 하였다. 모든 통계분석은 SPSS와 MedCalcR (Mariakerke, Belgium) 프로그램을 활용하여 처리하였다.
모든 평가에서 통계학적인 유의성을 가질 수 있도록 신뢰 구간(CI: Confidence Interval)은 95%를 기준으로 하였으며, p-value 는 0.05 미만이 되도록 하였다. 모든 통계분석은 SPSS와 MedCalcR (Mariakerke, Belgium) 프로그램을 활용하여 처리하였다.
본 논문에서 제안하는 전자펜 기반의 LBT 시스템의 유효성과 성능을 평가하기 위하여 정상인을 대상으로 시험을 진행하였다. 시험은 피험자들이 전자펜을 사용하여 LBT를 수행하면, 제안된 시스템이 즉시 평가 결과를 계산하도록하였으며, 피험자들이 작성한 결과지는 2년 이상의 경험을 가진 재활치료사들이 기존 방법을 사용하여 수기로 결과를 판독하여 두 결과를 비교하는 방식으로 진행되었다. 결과의 정확성을 담보하기 위하여 모든 피험자들은 48시간의 간격을 두고 두 번의 LBT 검사를 수행하였다.

성능/효과

표2는 전자펜을 사용한 평가 결과의 신뢰성을 보여주는 것으로, 전자펜과 두 명의 평가자 간의 평가 결과를 비교한 일치상관계수(CCC: Concordance Correlation Coefficient)이다. CCC 값을 보면 전자펜과 두 명의 평가자간의 연관도가 0.92 및 0.94로서 두 평가자간의 연관도인 0.93과 다름이 없음을 알 수 있다. 이는 본 논문에서 제안하는 전자펜을 활용한 평가 방법이 기존 수작업에 의한 평가 방법이 가지는 오차범위 내에 있음을 의미하는 것으로 제안된 시스템이 검사 장비로서의 측정 신뢰성이 확보됨을 말해준다.
제안된 시스템은 기존에 병원에서 널리 사용 중인 종이와 펜을 활용한 선분 이등분시험법(LBT)을 그대로 응용함으로써, 환자와 치료사가 거부감 없이 새로운 시스템을 적용할 수 있도록 하였다. 개발된 시스템의 정확성과 효과를 검증하기 위하여 성인 남녀 43명을 대상으로 시험한 결과, 전자펜을 활용한 측정치와 사람이 직접 측정한 측정치 간의 신뢰도가 0.93으로 평가되었으며 이는 전자펜을 활용한 검사 결과를 충분히 신뢰할 수 있음을 의미한다. 또한 검사 결과를 산출하는 시간에 있어서 사람이 직접 산출하는 경우 평균 337.
93으로 평가되었으며 이는 전자펜을 활용한 검사 결과를 충분히 신뢰할 수 있음을 의미한다. 또한 검사 결과를 산출하는 시간에 있어서 사람이 직접 산출하는 경우 평균 337.8초가 소요되는 반면 전자펜을 기반으로 하는 방식의 경우 즉시 결과가 산출되기 때문에 시간 효율이 높음을 확인할 수 있다.
인식된 위치 정보는 블루투스(Bluetooth) 통신을 통하여 PC에서 동작되는 평가/재활 프로그램에 실시간으로 전달된다. 또한 펜의 궤적을 전송하는 것과 더불어, 진동, 소리, 시각적 피드백을 줌으로써, 재활치료를 수행중인 환자에게 다양한 방법으로 피드백을 제공하여 환자 스스로가 재활치료의 효과를 높일 수 있다.
93과 다름이 없음을 알 수 있다. 이는 본 논문에서 제안하는 전자펜을 활용한 평가 방법이 기존 수작업에 의한 평가 방법이 가지는 오차범위 내에 있음을 의미하는 것으로 제안된 시스템이 검사 장비로서의 측정 신뢰성이 확보됨을 말해준다.
측정결과에 대하여 Komogorov-Smirnov 공식으로 (p > .05) 평가한 결과 정규분포(normal distribution)를 따르고 있음을 확인할 수 있었다.
05) 평가한 결과 정규분포(normal distribution)를 따르고 있음을 확인할 수 있었다. 표 1은 본 논문에서 제안하는 전자펜 기반의 평가와 재활치료사들의 기존 방법(paper-and-pencil method)을 비교한 것으로, 반복평가(평가1과 평가2)시 평가간 상관계수(ICC: Intra-Class Correlation)가 0.66으로 재활치료사들의 상관계수 0.68 및 0.77과 비슷한 수준임을 할 수 있다. 상관계수가 0.

후속연구

검사-재활 프로그램은 평가 중에 환자가 선의 중앙으로부터 일정 범위를 벗어나게 표시하거나, 선을 순서대로 표시하지 않고 무시하는 경우 진동 혹은 LED 빛으로 경고하여 환자 스스로 인지하게 함으로써 재활 효과를 높일 수 있도록 구현되었다. 또한 검사 결과는 환자의 임상자료(병력 및 치료, 진단 기록)와 더불어 데이터베이스에 저장되어 환자 증상의 추세적인 변화를 살펴보고, 재활치료의 효과를 평가하는 데 활용될 수 있다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	편측시각무시 증상을 검사하는 전통적인 방법은 무엇입니까?	편측시각무시(UVN: Unilateral Visual Neglect) 증상은 뇌손상 혹은 제한적 대뇌반구 사용으로 인해 시각적 자극을 무시하는 임상 분야에서 오랫동안 관찰되어온 매우 흔한 증상으로, 뇌졸중과 파킨슨병 등의 뇌신경적 장애를 동반한 환자들에게 종종 확인된다[1,2]. 이러한 편측시각무시 증상을 검사하고, 치유하기 위하여 다양한 진단 및 재활 방법이 사용되는데, 전통적으로 널리 사용되는 방법 중 하나는 환자가 직접 펜을 사용하여, 종이 위에 있는 특정 도형을 선택하거나, 좌우로 배열된 선분의 중앙을 찾는 시험 방법이 널리 사용되고 있다[1,3]. 검사과정은 숙련된 검사자에 의하여 정해진 절차에 따라 엄격하게 수행되어야 하는데, 검사과정과 검사 결과물을 평가하는 과정에서 적지 않은 노력과 시간이 소요된다.
	컴퓨터를 활용한 대표적인 UVN 검사방법이 지닌 장점 및 단점은 무엇입니까?	컴퓨터를 활용한 대표적인 UVN 검사방법은 컴퓨터 화면에 특정 패턴을 보여주고, 이들의 인지 능력을 마우스의 조작을 통하여 검사하는 방법이 있다. 이 방법은 실시간으로 검사가 이루어진다는 장점이 있으나, 기존의 검증된 평가 방법과 다른 환경에서 검사가 진행된다는 단점이 존재하며 종이와 펜을 사용하는 검사방법에 비하여 피험자의 동작범위가 제한됨에 따라 검사 결과에 차이를 보일 수 있다[6]. 다른 검사 방법으로는 기존과 같이 피험자로 하여금 종이에 펜을 사용하여 패턴을 그리게 하고, 이를 카메라로 촬영하여 컴퓨터가 분석 하는 방법이 있다[4].
	편측시각무시 증상이란 무엇이며 어떠한 환자들에게 종종 확인됩니까?	편측시각무시(UVN: Unilateral Visual Neglect) 증상은 뇌손상 혹은 제한적 대뇌반구 사용으로 인해 시각적 자극을 무시하는 임상 분야에서 오랫동안 관찰되어온 매우 흔한 증상으로, 뇌졸중과 파킨슨병 등의 뇌신경적 장애를 동반한 환자들에게 종종 확인된다[1,2]. 이러한 편측시각무시 증상을 검사하고, 치유하기 위하여 다양한 진단 및 재활 방법이 사용되는데, 전통적으로 널리 사용되는 방법 중 하나는 환자가 직접 펜을 사용하여, 종이 위에 있는 특정 도형을 선택하거나, 좌우로 배열된 선분의 중앙을 찾는 시험 방법이 널리 사용되고 있다[1,3].

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표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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