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인공지능 기술을 활용한 사용자 상태 모니터링 데이터 분석 원문보기

방송과 미디어 = Broadcasting and media magazine, v.25 no.1, 2020년, pp.67 - 74  

박철수 (광운대학교) ,  조태흠 (광운대학교) ,  석우준 (광운대학교) ,  황보선 (삼성전자)

초록
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사용자의 건강 및 인지 상태 모니터링을 위해 다양한 생체신호를 측정 및 분석하여 예측할 수 있다. 특히 최근 상용화되고 있는 웨어러블 센서 시스템을 이용하여 손쉽게 심전도나 액티그래피 움직임 정보를 사용자로부터 일상생활 중 장시간 얻어낼 수 있다. 그러나 사용자 상태 예측을 위한 기존 생체신호 분석 모델들은 생체신호 데이터의 성질을 최대한 반영하지 못하여, 본 논문에서는 최근 급속도로 발전하고 있는 인공지능 딥러닝 기술을 이용한 극복 방안에 대해 소개한다. 상태 모니터링의 구체적인 응용 예로 사용자 스트레스 및 수면 모니터링 분석에 생체신호 데이터 기반 딥러닝 기술을 적용하여 기존 모델보다 높은 성능을 보여주고 있다.

AI 본문요약
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문제 정의

  • 본 논문에서는 사용자의 상태 모니터링을 위한 인공지능 딥러닝 기술에 대해 소개하였다. 시간에 따라 지속적으로 변하는 생체 신호의 특징을 좀 더 정확하게 분석하기 위해서는, 고정된 모델이 아닌 데이터 기반으로 모델이 형성되는 End-To-End 딥러닝 모델을 심전도 스트레스 예측과 수면 상태모니터링에 적용해야 더 좋은 성능을 낸다는 것을 확인할 수 있었다.
  • 본 논문에서는 앞서 언급된 생체신호의 특징을반영하여 심전도 및 액티그래피 데이터로부터 딥러닝 모델을 설계할 수 있는 Deep ECGNet[2]과DeepACTINet[3]을 소개하며, 이 알고리즘들이 사용자의 스트레스 분석 및 수면 분석에 있어 기존 모델 기반 알고리즘보다 우수한 성능을 낸다는 것을 보일 것이다.
  • <그림 4>와 같이 사용자에게 스트레스를 유발하거나 평온한 상태를 유도할 수 있는 비디오클립을 보여주며 측정된 심전도 신호를 비교 분석하여, 사용자 스트레스 예측 및 추정을 하고자 하였다[2].
  • 이러한 딥러닝 알고리즘 또한 기존의 특징점 추출 알고리즘으로부터 획득한 특징점들을 입력으로받아 모델을 만들어가는 방법들이 제시되고 있으나, 본 기고에서는 생체신호 고유의 특징인 비정형및 비선형성을 반영하기 위하여 데이터 자체를 입력으로 사용하여 디자인하는 End-To-End 딥러닝구조를 강조하고자 한다. 특히 심전도 및 액티그래피 신호 분석을 위하여 최근 개발된 Deep ECGNet과 Deep ACTINet을 소개하며, 생체신호 분석에 있어 딥러닝 End-To-End 모델의 중요성을 논하겠다[2,3].
  • 이러한 딥러닝 알고리즘 또한 기존의 특징점 추출 알고리즘으로부터 획득한 특징점들을 입력으로받아 모델을 만들어가는 방법들이 제시되고 있으나, 본 기고에서는 생체신호 고유의 특징인 비정형및 비선형성을 반영하기 위하여 데이터 자체를 입력으로 사용하여 디자인하는 End-To-End 딥러닝구조를 강조하고자 한다. 특히 심전도 및 액티그래피 신호 분석을 위하여 최근 개발된 Deep ECGNet과 Deep ACTINet을 소개하며, 생체신호 분석에 있어 딥러닝 End-To-End 모델의 중요성을 논하겠다[2,3].
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
액티그래피는 어떠한 형태를 지니고 있는가? 사용자의 행동 상태 정보를 모니터링하기 위해서는 액티그래피라는 손목 시계 형태의 가속도 센서데이터를 활용하는데, 이는 웨어러블 손목 밴드 형태로 이미 많은 상용 제품들이 나와있어 손쉽게 일상생활 중의 움직임 정보를 얻어낼 수 있다. 특히 이러한 액티그래피 정보를 사용자의 수면 중 얻어내고 이를 모니터링하여 수면의 질을 평가하는데 많이 사용되어지고 있다[3].
심전도와 관련된 사용자의 행동 상태 정보를 모니터링 하기 위해서 어떠한 데이터를 활용하는가? 사용자의 행동 상태 정보를 모니터링하기 위해서는 액티그래피라는 손목 시계 형태의 가속도 센서데이터를 활용하는데, 이는 웨어러블 손목 밴드 형태로 이미 많은 상용 제품들이 나와있어 손쉽게 일상생활 중의 움직임 정보를 얻어낼 수 있다. 특히 이러한 액티그래피 정보를 사용자의 수면 중 얻어내고 이를 모니터링하여 수면의 질을 평가하는데 많이 사용되어지고 있다[3].
사용자의 상태를 측정할 수 있는 신호 중, 전기적으로 측정할 수 있는 가장 정확한 신호는 무엇인가? 사용자의 상태를 측정할 수 있는 신호는 전기적으로 측정할 수 있는 뇌파 및 심전도, 근전도, 안전도등과, 사용자의 움직임 및 행동을 모니터링하는 가속도 및 자이로 센서 신호 등을 예로 들 수 있다. 전기적으로 측정할 수 있는 신호 중 심전도가 다른 신호 대비 손쉽게 측정이 가능하며, 심박 정보를 가장정확하게 얻어낼 수 있다. 사용자의 움직임 정보는손목 시계 형태의 가속도 센서를 활용하여 일상생활중의 걸음 수 및 움직임의 양 등을 예측할 수 있다.
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참고문헌 (4)

  1. 이원규, 하용남, 윤희남, 김기언, 박광석, T-REX: 일상생활 중 심전도 모니터링을 위한 패치형 시스템. 대한의용생체공학회 춘계 학술대회 2014. 05 

  2. B. Hwang, J. You, T. Vaessen, I.M. Germeys, C. Park, and B.T. Zhang, Deep ECGNet: An Optimal Deep Learning Framework for Monitoring Mental Stress Using Ultra Short-Term ECG Signals. TELEMEDICINE and e-HEALTH 24 (2018), pp. 1-20 

  3. T. Cho, U. Sunarya, M. Yeo, B. Hwan,, Y.S. Koo, and C. Park, Deep-ACTINet: End-to-End Deep Learning Architecture for Automatic Sleep-Wake Detection Using Wrist Actigraphy. Electronics 9 (2019), pp. 1-21 

  4. 김종원, 수면연구를 위한 액티그라피 정량분석 방법론. 수면정신생리 2016 

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