초록 ▼

수면 중 발생하는 질환과 수면시의 인체의 동태를 객관적으로 진단하고 분석하는 통합형 수면 다윈 기능 진단 및 분석 시스템을 개발하였다. 본 과제는 2개의 세부 과제로 구성되어 제 1 세부과제에서는 기존의 수면 검사실에서 이루어지는 수면 다원검사와 관련된 수면 다원 생체신호의 계측 장치 및 자동 분석 기술을 개발하였으며, 제 2 세부 과제에서는 수면시 REM수면에 동반하는 야간 음경 발기와 관련하여 남성의 발기 능력을 진단하기 위한 남성 발기 능력 진단, 분석 및 평가 시스템을 개발하였다.
제 1 세부과제의 수면다원 생체 신호의

수면 중 발생하는 질환과 수면시의 인체의 동태를 객관적으로 진단하고 분석하는 통합형 수면 다윈 기능 진단 및 분석 시스템을 개발하였다. 본 과제는 2개의 세부 과제로 구성되어 제 1 세부과제에서는 기존의 수면 검사실에서 이루어지는 수면 다원검사와 관련된 수면 다원 생체신호의 계측 장치 및 자동 분석 기술을 개발하였으며, 제 2 세부 과제에서는 수면시 REM수면에 동반하는 야간 음경 발기와 관련하여 남성의 발기 능력을 진단하기 위한 남성 발기 능력 진단, 분석 및 평가 시스템을 개발하였다.
제 1 세부과제의 수면다원 생체 신호의 계측 장치 및 자동 분석 기술 개발에서는 수면 다원 검사의 지능화와 통합화를 위하여 다음의 기능들을 개발하였다.
수면 다원 검사의 지능화를 위한 기본적인 단계인 디지털 수면 진단 시스템을 개발하였다. 1 단계에서 개발된 기본 기능을 기반으로 하여, 다 채널 수변 다원 신호 인터페이스 기능, 디지털 수면 검사 데이터 기록 기능, 다양한 모드의 디지털 수면 검사 데이터 표시 기능, 데이터 기록 중 저장된 데이터 관찰기능, 디지털 수면 검사 데이터 저장 기능, 디지털 수면 수면 검사 데이터의 데이터 베이스, 수면 중 무호흡 기간 등의 이벤트 검출 기능, 사용자 수면 단계 분석 및 통합 기능, 수면 검사 결과 통계 및 보고서 작성 기능등 사용자의 효용성 개선을 위한 다양한 기능을 추가하였으며, 향후 시스템의 경쟁력과 향후 개발 호환성을 높이기 위한 COM 기반의 모듈 형태로 시스템의 성능을 향상 시켜 개발하였다.
약 8시간동안의 수면 전 과정을 30초 단위로 구분하여, 수면 단계를 판정하는 과정을 지능화하기 위하여 자동 수면 진단 전문가 시스템을 구성하였다. 1차적으로 수면 단계의 판독에 사용되고 있는 국제 기준인 R&K rule에 기반하여 규칙 기반 자동 수면 단계 분석 시스템을 개발하였다. 규칙 기반 시스템하의 자동 진단 시스템에서는 전문가의 판독 결과와 82% 수준의 일치도를 나타내었다. 이중 특히 자동진단의 정확성이 높지 않은 수면 1,2 단계와 수면 중 이벤트 발생 시에 적용되는 다양한 사례를 포함하기 위하여 사례 기반에 근거한 자동 진단 전문가 시스템을 구현하였으며, 이 시스템을 규칙 기반과 통합하여 자동 판독을 시행한 결과 95% 수준의 전문가와의 일치도를 보였다.
수면 다원 생체 신호를 계측하기 위하여 기본적인 AC증폭기 및 DC 증폭기 모듈을 센서 및 transducer를 통합한 모듈별 계측 장치를 개발하였다. AC증폭기 빛 DC 증폭기 모듈을 이용하여 뇌파신호, 근전도, 안전도 및 심전도 등의 수면시 계측하는 전기적인 신호를 기록 하는 모듈을 개발하였으며, 수면 중 호흡 기능을 측정하기 위한 thermocouple, thermistor 및 pneumograph를 이용한 airflow monitoring 모듈, strain gauge를 이용한 흉곽 및 복부 호흡 기능 기록 모듈, 수면 자세 판정 모듈, 수면 중 코골이 모니터링 모듈, 수면 중 활동도 모니터링 모듈, 혈압 측정 모듈, 수면 동영상 기록 및 움직임 검출 모듈 등을 개발하였다.
개발된 시스템을 휴대형 시스템으로 발전시키기 위하여 필요한 휴대형 계측 시스템, 휴대형 시스템용 자동 판독 시스템 및 실시간 원격 기록 기능을 추가하여 검사실의 검사결과를 담당의사의 사무실 또는 집에서 볼 수 있도록 개발하였다. 또한 디지털 수면 시스템을 위한 임상 프로토콜을 개발하였으며, 사용자를 위한 설치 프로그램 및 매뉴얼 등 추가 지원기능을 개발하였다.
개발된 시스템은 현재 상품화하기 전 단계의 임상 실험 및 확인 과정을 거치고 있으며 개발된 시스템 부분별로 제품 디자인 등의 상품화를 위한 과정을 진행하고 있다.
제 2 세부과제에서는 남성의 발기능력의 진단, 분석 및 평가 시스템을 개발하였다. 발기 능력을 진단하기 위하여 발기된 음경의 팽창도와 경직도를 계측하기 위한 캡을 설계하였다. 기존의 발기능력 진단 시스템과 달리 보다 직접적인 파라메터인 축 방향의 경직도를 계측 하기 위하여 force transducer 하였으며, axial rigidity를 계측하기 위한 검사 프로토콜을 병행하여 개발하여 음경 발기시 음경이 축 방향으로 지탱할 수 있는 최대 힘인 buckling force를 계측하는 시스템을 개발하였다. 이 시스템은 음경 발기의 상태를 잘 나타내고 있으며, 기존 발기 능력 진단기로 사용되고 있는 Rigiscan과 고 실험결과 90% 이상의 높은 일치도를 나타내었다.
또한 기존 발기 능력 진단 시스템의 착용상의 불편성, 반복 사용에 따른 문제점 및 제품 및 검사의 고 비용성 등에 근거하여 수면 검사와 같이 장시간 등 여러 문제를 해결하기 위한 방법으로 일회용으로 사용할 수 있는 간편한 음경 발기 능력 계측 시스템을 개발하였다. 일반적으로 사용하는 팬티에 압전 소자 형 strain gauge를 부착하고 음경 발기에 의한 센서의 저항 변화를 검출하여 시간에 따른 발기도의 변화를 모니터링하는 시스템을 개발하였다.
발기능력의 시청각 자극에 의한 반응도를 분석하기 위한 시청각 자극에 의한 발기능력 진단 및 분석 시스템을 개발하였다. 시청각 자극을 제시하는 프로그램을 개발하였으며, 이때의 발기도의변화를 모니터링하는 시스템을 개발하였다.
음경 발기 능력 분석에 필요한 데이터 모델링과 시뮬레이션을 수행하였으며, 발기 상태를 영상화여 제시하여 주는 3차원 시뮬레이션 시스템을 개발하였다. 환자의 데이터 관리를 위한 데이터 베이스 기능을 개발하였으며, 기본 시스템에 필요한 각종 부속 모듈들을 개발하였다.
본 연구과제의 수행을 통하여서 연구 기간내에 SCI 등재 국제 학술지에 5편의 논문 국내 학술지에 12편의논문, 국제 학술대회에 29편의논문, 국내 학술대회에 16편의 연구 결과를 발표하였으며, 1 건의 특허를 출원하였다. 7명의 박사인력을 양성하였으며, 16명의 석사 인력을 배출하였다.

Abstract ▼

We have developed the integrated polygraphic signal recording and analysis system which can be used for the diagnosis of sleep related diseases and patient activities and behavior during sleep. This project is consist of two parts. The first part is for the development of polysomnographic data recor

We have developed the integrated polygraphic signal recording and analysis system which can be used for the diagnosis of sleep related diseases and patient activities and behavior during sleep. This project is consist of two parts. The first part is for the development of polysomnographic data recording and automatic analysis system which can replace analog system currently using at most of sleep laboratories and produce enhanced system performance and throughput. And the second part of the project is for the development of penile function recording and analysis system. This part is related with polysomnograhic data recording system by the recording of nocturnal penile rigidity estimation, which is specially useful for the analysis of sleep pattern during
REM sleep.
In the first part, development of polysomnographic data recording and automatic analysis, we have developed following functions for the integration and intelligent capability.
First of all, we developed digital polysomnographic system based on the results of first stage of the researches. We have develolped and integrated, multi channel polysomnographic signal interface function, digital polysomnographic data recoding and storing function, Multi mode polysomnographic data display function, data review function while date recoding, polysomnographic database function, polysomnographic examination statistics and report generation function, sleep event detection function such as sleep apnea and its duration, and other user interface functions which can be used for the enhancement of system performance and throughput. Also, system was developed based COM module technology for the future expandability and compatibility.
Automatic sleep stage scoring expert system was developed which can replace the every 30 second manual scoring and data input for the each of 8 hours of whole night sleep record. In the first stage we developed the rule-based automatic scoring system, based on R&K rule, internationally using scoring standard. We have resulted 82% of coincidency rate between sleep expert and rule-based sleep stage scoring system. To increase the coincidency rate, we have further applied the case-based reasoning, for the difficult portion of ecpochs by rule-based reasoning only. By this we have pulled up the coincidency rate up to 95%.
To record polysomnographic signal and convert into digital data into computer, we have developed modular recording system including transducers and sensors based on basic AC and DC amplifiers. Electrical potential recording modules for the EEG, EMG, EOG and ECG signals were developed based on these AC and DC amplifiers modules. Respiration monitoring modules using thermistor, thermocouple, pneumograph and strain gauge sensors, snoring monitoring module, body position monitoring module, activity monitoring module during sleep, movement detection module by infrared imaging are all developed and integrated to the system.
System functions required for the portable system are developed. Remote recoding function is included for the sleep expert can monitor patient in remote area like home and sleep laboratory in real time.
Developed systems are now in clinical verification stages and some of developed system are on route for th commercialization.
In the second part of the project, we have developed penile function recording and analysis system. We have designed the sensor cap and tools for the recording of penile tumescence and rigidity. In contrast to the conventional measurement devices, we have developed the device which can measure axial rigidity directly instead of radial rigidity. This device adopted the force sensing transducer and regular axial rigidity measuring protocol to measure buckling force, which means the maximal resisting force in axial direction.
Also, to monitor penile tumescence for long duration like nocturnal sleep study, we have developed the disposable tumescence measurement system. It is consist of strain gauge sensor attached man's underwear and portable recording unit. The strain gauge sensor reflect the tumescent variation without attaching additional sensors and tools. So, this device is easy and convenient to use with lower manufacturing price.
Audio-Visual Sexual Stimulation system was developed for the analysis of sexual responses of the patient. Stimulation program and required sub parts are developed.
On the way working for this projects, we have published 5 papers in international journal and 12 papers in domestic journals. Also, presented 29 papers in international conferences and 16 papers in domestic conferences. We appled 1 domestic patents and produced 7 Ph.D.s and 16 Masters.

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 제출문 ... 2
• 목차 ... 3
• 연구개발사업 최종보고서 요약문 ... 4
• Project Summery ... 6
• 총괄연구개발과제 연구결과 ... 8
• 1. 총괄연구개발과제의 최종 연구개발 목표 ... 8
• 2. 총괄연구개발과제의 최종 연구개발 내용 및 결과 ... 12
• 3. 총괄연구개발과제의 연구결과 고찰 및 결론 ... 18
• 4. 총괄연구개발과제의 연구성과 목표달성도 ... 20
• 5. 총괄연구개발과제의 활용계획 ... 126
• 6. 첨부서류 ... 126
• 제1세부 연구과제 ... 127
• 1. 제1세부연구개발과제의 최종 연구개발 목표 ... 128
• 2. 제1세부연구개발과제의 연구대상 및 방법 ... 131
• 3. 제1세부연구개발과제의 최종 연구개발결과 ... 133
• 4. 제1세부연구개발과제의 연구결과 고찰 및 결론 ... 229
• 5. 제1세부연구개발과제의 연구성과 및 목표달성도 ... 233
• 6. 제1세부연구개발과제의 활용계획 ... 241
• 제2세부 연구 과제 ... 242
• 1. 제2세부연구개발과제의 최종 연구개발 목표 ... 243
• 2. 제2세부연구개발과제의 연구대상 및 방법 ... 247
• 3. 제2세부연구개발과제의 최종 연구개발결과 ... 255
• 4. 제2세부연구개발과제의 위탁과제의 최종 연구개발 결과 ... 284
• 5. 총괄연구개발과제의 연구결과 고찰 및 결론 ... 313
• 6. 제2세부연구개발과제의 연구성과 및 목표달성도 ... 316
• 6. 총괄연구개발과제의 활용계획 ... 318
• 끝페이지 ... 318