초록 ▼

연구의 목적 및 내용
마비질환 환자는 신체 운동 기능의 제약으로 인해 구두 혹은 수화를 이용하여 자신의 의사를 표현하기 어려워 일반적인 의사소통이 불가능함.
최근 뇌파 또는 눈동자 움직임을 활용한 기술의 발전으로 인해 어렵게나마 마비질환 환자의 의사소통이 가능하게 되었음. 그러나 이와 관련된 기존 연구 결과물들은 기기의 착용이 불편할 뿐만 아니라 의사 표현 속도가 매우 느려서 일반인들이 온라인 메신저를 통해 느리게 대화하는 수준에도 훨씬 미치지 못함. 또한 기존의 상용 장비들의 착용은 오랜 시간이 소모되며, 장시간 착용하

연구의 목적 및 내용
마비질환 환자는 신체 운동 기능의 제약으로 인해 구두 혹은 수화를 이용하여 자신의 의사를 표현하기 어려워 일반적인 의사소통이 불가능함.
최근 뇌파 또는 눈동자 움직임을 활용한 기술의 발전으로 인해 어렵게나마 마비질환 환자의 의사소통이 가능하게 되었음. 그러나 이와 관련된 기존 연구 결과물들은 기기의 착용이 불편할 뿐만 아니라 의사 표현 속도가 매우 느려서 일반인들이 온라인 메신저를 통해 느리게 대화하는 수준에도 훨씬 미치지 못함. 또한 기존의 상용 장비들의 착용은 오랜 시간이 소모되며, 장시간 착용하고 있기에 많은 문제점이 있음.
본 연구는 이러한 선행 연구들의 문제점을 해결하기 위해, 마비질환 환자의 의사소통을 위한 기기의 편의성 및 의사 표현 속도를 모두 향상시키는 것을 목표로 함.

연구결과
1. 시각 자극에 의해 발생하는 시각유발전위(Visual Evoked Potential, VEP)를 귀 속 혹은 귀 근처에서 측정할 수 있는 헤드셋 형 웨어러블 기기를 시제품 형태로 개발 완료.
가. 회로 설계 기술, 저전력/소형화 칩 선정 등을 통해 개발된 기기는 상용 웨어러블 뇌파 측정기기 대비 우수한 잡음 성능 및 긴 작동시간을 가짐.
나. 개발된 기기는 기존 VEP측정이 가능한 상용 장비 대비 크기 및 무게가 큰 폭으로 감소하였고 전극 부착 위치, 기기 부착 방법 등을 고려하여 설계되었음. 이를 통해 착용 편의성이 향상되었고 기기를 착용하기까지의 시간 또한 감소함.
2. 시각유발전위 중 SSVEP (Steady-State VEP)가 표준 전극 위치(후두부, Oz)가 아닌 귓속 혹은 귀 근처(Behind the ear)에서도 측정되고 이를 SSVEP에 기반한 BCI (Brain-Computer Interface) speller에 응용할 수 있음을 확인함.
3. 멀티채널의 시각 자극, 신호 처리 알고리즘을 포함한 데스크탑 PC 소프트웨어를 개발하여 실시간 SSVEP기반 BCI speller를 구현함.
4. CCA(Canonical Correlation Analysis) 알고리즘을 통한 target identification 정확도를 향상시키기 위하여 측정된 SSVEP에 적용하는 전처리(pre-processing) 알고리즘을 구현하고 처리 결과를 분석함. 또한 CCA 알고리즘을 데스크탑 PC 뿐 아니라 ARM Cortex-M 프로세서 기반에서 구현하고 성능 평가를 완료함. 더 나아가 2차년도 후속 연구 진행을 대비하여 기계학습 기반 알고리즘 개발 환경 및 플랫폼 구축 완료.
5. Target identification을 위한 CCA 알고리즘의 matrix 연산 복잡도를 낮춘 하드웨어 아키텍처를 제안 및 동작 및 성능 검증을 위한 SoC (System-on-Chip) 구성 완료.
6. 기존의 bit/min.으로 정보 전달 속도를 나타내는 ITR(Information Transfer Rate)이 아닌, 비언어적인 표현을 포함하여 보다 높은 정보전달속도 달성이 가능한 시스템에 대한 기존 연구에 대한 분석 및 새로운 방식을 연구 진행 中.

연구결과의 활용계획
전신마비 질환 환자들이 대화를 쉽게 할 수 있으려면 오랜 시간 착용한 상태로 지내도 문제가 없어야 함. 착용 편의성이 크게 향상된 헤드셋 형 웨어러블 기기의 개발을 통해 실제 전신마비환자들의 의사소통 기기로 활용할 수 있음. 이를 통해 일반인들에게 전신마비환자도 얼마든지 쉽게 대화하고 의사소통할 수 있다는 인식을 가지게 함. 더 나아가 전신마비환자들의 다양한 사회적 참여를 고취시켜 사회 전반적으로 긍정적인 효과를 창출 가능함.

(출처 : 요약문 5p)

Abstract ▼

Purpose& contents
Paralytic patients are unable to communicate in general because of difficulty in expressing their opinions using verbal or sign language due to limitation of physical exercise function. Recently, the development of the technology utilizing the EEG or pupil movement has made it p

Purpose& contents
Paralytic patients are unable to communicate in general because of difficulty in expressing their opinions using verbal or sign language due to limitation of physical exercise function. Recently, the development of the technology utilizing the EEG or pupil movement has made it possible to communicate with patients with paralytic diseases. However, existing research results related to this study are not only inconvenient to wear the device, but also express the speed of expression very slowly, so that it is not much lower than that of the ordinary people speaking slowly through online messenger. Also, the wearing of existing commercial equipment is long time consuming and there are many problems because it is worn for a long time. The purpose of this study is to improve the convenience of the device and the speed of the expression of speech for communicating paralytic patients to solve the problems of these prior studies.

Result
1. Developed a headset type wearable device that can measure Visual Evoked Potential (VEP) caused by visual stimulation near the ear or ear.
A. Equipment developed through circuit design technology and low power / small chip selection has excellent noise performance and long operating time compared to commercial wearable EEG. B. The developed device has been designed considering the position of the electrode and the method of attaching the device, which is greatly reduced in size and weight compared with the commercial equipment which can measure the existing VEP. This improves wearing convenience and reduces the time to wear the device.
2. The SSVEP (Steady-State VEP) is measured in the ear or the ear instead of the standard electrode position (occiput, Oz) and applied to the SSVEP-based Brain-Computer Interface.
3. Implemented real-time SSVEP-based BCI speller by developing desktop PC software including multi-channel visual stimulation and signal processing algorithm.
4. Implementation of pre-processing algorithm applied to measured SSVEP and analysis of processing results to improve target identification accuracy through CCA (Canonical Correlation Analysis) algorithm. We also implemented the CCA algorithm on the ARM Cortex-M processor as well as the desktop PC and completed the performance evaluation. Furthermore, in preparation for the second year follow-up research, we have completed the construction of an algorithm development environment and platform based on machine learning.
5. Propose a hardware architecture with reduced complexity of matrix operation of CCA algorithm for target identification and complete SoC (System-on-Chip) configuration for operation and performance verification.
6. Analysis of existing research on system that can achieve higher information transfer rate including non-verbal expression, not information transfer rate (ITR), which shows information transfer rate in bit/min, and new method is under study.

Expected Contribution
Patients with generalized paralysis should be able to remain in good condition for long periods of time to be able to communicate easily. It can be used as a communication device of actual paralysis patients by developing a headset type wearable device with greatly improved wearing comfort. Through this, the general public can easily communicate and communicate with any number of paralyzed patients. Furthermore, it can create a positive effect on society as a whole by promoting various social participation of patients with general paralysis.

(출처 : SUMMARY 6p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 목차 ... 3
• 연구계획 요약문 ... 4
• 연구결과 요약문 ... 5
• 한글요약문 ... 5
• SUMMARY ... 6
• 연구내용 및 결과 ... 7
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 7
• 2. 국내외 기술개발 현황 ... 14
• 3. 연구수행 내용 및 결과 ... 17
• 4. 목표달성도 및 관련분야에의 기여도 ... 25
• 5. 연구결과의 활용계획 ... 26
• 6. 연구과정에서 수집한 해외 과학기술정보 ... 27
• 7. 주관연구책임자 대표적 연구실적 ... 29
• 8. 참고문헌 ... 29
• 9. 연구성과 ... 30
• 10. 국가과학기술지식정보서비스에 등록한 연구시설‧장비 현황 ... 30
• 11. 연구개발과제 수행에 따른 연구실 등의 안전조치 이행실적 ... 31
• 12. 기타사항 ... 31
• 별첨1 대 표 연 구 성 과 ... 32
• 별첨2 세부 목표 관련 증빙 ... 34
• 끝페이지 ... 38