초록 ▼

연구개발 목표 및 내용
최종목표
소아/청소년의 틱 증세를 완화시키기 위하여 생체신호 기반 틱 전구증상 완화 및 이를 유발시키는 스트레스에 대한 대처 능력 향상을 위한 VR게임-뉴로/바이오피드백 시스템을 개발함

전체 내용
o 틱 전구증상 완화 및 스트레스 대처능력 향상 훈련을 위한 VR게임-뉴로/바이오피드백 시스템 개발
1) 최근 연구결과들에 따르면, 틱 장애자들은 뇌의 보조운동영역 (빨강색 부분: supplementary motor area: SMA)이 비정상적임(Sukhodolsky et al.,

연구개발 목표 및 내용
최종목표
소아/청소년의 틱 증세를 완화시키기 위하여 생체신호 기반 틱 전구증상 완화 및 이를 유발시키는 스트레스에 대한 대처 능력 향상을 위한 VR게임-뉴로/바이오피드백 시스템을 개발함

전체 내용
o 틱 전구증상 완화 및 스트레스 대처능력 향상 훈련을 위한 VR게임-뉴로/바이오피드백 시스템 개발
1) 최근 연구결과들에 따르면, 틱 장애자들은 뇌의 보조운동영역 (빨강색 부분: supplementary motor area: SMA)이 비정상적임(Sukhodolsky et al., 2019). 따라서, 이 부분의 뇌파와 틱이 발생하는 위치의 근전도가 동시에 급격히 증가하는 시점이 틱의 전구증상 신호이므로 이를 억제할 수 있도록 VR게임-뉴로/바이오피드백 시스템을 개발함.
즉, 틱 장애자로부터 뇌파(EEG)와 근전도(EMG)를 측정하여 전처리 과정을 통하여 양질의 데이터를 확보하고, 이로부터 틱 장애 조기증상 관련 중요 특징들을 추출한 뒤 인공신경망에 입력하여 전구증상으로 분류되면 이를 VR게임에 전달하여 틱 장애자가 뉴로/바이오피드백 훈련을 통하여 전구증상완화를 터득할 수 있도록 함. 즉, VR 씨름게임에서 상대편의 힘을 감소시키는 것에 비례하여 전구증상을 완화 시킬 수 있음.
2) 틱 장애자들의 많은 경우가 스트레스로부터 비롯되는 것으로 알려졌음. 한편, 우울증이 있거나 정신적 스트레스에 저항력이 약한 사람은 안정 상태에서 좌측보다 우측의 앞이마 부분이 더 활성화되어있음((Heller et al., 1997). 이것을 씨름으로 표현하면 우측의 상대편 선수가 좌측의 우리편 선수보다 힘이 더 세어서 이기려하고 있음. 틱 장애자는 우측의 상대편 보다 좌측의 우리편 선수가 힘이 더 세어져서 이기도록 앞이마의 활성화 균형을 조절하는 방법을 VR게임-뉴로/바이오피드백을 이용한 훈련을 통하여 터득하게 됨. 또한, 앞이마의 윗부분(dorsomedial prefrontal cortex: DMPFC)은 각성도에 비례하여 활성화되므로 (Dolcos et al., 2004), 이완을 돕는 동영상 등을 통하여 이 부분의 활성화가 낮게 되도록 VR게임-뉴로/바이오피드백을 이용한 훈련을 통하여 터득하게 됨.

1년차
목표
o 뇌파 센서 부착형 VR HMD 장치 개발
o 데이터 서버
o 생체신호 기반 가상현실(VR) 행동훈련 프로그램 효과 평가
o 생체신호 기반 가상현실(VR) 행동훈련 프로그램 개발
내용
o 뇌파 센서 부착형 VR HMD 장치 개발
- EEG, EMG, PPG, 온도 복합측정 H/W 모듈 개발
- 동잡음에 강인한 노이즈 최소화 기술 개발
- 통신 프로토콜 및 App. EEG-API 모듈 개발
- 착용성 고려한 전극 및 케이스를 통한 시제품 제작
o 데이터 서버
- 생체신호 데이터 처리 제작
o 생체신호 기반 가상현실(VR) 행동훈련 프로그램 효과 평가
- 틱장애 환자 연구 참여 모집
- 틱증상 평가 및 증상 관련 심리평가
- VR-뉴로피드백 실험 및 데이터 수집
- VR-뉴로피드백 시스템 효과성 평가
o 생체신호 기반 가상현실(VR) 행동훈련 프로그램 개발
- 가상현실과 생체신호 마커의 동기화 및 훈련 설정을 위한 VR 관리 프로그램
- 가상현실 아바타 구현 및 틱 신호 자가관찰을 위한 3D 바디 스캔 시스템
- 긴장완화 및 틱 예방을 위한 긴장완화 및 힐링 콘텐츠 설계 및 시범콘텐츠 제작
- 운동틱에 대한 행동치료 VR 훈련 콘텐츠 설계 및 시범 콘텐츠제작

2년차
목표
o Wireless Surface-EMG 측정 장치 개발
o 모바일 어플리케이션 개발
o 생체신호 기반 가상현실(VR) 행동훈련 프로그램 효과 평가
o 생체신호 기반 가상현실(VR) 행동훈련 프로그램 개발
내용
o Wireless Surface-EMG 측정 장치 개발
- Surface-EMG 측정 H/W 모듈 개발
- 틱(뚜렛) 검출 전처리 알고리즘 개발
- 통신 프로토콜 및 App. sEMG-API 모듈 개발
- sEMG의 소형화 시제품 제작
o 모바일 어플리케이션 개발
- 틱 장애인 진단 및 훈련 프로그램 관리용 어플리케이션 개발
- 모바일 어플리케이션은 임상진단과 생체신호(근전도, 뇌파)반응 센서를 통해 전송된 데이터를 시각화한다.
- 행동반응 자각 인식을 위한 모바일 앱 개발
- 틱 장애인의 종합 관리 기능이 있는 모바일 어플리케이션 개발
- 틱완화/스트레스 대처능력 향상용 뉴로피드백 모바일 App 개발
o 생체신호 기반 가상현실(VR) 행동훈련 프로그램 효과 평가
- 틱장애 환자 연구 참여 모집
- 틱증상 평가 및 증상 관련 심리평가
- VR-뉴로피드백 실험 및 데이터 수집
- VR-뉴로피드백 시스템 효과성 평가
o 생체신호 기반 가상현실(VR) 행동훈련 프로그램 개발
- VR관리프로그램 통합서버시스템과 연동
- 틱증세 완화 VR콘텐츠 2차년도 목표분 개발
- VR관리프로그램 및 틱신호 자가관찰 시스템 고도화
- 수요처의 특수교육전문가 대상 실증테스트

실증 및 사업화
[실증]
o 전남대학교 특수교육학부 이태수교수 연구팀에서 평가진행
- 장애인 대상의 특수교육 콘텐츠에 대한 실증 및 현장 테스트 방식으로 진행
- 특수교육 전문가 및 특수교사 대상의 실증 테스트 진행
- 수요처 전문가들이 직접 콘텐츠 및 프로그램을 테스트해보고, 특수교육 관점에서 기능 만족도를 평가하며, 5점 만점에 평균 4점이상이면 유의미한 결과를 나타내는 것으로 판단가능. 5점 만점에 4점이상을 목표 (100점 만점에 80점이상)

[BM고도화]
o 시장 동향조사 및 전문가 컨설팅을 기반으로 BM수립 및 고도화
o 유/무료 서비스 전략
- 전체 시스템 (HW/SW) 를 턴키로 판매하는 경우는 구매자가 비용에 부담이 될 수 있기 때문에, 1차적으로는 대여를 통한 유/무료 서비스 정책 추진. 단, 공공기관, 대형의료기관, 학교 등에는 원칙적으로 시스템을 턴키로 도입하는 것을 원칙으로 함
- 시스템을 턴키로 판매하는 방식외에 중소형 병의원이마, 복지센터 및 상담센터등에는 장비및 소프트웨어 대여를 통한 월구독 서비스 정책을 추진하여 보급확산과 매출증대를 함께 추진

[투자유치]
o 기업성장 촉진 명목으로 한국벤처투자(주)로부터 투자금을 지원 받음
- 투자유치금: 69,963천원

[제품 상용화]
o 틱증세 완화용 VR게임-뉴로/바이오피드백 시스템 제품화
- 생체 신호 해석 모듈
- 틱 증세 치료 바이오 피드백 VR 콘텐츠
o 틱증세 완화용 VR게임-뉴로/바이오피드백 시스템 매출 성과
- 특수학교 및 국가 장애인 복지기관을 통한 시제품 매출 성과
(총 4, 680만원)

[전시회 참가]
o 전시회 참가로 제품 홍보 2건
- 전시명: 2021 국제 병원 및 의료기기 산업 박람회
2021.09.30. ~ 2021.10.02.(3일)
- 전시명: 2021 글러벌 헬스케어 위크
2021.08.19. ~ 2021.08.21.(3일)
[Open API]
o 산출물에 대한 Open API 확산을 위하여 Github 개설
o 본 연구개발의 성과물에 대한 API는 GitHub를 통해 관리 및 공유 (한정공유) 하여 성과확산 추진예정

연구개발성과
[기술적 성과]
o 틱 증세 완화용 VR게임-뉴로/바이오피드백 시스템 시제품 개발
- 틱 증세 치료 바이오 피드백 VR 콘텐츠 개발
- 뇌파 센서 부착형 VR HMD 장치 개발
- Wireless Surface-EMG 측정 장치 개발
- 모바일 어플리케이션 및 데이터 서버 개발
o 특허 출원 7건
- 생체 정보 측정을 위한 센서를 포함하는 전자 장치
- VR 기반 틱장애 행동 치료를 위한 바이오 피드백 장치
- VR 기술을 이용한 틱장애 치료시스템
- 바이오피드백훈련을 이용한 틱장애 치료시스템
- 행동활성화체계 및 행동억제체계 기반 생체신호 측정을 이용한 몰입 취약 성향 선별방법
- 생체신호 기반 기능성게임을 이용한 스트레스 완화용 뉴로-바이오 피드백 방법 및 장치
- VR 콘텐츠를 이용한 틱 증세 질환자의 증상 완화 및 관리 시스템
o 특허 등록 3건 (추가 성과 2건 달성)
- VR 기술을 이용한 틱장애 치료시스템
- 행동활성화체계 및 행동억제체계 기반 생체신호 측정을 이용한 몰입 취약 성향 선별방법
- 생체신호 기반 기능성게임을 이용한 스트레스 완화용 뉴로-바이오 피드백 방법 및 장치
[과학적 성과]
o SCI논문 개제 1건
- Comparison of Quantitative Electroencephalography between Tic Disorder and Attention-Deficit/Hyperactivity Disorder in Children, Clinical Psycho pharmacology and Neuroscience, 2021
o 비SCI논문 개제 1건
- A Review of Cognitive and Behavioral Interventions for Tic Disorder, J Korean Acad Child Adolesc Psychiatry, 2021
o SCI논문 투고 1건
- Human Affect Induced by Painting by Measuring Enlectroencepalogram, Neuropsychobiology, 2020
o 비SCI논문 투고 1건
- A review of cognitive and begavioral interventions for tic disorder, J Korean Acad Child Adolesc Psychiatry, 2020
[사회적 성과]
o 전시회 참가 2건
- 2021 국제 병원 및 의료기기 산업 박람회
- 2021 글러벌 헬스케어 위크
o 언론홍보 1건
- 행동치료게임으로 틱완화를 이라는 내용으로 연합뉴스에 홍보(2021년 9월 30일)

연구개발성과 활용계획 및 기대 효과
ㅇ 디바이스와 VR콘텐츠를 통해 틱장애 질환자의 완화 훈련프로그램을 통해 저비용·고효율 의료기술개발을 통한 의료비 감소 기대
ㅇ 본 기술 발전으로 인한 파생적용 분야의 제품의 품질 및 세계적인 제품 기술 수준의 향상으로 인해 관련 산업 경쟁력에 많은 도움이 될 것으로 예상됨
ㅇ 비용-효과 측면에서 우수한 맞춤형 치료를 적용하여 치료기간 단축, 치료비 절감 및 부작용 감소 → 국민의료비 감소
ㅇ 뚜렛증후군 환자들이 일상생활로 복귀할 수 있는 효과적인 증세완화 프로그램 제공
ㅇ 장애인 및 보호자의 삶의 질 개선
ㅇ 뇌파 및 생체신호를 이용한 가상현실 치료프로그램을 개발함으로써 새로운 분야의 시장 선도

(출처 : 요약문 6p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 요 약 문 ... 6
• 목차 ... 11
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 12
• 가. 과제의 배경 및 필요성 ... 12
• 나. 연구개발 대상의 국내·외 기술 현황 ... 15
• 다. 연구개발 대상의 중요성 ... 18
• 라. 추진체계 ... 19
• 2. 연구개발과제의 수행 과정 및 수행 내용 ... 20
• ① 뇌파 센서 부착형 VR HMD 장치 개발 ... 22
• ② 데이터 서버 ... 30
• ③ 생체신호 기반 가상현실(VR) 행동훈련 프로그램 효과 평가 (1차년도) ... 41
• ④ 생체신호 기반 가상현실(VR) 행동훈련 프로그램 개발 ... 44
• ⑤ Wireless Surface-EMG 측정 장치 개발 ... 64
• ⑥ 모바일 어플리케이션 개발 ... 73
• ⑦ 생체신호 기반 가상현실(VR) 행동훈련 프로그램 효과 평가 (2차년도) ... 94
• 3. 연구개발과제의 수행 결과 및 목표 달성 정도 ... 111
• 1) 연구수행 결과 ... 111
• 2) 목표 달성 수준 ... 191
• 4. 목표 미달 시 원인분석 ... 193
• 1) 목표 미달 원인(사유) 자체분석 내용 ... 193
• 2) 자체 보완활동 ... 194
• 3) 연구개발 과정의 성실성 ... 197
• 5. 연구개발성과의 관련 분야에 대한 기여 정도 ... 198
• 6. 연구개발성과의 관리 및 활용 계획 ... 199
• 별첨자료 ... 200
• 끝페이지 ... 268