초록 ▼

□ 연구개발 목표 및 내용
◼ 최종 목표
만성폐쇄성 폐질환 문제해결을 위한 머신러닝 기반 정밀보급형 만성호흡기질환검진기 및 분석시스템개발

◼ 목표
. 폐기능 검사 예측식 다중 회귀식 산출
. 의료기기 인증 기술문서 제작 및 시험분석자료 구축
. 국내 및 베트남 의료기기 인증
. COPD 진단을 위한 빅데이터 분석 및 저장 시스템개발
. 시계열 분석을 통한 향후 COPD 발병률 예측 모델링
. 분석 데이터 시각화 시스템개발

◼ 내용
1. 1차년도 개발 요약

□ 연구개발 목표 및 내용
◼ 최종 목표
만성폐쇄성 폐질환 문제해결을 위한 머신러닝 기반 정밀보급형 만성호흡기질환검진기 및 분석시스템개발

◼ 목표
. 폐기능 검사 예측식 다중 회귀식 산출
. 의료기기 인증 기술문서 제작 및 시험분석자료 구축
. 국내 및 베트남 의료기기 인증
. COPD 진단을 위한 빅데이터 분석 및 저장 시스템개발
. 시계열 분석을 통한 향후 COPD 발병률 예측 모델링
. 분석 데이터 시각화 시스템개발

◼ 내용
1. 1차년도 개발 요약
- [㈜ 티알]
. 초음파형식의 정밀 보급형 호흡기질환 검진기 개발.
. 검진기 정밀도 개선 및 테스트.
. 유니버셜 디자인 설계 및 유저테스트기반 수정 보완.
- [대전대학교 산학협력단]
. 다중회귀분석 Prototype 서버 개발.
. 시계열 분석기반 Prototype 서버 개발.
. ㈜티알에서 제공한 의료기관 검진 Data Sheet를 기반으로 시계열분석 기반 개인별로 분류된 폐활량 검진기 누적 데이터를 이용한 COPD 증상 발현 시기 및 확률, 환자 수 예측 시범 시행 및 검증.
- [충남대학교병원]
. Ultrasonic type ‘The Spirokit’(AI기반 보급형 정밀 폐활량검진기)의 신뢰도 및 타당도 검증시행.
. 임상시험 검사 데이터 값 이관 및 빅데이터의 신뢰 타당도 검증시행.
2. 2차년도 개발 요약
- [㈜ 티알]
. 검사기 정밀도 향상 및 개선.
. 사용자친화적 검사기 S/W시스템 개발.
. 의료기기 인증을 위한 H/W, S/W데이터 값 이관.
- 공동연구개발기관 : 대전대학교 산학협력단
. 서버시스템 고도화 및 보완.
. 시계열 분석기반 알고리즘 보완.
. 충남대학교병원에서 제공한 추가 데이터 누적 후 1년차 정상 폐기능예측식 고도화.
. 자동폐기능예측식 계산프로그램 개발 및 신뢰도 테스트.
- 공동연구개발기관 : 충남대학교병원
. 사용자친화적 검사기 S/W시스템 UI/UX디자인 보완.
. 기존 검사방법과 ㈜티알의 S/W 검진의 신뢰도 타당도 검증을 위한 임상시험 실시 및 테스트.
. 베트남 폐기능 검사 데이터 값 검수 및 병원 데이터 값 이관 및 빅데이터의 신뢰 타당도 검증시행(충남대병원, 베트남 연계 병원/Thien nhan Dananghi-tech medical center).
4. 기술융합도식도
5. 연구개발계획표
- 1차년도 계획
- 2차년도 계획

□ 연구개발성과
○ 머신러닝 기반 보급형 만성호흡기질환검진기 및 분석시스템개발.
- 검사 기준 FVC, FEV1의 경우 ± 2.5%, PEF의 경우 10% 달성.
- H/W의 경우 충남대병원 호흡기내과 임상가들의 니즈를 반영하여 제작완료.
- 머신러닝 기반 휴대형 폐기능검사기의 동시타당도 및 신뢰도 검증완료.
.총 200명의 환자를 모집하였으며, 그중 192명이 수집되어 데이터 수집 결과물 수행자로 최종 선정되었다. 그중 61명은 정상인(Normal), 72명은 천식(Asthma), 59명은 만성폐쇄성폐질환(COPD)자로 충남대학교병원 폐기능검사실에서 기존 폐기능검사기기(Carefusion Inc, VMAX Encore 22, USA)와 실증비교할 폐기능검사기기를 통해 폐기능검사를 수행함.
- 예측식산식 개발
.폐활량 예측산식을위해 인구통계학적 요인, 폐활량검사 절차와 방법, 검사기기, 예측인자 및 통계검정방법 등에 대한 고려가 필요함.
.예측인자와의 상관성 높은 예측인자 지표 검정정, 최소-최대정규화과정, 일반화가 법 모형 및 분위수 선형회귀 검정을 통해 새로운 예측식 산식을 위한 통계검정 모델링 제안
.선행연구와의 잔차분석에서 예측값이 비교적 낮게 산출되는 경향이 있으나 지역적 안배와 고른 연령대별 데이터 수집결과를 바탕으로 새로운 통계검정모델을 이용한 표준화된 예측식 산식의 가능성을 검토하였음.
- 시계열분석 시스템개발
.4개의 모델을 앙상블하여 테스트 데이터를 적용시킨 결과 개별의 모델들보다 테스트 데이터셋에 대한 성능지표 수치값들이 단일 모델에서 성능이 가장 좋았던 VGG16모델보다 정확도는 1.82%, 정밀도는 1.2%, 재현율은 2% 상승한 것을 보임.
- 그래프 분류 시스템개발
.철저한 MANOVA를 통해 다운샘플링 및 보간으로 증강한 데이터의 사용이 통계적으로 합당함을 보임.
.데이터 증강으로 전체적인 MAPE 성능을 향상시켰으며, 특히 COPD의 주요 대상인 고령 그룹의 성능이 대폭 향상함.
.데이터 증강으로 의료계에서 중요한 성능지표인 recall 및 F1 score 성능을 폐쇄성 폐질환 환자에 대해 대폭 개선함.

□ 연구개발성과 활용계획 및 기대 효과
○ 국산 폐기능검사기 개발을 통한 국내 1차의료기관 보급
- 현재 폐기능 검사기는 해외수입에 의존하고 있으며, 1차 의료기관에서 도입하기에는 많은 인력소모가 들기에 검사기를 두기 꺼려하는 성향이 강하였음.
- 그러나 검사기를 국산화하여 보급하고 조금더 쉽게 검사할 수 있도록 구성, 가격 정책을 저렴하게 수립하여 1차의료기관에서 도입하도록 용이하게됨. 그를 통하여 제품의 저변이 확대될 수 있는 환경이 수립될 것으로 예측
○ 국산 폐기능검사기 개발을 통한 베트남 수출
- 베트남 호치민의과대학을 통한 베트남 시장의 임상시험 결과가 베트남 의료기기 시장에 파급력이 강할 것으로 예측.
- 베트남 진출시 제품에 대한 임상시험 결과를 토대로 제품의 가격협상 및 MOQ협상이 수월할 것으로 예측
- 베트남데이터가 포함된 연구를 바탕으로 학회에 보고할시 학회 인지도가 향상되어 제품에 대한 수요도가 증가될것으로 예측. 이를 통한 베트남 판로확보가 가능할 것으로 사료
○ AI 분석을 통한 환자 발작 위험성 분석을 통한 환자 위험성 분석
- AI 분석을 활용하여 환자 발작 위험성을 분석하게 되었을 때, 환자에 대한 약물복용 지도 및 약물 처방에 대한 사전조사가 가능하게됨으로 증상조절이 조금더 원활하게 될 가능성이 높음.
- 이를 분석을 바탕으로 가정용 폐기능측정기도 개발하여 개인형태의 App을 바탕으로 제품의 가정용화를 통해 시장을 더욱 폭넓게 가져갈 수 있을 것으로 사료
○ 한국인, 베트남인 폐기능 예측식 분석 연구를 통한 국가별 폐기능 업데이트
- 한국인의 폐기능 예측식의 경우 2005년에 마무리가 되었지만 새롭게 폐기능 검사에 대한 예측식을 계산해준다면, 현재 인구형태학적으로 정량적으로 데이터를 분석함으로 정확한 폐기능 분석이 가능할 것으로 사료
- 베트남인의 폐기능 예측식의 경우 개발된 사례가 부족함으로 본과제를 통한 국가별 폐기능 업데이트가 되는 경우 베트남 표준연구에 첫사례로 발딛을 것으로 사료. 본 제품이 보급된 이후에 정상인 데이터가 누적될 경우 이를 통한 지속적인 리뉴얼이 가능함으로 타 동남아시아 권역에 비해 정확한 폐기능 분석이 가능할 것으로 사료.

(출처 : 요약문 2p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 요 약 문 ... 2
• 목차 ... 8
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 9
• 2. 연구개발과제의 수행 과정 및 수행 내용 ... 9
• 3. 연구개발과제의 수행 결과 및 목표 달성 정도 ... 39
• 1) 연구수행 결과 ... 39
• 2) 목표 달성 수준 ... 56
• 4. 목표 미달 시 원인분석 ... 56
• 1) 목표 미달 원인(사유) 자체분석 내용 ... 56
• 2) 자체 보완활동 ... 56
• 3) 연구개발 과정의 성실성 ... 57
• 5. 연구개발성과의 활용 및 사업화 계획 ... 57
• 끝페이지 ... 58