초록 ▼

□ 연구개발 목표 및 내용
◼ 최종 목표
실시간 비침습적으로 초음파를 활용하여 근육의 두께 및 근육의 질 등의 근육 상태 정보 획득 알고리즘을 개발하고, 근육의 상태에 따른 최적의 치료를 위해 인공지능 기술에 의한 근육 상태 분석을 통하여 개인 맞춤형 근골격의 급성 통증 또는 만성의 난치성 통증 완화를 위한 저주파 자극기 개발

◼ 전체 내용
o 기술융합 도식도
o 1차년도
- 연구목표 : 초음파 탐촉자 디바이스 시작품 설계/제작 및 근육 상태 정보 추출 알고리즘 개발
- 기관별 연구내용<

□ 연구개발 목표 및 내용
◼ 최종 목표
실시간 비침습적으로 초음파를 활용하여 근육의 두께 및 근육의 질 등의 근육 상태 정보 획득 알고리즘을 개발하고, 근육의 상태에 따른 최적의 치료를 위해 인공지능 기술에 의한 근육 상태 분석을 통하여 개인 맞춤형 근골격의 급성 통증 또는 만성의 난치성 통증 완화를 위한 저주파 자극기 개발

◼ 전체 내용
o 기술융합 도식도
o 1차년도
- 연구목표 : 초음파 탐촉자 디바이스 시작품 설계/제작 및 근육 상태 정보 추출 알고리즘 개발
- 기관별 연구내용
▪ 스마트메디칼디바이스(주)
: 개발 시스템 구성 및 인터페이스 설계
: A-Mode 초음파 탐촉자 회로 설계
: 초음파 구동회로 시험기준 설계
▪ 동국대학교
: 초음파 신호 수집 임상시험 진행
: 초음파 신호 분석 및 전처리 알고리즘 개발
: 근육의 양질 진단 알고리즘 개발
▪ 엠디테크
: 초음파 구동 구형파 제어 회로 제작
: 초음파 탐촉자 회로 구성 및 시작품 제작
▪ 꼬까신
: 초음파 측정 디바이스의 데이터 UI/UX 기획 설계
: 초음파 탐촉자 디자인 설계
o 2차년도
- 연구목표 : 초음파 탐촉자 디바이스 시제품 개발 및 인공지능을 이용한 저주파 자극기 시스템 개발
- 기관별 연구내용
▪ 스마트메디칼디바이스(주)
: 개발 시스템 통합 및 연동 시험
▪ 동국대학교
: AI 최적화용 신호수집을 위한 임상시험 진행
: 근육의 양질 진단 알고리즘 최적화
: 인공지능 저주파 자극기 조절 파라메터 설정 가이드 개발
▪ 엠디테크(용역)
: 초음파 탐촉자 구동 시제품 제작
▪ 꼬까신(용역)
: 모바일 UI/UX 제작
: 모바일 App 인터페이스 통합

◼ 1단계
❏ 목표
A-Mode 초음파 탐촉자 시작품 개발 및 인공지능 근육 양질 진단 알고리즘 개발
❏ 내용
o 초음파 탐촉자 회로 설계
o 기존 초음파를 활용한 임상시험을 통한 근육양질 평가 알고리즘 설계 및 초음파 단자 실험
o 초음파 탐촉자 시작품 제작
o 근육양질 표시 APP 설계, 초음파 탐촉자 디자인 설계

□ 연구개발성과
o 초음파 탐촉자 회로 설계
- 동국대학교의 기초 실험데이터와 기존의 ㈜스마트메디칼디바이스에서 보유한 선행 연구 내용을 활용하여 회로 설계를 마무리하였으며, 향후 임상시험데이터를 활용한 업그레이드를 위해서 유연하게 설계마무리 하였음.
o 초음파 탐촉자 디자인 설계
- 초음파 탐촉자의 사용성 및 편의성을 고려하여 디자인 설계를 진행하였고, 기존 제품의 대한 사용자 편의성은 동국대학교에서 다양한 의견을 제시하여 이를 기반으로 1차 디자인 설계를 마무리하였음.
o 초음파 탐촉자 시작품 개발
- 초음파 탐촉자 회로 설계를 기반으로 초음파 탐촉자 시작품(prototype)를 마무리 하였으며, 기존에 예상한 출력전압보다 훨씬 작은 출력전압으로도 가능하도록 설계가 완료 되었음.
- 초음파 탐촉자 디자인 설계가 최종 확정되는 디자인에 맞게 내부 회로도가 재구성 될 것을 고려하여 제작하였음.
o 초음파 측정 디바이스 시제품 개발
- 기존 A-Mode 초음파 센서를 분석하여 설계된 회로 및 디자인에 맞는 초음파 센서를 제작하고, 초음파 신호 수신 테스트 진행
- 기능 테스트를 완료한 시제품에 대한 KC 인증 및 신뢰성 인증 시험을 통해 A-Mode 초음파 탐촉자 디바이스에 대한 성능 및 안전성 검증
o 1차, 2차 임상시험 진행
- 본 연구과제에서 계획하였던 1차 50명, 2차 50명 등 총 100명의 연구 대상자를 모집하여 A-Mode 및 B-Mode 초음파 영상/신호 획득을 목표로 하는 임상연구 계획서 작성 및 심의 진행을 원활하게 수행하였음.
- 1차 임상시험에서 50여명의 연구 대상자를 대상으로 승모근, 이두근, 대퇴근의 운동에 따른 근육의 상태 변화를 관찰하고자 각 근육의 활성화를 위한 운동을 선정하여 운동 전/후의 A-Mode 및 B-Mode 초음파 영상/신호를 획득하였음.
- 2차 임상시험에서 동국대학교 야구부, 농구부 및 일반인 대상으로 50여명의 연구 대상자를 모집하였고, A-Mode 초음파 신호는 본 과제에서 개발된 초음파 디바이스를 이용하여 수집하였음.
o B-Mode 초음파 영상 분석 및 지방과 근육 두께 및 근육의 질(Muscle Quality) 측정
- 본 연구에서는 B-Mode 초음파 영상에서 지방과 근육 두께 및 근육의 질 정보를 산출하여 A-Mode 초음파 신호에서 추출된 지방과 근육 두께 및 근육의 질 정보와 비교/분석을 진행하여 본 연구에서 개발된 알고리즘 검증하였음.
o A-Mode 초음파 신호에서 지방과 근육 두께 및 근육의 질(Muscle Quality) 측정 알고리즘 개발
- A-Mode 초음파 신호의 특성을 분석하여 신호에서 발생하는 잡음을 제거하고, 지방과 근육의 경계를 검출하기 위해 다양한 신호처리 알고리즘을 적용하여 B-Mode에서 추출된 정보들과의 비교/분석을 진행하였고, 이를 기반으로 지방과 근육 두께 및 근육의 질을 자동으로 측정하는 알고리즘을 개발하였음.
o A-Mode 초음파 신호에서 근막 신호 검출 알고리즘 개발
- 검출된 근육층은 근막의 존재로 인해 근육층에 영향을 주게 되어 근육의 두께 및 근육의 질(Muscle Quality) 값의 변동성이 커지게 되어 오차율이 커지는 현상 발생
- A-Mode 초음파 신호에서 근막의 두께 정보를 고려한 근육층 검출을 알고리즘 수정 및 보완에 따라 검출된 근육층의 주변 신호에 대한 분석 알고리즘 개발
o B-Mode 영상과 A-Mode 신호에서의 측정 결과 비교 및 분석
- 모든 근육 부위에 대한 B-Mode와 A-Mode 초음파로 측정된 측정값들의 오차 평균 및 오차율 평균을 산출하여 비교
- 최종 성능 목표는 지방/근육 두께 오차율 5% 이내, 근육 질(Muscle Quality) 오차율 5% 이내로써, 알고리즘 적용 결과 측정된 지방/근육 두께 오차율과 근육 질(Muscle Quality) 오차율은 각각 5.0%, 4.8%, 4.5%로 성능 목표를 달성하였음

□ 연구개발성과 활용계획 및 기대 효과
o 실시간 개인의 부위별 근육의 상태를 측정하여 개인 운동에 반영하여 근육운동을 극대화 할 수 있음.
o 몸 전체의 근육의 양을 측정하는 장비와 비교하여 부위별 근육의 량과 근육의 질를 분석하여 최적화된 운동 프로그램을 개발하는함.
o 근육의 상태를 실시간으로 측정 및 진단 가능하여 근육이완 치료 등에 사용되는 의료기기에 연동하여 사용이 가능하며 부분별 근육 자극을 최소화 할 수 있음

(출처 : 요약문 3p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 요 약 문 ... 3
• 목차 ... 6
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 7
• 1-1. 필요기술(개발기술) 및 적용 제품/서비스의 개요 ... 7
• 1-2. 주관연구개발기관의 애로사항 및 R&D 바우처 지원 필요성 ... 11
• 1-3. 필요기술의 기술개발 범위 및 목표 요구사항 ... 11
• 2. 연구개발과제의 수행 과정 및 수행 내용 ... 12
• 2.1. 1차년도 연구개발과제 수행 ... 12
• 2.2. 2차년도 연구개발과제 수행 ... 27
• 3. 연구개발과제의 수행 결과 및 목표 달성 정도 ... 48
• 1) 연구수행 결과 ... 48
• 2) 목표 달성 수준 ... 56
• 4. 목표 미달 시 원인분석 ... 57
• 5. 연구개발성과의 활용 및 사업화 계획 ... 58
• 5.1 연구개발 성과의 활용방안 및 기대효과 ... 58
• 5.2 사업화 계획 ... 59
• 끝페이지 ... 61