본 기술은 호흡 가스를 기반하여, 디지털 헬스케어를 위한 휴대형 호기 센서 시스템 (호흡 날숨 활용, 아세톤 농도 측정 ) 핵심 기술이다.
노인 및 만성질환자의 증가에 따라, 고급의 새로운 헬스케어 서비스의 필요성이 증가되고 있다. 전세계적으로 질병치료에서 예방 및 관리로 패러다임이 바뀌고 있다. 개인맞춤형 의료 혹은 정밀의료로 진행되고 있다. 디지털 헬스케어를 위한 간단하고도 정확한 인체 정보를 제공할 휴대형 기기의 개발이 시장에 요구된다.
기존의 병원용 진단 장치들은 고가이고 복잡하고, 현장에서 사용하기 어려움 등의 문제점이 있음. 소형이면서, 현장에서, 비침습적으로 간단하고 손쉽게 검사할 수 있는 현장진단 혹은 헬스케어 센서 및 장치 개발이 요구된다.
다이어트 모니터링 기술 현황으로, 아래와 같이 정리해 보았다.
- 간접 열량 측정기(indirect calorimetry)
. 환자의 자발호흡을 통해 산소와 이산화탄소 및 질소 노페물을 측정함으로써 체내의 에너지 대사를 평가하는 방법
. 장점: 비침습적이며 에너지 대사에 사용하는 기질의 종류와 대사 유형을 평가할 수 있음
. 단점: 비용이 비싸고 거치형으로 사용에 공간적 제약이 있음
- MRI : 자기공명영상을 이용하는 방법으로, 복부 부위를 스캔한 후 특정 성분만을 면적화할 수 있는 프로그램을 이용해 체내의 지방량(복부지방, 내장지방)을 측정함
. 장점: 방사선에 노출되지 않음
. 단점: 비용이 비싸고 영상을 얻는데 많은 시간이 소요됨
- CT: 컴퓨터 촬영해 복부 부위를 스캔한 뒤 hounsfiled unit (HU)을 이용해 지방량을 평가함. 일반적으로 ?190~ ~30 HU을 가장 이 사용함
. 장점: 현재까지 복부 지방량(주로 내장지방)을 평가할 수 있는 가장 정확한 방법으로, 다른 방법에 비해 상대적으로 비용이 저렴하고 짧은 시간으로 측정할 수 있음
. 단점: 방사선 노출의 위험이 있음
- 웰니스 웨어러블 디바이스 : 운동 중에 웨어러블 디바이스로 수집된 수치화된 데이터들을 활용하여 자신이 뛰었던 거리, 속도, 소모된 칼로리 등의 운동량을 체크함
. 장점: 저렴하고, 쉽고 간편하게 어디서나 사용할 수 있음
. 단점: 간접적인 방식으로 칼로리를 계산하기 때문에 정확한 기초 대사량을 측정할 수 없음
본 기술은 이와 같은 니즈에 부합할 수 있는 호흡가스 감지를 위한 호기 센서 어레이를 이용한 호흡 분석을 통한 케톤체의 부산물인 아세톤 가스 측정을 기반한 센서 시스템 장치에 대한 것이다. 날숨의 비만 관련 대사관련 인자를 센싱하는 것을 기반하고 있다. 이렇게 센싱을 통해 획득한 신호를 이용 아세톤 바이오마커 신호패턴분석을 통해 체지방 연소관련 아세톤 농도를 예측하는 것이 가능하게 하는 기술이다. 이 목적에 부합하는 센서시스템을 위한 개발 핵심 기술을 제공하자고 한다.
■ 비만으로 인한 건강위해는 고혈압 당뇨병 고지혈증과 같은 합병증의 유병률을 증가시키고 심근 경색이나 뇌졸증의 위험도를 크게 증가
■ 개인뿐만 아니라, 사회경제적(2013년, 6..8조)으로 막대한 비용의 증가를 초래하고 있음
■ 기존의 병원용 진단 장치들 (CT, 간접열량 측정장치, 체지방측정기기 등)은 방사선 피폭의 위험성과, 고가이고 복잡하고, 현장에서 사용하기 어려움 등의 문제점이 있음. 소형이면서, 현장에서, 비침습적으로 간단하고 손쉽게 검사할 수 있는 현장진단 혹은 헬스케어 센서 및 장치 개발이 요구됨
● 일반인을 대상으로 일상생활에서 운동량 맥박을 포함한 날숨 중 다이어트 관련 바이오마커인 아세톤을 호기 중에서 간편하고 신속 정확하게 측정/분석/저장하는 모바일 기기 기술을 제공하고자 함.
● 기술의 임상 시험을 분당서울대병원 통해서 실제 운동에 따른 호기 바이오마커인 아세톤과 혈액 내 케톤체 (BOHB)를 측정하여 직접적인 상관 관계가 높은 것을 확인함.
● 다이어트에 활용 또는 비만 치료에 응용하는 시범 서비스를 제공하는데 활용가능함.
본 기술은 현장에서, 비침습적으로, 간단하면서도, 신속히 체지방 연소량 측정을 통한 비만 모니터링이 가능하도록 하는 샘플 포집 및 전처리, 센서 어레이 기술과 패턴 분석 기술을 통해 센서의 구현을 이룩함으로써 새로운 기술에 대한 원천적인 기술이다.
1. 호기 샘플링 모듈 기술
- 호흡내 저농도의 비만관련 바이오마커 휘발성유기화합물의 채취를 위한 전처리 기술
- 호기 가스 샘플링 및 수분 제거 가능
-
2. 전기 저항 방식의 센서 어레이 기술
- 4 종의 다른 종의 금속산화물 기반의 센서 어레이 선택 및 구성 제공
- 온도 제어용 히터, 온도 센서, 및 습도 센서 내장
- 아세톤에 대한 감도 범위 (0.1~ 10 ppm ) 동작
-
3. 센서 신호 획득, 신호처리 및 분석 기술
- 유사 호기 가스 및 실제 운동량에 따른 환자 호기 센서 신호 획득 기술
- 획득 센서 신호 DB 화 인공지능 학습 결과 제공
라. 적용분야 및 기대효과
● 실시간으로 추론된 비만 모니터링에 통한 효율적인 체지방 변화량 관리 및 운동량 저감 조치 대응이 가능함
● 학습 모델 성능 관리를 통해 일정 성능 이하로 저하될 경우 최신 데이터셋으로의 재학습 여부 결정함으로써 시스템 예측 성능 유지/관리가 가능함
● 인공지능 AI 모델로 운동량 변환 모니터링 및 개인 특성에 따른 체지방 연소 예측이 가능함
A. 호기 분석 센서 시스템 구현 기술
- 호기 분석센서 시스템 구성을 위한 가스 샘플링 기술
- 호기 분석센서 시스템 구성을 위한 시스템 설계 기술
- 호기 분석센서 시스템 구성을 위한 시스템 하드웨어 구현 기술
- 호기 분석센서 시스템 구성을 위한 시스템 평가 측정 기술
- 호기 분석센서 시스템 동작을 진행 프로토콜
- 호기 분석센서 시스템의 실시간 데이터 생성 기술
- 호기 분석센서 시스템의 실시간 데이터 생성 및 학습 기술
- 호기 분석센서 시스템의 실시간 데이터 기반 호기 내 아세톤 검출 임상시험결과
- 호기 분석센서 시스템의 요구사항정의서
- 호기 분석센서 시스템의 시험 절차서
- 호기 분석센서 시스템의 기술이전발표자료
A. 세부 기술 : 호기 분석 센서 시스템 구현 기술
(특허 0건, 기술문서 TM/TDP 20건, 프로그램 0건)
- 호기 분석센서 시스템 구성을 위한 가스 샘플링 기술
- 호기 분석센서 시스템 구성을 위한 시스템 설계 기술
- 호기 분석센서 시스템 구성을 위한 시스템 하드웨어 구현 기술
- 호기 분석센서 시스템 구성을 위한 시스템 평가 측정 기술
- 호기 분석센서 시스템 동작을 진행 프로토콜
- 호기 분석센서 시스템의 실시간 데이터 생성 기술
- 호기 분석센서 시스템의 실시간 데이터 생성 및 학습 기술
- 호기 분석센서 시스템의 실시간 데이터 기반 호기 내 아세톤 검출 임상시험결과
- 호기 분석센서 시스템의 요구사항정의서
- 호기 분석센서 시스템의 시험 절차서
- 호기 분석센서 시스템의 기술이전발표자료
● 실시간으로 추론된 비만 모니터링에 통한 효율적인 체지방 변화량 관리 및 운동량 저감 조치 대응이 가능함
● 학습 모델 성능 관리를 통해 일정 성능 이하로 저하될 경우 최신 데이터셋으로의 재학습 여부 결정함으로써 시스템 예측 성능 유지/관리가 가능함
● 인공지능 AI 모델로 운동량 변환 모니터링 및 개인 특성에 따른 체지방 연소 예측이 가능함