본 기술은 호흡 가스를 기반하여, 폐암 조기 스크리닝을 위한 호기 센서 시스템 핵심 기술이다.
사회 노인화 및 만성 질환자의 점진적 증가에 따라, 고급의 새로운 헬스케어 서비스의 필요성이 증가되고 있다. 전세계적으로 질병 진단후 치료에서 예방 및 관리로 패러다임이 바뀌고 있다. 사망률이 가장높은 폐암의 경우 1, 2기 단계에서 조기에 진단하는 것이 생존율을 높이는데 중요하다. 현재 폐암 조기에 진단할 기술은 부재하다.
기존의 병원용 폐암 진단 장치는 고가이고 복잡하고, 방서선 노출 등의 문제점이 있음. 소형이면서, 현장에서, 비침습적으로 간단하게 검사할 수 있는 장치 개발이 요구된다. 본 발명은 호흡가스 감지를 위한 호기 센서를 이용한 호흡 분석을 통한 폐암 조기 스크리닝 장치 시스템 기술에 대한 것이다. 날숨의 폐암 관련인자를 센싱하는 것을 기반하고 있다. 이렇게 센싱을 통해 획득한 신호를 이용 바이오마커 신호패턴분석을 통해 폐암을 조기 발견하는 것이 가능하게 하는 기술이다. 이 목적에 부합하는 개선된 멀티모달 센서를 이용한 센서시스템 개발 과제 진행된 결과로 얻은 핵심 기술을 제공하자고 한다.
● 현재 폐암은 주요 암종 즉, 간암, 위암, 폐암, 자궁경부암, 대장암, 유방암 중에서 5년 생존율이 가장 낮음.
● 이러한 폐암의 진단시기와 생존율을 실절적인 결과로 분석하였을 때 폐암의 5년 생존율은 그 발견 병기 혹은 시기가 늦어지면 늦어질수록 급격히 낮아짐.
● 그러나, 이렇게 낮은 5년 생존율도 폐암이 조기에 발견되게 되면 5년 생존율을 월등히 높아지고 이러한 결과는 폐암의 조기 검진의 중요성을 간접적으로 보여줌.
● 기존의 CT의 촬영을 통한 진단 방법은 가격이 비싸고, 방사선 피폭이 되며, 기존의 X-ray 기반의 흉부 활영으로 폐암 종양을 파악하는 것이 불가능함.
● 폐암은 조기에 정확하게 발견하여 기존의 치료방법을 통해 치료할 수 있는 기반 기술의 개발이 시급함.
● 기존 폐암 진단을 위한 진단기술 즉, CT와 X-ray 기술의 단점을 극복하고 환자의 접근이 용이한 센서 기술을 적용함으로써 폐암 진단 기술의 개발이 필요함
● 기존의 전자코의 정확도를 높이기 위해 멀티모달 기반의 센서어레이를 구성하고, 인공지능을 적용하여 그 진단 정확도를 90%으로 높인 시스템 핵심 기술을 제공하고자 함.
본 기술은 현장에서, 비침습적으로, 간단하면서도, 신속히 폐암 조기 스크리닝이 가능하도록 하는 샘플 포집 및 전처리, 멀티모달 기반의 센서 어레이 기술과 패턴 분석 기술을 통해 센서의 구현을 이룩함으로써 조기 진단 정확도를 개선한 시스템의 원천적인 기술을 제공하는 것을 특징으로 한다.
호기 샘플링 및 전처리 모듈 기술
호흡내 ppb 수준의 저농도의 폐암 바이오마커 휘발성유기화합물의 포집 기술
호기 가스 샘플링 농축 및 수분 제거 가능한 메탈 기반의 탄소 흡착제
전기 저항 방식의 센서 어레이 기술
20 종의 멀티모달 센서 종류 (금속산화물, 전기화학, 광학식) 기반의 센서 어레이 선택 및 구성 제공
온도 제어용 히터, 온도 센서, 압력센서 및 습도 센서 내장
VOC 에 대한 감도 범위 (0.01~ 10 ppm ) 동작
센서 신호 획득, 신호처리 및 분석 기술
실제 폐암 환자 호기 센서 신호 획득 기술
획득 센서 신호 DB 화 딥러닝 인공지능 학습 결과 제공
A. 호기 분석 센서 시스템 구현 기술
호기 분석센서 시스템 구성을 위한 가스 샘플링 및 농축 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 폐암 예측 기술
A. 세부 기술 : 멀티모달 호기 분석 센서 시스템 구현 기술
(특허 2 건, 기술문서 TM/TDP 14건, 프로그램 0건)
- 멀티모달 호기 분석 시스템 설계도
- 멀티모달 호기 분석센서 시스템제작도 (하드웨어)
- 멀티모달 호기 분석센서 시스템 전치리용 가스샘플링 및 농축장치 설계도
- 멀티모달 호기 분석센서 시스템 기기 사용설명서
- 멀티모달 호기 분석센서 시스템회로도
- 기술이전 기술소개 자료
- 정상인 및 환자 날숨 호기 (인간) 초기 센싱 데이터베이스 기반
- 센서 신호 AI 분석 결과
- 멀티모달 나노센서시스템 개발 요구사항정의서
- 멀티모달 나노센서시스템 개발 시험 절차 및 결과보고서
● 실시간으로 현장에서 폐암 관련 고위험군을 선별하는 조치를 선택하여 선제적인 폐암 환자의 치료가 가능하여 폐암으로 인한 5년사망율 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 폐암 고위험군 선별 및 개인 특성에 따른 폐암 예측이 가능함