KR20230123786A - 섬유기반 스트레인 센서가 적용된 파킨슨병 진단장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 파킨슨병 진단을 위한 진단장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 통기성과 탄성을 가지는 섬유기반 스트레인 센서가 적용된 파킨슨병 진단장치에 관한 것이다.
Description
본 발명은 파킨슨병 진단을 위한 진단장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 섬유기반 스트레인 센서가 적용된 파킨슨병 진단장치에 관한 것이다.
파킨슨병(Parkinson's Disease; PD)은 퇴행성 뇌질환으로 떨림, 운동 완만, 톱니바퀴식 경직, 자세 불안정, 보행이상 등의 증상을 보인다. 대체적으로, 이러한 증상 중 2가지 이상의 증상과 병리적 소견이 나타나면 특발성 파킨슨병으로 진단이 내려지게 된다. 이러한 신체적 임상소견은 도파민성 신경세포가 이미 70% 이상 손상되어야 나타나므로, 초기에 파킨슨병을 감별하는 것은 매우 어렵다. 또한, 이러한 파킨슨병에 따른 신체적 특징을 정상적인 노화 현상과 구분하는 것도 쉽지 않다.
종래 주로 바이오마커에 의한 검사, 파킨슨병 환자의 영상진단 검사 및 환자의 신체기능 특성 분석에 의한 검사방법 등이 제시되고 있다.
등록특허 10-2120794(파킨슨병 진단용 바이오마커, 및 이를 이용한 파킨슨병 진단 방법) 등은 바이오마커를 이용한 진단방법을 제시하고 있다. 바이오마커 진단법은, 해당 바이오마커의 변화(존부나 농도, 특징 등의 변화)와 파킨슨병 사이의 1:1 대응관계가 증명되지 않아 오진의 가능성이 상당하다. 또한 잠재환자로부터의 시료채취, 비교적 복잡한 특정과정 등의 불편함도 있다.
등록특허 10-2288077(뉴로멜라닌 영역의 볼륨을 이용한 파킨슨 병 진단을 위한 정보제공 방법) 등은 FP-CIT PET 또는 MRI로부터 획득된 영상을 분석하여 파킨슨 병을 예측하거나 진단하고자 한다. 이러한 영상진단법은 비교적 진단비용이 고가이고 분석을 위해 고도로 훈련된 의료진이 필요하다.
공개특허 10-2021-0050107(파킨슨병 진단용 애플리케이션)은 파킨슨병 환자의 다수가 말하는데 문제가 있다는 점에 착안하여 이용자의 녹음된 음성특성을 분석하여 파킨슨병을 진단하고자 한다. 그러나 이에 의하면 다양한 추정과 변수가 적용되기 때문에 모델링 과정이 복잡하고 잠재 환자의 2차특성(음성)을 통한 진단이므로 정확성을 보장하기 어렵다.
한편, UPDRS(Unified Parkinson's Disease Rating Scale)란 세계적으로 통용되는 공인된 운동 질환 점수로 파킨슨병 환자의 종합적인 임상 상태를 대변하는 검사 소견이다. 그러나 파킨슨병 증상은 시간 가변적이고 단기적인 육안 관찰과 설문으로 중증도를 판단하기 때문에 UPDRS 오진율이 약 20%에 달하는 것으로 알려져 있다.
최근의 전기전자적 센서 기술의 발전은 파킨슨병의 대표적인 증상인 안정떨림(4~6Hz 정도의 주파수를 가지는 손이나 근육 떨림 현상)의 측정을 통해 파킨슨병을 진단할 수 있는 가능성을 보여주고 있다.
등록특허 10-1126630(파킨슨 질환 진단용 측정장치)은 파킨슨 질환의 환자가 환봉형 본체를 손에 쥐어 손떨림 속도를 측정할 수 있도록 한 파킨슨 질환 측정장치를 제공하고 있다. 이는 잠재환자의 손떨림 특성을 직접 측정하는 것이라는 장점이 있지만, 잠재환자의 근육량이나 의식적 반응의 노이즈가 도입될 여지가 있고, '평상시'의 자연스러운 반응을 확인하기 어려운 점이 있다.
비특허문헌1은 EMG(Electromyography) 및 FMG(Force myography) 센서를 피부에 부착하여 제스처를 측정하고 감지하는 기술을, 비특허문헌2는 이미지센서(카메라)로 비접촉식으로 손운동을 추적하는 기술을 개시하고 있다. 이들 기술을 파킨슨병 진단에 활용할 여지가 있지만, 근육 피로나 땀으로 인한 간섭 문제, 고가이고 휴대성이 낮은 장치 등의 문제가 있다.
스트레인 센서(textile strain sensors)는 사용자에게 불편함이 없이 오래도록 착용되어 호흡이나 모션 등과 관련한 데이터를 지속적으로 수집할 수 있도록 하기 때문에 휴먼 인터페이스 기술(human-interface technology)의 핵심기술이 되고 있다. 그러나 현재까지 섬유기반 스트레인 센서를 활용하여 파킨슨병을 진단하고자하는 시도는 없었다.
Jiang, Shuo, et al. "A novel, co-located EMG-FMG-sensing wearable armband for hand gesture recognition." Sensors and Actuators A: Physical 301 (2020): 111738.
https://towardsdatascience.com/exquisite-hand-and-finger-tracking-in-web-browsers-with-mediapipes-machine-learning-models-2c4c2beee5df
본 발명은 장기간 실시간 모니터링에 적합하며 또한 높은 재현성과 민감성으로 작은 떨림의 측정이 가능한 섬유기반 스트레인 센서가 적용된 파킨슨병 진단장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 통기성과 탄성을 가지는 섬유기반 스트레인 센서가 적용된 파킨슨병 진단장치인 것을 특징으로 한다.
이때 상기 섬유기반 스트레인 센서는, 통기성과 탄성을 가지는 섬유재질의 기판 위에 장착된(mounted) 것일 수 있다.
본 발명에서 상기 섬유(스트레인 센서 및/또는 기판)의 재질은, 폴리우레탄, 폴리우레탄과 합성고무, 폴리에스테르, 그래핀 탄성섬유, PDMS(Poly(dimethylsiloxane)) 또는 PVDF(Polyvinylidene fluoride) 중 어느 하나인 것이 바람직하지만 이에 제한되는 것은 아니다.
본 발명에서 상기 섬유기반 스트레인 센서는,
섬유를 표면처리하는 전처리단계;와 상기 전처리된 섬유를 소정의 전도성 물질로 코팅하는 코팅단계;를 포함하는 방법으로 제작될 수 있다.
이때 상기 전처리단계는, ⓐ 섬유를 플라즈마 처리하거나, ⓑ 섬유를 주석 용액에 소정시간 침지하거나, ⓒ 섬유를 플라즈마 처리한 다음 주석 용액에 소정시간 침지하는 방식으로 수행될 수 있다.
이상과 같이 본 발명에 의하면 가볍고 유연하며 신축성이 있는 섬유기반 스트레인 센서가 적용됨으로써 장기간 모니터링에 의한 정확한 파킨슨병 진단에 이용될 수 있다.
또한 본 발명에 의하면 종래기술과는 달리 다른 근육의 움직임에 따른 노이즈나 땀에 의한 간섭이 거의 없어 높은 재현성과 민감성을 가진 파킨슨병 진단장치가 가능하게 된다.
도 1a는 3M 테이프 섬유의 도금 전후, 도금 후 섬유를 100% 인장하였을 때의 현미경 사진, 도 1b는 도금완료 후의 상태사진.
도 2a는 PU 섬유의 제작과정 사진, 도 2b는 도금 전후 및 도금 후 섬유를 100% 인장하였을 때의 현미경 사진 및 전자현미경 사진, 도 2c는 도금완료 후 센서로 사용하기 위해 커팅한 상태사진.
도 3a, 3b는 실시예에서 제작된 두 종류의 <기판-센서-PCB> 구조를 보여주는 사진.
도 4a는 본 발명에 의한 진단장치가 잠재환자에 적용된 상태를 보여주는 예시적 사진, 도 4b는 진단장치에 의해 측정된 잠재환자의 손떨림이 측정된 화면의 예시적 사진.
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이하 첨부된 도면과 실시예를 들어 본 발명을 보다 상세히 설명한다. 그러나 이러한 도면과 실시예는 본 발명의 기술적 사상의 내용과 범위를 쉽게 설명하기 위한 예시일 뿐, 이에 의해 본 발명의 기술적 범위가 한정되거나 변경되는 것은 아니다. 이러한 예시에 기초하여 본 발명의 기술적 사상의 범위 안에서 다양한 변형과 변경이 가능함은 당업자에게는 당연할 것이다.
[실시예]
1. 섬유기반 스트레인 센서의 제작
시판되는 섬유와 직접 제작한 섬유로 각각 센서를 제작하였다.
PU와 합성고무 재질이며, 섬유 직경 평균 20㎛, 두께 0.28mm인 3M 제품(3M medical tape 9907T)과, 전자방사 방식으로 제작한 섬유 직경 1 ㎛, 두께 10㎛인 PU 섬유를 재료로 하였다.
먼저, 섬유가 친수성의 특성을 가지도록 100W, 100Hz, 1:30min의 Plasma 처리한 후 도금의 반응성을 올리기 위해 주석(Tin) 0.1g, DI water 100ml의 용액에 1분간 담갔다가 꺼내 증류수로 세척한 다음 건조하였다.
이어서 Tollens 용액(질산은(AgNO3) 20ml, 수산화나트륨(NaOH) 2ml, 암모니아수(NH₄OH) 0.7ml)과 촉매(포도당(C6H12O6) 0.18g, DI water 10ml)가 혼합된 도금액에 섬유를 10분간 담가 무전해 도금하였다.
도 1a에 3M 테이프 섬유의 도금 전후 및 도금 후 섬유를 100% 인장하였을 때의 현미경 사진과, 도 1b에 도금완료 후 센서로 사용하기 위해 커팅한 상태사진을 첨부하였다.
도 2a에 PU 섬유의 제작과정 사진을, 도 2b에 도금 전후 및 도금 후 섬유를 100% 인장하였을 때의 현미경 사진 및 전자현미경 사진을, 도 2c에 센서 형태로 레이저 커팅된 섬유에 도금을 완료한 상태사진을 첨부하였다.
실시예에서는 센서를 U자형으로 커팅하여 사용하였으나, 센서의 형상은 다양하게 변형하여 적용할 수 있을 것이다.
2. 파킨슨병 진단장치의 제작
앞에서 설명한 3M 섬유(자체 접착성이 있음)를 유연성 기판에 위 1에서 제작된 U자형 센서를 접착하였다.
센서의 전극을, 와이어를 매개로 배터리가 장착되고 소정의 회로가 형성된 유연성 PCB에 연결하였다. 센서와 PCB가 하나의 유연성 기판에 장착(도 3a)될 수도 있고, 센서가 장착된 유연성 기판과 PCB가 분리되도록 제작(도 3b)될 수도 있을 것이다.
이렇게 제작된 <기판-센서-PCB> 구조에는 당연히 적절한 표시장치와 계산장치가 연결될 수 있다.
3. 파킨슨병 진단장치의 활용
(1) 활용 방법
위 2에서 제작된 진단장치의 <기판-센서> 부분을 도 4a에 예시된 것처럼 잠재환자의 손등에 부착하고 PCB를 소정의 프로그램이 탑재되어 있는 컴퓨터와 결합하는 방식으로 활용할 수 있다.
떨림이 발생하면 그에 따라 스트레인 센서에 변형이 발생하고 그 결과가 도 4b에 예시된 것처럼 저항의 변화로 확인될 수 있다.
(2) 실제 진단 테스트
Claims (5)
- 통기성과 탄성을 가지는 섬유기반 스트레인 센서가 적용된 파킨슨병 진단장치.
- 청구항 1에 있어서,
상기 섬유기반 스트레인 센서는,
통기성과 탄성을 가지는 섬유재질의 기판 위에 장착된(mounted) 것을 특징으로 하는 섬유기반 스트레인 센서가 적용된 파킨슨병 진단장치.
- 청구항 1 또는 2에 있어서,
상기 섬유의 재질은,
폴리우레탄, 폴리우레탄과 합성고무, 폴리에스테르, 그래핀 탄성섬유, PDMS(Poly(dimethylsiloxane)) 또는 PVDF(Polyvinylidene fluoride) 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 섬유기반 스트레인 센서가 적용된 파킨슨병 진단장치.
- 청구항 1 또는 2에 있어서,
상기 섬유기반 스트레인 센서는,
섬유를 표면처리하는 전처리단계;와
상기 전처리된 섬유를 소정의 전도성 물질로 코팅하는 코팅단계;를 포함하는 방법으로 제작되는 것을 특징으로 하는 섬유기반 스트레인 센서가 적용된 파킨슨병 진단장치.
- 청구항 4에 있어서,
상기 전처리단계는,
섬유를 플라즈마 처리하거나,
섬유를 주석 용액에 소정시간 침지하거나,
섬유를 플라즈마 처리한 다음 주석 용액에 소정시간 침지하는 것을 특징으로 하는 섬유기반 스트레인 센서가 적용된 파킨슨병 진단장치.
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|---|---|---|---|
| KR1020220021000A KR20230123786A (ko) | 2022-02-17 | 2022-02-17 | 섬유기반 스트레인 센서가 적용된 파킨슨병 진단장치 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020220021000A KR20230123786A (ko) | 2022-02-17 | 2022-02-17 | 섬유기반 스트레인 센서가 적용된 파킨슨병 진단장치 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20230123786A true KR20230123786A (ko) | 2023-08-24 |
Family
ID=87841541
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020220021000A KR20230123786A (ko) | 2022-02-17 | 2022-02-17 | 섬유기반 스트레인 센서가 적용된 파킨슨병 진단장치 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR20230123786A (ko) |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101126630B1 (ko) | 2010-12-02 | 2012-03-26 | (주)힐닉스 | 파킨슨 질환 진단용 측정장치 |
| KR102120794B1 (ko) | 2020-01-31 | 2020-06-09 | 옙바이오 주식회사 | 파킨슨병 진단용 바이오마커, 및 이를 이용한 파킨슨병 진단 방법 |
| KR20210050107A (ko) | 2019-10-28 | 2021-05-07 | 주식회사 인포쉐어 | 파킨슨병 진단용 애플리케이션 |
| KR102288077B1 (ko) | 2021-02-05 | 2021-08-11 | 주식회사 휴런 | 뉴로멜라닌 영역의 볼륨을 이용한 파킨슨 병 진단을 위한 정보제공 방법 |
-
2022
- 2022-02-17 KR KR1020220021000A patent/KR20230123786A/ko unknown
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101126630B1 (ko) | 2010-12-02 | 2012-03-26 | (주)힐닉스 | 파킨슨 질환 진단용 측정장치 |
| KR20210050107A (ko) | 2019-10-28 | 2021-05-07 | 주식회사 인포쉐어 | 파킨슨병 진단용 애플리케이션 |
| KR102120794B1 (ko) | 2020-01-31 | 2020-06-09 | 옙바이오 주식회사 | 파킨슨병 진단용 바이오마커, 및 이를 이용한 파킨슨병 진단 방법 |
| KR102288077B1 (ko) | 2021-02-05 | 2021-08-11 | 주식회사 휴런 | 뉴로멜라닌 영역의 볼륨을 이용한 파킨슨 병 진단을 위한 정보제공 방법 |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| https://towardsdatascience.com/exquisite-hand-and-finger-tracking-in-web-browsers-with-mediapipes-machine-learning-models-2c4c2beee5df |
| Jiang, Shuo, et al. "A novel, co-located EMG-FMG-sensing wearable armband for hand gesture recognition." Sensors and Actuators A: Physical 301 (2020): 111738. |
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