MIT, 수면 모니터링 기술 개발...파킨슨, 간질, 욕창 등 환자의 예기치 않은 상황에서 보호
MIT, 수면 모니터링 기술 개발...파킨슨, 간질, 욕창 등 환자의 예기치 않은 상황에서 보호
  • 최정민 기자
  • 승인 2020.09.24 12:29
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[퓨처타임즈=최정민 기자] MIT는 소형 장착 장치에서 반사된 무선 신호를 사용하여 개인의 수면을 모니터링하는 무선 방식을 개발했다. 이 기술은 수면을 모니터링하는 완전히 새로운 방법을 제공한다. 바디컴패스(BodyCompass)라고 하는 이 장치는 카메라나 센서를 신체에 부착하지 않고도 정확한 수면 데이터를 제공하는 최초의 가정용 무선 주파수 기반 시스템이다.

이 기술은 파킨슨 병, 간질 또는 욕창을 앓고 있는 사람들을 돕는 의료 기기이자 개인 기기 역할을 할 수 있는 잠재력을 가지고 있다. 또한, 간질로 인한 갑작스럽고 예기치 않은 사망으로부터 환자를 구할 수 있다.

MIT 연구진은 침실 벽에 장착된 작은 장치에서 반사된 무선 신호를 사용하여 사람의 등, 배 또는 옆으로 졸음에 상관없이 사람의 수면 자세를 모니터링하는 무선 비공개 방법을 개발했다.

바디컴패스(BodyCompass)라고 하는 이 장치는 카메라나 센서를 신체에 부착하지 않고도 정확한 수면 데이터를 제공하는 최초의 가정용 무선 주파수 기반 시스템이다. Shichao Yue에 따르면, 그는 9월 15일 UbiComp 2020 컨퍼런스의 프레젠테이션에서 시스템을 소개할 예정이며, 이 박사과정 중인 학생은 무선 감지를 사용하여 수면 단계와 불면증을 연구했다.

MIT 컴퓨터 과학 및 인공지능 연구소의 Dina Katabi 교수의 감독하에 프로젝트에 참여한 Yue는 “수면 자세가 의료 모니터링을 위한 또 다른 영향력 있는 시스템 응용 프로그램이 될 수 있다고 생각했다. 연구에 따르면 위 수면은 간질 환자의 갑작스러운 사망 위험을 증가시키며, 수면 자세는 상태로 인해 사람이 침대에서 몸을 뒤집을 수 있는 능력을 빼앗기 때문에 파킨슨 병의 진행을 측정하는 데 사용될 수 있다.

연구에 참여하지 않은 브리검 여성 병원과 하버드 의과대학의 간질 신경과 전문의 이동우는 "안타깝게도 많은 환자들이 밤에 어떻게 잠을 자는지 또는 발작 후 어떤 자세가 되는지 전혀 알지 못한다."고 말한다. "BodyCompass와 같은 신체 모니터링 시스템은 환자의 위험을 평가할 수 있는 기준선 모니터링을 가능하게 하는 우리 분야를 발전시킬 것이며, 경고/중재 시스템과 결합하면 간질로 인한 갑작스럽고 예기치 않은 사망으로부터 환자를 구할 수 있다."라고 말했다.

앞으로 사람들은 BodyCompass를 사용하여 자신의 수면 습관을 추적하거나 유아의 수면을 모니터링 할 수도 있다. Yue는 "필요에 따라 의료기기 또는 소비자 제품이 될 수 있다."고 말한다.  

인터랙티브, 모바일, 웨어러블 및 유비쿼터스 기술에 관한 ACM 회보에 발표된 컨퍼런스 논문의 다른 저자로는 대학원생 Yuzhe Yang과 Hao Wang과 Katabi Lab 계열사 Hariharan Rahul이 있다. Katabi는 Andrew 및 Erna Viterbi MIT의 전기 공학 및 컴퓨터과학 교수이다.

편안한 반사

BodyCompass는 인체를 포함하여 실내의 물체에서 반사되는 무선 신호를 분석하여 작동한다. 침실 벽에 부착된 Wi-Fi 라우터와 유사하게 이 장치는 여러 경로를 통해 돌아올 때 이러한 신호를 보내고 수집한다. 그런 다음 연구진은 이러한 신호의 경로를 매핑하여 반사에서 거꾸로 작업하여 신체의 자세를 결정한다.

그러나 이것이 작동하려면 과학자들은 어떤 신호가 침대에서 튀어나오는지, 매트리스나 침실용 탁자 또는 머리 위 선풍기가 튀지 않는지 알아낼 방법이 필요했다. Yue와 그의 동료들은 무선 신호에서 호흡 패턴을 해독하는 과거의 연구가 문제를 해결할 수 있다는 것을 깨닫게 되었다.

사람의 가슴과 배에서 튀는 신호는 호흡에 의해 고유하게 조절된다고 결론을 내렸다. 호흡 신호가 신체에서 나오는 반사를 '태그'하는 방법으로 식별되면 연구자들은 장치의 위치와 비교하여 이러한 반사를 분석하여 사람이 침대에 누워있는 방식을 확인할 수 있다. 

(예를 들어 어떤 사람이 등을 대고 누워있는 경우 가슴에서 튀어나오는 강한 전파는 천장을 향한 다음 벽에 있는 장치로 향하게 된다.) “호흡을 코딩으로 식별하면 신호를 신체에서 분리하는 데 도움이 된다. 환경적 반사를 통해 정보 반사가 어디에 있는지 추적할 수 있다.”라고 Yue는 말한다.

신체의 반사는 맞춤형 신경망에 의해 분석되어 신체가 수면에서 어떻게 각도를 이루는지 추론한다. 신경망은 각도에 따라 수면 자세를 정의하기 때문에 기기는 오른쪽에 누워있는 사람과 오른쪽으로 약간 기울어진 사람을 구별할 수 있다. 이런 종류의 세분화된 분석은 엎드린 자세로 자는 것이 갑작스러운 예상치 못한 사망과 관련이 있는 간질 환자에게 특히 중요하다고 Yue는 말한다.

Lee는 "환자가 기기 착용을 좋아하지 않고 착용하는 것을 잊고, 편안함을 감소시키고, 배터리 수명이 짧으며, 데이터 전송이 어려울 수 있음이 분명해지고 있다. BodyCompass와 같은 비 착용 비접촉식 기기는 이러한 문제를 극복할 것이다."라고 말했다.

BodyCompass는 사람의 침실에 카메라를 설치하거나 센서를 사람이나 침대에 직접 부착하는 등 수면 자세를 모니터링하는 다른 방법에 비해 몇 가지 장점이 있다. 센서는 수면에 불편할 수 있으며 카메라는 개인의 프라이버시를 약화시킨다고 Yue는 말한다. "수면 중 사람의 호흡 신호와 같은 수면 자세를 감지하는 데 필수적인 정보만 기록하기 때문에 누군가 이 데이터에서 사용자의 다른 활동을 추론하는 것은 거의 불가능하다."

정확한 나침반

연구팀은 자신의 침실에서 자고 있는 26명의 건강한 사람들로부터 200시간 동안의 수면 데이터에 대한 BodyCompass의 정확성을 테스트했다. 연구를 시작할 때 피험자들은 가슴과 배에 테이프로 붙인 두 개의 가속도계 (움직임을 감지하는 센서)를 착용하여 수면 자세에 대한 '실측 정보' 데이터로 기기의 신경망을 훈련시켰다.

BodyCompass는 기기가 일주일 분량의 데이터로 훈련되었을 때 가장 정확했다. 94%의 정확한 신체 자세를 예측했다. 하룻밤 분량의 교육 데이터는 87%의 시간 동안 정확한 결과를 산출했다. BodyCompass는 수면자가 무선 센서 앞에서 몇 가지 일반적인 수면 자세를 유지하도록 요청했을 때 수집된 16분 분량의 데이터로 84%의 정확도를 달성할 수 있었다.

BodyCompass는 간질 및 파킨슨 병과 함께 욕창 및 수면 무호흡증에 취약한 환자를 치료하는 데 유용할 수 있다. 두 상태 모두 수면 자세의 변화로 완화될 수 있기 때문이다. Yue도 자신의 관심을 가지고 있다. 그는 수면 방식에 영향을 받는 편두통을 앓고 있다. “다음날 두통을 피하기 위해 오른쪽에서 자지만 수면 자세와 편두통 사이에 어떤 상관 관계가 있는지는 잘 모르겠다. 관계가 있는지 확인하는 데 도움이 될 수 있다.”라고 밝혔다.

현재 BodyCompass는 모니터링 도구이지만 언젠가는 잠자는 사람이 자세를 바꾸도록 자극할 수 있는 경고와 함께 사용할 수 있다. “연구자들은 위험한 수면 자세를 피하기 위해 환자를 천천히 돌릴 수 있는 매트리스를 연구하고 있다.”라고 Yue는 말한다. "향후 작업은 우리의 수면 자세 감지기와 그러한 매트리스를 결합하여 필요한 경우 간질 환자를 더 안전한 위치로 이동시킬 수 있다."라고 말했다.


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