이정록·이병훈 교수 연구팀, 차세대 웨어러블 기반 수면 분석 기술 개발
글로벌 웨어러블 바이오센서 연구 선도, 국제 우수 학술지 <ACS Sensors> 게재
휴먼기계바이오공학과 이정록 교수 연구팀과 화공신소재공학과 이병훈 교수 연구팀이 전자전기공학과 강제원 교수 연구팀, 의과대학 이향운 교수 연구팀과 공동연구를 통해 차세대 웨어러블 기기를 활용해 인공지능과 결합된 수면 단계 분석 기술을 개발했다. 공과대학과 의과대학의 협업을 통해 우수한 융합 연구의 성과를 도출한 이번 연구 결과는 세계적 권위 학술지 <ACS Sensors>에 게재됐다.
연구팀은 기존 수면장애 진단의 표준 검사법인 수면다원검사(Polysomnography, PSG)가 가진 불편함과 접근성 한계를 해결하기 위해, 신축성 투명 전극(Stretchable Transparent Electrodes, STEs)이 집적된 다채널 웨어러블 기기를 개발했다. 이 기기는 뇌파(EEG), 안구운동(EOG), 근전도(EMG), 맥파(PPG), 움직임 데이터를 동시에 기록할 수 있으며, 잡음 수준은 4 μV 이하로 PSG와 동등한 수준의 정밀도를 확보했다. 또한, 연구팀이 개발한 딥러닝 기반 알고리즘을 적용한 결과, 웨어러블 기기만으로도 73.2%의 수면 단계 분류 정확도와 0.72의 F1 점수를 달성해 임상 표준 검사와 높은 일치도를 보였다.
다중 생체신호 측정 웨어러블 기기와 뇌파 비교 분석
본 연구를 통해 개발된 기술은 투명하고 신축성 있는 전극을 적용해 장시간 착용에도 편안하면서 고품질 신호를 얻을 수 있기 때문에 향후 가정에서도 수면 상태를 정밀하게 모니터링할 수 있는 기반 기술이 될 것으로 기대된다.
이정록 교수는 “이번 성과는 웨어러블 기기와 인공지능을 결합한 사례로, 향후 개인 맞춤형 수면 치료 평가뿐 아니라 운전자 졸음 감지, 산업현장 피로 관리 등 다양한 분야로 확장될 것”이라고 밝혔다.
공동 1저자 엄현경, 노은서 씨
중견연구, 원천기술개발(휴먼플러스융합연구개발) 등 연구 과제의 지원을 받아 진행된 이번 연구는 이정록, 이병훈 교수가 공동 교신저자로 수행하였으며, 휴먼기계바이오공학부 석사과정 엄현경 씨와 화학신소재공학과 석사과정 노은서 씨가 공동 1저자로 참여했다. 논문 「Mobile Sleep Stage Analysis Using Multichannel Wearable Devices Integrated with Stretchable Transparent Electrodes」라는 제목으로 <ACS Sensors> 특별호 ‘Wearable Sensors’에 게재됐다.
논문 바로 가기: https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acssensors.4c03602