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편성범 연구실
고려대학교 의과학과 편성범 교수
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편성범 연구실

고려대학교 의과학과 편성범 교수

편성범 연구실은 뇌졸중 및 뇌손상 환자에서 기능장애의 기전을 뇌영상·신경생리·임상평가를 결합해 규명하는 연구를 수행합니다. 좌표 기반 lesion-symptom mapping과 확산텐서영상으로 실어증 언어 회복 및 신경 연결성 변화를 분석하며, SEP·MEP 및 DTI 지표를 활용해 균형과 손기능 예후를 예측합니다. 또한 로봇 보행훈련의 임상 효과를 평가하고, Random forest와 SHAP 기반 설명가능 AI로 안전 균형 요인을 해석합니다. 이와 함께 구강실행증 연하장애 및 아동 말소리장애에서 구강 근력의 정량 측정을 적용합니다.

뇌졸중 신경재활실어증 신경기전Lesion-symptom mapping확산텐서영상(DTI)뇌신경 연결망 분석
대표 연구 분야
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뇌졸중 후 실어증·언어회복의 뇌영상 기반 신경연결망 규명 및 예후 예측 연구 thumbnail
뇌졸중 후 실어증·언어회복의 뇌영상 기반 신경연결망 규명 및 예후 예측 연구
Neuroimaging-based mapping and prognosis prediction of post-stroke aphasia and language recovery
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뇌졸중 보행·균형·손기능 회복의 예측과 설명가능 AI 기반 안전 균형 연구 thumbnail
뇌졸중 보행·균형·손기능 회복의 예측과 설명가능 AI 기반 안전 균형 연구
Prediction of gait, balance, and manual dexterity recovery and explainable AI for safe balance after
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구강실행증 기반 연하장애 및 조음근력 약화의 정량 평가·재활 지표 연구 thumbnail
구강실행증 기반 연하장애 및 조음근력 약화의 정량 평가·재활 지표 연구
Quantitative assessment of dysphagia related to oral apraxia and articulatory muscle weakness for sp
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연구 성과 추이
표시된 성과는 수집된 데이터 기준으로 산출되며, 일부 차이가 있을 수 있습니다.
주요 논문
5
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1
Article
|
인용수 6
·
2024
Explainable artificial intelligence on safe balance and its major determinants in stroke patients
Sekwang Lee, Eun-Young Lee, Kwang‐Sig Lee, Sung‐Bom Pyun
IF 3.9 (2024)
Scientific Reports
본 연구는 병원 데이터를 활용하여 임상, 신경생리학적, 확산 텐서 영상(diffusion tensor imaging) 특성을 포함한 안전한 균형을 예측하기 위한 설명가능한 인공지능(explainable artificial intelligence)을 개발한다. 2016년 1월부터 2023년 6월까지의 기간 동안 최초 뇌졸중 환자 92명의 후향적 데이터를 분석하였다. 종속 변수는 독립적 보행(mobility) 점수로서, 즉 0점(45점 이하) 대 1점(45점 초과)으로 정의되는 Berg Balance Scale을 각각 3개월 및 6개월 후에 측정하였다. 29개의 예측 변수를 포함하였다. 무작위 포레스트(random forest) 변수 중요도(variable importance)를 사용하여 Berg Balance Scale의 유의한 예측 변수를 식별하고, 1개월 후 Berg Balance Scale 및 피질척수로(corticospinal tract) 확산 텐서 영상 특성을 포함하여 이들이 예측 변수들과 갖는 연관성을 검정하였다. 이러한 연관성의 방향을 분석하기 위해 Shapley Additive Explanation 값(Shapley Additive Explanation values)을 계산하였다. 무작위 포레스트는 로지스틱 회귀(logistic regression)와 비교하여 더 높거나 유사한 곡선 아래 면적(area under the curve)을 보였는데, 예컨대 3개월 후 Berg Balance Scale에서는 91% 대 87%, 6개월 후 Berg Balance Scale에서는 92% 대 92%였다. 무작위 포레스트 변수 중요도 값과 순위를 기반으로 하면: (1) 3개월 후 Berg Balance Scale은 1개월 후 Berg Balance Scale, Fugl-Meyer 평가 척도(Fugl-Meyer assessment scale), 병변 동측(ipsilesional) 피질척수로 fractional anisotropy, fractional anisotropy 측면성 지수(laterality index) 및 연령과의 강한 연관성을 보였고; (2) 6개월 후 Berg Balance Scale은 Fugl-Meyer 평가 척도, 1개월 후 Berg Balance Scale, 발목의 발바닥굽힘(plantar flexion) 근력, 무릎 폄(knee extension) 근력 및 고관절 굽힘(hip flexion) 근력과의 강한 관계를 보였다. 이러한 연관성은 SHAP 요약 플롯(SHAP summary plots)에서 모두 양(+)의 방향성을 나타냈다. 1개월 후 Berg Balance Scale, Fugl-Meyer 평가 척도 또는 병변 동측 피질척수로 fractional anisotropy를 무작위 포레스트에 포함하면, 3개월 후 Berg Balance Scale이 45점 초과일 확률이 각각 0.11, 0.08 또는 0.08만큼 증가한다. 결론적으로 뇌졸중 후 안전한 균형은 초기의 운동 기능, Fugl-Meyer 평가 척도, 그리고 병변 동측 피질척수로 fractional anisotropy와 강하게 상관된다. 확산 텐서 영상 정보는 뇌졸중 후 안전한 균형을 예측하기 위한 설명가능한 인공지능 개발에 도움을 준다.
https://doi.org/10.1038/s41598-024-74689-7
Stroke (engine)
Balance (ability)
Medicine
Computer science
Physical medicine and rehabilitation
Engineering
2
Article
|
·
인용수 6
·
2023
Short-term and long-term predictors of balance function in stroke patients: a 6-month follow-up study
Eun Young Lee, Yoonhye Na, Minjae Cho, Yu Mi Hwang, Hyun‐Soo Kim, Hyonggin An, Sung‐Bom Pyun
IF 1.5 (2023)
International Journal of Rehabilitation Research
우리는 임상, 신경생리학 및 신경영상 변수를 사용하여 뇌졸중 후 3개월 및 6개월 시점에서 균형 기능(Berg Balance Scale, BBS)의 초기 예측 인자를 규명하고자 하였다. 뇌졸중 후 편마비를 가진 79명의 환자가 포함되었다. 인구통계학적 특성, 뇌졸중 관련 특성 및 임상 변수[Mini-Mental State Examination, BBS, 편마비 환측 고관절·무릎·발목 근육의 근력, 그리고 Fugl-Meyer Assessment Lower Extremity (FMA-LE)]는 발병 후 평균 2주 시점에 평가되었다. 양측 경골신경에서의 체감각유발전위(somatosensory-evoked potentials, SEP)와 확산텐서영상(diffusion tensor imaging) 자료는 각각 발병 후 3주 이내 및 4주 이내에 수집되었으며, 이를 통해 SEP 진폭 비와 피질척수로(corticospinal tract)의 분획이방성(frational anisotropy) 측방성 지표(laterality index)를 산출하였다. 다중 선형 회귀분석에서 뇌졸중 후 3개월 시점의 더 높은 BBS를 독립적으로 예측하는 요인은 더 젊은 연령, 더 높은 FMA-LE 점수, 그리고 더 강한 편마비 환측 고관절 신전근의 근력이었다(조정 R2 = 0.563, P < 0.001). 뇌졸중 후 6개월 시점에서 더 높은 BBS의 유의한 예측 인자는 더 젊은 연령, 더 높은 FMA-LE, 더 강한 편마비 환측 고관절 신전근, 그리고 더 큰 SEP 진폭 비였으며(조정 R2 = 0.552, P < 0.001), 다만 후자의 증가 기여도는 비교적 작았다(R2 = 0.019). 우리는 연령과 환측 하지의 초기 운동 장애 정도가 뇌졸중 후 3개월 및 6개월 시점의 균형 기능 상태를 예측하는 데 도움이 될 수 있다고 결론지었다.
https://doi.org/10.1097/mrr.0000000000000573
Berg Balance Scale
Hemiparesis
Stroke (engine)
Fractional anisotropy
Balance (ability)
Physical medicine and rehabilitation
Physical therapy
Medicine
Diffusion MRI
Psychology
3
Article
|
·
인용수 8
·
2022
Effect of Oral Apraxia on Dysphagia in Patients with Subacute Stroke
Jei Hak Myung, Sung‐Bom Pyun
IF 2.6 (2022)
Dysphagia
https://doi.org/10.1007/s00455-022-10458-w
Apraxia
Dysphagia
Medicine
Swallowing
Stroke (engine)
Audiology
Physical therapy
Internal medicine
Surgery
Aphasia
최신 정부 과제
13
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1
2024년 4월-2025년 3월
|150,000,000원
뇌졸중 환자의 재택 모니터링 기반 비대면 진료 보조 시스템
내원이 불가능한 뇌졸중 환자를 비롯해 직접 병원 방문이 어렵거나 관찰이 필요한 뇌질환 환자를 관리하기 위한 진료 보조 시스템으로 활용하여 환자의 건강 개선 및 악화 방지
뇌졸중
생체신호
진료 보조
일상케어
모니터링
2
주관|
2023년 10월-2024년 10월
|100,000,000원
실어증 진단과 예후 향상을 위한 신경연결망 분석 기반 뇌조절 중재법 개발
1) 실어증 진단과 예후 연구를 위한 국제적 코호트 구축 ○ 실어증 환자의 언어 및 인지기능 검사의 일치화 - 현재 University of Cambridge MRC-CBU와 고려대학교 실어증·신경재활 연구실에서 사용중인 각 검사들의 세부 항목 및 문항을 상세하게 비교하여 공통점과 차이점을 확인함. 양 기관에서 보유한 뇌영상 및 행동검사 자료를 공유하고 이를 활용하여 각 실어증의 유형에 따라 관찰되는 행동검사 양상을 분석하여 실어증에서의 behavioral phenotype을 알아볼 예정이며, 이를 통해 보편적으로 나타나는 특성과 언어나 문화의 차이로 인해 나타나는 특성을 고찰하고자 함. ○ 새로운 언어 및 인지 기능 검사의 개발 및 표준화 - 기존에 사용해왔던 언어 및 인지기능 검사들에서 다루지 못하는 기능에 대해 평가하고 재활에 사용할 수 있는 새로운 검사를 개발하고자 함. Conroy 등이 2018년 Brain 학술지에 게재한 Repeated, increasingly-speeded production (RISP) 는 이름대기 기능을 치료하는 새로운 언어 재활 방법임. 한국판 RISP의 개발을 위하여 영어로 구성된 RISP 과제 항목들을 한국어 단어의 빈도와 음운규칙 등을 고려하여 개발할 예정임. 2) 실어증의 회복 기전을 알아보기 위한 구조적·기능적 신경연결망 종단적 분석 ○ University of Cambridge에서는 만성기 실어증 환자들을 대상으로 구조적, 기능적 뇌영상 분석을 통해 휴지기 기능적 자기공명영상(resting-state functional MRI; rsfMRI)의 기능적 연결성(functional connectivity; FC)과 예측인자에 대해 분석한 결과, 병변 이외에 다른 영역들도 뇌기능에 영향을 주며 병변과 더불어 다른 뇌영역들도 중요함을 연구를 통해 보고함. ○ 현재 국내 환자 83명의 뇌졸중 환자의 휴지기 기능적 자기공명영상을 사용하여 뇌졸중 발병 이후 6개월 시기의 뇌영상과 행동평가 데이터를 활용하여 종단적 분석을 수행할 예정임. 양 기관에서 공유한 데이터를 활용하여 다양한 인지 및 언어기능 검사의 패턴과 상관을 보이는 뇌영상적의 특성을 분석하면 실어증에서의 언어기능 회복기전을 반영하는 neural biomarker를 규명할 수 있을 것으로 기대함. 3) 반복적 경두개 자기 자극(rTMS)을 이용한 실어증 환자에서의 뇌가소성 및 뇌신경 연결망 규명 ○ 앞서 University of Cambridge에서 개발된 RISP 과제를 참고하여 한국어 과제를 개발한 후 이를 활용하여 실제 실어증 환자군에서 rTMS를 함께 사용한 중재효과 규명 연구를 수행할 예정임. 국제교류내용 및 방법 1) 정기 화상 회의 화상으로 회의를 개최하여 공동연구의 진행 상황에 대해서 공유하고 논의할 예정임. 월 1회 이상 정기적으로 수행하되 연구책임자 및 전체 연구원이 모두 모이는 전체 미팅도 연 4회 수행할 것임. 2) 연구진 방문 교류 양국의 연구진이 각 1-2 회씩 약 1-2주의 기간 동안 상대국을 방문하여 조인트 세미나를 개최하고 구체적으로 연구에 대해 논의함. 3) 연구원 상호파견(단기연수) 본 기관의 연구원 중 박사후 연구원 및 박사과정 학생을 2024년 상반기(예정)에 1-2 개월에 걸쳐 MRC-CBU로 파견할 예정임. 또한 MRC-CBU의 연구진이 한 달 이내의 기간 동안 본 기관으로 파견하여 공동연구를 위한 연구 실험 환경 및 연구 및 MRI촬영 프로토콜 세팅을 함께 수행함.
뇌졸중
실어증
뇌영상
언어
인지기능
3
주관|
2023년 4월-2024년 3월
|400,000,000원
뇌질환 비대면 진료 보조 시스템
신체기능 평가 IoT 센서 성능 테스트 및 고도화 : 기존에 개발되어 있던 IoT 센서의 경우 샘플링이 22Hz로 생산가격이 저렴하지만, 측정 정확도가 낮은 단점이 있었음. 본 연구과제를 통해서 진행할 뇌졸중 환자의 실증에서는 측정의 정확도를 높이기 위해서 IoT 센서의 성능 향상을 진행함. 새롭게 개발된 센서는 50Hz 이상의 샘플링 주파수를 갖고 있도록 하여 기존 대비 2배 이상의 많은 샘플링이 가능하여 동작 분석에 효과적이며, 제품의 신뢰성과 안정적인 생산을 위해서 국내 생산을 진행함. 또한 기존의 밴드에 클립 방식으로 고정하였을 경우 센서의 고정력이 낮아서 생기는 사용상의 문제점을 개선하기 위해서 센서 외장디자인 설계 변경 및 밴드 일체형으로 변경 예정임. 해당 시제품은 로봇팔을 이용한 45도, 90도 각도 재현성 평가 및 펌웨어 업데이트를 통해 고도화 단계를 거치면서 측정 재현성을 확인함. 로봇팔을 이용한 측정 재현성 테스트 완료 이후 모션캡쳐 시스템과 보행 파라미터, 관절각도 측정 비교분석을 통한하여 정확도를 검증하고 평가지표 및 분석 알고리즘 개발함. 또한 시제품의 보행 측정 정확도는 병원 내 동작분석(코드:EZ774) 인정 비급여 적용이 가능한 walkway mat type의 보행분석센서(GAITRite)와의 보행 파라미터 결과 비교분석을 통해 정확도 검증을 진행함.
뇌졸중
생체신호
진료보조
일상케어
모니터링
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상태출원연도과제명출원번호상세정보
공개2021뇌 영상을 이용한 복합부위통증증후군 분석 장치 및 그의 제어 방법1020210175517
등록2020인공지능 기반 비디오 투시 연하검사 자동화 분석 장치 및 방법1020200069108
소멸2008수면 유도 장치 및 이를 이용한 수면 유도 방법1020080119691
전체 특허

뇌 영상을 이용한 복합부위통증증후군 분석 장치 및 그의 제어 방법

상태
공개
출원연도
2021
출원번호
1020210175517

인공지능 기반 비디오 투시 연하검사 자동화 분석 장치 및 방법

상태
등록
출원연도
2020
출원번호
1020200069108

수면 유도 장치 및 이를 이용한 수면 유도 방법

상태
소멸
출원연도
2008
출원번호
1020080119691