Development of a Contactless Sensing System and a Classifier using Deep Learning for Robot-based ADHD Screening

Abstract

Attention deficit and hyperactivity disorder (ADHD) is a mixed behavioral disorder that exhibits symptoms such as carelessness (distraction), hyperactivity-impulsivity and has genetic, neurological, and psychosocial associations. ADHD is a disorder that usually appears at a young age and persists into adolescence and adulthood. Therefore, this disorder is a disease that requires early diagnosis and early treatment. Until now, existing methods for diagnosing ADHD have been evaluated by observers such as parents and teachers, so there is a limitation in reflecting objective evaluation. In this study, to overcome this limitation, I developed a contactless sensing system that can objectively measure the amount of action and attention of children playing robot-led games. In addition, a classifier was developed to classify children with ADHD, ADHD at risk, Normal group using the Multi-Layer Perceptron (MLP) and the data obtained through the sensor, and it was verified whether this system can usefully perform the ADHD screening diagnosis. In this study, 828 people from 6 elementary school sites in Seoul, Korea, participated as research subjects, and among them, ADHD, ADHD risk group, and normal group were classified with an accuracy of 94.81% compared to the diagnosis of a clinician. In addition, it is significant that the sensitivity achieved 97.06% and 100% in the ADHD and ADHD risk groups, respectively.|주의력 결핍 과잉 행동 장애(ADHD)는 부주의(주의 산만), 과잉 행동 충동과 같은 증상을 나타내는 혼합 행동 장애로 유전적, 신경학적, 심리사회적 연관성이 있다. ADHD는 일반적으로 어린 나이에 나타나 청소년기와 성인기까지 지속되는 장애이며, 따라서 이 질환은 조기 진단과 조기 치료가 필요한 질환이다. 지금까지 기존의 ADHD 진단 방법은 학부모, 교사 등의 관찰자에 의해 평가되어 객관적인 평가를 반영하는데 한계가 있다. 본 연구에서는 이러한 한계를 극복하기 위해 로봇이 주도하는 게임을 하는 어린이의 행동량과 주의력을 객관적으로 측정할 수 있는 비접촉 센싱 시스템을 개발하였다. 또한 멀티 레이어 퍼셉트론 (Multi-Layer Perceptron, MLP)과 센서를 통해 얻은 데이터를 이용하여 ADHD 군, ADHD 위험군, 정상군으로 분류할 수 있는 분류기를 개발하였으며, 이 시스템이 ADHD 선별진단에 유용하게 활용될 수 있는지 검증하였다. 본 연구는 서울 시내 6개 초등학교 사이트에서 828명의 초등학생을 대상으로 연구하였으며, 이 중 ADHD 군, ADHD 위험군, 정상군을 임상의의 진단과 비교하여 94.81%의 정확도를 달성하였다. 또한, 민감도가 ADHD 및 ADHD 위험군에서 각각 97.06% 및 100%를 달성했다는 점에서도 큰 의미가 있다.