KR102498776B1 - Device and method for visualizing brain function activity - Google Patents

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Abstract

본 발명은 뇌 기능 활성도 시각화 장치 및 이를 이용한 뇌 기능 활성도 시각화 방법에 관한 것으로, 구체적으로는 피험자의 뇌에 연결되는 복수의 FNIRS 채널로부터 획득한 혈류역학적 뇌 신호를 이용하여 뇌 기능 활성도를 시각화하는 장치로서, 외부로부터 자극이 가해지지 않은 휴식 상태(resting state)의 뇌로부터 얻은 휴식 상태의 혈류역학적 뇌 신호 대비 외부로부터 자극이 가해지는 자극 상태의 뇌로부터 얻은 자극 상태의 혈류역학적 뇌 신호 의 대비대 잡음비(contrast to noise raio, CNR)값을 산출하는 신호처리부; 통계적 확률 밀도 함수를 이용하여 상기 대비대 잡음비(CNR)값으로부터 각 FNIRS채널의 뇌 기능 활성도를 산출하는 연산부; 및 상기 각 FNIRS채널의 뇌 기능 활성도를 3차원 표준 머리 모델의 표면에 막대 바의 길이로 나타내는 출력부;를 포함하는, 뇌 기능 활성도 시각화 장치 및 뇌 기능 활성도 시각화 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a brain functional activity visualization apparatus and a brain functional activity visualization method using the same, and specifically, to a device for visualizing brain functional activity using hemodynamic brain signals obtained from a plurality of FNIRS channels connected to the brain of a subject. As , the contrast-to-noise ratio of the hemodynamic brain signal in the resting state obtained from the brain in the resting state without external stimulation to the hemodynamic brain signal in the stimulated state obtained from the brain in the stimulated state with external stimulation applied a signal processing unit that calculates a (contrast to noise ratio, CNR) value; a calculation unit that calculates the brain functional activity of each FNIRS channel from the contrast-to-noise ratio (CNR) value using a statistical probability density function; and an output unit representing the brain functional activity of each FNIRS channel as the length of a bar on the surface of the 3D standard head model.

Description

뇌 기능 활성도 시각화 장치 및 방법{Device and method for visualizing brain function activity}Device and method for visualizing brain function activity {Device and method for visualizing brain function activity}

본 발명은 뇌 기능 활성도 시각화 장치 및 방법에 관한 것이다.The present invention relates to an apparatus and method for visualizing brain functional activity.

대뇌피질 및 피질하 구조의 기질적인 뇌손상을 가진 환자들은 운동 및 감각장애, 인지 및 언어장애와 같은 다양한 신경학적 증상을 보인다. 이러한 신경학적 손상으로 기능적 활동과 독립적인 일상생활동작을 수행하는데 많은 어려움을 겪고 있으며, 운동기능의 장애들을 회복시키기 위해 물리치료사를 비롯한 재활 전문가들은 다양한 치료적 접근법을 제시하고 있다. 이에 대해 1960년대부터 보바스 치료 및 고유수용성 신경근 촉진법등 신경생리학적인 이론에 근거한 신경계 물리치료기법이 대두되기 시작하였고, 이러한 신경생리학적 치료적 접근은 반사-수직계층적 이론(reflex-hierarchical reflex theory), 시스템 이론(systematic theory)와 모듈이론(modular theory) 등의 운동제어 및 학습 이론과 같은 신경생리학 및 신경과학의 발달로 함께 진보하게 되었다. Patients with organic brain damage of the cerebral cortex and subcortical structures show various neurological symptoms such as motor and sensory disorders, cognitive and language disorders. Due to such neurological damage, it is difficult to perform functional activities and independent activities of daily living, and rehabilitation experts including physical therapists are suggesting various therapeutic approaches to recover motor function disorders. In response, from the 1960s, neurophysiological therapy techniques based on neurophysiological theories, such as Bobath treatment and proprioceptive neuromuscular facilitation, began to emerge. ), motor control and learning theories, such as systematic theory and modular theory, have progressed together with the development of neurophysiology and neuroscience.

신경과학은 신경활성화 부위를 영상으로 표현하는 비침습적 뇌 기능 계측방법인 기능적 자기공명영상(functional magnetic resonanceimage, fMRI)의 개발과 상용화로 인해 획기적인 전기를 마련하게 되었고, 살아있는 인간의 뇌 기능을 여러 가지 실험적인 기법을 사용하여 뇌의 부위별 기능 및 신경회복과 재생에 관한 다양한 뇌 기능을 연구하였다. 이러한 신경과학의 발전으로 기존의 신경물리치료에서 적용해 왔던 치료기법의 과학적인 치료적 입증을 하게 되었고, 환자의 기능적 회복에 따른 신경생리학적 회복기전을 연구할 수 있게 되었다. Neuroscience has made a breakthrough with the development and commercialization of functional magnetic resonance imaging (fMRI), a non-invasive method of measuring brain function that expresses nerve activation sites in images, and has been able to measure various brain functions in living humans. Using experimental techniques, various brain functions related to brain function and nerve recovery and regeneration were studied. With this development of neuroscience, scientific therapeutic verification of the treatment techniques applied in the existing neurophysical therapy has been made, and it has become possible to study the neurophysiological recovery mechanism according to the patient's functional recovery.

한편, 기능적 근적외 분광법(functional near-infrared spectroscopy, fNIRS)은 자기공명영상(MRI)과 비교하여, 높은 시간해상도로 신경 활성의 변화에 따른 산화 헤모글로빈(Oxy Hb) 및 탈산화 헤모글로빈(Deoxy Hb)의 농도변화를 측정할 수 있다는 장점을 가지고 있어 자기공명영상(fMRI)의 발전과 더불어 비침습적인 뇌기능 계측방법으로 최근 주목받고 있다(Journal of Special Education & Rehabilitation Science Vol. 51, No. 3, pp. 151~166, 2012).On the other hand, functional near-infrared spectroscopy (fNIRS), compared to magnetic resonance imaging (MRI), detects oxidized hemoglobin (Oxy Hb) and deoxygenated hemoglobin (Deoxy Hb) according to changes in nerve activity with high temporal resolution. With the development of magnetic resonance imaging (fMRI), it has recently been attracting attention as a non-invasive method for measuring brain function (Journal of Special Education & Rehabilitation Science Vol. 51, No. 3, pp. 151~166, 2012).

기능적 근전외선분광법(fNIRS)은 600nm 내지 1000nm 파장의 근적외선을 이용해서 뇌의 혈류변화를 비침습적으로 계측하는 방법이며, 계측원리는 근적외광을 이용한 뇌혈류의 헤모글로빈 산소화 정도의 측정에 바탕을 두고 있다. 보다 구체적으로는, 생체에 근적외광을 조사하여 조직을 투과한 혈류역학적 뇌 신호를 검출하여 처리하면 산화 헤모글로빈(Oxy Hb)의 농도와 탈산화 헤모글로빈(Deoxy Hb)의 농도를 측정할 수 있다. 뇌의 활성화 영역은 혈액 속의 산화 헤모글로빈(Oxy Hb)에 의해 수송된 산소를 소비하고, 산화 헤모글로빈(Oxy Hb)는 탈산화 헤모글로빈(Deoxy Hb)으로 변한다. 이 두 가지 헤모글로빈은 가시광과 근적외광 영역에서 광 특성을 가지며, 기능적 근적외 분광법(fNIRS)으로 측정한 이들의 농도는 뇌활동의 척도로서 사용될 수 있다. Functional near-infrared spectroscopy (fNIRS) is a method for non-invasively measuring cerebral blood flow changes using near-infrared rays with a wavelength of 600 nm to 1000 nm. . More specifically, by irradiating a living body with near-infrared light and detecting and processing hemodynamic brain signals penetrating tissues, the concentrations of oxyHb and deoxyHb can be measured. Active regions of the brain consume oxygen transported by oxidized hemoglobin (Oxy Hb) in the blood, and oxidized hemoglobin (Oxy Hb) is converted into deoxygenated hemoglobin (Deoxy Hb). These two hemoglobins have optical properties in the visible and near-infrared light regions, and their concentrations measured by functional near-infrared spectroscopy (fNIRS) can be used as a measure of brain activity.

이러한 뇌기능 근적외선 분광법(fNIRS)을 이용하여 뇌 기능 활성도 시각화하는 종래의 모니터링 프로그램으로, NIRS SPM(Near-Infrared Spectroscopy Statistic Parametric Mapping) 툴박스가 존재한다.As a conventional monitoring program for visualizing brain function activity using fNIRS, a NIRS Near-Infrared Spectroscopy Statistic Parametric Mapping (NIRS SPM) toolbox exists.

NIRS SPM은 근적외선 분광(fNIRS) 신호에 대한 MATLAB 기반의 통계적 분석을 이용한 뇌 활성 영역 분석 툴박스(toolbox)이다(도 1 참조). 이러한 NIRS SPM은 높은 통계적 신뢰도를 가지고 있으나 프로그램 실행을 위해서는 피험자(환자)의 해부학적 정보, fNIRS 채널에 대한 3차원 좌표정보, 실험의 블록 디자인등의 많은 준비과정이 필요하며, 많은 연산량과 분석과정이 요구되어 실시간 뇌 활성 분석이 불가능하며 비전문가가 사용하기에는 상당한 노력이 필요한 단점이 있다.NIRS SPM is a brain active region analysis toolbox using MATLAB-based statistical analysis of near-infrared spectroscopy (fNIRS) signals (see FIG. 1). Although this NIRS SPM has high statistical reliability, many preparation processes are required to run the program, such as anatomical information of the subject (patient), 3D coordinate information for the fNIRS channel, and block design of the experiment. Due to this requirement, real-time brain activity analysis is impossible, and it requires considerable effort for non-experts to use.

뇌기능 근적외선 분광법(fNIRS)을 이용하여 뇌 기능 활성도 시각화하는 또 다른 모니터링 프로그램으로 NIRx 사에서 개발한 NIRStar가 있다(도 2 참조).NIRStar developed by NIRx is another monitoring program that visualizes brain function activity using brain function near-infrared spectroscopy (fNIRS) (see FIG. 2).

NIRStar는 fNIRS 장비로부터 얻은 신호를 이용해 실시간으로 신호를 표현하고 뇌 활성을 대략적으로 표현하는 기능을 가지고 있으나, 단순히 신호의 강도를 색으로 표현하는 정도에 불과하며, 뇌 기능 활성도 확인 및 다양한 뇌활성 실험은 블록디자인(예컨대, 휴식구간, 작업구간)에 기반하여 블록간의 대비를 통해 수행하므로, 객관적인 뇌 기능 활성도를 실시간으로 확인할 수 없는 단점이 있다.NIRStar uses signals obtained from fNIRS equipment to express signals in real time and roughly express brain activity. Since is performed through contrast between blocks based on block design (eg, rest period, work period), there is a disadvantage in that objective brain function activity cannot be confirmed in real time.

이에, 본 발명자들은 객관적인 뇌 기능 활성을 실시간으로 시각화할 수 있는 뇌 기능 활성화 시각화 장치 및 방법으로, 뇌 기능 활성을 3차원 표준 머리 모델 표면의 채널 위치에 막대 바의 길이로 표시하고 기설정한 통계범위 값 범위 내에 포함되는지 여부를 막대 바의 색상으로 표시함으로써 직관적으로 뇌 활성을 판단할 수 있는 뇌 기능 활성 시각화 장치 및 방법을 개발하고 본 발명을 완성하였다. Accordingly, the present inventors have developed a brain function activation visualization device and method capable of visualizing objective brain function activity in real time, and displaying the brain function activity as the length of a bar at the channel position on the surface of a 3D standard head model and using a predetermined statistical value. The present invention was completed by developing a brain function activity visualization device and method capable of intuitively determining brain activity by displaying whether or not it is within a range value range with the color of a bar bar.

일 측면에서의 목적은 뇌 기능 활성도 시각화 장치 및 이를 이용한 뇌 기능 활성도 시각화 방법을 제공하는 데 있다.An object of one aspect is to provide a brain functional activity visualization device and a brain functional activity visualization method using the same.

상기 목적을 달성하기 위하여,In order to achieve the above purpose,

일 측면에서는, On one side,

피험자의 뇌에 연결되는 복수의 FNIRS 채널로부터 획득한 혈류역학적 뇌 신호를 이용하여 뇌 기능 활성도를 시각화하는 장치로서,An apparatus for visualizing brain functional activity using hemodynamic brain signals obtained from a plurality of FNIRS channels connected to the brain of a subject,

휴식 상태(resting state)의 뇌로부터 얻은 휴식 상태의 혈류역학적 뇌 신호를 기준으로한 자극 상태의 뇌로부터 얻은 자극 상태의 혈류역학적 뇌 신호 로부터 뇌 활성 계산 지표를 산출하는 신호처리부;a signal processing unit that calculates a brain activity calculation index from the hemodynamic brain signal in a stimulated state obtained from the brain in a stimulated state based on the hemodynamic brain signal in a resting state obtained from the brain in a resting state;

통계적 확률 밀도 함수를 이용하여 상기 뇌 활성 계산 지표로부터 각 FNIRS채널의 뇌 기능 활성도를 산출하는 연산부; 및a calculation unit for calculating brain functional activity of each FNIRS channel from the brain activity calculation index using a statistical probability density function; and

상기 각 FNIRS채널의 뇌 기능 활성도를 3차원 표준 머리 모델의 표면에 막대 바의 길이로 나타내는 출력부;를 포함하는 뇌 기능 활성도 시각화 장치가 제공된다.A brain functional activity visualization device including an output unit representing the brain functional activity of each FNIRS channel as the length of a bar on the surface of the 3D standard head model is provided.

상기 뇌 활성 계산 지표는 대비대 잡음비(contrast to noise raio, CNR), t-value 및 Brain network 중 어느 하나일 수 있고, 보다 바람직하게는 대비대 잡음비(CNR)일 수 잇다.The brain activity calculation index may be any one of a contrast to noise ratio (CNR), a t-value, and a brain network, and more preferably may be a contrast to noise ratio (CNR).

상기 뇌 활성 계산 지표는 혈류역학적 뇌 신호 중 기설정된 통계 분석 시간 윈도우내의 혈류역학적 뇌 신호를 사용하여 중복겹침(overlapping)방법으로 기설정된 주기마다 갱신된다.The brain activity calculation index is updated at predetermined intervals by an overlapping method using hemodynamic brain signals within a predetermined statistical analysis time window among hemodynamic brain signals.

상기 출력부는 컴퓨터 화면에 MATLAB 기반 그래픽 유저인터페이스(GUI)로 출력할 수 있다.The output unit may output a MATLAB-based graphical user interface (GUI) on a computer screen.

상기 그래픽 유저인터페이스(GUI)는The graphical user interface (GUI)

복수의 FNIRS 채널 중 적어도 하나의 FNIRS 채널 위치가 표시되는 3차원 표준 머리 모델 표현부;를 포함한다.and a 3D standard head model representation unit displaying the location of at least one FNIRS channel among a plurality of FNIRS channels.

상기 그래픽 유저인터페이스(GUI)는The graphical user interface (GUI)

상기 3차원 표준 머리 모델 표현부의 복수의 FNIRS 채널 중 적어도 하나의 FNIRS채널의 위치에 막대 바의 길이로서 뇌 기능 활성도를 나타내는 뇌활성 시각화 표현부;를 포함한다.and a brain activity visualization representation unit representing brain functional activity as the length of a bar at the location of at least one FNIRS channel among a plurality of FNIRS channels of the 3D standard head model representation unit.

상기 뇌활성 시각화 표현부는The brain activity visualization expression unit

각 FNIRS채널의 뇌 기능 활성도가 기설정한 통계 범위 내에 포함되는지 여부를 상기 막대 바의 색으로 나타낼 수 있고, 보다 구체적으로는 뇌 기능 활성도가 기설정한 통계 범위보다 낮은 막대 바를 푸른 계열의 색으로, 상기 통계 범위보다 높은 뇌 기능 활성도를 나타내는 막대 바를 붉은 계열의 색으로 나타낼 수 있다.Whether or not the brain functional activity of each FNIRS channel is within a preset statistical range can be indicated by the color of the bar bar, and more specifically, the bar bar whose brain functional activity is lower than the preset statistical range is colored blue. , Bars representing brain functional activity higher than the above statistical range may be displayed in red color.

상기 그래픽 유저인터페이스(GUI)는, The graphical user interface (GUI),

상기 막대 바에 표시되는 색의 스케일을 조절하는 뇌활성 컬러맵 스케일 조절부;를 포함할 수 있다.It may include; a brain activity color map scale adjusting unit for adjusting the scale of the color displayed on the bar.

상기 상기 그래픽 유저인터페이스(GUI)는The graphical user interface (GUI)

상기 혈류역학적 뇌 신호를 나타내는 뇌신호 표현부;를 더 포함할 수 있다.A brain signal expression unit representing the hemodynamic brain signal may be further included.

상기 뇌신호 표현부는 The brain signal expression unit

단일 FNIRS 채널 및 전체 FNIRS 채널의 혈류역학적 뇌 신호 중 하나 이상을 나타낼 수 있다.It may represent one or more of the hemodynamic brain signals of a single FNIRS channel and of all FNIRS channels.

상기 뇌 기능 활성도 시각화 장치는The brain functional activity visualization device

상기 혈류역학적 뇌 신호, 대비대 잡음비(CNR)값 및 뇌 기능 활성도를 저장하는 데이터 저장부;를 더 포함할 수 있다.It may further include a data storage unit for storing the hemodynamic brain signal, contrast-to-noise ratio (CNR) value, and brain function activity.

또한, 상기 뇌 기능 활성도 시각화 장치는In addition, the brain function activity visualization device

상기 저장된 혈류역학적 뇌 신호, 뇌 활성 계산 지표 및 뇌 기능 활성도 중 하나 이상을 이용하여 뇌활성을 분석하는 데이터 분석부;를 더 포함할 수 있다.It may further include a data analyzer that analyzes brain activity using at least one of the stored hemodynamic brain signal, brain activity calculation index, and brain function activity.

다른 일 측면에서는,On the other side,

피험자의 뇌에 연결되며 뇌에 대한 혈류역학적 뇌 신호를 수신하는 복수의 FNIRS 채널을 포함하는 FNIRS 장치; 및an FNIRS device connected to the subject's brain and including a plurality of FNIRS channels for receiving hemodynamic brain signals for the brain; and

상기 뇌 기능 활성도 시각화 장치;를 포함하는, 뇌 기능 활성도 측정 장치가 제공된다.There is provided a device for measuring brain functional activity, including the; the brain functional activity visualization device.

또 다른 일 측면에서는,On another aspect,

피험자의 뇌에 연결되는 복수의 FNIRS 채널로부터 획득한 혈류역학적 뇌 신호를 이용하여 뇌 기능 활성도를 시각화하는 방법으로서,A method of visualizing brain functional activity using hemodynamic brain signals obtained from a plurality of FNIRS channels connected to the brain of a subject,

신호처리부에 의해 휴식 상태(resting state)의 뇌로부터 얻은 휴식 상태의 혈류역학적 뇌 신호를 기준으로한 자극 상태의 뇌로부터 얻은 자극 상태의 혈류역학적 뇌 신호 로부터 뇌 활성 계산 지표를 산출하는 단계;Calculating a brain activity calculation index from the hemodynamic brain signal in a stimulated state based on the hemodynamic brain signal in a resting state obtained from the brain in a resting state by a signal processing unit;

연산부에 의해 통계적 확률 밀도 함수를 이용하여 상기 뇌 활성 계산 지표로부터 각 FNIRS채널의 뇌 기능 활성도를 산출하는 단계; 및Calculating brain functional activity of each FNIRS channel from the brain activity calculation index using a statistical probability density function by a calculation unit; and

출력부에 의해 상기 각 FNIRS채널의 뇌 기능 활성도를 3차원 표준 머리 모델의 표면에 막대 바의 길이로 나타내는 단계;를 포함하는, 뇌 기능 활성도 시각화 방법이 제공된다.A brain functional activity visualization method comprising the step of displaying the brain functional activity of each FNIRS channel as the length of a bar on the surface of a 3D standard head model by an output unit is provided.

일 실시 예에 따른 뇌 기능 활성도 시각화 장치 및 방법은 근적외선 분광(Functional near Infrared Spectroscopy, fNIRS) 신호를 이용하여 뇌 활성도를 실시간으로 시각화할 수 있으며, 뇌기능 활성도를 3차원 표준 머리 모델 표면상에 막대 바의 길이 및 색으로 뇌활성도를 시각화할 수 있어, 직관적으로 뇌 기능 활성을 확인할 수 있다.An apparatus and method for visualizing brain functional activity according to an embodiment can visualize brain activity in real time using a functional near infrared spectroscopy (fNIRS) signal, and displays the brain functional activity as a bar on the surface of a 3D standard head model. Brain activity can be visualized with the length and color of the bar, so you can intuitively check brain function activity.

또한, 일 실시 예에 따른 뇌 기능 활성도 시각화 장치 및 방법은 3차원 표준 헤드모델을 적용하여 대상자의 해부학적 정보, fNIRS 채널에 대한 3차원 좌표 정보등이 요구하지 않는 장점이 있다.In addition, an apparatus and method for visualizing brain function activity according to an embodiment has an advantage of not requiring anatomical information of a subject or 3D coordinate information for an fNIRS channel by applying a 3D standard head model.

또한, 일 실시 예에 따른 뇌 기능 활성도 시각화 장치 및 방법은 MATLAB 기반의 GUI로 출력하므로, 높은 사용자 편의성을 가지며 최소한의 버튼 클릭 만으로 조작이 가능하여 비전문가들도 손쉽게 사용할 수 있는 장점이 있다.In addition, since the apparatus and method for visualizing brain function activity according to an embodiment outputs to a MATLAB-based GUI, it has high user convenience and can be operated with a minimum of button clicks, so that even non-experts can easily use it.

이에 다양한 뇌 자극과 함께 운동 및 언어/인지 기능 작업 수행 중 실시간으로 뇌 기능을 모니터링하고 뇌 활성도를 시각화하는 데 사용될 수 있고, 복합적인 뇌 자극 장치에 적용할 수 있을 뿐 아니라 임상 전문가가 뇌 자극 장치를 자동으로 제어하는 피드백 장치에도 적용할 수 있다. 나아가 일반인의 운동 및 언어/인지 기능 증진을 위해 실시간으로 뇌 신경을 자극하기 위한 장비에도 활용될 수 있다.Therefore, it can be used to monitor brain function and visualize brain activity in real time during movement and language/cognitive function tasks along with various brain stimulation, and can be applied to complex brain stimulation devices as well as brain stimulation devices used by clinical experts. It can also be applied to feedback devices that automatically control Furthermore, it can be used in equipment for stimulating cranial nerves in real time to improve motor and language/cognitive functions of the general public.

본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The effects of the present invention are not limited to the effects mentioned above, and other effects not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the description below.

도 1은 종래의 뇌 기능 활성 모니터링 장치인 NIRS SPM의 구성도를 도시한다.
도 2는 종래의 뇌 기능 활성 모니터링 장치인 NIRStar 구성도를 도시한다.
도 3은 일 실시 예에 따른 뇌 기능 활성도 시각화 장치의 뇌활성 시각화 표현부의 fNIRS 채널 출력 전 3차원 표준 머리 모델을 나타낸다.
도 4는 도 3의 3차원 표준 머리 모델에 fNIRS 채널이 추가된 이미지를 나타낸다.
도 5는 일 실시 예에 따라 뇌 기능 활성도 시각화 장치를 이용하여 뇌 기능 활성도를 시각화한 GUI 를 나타낸다.
1 shows a configuration diagram of a conventional brain function activity monitoring device, NIRS SPM.
2 shows a configuration diagram of NIRStar, which is a conventional brain function activity monitoring device.
3 shows a 3D standard head model before outputting an fNIRS channel of a brain activity visualization expression unit of a brain functional activity visualization apparatus according to an embodiment.
FIG. 4 shows an image in which the fNIRS channel is added to the 3D standard head model of FIG. 3 .
5 illustrates a GUI in which brain functional activity is visualized using a brain functional activity visualization apparatus according to an embodiment.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시 예를 가질 수 있는 바, 특정 실시 예들을 도면을 참조하여 상세하게 설명하도록 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다.Since the present invention can have various changes and various embodiments, specific embodiments will be described in detail with reference to the drawings. However, this is not intended to limit the present invention to specific embodiments, and should be understood to include all modifications, equivalents, and substitutes included in the spirit and scope of the present invention. Like reference numerals have been used for like elements throughout the description of each figure.

제1, 제2의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.The first and second terms may be used to describe various components, but the components should not be limited by the terms. These terms are only used for the purpose of distinguishing one component from another. For example, a first element may be termed a second element, and similarly, a second element may be termed a first element, without departing from the scope of the present invention. The term and/or includes a combination of a plurality of related items or any one of a plurality of related items.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급될 때에는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. It should be understood that when an element is referred to as being "connected" or "connected" to another element, it may be directly connected or connected to the other element, but other elements may exist in the middle. something to do. On the other hand, when an element is referred to as “directly connected” or “directly connected” to another element, it should be understood that no other element exists in the middle.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.Terms used in this application are only used to describe specific embodiments, and are not intended to limit the present invention. Singular expressions include plural expressions unless the context clearly dictates otherwise. In this application, the terms "include" or "have" are intended to designate that there is a feature, number, step, operation, component, part, or combination thereof described in the specification, but one or more other features It should be understood that the presence or addition of numbers, steps, operations, components, parts, or combinations thereof is not precluded.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.Unless defined otherwise, all terms used herein, including technical or scientific terms, have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which the present invention belongs. Terms such as those defined in commonly used dictionaries should be interpreted as having a meaning consistent with the meaning in the context of the related art, and unless explicitly defined in the present application, they should not be interpreted in an ideal or excessively formal meaning. don't

일 측면에서는,On one side,

피험자의 뇌에 연결되는 복수의 FNIRS 채널로부터 획득한 혈류역학적 뇌 신호를 이용하여 뇌 기능 활성도를 시각화하는 장치로서,An apparatus for visualizing brain functional activity using hemodynamic brain signals obtained from a plurality of FNIRS channels connected to the brain of a subject,

휴식 상태(resting state)의 뇌로부터 얻은 휴식 상태의 혈류역학적 뇌 신호를 기준으로한 자극 상태의 뇌로부터 얻은 자극 상태의 혈류역학적 뇌 신호 로부터 뇌 활성 계산 지표를 산출하는 신호처리부;a signal processing unit that calculates a brain activity calculation index from the hemodynamic brain signal in a stimulated state obtained from the brain in a stimulated state based on the hemodynamic brain signal in a resting state obtained from the brain in a resting state;

통계적 확률 밀도 함수를 이용하여 상기 뇌 활성 계산 지표로부터 각 FNIRS채널의 뇌 기능 활성도를 산출하는 연산부; 및a calculation unit for calculating brain functional activity of each FNIRS channel from the brain activity calculation index using a statistical probability density function; and

상기 각 FNIRS채널의 뇌 기능 활성도를 3차원 표준 머리 모델의 표면에 막대 바의 길이로 나타내는 출력부;를 포함하는 뇌 기능 활성도 시각화 장치가 제공된다.A brain functional activity visualization device including an output unit representing the brain functional activity of each FNIRS channel as the length of a bar on the surface of the 3D standard head model is provided.

일 측면에 따른 뇌 기능 활성도 시각화 장치는 피험자의 뇌에 연결되는 복수의 FNIRS 채널로부터 획득한 혈류역학적 뇌 신호를 이용하여 피험자의 뇌 기능 활성도를 시각화하는 장치로서, 뇌 활성도를 3차원 표준 머리 모델의 표면상의 FNIRS채널 위치에 막대 바의 길이로 표시함으로써, 뇌 기능 활성도를 실시간으로 확인할 수 있도록 하는 시각화 장치이다. An apparatus for visualizing brain functional activity according to an aspect is an apparatus for visualizing functional activity of a subject's brain using hemodynamic brain signals obtained from a plurality of FNIRS channels connected to the brain of the subject, and the brain activity is displayed in a 3D standard head model. It is a visualization device that enables real-time confirmation of brain functional activity by displaying the length of a bar at the location of the FNIRS channel on the surface.

이하, 도면을 참조하여 일 측면에 따른 뇌 기능 활성도 시각화 장치를 각 구성별로 상세히 설명한다.Hereinafter, an apparatus for visualizing brain function activity according to an aspect will be described in detail for each component with reference to the drawings.

일 측면에 따른 뇌 기능 활성도 시각화 장치는 휴식 상태(resting state)의 뇌로부터 얻은 휴식 상태의 혈류역학적 뇌 신호를 기준으로한 자극 상태의 뇌로부터 얻은 자극 상태의 혈류역학적 뇌 신호 로부터 뇌 활성 계산 지표를 산출하는 신호처리부;를 포함한다.Brain function activity visualization apparatus according to one aspect is a brain activity calculation index from a hemodynamic brain signal in a stimulated state obtained from a brain in a stimulated state based on a hemodynamic brain signal in a resting state obtained from a brain in a resting state It includes; a signal processing unit that calculates.

이때 상기 "휴식 상태(resting state)"는 외부의 뇌자극이나 대상자가 자체적으로 뇌활성을 일으킬 수 있는 뇌 기능적 활동을 하지 않은 상태를 의미하고, "자극 상태"는 뇌자극이나 뇌 기능적 활동을 하는 상태를 의미한다.At this time, the "resting state" means a state in which external brain stimulation or a subject does not perform brain functional activities that can cause brain activity by itself, and the "stimulation state" means brain stimulation or brain functional activity. means state.

일반적으로는 휴식 상태의 혈류역학적 뇌 신호는 뇌 자극에 대한 활성도를 확인할 때 많은 노이즈를 포함하고 있으므로 뇌로부터 얻은 혈류역학적 뇌 신호를 전처리 없이 사용할 경우 뇌 자극 에 대한 활성도를 얻는 데 부정확할 수 있으며, 자극에 의한 미세 활성값은 구분하기 어려운 문제가 있다. 이에, 휴식 상태의 혈류역학적 뇌 신호를 기본적인 상태((baseline)으로 자극 상태의 혈류역학적 뇌 신호 로부터 산출되는 뇌 활성 계산 지표를 사용하는 것이 보다 바람직하다.In general, hemodynamic brain signals in a resting state contain a lot of noise when checking activity for brain stimulation, so if the hemodynamic brain signal obtained from the brain is used without preprocessing, it may be inaccurate to obtain activity for brain stimulation. There is a problem in that it is difficult to distinguish microscopic activation values caused by stimuli. Therefore, it is more preferable to use the brain activity calculation index calculated from the hemodynamic brain signal in the stimulation state with the hemodynamic brain signal in the resting state as a baseline state.

상기 신호처리부는 혈류역학적 뇌 신호 로부터 뇌 활성 계산 지표를 산출한다.The signal processing unit calculates a brain activity calculation index from the hemodynamic brain signal.

상기 뇌 활성 계산 지표는 대비대 잡음비(contrast to noise raio, CNR), t-value 및 Brain network 중 어느 하나일 수 있으며, 보다 바람직하게는 대비대 잡음비(CNR)값일 수 있다.The brain activity calculation index may be any one of a contrast to noise ratio (CNR), a t-value, and a brain network, and more preferably may be a contrast to noise ratio (CNR) value.

대비대잡음비(CNR)이외의 다른 방법들은 뇌 신호를 모두 측정한 이후에 뇌활성도를 산출할 수 있으나 대비대 잡음비(CNR)의 경우 휴식상태의 뇌신호를 기준으로 그 수치와 현재 측정되는 수 초정도의 뇌신호의 수치를 대비하여 뇌활성도를 실시간 산출한다. 따라서 수 초정도의 시간지연을 가지는 실시간 뇌활성을 측정할 수 있는 장점이 있다.Other methods other than contrast-to-noise ratio (CNR) can calculate brain activity after measuring all brain signals. Brain activity is calculated in real time by comparing the level of brain signals. Therefore, there is an advantage in that real-time brain activity can be measured with a time delay of several seconds.

일 측면에 따른 뇌 기능 활성도 시각화 장치는 뇌 활성 계산 지표로서 대비대 잡음비(CNR)을 이용함으로써, 뇌 자극에 대한 뇌 기능 활성을 보다 높은 분해능으로 측정할 수 있고, 상기 대비대 잡음비(CNR)값을 기설정된 주기로 갱신함으로써 뇌 기능 활성을 실시간 확인할 수 있다.An apparatus for visualizing brain functional activity according to an aspect may measure brain functional activity for brain stimulation with higher resolution by using a contrast-to-noise ratio (CNR) as a brain activity calculation index, and the contrast-to-noise ratio (CNR) value By updating at a predetermined cycle, it is possible to check brain function activity in real time.

이를 위해 상기 신호처리부는 예를 들어, 휴식 상태(resting state)의 뇌로부터 일정시간동안 혈류역학적 뇌 신호를 획득한 후 뇌에 자극을 가하여 혈류역학적 뇌 신호 가 획득될 때 아래의 식 1을 통해 계산함으로써, 대비대 잡음비(CNR)을 산출할 수 있다.To this end, the signal processing unit obtains, for example, a hemodynamic brain signal from the brain in a resting state for a certain period of time, and then applies a stimulus to the brain to obtain a hemodynamic brain signal. Calculated through Equation 1 below By doing so, the contrast-to-noise ratio (CNR) can be calculated.

<식 1><Equation 1>

Figure 112021022784583-pat00001
Figure 112021022784583-pat00001

Figure 112021022784583-pat00002
: 자극 상태에서 실시간으로 취득하는 혈류역학적 뇌 신호 데이터의 기설정된 주기동안의 평균
Figure 112021022784583-pat00002
: Average during a preset period of hemodynamic brain signal data acquired in real time under stimulation

Figure 112021022784583-pat00003
: 사전 취득한 휴식 상태의 혈류역학적 뇌 신호 데이터의 평균
Figure 112021022784583-pat00003
: Average of pre-acquired resting hemodynamic brain signal data

Figure 112021022784583-pat00004
: 자극 상태에서 실시간으로 취득하는 혈류역학적 뇌 신호 데이터의 기설정된 주기동안의 분산
Figure 112021022784583-pat00004
: Dispersion during a preset period of hemodynamic brain signal data acquired in real time under stimulation

Figure 112021022784583-pat00005
: 사전 취득한 휴식 상태의 혈류역학적 뇌 신호 데이터의 분산
Figure 112021022784583-pat00005
: Variance of pre-acquired resting hemodynamic brain signal data

상기 뇌 활성 계산 지표는 혈류역학적 뇌 신호 중 기설정된 통계 분석 시간 윈도우내의 혈류역학적 뇌 신호를 사용하여 70% 내지 90%의 중복겹침(overlapping), 보다 바람직하게는 80%의 중복겹침(overlapping)방법으로 기설정된 주기마다 갱신된다.The brain activity calculation index is an overlapping method of 70% to 90%, more preferably 80%, using hemodynamic brain signals within a predetermined statistical analysis time window among hemodynamic brain signals. It is updated every predetermined cycle.

여기서 통계 분석 시간 윈도우는 가변적으로 설정 가능할 수 있으나, 통계 분석 시간 윈도우의 시간을 길게 잡을 경우 더 많은 뇌신호 데이터를 활용할 수 있으므로 통계적으로 더 정확한 값을 얻을 수 있지만 그 시간만큼의 실시간 뇌활성 산출의 시간지연이 발생하고 갱신시간이 오래 걸리기 때문에 현재의 뇌활성과의 차이가 발생할 수 있다. 반면 통계 분석 시간 윈도우의 시간을 너무 짧게 잡을 경우 너무 적은 뇌신호 데이터만으로 뇌활성을 산출해야 하기 때문에 신뢰도를 확보하기 어려울 수 있다. Here, the statistical analysis time window can be set variably, but if the time of the statistical analysis time window is set long, more brain signal data can be used, so statistically more accurate values can be obtained. Because time delay occurs and update time takes a long time, a difference from the current brain activity may occur. On the other hand, if the statistical analysis time window is set too short, it may be difficult to secure reliability because brain activity must be calculated with too little brain signal data.

이에 70% 내지 90%, 보다 바람직하게는 80%의 과거의 값을 중복하여 사용하는 중복겹침을 이용하여 뇌활성의 신뢰도는 그대로 유지하고 갱신시간은 5배 더 빠르게 유지할 수 있다.Accordingly, the reliability of brain activity can be maintained and the update time can be maintained 5 times faster by using overlapping, in which past values of 70% to 90%, more preferably 80%, are repeatedly used.

상기 기 설정된 주기는 실시간분석을 위해 뇌 활성 계산 지표를 갱신하는 주기로, 0.5초 내지 1분, 보다 바람직하게는 0.5초 내지 10초일 수 있으나 이에 제한된 것은 아니며, 뇌 기능 활성도를 실시간 분석하는데 적합한 값으로서 사용자의 요구에 따라 달라질 수 있다. The predetermined period is a period of updating the brain activity calculation index for real-time analysis, and may be 0.5 seconds to 1 minute, more preferably 0.5 seconds to 10 seconds, but is not limited thereto, and is a value suitable for real-time analysis of brain activity activity. It can be changed according to the user's needs.

일 측면에 따른 뇌 기능 활성도 시각화 장치는 통계적 확률 밀도 함수를 이용하여 상기 뇌 활성 계산 지표로부터 각 FNIRS채널의 뇌 기능 활성도를 산출하는 연산부;를 포함한다.An apparatus for visualizing brain functional activity according to an aspect includes a calculator configured to calculate brain functional activity of each FNIRS channel from the brain activity calculation index using a statistical probability density function.

여기서 "뇌 기능 활성도"는 뇌 기능 활성 정도를 객관적인 수치값을 의미하며, 이하의 방법으로 산출될 수 있다.Here, "brain functional activity" means an objective numerical value of the degree of brain functional activity, and can be calculated by the following method.

확률 밀도 함수를 이용해 산출한 뇌 활성 지표는 전체 표본중 해당값이 확률적으로 어느 위치에 해당하는지를 쉽게 판단할 수 있으며, 뇌활성지표가 높은 상태, 보통인 상태, 낮은 상태 등을 p-값만으로 간단하게 구별할 수 있다. 사용자가 기설정한 p-값 이상인 경우 뇌활성이 높은 상태, p-값 이하는 낮은 상태, 그 사이는 보통인 상태로 표현 할 수 있다.The brain activity index calculated using the probability density function makes it easy to determine which position the value corresponds to probabilistically among the entire sample, and the state with high brain activity index, normal state, and low state can be determined only with p-value. can be easily distinguished. If the p-value is greater than or equal to the user's predetermined p-value, it can be expressed as a high brain activity state, a p-value less than a low state, and a normal state in between.

또한, 상기 연산부는 상기 뇌 기능 활성도가 기설정한 통계범위 내에 포함되는지 여부를 산출할 수 있으며, 이를 통해 3차원 표준 머리 모델 표면의 각 FNIRS 채널 위치의 배치되는 막대 바의 색으로 뇌 기능 활성도가 기설정한 통계범위 내에 포함되는지 여부를 표시하도록 할 수 있다. In addition, the calculation unit may calculate whether the brain functional activity is within a predetermined statistical range, and through this, the brain functional activity is indicated by the color of the bar at the position of each FNIRS channel on the surface of the 3D standard head model. Whether or not it is within a preset statistical range can be displayed.

일 측면에 따른 뇌 기능 활성도 시각화 장치는 상기 혈류역학적 뇌 신호, 뇌 활성 계산 지표 및 뇌 기능 활성도를 저장하는 데이터 저장부;를 더 포함할 수 있다.The apparatus for visualizing brain functional activity according to one aspect may further include a data storage unit configured to store the hemodynamic brain signal, the brain activity calculation index, and the brain functional activity.

일 측면에 따른 뇌 기능 활성도 시각화 장치는 실시간 모니터링하는 동안 갱신되는 뇌 활성 계산 지표을 모두 저장할 수 있으며, 이를 통해 과거의 뇌 활성에 대한 데이터를 확인할 수 있고, 시간에 따른 뇌활성 변화를 분석할 수 있다.The apparatus for visualizing brain functional activity according to one aspect may store all brain activity calculation indexes updated during real-time monitoring, through which data on brain activity in the past may be checked, and changes in brain activity over time may be analyzed. .

일 측면에 따른 뇌 기능 활성도 시각화 장치는 상기 저장된 혈류역학적 뇌 신호, 뇌 활성 계산 지표 및 뇌 기능 활성도 중 하나 이상을 이용하여 뇌활성을 분석하는 데이터 분석부;를 더 포함할 수 있다.The apparatus for visualizing brain functional activity according to one aspect may further include a data analyzer configured to analyze brain activity using at least one of the stored hemodynamic brain signal, brain activity calculation index, and brain functional activity.

일 측면에 따른 뇌 기능 활성도 시각화 장치는 실시간으로 NIRS 신호, 뇌 활성 계산 지표 및 뇌 기능 활성도를 획득할 수 있는 것과 더불어 과거의 NIRS 신호, 뇌 활성 계산 지표 및 뇌 기능 활성도를 저장할 수 있어 재활 운동 전후 혹은 자극 전후에 취득한 뇌 기능 활성도를 비교 분석할 수 있다.An apparatus for visualizing brain functional activity according to one aspect can acquire NIRS signals, brain activity calculation indicators, and brain functional activity in real time, and store past NIRS signals, brain activity calculation indicators, and brain function activity before and after rehabilitation exercise. Alternatively, the brain functional activity acquired before and after stimulation can be compared and analyzed.

일 측면에 따른 뇌 기능 활성도 시각화 장치는 상기 각 FNIRS채널의 뇌 기능 활성도를 3차원 표준 머리 모델의 표면에 막대 바의 길이로 나타내는 출력부;를 포함한다.An apparatus for visualizing brain functional activity according to an aspect includes an output unit displaying the brain functional activity of each FNIRS channel as the length of a bar on the surface of a 3D standard head model.

일 측면에 따른 뇌 기능 활성도 시각화 장치는 뇌 기능 활성의 객관적 수치인 뇌 기능 활성도를 3차원 표준 머리 모델의 표면에 막대 바의 길이로 나타냄으로써 뇌 기능 활성도를 실시간 빠르게 확인할 수 있는 장점이 있다.An apparatus for visualizing brain functional activity according to one aspect has the advantage of quickly checking brain functional activity in real time by displaying the brain functional activity, which is an objective measure of brain functional activity, as the length of a bar on the surface of a 3D standard head model.

상기 출력부는 컴퓨터 화면에 MATLAB 기반 그래픽 유저인터페이스(GUI)로 출력할 수 있다.The output unit may output a MATLAB-based graphical user interface (GUI) on a computer screen.

일 측면에 따른 뇌 기능 활성도 시각화 장치는 뇌 기능 활성도를 컴퓨터 화면에 MATLAB 기반 그래픽 유저인터페이스(GUI)로 출력함으로써 높은 사용자 편의성을 가질 수 있고 최소한의 버튼 클릭만으로 조작이 가능하여 비전문가들도 손쉽게 사용할 수 있는 장점이 있다.Brain function activity visualization device according to one aspect can have high user convenience by outputting brain function activity on a computer screen as a MATLAB-based graphical user interface (GUI), and can be operated with a minimum of button clicks, so that non-experts can easily use it There are advantages to being

상기 그래픽 유저인터페이스(GUI)는The graphical user interface (GUI)

복수의 FNIRS 채널 중 적어도 하나의 FNIRS 채널 위치가 표시되는 3차원 표준 머리 모델 표현부; 및a 3D standard head model display unit displaying a location of at least one FNIRS channel among a plurality of FNIRS channels; and

상기 3차원 표준 머리 모델 표현부의 복수의 FNIRS 채널 중 적어도 하나의 FNIRS채널의 위치에 막대 바의 길이로서 뇌 기능 활성도를 나타내는 뇌활성 시각화 표현부;를 포함한다.and a brain activity visualization representation unit representing brain functional activity as the length of a bar at the location of at least one FNIRS channel among a plurality of FNIRS channels of the 3D standard head model representation unit.

도 3은 일 실시 예에 따른 그래픽 유저인터페이스(GUI)에서 사용되는 3차원 표준 머리 모델 표현부를 나타내고, 도 4는 도 3의 3차원 표준 머리 모델 표현부에 fNIRS 채널이 추가된 이미지를 나타낸다.FIG. 3 shows a 3D standard head model representation unit used in a graphical user interface (GUI) according to an embodiment, and FIG. 4 shows an image in which an fNIRS channel is added to the 3D standard head model representation unit of FIG. 3 .

일 측면에 따른 뇌 기능 활성도 시각화 장치는 그래픽 유저인터페이스(GUI)를 통해, 상기 3차원 표준 머리 모델 표현부에 표시되는 복수의 FNIRS 채널에 대해 사용자의 요구에 따라 FNIRS 채널을 온/오프할 수 있어, 예를 들어, 1개의 FNIRS 채널을 활성화시킬 수 있고, 또는 전체 FNIRS 채널을 활성화시킬 수 있다.An apparatus for visualizing brain function activity according to an aspect can turn on/off FNIRS channels according to a user's request for a plurality of FNIRS channels displayed on the 3D standard head model representation unit through a graphical user interface (GUI). , for example, one FNIRS channel may be activated, or all FNIRS channels may be activated.

상기 뇌활성 시각화 표현부는 각 FNIRS채널의 뇌 기능 활성도가 기설정한 통계 범위 내에 포함되는지 여부를 상기 막대 바의 색으로 나타낼 수 있다.The brain activity visualization representation unit may indicate whether the brain function activity of each FNIRS channel is within a predetermined statistical range by the color of the bar bar.

보다 구체적으로는 뇌 기능 활성도가 기설정한 통계 범위보다 낮은 막대 바를 푸른 계열의 색으로, 상기 통계 범위보다 높은 뇌 기능 활성도를 나타내는 막대 바를 붉은 계열의 색으로 나타낼 수 있다.More specifically, a bar bar indicating a brain functional activity lower than a predetermined statistical range may be displayed in a blue color, and a bar bar indicating a brain functional activity higher than the statistical range may be displayed in a red color.

일 측면에 따른 뇌 기능 활성도 시각화 장치는 3차원 표준 머리 모델 표현부에 복수의 FNIRS 채널 전체 또는 일부를 표시할 수 있고, 표시된 FNIRS 채널로부터 얻은 뇌 신호로부터 상기 FNIRS 채널 위치의 뇌기능 활성도를 3차원 표준 머리 모델 표면상에 막대 바의 길이 및 색으로 시각화할 수 있어, 뇌 기능 활성도를 직관적으로 빠르고 확인할 수 있는 장점이 있다.An apparatus for visualizing brain functional activity according to an aspect may display all or part of a plurality of FNIRS channels on a 3D standard head model representation unit, and calculates brain functional activity at a location of the FNIRS channel from a brain signal obtained from the displayed FNIRS channel. Since it can be visualized as the length and color of a bar on the surface of a standard head model, it has the advantage of intuitively and quickly checking the activity of brain functions.

상기 그래픽 유저인터페이스(GUI)는, 상기 막대 바에 표시되는 색의 스케일을 조절하는 뇌활성 컬러맵 스케일 조절부;를 더 포함할 수 있다.The graphical user interface (GUI) may further include a brain activation color map scale adjusting unit that adjusts a scale of colors displayed on the bar.

일 측면에 따른 뇌 기능 활성도 시각화 장치는 뇌 기능 활성도가 기설정한 통계 범위 내에 포함되는지 여부를 상기 막대 바의 색으로 표시하되, 상기 뇌활성 컬러맵 스케일 조절부를 통해 약하거나 강한 뇌활성을 모두 표현할 수 있도록 상기 막대 바에 표시되는 색의 스케일을 조절할 수 있으며, 이를 통해 다양한 자극 및 기능적 작업을 수행할 수 있다.The apparatus for visualizing brain functional activity according to one aspect displays whether the brain functional activity is within a predetermined statistical range by the color of the bar bar, and expresses both weak and strong brain activities through the brain activity color map scale control unit. It is possible to adjust the scale of the color displayed on the bar so that various stimuli and functional tasks can be performed.

상기 그래픽 유저인터페이스(GUI)는 상기 혈류역학적 뇌 신호를 나타내는 뇌신호 표현부;를 를 더 포함할 수 있다.The graphic user interface (GUI) may further include a brain signal expression unit representing the hemodynamic brain signal.

상기 뇌신호 표현부는 단일 FNIRS 채널 및 전체 FNIRS 채널의 혈류역학적 뇌 신호 중 하나 이상을 나타낼 수 있다.The brain signal expression unit may represent one or more of hemodynamic brain signals of a single FNIRS channel and all FNIRS channels.

예를 들어, 도 5에서와 같이 상기 그래픽 유저인터페이스(GUI)는 컴퓨터 화며의 우측 상단에 전체 혈류역학적 뇌 신호 표현부를 나타내고, 우측 하단에 단일 혈류역학적 뇌 신호 표현부 및 전체 혈류역학적 뇌 신호 표현부를 나타낼 수 있으며, 단일 FNIRS 채널 및 전체 FNIRS 채널의 혈류역학적 뇌 신호 중 하나 이상을 나타낼 수 있다.For example, as shown in FIG. 5, the graphical user interface (GUI) shows the entire hemodynamic brain signal representation unit on the upper right of the computer screen, and a single hemodynamic brain signal representation unit and the entire hemodynamic brain signal representation unit on the lower right side of the computer screen. It can represent one or more of the hemodynamic brain signals of a single FNIRS channel and all FNIRS channels.

상기 그래픽 유저인터페이스(GUI)는 상기 데이터 저장부에 저장된 데이터를 출력시킬 수 있다.The graphic user interface (GUI) may output data stored in the data storage unit.

예를 들어, 상기 그래픽 유저인터페이스(GUI)는 뇌활성 표현 시점 조절부를 더 포함할 수 있고, 상기 뇌활성 표현 시점 조절부는 통해 실시간 뿐만아니라 과거 시점의 뇌활성을 출력하기 위한 시간을 조절할 수 있으며, 이를 통해 상기 데이터저장부에 저장된 과거의 혈류역학적 뇌 신호, 뇌 활성 계산 지표 및 뇌 기능 활성도 중 적어도 하나를 출력할 수 있다. For example, the graphical user interface (GUI) may further include a brain activity expression time control unit, and through the brain activity expression time control unit, a time for outputting not only real-time but also brain activity at a past time point may be adjusted, Through this, at least one of a past hemodynamic brain signal stored in the data storage unit, a brain activity calculation index, and brain functional activity may be output.

다른 일 측면에서는on the other side

피험자의 뇌에 연결되며 뇌에 대한 혈류역학적 뇌 신호를 수신하는 복수의 FNIRS 채널을 포함하는 FNIRS 장치; 및an FNIRS device connected to the subject's brain and including a plurality of FNIRS channels for receiving hemodynamic brain signals for the brain; and

상기 뇌 기능 활성도 시각화 장치;를 포함하는, 뇌 기능 활성도 측정 장치가 제공된다.There is provided a device for measuring brain functional activity, including the; the brain functional activity visualization device.

상기 뇌 기능 활성도 측정 장치는 FNIRS 장치 및 전술한 뇌 기능 활성도 시각화 장치를 포함하는 것을 특징으로 한다.The device for measuring brain functional activity is characterized in that it includes an FNIRS device and the above-described brain functional activity visualization device.

상기 뇌 기능 활성도 측정 장치는 뇌 자극 장치를 더 포함할 수 있다.The brain function activity measurement device may further include a brain stimulation device.

또 다른 일 측면에서는On another aspect

피험자의 뇌에 연결되는 복수의 FNIRS 채널로부터 획득한 혈류역학적 뇌 신호를 이용하여 뇌 기능 활성도를 시각화하는 방법으로서,A method of visualizing brain functional activity using hemodynamic brain signals obtained from a plurality of FNIRS channels connected to the brain of a subject,

신호처리부에 의해 휴식 상태(resting state)의 뇌로부터 얻은 휴식 상태의 혈류역학적 뇌 신호 대비 자극 상태의 뇌로부터 얻은 자극 상태의 혈류역학적 뇌 신호 의 뇌 활성 계산 지표를 산출하는 단계;Calculating a brain activity calculation index of a hemodynamic brain signal in a stimulated state compared to a hemodynamic brain signal in a resting state obtained from a brain in a resting state by a signal processing unit;

연산부에 의해 통계적 확률 밀도 함수를 이용하여 상기 뇌 활성 계산 지표로부터 각 FNIRS채널의 뇌 기능 활성도를 산출하는 단계; 및Calculating brain functional activity of each FNIRS channel from the brain activity calculation index using a statistical probability density function by a calculation unit; and

출력부에 의해 상기 산출된 뇌 기능 활성도를 컴퓨터 화면에 MATLAB 기반 그래픽 유저인터페이스(GUI)로 출력하는 단계;를 포함하는, 뇌 기능 활성도 시각화 방법이 제공된다.There is provided a brain function activity visualization method including; outputting the calculated brain function activity by an output unit to a MATLAB-based graphical user interface (GUI) on a computer screen.

상기 뇌 기능 활성도 시각화 방법은 전술한 뇌 기능 활성도 시각화 장치의 구성 일부 또는 전부를 포함할 수 있다.The brain function activity visualization method may include some or all of the components of the brain function activity visualization device described above.

이하, 실시 예 및 실험 예를 통하여 본 발명을 상세하게 설명한다. Hereinafter, the present invention will be described in detail through examples and experimental examples.

단, 하기 실시 예 및 실험 예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐, 본 발명의 내용이 하기의 실시 예에 의해 한정되는 것은 아니다.However, the following examples and experimental examples are only to illustrate the present invention, and the contents of the present invention are not limited by the following examples.

<실시 예 1><Example 1>

단계 1: 피험자의 머리에 뇌 자극 장치의 전극 및 fNIRS 장치의 FNIRS 채널을 포함하는 캡을 착용시킨 후 FNIRS 장치로부터 특별한 자극이 가해지지 않은 피험자의 휴식 상태(resting state)의 뇌에 대해 혈류역학적 뇌 신호를 획득하여 데이터 저장부에 저장하였다.Step 1: After wearing a cap containing the electrodes of the brain stimulation device and the FNIRS channel of the fNIRS device on the subject's head, hemodynamic brain for the brain of the subject in a resting state to which no special stimulation was applied from the FNIRS device A signal was acquired and stored in a data storage unit.

단계 2: 자극이 가해지는 상태의 피험자의 뇌로부터 혈류역학적 뇌 신호를 획득하고, 휴식 상태를 기준으로 하여 자극 상태에 대한 대비대 잡음비(CNR)값을 아래의 식 1로 계산하였다.Step 2: A hemodynamic brain signal was obtained from the brain of a subject in a state in which stimulation was applied, and a contrast-to-noise ratio (CNR) value for the stimulation condition was calculated using Equation 1 below, based on the resting condition.

이때 상기 대비대 잡음비(CNR)값은 20초의 통계 분석 시간 윈도우 내의 측정 데이터를 사용하여 80% 중복겹침(overlapping)을 통해 5초마다 값을 갱신하였다.At this time, the contrast-to-noise ratio (CNR) value was updated every 5 seconds through 80% overlapping using measurement data within a statistical analysis time window of 20 seconds.

<식 1> <Equation 1>

Figure 112021022784583-pat00006
Figure 112021022784583-pat00006

Figure 112021022784583-pat00007
: 자극 상태에서 실시간으로 취득하는 혈류역학적 뇌 신호 데이터의 기설정된 주기동안의 평균
Figure 112021022784583-pat00007
: Average during a preset period of hemodynamic brain signal data acquired in real time under stimulation

Figure 112021022784583-pat00008
: 사전 취득한 휴식 상태의 혈류역학적 뇌 신호 데이터의 평균
Figure 112021022784583-pat00008
: Average of pre-acquired resting hemodynamic brain signal data

Figure 112021022784583-pat00009
: 자극 상태에서 실시간으로 취득하는 혈류역학적 뇌 신호 데이터의 기설정된 주기동안의 분산
Figure 112021022784583-pat00009
: Dispersion during a preset period of hemodynamic brain signal data acquired in real time under stimulation

Figure 112021022784583-pat00010
: 사전 취득한 휴식 상태의 혈류역학적 뇌 신호 데이터의 분산
Figure 112021022784583-pat00010
: Variance of pre-acquired resting hemodynamic brain signal data

(이때, 기설정된 주기는 5초임)(At this time, the preset cycle is 5 seconds)

단계 3: 통계적 확률 밀도 함수를 이용하여 상기 대비대 잡음비(CNR)값으로부터 각 FNIRS채널의 뇌 기능 활성도를 산출하였다.Step 3: The brain functional activity of each FNIRS channel was calculated from the contrast-to-noise ratio (CNR) value using a statistical probability density function.

단계 4: 상기 산출된 뇌 기능 활성도를 컴퓨터 화면에 MATLAB 기반 그래픽 유저인터페이스(GUI)로 출력하였다.Step 4: The calculated brain functional activity was output to a MATLAB-based graphical user interface (GUI) on a computer screen.

도 5는 실시 예 1에 의해 출력되는 GUI이고, 아래의 표 1은 도 5의 GUI에 표시되는 사용자 환경 및 기능 설명표이다. 5 is a GUI output by Example 1, and Table 1 below is a user environment and function description table displayed on the GUI of FIG. 5 .

영역area 제목title 기능function (a)(a) 뇌 활성 계산
지표 선택부
Brain activity calculation
indicator selection part
CNR, t-value, Brain networkCNR, t-value, Brain network
(b)(b) 머리 모델 표현부head model expression 저장된 채널셋을 불러오며 채널위치, 10-20 좌표의 표현을 on/off 할 수 있는 기능A function that can turn on/off the expression of channel position and 10-20 coordinates while recalling the saved channel set (c)(c) 실시간 분석
제어 및 명령부
real-time analysis
control and command
실시간 스트리밍 데이터 획득, 실시간 뇌활성 영역 및 뇌신호 표현 시작 및 종료 버튼과 통계분석 시간 윈도우 크기와 p값을 설정Real-time streaming data acquisition, real-time brain active area and brain signal expression start and end buttons, and statistical analysis time window size and p-value settings
(d)(d) 저장된 뇌신호 로드부Saved Brain Signal Loading Unit 저장된 뇌신호를 다시 불러와 뇌활성 및 신호 분석 기능 수행Recalling stored brain signals to perform brain activity and signal analysis functions (e)(e) 저장된 뇌 활성 계산 지표 로드부Stored brain activity calculation indicator loading unit 저장된 뇌 활성 정보를 저장한 파일을 불러와 다시 분석하는 기능 수행Function to load and re-analyze a file in which stored brain activity information is stored (f)(f) 전체 채널 뇌신호 표현부All-channel brain signal expression unit 모든 채널의 뇌신호 표현하는 윈도우A window that expresses the brain signals of all channels (g)(g) 단일 채널 뇌신호 표현부Single channel brain signal expression unit 단일 채널을 선택하여 뇌신호를 표현하는 윈도우A window that selects a single channel and expresses the brain signal (h)(h) 뇌활성 컬러맵
스케일 조절부
brain activity color map
scale control
약하거나 강한 뇌활성을 모두 표현할 수 있도록 컬러맵의 스케일을 조절 기능 Ability to adjust the scale of the color map to express both weak and strong brain activity
(i)(i) 뇌활성
시각화 표현부
brain activity
visualization expression part
뇌활성을 컬러맵으로 표현함과 동시에 객관적 시각화를 위한 바 길이와 통계적 p-값을 통해 3가지 색으로 표현Brain activity is expressed as a color map and at the same time expressed in three colors through bar lengths and statistical p-values for objective visualization
(j)(j) 뇌활성 표현
시점 조절부
expression of brain activity
viewpoint control unit
실시간 뿐만아니라 과거 시점의 뇌활성을 표현하기 위한 시점 조절 기능Viewpoint control function to express brain activity in real time as well as in the past

도 5 및 상기 표 1을 참조하면, 일 실시 예에 따른 GUI는 (a)뇌 활성 계산 지표 선택부 및 (b)머리 모델 표현부, (c)실시간 분석 제어 및 명령부, (d)저장된 채널 로드부, (e)저장된 뇌 활성 계산 지표 로드부, (f)전체 혈류역학적 뇌 신호 표현부, (g) 단일 혈류역학적 뇌 신호 표현부, (h)뇌활성 컬러맵 스케일 조절부, (i)뇌활성 시각화 표현부 및 (j)뇌활성 표현 시점 조절부를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 5 and Table 1, the GUI according to an embodiment includes (a) a brain activity calculation index selection unit and (b) a head model expression unit, (c) a real-time analysis control and command unit, (d) a stored channel Load unit, (e) stored brain activity calculation index load unit, (f) whole hemodynamic brain signal representation unit, (g) single hemodynamic brain signal representation unit, (h) brain activity color map scale control unit, (i) It may include a brain activity visualization expression unit and (j) a brain activity expression time point control unit.

도 5의 GUI의 상단에 (a)뇌 활성 계산 지표 선택부 및 (b)머리 모델 표현부, (c)실시간 분석 제어 및 명령부, (d)저장된 채널 로드부 및 (e)저장된 뇌 활성 계산 지표 로드부를 표시할 수 있다.At the top of the GUI of FIG. 5, (a) a brain activity calculation index selection unit and (b) a head model expression unit, (c) a real-time analysis control and command unit, (d) a stored channel loading unit, and (e) a stored brain activity calculation unit. The indicator loading part can be displayed.

사용자는 (a)뇌 활성 계산 지표 선택부를 통해 CNR, t-value 및, Brain network 중 어느 하나의 뇌 활성 계산 지표를 선택할 수 있고 (b)머리 모델 표현부를 통해 저장된 채널셋을 불러오며 FNIRS 채널를 추가, 제거할 수 있고 10-20 좌표의 표현을 온/오프할 수 있다.The user can (a) select any one brain activity calculation index from CNR, t-value, and Brain network through the brain activity calculation index selection unit, and (b) load the saved channel set through the head model expression unit and add the FNIRS channel , can be removed and the representation of 10-20 coordinates can be turned on/off.

또한, 사용자는 (c)실시간 분석 제어 및 명령부는 시작 및 종료 버튼을 통해 3차우너 표준 머리 모델 상에 표시되는 뇌활성도 표현 및 (f)전체 혈류역학적 뇌 신호 표현부에 표시되는 혈류역학적 뇌 신호 표현을 시작 및 종료할 수 있고, 신호 데이터를 취득하여 분석하는 통계분석 시간 윈도우 크기를 설정할 수 있고, 산출된 현재 뇌 활성 지표의 높고 낮음을 판단하는 기준이 되는 p값을 설정할 수 있다.In addition, the user can (c) the real-time analysis control and command unit through the start and end buttons to express the brain activity displayed on the third-order standard head model and (f) the hemodynamic brain signal displayed on the whole hemodynamic brain signal representation unit. Expression can be started and ended, a statistical analysis time window size for acquiring and analyzing signal data can be set, and a p-value can be set as a criterion for judging whether the current brain activity index is high or low.

또한, 사용자는 (d)저장된 채널 로드부를 통해 저장된 혈류역학적 뇌 신호를 다시 불러와 뇌활성 및 뇌 신호 분석을 수행할 수 있고, (e)저장된 뇌 활성 계산 지표 로드부를 통해 저장된 뇌 활성 정보를 저장한 파일을 불러와 다시 분석할 수 있다. In addition, the user can perform brain activity and brain signal analysis by reloading the stored hemodynamic brain signal through (d) the stored channel loading unit, and (e) store the brain activity information stored through the stored brain activity calculation indicator loading unit. You can load a file and analyze it again.

도 5의 GUI의 우측에는 신호 표현부로서, 전체 채널의 혈류역학적 뇌 신호를 표시하는 (f)전체 혈류역학적 뇌 신호 표현부, 선택된 단일 채널의 혈류역학적 뇌 신호를 표시하는 (g) 단일 혈류역학적 뇌 신호 표현부를 포함한다.On the right side of the GUI of FIG. 5 are signal representation units, (f) displaying the hemodynamic brain signal of all channels, and (g) displaying the hemodynamic brain signal of the selected single channel. It includes a brain signal representation part.

또한 도 5의 GUI의 좌측에는 뇌활성을 컬러맵으로 표현함과 동시에 객관적 수치인 뇌활성도를 머리모델 상에 막대 바(bar)의 길이 및 색으로 나타내는 (i)뇌활성 시각화 표현부를 포함한다.In addition, the left side of the GUI of FIG. 5 includes (i) a brain activity visualization representation unit that expresses brain activity as a color map and at the same time displays objective numerical brain activity as the length and color of a bar on the head model.

이때, 상기 막대 바의 색 중 붉은색은 확률밀도함수상 뇌활성이 높은 상태, 녹색은 보통인 상태, 파란색은 낮은 상태를 의미하며 따뜻한 색이 높은 값을 나타내며 차가운 색이 낮은 값을 나타낸다. At this time, among the colors of the bar, red means a high brain activity, green means a normal state, and blue means a low state in terms of the probability density function, and a warm color indicates a high value and a cool color indicates a low value.

또한 상기 (i)뇌활성 시각화 표현부 하단에는 (j)뇌활성 표현 시점 조절부를 포함하며, 이를 통해 실시간 뿐만아니라 과거 시점의 뇌활성을 표현하기 위한 시간을 조절할 수 있다.In addition, a (j) brain activity expression time control unit is included at the bottom of the (i) brain activity visualization expression unit, through which time for expressing brain activity in real time as well as in the past can be adjusted.

또한, 도 5의 GUI의 중앙에는 (h)뇌활성 컬러맵 스케일 조절부를 표시하며 이를 통해 약하거나 강한 뇌활성을 모두 표현할 수 있도록 컬러맵의 스케일을 조절할 수 있다.In addition, (h) a brain activity color map scale control unit is displayed in the center of the GUI of FIG. 5, and through this, the color map scale can be adjusted so that both weak and strong brain activities can be expressed.

Claims (16)

피험자의 뇌에 연결되는 복수의 FNIRS 채널로부터 획득한 혈류역학적 뇌 신호를 이용하여 뇌 기능 활성도를 시각화하는 장치로서,
휴식 상태(resting state)의 뇌로부터 얻은 휴식 상태의 혈류역학적 뇌 신호를 기준으로한 자극 상태의 뇌로부터 얻은 자극 상태의 혈류역학적 뇌 신호 로부터 뇌 활성 계산 지표를 산출하는 신호처리부;
통계적 확률 밀도 함수를 이용하여 상기 뇌 활성 계산 지표로부터 각 FNIRS채널의 뇌 기능 활성도를 산출하는 연산부; 및
상기 각 FNIRS채널의 뇌 기능 활성도를 3차원 표준 머리 모델의 표면에 막대 바의 길이 및 색으로 나타내는 출력부;를 포함하고,
상기 뇌 활성 계산 지표는 대비대 잡음비(contrast to noise raio, CNR), t-value 및 Brain network 중 어느 하나이며, 혈류역학적 뇌 신호 중 기설정된 통계 분석 시간 윈도우내의 혈류역학적 뇌 신호를 사용하여 중복겹침(overlapping)방법으로 기설정된 주기마다 갱신되는 뇌 기능 활성도 시각화 장치.
An apparatus for visualizing brain functional activity using hemodynamic brain signals obtained from a plurality of FNIRS channels connected to the brain of a subject,
a signal processing unit that calculates a brain activity calculation index from the hemodynamic brain signal in a stimulated state obtained from the brain in a stimulated state based on the hemodynamic brain signal in a resting state obtained from the brain in a resting state;
a calculation unit for calculating brain functional activity of each FNIRS channel from the brain activity calculation index using a statistical probability density function; and
An output unit displaying the brain functional activity of each FNIRS channel as the length and color of a bar on the surface of the 3D standard head model;
The brain activity calculation index is any one of contrast to noise ratio (CNR), t-value, and Brain network, and overlaps using hemodynamic brain signals within a predetermined statistical analysis time window among hemodynamic brain signals. A brain function activity visualization device that is updated every predetermined cycle by an overlapping method.
삭제delete 제1항에 있어서,
상기 뇌 활성 계산 지표는 대비대 잡음비(CNR)인, 뇌 기능 활성도 시각화 장치.
According to claim 1,
The brain activity calculation index is a contrast-to-noise ratio (CNR), a brain functional activity visualization device.
삭제delete 제1항에 있어서,
상기 출력부는 컴퓨터 화면에 MATLAB 기반 그래픽 유저인터페이스(GUI)로 출력하는, 뇌 기능 활성도 시각화 장치.
According to claim 1,
The output unit outputs to a MATLAB-based graphical user interface (GUI) on a computer screen, a brain function activity visualization device.
제5항에 있어서,
상기 그래픽 유저인터페이스(GUI)는
복수의 FNIRS 채널 중 적어도 하나의 FNIRS 채널 위치가 표시되는 3차원 표준 머리 모델 표현부;를 포함하는, 뇌 기능 활성도 시각화 장치.
According to claim 5,
The graphical user interface (GUI)
A brain functional activity visualization device comprising: a three-dimensional standard head model representation unit displaying a location of at least one FNIRS channel among a plurality of FNIRS channels.
제6항에 있어서,
상기 그래픽 유저인터페이스(GUI)는
상기 3차원 표준 머리 모델 표현부의 복수의 FNIRS 채널 중 적어도 하나의 FNIRS채널의 위치에 막대 바의 길이로서 뇌 기능 활성도를 나타내는 뇌활성 시각화 표현부;를 포함하는, 뇌 기능 활성도 시각화 장치.
According to claim 6,
The graphical user interface (GUI)
A brain activity visualization device comprising: a brain activity visualization display unit representing brain function activity as the length of a bar at a location of at least one FNIRS channel among a plurality of FNIRS channels of the 3D standard head model representation unit.
제7항에 있어서,
상기 뇌활성 시각화 표현부는
각 FNIRS채널의 뇌 기능 활성도가 기설정한 통계 범위 내에 포함되는지 여부를 상기 막대 바의 색으로 나타내는, 뇌 기능 활성도 시각화 장치.
According to claim 7,
The brain activity visualization expression unit
A brain functional activity visualization device that indicates whether the brain functional activity of each FNIRS channel is within a predetermined statistical range by the color of the bar bar.
제7항에 있어서,
상기 뇌활성 시각화 표현부는
뇌 기능 활성도가 기설정한 통계 범위보다 낮은 막대 바를 푸른 계열의 색으로, 상기 통계 범위보다 높은 뇌 기능 활성도를 나타내는 막대 바를 붉은 계열의 색으로 나타내는, 뇌 기능 활성도 시각화 장치.
According to claim 7,
The brain activity visualization expression unit
A brain functional activity visualization device that displays a bar having a brain functional activity lower than a predetermined statistical range in a blue color and a bar showing a brain functional activity higher than the statistical range in a red color.
제6항에 있어서,
상기 그래픽 유저인터페이스(GUI)는,
상기 막대 바에 표시되는 색의 스케일을 조절하는 뇌활성 컬러맵 스케일 조절부;를 포함하는, 뇌 기능 활성도 시각화 장치.
According to claim 6,
The graphical user interface (GUI),
Brain activity color map scale control unit for adjusting the scale of the color displayed on the bar; including, brain functional activity visualization device.
제5항에 있어서,
상기 그래픽 유저인터페이스(GUI)는
상기 혈류역학적 뇌 신호를 나타내는 뇌신호 표현부;를 포함하는, 뇌 기능 활성도 시각화 장치.
According to claim 5,
The graphical user interface (GUI)
A brain function activity visualization device comprising a; brain signal representation unit representing the hemodynamic brain signal.
제11항에 있어서,
상기 뇌신호 표현부는
단일 FNIRS 채널 및 전체 FNIRS 채널의 혈류역학적 뇌 신호 중 하나 이상을 나타내는, 뇌 기능 활성도 시각화 장치.
According to claim 11,
The brain signal expression unit
A brain functional activity visualization device that represents one or more of the hemodynamic brain signals of a single FNIRS channel and of all FNIRS channels.
제1항에 있어서,
상기 뇌 기능 활성도 시각화 장치는
상기 혈류역학적 뇌 신호, 뇌 활성 계산 지표 및 뇌 기능 활성도를 저장하는 데이터 저장부;를 더 포함하는, 뇌 기능 활성도 시각화 장치.
According to claim 1,
The brain functional activity visualization device
A data storage unit for storing the hemodynamic brain signal, the brain activity calculation index, and the brain function activity; further comprising a brain function activity visualization device.
제13항에 있어서,
상기 뇌 기능 활성도 시각화 장치는
상기 저장된 혈류역학적 뇌 신호, 뇌 활성 계산 지표 및 뇌 기능 활성도 중 하나 이상을 이용하여 뇌활성을 분석하는 데이터 분석부;를 더 포함하는, 뇌 기능 활성도 시각화 장치.
According to claim 13,
The brain functional activity visualization device
A data analysis unit that analyzes brain activity using at least one of the stored hemodynamic brain signal, brain activity calculation index, and brain activity level; further comprising a brain function activity visualization device.
피험자의 뇌에 연결되며 뇌에 대한 혈류역학적 뇌 신호를 수신하는 복수의 FNIRS 채널을 포함하는 FNIRS 장치; 및
제1항의 뇌 기능 활성도 시각화 장치;를 포함하는, 뇌 기능 활성도 측정 장치.
an FNIRS device connected to the subject's brain and including a plurality of FNIRS channels for receiving hemodynamic brain signals for the brain; and
A brain functional activity measuring device comprising a; brain functional activity visualization device of claim 1.
피험자의 뇌에 연결되는 복수의 FNIRS 채널로부터 획득한 혈류역학적 뇌 신호를 이용하여 뇌 기능 활성도를 시각화하는 방법으로서,
뇌 기능 활성도 시각화 장치가 신호처리부에 의해 휴식 상태(resting state)의 뇌로부터 얻은 휴식 상태의 혈류역학적 뇌 신호를 기준으로한 자극 상태의 뇌로부터 얻은 자극 상태의 혈류역학적 뇌 신호 로부터 뇌 활성 계산 지표를 산출하는 단계;
뇌 기능 활성도 시각화 장치가 연산부에 의해 통계적 확률 밀도 함수를 이용하여 상기 뇌 활성 계산 지표로부터 각 FNIRS채널의 뇌 기능 활성도를 산출하는 단계; 및
뇌 기능 활성도 시각화 장치가 출력부에 의해 상기 각 FNIRS채널의 뇌 기능 활성도를 3차원 표준 머리 모델의 표면에 막대 바의 길이 및 색으로 나타내는 단계;를 포함하고,
상기 뇌 활성 계산 지표는 대비대 잡음비(contrast to noise raio, CNR), t-value 및 Brain network 중 어느 하나이며, 혈류역학적 뇌 신호 중 기설정된 통계 분석 시간 윈도우내의 혈류역학적 뇌 신호를 사용하여 중복겹침(overlapping)방법으로 기설정된 주기마다 갱신되는, 뇌 기능 활성도 시각화 방법.
A method of visualizing brain functional activity using hemodynamic brain signals obtained from a plurality of FNIRS channels connected to the brain of a subject,
The brain function activity visualization device calculates the brain activity calculation index from the hemodynamic brain signal in the stimulated state obtained from the brain in the stimulated state based on the hemodynamic brain signal in the resting state obtained from the brain in the resting state by the signal processing unit. calculating;
Calculating, by a brain function activity visualization apparatus, a brain function activity of each FNIRS channel from the brain activity calculation index using a statistical probability density function by a calculation unit; and
A brain functional activity visualization device displaying the brain functional activity of each FNIRS channel as the length and color of a bar on the surface of the 3D standard head model through an output unit;
The brain activity calculation index is any one of contrast to noise ratio (CNR), t-value, and Brain network, and overlaps using hemodynamic brain signals within a predetermined statistical analysis time window among hemodynamic brain signals. A brain function activity visualization method that is updated every predetermined cycle by an overlapping method.
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