KR102533054B1 - Apparatus for diagnosis and prediction of tinnitus based on electroencephalography, method for processing electroencephalography signal and computer program for the same - Google Patents
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Abstract
뇌파 기반 이명 진단 및 예측 장치는, 표준 자극 및 목표 자극을 포함하는 청각 자극 신호를 출력하도록 구성된 자극 제시부; 휴식 상태(resting state) 또는 상기 청각 자극 신호를 듣는 정보 처리 상태의 피검자의 뇌파 신호를 측정하도록 구성된 측정부; 및 측정된 상기 뇌파 신호의 하나 이상의 특징을 추출하고, 상기 하나 이상의 특징을 이용한 다변량 패턴 인식(Multivariate Pattern Analysis; MVPA)에 의하여 상기 뇌파 신호를 분류함으로써 피검자의 이명 증상 유무를 결정하도록 구성된 분석부를 포함할 수 있다. 상기 뇌파 기반 이명 진단 및 예측 장치를 이용하면, 이명의 원인에 따라, 환자의 청각 중추의 하향식(top-down) 정보 처리 이상에 기인한 접근 방법과 환자의 청각 말초 신경의 상향식(bottom-up) 정보 처리 이상에 기인한 접근 방법, 혹은 휴식 상태 중 어느 것을 통해서도 짧은 시간에 뇌파의 측정만으로 정확한 이명의 진단 및/또는 예측이 가능하고, MVPA 기술을 시간축, 주파수축, 사건 유발 전위(Event-Related Potential; ERP), 시간-주파수맵(Time-Frequency Map) 또는 교차 주파수 동조(Cross-Frequency Coupling; CFC) 등 다양한 방법에 적용하여 이명 환자를 판별함으로써 뇌파 신호를 숙련된 실험자가 판독하지 않아도 빠르고 정확한 진단이 가능하다.An apparatus for diagnosing and predicting tinnitus based on brain waves includes a stimulus presentation unit configured to output an auditory stimulus signal including a standard stimulus and a target stimulus; a measurement unit configured to measure an EEG signal of a subject in a resting state or in an information processing state listening to the auditory stimulation signal; and an analyzer configured to extract one or more features of the measured EEG signal and determine the presence or absence of tinnitus symptoms in the subject by classifying the EEG signal by multivariate pattern analysis (MVPA) using the one or more features. can do. Using the brain wave-based tinnitus diagnosis and prediction device, depending on the cause of tinnitus, an approach due to abnormal processing of top-down information in the auditory center of the patient and bottom-up information of the patient's auditory peripheral nerve Accurate diagnosis and/or prediction of tinnitus is possible only by measuring EEG in a short period of time, either through an approach due to processing abnormality or in a resting state, and MVPA technology is used in the time domain, frequency domain, and event-related potential (Event-Related Potential; By applying various methods such as ERP), time-frequency map, or cross-frequency coupling (CFC) to identify tinnitus patients, a quick and accurate diagnosis can be made without the need for an experienced experimenter to read the EEG signal. possible.
Description
실시예들은 뇌파 기반 이명 진단 및 예측 장치와 뇌파 신호 처리 방법 및 이를 위한 컴퓨터 프로그램에 대한 것이다. 보다 자세하게는, 실시예들은 휴식 상태(resting state)나 상향식(bottom-up) 정보처리 혹은 하향식(top-down) 정보처리 패러다임 과제 수행 중의 뇌파 신호를 측정하여, 다변량 패턴 인식(Multivariate Pattern Analysis; MVPA) 기술을 이용하여 상태 차이가 나는 뇌파의 활성화 패턴과 시점을 판별함으로써 정상인 대비 이명 환자의 뇌파 특징을 분석하는 기술에 대한 것이다. Embodiments relate to an EEG-based tinnitus diagnosis and prediction device, an EEG signal processing method, and a computer program therefor. More specifically, the embodiments measure EEG signals in a resting state or while performing bottom-up information processing or top-down information processing paradigm tasks, and multivariate pattern recognition (MVVA). ) technology to analyze the EEG characteristics of tinnitus patients compared to normal people by discriminating the activation patterns and timings of EEGs with state differences.
이명은 외부로부터 소리 자극이 없음에도 귀속 또는 머릿속에서 소리를 느끼는 증상을 말한다. 미국의 경우 25.3%의 성인이 이명을 경험해 보았으며, 7.9%는 이명을 자주 경험하는 것으로 알려져 있을 정도로 이명은 발생 빈도가 높은 질환이다. 특히, 최근에는 이어폰을 끼고 생활하는 환경이 늘어남에 따라 고주파 청각 신호에 이명 질환을 앓게 되는 인구 비율은 전세계적으로 증가할 것으로 예측되고 있다. Tinnitus refers to a symptom of hearing sound in the ears or in the head even when there is no external sound stimulus. In the case of the United States, 25.3% of adults have experienced tinnitus, and 7.9% of them are known to experience tinnitus frequently. Tinnitus is a disease with a high frequency of occurrence. In particular, it is predicted that the proportion of the population suffering from tinnitus disease due to high-frequency auditory signals will increase worldwide as the environment in which people live wearing earphones increases.
한편, 뇌파 신호 처리 기술의 발전과 함께 다양한 종류의 질환들을 뇌파를 이용하여 진단 및 예측하기 위한 기술들이 개발되고 있다. 이 중 뇌파 신호 처리를 이명에 적용한 예로, 국제공개공보 WO2012/121450호는 뇌파를 이용한 이명 유무 검사 장치 및 이를 이용한 이명 유무 검사 방법을 개시한다. Meanwhile, with the development of EEG signal processing technology, technologies for diagnosing and predicting various types of diseases using EEG are being developed. Among them, as an example of applying brain wave signal processing to tinnitus, International Publication No. WO2012/121450 discloses a tinnitus test device using brain waves and a tinnitus test method using the same.
그러나, 국제공개공보 WO2012/121450호에 개시된 종래 기술은 자극음에 따른 피검자의 청성 유발 반응(Auditory Evoked Potential; AEP) 뇌파를 획득하고 뇌파의 시간축 분석 성분만을 분석하여 이명을 진단하는 단변량(univariate) 방식의 진단 방법에 대한 것이므로, 뇌파의 노이즈에 매우 취약한 단점을 갖는다. 또한, 상기 종래 기술은 이미 발생된 이명을 진단하는 것에 그칠 뿐 이명이 발병하기 전에 이를 예측할 수 없는 한계를 갖는다. However, the prior art disclosed in International Publication No. WO2012/121450 acquires the subject's Auditory Evoked Potential (AEP) brain wave according to the stimulus sound and analyzes only the time axis analysis components of the brain wave to diagnose tinnitus. ) method, it has a disadvantage that it is very vulnerable to EEG noise. In addition, the prior art has a limitation in not being able to predict tinnitus before it occurs, only diagnosing tinnitus that has already occurred.
본 발명의 일 측면에 따르면, 뇌파 측정만을 이용해 이명 환자를 높은 인식률로 진단할 수 있으며, 다변량 패턴 인식(Multivariate Pattern Analysis; MVPA) 기술을 이용하여 상태 차이가 나는 뇌파의 활성화 패턴과 시점을 판별함으로써 정상인 대비 판별할 수 있는 이명 환자의 뇌파 신호 특징을 추출하고 이명 발생을 효과적으로 예측할 수 있는 뇌파 기반 이명 진단 및 예측 장치와 뇌파 신호 처리 방법 및 이를 위한 컴퓨터 프로그램을 제공할 수 있다. According to one aspect of the present invention, it is possible to diagnose a tinnitus patient with a high recognition rate using only EEG measurement, and by using Multivariate Pattern Analysis (MVPA) technology to determine the activation pattern and timing of EEG with state differences, It is possible to provide an EEG-based tinnitus diagnosis and prediction device capable of extracting EEG signal characteristics of a tinnitus patient that can be discriminated against a normal person and effectively predicting the occurrence of tinnitus, an EEG signal processing method, and a computer program therefor.
본 발명의 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다. The technical problems of the present invention are not limited to the technical problems mentioned above, and other technical problems not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the description below.
본 발명의 일 측면에 따른 뇌파 기반 이명 진단 및 예측 장치는, 표준 자극 및 목표 자극을 포함하는 청각 자극 신호를 출력하도록 구성된 자극 제시부; 휴식 상태 또는 상기 청각 자극 신호를 듣는 정보 처리 상태의 피검자의 뇌파 신호를 측정하도록 구성된 측정부; 및 측정된 상기 뇌파 신호의 하나 이상의 특징을 추출하고, 상기 하나 이상의 특징을 이용한 다변량 패턴 인식에 의하여 상기 뇌파 신호를 분류함으로써 피검자의 이명 증상 유무를 결정하도록 구성된 분석부를 포함한다. An apparatus for diagnosing and predicting tinnitus based on brain waves according to an aspect of the present invention includes a stimulus presentation unit configured to output an auditory stimulus signal including a standard stimulus and a target stimulus; a measuring unit configured to measure an EEG signal of a subject in a resting state or in an information processing state listening to the auditory stimulation signal; and an analyzer configured to extract one or more features of the measured EEG signal, and classify the EEG signal by multivariate pattern recognition using the one or more features, thereby determining the presence or absence of tinnitus symptoms in the subject.
일 실시예에서, 상기 자극 제시부는, 제1 주파수를 갖는 표준 자극 및 상기 제1 주파수와 상이한 제2 주파수를 갖는 목표 자극을 무작위로 혼합하여 상기 청각 자극 신호를 생성하도록 더 구성된다.In one embodiment, the stimulus presentation unit is further configured to randomly mix a standard stimulus having a first frequency and a target stimulus having a second frequency different from the first frequency to generate the auditory stimulus signal.
일 실시예에서, 상기 분석부는, 상기 뇌파 신호를 이용하여 상기 하나 이상의 특징에 상응하는 패턴 벡터를 생성하도록 구성된 특징 추출부; 피검자의 증상에 상응하는 복수 개의 상기 패턴 백터를 이용하여 학습 세트(training set) 및 평가 세트(testing set)를 포함하는 패턴 신호를 생성하도록 구성된 패턴 생성부; 및 상기 패턴 신호의 상기 학습 세트를 이용한 학습을 수행하고, 상기 평가 세트를 이용하여 학습 결과를 평가함으로써 피검자의 증상을 결정하도록 구성된 분류기(classifier)를 포함한다. In one embodiment, the analysis unit may include a feature extraction unit configured to generate a pattern vector corresponding to the one or more features using the EEG signal; a pattern generator configured to generate a pattern signal including a training set and a testing set by using the plurality of pattern vectors corresponding to the subject's symptoms; and a classifier configured to determine a symptom of the subject by performing learning using the learning set of the pattern signals and evaluating a learning result using the evaluation set.
일 실시예에서, 상기 패턴 벡터는, 시간축 분석 방법, 주파수축 분석 방법, 시간-주파수맵(Time-Frequency Map) 분석 방법, 사건 유발 전위(Event-Related Potential; ERP) 분석 방법, 또는 교차 주파수 동조(Cross-Frequency Coupling; CFC) 분석 방법 중 하나 이상의 방법에 의하여 추출된 특징값들을 포함한다. In one embodiment, the pattern vector is a time domain analysis method, a frequency domain analysis method, a time-frequency map analysis method, an event-related potential (ERP) analysis method, or a cross-frequency tuning method. It includes feature values extracted by one or more of the (Cross-Frequency Coupling; CFC) analysis methods.
일 실시예에서, 상기 패턴 생성부는, 복수 개의 상기 뇌파 신호로부터 생성된 상기 패턴 백터들의 평균값을 이용하여 상기 패턴 신호를 생성하도록 더 구성된다. In one embodiment, the pattern generating unit is further configured to generate the pattern signal using an average value of the pattern vectors generated from a plurality of the EEG signals.
일 실시예에 따른 뇌파 기반 이명 진단 및 예측 장치는, 상기 청각 자극 신호를 듣는 피검자가 상기 자극 신호에 대한 응답으로 입력한 입력 신호를 수신하도록 구성된 입력부를 더 포함한다.An apparatus for diagnosing and predicting tinnitus based on brain waves according to an embodiment further includes an input unit configured to receive an input signal input as a response to the stimulation signal by a subject listening to the auditory stimulation signal.
본 발명의 일 측면에 따른 뇌파 신호 처리 방법은, 신호 처리 장치가, 휴식 상태 또는 표준 자극 및 목표 자극을 포함하는 청각 자극 신호를 듣는 정보 처리 상태의 피검자의 뇌파 신호를 측정하는 단계; 상기 신호 처리 장치가 측정된 상기 뇌파 신호의 하나 이상의 특징을 추출하는 단계; 및 상기 신호 처리 장치가 피검자의 이명 증상 유무를 결정하기 위하여 상기 하나 이상의 특징을 이용한 다변량 패턴 인식에 의하여 상기 뇌파 신호를 분류하는 단계를 포함한다.An EEG signal processing method according to an aspect of the present invention includes measuring, by a signal processing device, an EEG signal of a subject in a resting state or in an information processing state of listening to an auditory stimulus signal including a standard stimulus and a target stimulus; extracting, by the signal processing device, one or more characteristics of the measured EEG signal; and classifying, by the signal processing device, the EEG signal by multivariate pattern recognition using the at least one feature to determine whether or not there is a tinnitus symptom in the subject.
일 실시예에 따른 뇌파 신호 처리 방법은, 상기 뇌파 신호를 측정하는 단계 전에, 상기 신호 처리 징치가 상기 청각 자극 신호를 출력하는 단계를 더 포함한다.The brain wave signal processing method according to an embodiment further includes, before the step of measuring the brain wave signal, the signal processing device outputting the auditory stimulation signal.
일 실시예에서, 상기 청각 자극 신호를 출력하는 단계는, 상기 신호 처리 장치가, 제1 주파수를 갖는 표준 자극 및 상기 제1 주파수와 상이한 제2 주파수를 갖는 목표 자극을 무작위로 혼합하여 상기 청각 자극 신호를 생성하는 단계를 포함한다.In one embodiment, the outputting of the auditory stimulus signal may include the signal processing device randomly mixing a standard stimulus having a first frequency and a target stimulus having a second frequency different from the first frequency to obtain the auditory stimulus. generating a signal.
일 실시예에서, 상기 뇌파 신호를 분류하는 단계는, 상기 신호 처리 장치가, 상기 뇌파 신호를 이용하여 상기 하나 이상의 특징에 상응하는 패턴 벡터를 생성하는 단계; 상기 신호 처리 장치가, 피검자의 증상에 상응하는 복수 개의 상기 패턴 백터를 이용하여 학습 세트 및 평가 세트를 포함하는 패턴 신호를 생성하는 단계; 상기 신호 처리 장치가, 상기 패턴 신호의 상기 학습 세트를 이용하여 분류기의 학습을 수행하는 단계; 및 상기 신호 처리 장치가, 상기 분류기의 학습 결과를 이용하여 피검자의 증상을 결정하는 단계를 포함한다.In an embodiment, the classifying of the EEG signal may include generating, by the signal processing device, a pattern vector corresponding to the at least one feature using the EEG signal; generating, by the signal processing apparatus, a pattern signal including a training set and an evaluation set using the plurality of pattern vectors corresponding to symptoms of the subject; performing, by the signal processing device, learning of a classifier using the learning set of the pattern signal; and determining, by the signal processing device, a symptom of the subject by using a learning result of the classifier.
일 실시예에서, 상기 패턴 신호를 생성하는 단계는, 상기 신호 처리 장치가, 복수 개의 상기 뇌파 신호로부터 생성된 상기 패턴 백터들의 평균값을 이용하여 상기 패턴 신호를 생성하는 단계를 포함한다.In an embodiment, the generating of the pattern signal includes generating, by the signal processing device, the pattern signal by using an average value of the pattern vectors generated from the plurality of EEG signals.
일 실시예에 따른 뇌파 신호 처리 방법은, 상기 신호 처리 장치가, 상기 청각 자극 신호를 듣는 피검자가 상기 자극 신호에 대한 응답으로 입력한 입력 신호를 수신하는 단계를 더 포함한다.The EEG signal processing method according to an embodiment further includes receiving, by the signal processing device, an input signal input as a response to the stimulus signal by a subject listening to the auditory stimulus signal.
본 발명의 일 측면에 따른 컴퓨터 프로그램은 하드웨어와 결합되어 전술한 실시예들에 따른 뇌파 신호 처리 방법을 실행하기 위한 것으로서 컴퓨터로 판독 가능한 기록매체에 저장된 것일 수 있다. A computer program according to an aspect of the present invention is combined with hardware to execute the EEG signal processing method according to the above-described embodiments, and may be stored in a computer-readable recording medium.
본 발명의 일 측면에 따른 뇌파 기반 이명 진단 및 예측 장치와 뇌파 신호 처리 방법에 의하면, 이명의 원인에 따라, 환자의 청각 중추의 하향식(top-down) 정보 처리 이상에 기인한 접근 방법과 환자의 청각 말초 신경의 상향식(bottom-up) 정보 처리 이상에 기인한 접근 방법, 혹은 휴식 상태(resting state) 중 어느 것을 통해서도 짧은 시간에 뇌파의 측정만으로 정확한 이명의 진단과 예측이 가능한 이점이 있다. According to an EEG-based tinnitus diagnosis and prediction device and an EEG signal processing method according to an aspect of the present invention, according to the cause of tinnitus, an approach due to top-down information processing abnormality in the patient's auditory center and a patient's hearing There is an advantage in that accurate diagnosis and prediction of tinnitus can be made only by measuring EEG in a short time through either an approach due to peripheral nerve bottom-up information processing abnormality or a resting state.
본 발명의 일 측면에 따른 뇌파 기반 이명 진단 및 예측 장치와 뇌파 신호 처리 방법은 인지 신경 과학과 뇌공학을 융합시킨 기술을 이용하는 것으로, 다변량 패턴 인식(Multivariate Pattern Analysis; MVPA) 기술을 시간축, 주파수축, 시간-주파수맵(Time-Frequency Map), 사건 유발 전위(Event-Related Potential; ERP) 및 교차 주파수 동조(Cross-Frequency Coupling; CFC) 등 다양한 방법에 적용하여 이명 환자를 판별함으로써 숙련된 실험자가 뇌파 신호를 판독하지 않더라도 정확한 진단이 가능한 이점이 있다. An EEG-based tinnitus diagnosis and prediction device and an EEG signal processing method according to an aspect of the present invention use a technology that combines cognitive neuroscience and brain engineering, and uses Multivariate Pattern Analysis (MVVA) technology in the time axis, frequency axis, By applying various methods such as Time-Frequency Map, Event-Related Potential (ERP), and Cross-Frequency Coupling (CFC) to discriminate tinnitus patients, a skilled experimenter can use EEG. There is an advantage in that accurate diagnosis can be made even without reading the signal.
본 발명의 일 측면에 따른 뇌파 기반 이명 진단 및 예측 장치와 뇌파 신호 처리 방법을 이용하면, 이명의 진단 및 예측을 통해 환자의 발병 전에 치료 성공률을 높이고, 이어폰 사용 등으로 인해 이명 질환을 앓는 인구 비율이 증가할 것으로 예측되는 환경에서 사회 생산성 증대 및 의료 비용 감소에 기여할 수 있을 것으로 기대된다. Using the EEG-based tinnitus diagnosis and prediction device and the EEG signal processing method according to one aspect of the present invention, the treatment success rate is increased before the onset of patients through tinnitus diagnosis and prediction, and the proportion of the population suffering from tinnitus disease due to the use of earphones is reduced. It is expected to contribute to increasing social productivity and reducing medical costs in an environment that is expected to increase.
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 일 실시예에 따른 뇌파 기반 이명 진단 및 예측 장치의 개략적인 블록도이다.
도 2는 일 실시예에 따른 뇌파 기반 이명 진단 및 예측 장치를 이용한 검사 환경을 나타내는 개념도이다.
도 3은 일 실시예에 따른 뇌파 신호 처리 방법의 각 단계를 나타내는 순서도이다.
도 4는 일 실시예에 따른 뇌파 신호 처리 방법에 의해 인가되는 청각 자극 신호를 나타내는 개념도이다.
도 5는 일 실시예에 따른 뇌파 신호 처리 방법에 의한 뇌파 신호의 분석 과정을 설명하기 위한 개념도이다.
도 6a 및 6b는 각각 하향식 정보 처리 검사용 오드볼 과제(oddball task)와 상향식 정보 처리 검사용 수동 과제(passive task)에 대한 피검자의 응답을 일 실시예에 따른 뇌파 신호 처리 방법에 의해 분석한 결과를 나타내는 그래프이다.
도 7a 및 7b는 각각 목표 자극(target stimulus)과 표준 자극(standard stimulus)에 대한 피검자의 응답을 일 실시예에 따른 뇌파 신호 처리 방법에 의해 분석한 결과를 나타내는 그래프이다. 1 is a schematic block diagram of an apparatus for diagnosing and predicting tinnitus based on brain waves according to an embodiment.
2 is a conceptual diagram illustrating an examination environment using an apparatus for diagnosing and predicting tinnitus based on brain waves according to an embodiment.
3 is a flowchart illustrating each step of an EEG signal processing method according to an embodiment.
4 is a conceptual diagram illustrating an auditory stimulation signal applied by an EEG signal processing method according to an embodiment.
5 is a conceptual diagram illustrating an analysis process of an EEG signal by an EEG signal processing method according to an embodiment.
6A and 6B are results of analyzing the subject's responses to an oddball task for a top-down information processing test and a passive task for a bottom-up information processing test, respectively, by the EEG signal processing method according to an embodiment; is a graph that represents
7A and 7B are graphs showing results of analyzing subjects' responses to a target stimulus and a standard stimulus, respectively, by an EEG signal processing method according to an embodiment.
이하에서, 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들에 대하여 상세히 살펴본다.Hereinafter, with reference to the drawings, look at the embodiments of the present invention in detail.
도 1은 일 실시예에 따른 뇌파 기반 이명 진단 및 예측 장치의 개략적인 블록도이다. 1 is a schematic block diagram of an apparatus for diagnosing and predicting tinnitus based on brain waves according to an embodiment.
도 1을 참조하면, 뇌파 기반 이명 진단 및 예측 장치(1)는 자극 제시부(10), 측정부(20) 및 분석부(40)를 포함한다. 일 실시예에서, 뇌파 기반 이명 진단 및 예측 장치(1)는 피검자의 입력을 수신하기 위한 입력부(30)를 포함한다. 또한 일 실시예에서, 분석부(40)는 특징(feature) 추출부(401), 패턴 생성부(402) 및 분류기(classifier)(403)를 포함한다. Referring to FIG. 1 , the
본 명세서에 기재된 장치는 전적으로 하드웨어이거나, 또는 부분적으로 하드웨어이고 부분적으로 소프트웨어인 측면을 가질 수 있다. 예컨대, 본 명세서의 뇌파 기반 이명 진단 및 예측 장치(1)와 이에 포함된 각 부(unit)(10, 20, 30, 40)는 특정 형식 및 내용의 데이터를 처리하거나 또는/또한 전자통신 방식으로 주고받기 위한 하드웨어 및 이에 관련된 소프트웨어를 통칭할 수 있다. 본 명세서에서 "부", "모듈", "장치", "단말기", "서버" 또는 "시스템" 등의 용어는 하드웨어 및 해당 하드웨어에 의해 구동되는 소프트웨어의 조합을 지칭하는 것으로 의도된다. 예를 들어, 하드웨어는 CPU 또는 다른 프로세서(processor)를 포함하는 데이터 처리 기기일 수 있다. 또한, 하드웨어에 의해 구동되는 소프트웨어는 실행중인 프로세스, 객체(object), 실행파일(executable), 실행 스레드(thread of execution), 프로그램(program) 등을 지칭할 수 있다.The devices described herein may be entirely hardware, or may have aspects that are part hardware and part software. For example, the apparatus for diagnosing and predicting tinnitus based on
또한, 본 실시예에 따른 뇌파 기반 이명 진단 및 예측 장치(1)를 구성하는 각각의 요소는 반드시 서로 물리적으로 구분되는 별개의 장치를 지칭하는 것으로 의도되지 않는다. 즉, 도 1의 자극 제시부(10), 측정부(20), 입력부(30) 및 분석부(40) 등은 뇌파 기반 이명 진단 및 예측 장치(1)를 구성하는 하드웨어를 해당 하드웨어에 의해 수행되는 동작에 따라 기능적으로 구분한 것일 뿐, 반드시 각각의 부가 서로 독립적으로 구비되어야 하는 것이 아니다. 물론, 실시예에 따라서는 뇌파 기반 이명 진단 및 예측 장치(1)의 각 부 중 하나 이상이 서로 물리적으로 구분되는 별개의 장치로 구현되는 것도 가능하다.In addition, each element constituting the
자극 제시부(10)는 표준 자극(standard stimulus) 및 목표 자극(target stimulus)을 포함하는 청각 자극 신호를 출력하도록 구성된다. 이를 위하여, 자극 제시부(10)는 소리를 재생하기 위한 스피커 등의 장치를 포함할 수 있다. 표준 자극과 목표 자극은 서로 상이한 주파수를 가질 수 있으며, 이에 대해서는 상세히 후술한다. 또한, 자극 제시부(10)는 청각 자극과 더불어 제공되는 이미지 또는 영상을 재생하기 위한 디스플레이 장치를 포함할 수 있다. The
측정부(20)는 자극 제시부(10)에 의하여 재생되는 청각 자극 신호를 듣는 피검자의 뇌파 신호를 측정하도록 구성된다. 이를 위하여, 측정부(20)는 피검자의 머리 부분에 착용하거나 머리 부분과 인접하여 고정할 수 있도록 배치되는 하나 이상의 센서를 포함할 수 있다. 본 명세서에서 뇌파 신호란, 임의의 뇌영상 방법에 의하여 뇌로부터 측정되는 정보를 포함한다. 일 실시예로, 뇌파 신호는 피검자의 머리 표면에 부착된 장치를 이용하여 피침습적으로 특정되는 EEG (Electroencephalogram) 신호를 의미할 수 있다. The measuring
분석부(40)는 측정부(20)가 측정한 뇌파 신호로부터 하나 이상의 특징을 추출하고, 하나 이상의 특징을 이용한 다변량 패턴 인식(Multivariate Pattern Analysis; MVPA)을 통하여 뇌파 신호를 분석할 수 있다. 이를 위하여, 분석부(40)는 뇌파 신호로부터 패턴 벡터를 추출하기 위한 특징 추출부(401) 및 패턴 벡터들을 이용하여 패턴 신호를 생성하기 위한 패턴 생성부(402)를 포함할 수 있다. 또한, 분석부(40)는 패턴 신호의 패턴 백터들 중 일부를 학습 세트(training set)로 이용하고 다른 일부를 평가 세트(testing set)로 이용하여 분류기(403)를 학습시킴으로써 뇌파 신호를 분석할 수 있다. The
분석부(40)는 뇌파 신호에 대한 분류기(403)의 분류 결과를 기반으로 피검자의 이명 증상 유무를 결정할 수 있다. 예컨대, 분석부(40)는 학습 세트에 해당하는 패턴 벡터들을 이용한 학습 결과를 이용하여 평가 세트에 해당하는 패턴 벡터를 분류할 수 있고, 이는 평가 세트에 상응하는 피검자의 이명 증상 유무를 결정하는 것을 의미한다. 분석부(40)에 의한 뇌파 신호의 분석 과정에 대해서는 도 5를 참조하여 상세히 후술한다. The
도 2는 일 실시예에 따른 뇌파 기반 이명 진단 및 예측 장치를 이용한 검사 환경을 나타내는 개념도이다. 2 is a conceptual diagram illustrating an examination environment using an apparatus for diagnosing and predicting tinnitus based on brain waves according to an embodiment.
도 2를 참조하면, 피검자(2)는 뇌파 측정용 센서 장치가 포함된 측정부(20)를 머리에 착용한 상태에서 자극 제시부(10)를 통해 재생되는 청각 자극 신호를 들을 수 있다. 또는, 자극 제시부(10)는 피검자(2)의 양 귀에 착용하는 이어폰과 같은 소리 재생 수단을 포함할 수도 있다. 피검자(2)가 청각 자극 신호를 듣는 동안 피검자(2)의 뇌파 신호가 측정부(20)에 의하여 측정된다. 그러나 도 2에 도시된 각 장치의 형태는 설명의 편의를 위한 예시적인 것으로서, 실시예들에 따른 뇌파 기반 이명 진단 및 예측 장치의 구성을 한정하는 것이 아니라는 점이 용이하게 이해될 것이다. Referring to FIG. 2 , the subject 2 may hear an auditory stimulus signal reproduced through the
실시예들에서, 피검자(2)에게 제공되는 청각 자극 신호는 오드볼 과제(oddball task)와 수동 과제(passive task)로 구분될 수 있다. 오드볼 과제에서 피검자(2)는 표준 자극과 목표 자극을 구별하여야 하고, 표준 자극들로부터 목표 자극을 구별한 상황을 입력부(30)의 버튼 누르기 등을 통해서 제공하여야 한다. 반면, 수동 과제는 단순 듣기 과제에 해당하는 것으로서 피검자(2)는 제공되는 청각 자극을 수동적으로 듣기만 하면 된다. In embodiments, the auditory stimulation signal provided to the subject 2 may be divided into an oddball task and a passive task. In the odd ball task, the subject 2 must distinguish between standard stimuli and target stimuli, and provide a situation in which the target stimulus is distinguished from standard stimuli by pressing a button of the
도 3은 일 실시예에 따른 뇌파 신호 처리 방법의 각 단계를 나타내는 순서도이다. 3 is a flowchart illustrating each step of an EEG signal processing method according to an embodiment.
실시예들에 따른 뇌파 신호 처리 방법은, 뇌파 신호의 처리를 위한 연산을 수행하기 위한 하나 이상의 프로그램 명령어가 저장되는 메모리(memory) 및 상기 메모리에 저장되는 명령어들을 실행하기 위한 프로세서(processor)를 구비한 컴퓨팅(computing) 장치에 의하여 수행될 수 있으며, 본 명세서에서 이러한 장치는 신호 처리 장치로 지칭된다. 도 1을 참조하여 전술한 실시예들에 따른 뇌파 기반 이명 진단 및 예측 장치(1)가 신호 처리 장치의 일 예에 해당될 수 있다. An EEG signal processing method according to embodiments includes a memory for storing one or more program instructions for performing an operation for processing an EEG signal and a processor for executing the instructions stored in the memory. It can be performed by a computing device, and this device is referred to as a signal processing device in this specification. The
도 3을 참조하면, 피검자의 이명 증상 여부를 진단하기 위하여 먼저 피검자에게 제공되기 위한 청각 자극 신호를 생성하고, 이를 피검자가 들을 수 있도록 출력할 수 있다(S1). Referring to FIG. 3 , in order to diagnose whether or not the subject has tinnitus symptoms, an auditory stimulation signal to be provided to the subject is first generated and output so that the subject can hear it (S1).
도 4는 일 실시예에 따른 뇌파 신호 처리 방법에 의해 인가되는 청각 자극 신호를 나타내는 개념도이다. 도 4를 참조하면, 청각 자극 신호는 표준 자극(S)과 목표 자극(T)이라는 두 가지 소리 자극이 혼합되어 구성될 수 있다. 예를 들어, 표준 자극(S)과 목표 자극(T)을 미리 설정된 자극간 간격(inter-stimulus interval)(d)을 갖도록 배치할 수 있다. 이때 자극간 간격(d)은 예를 들어 1300 내지 1700 ms일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 또한, 일 실시예에서 표준 자극(S)과 목표 자극(T)의 발생 빈도는 표준 자극(S)의 발생 빈도가 더 높도록 설정할 수 있다. 예를 들어, 표준 자극(S)는 80%의 발생 빈도로 제시되며 목표 자극(T)은 20%의 발생 빈도로 제시될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 4 is a conceptual diagram illustrating an auditory stimulation signal applied by an EEG signal processing method according to an embodiment. Referring to FIG. 4 , the auditory stimulus signal may be composed of a mixture of two sound stimuli, a standard stimulus (S) and a target stimulus (T). For example, the standard stimulus (S) and the target stimulus (T) may be arranged to have a preset inter-stimulus interval (d). In this case, the interval d between stimuli may be, for example, 1300 to 1700 ms, but is not limited thereto. Also, in one embodiment, the frequency of occurrence of the standard stimulus S and the target stimulus T may be set such that the frequency of occurrence of the standard stimulus S is higher. For example, the standard stimulus S may be presented with a frequency of 80% and the target stimulus T may be presented with a frequency of 20%, but are not limited thereto.
표준 자극(S)과 목표 자극(T)은, 피검자가 목표 자극(T)을 구별하는 응답을 통하여 이명 발병 여부를 진단하거나 또는/또한 이명의 발생 가능성을 예측하기 위한 것으로서, 각 자극은 서로 상이한 주파수를 갖는다. 예를 들어, 일 실시예에서 표준 자극(S)은 500Hz의 주파수를 갖는 소리 신호일 수 있다. 또한 일 실시예에서, 목표 자극(T)은 건강한 피검자의 경우 8kHz의 주파수를 가지며, 이명 증상을 가진 피검자의 경우 해당 피검자의 개별 이명 피치(pitch)와 일치하는 주파수를 가진 소리 신호일 수 있다. The standard stimulus (S) and the target stimulus (T) are for diagnosing the onset of tinnitus or/or predicting the possibility of tinnitus through a response by which the subject distinguishes the target stimulus (T), and each stimulus has a different frequency. have For example, in one embodiment, the standard stimulus S may be a sound signal having a frequency of 500 Hz. In addition, in one embodiment, the target stimulus T may have a frequency of 8 kHz in the case of a healthy subject, and may be a sound signal having a frequency matching the individual tinnitus pitch of the subject in the case of a subject with tinnitus symptoms.
다시 도 3을 참조하면, 전술한 것과 같은 청각 자극 신호를 피검자에게 들려주면서 피검자의 뇌파 신호를 측정할 수 있다(S2). 하향식(top-down) 정보 처리 접근 방법에 해당하는 오드볼 과제의 경우, 피검자는 표준 자극들로부터 목표 자극을 구별하였을 경우 버튼 등을 통하여 응답을 제공하도록 할 수 있다. 한편, 상향식(bottom-up) 정보 처리 접근 방법에 해당하는 수동 과제의 경우 피검자는 특별한 응답 없이 제공되는 이미지 또는 영상 등을 시청하면서 청각 자극 신호를 듣도록 할 수 있다. 이때 이미지 또는 영상은 청각 자극 신호로부터 피검자의 주의를 시각 자극 신호로 돌리기 위한 것으로서 소리가 없는 것일 수 있다. Referring back to FIG. 3 , the testee's EEG signal may be measured while the auditory stimulation signal as described above is played to the testee (S2). In the case of an odd-ball task corresponding to a top-down information processing approach, when the subject distinguishes a target stimulus from standard stimuli, a response may be provided through a button or the like. Meanwhile, in the case of a manual task corresponding to a bottom-up information processing approach, the subject may listen to an auditory stimulus signal while watching an image or video provided without a specific response. In this case, the image or video is intended to divert the subject's attention from the auditory stimulation signal to the visual stimulation signal, and may be without sound.
추가하여, 일 실시예에서 휴식 상태(resting state)에서의 뇌파 신호도 이명 진단 및 예측의 정보로 사용될 수 있다. 본 실시예의 경우 청각 자극 신호를 단속적으로 피검자에게 들려주되 청각 자극 신호가 없는 구간에서 피검자의 뇌파 신호를 측정하거나, 또는 청각 자극 신호를 제시하는 단계(S1)를 생략하고 청각 자극 신호의 제시 없이 피검자의 뇌파 신호를 측정할 수도 있다.In addition, in one embodiment, an EEG signal in a resting state may also be used as information for diagnosing and predicting tinnitus. In the present embodiment, the auditory stimulation signal is intermittently heard by the subject, but the subject's EEG signal is measured in a section where there is no auditory stimulation signal, or the step (S1) of presenting the auditory stimulation signal is omitted, and the subject does not present the auditory stimulation signal. EEG signals of may be measured.
실시예들에 따른 뇌파 신호 처리 방법에서는, 전술한 것과 같이 측정된 피검자의 뇌파 신호에서 시간축 분석 방법, 주파수축 분석 방법, 시간-주파수맵(Time-Frequency Map) 분석 방법, 사건 유발 전위(Event-Related Potential; ERP) 분석 방법, 또는 교차 주파수 동조(Cross-Frequency Coupling; CFC) 분석 방법 등 다양한 방식으로 특징을 추출하여 정상 상태와 이명 상태를 구분 가능한 시점과 활성화 패턴을 도출할 수 있다. 또한, 측정된 뇌파의 모든 시점마다 분류기를 이용하여 정상 상태와 이명 상태를 구분하여 모든 시점에 대한 정확도를 도출할 수 있다. In the brain wave signal processing method according to the embodiments, the time domain analysis method, the frequency domain analysis method, the time-frequency map analysis method, the event-evoked potential (Event-induced potential) in the brain wave signal of the subject measured as described above. It is possible to derive a time point and an activation pattern capable of distinguishing between a normal state and a tinnitus state by extracting features in various ways, such as a Related Potential (ERP) analysis method or a Cross-Frequency Coupling (CFC) analysis method. In addition, it is possible to derive accuracy for all time points by distinguishing a normal state from a tinnitus state using a classifier at every time point of the measured EEG.
예를 들어, 실시예들에 따른 뇌파 신호 처리 방법을 이용하면, 이명의 원인에 따라, 환자의 청각 중추의 하향식(top-down) 정보 처리 이상에 기인한 접근 방법, 또는 환자의 청각 말초 신경의 상향식(bottom-up) 정보 처리 이상에 기인한 접근 방법을 사용하여, 피검자의 정보 처리 상태에서의 뇌파 신호를 이용하여 정상 상태와 이명 상태를 구분할 수 있다. 또한, 일 실시예에서는 피검자의 휴식 상태(restimg state)에서의 뇌파 신호로부터 추출된 특징을 이용한 교차 주파수 동조(CFC) 분석에 의하여 정상 상태와 이명 상태를 구분할 수도 있다.For example, using the EEG signal processing method according to the embodiments, depending on the cause of tinnitus, an approach due to a top-down information processing abnormality of the patient's auditory center or a bottom-up approach of the patient's auditory peripheral nerve (Bottom-up) Using an approach due to information processing abnormality, it is possible to distinguish between a normal state and a tinnitus state using EEG signals in the subject's information processing state. In addition, in one embodiment, a normal state and a tinnitus state may be distinguished by cross-frequency tuning (CFC) analysis using a feature extracted from an EEG signal in a subject's resting state.
도 5는 일 실시예에 따른 뇌파 신호 처리 방법에 의한 뇌파 신호의 분석 과정을 설명하기 위한 개념도이다. 5 is a conceptual diagram illustrating an analysis process of an EEG signal by an EEG signal processing method according to an embodiment.
도 3 및 도 5를 참조하면, 먼저 피검자의 머리 부분에 부착된 전극 등을 이용하여 뇌파 신호의 실시예로서 피검자의 EEG 신호(501)를 시간에 따라 측정하고, 뇌파 신호로부터 상태 분류를 위한 특징을 추출할 수 있다(S3). 이때 각각의 특징값은 뇌파 신호를 다양한 방식으로 분석하여 얻어지는 것으로서, 시간축, 주파수축, 시간-주파수맵(Time-Frequency Map), 사건 유발 전위(ERP) 및 교차 주파수 동조(CFC) 등의 방법으로 추출되는 것일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 3 and 5, the EEG signal 501 of the subject is first measured according to time as an example of the EEG signal using an electrode attached to the subject's head, and features for classifying the state from the EEG signal can be extracted (S3). At this time, each feature value is obtained by analyzing the EEG signal in various ways, and is obtained by methods such as time axis, frequency axis, time-frequency map, event evoked potential (ERP), and cross-frequency tuning (CFC). It may be extracted, but is not limited thereto.
추출된 특징값들은 패턴 벡터(511, ..., 51N)로 조합될 수 있다(S4). 즉, 각각의 패턴 벡터(511, ..., 51N)는 특징값에 해당하는 복수 개의 성분들을 가지는 벡터이다. 또한, 각각의 패턴 벡터(511, ..., 51N)에 포함된 성분들, 즉, 특징값들은 다변량 패턴 인식(MVPA)에 기반한 분석을 위하여 동일한 뇌파 신호로부터 서로 상이한 방법에 의하여 추출된 값들일 수 있다. 즉, 원본 뇌파 신호로부터 다양한 방법론에 의하여 추출된 특징값들이 해당 뇌파 신호에 상응하는 패턴 벡터(511, ..., 51N)를 구성할 수 있다. 또한, 복수 회의 측정을 통하여 복수 회의 반복 시행에 각각 대응되는 복수 개의 패턴 벡터(511, ..., 51N)를 얻을 수 있다. The extracted feature values may be combined into
다음으로, 패턴에 대한 분류를 위하여 패턴 벡터(511, ..., 51N)를 이용하여 패턴 신호(521, 522)를 구성할 수 있다(S5). 이때 각각의 패턴 신호(521, 522)는 서로 상이한 증상(예컨대, 서로 상이한 피검자)에 상응하는 것이며, 각각 학습 세트에 해당하는 패턴 벡터 및 평가 세트에 해당하는 패턴 벡터를 포함한다. Next, for pattern classification, pattern signals 521 and 522 may be configured using the
일 실시예에서, 연산 부하를 줄이고 신호 대 잡음비를 높이기 위하여 패턴 벡터(511, ..., 51N)를 일정한 개수의 그룹으로 군집화되어 각 그룹 내의 패턴 벡터들의 평균값으로 산출된 평균화된 패턴 백터들로 변환될 수 있다. 분류기는 평균화된 패턴 벡터들을 이용하여 학습될 수 있으며, 이때 패턴 벡터들 중 일정 비율의 패턴 벡터들은 학습 세트에 할당하고 나머지 패턴 벡터들은 학습 결과를 평가하기 위한 평가 세트에 할당할 수 있다. 예를 들어, k개의 평균화된 패턴 벡터들 중 k-n 개의 패턴 벡터는 학습 세트에 할당하고, 나머지 n개의 패턴 벡터는 평가 세트에 할당하여 패턴 신호(521, 522)를 구성할 수 있다(k 및 n은 임의의 자연수). In one embodiment, in order to reduce the computational load and increase the signal-to-noise ratio, the
다음으로, 이상과 같이 생성된 패턴 신호(521, 522)를 분류기를 이용하여 분류함으로써 뇌파 신호를 분류할 수 있다(S6). 일 실시예에서, 분류기로는 서포트 벡터 머신(Support Vector Machine; SVM) 기반의 분류기가 이용될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 분류기는 패턴 신호(521, 522) 중 학습 세트에 해당되는 패턴 벡터들을 이용한 머신러닝(machine learning)이나 인공지능 기법을 통하여 정상인과 이명 환자를 분류하는 분석 모델에 관련된 파라미터들에 대한 학습을 수행할 수 있다. Next, the EEG signal can be classified by classifying the pattern signals 521 and 522 generated as described above using a classifier (S6). In one embodiment, a support vector machine (SVM) based classifier may be used as the classifier, but is not limited thereto. The classifier is capable of learning parameters related to an analysis model for classifying normal people and tinnitus patients through machine learning or artificial intelligence techniques using pattern vectors corresponding to the learning set among the pattern signals 521 and 522. can
패턴 벡터들에 대한 분류 결과는, 해당 패턴 벡터에 상응하는 뇌파 신호, 나아가, 해당 뇌파 신호를 제공한 피검자에 대한 분류 결과를 의미한다. 따라서, 패턴 벡터에 대한 분류를 통하여 피검자의 이명 증상 유무나 이명의 발생 가능성을 판단하기 위한 증상 분류를 수행할 수 있다. 예를 들어, 뇌파 신호에서 이명에 해당하는 특징이 추출된 시점과 이명에 해당하는 특징 패턴(즉, 활성화 패턴)을 결정할 수 있다(S7). The classification result of the pattern vectors means the EEG signal corresponding to the pattern vector and the classification result of the subject who provided the corresponding EEG signal. Accordingly, symptom classification may be performed to determine whether or not there is a tinnitus symptom or a possibility of tinnitus occurring in the subject through classification of the pattern vector. For example, a time point at which a feature corresponding to tinnitus is extracted from an EEG signal and a feature pattern (ie, an activation pattern) corresponding to tinnitus may be determined (S7).
일 실시예에서는, 뇌파 신호의 모든 시점에서 추출된 특징 벡터를 이용하여 피검자의 응답의 정확도를 나타낸 디코딩(decoding) 신호(530)를 생성하여, 모든 시점마다 분류기를 이용하여 정상 상태와 이명 증상 상태를 구분함으로써 증상 분류의 정확도를 더욱 높일 수도 있다. In one embodiment, a
도 6a 및 6b는 각각 오드볼 과제와 수동 과제에 대한 피검자의 뇌파 기반 분류 정확도를 일 실시예에 따른 뇌파 신호 처리 방법에 의해 분석한 결과를 나타내는 그래프로서, 뇌파의 시간축 분석 방법인 사건 유발 전위(ERP) 분석을 통하여 피검자의 응답을 시간별 디코딩 정확도로 나타낸 것이다. 또한, 도 7a 및 7b는 각각 목표 자극과 표준 자극에 대한 피검자의 뇌파 기반 분류 정확도를 일 실시예에 따른 뇌파 신호 처리 방법에 의해 분석한 결과를 나타내는 그래프로서, 도 6a 및 6b와 마찬가지로 사건 유발 전위(ERP) 분석을 통하여 피검자의 상이한 자극 종류에 따른 해당 자극의 분류 정확도를 시간별로 나타낸 것이다. 6A and 6B are graphs showing the results of analyzing the EEG-based classification accuracy of a subject for an oddball task and a manual task, respectively, by an EEG signal processing method according to an embodiment, and event-evoked potentials (event-evoked potentials, which are a method of time-domain analysis of EEG), respectively. Through ERP) analysis, the response of the subject is expressed as decoding accuracy over time. In addition, FIGS. 7A and 7B are graphs showing results obtained by analyzing the subject's EEG-based classification accuracy for target stimuli and standard stimuli, respectively, by the EEG signal processing method according to an embodiment, similar to FIGS. 6A and 6B . Through (ERP) analysis, the classification accuracy of the corresponding stimulus according to the subject's different stimulus types is shown over time.
도시되는 바와 같이, 이명 환자 그룹이 정상인 대조군과 비교하여 분류 정확도에 있어서 통계적으로 유의미한 차이를 갖는 것을 확인할 수 있다. 예를 들어, 오드볼 과제에서 정상인 그룹과 이명 환자 그룹은 모두 목표 자극을 구분할 수 있었으나 이명 환자의 경우 자극 후 180 내지 680 ms의 시간 구간 동안 대조군에 비해 감소된 구별 정확도를 나타내어 청각의 이상 증상을 확인할 수 있었다. 또한, 오드볼 과제와 수동 과제에서 표준 자극에 대한 반응의 경우에도 자극 후 180 내지 610 ms의 시간 구간에서 이명 환자 그룹이 대조군에 비해 낮은 디코딩 정확도를 나타내었다. 또한, 도 6a, 6b, 7a 및 7b에서 각각의 그래프 위에 표시된 막대(601, 602, 701, 702)는 통계적 방법에 의하여 얻어진 분류 정확도의 신뢰 구간을 의미한다. As shown, it can be confirmed that the tinnitus patient group has a statistically significant difference in classification accuracy compared to the normal control group. For example, in the Odd Ball task, both the normal group and the tinnitus patient group were able to discriminate the target stimulus, but in the case of the tinnitus patient, the discrimination accuracy was reduced compared to the control group during the time interval of 180 to 680 ms after the stimulus, indicating abnormal hearing symptoms. I was able to confirm. Also, in the case of responses to standard stimuli in the odd ball task and the manual task, the tinnitus patient group showed lower decoding accuracy than the control group in the time interval of 180 to 610 ms after stimulation. In addition, the
이상과 같은 분석을 통하여, 정상 상태와 이명 상태를 구분가능한 시점과 이명 상태를 진단 및/또는 예측할 수 있는 활성화 패턴을 뇌파 신호로부터 찾아낼 수 있다. Through the analysis as described above, it is possible to find a time point at which a normal state and a tinnitus state can be distinguished and an activation pattern capable of diagnosing and/or predicting the tinnitus state can be found from the EEG signal.
이상에서 설명한 실시예들에 따른 뇌파 신호 처리 방법에 의한 동작은 적어도 부분적으로 컴퓨터 프로그램으로 구현되고 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 기록될 수 있다. 실시예들에 따른 뇌파 신호 처리 방법에 의한 동작을 구현하기 위한 프로그램이 기록되고 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 컴퓨터에 의하여 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록장치를 포함한다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체의 예로는 ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플로피디스크, 광 데이터 저장장치 등이 있다. 또한 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템에 분산되어, 분산 방식으로 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드가 저장되고 실행될 수도 있다. 또한, 본 실시예를 구현하기 위한 기능적인 프로그램, 코드 및 코드 세그먼트(segment)들은 본 실시예가 속하는 기술 분야의 통상의 기술자에 의해 용이하게 이해될 수 있을 것이다.The operation by the EEG signal processing method according to the embodiments described above may be at least partially implemented as a computer program and recorded on a computer-readable recording medium. The computer-readable recording medium on which the program for implementing the operation by the EEG signal processing method according to the embodiments is recorded includes all kinds of recording devices in which computer-readable data is stored. Examples of computer-readable recording media include ROM, RAM, CD-ROM, magnetic tape, floppy disk, and optical data storage devices. In addition, computer-readable recording media may be distributed in computer systems connected through a network, and computer-readable codes may be stored and executed in a distributed manner. In addition, functional programs, codes, and code segments for implementing this embodiment can be easily understood by those skilled in the art to which this embodiment belongs.
이상에서 살펴본 본 발명은 도면에 도시된 실시예들을 참고로 하여 설명하였으나 이는 예시적인 것에 불과하며 당해 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 실시예의 변형이 가능하다는 점을 이해할 것이다. 그러나, 이와 같은 변형은 본 발명의 기술적 보호범위 내에 있다고 보아야 한다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 첨부된 청구범위의 기술적 사상에 의해서 정해져야 할 것이다.The present invention reviewed above has been described with reference to the embodiments shown in the drawings, but this is only exemplary, and those skilled in the art will understand that various modifications and variations of the embodiments are possible therefrom. However, such modifications should be considered within the technical protection scope of the present invention. Therefore, the true technical protection scope of the present invention should be determined by the technical spirit of the appended claims.
Claims (14)
휴식 상태 또는 상기 청각 자극 신호를 듣는 정보 처리 상태의 피검자의 뇌파 신호를 측정하도록 구성된 측정부; 및
측정된 상기 뇌파 신호의 하나 이상의 특징을 추출하고, 상기 하나 이상의 특징을 이용한 다변량 패턴 인식을 통해 상기 뇌파 신호를 분류하는 분석부를 포함하되,
상기 분석부는 뇌파의 활성화 패턴과 시점을 판별함으로써 정상인 대비 판별할 수 있는 이명 환자의 뇌파 신호의 특징을 추출하여 피검자의 이명 증상 유무를 결정하도록 구성된 것이고,
상기 분석부는,
상기 뇌파 신호를 이용하여 상기 하나 이상의 특징에 상응하는 패턴 벡터를 생성하도록 구성된 특징 추출부;
피검자의 증상에 상응하는 복수 개의 상기 패턴 벡터를 이용하여 학습 세트 및 평가 세트를 포함하는 패턴 신호를 생성하도록 구성된 패턴 생성부; 및
상기 패턴 신호의 상기 학습 세트를 이용한 학습을 수행하고, 상기 평가 세트를 이용하여 학습 결과를 평가함으로써 피검자의 증상을 결정하도록 구성된 분류기를 포함하고,
상기 패턴 벡터는, 시간축 분석 방법, 주파수축 분석 방법, 시간-주파수맵 분석 방법, 사건 유발 전위 분석 방법, 및 교차 주파수 동조 분석 방법을 포함하는 방법에 의하여 추출된 특징값들을 포함하는 뇌파 기반 이명 진단 및 예측 장치.
a stimulus presentation unit configured to output an auditory stimulus signal including a standard stimulus and a target stimulus;
a measuring unit configured to measure an EEG signal of a subject in a resting state or in an information processing state listening to the auditory stimulation signal; and
An analysis unit for extracting one or more features of the measured EEG signal and classifying the EEG signal through multivariate pattern recognition using the one or more features,
The analysis unit is configured to determine the presence or absence of tinnitus symptoms in the subject by extracting features of the EEG signal of a tinnitus patient that can be discriminated against a normal person by discriminating the activation pattern and time point of the EEG,
The analysis unit,
a feature extraction unit configured to generate a pattern vector corresponding to the at least one feature using the EEG signal;
a pattern generator configured to generate a pattern signal including a learning set and an evaluation set by using the plurality of pattern vectors corresponding to the subject's symptoms; and
a classifier configured to determine a symptom of a subject by performing learning using the learning set of the pattern signals and evaluating a learning result using the evaluation set;
The pattern vector includes EEG-based tinnitus diagnosis including feature values extracted by a method including a time domain analysis method, a frequency domain analysis method, a time-frequency map analysis method, an event evoked potential analysis method, and a cross-frequency entrainment analysis method. and a forecasting device.
상기 자극 제시부는, 제1 주파수를 갖는 표준 자극 및 상기 제1 주파수와 상이한 제2 주파수를 갖는 목표 자극을 무작위로 혼합하여 상기 청각 자극 신호를 생성하도록 더 구성된 뇌파 기반 이명 진단 및 예측 장치.
According to claim 1,
The stimulus presentation unit is further configured to randomly mix a standard stimulus having a first frequency and a target stimulus having a second frequency different from the first frequency to generate the auditory stimulus signal. EEG-based tinnitus diagnosis and prediction device.
상기 패턴 생성부는, 복수 개의 상기 뇌파 신호로부터 생성된 상기 패턴 벡터들의 평균값을 이용하여 상기 패턴 신호를 생성하도록 더 구성된 뇌파 기반 이명 진단 및 예측 장치.
According to claim 1,
The pattern generating unit is further configured to generate the pattern signal using an average value of the pattern vectors generated from a plurality of the brain wave signals.
상기 청각 자극 신호를 듣는 피검자가 상기 자극 신호에 대한 응답으로 입력한 입력 신호를 수신하도록 구성된 입력부를 더 포함하는 뇌파 기반 이명 진단 및 예측 장치.
According to claim 1,
The apparatus for diagnosing and predicting tinnitus based on brain waves further comprising an input unit configured to receive an input signal input in response to the stimulation signal by the subject listening to the auditory stimulation signal.
상기 신호 처리 장치가 측정된 상기 뇌파 신호의 하나 이상의 특징을 추출하는 단계; 및
상기 신호 처리 장치가 뇌파의 활성화 패턴과 시점을 판별함으로써 정상인 대비 판별할 수 있는 이명 환자의 뇌파 신호의 특징을 추출하여 피검자의 이명 증상 유무를 결정하기 위하여 상기 하나 이상의 특징을 이용한 다변량 패턴 인식을 통해 상기 뇌파 신호를 분류하는 단계를 포함하되,
상기 뇌파 신호를 분류하는 단계는,
상기 신호 처리 장치가, 상기 뇌파 신호를 이용하여 상기 하나 이상의 특징에 상응하는 패턴 벡터를 생성하는 단계;
상기 신호 처리 장치가, 피검자의 증상에 상응하는 복수 개의 상기 패턴 벡터를 이용하여 학습 세트 및 평가 세트를 포함하는 패턴 신호를 생성하는 단계;
상기 신호 처리 장치가, 상기 패턴 신호의 상기 학습 세트를 이용하여 분류기의 학습을 수행하는 단계; 및
상기 신호 처리 장치가, 상기 분류기의 학습 결과를 이용하여 피검자의 증상을 결정하는 단계를 포함하고,
상기 패턴 벡터는, 시간축 분석 방법, 주파수축 분석 방법, 시간-주파수맵 분석 방법, 사건 유발 전위 분석 방법, 및 교차 주파수 동조 분석 방법을 포함하는 방법에 의하여 추출된 특징값들을 포함하는 뇌파 신호 처리 방법.
measuring, by a signal processing device, an EEG signal of a subject in a resting state or in an information processing state of listening to an auditory stimulus signal including a standard stimulus and a target stimulus;
extracting, by the signal processing device, one or more characteristics of the measured EEG signal; and
The signal processing device extracts features of the EEG signal of a tinnitus patient that can be discriminated compared to a normal person by discriminating the activation pattern and time point of the EEG, and multivariate pattern recognition using the one or more features to determine the presence or absence of tinnitus symptoms in the subject. Classifying the brain wave signal,
Classifying the brain wave signal,
generating, by the signal processing device, a pattern vector corresponding to the at least one feature using the EEG signal;
generating, by the signal processing device, a pattern signal including a learning set and an evaluation set using the plurality of pattern vectors corresponding to symptoms of the subject;
performing, by the signal processing device, learning of a classifier using the learning set of the pattern signal; and
determining, by the signal processing device, a symptom of the subject using a learning result of the classifier;
The pattern vector is an EEG signal processing method including feature values extracted by a method including a time domain analysis method, a frequency domain analysis method, a time-frequency map analysis method, an event evoked potential analysis method, and a cross-frequency entrainment analysis method. .
상기 뇌파 신호를 측정하는 단계 전에, 상기 신호 처리 장치가 상기 청각 자극 신호를 출력하는 단계를 더 포함하는 뇌파 신호 처리 방법.
According to claim 7,
The EEG signal processing method further comprising outputting, by the signal processing device, the auditory stimulus signal before the step of measuring the EEG signal.
상기 청각 자극 신호를 출력하는 단계는, 상기 신호 처리 장치가, 제1 주파수를 갖는 표준 자극 및 상기 제1 주파수와 상이한 제2 주파수를 갖는 목표 자극을 무작위로 혼합하여 상기 청각 자극 신호를 생성하는 단계를 포함하는 뇌파 신호 처리 방법.
According to claim 8,
The outputting of the auditory stimulus signal may include generating, by the signal processing device, the auditory stimulus signal by randomly mixing a standard stimulus having a first frequency and a target stimulus having a second frequency different from the first frequency. EEG signal processing method comprising a.
상기 패턴 신호를 생성하는 단계는, 상기 신호 처리 장치가, 복수 개의 상기 뇌파 신호로부터 생성된 상기 패턴 벡터들의 평균값을 이용하여 상기 패턴 신호를 생성하는 단계를 포함하는 뇌파 신호 처리 방법.
According to claim 7,
The generating of the pattern signal comprises generating, by the signal processing device, the pattern signal by using an average value of the pattern vectors generated from the plurality of brain wave signals.
상기 신호 처리 장치가, 상기 청각 자극 신호를 듣는 피검자가 상기 자극 신호에 대한 응답으로 입력한 입력 신호를 수신하는 단계를 더 포함하는 뇌파 신호 처리 방법.
According to claim 7,
The EEG signal processing method further comprising receiving, by the signal processing device, an input signal input as a response to the stimulus signal by a subject listening to the auditory stimulus signal.
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---|---|---|---|
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---|---|---|---|---|
KR101207697B1 (en) * | 2011-03-04 | 2012-12-03 | 단국대학교 산학협력단 | An objective tinnitus testing device using evoked response potential and the method to detect tinnitus objectively using this device |
Non-Patent Citations (1)
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국제학술지, Cichy, R. M., & Pantazis, D., Multivariate pattern analysis of MEG and EEG: A comparison of representational structure in time and space. NeuroImage, 158, pp441-454. (2017.)* |
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