KR100849667B1 - 뇌파 및 맥파 신호 계측장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 뇌파 및 맥파 신호 계측장치에 관한 것으로, 본 발명은 통상적인 헤드폰 구조에서 스피커가 장착된 하우징과, 상기 하우징으로부터 연장되며 일측 끝단에 걸림턱을 형성한 탄성의 좌, 우측 고정대와, 상기 좌, 우측 고정대와 하우징의 일측에 구비되어 뇌파(EEG1, EEG2), 맥파(PPG1, PPG2, PPG3, PPG4), 가속도맥파(APPG1, APPG2, APPG3, APPG4), 접촉신호(ET1, ET2, ET3, ET4)를 검출하는 센싱수단과, 상기 좌, 우측 고정대 간의 간격을 줄이기 위해 구비되는 연결부재와, 뇌파(EEG1, EEG2), 맥파(PPG1, PPG2, PPG3, PPG4), 가속도맥파(APPG1, APPG2, APPG3, APPG4), 접촉신호(ET1, ET2, ET3, ET4)를 하나의 신호로 처리하는 변조부 및 상기 변조부로부터 출력된 신호를 복원하는 복조부를 포함하여 구성되는 것이 특징이다.

뇌파, 맥파, 변조부, 복조부, 센서, 뇌파헤드셋

Description

뇌파 및 맥파 신호 계측장치{Apparatus for measuring Photoplethysmogram and electroencephalogram}

도 1은 본 발명에 따른 뇌파 및 맥파 신호 계측장치를 나타낸 도면,

도 2는 뇌파 및 맥파 신호 계측장치가 안면의 어느 부위를 부착되는지를 나타낸 도면,

도 3은 뇌파 및 맥파 신호 계측장치를 착용한 얼굴의 옆모습을 나타낸 도면,

도 4는 본 발명에 따른 뇌파 및 맥파 신호 계측장치에 장착된 센싱수단을 상세히 나타낸 도면,

도 5는 뇌파 및 맥파 신호 계측장치를 착용한 얼굴의 윗모습을 나타낸 도면,

도 6은 뇌파 및 맥파 신호 계측장치의 스피커부분을 상세히 나타낸 도면,

도 7은 본 발명에 따른 네 개의 센싱수단으로부터 신호를 얻어내는 과정을 개략적으로 나타낸 도면,

도 8은 본 발명에 따른 신호 변조부를 개략적으로 나타낸 도면,

도 9는 본 발명에 따른 신호 변조부의 구성도,

도 10은 도 9로부터 얻어지는 각각의 신호 파형을 나타내는 시간 도표,

도 11은 본 발명에 따른 복조부를 나타낸 구성도이다.

< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >

1, 2, 3, 4: 전극 5,6: 좌, 우측 고정대

7, 8: 본체 9, 10: 하우징

12, 13: 걸림턱 14: 신호연결선

15: 커넥터 16: 스피커단자

20: 연결부재 21: 고무줄

30: LED 32: 포토다이오드

33: 피부조직 40: 완충재

41: 스피커 70: 변조부

71: 멀티플렉서(MUX) 72: 펄스 폭 변조부(PWM)

73: 모서리 펄스 발생기(Edge Pulse Generator)

74, 100: 시간 제어회로(Timing Controller)

101: 톱니파 생성기 102: 톱니파 신호조절회로

103: 디멀티플렉서(DEMUX)

본 발명은 뇌파 및 맥파 신호 계측장치에 관한 것으로, 보다 자세하게는 네개의 센싱수단으로 뇌파 및 맥파신호를 측정함과 동시에 상기 센싱수단이 피검자에 올바로 부착이 되었는지의 여부를 확인하는 접촉신호도 측정하여 피검자의 뇌파 측정을 정확히 측정할 수 있는 뇌파 및 맥파 신호 계측장치에 관한 것이다.

일반적으로 사람의 머리에 수 개의 전극패드를 부착하고 여기서 얻어지는 전기신호를 증폭하여 얻은 파형을 뇌파(Electro-Encephalogram;EEG)라고 한다.

뇌파 신호의 파형은 머리의 부위, 피험자의 생각 또는 정신 상태에 따라 크게 달라진다. 일반적으로 뇌파의 크기는 0~200μV, 주파수는 0~50Hz이며, 정상인에게서 α파형, β파형, θ파형 및 δ파형의 네 가지 파형이 관찰될 수 있다. α파형은 8~14Hz 주파수에 50μV 크기의 파형으로서, 정상 성인이 안정된 정신상태에서 발생되고, 특히 후두부 및 두정부에서 잘 관찰된다. β파형은 14Hz 이상의 주파수를 가지며, 정신을 집중시키거나 뇌활동이 증가되는 상태에서 두정부 및 측두부에서 잘 관찰된다. θ파형은 4~8Hz의 주파수를 가지며, 어린이의 두정부와 측두부에서 관찰되고, 성인에게서는 수면 시나 깊은 실망 등의 스트레스가 있을 때 혹은 뇌질환이 있을 때 관찰된다. δ파형은 4Hz 이하 주파수 신호이고, 유아에게서도 관찰되고, 성인에게서는 깊은 수면 시나 심한 뇌 질환시에 나타날 수 있다. 또한, 대뇌피질을 하부 뇌조직과 분리했을 때에도 나타나는 것으로 보아 피질자체에서 독립적으로 나타나는 파형이라고 볼 수 있다.

또한, 두뇌의 활동을 시공간적(spatio-temporal)으로 파악하는 뇌파는 대표적인 생체 신호로서, 임상 및 뇌기능 연구에 폭 넓게 이용되고 있다. 최근에는 외부 자극에 의한 뇌파의 변조를 통하여 사용자의 정신적 상태를 개선하는 바이오피드백(bio-feedback)에 뇌파를 이용하고 있고, 또한 뇌파, 심전도 또는 피부 저 항(GSR: galvanic skin resistance)등의 생체 신호를 이용하여 인간의 감성을 평가하고 있다. 또한, 언어나 신체의 동작을 거치지 않고 뇌파를 통하여 인간과 기계와의 직접적인 인터페이스를 이루기 위한 두뇌-컴퓨터 인터페이스(BCI: brain-computer interface) 분야에 응용되고 있다.

상술한 뇌파를 측정하기 위한 종래의 장치들은 대부분 그 부피가 커 책상 위에 놓거나 별도의 운반대 위에 설치되어야하기 때문에, 뇌파 측정이 필요한 환자는 반드시 그러한 측정 장치를 갖춘 병원에 가야만 뇌파 진단 및 그 진단 상태 기록이 가능하다. 따라서, 지금까지 뇌파 측정 장치는 환자의 거동이 불편할 때 정신과 의사가 주기적으로 뇌파 측정을 하여 환자상태를 진단하고자 할 때마다 환자를 이동시켜야 하므로 그 사용이 매우 불편하다는 문제점을 가진다.

그리고, 뇌파를 측정할 때, 뇌파 이외에도 인간의 동작에 의한 근전도(筋電度), 안구 운동에 의한 안전도(眼電度), 심전도(心電度), 호흡과 발한에 의한 서파(slow wave) 및 뇌파 측정시 부착하는 전극에 의해 피부가 변형되어 발생되는 신호등과 같은 잡파(혹은 잡음)가 뇌파에 혼입된다. 이와같은 잡파가 혼입되면, 피험자의 뇌파를 정확히 측정할 수 없다는 단점이 있다.

이에 종래에는 미국특허 4,550,736호 'Movement artifact detector for sleep analysis'에 인간의 동작에 의하여 혼입된 잡파를 제거하는 방법이 개시되었다. 상기 특허에 의하면, 수면 뇌파의 측정시, 동작에 의한 잡파를 제거하기 위하 여, 뇌파보다 큰 값을 가지며 혼입되는 근전도 성분(30Hz 이상, 18μV 이상), 뇌파 증폭기의 이상 등으로 데이타 수집이 일시 중지되었다가 원래 상태로 돌아올 때 발 생하는 성분(30Hz 이상, -9μV ∼9μV ), 호흡이나 땀으로 인한 잡파 성분(1.2Hz 이하, 200μV 이상)의 세 성분 중에서 어느 하나라도 감지되면 잡파가 혼입되었다고 판정을 한다.

그러나, 상기 방법은, 피험자에 따라 뇌파의 진폭이 개인별로 다르고, 생리적 인지적 정보 처리에 따라 뇌파의 주파수 성분이 각기 다른 변화를 보인다는 점을 감안하지 않는다는 문제점을 갖는다.

또한, 센서 등을 이용하여 동작에 의한 잡파를 제거하는 방법이 제시되고 있으나, 이는 추가 비용이 든다는 단점이 있다.

아울러, 뇌파 측정에 있어 안정된 전극 부착은 올바른 신호 계측의 시작이자 마지막이라고 할 수 있다. 따라서, 종래의 다채널 장치에서는 전극풀을 이용하여 측정점에 일일이 개별전극을 부착하거나, 모자 형의 전극망을 사용하여 전극을 장착하기도 하였다. 한편, 소채널 장치에서는 일회용 전극을 사용하거나 밴드형 기구를 사용하여 전극을 부착했다.

그러나 상기 밴드형 기구는 대체로 단순한 구조여서 머리형이 큰 피검자가 자주사용하게 되면 탄성력이 약해져 머리형이 작은 피검자에게는 착용의 불편함이 있었을뿐 아니라 올바른 전극 부착이 보장되지 않았다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하고자 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 전극이 피검자에 올바로 부착이 되었는지의 여부를 확인하는 근접센서 와 전극이 피검자의 피부조직에 밀착되도록 구성한 탄성의 고정대와 상기 탄성의 고정대의 탄성력을 보강하기 위한 연결부재를 포함한 구성으로 피검자의 뇌파 측정을 정확히 측정하는 뇌파 및 맥파 신호 계측장치를 제공하는 데 있다.

상기와 같은 본 발명의 목적은, 헤드폰형 뇌파 검출장치에 있어서,

스피커가 장착된 하우징과 상기 하우징으로부터 연장되며 일측 끝단에 걸림턱을 형성한 탄성의 좌, 우측 고정대와 상기 좌, 우측 고정대와 하우징의 일측에 구비되어 뇌파(EEG1, EEG2), 맥파(PPG1, PPG2, PPG3, PPG4), 가속도맥파(APPG1, APPG2, APPG3, APPG4), 접촉신호(ET1, ET2, ET3, ET4)를 검출하는 센싱수단과 상기 좌, 우측 고정대 간의 간격을 줄이기 위해 구비되는 연결부재와 뇌파(EEG1, EEG2), 맥파(PPG1, PPG2, PPG3, PPG4), 가속도맥파(APPG1, APPG2, APPG3, APPG4), 접촉신호(ET1, ET2, ET3, ET4)를 하나의 신호로 처리하는 변조부와 상기 변조부로부터 출력된 신호를 복원하는 복조부를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 뇌파 및 맥파 신호 계측장치에 의해 달성된다.

여기서, 센싱수단은, 복수개의 홀이 형성된 뇌파(EEG1, EEG2)를 감지하기 위한 전극을 장착한 본체와, 상기 본체 내부에 구비되어 맥파(PPG1, PPG2, PPG3, PPG4), 가속도맥파(APPG1, APPG2, APPG3, APPG4), 접촉신호(ET1, ET2, ET3, ET4)를 검출하는 근접센서를 탑재하여 구성되는 것이 바람직하다.

그리고, 근접센서는, 피부조직에 빛을 조사하는 LED와 상기 피부조직으로부 터 반사되는 빛의 양을 검출하는 포토다이오드로 구성되어 맥파(PPG1, PPG2, PPG3, PPG4), 가속도맥파(APPG1, APPG2, APPG3, APPG4), 접촉신호(ET1, ET2, ET3, ET4)를 검출하는 것이 특징이다.

또한, 뇌파(EEG1, EEG2) 검출을 위해 상기 센싱수단을 피부조직에 면밀착시키되 밀착 진위여부는 근접센서의 접촉신호(ET1, ET2, ET3, ET4)로 판단하며, 상기 판단결과는 스피커로 출력되는 것이 바람직하다.

그리고, 스피커가 장착된 하우징은, 스피커의 진동이 전극 및 근접센서에 간섭되지 않도록 상기 스피커와 대응되는 일측에 완충재를 더 구비하는 것이 바람직하다.

아울러, 변조부는 뇌파(EEG1, EEG2), 맥파(PPG1, PPG2, PPG3, PPG4), 가속도맥파(APPG1, APPG2, APPG3, APPG4), 접촉신호(ET1, ET2, ET3, ET4)의 다채널 아날로그 신호를 한 채널의 아날로그신호로 변환하는 멀티플렉서(MUX)와, 상기 한 채널의 아날로그신호를 동일한 주파수로 샘플링하여 디지털신호로 변환하는 펄스 폭 변조부(PWM)와, 상기 멀티플렉서(MUX)를 제어하기 위한 시간제어신호와 펄스 폭 변조부(PWM)를 제어하는 시작 펄스와 펄스 폭 한계를 지정하는 펄스를 송출하는 시간제어회로와, 상기 디지털신호를 동기된 신호로 변환하는 펄스 발생기로 구성되는 것이 특징이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시 예에 대하여 첨부도면을 참조하여 상세히 설명한다. 우선 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호로 표기 되었음에 유의하여야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우, 그 상세한 설명을 생략한다.

도 1은 본 발명에 따른 뇌파 및 맥파 신호 계측장치를 나타낸 도면이고, 도 2는 뇌파 및 맥파 신호 계측장치가 안면의 어느 부위를 부착되는지를 나타낸 도면이다. 또한, 도 3은 상기 뇌파 및 맥파 신호 계측장치를 착용한 피검자의 옆모습을 나타낸 도면이다.

도 4는 본 발명에 따른 뇌파 및 맥파 신호 계측장치에 장착된 센싱수단을 상세히 나타낸 도면이고, 도 5는 뇌파 및 맥파 신호 계측장치를 착용한 피검자를 위에서 바라본 도면이다. 도 6은 뇌파 및 맥파 신호 계측장치의 센싱수단이 스피커의 진동에 간섭되지 않도록 스피커와 하우징 사이에 완충재가 구비되었음을 상세히 나타낸 도면이고, 도 7은 본 발명에 따른 네 개의 센싱수단으로부터 각각의 신호를 얻어내는 과정을 개략적으로 나타낸 도면이다. 아울러, 도 8 내지 도 11은 뇌파 및 맥파 신호 계측장치에서 검출하는 뇌파, 맥파 및 접촉신호를 하나의 신호로 변조하여 이를 다시 복원하는 과정을 나타내는 도면과 변, 복조부의 구성을 개략적을 나타내었다.

본 발명은 두 채널 뇌파 측정이 가능한 헤드폰형 뇌파 및 맥파 신호 계측장치로서, 뇌파 신호 검출을 위한 네개의 전극(1,2,3,4)과 각 전극(1,2,3,4)이 피검자의 피부조직(33)에 올바로 부착되었는지를 확인하는 근접센서로 이루어지는 센싱수단과 머리 크기가 다양한 피검자를 고려한 탄성재질의 좌, 우측 고정대(5,6)와 상기 좌, 우측 고정대(5,6)의 탄성력을 보강할 연결부재(20)와, 뇌파 측정시 지루해 할 수 있는 피검자를 고려해 음원이 출력하는 스피커(41)와 상기 스피커(41)의 진동이 뇌파 측정에 간섭을 일으키지 않도록 구비한 완충재(40)와 상기 센싱수단에 의해 검출되는 2채널의 뇌파신호, 4채널의 전극 접촉신호, 4채널의 맥파 또는 가속도 맥파 신호들을 하나의 신호 선에 할당하는 신호 변조부(70) 및 상기 변조부(70)의 신호를 복원하는 복조부를 포함하여 구성된다.

센싱수단은 스피커(41)가 장착된 각각의 하우징(9,10)의 일측에 두개 상기 하우징(9,10)으로부터 연장되는 좌, 우측 고정대(5,6)의 일측에 각각 구비된다.

상기 센싱수단은 다시 뇌파를 측정하기 위한 전극(1,2,3,4)과 상기 전극(1,2,3,4) 내부에 구비되는 근접센서로 구성된다. 더욱 상세하게는 뇌파를 측정하기 위한 계측용 전극(1,2)은 상기 좌, 우측 고정대(5,6)에 부착되고, 하우징(9,10)에 부착되는 전극(3,4)은 기준전극(3)과 접지전극(4)이다. 상기 접지전극(4)과 기준전극(3)은 좌, 우측 하우징(9,10)에 각각 장착되어 있어 피검자의 양 귀 근처 볼로 부착된다. 따라서 기준 전극(3)이 계측용 전극(1,2)으로부터 상당부분 떨어져 있기 때문에 측정 뇌파 신호의 신호 대잡음 특성이 개선된다. 이러한 전극(1,2,3,4)의 배치는 피검자가 전극(1,2,3,4)을 부착하기 위한 편의를 제공할 뿐만 아니라 측정 중의 지속적인 전극(1,2,3,4) 접촉과 안정감을 보장한다.

상기와 같은 전극(1,2,3,4)의 일측은 내부에 구비된 근접센서의 동작이 용이하도록 두개의 홀을 형성한다.

내부의 근접센서는 다시 광을 조사하는 LED(30)와 조사된 광이 피부조직을 반사 또는 경유하여 광량 변화가 일어난 광을 검출하는 포토다이오드(32)로 구성된다.

상기 광량 변화가 일어난 광을 검출한 포토다이오드(32)로 인해 빛의 세기에 따른 직류신호 크기(전극부착신호, ET)를 얻을 수 있고, 이를 통해 해당 전극(1,2,3,4)이 피검자의 피부조직(33)에 올바로 부착 되었는지를 판별할 수 있다.

또한, 근접센서는 심장 운동에 기인한 혈류량의 변화를 제공하는 맥파(PPG) 또는 가속도맥파(APPG)의 신호를 검출할 수 있다.

좌, 우측 고정대(5,6)는 스피커(41)가 장착된 하우징(9,10)에서 연장되는 지지대로서 전극(1,2)이 피검자의 피부조직(33)에 면밀착되도록 탄성력을 갖는 재질로 구성된다. 또한, 상기 좌, 우측 고정대(5,6)는 보통이상의 머리 크기를 갖는 피검자를 고려하여 마련한 연결부재(20)로 더욱 탄성력을 더욱 보강할 수 있도록 일측 끝단에 걸림턱(12,13)을 형성하여 구성한다. 이러한 탄성력을 갖는 좌, 우측 고정대(5,6)의 종류로는 당업자에 의해 다양하게 실시될 수 있음은 자명하다 할 것이며, 좌, 우측 고정대(5,6)의 탄성력을 더욱 보강시킬 연결부재(20) 또한, 다양하게 실시될 수 있음은 당연하다. 상기 좌, 우측 고정대(5,6)으로 계측용 전극(1,2)은 측정하고자 하는 피검자의 뇌파검출부위를 임의로 설정하여 부착할 수 있다.

연결부재(20)는 내측에 고무줄(21)을 구비하여 상기 좌, 우측 고정대(5,6)의 걸림턱(12,13)에 걸쳐 탄성력을 보강하는 구성이다. 이러한 이중 구조로 인해 전극(1,2,3,4)은 피검자의 피부조직(33)에 올바로 부착될 수 있다.

스피커(41)는 피검자가 뇌파 측정 중에 자칫 지루하게 느낄 수도 있음을 고 려 또는, 상기 직류신호 크기(ET)에 의해 전극(1,2,3,4)이 피검자에 올바로 부착되었는지의 판단여부를 알려주기 위해 구성된다. 그러나 본 발명은 스피커(41)의 진동이 뇌파 측정에 간섭을 일으킬 것을 고려해 상기 스피커(41)와 스피커(41)의 외장을 보호하는 하우징(9,10) 사이에 완충재(40)를 구비하여 스피커(41)의 진동이 피검자의 뇌파 측정에 간섭을 일으키지 못하도록 구성하였다. 상기 완충재(40)는 탄성이면서 절연체인 것이 바람직하다.

본 발명은 네 개의 전극(1,2,3,4)으로부터 두 채널의 뇌파신호(EEG1, EEG2)를 얻고, 근접센서로부터 맥파(PPG1, PPG2, PPG3, PPG4) 또는 가속도맥파(APPG1, APPG2, APPG3, APPG4)와 해당 전극(1,2,3,4)의 피부 접촉 여부를 알 수 있는 전극부착신호(ET1, ET2, ET3, ET4)를 검출한다. 따라서, 본 발명은 도합 10채널의 독립된 신호를 얻는 것이다.

변조부(70)는 상기 10채널의 독립된 신호를 하나의 도선에 할당하기 위해 구성된다. 즉, 10채널의 병렬 신호를 1채널의 직렬 신호로 변환한다. 네 개의 전극(1,2,3,4)으로부터 2채널의 뇌파(EEG1, EEG2)신호를 얻는 초단 증폭부(50)와 각 전극(1,2,3,4)에 구비된 근접센서로부터 맥파 또는 가속도맥파 신호와 전극부착신호 얻는 검출부(60)는 일차적 신호 획득용으로만 사용된다. 뿐만 아니라 획득한 신호에서 의미 있는 정보를 추출하기 위해선 이산화 과정을 거쳐야 한다. 이러한 일련의 신호 처리를 위해 10채널의 아날로그 신호는 정보 손실 없이 외부로 전달되어야 한다.

변조부(70)는 아날로그 신호 크기에는 영향을 주지 않으면서, 10채널 병렬 신호를 1채널 직렬 신호로 변환하는 역할을 수행한다. 이를 위해 다양한 변조 방식이 있을 수 있지만, 본 발명에서는 PPM(Pulse Position Modulation) 방식을 제안하여 더욱 상세히 설명한다.

10채널의 아날로그 신호는 비교적 느린 주파수 성분을 갖는다. 각 신호를 동일한 주파수로 샘플링하여 직렬로 나열하는 방식이다.

구성은 도 9를 참조하고 신호의 시간 도표는 도 10을 참조한다.

입력되는 10채널 신호(EEG1, EEG2, (A)PPG1, (A)PPG2, (A)PPG3, (A)PPG4, ET1, ET2, ET3, ET4)는 시간제어 신호(80, 81, 82, 83)로 제어되어 멀티플렉서(MUX)(71)에 의해 한 채널의 아날로그 신호로 변환된다. 아날로그 신호를 직접 전송하면 전송 과정에서 외부 잡음의 유입에 대항할 수 없다. 따라서 상기 아날로그 신호를 펄스 폭 변조부(PWN)(72)를 이용하여 디지털신호(86)로 변환한다. 펄스 폭 변조부(72)에는 변환의 시작을 알리는 펄스(84)와 펄스 폭 한계를 지정하는 펄스(85)신호를 입력 받는다. 펄스 폭 변조부(72)로 변조된 신호(86)는 모서리 펄스 발생기(73)에 의해 펄스(86)신호의 양 모서리에 동기된 펄스 신호(87)로 변환된다. 멀티플렉서(MUX)(71)와 펄스 폭 변조부(72)에 제공하는 펄스 신호(80, 81, 82, 83, 84, 85)는 시간 제어 회로(74)에서 제공되며, 모서리 펄스 발생기(73)에서 출력되는 신호가 최종 출력신호(87)이다. 각 채널의 신호 크기는 해당 채널의 시작을 알리는 펄스의 상승 모서리에서 다음 펄스의 상승 모서리까지의 시간 길이에 비례한다. 이 펄스 위치는 아날로그이기 때문에 신호 크기는 아날로그로 그대로 보존된다. 그러나, 상기 아날로그 신호가 출현하는 시간은 이산화된 상태이다. 신호 이산 화 주파수는 샘플링 이론에 따르면 개별 10채널 신호의 최대 주파수 보다 최소한 2배는 되어야 한다. 각 채널에 배당된 시간 길이는 다음식으로 주어진다.

여기서, N은 입력 채널수, fs는 샘플링 주파수이다. N+1에서 +1은 신호 복원을 위해 배당된 마크 신호(MK)를 위한 것이다. 샘플링 주파수는 앞에서도 언급했듯이 입력 아날로그 신호의 최대 주파수 보다는 2배 이상 커야 한다. 신호 형태에 정보가 포함되어 있다면 10배 정도는 확보하는 것이 좋다. 이러한 변조를 통해 10채널의 아날로그 신호를 1채널의 디지털 신호로 변환한다.

따라서, 신호선을 크게 줄였기 때문에 신호 연결 선은 가늘게 유지되고, 도선의 유연성은 확보된다. 사운드 신호선은 필요에 따라 분리할 수도 있고 하나의 스피커 단자(16)에 배정할 수도 있다.

변조된 신호를 복원하는 복조부의 구성은 도 11에 나타내었다. 신호 복원을 위한 마크 영역은 다른 신호 영역 보다는 시간 길이가 길다는 특징을 이용하여 마크 영역을 추출할 수 있다. 이 신호를 이용하여 입력 신호로부터 디멀티플렉서(DEMUX)(103)를 제어하기 위한 제어 신호를 시간 제어회로(100)가 생성한다. 시간 제어회로(100)는 멀티플렉서(71)에 사용된 제어 신호(80, 81, 82, 83)와 동일한 것을 생성한다. 더불어 디멀티플렉서(103)와 Op-amp를 이용한 버퍼를 사용하여 샘플-홀드 회로를 구현하기 위한 INH(디멀티플렉서(103) 회로를 하이 임피던스 상태 로 만드는 신호)신호를 생성한다. 시간제어회로(100)는 또한, 시간 길이를 전압 크기로 변환하기 위한 톱니파를 생성하도록 제어 펄스도 생성하여 톱니파 발생기(101)에 전달한다. 톱니파는 한 채널 구간에서 생성되기 때문에 펄스 간격이 곧 전압 크기로 변환될 수 있다. 톱니파는 파형 조절기(102)를 지나 디멀티플렉서(103)에 그대로 전달된다. 디멀티플렉서(103)는 제어신호(80, 81, 82, 83)에 의해 해당 채널로 선택되고, INH신호에 의해 샘플-홀드 되어 버퍼출력에 해당 채널의 신호 크기를 나타낸다. INH신호는 각 채널 구간에서 해당 펄스의 위치에 톱니파의 진폭을 샘플한다. 그리고, 해당 채널의 다음 샘플이 존재할 때까지 그 값을 버퍼 입력에 구비된 커패시터로 유지(홀드)한다. 모든 채널에 대해 이러한 방식으로 하나의 직력신호를 10채널의 병렬 신호로 다시 복원하게 된다. 복원된 신호는 fs주파수로 샘플된 흔적이 남기는 하지만 신호 크기는 손실 없이 그대로 회복된 것이다. 이러한 방식의 PPM 변복조는 신호 크기의 손실 없이도 디지털적으로 신호를 변환하는 특성을 나타낸다.

이제까지 본 발명에 대하여 그 바람직한 실시예들을 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.

상기 전술한 바와 같은 본 발명에 따른 뇌파 및 맥파 신호 계측장치의 사용으로, 올바른 전극 부착의 편리함은 물론 이로 인해 뇌파 연구의 수월성과 연구 내용의 실용성을 강화한다. 또한, 뇌파를 활용하는 많은 연구들이 실용적으로 사용되는 예가 드문 것은 뇌파 측정을 위한 전극 부착 문제를 해결해 내지 못했기 때문이며 이 같은 연유로 뇌파에 대한 연구 활동을 위축시키기도 했다.

따라서 본 발명은 실용성을 고려한 보다 현실적인 연구와 그 활용이 이 장치의 발명으로 인해 더욱 확대될 것으로 기대한다.

특히, 뇌파 및 생체 신호(PPG 또는 APG)를 이용한 다양한 게임 개발에 교두보가 될 것으로 보인다.

Claims (6)

1. 헤드폰형 뇌파 검출장치에 있어서,

   스피커(41)가 장착된 하우징(9,10);

   상기 하우징(9,10)으로부터 연장되며 일측 끝단에 걸림턱(12,13)을 형성한 탄성의 좌, 우측 고정대(5,6);

   상기 좌, 우측 고정대(5,6)와 하우징(9,10)의 일측에 구비되어 뇌파(EEG1, EEG2), 맥파(PPG1, PPG2, PPG3, PPG4), 가속도맥파(APPG1, APPG2, APPG3, APPG4), 접촉신호(ET1, ET2, ET3, ET4)를 검출하는 센싱수단;

   상기 좌, 우측 고정대(5,6) 간의 간격을 줄이기 위해 구비되는 연결부재(20);

   상기 센싱수단으로 검출된 뇌파(EEG1, EEG2), 맥파(PPG1, PPG2, PPG3, PPG4), 가속도맥파(APPG1, APPG2, APPG3, APPG4), 접촉신호(ET1, ET2, ET3, ET4)를 시간분할 방식으로 하나의 아날로그 신호로 변환하고, 각 시간 분할 위치에서 해당 아날로그 신호 크기를 펄스 위치 변조(PPM; Pulse Position Modulation)방식으로 디지탈 신호로 변환하는 변조부(70);

   상기 변조부(70)로부터 출력된 신호를 복원하는 복조부;

   를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 뇌파 및 맥파 신호 계측장치.
2. 제 1항에 있어서, 상기 센싱수단은,

   복수개의 홀이 형성된 뇌파(EEG1, EEG2)를 감지하기 위한 전극(1,2,3,4)이 장착한 본체와,

   상기 본체 내부에 구비되어 맥파(PPG1, PPG2, PPG3, PPG4), 가속도맥파(APPG1, APPG2, APPG3, APPG4), 접촉신호(ET1, ET2, ET3, ET4)를 검출하는 근접센서를 탑재하여 구성되는 것을 특징으로 하는 뇌파 및 맥파 신호 계측장치.
3. 제 2항에 있어서,

   상기 근접센서는,

   피부조직에 빛을 조사하는 LED(30)와 상기 피부조직으로부터 반사되는 빛의 양을 검출하는 포토다이오드(32)로 구성되어 맥파(PPG1, PPG2, PPG3, PPG4), 가속도맥파(APPG1, APPG2, APPG3, APPG4), 접촉신호(ET1, ET2, ET3, ET4)를 검출하는 것을 특징으로 하는 뇌파 및 맥파 신호 계측장치.
4. 제 2항에 있어서,

   뇌파(EEG1, EEG2) 검출을 위해 상기 센싱수단을 피부조직에 면밀착시키되 밀착 진위여부는 근접센서의 접촉신호(ET1, ET2, ET3, ET4)로 판단하며, 상기 판단결과는 스피커(41)로 출력되는 것을 특징으로 하는 뇌파 및 맥파 신호 계측장치.
5. 제 1항에 있어서,

   상기 하우징(9,10)은, 스피커(41)의 진동이 전극(1,2,3,4) 및 근접센서에 간섭되지 않도록 상기 스피커(41)와 대응되는 일측에 완충재(40)를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 뇌파 및 맥파 신호 계측장치.
6. 제 1항에 있어서,

   상기 변조부(70)는,

   뇌파(EEG1, EEG2), 맥파(PPG1, PPG2, PPG3, PPG4), 가속도맥파(APPG1, APPG2, APPG3, APPG4), 접촉신호(ET1, ET2, ET3, ET4)의 다채널 아날로그 신호를 한 채널의 아날로그신호로 변환하는 멀티플렉서(MUX)(71)와,

   상기 한 채널의 아날로그신호를 동일한 주파수로 샘플링하여 디지털신호로 변환하는 펄스 폭 변조부(PWM)(72)와,

   상기 멀티플렉서(MUX)(71)를 제어하기 위한 시간제어신호(80, 81, 82, 83)와 펄스 폭 변조부(PWM)(72)를 제어하는 시작 펄스(84)와 펄스 폭 한계를 지정하는 펄스(85)를 송출하는 시간제어회로(74)와,

   상기 디지털신호를 동기된 신호(87)로 변환하는 펄스 발생기(73)로 구성됨을 특징으로 하는 뇌파 및 맥파 신호 계측장치.

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