KR101069153B1 - Optical Brain Response Monitoring Device For Closed-loop Deep Brain Stimulation - Google Patents

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Abstract

폐쇄형 심뇌자극시스템을 위한 광학적 뇌 반응 모니터링 장치에 있어서, 뇌 조직에 전기 자극을 주입하는 자극부; 상기 자극에 따른 뇌 조직의 반응을 모니터링 하기 위해 광 신호를 뇌 조직에 입사하는 광원부; 뇌 조직에서 배출된 광 신호를 검출하고 상기 검출된 광 신호를 전기 신호로 변환하는 광검출부; 상기 변환된 전기 신호를 분석하여 광학적 뇌 반응 데이터를 생성하는 분석부; 및 상기 분석부의 분석 결과에 따라 제어 신호를 생성하여 상기 자극부를 제어하는 제어부를 포함하며, 상기 분석부는 전기 신호에서 뇌 조직의 광학적 성질의 변화를 측정하여 뇌활동을 분석하며, 상기 광학적 성질의 변화는 상기 뇌 조직에서 배출된 광 신호의 물리량 변화로 측정하는 뇌 반응 모니터링 장치가 개시된다.An optical brain response monitoring apparatus for a closed cardiovascular stimulation system, comprising: a stimulator for injecting electrical stimulation into brain tissue; A light source unit for injecting an optical signal into the brain tissue to monitor the response of the brain tissue according to the stimulus; A photo detector detecting an optical signal emitted from the brain tissue and converting the detected optical signal into an electrical signal; An analyzer configured to analyze the converted electrical signal to generate optical brain response data; And a control unit generating a control signal according to an analysis result of the analysis unit to control the stimulation unit, wherein the analysis unit analyzes brain activity by measuring a change in optical properties of brain tissue in an electrical signal, and changes in the optical properties. Disclosed is a brain response monitoring apparatus for measuring the physical quantity change of the light signal emitted from the brain tissue.

심뇌자극, 뇌 반응 모니터링, 광 신호 Cardiac stimulation, Brain response monitoring, Light signal

Description

폐쇄형 심뇌자극시스템을 위한 광학적 뇌 반응 모니터링 장치{Optical Brain Response Monitoring Device For Closed-loop Deep Brain Stimulation}Optical Brain Response Monitoring Device For Closed-loop Deep Brain Stimulation}

본 발명은 심뇌자극시스템에 있어서, 뇌 조직에 전기 자극을 주입하고 그 반응 결과를 광학적 관찰방법에 의하여 모니터링하는 뇌 반응 모니터링 장치에 관한 것으로써, 광학적 관찰방법을 사용하여 장시간 측정 가능하고 측정 데이터에 자극 노이즈가 배제된 뇌 반응 모니터링 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a brain response monitoring device for injecting electrical stimulation into the brain tissue and monitoring the response result by optical observation method, which can be measured for a long time using an optical observation method. The present invention relates to a brain response monitoring device without stimulus noise.

심뇌자극기술(deep brain stimulation; DBS)이라 함은 뇌 심부를 전기 자극하여 운동 장애를 겪는 환자의 운동 기능을 회복시키는 기술을 말한다. 예를 들어, 파킨슨씨병이나 수전증 환자의 운동 기능을 전기 자극을 통하여 회복시킬 수 있다. 최근에는 육체적 장애 뿐만 아니라 만성통증, 우울증 등의 정신적 장애에도 적용이 확대되고 있다.Deep brain stimulation (DBS) refers to a technique for restoring the motor function of a patient suffering from a movement disorder by electrical stimulation of the deep brain. For example, the motor function of Parkinson's disease or hydration can be restored through electrical stimulation. Recently, the application to the mental disorders such as chronic pain, depression as well as physical disorders has been expanded.

최근에는 심뇌자극에 의한 뇌 반응을 동시에 측정함으로써, 뇌 반응에 따라 자극 조건을 바꾸어주는 폐쇄형 심뇌자극기술(closed-loop DBS)이 연구되고 있다. 이는, 자극에 대한 뇌 반응을 고려하여 보다 효율적이고 안전한 심뇌 자극을 가능하게 하기 위함이다. 이러한 뇌 반응 측정을 위해 종래에는 미세 전극을 뇌에 삽입 하였다. 그러나 측정용 전극을 이용한 closed-loop DBS는 아래와 같은 이유로 적합하지 않았다.In recent years, a closed-loop DBS has been studied, which simultaneously measures the brain response caused by cardiac brain stimulation and changes the stimulation conditions according to the brain response. This is to enable more efficient and safe cardio brain stimulation in consideration of brain response to the stimulus. In order to measure the brain response, a conventional microelectrode was inserted into the brain. However, closed-loop DBS using measuring electrodes was not suitable for the following reasons.

DBS는 긴 시간동안 자극과 측정을 반복하여야 한다. 종래에 사용된 측정용 전극은 장시간 뇌 조직에 삽입해 놓으면 전극의 도체 부위가 뇌 조직에 감싸지는 현상(cellular or fibrous encapsulation)에 의해 전기 신호를 감지하는 전극의 성능이 저하된다. 또한, 실리콘 기반의 모니터링용 전극은 유연하지 않아 뇌 조직에 삽입 시에 전극이 부러지거나 뇌 조직이 손상될 우려가 있다. 그리고, 전기 자극에 대한 뇌 조직의 반응을 전기 신호를 통하여 관찰하면, 입력 전기 신호에 의한 신호의 왜곡이 불가피하여 측정의 정확도가 떨어진다. 흔히 자극 노이즈 (stimulus artifact)라 불리는 현상을 말한다. 이에, 이와 같은 문제점을 극복할 수 있는 뇌 반응 모니터링 장치를 장착한 새로운 closed-loop DBS의 개발의 필요성이 요구되고 있다.The DBS should repeat the stimulus and measurement for a long time. When the measurement electrode used in the related art is inserted into the brain tissue for a long time, the performance of the electrode that detects an electrical signal is degraded by cellular or fibrous encapsulation of the conductor portion of the electrode. In addition, the silicon-based monitoring electrode is not flexible, and when inserted into the brain tissue, the electrode may be broken or the brain tissue may be damaged. When the brain tissue response to the electrical stimulation is observed through the electrical signal, the distortion of the signal due to the input electrical signal is inevitable, and thus the accuracy of the measurement is reduced. Commonly referred to as stimulus artifact. Therefore, there is a need for the development of a new closed-loop DBS equipped with a brain response monitoring device that can overcome such problems.

본 발명은 상기와 같은 종래 기술을 극복하기 위하여 제안된 것으로써 뇌 반응 모니터링 장치에 있어서, 광학적 관찰 방법을 이용하여 자극 신호에 대한 뇌 조직의 반응을 관찰하여 다시 입력되는 자극 신호를 제어하는, 폐쇄형 심뇌자극시스템용 뇌 반응 모니터링 장치를 제공한다.The present invention has been proposed to overcome the prior art as described above, in the brain response monitoring device, using the optical observation method to observe the response of the brain tissue to the stimulus signal to control the stimulus signal is input again, It provides a brain response monitoring device for the type cardio brain stimulation system.

상기 과제를 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 뇌 반응 모니터링 장치는, 뇌 조직에 전기 자극을 주입하는 자극부; 상기 자극에 따른 뇌 조직의 반응을 모니터링 하기 위해 광 신호를 뇌 조직에 입사하는 광원부; 뇌 조직에서 배출된 광 신호를 검출하고 상기 검출된 광 신호를 전기 신호로 변환하는 광검출부; 상기 변환된 전기 신호를 분석하여 광학적 뇌 반응 데이터를 생성하는 분석부; 및 상기 분석부의 분석 결과에 따라 제어 신호를 생성하여 상기 자극부를 제어하는 제어부를 포함하며, 상기 분석부는 전기 신호에서 뇌 조직의 광학적 성질의 변화를 측정하여 뇌활동을 분석하며, 상기 광학적 성질의 변화는 상기 뇌 조직에서 배출된 광 신호의 물리량 변화로 측정한다.Brain response monitoring apparatus according to an embodiment of the present invention for achieving the above object, the stimulator for injecting electrical stimulation to the brain tissue; A light source unit for injecting an optical signal into the brain tissue to monitor the response of the brain tissue according to the stimulus; A photo detector detecting an optical signal emitted from the brain tissue and converting the detected optical signal into an electrical signal; An analyzer configured to analyze the converted electrical signal to generate optical brain response data; And a control unit generating a control signal according to an analysis result of the analysis unit to control the stimulation unit, wherein the analysis unit analyzes brain activity by measuring a change in optical properties of brain tissue in an electrical signal, and changes in the optical properties. Is measured by the change in physical quantity of the optical signal emitted from the brain tissue.

본 발명에 따르면, 종래의 기술에서 사용했던 전극을 이용한 모니터링 방법의 문제점을 개선하여, 장시간동안 뇌 반응을 모니터링 할 수 있게 된다. 또한 전극을 통한 모니터링 방법에서 생긴 자극 노이즈가 없기 때문에 정밀한 측정이 가능 하여 전기 자극 조건 또는 자극 위치 등을 최적화할 수 있다. 자극에 대한 반응을 실시간으로 모니터링함으로써, 뇌 자극을 통한 새로운 기초 임상 연구의 활성화도 기대된다.According to the present invention, by improving the problem of the monitoring method using the electrode used in the prior art, it is possible to monitor the brain response for a long time. In addition, since there is no stimulus noise generated by the monitoring method through the electrode, precise measurement is possible, thereby optimizing the electric stimulation conditions or the stimulus position. By monitoring the response to stimuli in real time, the activation of new basic clinical studies through brain stimulation is also expected.

본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명은 본 발명의 요지를 명확하게 하기 위하여 생략한다.In describing the present invention, detailed descriptions of related well-known functions or configurations are omitted to clarify the gist of the present invention.

본 명세서에서 광 신호라 함은 광원에서 광경로부 측으로 주입하거나 광경로부에서 광검출부 측으로 전달되는 빛을 지칭한다.In the present specification, the light signal refers to light injected from the light source to the light path part or transmitted from the light path part to the light detection part.

본 명세서에서 뇌 조직의 광학적 성질이라 함은 투과율(transmittance), 반사율(reflectance), 투과스펙트럼(transmission spectrum), 반사스펙트럼(reflection spectrum), 흡수스펙트럼(absorption spectrum), 라만 산란(Raman scattering), 2차 상관(2nd-order correlation 또는 intensity correlation), 후방 산란(backscattering) 등 뇌 조직이 빛과 상호작용하는 과정에서 나타나는 모든 광학적인 물리량을 의미한다.In the present specification, the optical properties of brain tissue refer to transmittance, reflectance, transmission spectrum, reflection spectrum, absorption spectrum, Raman scattering, 2 It refers to all optical physical quantities that appear in the process of brain tissue interacting with light, such as 2nd-order correlation or intensity correlation, and backscattering.

본 명세서에서 광 신호의 물리량이라 함은 빛의 세기(intensity), 편광 방향(polarization), 변조된 빛의 경우 위상(phase) 등 측정 가능한 빛의 물리적 성질을 지칭한다.In the present specification, the physical quantity of an optical signal refers to the physical properties of light that can be measured, such as intensity of light, polarization direction, and phase in the case of modulated light.

도 1은 본 발명에 따른 뇌 반응 모니터링 장치(100)로서, 뇌 조직에 전기 자극을 제공하는 자극부(10); 상기 자극에 따른 반응을 모니터링 하기 위해 광 신호 를 뇌 조직에 입사하는 광원부(20); 뇌 조직에서 배출된 광 신호를 검출하고 상기 검출된 광 신호를 전기 신호로 변환하는 광검출부(30); 상기 변환된 전기 신호를 분석하여 광학적 뇌 반응 데이터를 생성하는 분석부(40); 및 상기 분석부의 분석 결과에 따라 제어 신호를 생성하여 상기 자극부를 제어하는 제어부(50)를 포함한다.1 is a brain response monitoring device 100 according to the present invention, the stimulator 10 for providing electrical stimulation to the brain tissue; A light source unit 20 incident an optical signal to brain tissue to monitor a response according to the stimulus; A photo detector 30 for detecting an optical signal emitted from the brain tissue and converting the detected optical signal into an electrical signal; An analysis unit 40 analyzing the converted electrical signal to generate optical brain response data; And a controller 50 generating a control signal according to an analysis result of the analyzer and controlling the stimulus.

자극부(10)는 뇌 심부에 주입하는 전기 자극을 생성한다. 전기 자극은 뇌 조직을 자극하여 원하는 반응을 유도한다. 예를 들어, 수전증 환자가 손을 더 이상 떨지 않게 하는 반응을 유도하기 위해, 뇌의 특정 부위에 전기 자극을 주입한다. 이 반응은 후술하는 광원부와 광검출부에 의해서 관찰되며, 광-조직 상호 작용에 의해 관찰할 수 있다. 광-조직 상호 작용이라 함은, 광 신호가 뇌 조직과 반응하여 뇌 조직의 광학적 성질 변화가 광 신호에 반영되는 것을 의미한다.Stimulator 10 generates electrical stimulation that is injected into the deep brain. Electrical stimulation stimulates brain tissue to induce the desired response. For example, an electrical stimulus is injected into a specific area of the brain to induce a reaction that causes the hydration patient to no longer shake his hand. This reaction is observed by the light source and the photodetector described later, and can be observed by the light-tissue interaction. Optical-tissue interaction means that the optical signal reacts with the brain tissue so that the optical property change of the brain tissue is reflected in the optical signal.

자극부는 후술하는 제어부로부터 제어를 받는다. 자극부는 제어부에 의해 설정된 전기 자극 조건을 수신하여 그에 대응하는 전기 자극을 생성하게 된다.The magnetic pole part is controlled by the control part mentioned later. The magnetic pole unit receives the electrical stimulation conditions set by the controller to generate the electrical stimulation corresponding thereto.

자극부는 제어부로부터 제어 신호를 수신하는 통신 기능을 제공하는 통신부; 상기 제어부로부터 수신한 제어 신호에 따라 전기 자극을 생성하는 자극 회로부; 및 상기 전기 자극을 뇌 조직으로 전달하는 전극부를 포함한다. 자극 회로부는 제어부의 제어 신호에 따라 자극 신호의 크기, 주파수 등을 조절하여 자극 신호를 생성한다. 전기 자극을 뇌 조직에 주입하고, 그에 대한 뇌 조직의 반응을 관찰함으로써 자극 신호와 뇌 조직의 반응 간에 관계를 분석한다.The magnetic pole unit includes a communication unit providing a communication function for receiving a control signal from the control unit; A stimulation circuit unit generating an electrical stimulation according to a control signal received from the control unit; And an electrode unit for transmitting the electrical stimulation to the brain tissue. The stimulus circuit unit generates a stimulus signal by adjusting the magnitude, frequency, etc. of the stimulus signal according to a control signal of the controller. The relationship between the stimulus signal and the brain tissue's response is analyzed by injecting electrical stimulation into the brain tissue and observing the brain tissue's response to it.

광원부(20)는 광 신호를 입사한다. 광 신호를 입사하여 상기 자극부가 입력 한 자극 신호에 대한 뇌 조직의 반응을 관찰할 수 있도록 한다. 종래에 사용되었던 전극을 통하여 뇌 조직의 반응을 관찰하지 않고, 광학적 관찰 방법을 적용시킨 것이다. 광학적 관찰 방법을 실시하기 위하여, 광 신호를 제공하는 광원부를 구비한다.The light source unit 20 receives an optical signal. An optical signal is incident to allow the stimulus to observe the brain tissue's response to the stimulus signal. The optical observation method is applied without observing the reaction of the brain tissue through the electrode used in the prior art. In order to implement an optical observation method, a light source unit for providing an optical signal is provided.

광학적 관찰 방법이란, 광학적 성질을 이용하여 뇌 조직의 반응을 관찰하는 것이다. 뇌 조직은 특정한 사고 또는 행동을 하기 이전에, 그에 해당하는 신경신호를 생성하는데, 그 신경신호가 발생할 때에 뇌 조직의 광학적 성질이 변할 수 있다. 뇌 조직의 광학적 성질의 변화는 뇌 조직에 입사된 광 신호의 물리량 변화로 측정할 수 있다.An optical observation method is to observe the response of brain tissue using optical properties. The brain tissue generates a corresponding neural signal before a particular thought or action, and the optical properties of the brain tissue may change when the neural signal occurs. The change in the optical properties of the brain tissue can be measured by the change in the physical quantity of the optical signal incident on the brain tissue.

광원부에는 다양한 종류의 광원을 사용할 수 있다. 광원부는 레이저(laser), 변조기(modulator), 광학필터 또는 편광필터를 포함할 수 있다. 광원에서 주입되는 광 신호 자체를 사용해도 되지만, 신경신호 측정에 효과적인 결과를 도출하기 위하여 광원 외에 위에서 언급한 구성요소를 부가하는 것이다. 특히, 변조기는 전계 광학 효과(electro-optic effect)를 이용하여 광 신호를 변조시키는 광 변조기 또는 음향 광학 효과(acoustic-optic effect)를 이용하여 광 신호를 변조시키는 음향 광학 변조기일 수 있다. 또한, 파장분할변조 또는 시분할변조 등에 의한 방식도 사용할 수 있다.Various kinds of light sources can be used for the light source unit. The light source unit may include a laser, a modulator, an optical filter, or a polarization filter. Although the optical signal itself injected from the light source may be used, the above-mentioned components are added in addition to the light source in order to obtain an effective result for measuring the neural signal. In particular, the modulator may be an optical modulator that modulates an optical signal using an electro-optic effect or an acoustic optical modulator that modulates an optical signal using an acoustic-optic effect. In addition, a method using wavelength division modulation, time division modulation, or the like can also be used.

광검출부(30)는 뇌 조직으로부터 배출된 광 신호를 검출하여 그에 담긴 정보를 전기 신호로 변환하여 분석부(40)에 전달한다. 상기 광 신호에 담긴 정보는 광 신호의 세기 또는 편광각 등이 있다.The photo detector 30 detects an optical signal emitted from the brain tissue, converts the information contained therein into an electrical signal, and transmits the information to the analyzer 40. The information contained in the optical signal includes the intensity or polarization angle of the optical signal.

광검출부는 상기 광원부가 광학필터 또는 편광필터를 구비하는 경우에 광학필터 또는 편광 필터를 포함할 수 있다. 이땐 동일한 구성요소를 포함하여야 할 것이다. 또한 광원부에서 광 신호를 변조하여 주입하는 경우에는 변조된 광신호를 복조하기 위한 복조기를 포함하여야 한다.The light detector may include an optical filter or a polarization filter when the light source includes an optical filter or a polarization filter. You will need to include the same components. In addition, when modulating and injecting an optical signal in the light source unit, a demodulator for demodulating the modulated optical signal should be included.

광검출부가 뇌 조직에서 배출된 광 신호를 검출하는 것은 광-조직 상호작용에 의한다. 광-조직 상호작용은 몇 가지로 구분된다. 본 발명에 따른 장치에서는 근적외선 흡수 및 산란 스펙트럼(near-infrared spectrum of absorption and scattering), 라만 산란(Raman scattering), 복굴절(birefringence) 또는 광학 활성(optical activity) 및 2차 상관(2nd-order correlation)을 이용한다.The detection of the light signal emitted from the brain tissue by the photodetector is by photo-tissue interaction. Photo-tissue interactions are divided into several categories. In the device according to the invention, the near-infrared spectrum of absorption and scattering, Raman scattering, birefringence or optical activity and second-order correlation Use

위에 열거된 4 가지의 광-조직 상호작용에 의하면, 광원부 및 광검출부는 두피 접촉형의 프로브를 사용한다. 뇌 조직으로 광 신호를 전달하고, 뇌 조직으로부터 배출되는 광 신호를 검출하기 위함이다. 신체 내부에 이식할 필요가 없으므로 간편하다.According to the four light-tissue interactions listed above, the light source portion and the photodetector portion use a scalp contact type probe. This is to transmit an optical signal to the brain tissue and to detect the optical signal emitted from the brain tissue. It's easy because you don't need to implant it inside your body.

분석부(40)는 상기 광검출부에서 변환된 전기 신호를 이용하여 뇌활동을 분석하고, 그 분석 결과의 데이터를 제어부에 전달한다. The analyzer 40 analyzes brain activity using the electrical signal converted by the photodetector, and transmits data of the analysis result to the controller.

분석부는 상기 전기 자극에 반응한 뇌 조직의 광학적 성질의 변화를 측정하여 신경신호를 분석한다. 신경신호 발생시에는 뇌 조직의 광학적 성질이 변하므로, 이를 반영한 채 배출된 광 신호를 이용하면 신경신호를 분석할 수 있다. 뇌 조직의 신경신호는 뇌 조직에서 배출된 광 신호의 물리량 변화로 측정한다. 상기 신경신호 분석의 결과는 전기 신호로 된 데이터로 저장될 수 있다. 이 데이터를 본 명세서에 서 광학적 뇌반응 데이터라고 한다.The analysis unit analyzes nerve signals by measuring changes in optical properties of brain tissue in response to the electrical stimulation. When the neural signal is generated, the optical properties of the brain tissue are changed, and thus the neural signal can be analyzed by using the emitted light signal while reflecting this. Neural signals in brain tissue are measured by changes in physical quantities of light signals emitted from brain tissue. The result of the neural signal analysis may be stored as data of the electrical signal. This data is referred to herein as optical brain response data.

신경신호의 분석을 통해, 각 신경신호와 대응하는 사고(思考) 또는 행동의 유형을 맵핑할 수 있다. 사고 또는 행동을 하면, 그 전에 특정 신경신호가 발생하게 되므로, 위에서 분석한 신경신호 데이터와 대응하는 사고 또는 행동 유형을 맵핑할 수 있는 것이다. 분석부는 맵핑한 데이터를 저장하는 데이터베이스를 더 포함할 수 있다. 이 데이터베이스는 계속 업데이트될 수 있다.By analyzing the neural signals, you can map the types of thoughts or actions that correspond to each neural signal. When an accident or action occurs, a specific neural signal is generated before that, so that the corresponding neural signal data analyzed above can be mapped with the type of thought or action. The analysis unit may further include a database storing the mapped data. This database can be updated continuously.

뇌활동 분석은 특정한 신경신호(사고 또는 행동을 유발하는)를 인지하는 작업이다. 예를 들어, 손가락을 움직이기 위해서는 손가락을 움직이려는 신경신호를 발생하여 그 신호가 신경을 따라 손가락을 움직이는 근육까지 도달하여, 손가락을 움직이게 된다. 위의 예에서 '신경신호'는 '손가락을 움직이는 행동'과 관련이 있다. 이런 상호 관계를 일대일로 맵핑하여, 전기 자극에 반응한 뇌 조직의 광학적 성질의 변화에서 특정한 신경신호를 판단하고, 그 특정한 신경신호에서 그 신경신호와 관련된 행동을 판단한다. 이러한 일련의 작업이 뇌활동 분석에 해당한다. Brain activity analysis is about recognizing specific nerve signals (causing thoughts or actions). For example, in order to move a finger, a nerve signal for moving a finger is generated, and the signal reaches a muscle moving a finger along the nerve to move the finger. In the example above, the 'neural signal' is related to the 'movement of the finger'. By mapping these correlations one-to-one, one can judge a particular neural signal in a change in the optical properties of the brain tissue in response to an electrical stimulus, and determine the behavior associated with that neural signal in that particular neural signal. This series of tasks corresponds to brain activity analysis.

제어부(50)는 분석부로부터 광학적 뇌 반응 데이터를 전달받아 자극부의 전기 자극 조건을 설정한다. 제어부는 분석부에서 측정한 광학적 뇌 반응 데이터와 상기 자극부에서 제공한 전기 자극 사이의 상관 관계를 계산하고, 그 계산 결과에 따라서 전기 자극 조건을 설정하여 자극부를 제어한다. 제어부는 체내에 이식될 수 있다. 또한 제어부는 광원부의 광원 세기나 주파수 등을 제어할 수도 있다. The controller 50 receives the optical brain response data from the analyzer to set the electrical stimulation conditions of the stimulator. The control unit calculates a correlation between the optical brain response data measured by the analysis unit and the electrical stimulation provided by the stimulation unit, and controls the stimulation unit by setting the electrical stimulation conditions according to the calculation result. The control unit may be implanted in the body. In addition, the controller may control the light source intensity, frequency, and the like of the light source unit.

제어부는 위에서 언급한대로, 분석부가 특정한 신경신호와 특정한 행동 또는 사고를 맵핑하였을 때, 신경신호, 행동, 사고 및 전기 자극 사이의 상관 관계를 계 산하고, 그 상관 관계에 의해서 전극부를 제어한다. As mentioned above, when the analysis unit maps a specific neural signal and a specific behavior or thought, the controller calculates a correlation between the neural signal, the behavior, the thought, and the electrical stimulation, and controls the electrode part by the correlation.

예를 들어, 제어부는 피실험 대상자의 특정한 전기 자극에 따른 광학적 뇌 반응 데이터를 수집한다. 상기 광학적 뇌 반응 데이터는 광검출부에서 전달받은 상기 광 신호의 세기 또는 편광각의 변화량 데이터로부터 분석부에 의해 추출된다. 여기서, 각각의 전기 자극에 따른 상기 뇌 반응의 특징을 입력된 전기 자극과 일대일로 매핑하고, 초기에 입력한 자극 신호에 대한 뇌 조직의 반응이 예측했던 것과 일치하는지 판단한다. 광 신호의 물리량 변화 특징과 전기 자극의 관계를 유추하는 알고리즘을 통해 매핑을 할 수 있다. For example, the controller collects optical brain response data according to a specific electrical stimulus of the subject. The optical brain response data is extracted by the analysis unit from the change amount data of the intensity or polarization angle of the optical signal received from the photodetector. Here, the characteristics of the brain response according to each electrical stimulation are mapped one-to-one with the input electrical stimulation, and it is determined whether the response of the brain tissue to the initially inputted stimulus signal is consistent with that predicted. The mapping can be performed through an algorithm that infers the relationship between the physical quantity change characteristic of the optical signal and the electrical stimulus.

이 단계에서 한 단계 더 나아가, 전기 자극이 가해지는 위치 및 신호의 물리적 특성과 그에 관련된 신경신호를 맵핑하여, 각 전기 자극과 뇌활동을 연결할 수 있다.In this step, it is possible to connect each electrical stimulus and brain activity by mapping the electrical stimulus to the location and the physical characteristics of the signal and the neural signals related thereto.

뇌 조직의 반응이 초기에 예측한 것과 일치한다면, 계속 동일한 전기 자극을 입력하도록 제어 신호를 출력할 것이다. 반면에, 그 반응이 예상한 것과 일치하지 않는다면, 상이한 전기 자극을 입력하도록 제어 신호를 출력할 것이다. 상기의'일치'하는지 여부는 각 실시예마다 다르게 설정되어, 그 정도는 조절될 수 있다. 즉 완벽한 일치 또는 불일치를 의미하는 것은 아니다. 예를 들어, 데이터와 전기 자극의 대응 관계를 유사도로 계산하여, 유사도가 임계치 이내인지를 판단하는 방법이 사용될 수 있다.If the brain tissue's response matches what was initially predicted, it will output a control signal to continue inputting the same electrical stimulus. On the other hand, if the response does not match that expected, the control signal will be output to input different electrical stimuli. Whether the 'match' is set differently for each embodiment, the degree can be adjusted. This does not mean a perfect match or disagreement. For example, a method of determining whether the similarity is within a threshold by calculating a correspondence relationship between the data and the electrical stimulus as a similarity may be used.

도 2는 본 발명에 따른 뇌 반응 모니터링 장치(200)로서, 도 1의 뇌 반응 모니터링 장치에 상기 광원부와 광검출부 사이에 위치하고, 체내에 이식되어 있으며, 상기 입사되는 광 신호를 뇌 조직에 전달하고, 뇌 조직에서 배출되는 광 신호를 광검출부에 전달하는 광경로부(60)를 더 포함한 뇌 반응 모니터링 장치이다. 광경로부를 더 포함한 뇌 반응 모니터링 장치는, 광-조직 상호 작용중에서 반사 또는 후방산란을 이용한다. 여기서 광경로부는 광섬유를 포함할 수 있다.2 is a brain response monitoring apparatus 200 according to the present invention, which is located between the light source and the photodetector in the brain response monitoring apparatus of FIG. 1, is implanted in the body, and transmits the incident optical signal to brain tissue. The brain response monitoring device further includes a light path unit 60 for transmitting an optical signal emitted from the brain tissue to the light detection unit. The brain response monitoring device further including a light path part uses reflection or backscattering during light-tissue interaction. The light path unit may include an optical fiber.

광경로부는 뇌 조직의 광학적 성질의 변화 측정을 위해 장시간동안 사용되어야 한다. 따라서 세포 내부의 환경에 영향을 받지 않아야 한다. 종래의 전극을 이용하여 전기 신호를 검출하는 방법에서는 전극의 노출된 부위가 조직에 감싸지는 현상이 발생하여, 전극을 교체해야 하므로 장시간의 신경신호 측정에 장애가 되었다. 이에, 광학적 성질 변화 측정 방식을 전기 신호 추출 방식에서 광 신호 검출 방식으로 바꾸어, 장시간의 측정을 가능하게 하였다.The optical path section should be used for a long time to measure changes in the optical properties of brain tissue. Therefore, it should not be affected by the environment inside the cell. In a conventional method of detecting an electrical signal using an electrode, a phenomenon in which an exposed portion of the electrode is wrapped in a tissue occurs, and thus the electrode needs to be replaced, which causes a problem in measuring nerve signals for a long time. Accordingly, the optical property change measurement method was changed from the electrical signal extraction method to the optical signal detection method to enable a long time measurement.

또한, 광경로부는 뇌 조직과 반응한 광 신호를 광검출부로 전달해야 하기 때문에, 광경로부를 하나의 경로로 구현하는 경우에는 광선 분리기(beam splitter)를 포함할 수 있다.In addition, since the light path part needs to transmit the optical signal reacted with the brain tissue to the light detector, the light path part may include a beam splitter when implementing the light path part as one path.

광경로부는 광 신호가 설계된 진행 방향과 반대로 진행되는 것을 방지하기 위하여 광 아이솔레이터(isolator)를 포함할 수 있다. 광 아이솔레이터를 구비하면, 반대 방향의 광 신호가 차단되기 때문에 광검출부에서의 광 신호 측정이 용이해질 것이다.The optical path unit may include an optical isolator to prevent the optical signal from traveling in the reverse direction of the designed travel. If the optical isolator is provided, the optical signal measurement at the photodetector will be easy since the optical signal in the opposite direction is blocked.

광경로부는 광원부에서 편광필터를 사용하는 경우에 편광유지 광섬유 (polarization maintaining optical fiber)에 의해 구현될 수 있다. 편광된 광 신호를 이용하면 광학적 성질 변화의 변수를 한가지 더 얻을 수 있으므로, 광 신호의 물리량 변화 측정에 유리하다.The light path unit may be implemented by a polarization maintaining optical fiber when the polarization filter is used in the light source unit. By using the polarized optical signal, one more variable of the optical property change can be obtained, which is advantageous for measuring the physical quantity change of the optical signal.

이하 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 뇌 반응 모니터링 장치를 나타내고 있다. 본 실시예에서는 광원부 및 광검출부가 신체 외부에 존재한다. 광원부 및 광검출부는 두피 접촉형의 프로브를 사용한다. 제어부는 최초 설정된 환경에 따라 제어 신호를 자극부로 전달한다. 자극부는 제어부와의 통신 기능을 제공하는 통신부; 프로세서로부터 수신한 제어 신호에 따라 전기 자극을 생성하는 자극 회로부; 및 전기 자극을 뇌 조직으로 전달하는 전극부를 포함할 수 있다. 자극부는 제어 신호를 전달받고, 제어 신호에 대응하는 전기 자극을 생성하여 전극부를 통해 뇌 조직에 전달한다.3 shows a brain response monitoring apparatus according to an embodiment of the present invention. In the present embodiment, the light source unit and the light detection unit exist outside the body. The light source and the photodetector use a scalp contact probe. The control unit transmits a control signal to the stimulation unit according to the initially set environment. The magnetic pole unit includes a communication unit providing a communication function with the control unit; A stimulation circuit unit for generating an electrical stimulation according to a control signal received from a processor; And it may include an electrode unit for transmitting the electrical stimulation to the brain tissue. The stimulus unit receives the control signal, generates an electrical stimulation corresponding to the control signal, and transmits the electrical stimulus to the brain tissue through the electrode unit.

뇌 조직에 전달된 전기 자극에 뇌 조직은 반응한다. 뇌 조직의 반응은 광학적 관찰 방법에 의해 검출할 수 있다. 종래의 기술에서는 또 다른 전극을 이용하여, 전기 신호를 검출하였다.Brain tissue responds to electrical stimuli delivered to brain tissue. Brain tissue responses can be detected by optical observation methods. In the prior art, another electrode was used to detect an electrical signal.

광검출부는 광 신호를 수집한다. 수집한 광 신호의 물리량 변화를 통하여 뇌 조직의 신경신호를 분석하기 위함이다. 광검출부에 의해 수집된 광 신호는 전기 신호로 변환되어 분석부로 전달된다. 분석부는 전달받은 전기 신호를 이용하여 뇌조직의 광학적 성질의 변화를 분석한다. 상기 광신호의 물리량 변화에서 뇌 조직의 광학적 성질의 변화를 측정할 수 있다. 뇌 조직의 광학적 성질의 변화는 뇌 조직에서 신경신호가 발생한 것을 의미한다.The photodetector collects the optical signal. This is to analyze the neural signal of brain tissue by changing the physical quantity of the collected optical signal. The optical signal collected by the photodetector is converted into an electrical signal and transmitted to the analyzer. The analysis unit analyzes the change in the optical properties of the brain tissue using the received electrical signal. The change in the optical properties of the brain tissue may be measured by the change in physical quantity of the optical signal. Changes in the optical properties of brain tissues indicate that neural signals are generated in the brain tissues.

분석부는 상기 광 신호의 물리량 변화가 기록된 광학적 뇌 반응 데이터를 제어부로 전달한다. 제어부는 전달받은 데이터를 이용하여 자극부의 전기 자극을 제어한다. 제어부는 상기 데이터가 초기에 입력한 전기 자극과 대응하는 지를 판단하고, 일치하지 않는 경우에는 전기 자극을 변경하는 제어 신호를 생성하여 자극부로 전달할 수 있다. 만약 상기 데이터가 일치하는 경우에는 전기 자극을 유지하는 제어 신호를 생성하여 자극부로 전달할 수 있다. '일치'하는지 여부는 위에서 언급한대로 그 범위가 조절될 수 있고, 예컨대 유사도값 계산을 통해 판단할 수 있다.The analyzer transmits the optical brain response data recorded with the change in the physical quantity of the optical signal to the controller. The control unit controls the electrical stimulation of the stimulation unit using the received data. The controller may determine whether the data correspond to the initially input electrical stimulus, and if not, generate a control signal for changing the electrical stimulus and transmit the generated control signal to the magnetic pole. If the data match, a control signal for maintaining the electrical stimulation may be generated and transmitted to the stimulation unit. Whether or not 'match' can be adjusted in the range as mentioned above, for example, can be determined by calculating the similarity value.

이처럼 본 실시예를 반복하면서, 원하는 신경신호가 발생하도록 전기 자극을 조절하는 폐쇄형 심뇌자극시스템용 뇌 반응 모니터링 장치를 구현할 수 있다.As described above, while repeating this embodiment, it is possible to implement a brain response monitoring device for a closed cardiac brain stimulation system to adjust the electrical stimulation to generate the desired nerve signal.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 뇌 반응 모니터링 장치를 나타내고 있다. 본 실시예에 따르면 뇌 반응 모니터링 장치는 광원부와 광검출부 사이에 위치하는 광경로부를 포함한다. 광경로부는 체내에 이식되어 있으며, 광원부가 입사하는 광 신호를 뇌 조직에 전달하고, 뇌 조직에서 배출되는 광 신호를 광검출부에 전달한다. 광경로부는 광섬유를 포함할 수 있다.4 shows a brain response monitoring apparatus according to an embodiment of the present invention. According to the present embodiment, the brain response monitoring device includes a light path unit positioned between the light source unit and the light detection unit. The optical path unit is implanted in the body, and transmits an optical signal incident to the light source to the brain tissue, and transmits an optical signal emitted from the brain tissue to the photodetector. The light path unit may include an optical fiber.

광섬유를 광경로부로 구현하는 것은 뇌 조직의 광학적 성질을 이용하기 위함이다. 신경신호가 발생하면 뇌 조직의 광학적 성질이 변한다는 사실을 근거로, 광 신호의 반사 또는 후방산란을 이용하여 뇌 조직의 광학적 성질의 변화를 관찰하여 신경신호을 측정하는 것이다.The optical fiber is implemented in the optical path part to take advantage of the optical properties of brain tissue. Based on the fact that the optical properties of brain tissues change when a neural signal is generated, nerve signals are measured by observing changes in the optical properties of brain tissues using reflection or backscattering of the optical signals.

제어부는 최초 설정된 환경에 따라 제어 신호를 자극부로 전달한다. 자극부는 통신부; 자극 회로부; 및 전극부를 포함할 수 있다. 자극부는 제어 신호를 전달 받고, 제어 신호에 대응하는 전기 자극을 생성하여 전극부를 통해 뇌 조직에 전달한다.The control unit transmits a control signal to the stimulation unit according to the initially set environment. The magnetic pole portion is a communication unit; Stimulation circuitry; And an electrode unit. The stimulus unit receives the control signal, generates an electrical stimulus corresponding to the control signal, and transmits the electrical stimulus to the brain tissue through the electrode unit.

뇌 조직에 전달된 전기 자극에 뇌 조직은 반응한다. 뇌 조직의 반응은 광학적 관찰 방법에 의해 검출할 수 있다. 종래의 기술에서는 또 다른 전극을 이용하여, 전기 신호를 검출하였다. 본 발명의 실시예에서는 뇌 조직의 광학적 성질의 변화를 측정하여 뇌 조직의 반응을 검출하므로, 이를 위하여 광원부는 광 신호를 주입한다. 광원부가 주입하는 광 신호는 광경로부를 통하여 뇌 조직으로 전달된다. 뇌 조직은 상기 전극부의 전기 자극에 의해 반응하고, 반응 시에 변하는 뇌 조직의 광학적 성질은 주입된 광 신호의 물리량을 변화시켜 배출하고, 이는 다시 광경로부를 통하여 광 검출부로 전달된다. 뇌 조직이 주입된 광 신호의 물리량을 변화시키는 과정이 광-조직 상호작용에 해당한다.Brain tissue responds to electrical stimuli delivered to brain tissue. Brain tissue responses can be detected by optical observation methods. In the prior art, another electrode was used to detect an electrical signal. In an embodiment of the present invention, since the response of the brain tissue is detected by measuring a change in optical properties of the brain tissue, the light source unit injects an optical signal for this purpose. The optical signal injected by the light source unit is transmitted to the brain tissue through the optical path unit. The brain tissue responds by electrical stimulation of the electrode part, and the optical properties of the brain tissue that change during the reaction change and release the physical quantity of the injected optical signal, which is transmitted to the light detector through the light path unit. The process of changing the physical quantity of the optical signal injected into the brain tissue corresponds to the light-tissue interaction.

본 실시예에서는, 광-조직 상호작용 중에서 반사 또는 후방산란 중 어느 것을 이용하는지에 따라 광경로부의 구현 방식이 달라진다.In this embodiment, the implementation method of the light path part varies depending on whether reflection or backscattering is used among the light-tissue interactions.

반사에 의한 광 신호를 검출하는 경우, 한 개의 경로로 된 광경로부를 이용한다. 광원부로부터 광 신호를 전달받고 뇌 조직까지 전달하는 경로와 뇌 조직에서 배출된 광 신호를 광검출부까지 전달하는 경로가 동일한 하나의 경로이다. 이에 의하면, 광 신호가 입사되는 경로의 입구와 광 신호가 검출되는 경로의 출구가 동일하기 때문에 광선 분리기(beam splitter)를 이용하여 입출력되는 광 신호를 분리할 수 있다.When detecting an optical signal due to reflection, an optical path portion having one path is used. The path that receives the optical signal from the light source unit and transmits it to the brain tissue and the path that transmits the optical signal emitted from the brain tissue to the photodetector is the same path. According to this, since the entrance of the path through which the optical signal is incident and the exit of the path through which the optical signal is detected, the optical signal input and output can be separated using a beam splitter.

후방산란에 의한 광 신호를 검출하는 경우, 두 개의 경로로 된 광경로부를 이용한다. 광원부로부터 광 신호를 전달받고 뇌 조직까지 전달하는 제1 경로와 뇌 조직에서 배출된 광 신호를 광검출부까지 전달하는 제2 경로로 구성된다.When detecting an optical signal by backscattering, two paths of optical paths are used. And a first path for receiving an optical signal from the light source unit and transmitting the optical signal to the brain tissue, and a second path for transmitting the optical signal emitted from the brain tissue to the photodetector.

광검출부는 광경로부로부터 뇌 조직에서 배출된 광 신호를 검출하고 전기 신호로 변환한다. 광검출부는 전기 신호를 분석부로 전달한다. 분석부는 광검출부로부터 전달받은 전기 신호에서 광 신호의 물리량 변화를 분석하고, 광 신호의 물리량 변화에서 뇌 조직의 광학적 성질의 변화를 분석하고, 뇌 조직의 광학적 성질의 변화에서 신경신호를 분석하게 된다. 또한 분석된 신경신호에서 신경신호에 대응하는 특정 사고 또는 행동을 분석하는 뇌활동 분석 과정까지 진행할 수도 있다.The photodetector detects the light signal emitted from the brain tissue from the light path unit and converts the light signal into an electrical signal. The photodetector transfers the electrical signal to the analyzer. The analysis unit analyzes the change in the physical quantity of the optical signal in the electrical signal received from the photodetector, analyzes the change in the optical properties of the brain tissue from the change in the physical quantity of the optical signal, and analyzes the neural signal in the change of the optical properties of the brain tissue. . In addition, it may proceed from the analyzed nerve signal to the brain activity analysis process for analyzing a specific thought or action corresponding to the nerve signal.

제어부는 분석부가 분석한 결과를 바탕으로 자극부를 제어한다. 제어부는 분석부가 분석하여 생성한 광학적 뇌 반응 데이터를 이용하여, 각각의 데이터와 자극부에서 주입한 전기 자극과의 상관 관계를 계산하여 자극부를 제어할 수 있다.The control unit controls the stimulation unit based on the analysis result. The control unit may control the stimulation unit by calculating a correlation between the data and the electrical stimulation injected by the stimulation unit using the optical brain response data generated by analyzing the analysis unit.

도 5는 상기 제어부가 자극부를 제어하는 과정을 나타낸 도면이다. 제어부는 자극부의 전기 자극을 제어하는 제어 신호를 생성하여 자극부에 전달한다. 초기의 제어 신호의 값은 임의의 값으로 설정되어 있으며, 얻으려는 뇌 조직의 반응에 따라 입력에 의하여 변경될 수 있다. 제어부는 광원부의 광원 세기나 주파수 등을 제어할 수도 있다. 5 is a diagram illustrating a process of controlling the stimulation unit by the control unit. The control unit generates a control signal for controlling the electrical stimulation of the magnetic pole portion and transmits it to the magnetic pole portion. The value of the initial control signal is set to an arbitrary value, and may be changed by input depending on the response of the brain tissue to be obtained. The controller may control a light source intensity, a frequency, and the like of the light source unit.

광원부에서 주입된 광 신호가 뇌 조직과 상호 작용 후 광검출부로 전달되어 검출된다. 광검출부는 광 신호의 물리량 변화를 전기 신호로 변환하여 분석부로 전달한다. 분석부는 상기 전기 신호에서 뇌 조직의 광학적 성질 변화를 추출하여 광학적 뇌 반응 데이터를 생성하고 제어부로 전달한다. The optical signal injected from the light source unit is transmitted to the photodetector after detecting the brain tissue. The photo detector converts the physical quantity change of the optical signal into an electrical signal and transmits the electrical signal to the analyzer. The analysis unit extracts the optical property change of the brain tissue from the electrical signal to generate optical brain response data and transmits it to the controller.

제어부는 상기 광학적 뇌 반응 데이터를 수신하고, 제어 신호와 상기 데이터의 뇌 반응이 일치하는지를 미리 설정해 놓은 데이터베이스를 검색하여 판단한다. '일치한다'는 제어 신호와 상기 데이터의 유사도가 임계값 내에 존재하느냐를 의미한다. 이 임계값은 설정에 따라 변경될 수 있다. 이를 통해, 최초에 뇌 조직의 특정 반응을 유도하기 위해서 입력된 제어 신호를, 전기 자극에 의해 나타난 광학적 뇌 반응 데이터와 비교하여 제어부의 제어가 제대로 수행되고 있는지를 판단할 수 있다.The control unit receives the optical brain response data, and searches and determines a database that has previously set whether the control signal and the brain response of the data match. 'Match' means whether the similarity between the control signal and the data is within a threshold. This threshold can be changed depending on the setting. Through this, it is possible to determine whether the control of the controller is properly performed by first comparing the control signal input to induce a specific response of the brain tissue with the optical brain response data indicated by the electrical stimulation.

예컨대, 제어 신호와 광학적 뇌 반응 데이터의 유사도가 임계값을 벗어나면, 제어부는 제어 신호를 수정하여 자극부에 전달한다. 제어 신호와 광학적 뇌 반응 데이터의 유사도가 임계값 이내이면 상기의 데이터베이스에 이 결과를 저장한다. 유사도를 판단하는 것은 어느 정도의 오차를 고려한다는 것이기 때문에, 제어 신호에 특정하여 예측한 뇌 반응과 모니터링한 광학적 뇌 반응 데이터는 정확하게 동일하지 않다. 따라서, 상기의 데이터베이스는 계속 업데이트 시킬 수 있다. 제어 신호 대 광학적 뇌 반응 데이터의 맵핑 테이블을 저장하고 제어 과정을 종료한다.For example, when the similarity between the control signal and the optical brain response data is out of the threshold value, the controller modifies the control signal and transmits the control signal to the stimulator. If the similarity between the control signal and the optical brain response data is within the threshold, the result is stored in the database. Since judging similarity takes into account some error, the brain response predicted by the control signal and the monitored optical brain response data are not exactly the same. Thus, the database can be updated continuously. The mapping table of control signal to optical brain response data is stored and the control process is terminated.

이상에서 설명한 본 발명은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 있어 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 변경 및 변형이 가능하므로 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 한정되는 것은 아니다.The present invention described above is limited to the above-described embodiments and the accompanying drawings as various changes and modifications can be made within the scope without departing from the technical spirit of the present invention for those skilled in the art. It doesn't happen.

도 1은 본 발명에 따른 뇌 반응 모니터링 장치를 나타낸 도면이다.1 is a view showing a brain response monitoring device according to the present invention.

도 2는 도 1의 뇌 반응 모니터링 장치에 광경로부가 더 포함된 뇌 반응 모니터링 장치를 나타낸 도면이다.FIG. 2 is a diagram illustrating a brain response monitoring apparatus including a light path unit in the brain response monitoring apparatus of FIG. 1.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 뇌 반응 모니터링 장치의 동작 개념도를 나타낸 도면이다.3 is a view showing the operation of the brain response monitoring apparatus according to an embodiment of the present invention.

도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 뇌 반응 모니터링 장치의 동작 개념도를 나타낸 도면이다.4 is a view showing the operation of the brain response monitoring apparatus according to another embodiment of the present invention.

도 5는 본 발명에 따른 뇌 반응 모니터링 장치의 제어부의 동작 순서도를 나타낸 도면이다.5 is a flowchart illustrating an operation of the controller of the brain response monitoring apparatus according to the present invention.

Claims (19)

폐쇄형 심뇌자극시스템을 위한 광학적 뇌 반응 모니터링 장치에 있어서,In the optical brain response monitoring device for a closed cardiac brain stimulation system, 뇌 조직에 전기 자극을 주입하는 자극부;Stimulator for injecting electrical stimulation to the brain tissue; 상기 자극에 따른 뇌 조직의 반응을 모니터링 하기 위해 광 신호를 뇌 조직에 입사하는 광원부;A light source unit for injecting an optical signal into the brain tissue to monitor the response of the brain tissue according to the stimulus; 뇌 조직에서 배출된 광 신호를 검출하고 상기 검출된 광 신호를 전기 신호로 변환하는 광검출부;A photo detector detecting an optical signal emitted from the brain tissue and converting the detected optical signal into an electrical signal; 상기 광원부와 광검출부 사이에 위치하고, 체내에 이식되어 있으며, 상기 입사되는 광 신호를 뇌 조직에 전달하고, 뇌 조직에서 배출되는 광 신호를 광검출부에 전달하는 광경로부;An optical path unit positioned between the light source unit and the photodetector unit and implanted in the body to transmit the incident optical signal to brain tissue, and to transmit the optical signal emitted from the brain tissue to the photodetector unit; 상기 변환된 전기 신호를 분석하여 광학적 뇌반응 데이터를 생성하는 분석부; 및An analyzer configured to analyze the converted electrical signal and generate optical brain response data; And 상기 분석부의 분석 결과에 따라 제어 신호를 생성하여 상기 자극부를 제어하는 제어부를 포함하며,A control unit generating a control signal according to an analysis result of the analysis unit to control the stimulation unit; 상기 분석부는 전기 신호에서 뇌 조직의 광학적 성질의 변화를 측정하여 뇌활동을 분석하며, 상기 광학적 성질의 변화는 상기 뇌 조직에서 배출된 광 신호의 물리량 변화로 측정하고,The analysis unit analyzes the brain activity by measuring the change in the optical properties of the brain tissue in the electrical signal, the change in the optical properties is measured by the change in the physical quantity of the optical signal emitted from the brain tissue, 상기 광경로부는 광섬유를 포함하는 것을 특징으로 하는 뇌 반응 모니터링 장치.The light path unit brain response monitoring device, characterized in that it comprises an optical fiber. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 분석부는,The analysis unit, 상기 뇌 조직의 광학적 성질의 변화와 뇌활동 간의 대응 관계를 저장한 데이터베이스를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 뇌 반응 모니터링 장치.Brain response monitoring device further comprises a database storing a correspondence between the change in the optical properties of the brain tissue and brain activity. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 분석부는,The analysis unit, 상기 광 신호의 헤모글로빈 농도에 의한 근적외선 흡수율을 측정하여 뇌활동을 분석하는 것을 특징으로 하는 뇌 반응 모니터링 장치.Brain response monitoring device characterized in that for analyzing the brain activity by measuring the near-infrared absorption rate by the hemoglobin concentration of the optical signal. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 분석부는,The analysis unit, 상기 광 신호의 근적외선 흡수 및 산란 스펙트럼을 측정하여 뇌활동을 분석하는 것을 특징으로 하는 뇌 반응 모니터링 장치.Brain response monitoring device characterized in that for analyzing the brain activity by measuring the near infrared absorption and scattering spectrum of the optical signal. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 분석부는,The analysis unit, 상기 광 신호의 라만 산란 스펙트럼을 측정하여 뇌활동을 분석하는 것을 특징으로 하는 뇌 반응 모니터링 장치.Brain response monitoring device characterized in that for analyzing the brain activity by measuring the Raman scattering spectrum of the optical signal. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 분석부는,The analysis unit, 상기 광 신호의 복굴절 또는 광학활성을 측정하여 뇌활동을 분석하는 것을 특징으로 하는 뇌 반응 모니터링 장치.Brain response monitoring device characterized in that for analyzing the brain activity by measuring the birefringence or optical activity of the optical signal. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 분석부는,The analysis unit, 상기 광 신호의 2차 상관 값을 측정하여 뇌활동을 분석하는 것을 특징으로 하는 뇌 반응 모니터링 장치.Brain response monitoring device characterized in that for analyzing the brain activity by measuring the second correlation value of the optical signal. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 제어부는,The control unit, 상기 분석부에서 상기 전기 신호를 분석한 광학적 뇌 반응 데이터와 상기 자극부에서 제공한 전기 자극 사이의 대응 관계를 계산하여, 상기 자극부의 전기 자극 조건을 설정하여 자극부를 제어하는 것을 특징으로 하는 뇌 반응 모니터링 장치.The response unit calculates a corresponding relationship between the optical brain response data analyzing the electrical signal and the electrical stimulation provided by the stimulation unit, and sets the electrical stimulation conditions of the stimulation unit to control the stimulation unit. Monitoring device. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 제어부는,The control unit, 상기 광학적 뇌 반응 데이터와 전기 자극 간의 대응 관계를 저장한 데이터베이스를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 뇌 반응 모니터링 장치.And a database storing a correspondence relationship between the optical brain response data and an electrical stimulus. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 제어부는 체내에 이식되는 것을 특징으로 하는 뇌 반응 모니터링 장치.The controller is a brain response monitoring device, characterized in that implanted in the body. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 자극부는,The magnetic pole portion, 상기 제어부와의 통신 기능을 제공하는 통신부;A communication unit providing a communication function with the control unit; 상기 제어부로부터 수신한 제어 신호에 따라 전기 신호를 생성하는 자극 회로부; 및A stimulation circuit unit generating an electrical signal according to the control signal received from the control unit; And 상기 전기 신호를 뇌 조직으로 전달하는 전극부를 포함하는 것을 특징으로 하는 뇌 반응 모니터링 장치.Brain response monitoring device comprising an electrode unit for transmitting the electrical signal to the brain tissue. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 자극부는 상기 제어부로부터 상기 전기 자극의 입력 조건을 제어 받는 것을 특징으로 하는 뇌 반응 모니터링 장치.The stimulation unit brain response monitoring device, characterized in that for receiving an input condition of the electrical stimulation from the control unit. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 광원부 및 광검출부는,The light source unit and the light detection unit, 두피 접촉 프로브인 것을 특징으로 하는 뇌 반응 모니터링 장치.Brain response monitoring device, characterized in that the scalp contact probe. 삭제delete 삭제delete 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 뇌 조직에서 배출되는 광 신호는 반사에 의한 것이고, 상기 분석부는 반사된 광 신호의 물리량 변화를 측정하여 뇌활동을 분석하는 것을 특징으로 하는 뇌 반응 모니터링 장치.The optical signal emitted from the brain tissue is due to reflection, the analysis unit brain response monitoring device, characterized in that for analyzing the brain activity by measuring the physical quantity change of the reflected optical signal. 제16항에 있어서,The method of claim 16, 상기 광경로부는,The light path unit, 상기 입사되는 광 신호 및 배출되는 광 신호를 분리하는 광선 분리기를 더 포함하고,And a light splitter separating the incident optical signal and the emitted optical signal, 상기 광선 분리기는 입사되는 광 신호를 입사 방향에 따라 다른 방향으로 분리하고, 상기 광원부에서 전달되는 광 신호는 광경로로 전달하고 광경로부를 통과한 뇌조직에서 배출된 광 신호는 광검출부로 전달하는 것을 특징으로 하는 뇌 반응 모니터링 장치.The beam splitter separates the incident optical signal in a different direction according to the incident direction, and transmits the optical signal transmitted from the light source unit to the optical path and the optical signal emitted from the brain tissue passing through the optical path unit to the photodetector. Brain response monitoring device, characterized in that. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 뇌 조직에서 배출되는 광 신호는 후방 산란에 의한 것이고, 상기 분석부는 후방 산란된 광 신호의 물리량 변화를 측정하여 뇌활동을 분석하는 것을 특징으로 하는 뇌 반응 모니터링 장치.The optical signal emitted from the brain tissue is due to backscattering, and the analysis unit measures the brain activity by measuring a change in physical quantity of the backscattered optical signal to analyze the brain activity. 제18항에 있어서,The method of claim 18, 상기 광경로부는,The light path unit, 상기 광원부로부터 입사된 광 신호가 전달되는 제1 광경로; 및A first optical path through which the optical signal incident from the light source unit is transmitted; And 상기 배출된 광 신호가 광검출부로 전달되는 제2 광경로를 포함하는 것을 특징으로 하는 뇌 반응 모니터링 장치.And a second optical path through which the emitted optical signal is transmitted to the photodetector.
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