KR101676577B1 - 뇌피질 뇌파와 뇌혈류 정보를 측정하기 위한 측정 시스템 및 방법 - Google Patents
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Abstract
뇌피질 뇌파와 뇌혈류 정보를 동시에 측정하기 위한 측정 시스템 및 방법이 개시된다.
센싱 장치는 사용자의 뇌의 두개골에 삽입되는 가이드; 상기 가이드와 결합되어 상기 두개골의 내부에 위치한 경막과 접촉하고, 상기 사용자의 뇌피질 뇌파를 측정하기 위하여 상기 경막의 하단에 존재하는 대뇌피질에 흐르는 전기 신호를 측정 장치로 전달하기 위한 전극; 상기 가이드와 결합되어 상기 뇌의 혈류 정보를 측정하기 위한 적외선을 뇌에 입사시키기 위한 제1 광섬유; 및 상기 가이드와 결합되고, 상기 뇌에서 반사된 적외선을 측정 장치로 전달하기 위한 제2 광섬유를 포함할 수 있다.
센싱 장치는 사용자의 뇌의 두개골에 삽입되는 가이드; 상기 가이드와 결합되어 상기 두개골의 내부에 위치한 경막과 접촉하고, 상기 사용자의 뇌피질 뇌파를 측정하기 위하여 상기 경막의 하단에 존재하는 대뇌피질에 흐르는 전기 신호를 측정 장치로 전달하기 위한 전극; 상기 가이드와 결합되어 상기 뇌의 혈류 정보를 측정하기 위한 적외선을 뇌에 입사시키기 위한 제1 광섬유; 및 상기 가이드와 결합되고, 상기 뇌에서 반사된 적외선을 측정 장치로 전달하기 위한 제2 광섬유를 포함할 수 있다.
Description
본 발명은 뇌피질 뇌파와 뇌혈류 정보를 동시에 측정하기 위한 측정 시스템 및 방법에 관한 것이다.
뇌피질 뇌파(ECoG: electrocorticogram) 측정 기술은 임상에서 간질 등 뇌 질환을 진단하고 치료 계획을 수립하거나 뇌기능을 검사하는데 사용되고 있는 매우 중요한 기술이다. 구체적으로, 뇌피질 뇌파(ECoG) 측정 기술은 두개골(skull) 아래에 위치한 대뇌피질(cortex)에 흐르는 전기 신호를 측정하는 기술이다. 이때, 뇌피질 뇌파는 뇌전도로 알려진 두피뇌파(EEG: electroencephalogram)에 비해 뇌파의 시간 해상도와 공간 해상도가 높다는 장점이 있다.
종래의 뇌피질 측정 장치는 전극을 삽입할 부위의 두개골을 들어낸 후, 두개골의 아래에 패치 형태의 전극을 삽입하여 뇌피질 뇌파를 측정한다. 따라서, 뇌 전체에서 뇌피질 뇌파를 측정하기 위해선 두개골 전체를 들어내야 한다. 그러나, 두개골 전체를 들어내는 경우, 사용자의 생명이 위험하므로, 뇌 전체의 뇌피질 뇌파를 측정할 수 없는 상황이다.
근적외선 분광 분석(NIRS: near-infrared spectrocopy) 기술은 사용자의 뇌에 적외선을 입사시키고, 사용자의 뇌에서 반사된 적외선을 분석하여 뇌혈류의 변화를 측정하는 기술이다.
종래의 뇌피질 측정 장치를 삽입한 영역은 패치 형태의 전극 때문에 사용자의 뇌에 적외선을 입사할 수 없으므로, 뇌에서 동일한 영역의 뇌피질 뇌파와 뇌혈류 정보를 측정할 수 없었다.
즉, 종래의 뇌피질 측정 장치를 사용할 경우, 뇌피질 뇌파와 뇌혈류 간의 상관 관계를 확인할 수 없는 실정이다.
따라서, 뇌의 동일한 영역에서 뇌피질 뇌파와 뇌혈류 정보를 모두 측정함으로써, 뇌피질 뇌파와 뇌혈류 간의 상관 관계를 확인할 수 있는 장치 및 방법이 요청되고 있다.
본 발명은 하나의 센싱 장치로 사용자의 뇌피질 뇌파 및 사용자의 뇌혈류 정보를 동시에 측정함으로써, 뇌피질 뇌파와 뇌혈류 간의 상관 관계를 확인할 수 있는 측정 시스템을 제공할 수 있다.
또한, 본 발명은 나사선 형상의 전극을 포함하는 센싱 장치를 사용자의 두개골에 삽입하여 전극의 끝을 대뇌피질 위에 위치한 경막에 접촉시키고, 적외선을 뇌에 조사하여 사용자의 뇌피질 뇌파 및 뇌의 혈류 정보를 측정함으로써, 종래의 패치형 전극에 비하여 절재해야 하는 두개골의 크기 및 두개골의 내부에 삽입되는 센싱 장치의 크기가 작으므로, 뇌의 모든 부위에 삽입하여 뇌 전체의 뇌피질 뇌파와 뇌의 혈류 정보를 측정할 수 있는 측정 시스템을 제공할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 센싱 장치는 사용자의 뇌의 두개골에 삽입되는 가이드; 상기 가이드와 결합되어 상기 두개골의 내부에 위치한 경막과 접촉하고, 상기 사용자의 뇌피질 뇌파를 측정하기 위하여 상기 경막의 하단에 존재하는 대뇌피질에 흐르는 전기 신호를 측정 장치로 전달하기 위한 전극; 상기 가이드와 결합되어 상기 뇌의 혈류 정보를 측정하기 위한 적외선을 뇌에 입사시키기 위한 제1 광섬유; 및 상기 가이드와 결합되고, 상기 뇌에서 반사된 적외선을 측정 장치로 전달하기 위한 제2 광섬유를 포함할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 센싱 장치의 가이드는, 상기 전기 신호에 대한 간섭을 차단할 수 있는 비전도체 물질로 구성될 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 센싱 장치의 가이드의 외부 표면은, 사용자의 두개골에 상기 가이드를 고정하기 위한 나사선 형상으로 구성되고, 상기 가이드의 내부 표면은, 나사선 형상으로 구성된 전극과 결합하기 위한 나사선 형상으로 구성될 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 센싱 장치의 가이드는, 상기 뇌피질 뇌파와 뇌의 혈류 정보를 측정하지 않는 경우, 상기 전극, 제1 광섬유 및 제2 광섬유가 사용자의 신체 및 이물질과 접촉하지 않도록 보호하는 보호 장치와 결합될 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 센싱 장치는 사용자의 두개골에 삽입되는 제1 가이드와 결합되어 사용자의 두개골의 내부에 위치한 경막과 접촉하고, 상기 사용자의 뇌피질 뇌파를 측정하기 위하여 상기 경막의 하단에 존재하는 대뇌피질에 흐르는 전기 신호를 측정 장치로 전달하기 위한 전극; 상기 사용자의 두개골에 삽입되는 제2 가이드와 결합되어 상기 뇌의 혈류 정보를 측정하기 위한 적외선을 뇌에 입사시키기 위한 제1 광섬유; 및 상기 사용자의 두개골에 삽입되는 제3 가이드와 결합되고, 상기 뇌에서 반사된 적외선을 측정 장치로 전달하기 위한 제2 광섬유를 포함하고, 상기 제1 가이드, 제2 가이드 및 제3 가이드는 서로 접촉하지 않도록 일정 간격만큼 이격될 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 센싱 장치의 제1 가이드는, 상기 전기 신호에 대한 외부 신호의 간섭을 차단할 수 있는 재질로 형성될 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 센싱 장치의 제1 가이드, 제2 가이드 및 제3 가이드의 외부 표면은, 사용자의 두개골에 상기 제1 가이드, 제2 가이드 및 제3 가이드를 각각 고정하기 위한 나사선 형상으로 구성되고, 상기 제1 가이드의 내부 표면은, 나사선 형상으로 구성된 전극과 결합하기 위한 나사선 형상으로 구성될 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 측정 장치는 사용자의 두개골에 삽입된 센싱 장치로부터 사용자의 대뇌피질에 흐르는 전기 신호 및 사용자의 뇌에 반사된 적외선을 수신하는 수신부; 상기 사용자의 대뇌피질에 흐르는 전기 신호를 분석하여 사용자의 뇌피질 뇌파를 측정하는 뇌파 측정부; 및 상기 사용자의 뇌에 반사된 적외선의 검출 결과를 분석하여 사용자의 뇌혈류 정보를 측정하는 뇌혈류 정보 측정부를 포함하고, 상기 센싱 장치는, 상기 전기 신호를 상기 수신부로 전달하는 전극; 상기 뇌의 혈류 정보를 측정하기 위한 적외선을 상기 뇌에 입사시키기 위한 제1 광섬유; 상기 뇌에서 반사된 적외선을 상기 수신부로 전달하기 위한 제2 광섬유 및 상기 전극, 제1 광섬유 및 제2 광섬유가 결합되는 가이드를 포함할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 측정 방법은 사용자의 두개골에 삽입된 센싱 장치로부터 사용자의 대뇌피질에 흐르는 전기 신호 및 사용자의 뇌에 반사된 적외선을 수신하는 단계; 상기 사용자의 대뇌피질에 흐르는 전기 신호를 분석하여 사용자의 뇌피질 뇌파를 측정하는 단계; 및 상기 사용자의 뇌에 반사된 적외선의 검출 결과를 분석하여 사용자의 뇌혈류 정보를 측정하는 단계를 포함하고, 상기 센싱 장치는, 상기 전기 신호를 측정 장치의 수신부로 전달하는 전극; 상기 뇌의 혈류 정보를 측정하기 위한 적외선을 상기 뇌에 입사시키기 위한 제1 광섬유; 상기 뇌에서 반사된 적외선을 상기 수신부로 전달하기 위한 제2 광섬유 및 상기 전극, 제1 광섬유 및 제2 광섬유가 결합되는 가이드를 포함할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 의하면, 하나의 센싱 장치로 사용자의 뇌피질 뇌파 및 사용자의 뇌혈류 정보를 동시에 측정함으로써, 뇌피질 뇌파와 뇌혈류 간의 상관 관계를 확인할 수 있다.
또한, 본 발명의 일실시예에 의하면, 나사선 형상의 전극을 포함하는 센싱 장치를 사용자의 두개골에 삽입하여 전극의 끝을 대뇌피질 위에 위치한 경막에 접촉시키고, 적외선을 뇌에 조사하여 사용자의 뇌피질 뇌파 및 뇌의 혈류 정보를 측정함으로써, 종래의 패치형 전극에 비하여 절재해야 하는 두개골의 크기 및 두개골의 내부에 삽입되는 센싱 장치의 크기가 작으므로, 뇌의 모든 부위에 삽입하여 뇌 전체의 뇌피질 뇌파와 뇌의 혈류 정보를 측정할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 측정 시스템을 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 센싱 장치를 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 센싱 장치의 전극을 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 센싱 장치의 가이드를 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명의 제1 실시예에 따른 센싱 장치에 보호 장치를 결합한 상태의 일례이다.
도 6은 본 발명의 제1 일실시예에 따른 센싱 장치에 전달 장치를 결합한 상태의 일례이다.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 센싱 장치가 사용자의 두개골에 삽입되는 과정을 나타내는 도면이다.
도 8은 본 발명의 제2 실시예에 따른 센싱 장치를 나타내는 도면이다.
도 9는 본 발명의 제2 실시예에 따른 센싱 장치에 보호 장치를 결합한 상태의 일례이다.
도 10은 본 발명의 제2 일실시예에 따른 센싱 장치에 전달 장치를 결합한 상태의 일례이다.
도 11은 본 발명의 일실시예에 따른 측정 장치를 나타내는 도면이다.
도 12는 본 발명의 일실시예에 따른 측정 장치에 포함된 적외선 분광기의 일례이다.
도 13은 본 발명의 일실시예에 따른 측정 방법을 도시한 플로우차트이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 센싱 장치를 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 센싱 장치의 전극을 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 센싱 장치의 가이드를 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명의 제1 실시예에 따른 센싱 장치에 보호 장치를 결합한 상태의 일례이다.
도 6은 본 발명의 제1 일실시예에 따른 센싱 장치에 전달 장치를 결합한 상태의 일례이다.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 센싱 장치가 사용자의 두개골에 삽입되는 과정을 나타내는 도면이다.
도 8은 본 발명의 제2 실시예에 따른 센싱 장치를 나타내는 도면이다.
도 9는 본 발명의 제2 실시예에 따른 센싱 장치에 보호 장치를 결합한 상태의 일례이다.
도 10은 본 발명의 제2 일실시예에 따른 센싱 장치에 전달 장치를 결합한 상태의 일례이다.
도 11은 본 발명의 일실시예에 따른 측정 장치를 나타내는 도면이다.
도 12는 본 발명의 일실시예에 따른 측정 장치에 포함된 적외선 분광기의 일례이다.
도 13은 본 발명의 일실시예에 따른 측정 방법을 도시한 플로우차트이다.
이하, 본 발명의 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 본 발명의 일실시예에 따른 측정 방법은 센싱 장치와 연결된 측정 장치에 의해 수행될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 측정 시스템을 나타내는 도면이다.
본 발명의 일실시예에 따른 측정 시스템은 도 1에 도시된 바와 같이 센싱 장치(110) 및 측정 장치(120)를 포함할 수 있다.
센싱 장치(110)는 도 1에 도시된 바와 같이 사용자(100)의 두개골에 삽입될 수 있다. 이때, 센싱 장치(110)는 끝부분이 사용자(100)의 대뇌피질의 상단에 존재하는 경막과 접촉하도록 두개골에 삽입될 수 있다. 그리고, 센싱 장치(110)는 경막과 접촉한 전극을 통하여 사용자의 대뇌피질에 흐르는 전기 신호를 측정 장치(120)로 전달할 수 있다. 또한, 센싱 장치(110)는 적외선을 대뇌피질에 주사하고, 대뇌피질에서 반사된 적외선을 측정 장치(120)로 전달할 수 있다.
센싱 장치(110)의 상세한 구성 및 동작은 이하 도 2 내지 도 10을 참조하여 상세히 설명한다.
측정 장치(120)는 센싱 장치(110)로부터 수신한 전기 신호를 기초로 뇌피질 뇌파(EcoG: electrocorticogram)를 측정할 수 있다. 또한, 측정 장치(120)는 센싱 장치(110)로부터 수신한 적외선을 기초로 사용자의 뇌혈류 정보(Cerebral Blood Flow Information)를 측정할 수 있다.
예를 들어, 측정 장치(120)는 근적외선 분광 분석(NIRS: near-infrared spectrocopy)을 수행할 수 있다. 구체적으로, 측정 장치(120)는 센싱 장치(110)로부터 수신한 근적외선을 기초로 사용자의 뇌혈관에 포함된 헤모글로빈의 변화를 측정할 수 있다. 그리고, 측정 장치(120)는 헤모글로빈의 변화에 따른 혈중 산소 농도 변화를 예측하여 사용자의 뇌혈류 변화를 나타내는 뇌혈류 정보를 측정할 수 있다.
측정 장치(120)의 상세한 구성 및 동작은 이하 도 11 내지 도 12를 참조로 상세히 설명한다.
본 발명의 일실시예에 따른 측정 시스템은 센싱 장치(110)를 이용하여 사용자의 뇌의 동일한 영역에서 사용자의 뇌피질 뇌파 및 사용자의 뇌혈류 정보를 동시에 측정할 수 있다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 센싱 장치를 나타내는 도면이다.
본 발명의 제1 실시예에 따른 센싱 장치(110)는 하나의 가이드(210)를 이용하여 전극(220), 제1 광섬유(230), 및 제2 광섬유(240)를 모두 결합하는 센싱 장치(110)의 일례이다.
본 발명의 제1 실시예에 따른 센싱 장치(110)는 도 2에 도시된 바와 같이 가이드(210), 전극(220), 제1 광섬유(230), 및 제2 광섬유(240)로 구성될 수 있다.
가이드(210)는 도 2에 도시된 바와 같이 사용자의 뇌의 두개골(202)에 삽입될 수 있다. 이때, 가이드(210)는 내부에 전극(220), 제1 광섬유(230), 및 제2 광섬유(240)가 결합될 수 있다.
또한, 가이드(210)는 전극(220)을 통과하는 전기 신호에 대한 간섭을 차단할 수 있는 비전도체 물질로 구성될 수 있다.
그리고, 가이드(210)의 외부 표면은, 사용자의 두개골(202)에 가이드(210)를 고정하기 위한 나사선 형상으로 구성되고, 가이드(210)의 내부 표면은 나사선 형상으로 구성된 전극(220)과 결합하기 위한 나사선 형상으로 구성될 수 있다.
사용자의 머리에서 뇌가 위치한 곳의 단면도는 도 2에 도시된 바와 같이 머리의 두피(scalp)(201), 두개골(skull)(202), 경막(dura mater)(203) 및 대뇌피질(cortex)(204)을 포함할 수 있다.
사용자의 머리에 부착하여 사용자의 뇌파를 센싱하는 종래의 센싱 장치는 두피(201)에 전극을 접촉하고, 피부(201)에 흐르는 전기 신호를 기초로 두피뇌파(EEG)를 측정하였다. 그러나, 두피(201)에 흐르는 전기 신호는 대뇌피질(204)에서 흐르는 전기 신호가 두개골(202)과 두피(201)를 통과하면서 감쇄된 신호이다. 따라서, 두피(201)에 흐르는 전기 신호를 기초로 측정한 두피뇌파(EEG)는 대뇌피질(204)에서 흐르는 전기 신호를 기초로 측정한 뇌피질 뇌파(ECoG)에 비하여 공간 해상도가 낮다..
전극(220)은 가이드(210)와 결합되어 두개골(202)의 내부에 위치한 경막(203)과 접촉할 수 있다. 이때, 전극(220)은 사용자의 뇌피질 뇌파를 측정하기 위하여 경막(203)의 하단에 존재하는 대뇌피질(204)에 흐르는 전기 신호를 측정 장치(120)로 전달할 수 있다.
그리고, 전극(220)은 티타늄과 같은 전도성 물질로 형성될 수 있다. 전기, 및 전기 신호는 저항이 낮고 전도도가 높은 도체로 흐르며, 도체 중에서도 곡률반경이 큰 곳 보다 작은 표면에 전하가 더 많이 집중되어 표면 전위를 평형 상태로 맞출 수 있다. 대뇌피질에 인접한 두개골 또는 다른 물질들은 저항이 높고 전도도가 낮으며 전류의 누수가 거의 없으므로, 대뇌피질에서 흐르는 전기 신호는 전극(220)으로 흐를 수 있다.
제1 광섬유(230)는 가이드(210)와 결합되어 뇌의 혈류 정보를 측정하기 위한 적외선을 뇌에 입사시킬 수 있다. 이때, 측정 장치(120), 또는 별도의 광원이 발산한 적외선은 제1 광섬유(230)를 통하여 뇌에 입사될 수 있다. 그리고, 제1 광섬유(230)를 통하여 뇌에 입사된 적외선은 뇌에서 반사될 수 있다.
제2 광섬유(240)는 가이드(210)와 결합되고, 뇌에서 반사된 적외선을 측정 장치(120)로 전달할 수 있다.
또한, 센싱 장치(110)는 도 2에 도시된 바와 같이 가이드(210)의 외부에 가이드 홀더(250)가 더 결합될 수도 있다. 이때, 가이드 홀더(250)의 외부 표면은, 사용자의 두개골(202)에 가이드 홀더(250)를 고정하기 위한 나사선 형상으로 구성되고, 가이드 홀더(250)의 내부 표면은 나사선 형상으로 구성된 가이드(210)의 외부 표면과 결합하기 위한 나사선 형상으로 구성될 수 있다. 이때, 가이드(210)는 나사선 형상에 따라 회전되어 가이드 홀더(250)와 결합되거나, 가이드 홀더(250)에서 분리되어 두개골(202)에서 이탈될 수 있다.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 센싱 장치의 전극을 나타내는 도면이다.
전극(220)는 도 3에 도시된 바와 같이 나사선 형상이 형성된 몸체 영역(320)과 전극(220)을 회전시키기 위한 홈이 형성된 머리 영역(310)으로 구성될 수 있다.
이때, 전극(220)는 나사선 형상이 형성된 몸체 영역(320)이 가이드(210)의 내부 표면에 형성된 나사선 형상과 맞물려서 결합될 수 있다.
도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 센싱 장치의 가이드를 나타내는 도면이다.
가이드(210)는 도 4에 도시된 바와 같이 전극(220)이 결합될 홀(410)과 제1 광섬유(230)가 결합될 홀(420) 및 제2 광 섬유(240)가 결합될 홀(430)이 형성될 수 있다.
또한, 가이드(210)의 외부 표면은, 도 4에 도시된 바와 같이 사용자의 두개골(202)에 가이드(210)를 고정하기 위한 나사선 형상(440)으로 구성될 수 있다.
그리고, 가이드(210)에서 전극이 결합되는 홀(410)의 내부 표면은 나사선 형상으로 구성된 전극(220)과 결합하기 위한 나사선 형상(450)으로 구성될 수 있다.
도 5는 본 발명의 제1 실시예에 따른 센싱 장치에 보호 장치를 결합한 상태의 일례이다.
센싱 장치(110)에는 전극(220), 제1 광섬유(230) 및 제2 광섬유(240)의 상부가 사용자의 신체 및 이물질과 접촉하지 않도록 보호하는 보호 장치(500)가 결합될 수 있다.
도 5의 케이스 1(Case 1)은 전극(220), 제1 광섬유(230) 및 제2 광섬유(240)가 결합된 가이드(210)의 위를 덮는 형상의 보호 장치(500)가 가이드 홀더(250)과 결합된 실시예이다.
도 5의 케이스 2(Case 2)는 전극(220), 제1 광섬유(230) 및 제2 광섬유(240)가 결합된 가이드(210)가 원통형 가이드(510)으로 교체된 실시예이다.
센싱 장치(110)가 보호 장치(500)을 사용할 수 없을 정도로 큰 경우, 전극(220), 제1 광섬유(230) 및 제2 광섬유(240)가 지속적으로 외부에 노출되어 손상될 가능성이 있다. 따라서, 가이드(210)를 가이드 홀더(250)로부터 분리할 수 있다. 이때, 가이드 홀더(250) 내부에 가이드(210)의 크기에 해당하는 동공이 형성되어 사용자의 경막이 노출될 수 있다. 따라서, 가이드 홀더(250)의 내부를 채우기 위한 원통형 가이드(510)가 가이드(210)을 대신하여 가이드 홀더(250)와 결합될 수 있다. 이때, 원통형 가이드(510)는 도 5에 도시된 바와 같이 전극(220), 제1 광섬유(230) 및 제2 광섬유(240)가 결합되지 않을 수 있다.
도 6은 본 발명의 제1 일실시예에 따른 센싱 장치에 전달 장치를 결합한 상태의 일례이다.
센싱 장치(110)의 전극(220)은 전극(220)을 통과하는 전기 신호를 측정 장치(120)로 전달하는 전달 장치(610)와 결합될 수 있다.
또한, 제1 광섬유(230)는 제1 적외선 전달선(620)과 결합되며, 측정 장치(120), 또는 별도의 광원이 발산한 적외선을 제1 광섬유(230)로 전달할 수 있다.
그리고, 제2 광섬유(240)는 제2 적외선 전달선(630)과 결합되며, 제2 광섬유(240)에서 전달되는 뇌에 반사된 적외선을 측정 장치(120)로 전달할 수 있다.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 센싱 장치가 사용자의 두개골에 삽입되는 과정을 나타내는 도면이다.
단계(710)에서 의사 또는 수술 장치는 사용자의 머리에서 센싱 장치(110)가 삽입될 위치를 결정할 수 있다.
단계(720)에서 의사 또는 수술 장치는 단계(710)에서 결정한 위치에 구멍(721)을 뚫을 수 있다.
단계(730)에서 의사 또는 수술 장치는 단계(720)에서 뚫은 구멍(721)에 가이드 홀더(250)를 삽입할 수 있다. 가이드(210)를 사용자의 두개골에서 착탈할 필요가 없는 경우, 단계(730)는 생략될 수 있다.
단계(740)에서 의사 또는 수술 장치는 단계(730)에서 삽입한 가이드 홀더(250)에 전극(220), 제1 광섬유(230) 및 제2 광섬유(240)가 결합된 가이드(210)를 결합할 수 있다. 이때, 의사 또는 수술 장치는 가이드(210)에 결합된 전극(220)의 끝이 경막을 찢지 않으면서 경막에 접촉하도록 가이드(210)가 삽입되는 깊이를 조절할 수 있다. 또한, 단계(730)이 생략된 경우, 의사 또는 수술 장치는 단계(720)에서 뚫은 구멍(721)에 전극(220), 제1 광섬유(230) 및 제2 광섬유(240)가 결합된 가이드(210)를 결합할 수 있다.
단계(750)에서 의사 또는 수술 장치는 단계(740)에서 가이드(210)이 결합된 센싱 장치(110)에 전달 장치(600)을 연결할 수 있다. 이때, 대뇌피질에 흐르는 전기 신호는 경막을 통하여 전극(220)으로 흐를 수 있다. 그리고, 센싱 장치(110)와 결합된 전달 장치(600)는 전극(220)을 통해 흐르는 전기 신호를 측정 장치(120)로 전달할 수 있다.
또한, 제1 광섬유(230)는 전달 장치(600)을 통하여 전달된 적외선을 뇌에 입사시킬 수 있다. 그리고, 제2 광섬유(240)는 뇌에서 반사된 적외선을 전달 장치(600)을 통하여 측정 장치(120)로 전달할 수 있다.
사용자의 뇌피질 뇌파 및 사용자의 뇌혈류 정보를 측정하지 않는 경우, 단계(750)가 수행될 수 있다.
단계(750)에서 의사 또는 수술 장치는 전달 장치(600)를 센싱 장치(110)로부터 분리하고, 보호 장치(500)을 센싱 장치(110)에 결합함으로써, 센싱 장치(110)가 사용자의 신체 및 이물질과 접촉하지 않도록 보호할 수 있다. 이때, 의사 또는 수술 장치는 단계(750)에 도시된 바와 같이 가이드(210)를 가이드(510)으로 교체할 수도 있다.
도 8은 본 발명의 제2 실시예에 따른 센싱 장치를 나타내는 도면이다.
본 발명의 제2 실시예에 따른 센싱 장치(110)는 복수의 가이드들을 이용하여 전극, 제1 광섬유, 및 제2 광섬유를 각각 결합하는 센싱 장치(110)의 일례이다.
본 발명의 제2 실시예에 따른 센싱 장치(110)는 도 8에 도시된 바와 같이 제1 가이드(810), 전극(820), 제2 가이드(830), 제1 광섬유(840), 제3 가이드(850) 및 제2 광섬유(860)로 구성될 수 있다.
전극(810)은 사용자의 두개골(202)에 삽입되는 제1 가이드(810)와 결합되어 사용자의 두개골(202)의 내부에 위치한 경막(203)과 접촉하고, 사용자의 뇌피질 뇌파를 측정하기 위하여 경막(203)의 하단에 존재하는 대뇌피질(204)에 흐르는 전기 신호를 측정 장치로 전달할 수 있다.
제1 광섬유(840)는 사용자의 두개골(202)에 삽입되는 제2 가이드(830)와 결합되어 뇌의 혈류 정보를 측정하기 위한 적외선을 뇌에 입사시킬 수 있다.
제2 광섬유(860)는 사용자의 두개골에 삽입되는 제3 가이드(840)와 결합되고, 뇌에서 반사된 적외선을 측정 장치(120)로 전달할 수 있다.
또한, 제1 가이드(810), 제2 가이드(830) 및 제3 가이드(850)의 외부 표면은, 사용자의 두개골에 제1 가이드(810), 제2 가이드(830) 및 제3 가이드(850)를 고정하기 위한 나사선 형상으로 구성될 수 있다. 이때, 제1 가이드(810)의 내부 표면은, 나사선 형상으로 구성된 전극(820)과 결합하기 위한 나사선 형상으로 구성될 수 있다.
그리고, 제1 가이드(810)는 전극(820)을 통과하는 전기 신호에 대한 외부 신호의 간섭을 차단할 수 있는 재질로 형성될 수 있다.
제1 실시예에 따른 센싱 장치(110)는 도 2에 도시된 바와 같이 전극(220), 제1 광섬유(230), 및 제2 광섬유(240)이 가이드(210)에 모두 결합되어 있으므로, 센싱 장치(110)가 삽입되기 위하여 두개골(202)에 형성하는 구멍은 전극(220), 제1 광섬유(230), 및 제2 광섬유(240)을 모두 더한 길이보다 긴 지름을 가질 수 있다.
반면, 본 발명의 제2 실시예에 따른 센싱 장치(110)는 전극(820), 제1 광섬유(840), 및 제2 광섬유(860)를 서로 다른 가이드와 결합하여 사용자의 두개골(202)에 삽입하고 있으므로, 가이드를 삽입하기 위하여 사용자의 두개골(202)에 형성하는 구멍의 개수는 3배로 증가하나, 구멍 각각의 지름은 전극(820), 제1 광섬유(840), 및 제2 광섬유(860)과 가이드의 두께의 합이므로 제1 실시예보다 작을 수 있다.
도 9는 본 발명의 제2 실시예에 따른 센싱 장치에 보호 장치를 결합한 상태의 일례이다.
센싱 장치(110)의 제1 가이드(810)에는 전극(820)의 상부가 사용자의 신체 및 이물질과 접촉하지 않도록 보호하는 제1 보호 장치(910)가 결합될 수 있다.
또한, 센싱 장치(110)의 제2 가이드(830)에는 제1 광섬유(840)의 상부가 사용자의 신체 및 이물질과 접촉하지 않도록 보호하는 제2 보호 장치(920)가 결합될 수 있다.
그리고, 센싱 장치(110)의 제3 가이드(850)에는 제2 광섬유(860)의 상부가 사용자의 신체 및 이물질과 접촉하지 않도록 보호하는 제3 보호 장치(930)가 결합될 수 있다.
이때, 제1 보호 장치(910), 제2 보호 장치(920), 및 제3 보호 장치(930)는 각각 제1 가이드(810), 제2 가이드(830) 및 제3 가이드(850)의 외부에 형성된 나사선 형상과 맞물려서 고정될 수 있다.
도 10은 본 발명의 제2 일실시예에 따른 센싱 장치에 전달 장치를 결합한 상태의 일례이다.
센싱 장치(110)의 전극(820)은 전극(820)을 통과하는 전기 신호를 측정 장치(120)로 전달하는 전달 장치(1010)와 결합될 수 있다.
제1 광섬유(840)는 제1 적외선 전달선(1020)과 결합되며, 측정 장치(120), 또는 별도의 광원이 발산한 적외선을 제1 광섬유(840)로 전달할 수 있다.
제2 광섬유(860)는 제2 적외선 전달선(1030)과 결합되며, 제2 광섬유(860)에서 전달되는 뇌에 반사된 적외선을 측정 장치(120)로 전달할 수 있다.
도 11은 본 발명의 일실시예에 따른 측정 장치를 나타내는 도면이다.
도 11을 참고하면, 본 발명의 일실시예에 따른 측정 장치(120)는 수신부(1110), 뇌파 측정부(1120) 및 뇌 혈류 정보 측정부(1130)를 포함할 수 있다.
수신부(1110)는 센싱 장치(110)로부터 사용자의 대뇌피질에 흐르는 전기 신호 및 뇌에서 반사된 적외선을 수신할 수 있다.
뇌파 측정부(1120)는 수신부(1110)가 수신한 전기 신호에 따라 사용자의 뇌피질 뇌파를 측정할 수 있다. 수신부(1110)가 복수의 센싱 장치(110)들로부터 전기 신호를 수신하는 경우, 뇌파 측정부(1120)는 수신부(1110)가 수신한 복수의 전기 신호에 기초하여 사용자(100)의 뇌 전체의 뇌피질 뇌파를 측정할 수 있다. 예를 들어, 뇌파 측정부(1120)는 프로세서일 수 있다.
뇌 혈류 정보 측정부(1130)는 수신부(1110)가 수신한 뇌에서 반사된 적외선을 이용하여 사용자의 뇌 혈류 정보를 측정할 수 있다. 이때, 뇌 혈류 정보 측정부(1130)는 센싱 장치(110)로부터 수신한 적외선을 기초로 사용자의 뇌혈관에 포함된 헤모글로빈의 변화를 측정할 수 있다. 그리고, 뇌 혈류 정보 측정부(1130)는 헤모글로빈의 변화에 따른 혈중 산소 농도 변화를 예측하여 사용자의 뇌혈류 변화를 나타내는 뇌혈류 정보를 측정할 수 있다.
예를 들어, 뇌 혈류 정보 측정부(1130)는 근적외선 분광 분석(NIRS)을 수행하기 위한 적외선 분광기일 수 있다.
도 12는 본 발명의 일실시예에 따른 측정 장치에 포함된 적외선 분광기의 일례이다.
측정 장치(120)에 포함된 적외선 분광기는 도 12에 도시된 바와 같이 광원(1210) 및 분석기(1220)를 포함할 수 있다.
광원(1210)는 서로 다른 복수의 적외선을 송출할 수 있다. 이때, 광원(1210)이 송출한 적외선은 제1 적외선 전달부(620)를 통하여 제1 광섬유(230)에 전달될 수 있다. 그리고, 제1 광섬유(230)을 통과한 적외선은 사용자의 뇌에 반사되어 제2 광섬유(240)에 입사될 수 있다. 이때, 사용자의 뇌에 반사된 적외선은 사용자의 뇌혈관에 포함된 헤모글로빈의 변화에 따라 변화될 수 있다.
다음으로, 사용자의 뇌에 반사된 적외선은 제2 광섬유(240) 및 제2 적외선 전달부(630)를 통하여 분석기(1220)로 전달될 수 있다.
마지막으로 분석기(1220)는 도 12와 같은 회로를 이용하여 사용자의 뇌혈관에 포함된 헤모글로빈의 변화를 측정하고, 헤모글로빈의 변화에 따른 혈중 산소 농도 변화를 예측하여 사용자의 뇌혈류 변화를 나타내는 뇌혈류 정보를 측정할 수 있다.
이때, 광원(1210)은 분석기(1220)와 함께 뇌 혈류 정보 측정부(1130)에 포함될 수도 있고, 별도의 장치로 구성될 수도 있다.
도 13은 본 발명의 일실시예에 따른 측정 방법을 도시한 플로우차트이다.
단계(1310)에서 수신부(1110)는 센싱 장치(110)로부터 사용자의 대뇌피질에 흐르는 전기 신호 및 뇌에서 반사된 적외선을 수신할 수 있다.
단계(1320)에서 뇌파 측정부(1120)는 단계(1310)에서 수신한 전기 신호에 따라 사용자의 뇌피질 뇌파를 측정할 수 있다. 수신부(1110)가 복수의 센싱 장치(110)들로부터 전기 신호를 수신하는 경우, 뇌파 측정부(1120)는 수신부(1110)가 수신한 복수의 전기 신호에 기초하여 사용자(100)의 뇌 전체의 뇌피질 뇌파를 측정할 수 있다.
단계(1330)에서 뇌 혈류 정보 측정부(1130)는 단계(1310)에서 수신한 뇌에서 반사된 적외선을 이용하여 사용자의 뇌 혈류 정보를 측정할 수 있다. 이때, 뇌 혈류 정보 측정부(1130)는 센싱 장치(110)로부터 수신한 적외선을 기초로 사용자의 뇌혈관에 포함된 헤모글로빈의 변화를 측정할 수 있다. 그리고, 뇌 혈류 정보 측정부(1130)는 헤모글로빈의 변화에 따른 혈중 산소 농도 변화를 예측하여 사용자의 뇌혈류 변화를 나타내는 뇌혈류 정보를 측정할 수 있다.
본 발명은 하나의 센싱 장치(110)로 사용자의 뇌의 동일한 영역에서 사용자의 뇌피질 뇌파 및 사용자의 뇌혈류 정보를 동시에 측정함으로써, 뇌피질 뇌파와 뇌혈류 간의 상관 관계를 확인할 수 있다.
또한, 본 발명은 나사선 형상의 전극을 포함하는 센싱 장치를 사용자의 두개골에 삽입하여 전극의 끝을 대뇌피질 위에 위치한 경막에 접촉시키고, 적외선을 뇌에 조사하여 사용자의 뇌피질 뇌파 및 뇌의 혈류 정보를 측정함으로써, 종래의 패치형 전극에 비하여 절재해야 하는 두개골의 크기 및 두개골의 내부에 삽입되는 센싱 장치의 크기가 작으므로, 뇌의 모든 부위에 삽입하여 뇌 전체의 뇌피질 뇌파와 뇌의 혈류 정보를 측정할 수 있다.
이상과 같이 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다.
그러므로, 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
110: 센싱 장치
120: 측정 장치
210: 가이드
220: 전극
230: 제1 광섬유
240: 제2 광섬유
500: 보호 장치
120: 측정 장치
210: 가이드
220: 전극
230: 제1 광섬유
240: 제2 광섬유
500: 보호 장치
Claims (10)
- 사용자의 뇌의 두개골에 삽입되는 가이드 홀더;
상기 가이드 홀더의 내부에 착탈 가능하게 결합되는 가이드;
상기 가이드와 결합되어 상기 두개골의 내부에 위치한 경막과 접촉하고, 상기 사용자의 뇌피질 뇌파를 측정하기 위하여 상기 경막의 하단에 존재하는 대뇌피질에 흐르는 전기 신호를 측정 장치로 전달하기 위한 전극;
상기 가이드와 결합되어 상기 뇌의 혈류 정보를 측정하기 위한 적외선을 뇌에 입사시키기 위한 제1 광섬유; 및
상기 가이드와 결합되고, 상기 뇌에서 반사된 적외선을 측정 장치로 전달하기 위한 제2 광섬유
를 포함하고,
상기 가이드 홀더의 내부 표면은,
나사선 형상으로 구성된 상기 가이드의 외부 표면과 결합하기 위한 나사선 형상으로 구성되며,
상기 가이드는,
중앙에 전극이 결합될 제1 홀이 형성되고, 상기 제1 홀에서 이격된 위치에 상기 제1 광섬유가 결합될 제2 홀이 형성되며, 상기 제1 홀을 기준으로 상기 제2홀이 형성된 방향의 반대 방향으로 이격된 위치에 상기 제2 광섬유가 결합될 제3 홀이 형성되고, 상기 가이드의 위를 덮는 보호 장치를 사용할 수 없는 경우, 상기 가이드 홀더로부터 분리되며,
상기 가이드가 상기 가이드 홀더로부터 분리되는 경우, 사용자의 경막 노출을 방지하기 위하여 상기 전극, 상기 제1 광섬유 및 상기 제2 광섬유가 결합되지 않은 원통형 가이드가 상기 가이드를 대신하여 상기 가이드 홀더에 결합되는 센싱 장치. - 제1항에 있어서,
상기 가이드는,
상기 전기 신호에 대한 간섭을 차단할 수 있는 비전도체 물질로 구성되는 센싱 장치. - 제1항에 있어서,
상기 가이드의 외부 표면은,
사용자의 두개골에 상기 가이드를 고정하기 위한 나사선 형상으로 구성되고,
상기 가이드의 내부 표면은,
나사선 형상으로 구성된 전극과 결합하기 위한 나사선 형상으로 구성되는 센싱 장치. - 제1항에 있어서,
상기 가이드는,
상기 뇌피질 뇌파와 뇌의 혈류 정보를 측정하지 않는 경우, 상기 전극, 제1 광섬유 및 제2 광섬유가 사용자의 신체 및 이물질과 접촉하지 않도록 보호하는 보호 장치와 결합되는 센싱 장치. - 삭제
- 삭제
- 삭제
- 사용자의 두개골에 삽입된 센싱 장치로부터 사용자의 대뇌피질에 흐르는 전기 신호 및 사용자의 뇌에 반사된 적외선을 수신하는 수신부;
상기 사용자의 대뇌피질에 흐르는 전기 신호를 분석하여 사용자의 뇌피질 뇌파를 측정하는 뇌파 측정부; 및
상기 사용자의 뇌에 반사된 적외선의 검출 결과를 분석하여 사용자의 뇌혈류 정보를 측정하는 뇌혈류 정보 측정부
를 포함하고,
상기 센싱 장치는,
사용자의 뇌의 두개골에 삽입되는 가이드 홀더;
상기 전기 신호를 상기 수신부로 전달하는 전극;
상기 뇌의 혈류 정보를 측정하기 위한 적외선을 상기 뇌에 입사시키기 위한 제1 광섬유;
상기 뇌에서 반사된 적외선을 상기 수신부로 전달하기 위한 제2 광섬유 및
중앙에 전극이 결합될 제1 홀이 형성되고, 상기 제1 홀에서 이격된 위치에 상기 제1 광섬유가 결합될 제2 홀이 형성되며, 상기 제1 홀을 기준으로 상기 제2홀이 형성된 방향의 반대 방향으로 이격된 에 상기 제2 광섬유가 결합될 제3 홀이 형성되고, 상기 가이드 홀더의 내부에 착탈 가능하게 결합되는 가이드
를 포함하며,
상기 가이드의 위를 덮는 보호 장치를 사용할 수 없는 경우, 상기 가이드가 상기 가이드 홀더로부터 분리되고, 상기 전극, 상기 제1 광섬유 및 상기 제2 광섬유가 결합되지 않은 원통형 가이드가 상기 가이드를 대신하여 상기 가이드 홀더에 결합되는 측정 장치. - 제8항에 있어서,
상기 가이드는,
상기 전기 신호에 대한 간섭을 차단할 수 있는 비전도체 물질로 구성되는 측정 장치. - 삭제
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020150115397A KR101676577B1 (ko) | 2015-08-17 | 2015-08-17 | 뇌피질 뇌파와 뇌혈류 정보를 측정하기 위한 측정 시스템 및 방법 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020150115397A KR101676577B1 (ko) | 2015-08-17 | 2015-08-17 | 뇌피질 뇌파와 뇌혈류 정보를 측정하기 위한 측정 시스템 및 방법 |
Publications (1)
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|---|---|
| KR101676577B1 true KR101676577B1 (ko) | 2016-11-15 |
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ID=57525367
Family Applications (1)
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| KR1020150115397A KR101676577B1 (ko) | 2015-08-17 | 2015-08-17 | 뇌피질 뇌파와 뇌혈류 정보를 측정하기 위한 측정 시스템 및 방법 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR101676577B1 (ko) |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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2015
- 2015-08-17 KR KR1020150115397A patent/KR101676577B1/ko active IP Right Grant
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