KR102032620B1 - Measuring module apparatus of a cerebral activity using Transcranial Current Stimulation and Functional near-infrared spectroscopy - Google Patents

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Abstract

본 발명은 다채널 경두개 전류자극과 기능적 근적외선 분광법으로 뇌활성도를 측정하는 모듈 장치는, 환자의 뇌 활성도를 측정하기 위하여 환자의 머리에 씌워진 tCS+fNIRS 고글과; 상기 tCS+fNIRS 고글에 동일한 간격을 두고 다수개 천공된 천공부에 각각 결착되어 하부는 개구되고 상부는 폐쇄된 티자 형상의 tCS+fNIRS 모듈케이스와; 상기 tCS+fNIRS 모듈케이스 내에서 상하 이동되는 피스톤 형상의 부재로서, 하단이 두피에 접촉되도록 스틸관으로 된 tCS+fNIRS 모듈과; 상기 tCS+fNIRS 모듈의 하부 외주면에 설치되어 이를 고정하는 모듈가이드 고정캡과; 상기 모듈가이드 고정캡의 하부에서 상기 tCS+fNIRS 모듈에 결합되어 인접하는 다른 tCS+fNIRS 모듈과 사방으로 연결하는 다수의 모듈가이드 연결부재와; 상기 tCS+fNIRS 모듈케이스의 측면을 통해 각각 연결되는 5핀 케이블과, 상기 5핀 케이블을 두 개씩 연결하는 USB C커넥터로 이루어진 것을 특징으로 한다.
이와 같은 본 발명은 경두개 전류자극을 인가하기 위한 전극과 뇌활성도를 측정하기 위한 전극이 통합되어 구성되므로, 동일한 위치에서 뇌활성도를 측정한 신호를 획득하고, 경두개 교류 및 직류자극을 가할 수 있다. 그리고, 기능적 근적외선 분광법을 이용한 뇌 혈류역학 측정의 전극의 뒷 표면에 스프링(spring)이 부착되어 탄성력으로 광섬유를 밀어주게 되어 두피와의 밀착력을 높여줌과 동시에 피험자의 두피 자극을 최소화할 수 있다. 또한, 2개의 광섬유 및 이를 지지하는 물체의 크기가 6mm이하로, 두피와의 접촉을 어렵게 하는 머리카락의 영향을 최소화 할 수 있으며, 건식의 경우 머리카락을 피하여 두피에 접촉할 수 있고, 습식으로 이용할 경우 요철이 스폰지를 고정하는 역할로 활용되며, 스폰지의 탄성과 캡(Cap)의 탄성이 함께 작용하여 두피 표면에 경두개 교류 및 직류자극이 원활히 이루어지게 되는 효과를 가지고 있다.
The present invention provides a module device for measuring brain activity by multi-channel transcranial current stimulation and functional near-infrared spectroscopy, comprising: tCS + fNIRS goggles worn on the head of a patient to measure brain activity of the patient; A t-shaped tCS + fNIRS module case each of which is attached to a plurality of perforated perforations at equal intervals to the tCS + fNIRS goggles, the lower portion of which is opened and the upper portion of which is closed; A tCS + fNIRS module having a piston shape which is vertically moved in the tCS + fNIRS module case, the tCS + fNIRS module having a lower end in contact with the scalp; A module guide fixing cap installed on a lower outer circumferential surface of the tCS + fNIRS module to fix the tCS + fNIRS module; A plurality of module guide connecting members coupled to the tCS + fNIRS module at the bottom of the module guide fixing cap and connected to other adjacent tCS + fNIRS modules in all directions; A 5 pin cable connected through the side of the tCS + fNIRS module case, and the USB C connector for connecting the two 5-pin cable, characterized in that consisting of.
In the present invention, since the electrode for applying the transcranial current stimulation and the electrode for measuring the brain activity are integrated, it is possible to obtain a signal measuring the brain activity at the same position, and to apply a transcranial AC and DC stimulation. have. In addition, a spring is attached to the rear surface of the electrode of the brain hemodynamic measurement using functional near-infrared spectroscopy to push the optical fiber with elastic force, thereby increasing adhesion to the scalp and minimizing the subject's scalp stimulation. In addition, the size of the two optical fiber and the object supporting it is less than 6mm, it is possible to minimize the effect of the hair, which makes it difficult to contact the scalp, in the case of dry can avoid contact with the scalp by the hair, when wet The unevenness is used to fix the sponge, and the elasticity of the sponge and the elasticity of the cap (Cap) work together to have an effect that smoothly causes transcranial alternating current and direct current stimulation on the scalp surface.

Description

다채널 경두개 전류자극과 기능적 근적외선 분광법으로 뇌활성도를 측정하는 모듈장치{Measuring module apparatus of a cerebral activity using Transcranial Current Stimulation and Functional near-infrared spectroscopy}Measuring module apparatus of a cerebral activity using Transcranial Current Stimulation and Functional near-infrared spectroscopy

본 발명은 다채널 경두개 전류자극{tCS=Transcranial alternate Current Stimulation(tACS)+Transcranial Direct Current Stimulation(tDCS)} 및 기능적 근적외선 분광법(Functional near-infrared spectroscopy; fNIRS)으로 뇌활성도를 측정하는 모듈 장치에 관한 것으로, 특히 다채널 경두개 전류자극을 주면서 동시에 기능적 근적외선 분광법으로 뇌활성도를 동시에 측정할 수 있도록 한 다채널 경두개 전류자극과 기능적 근적외선 분광법으로 뇌활성도를 측정하는 모듈 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a module apparatus for measuring brain activity by multichannel transcranial alternate current stimulation (tCSS) + transcranial direct current stimulation (tDCS) and functional near-infrared spectroscopy (fNIRS). In particular, the present invention relates to a module device for measuring brain activity using multi-channel transcranial current stimulation and functional near-infrared spectroscopy, which is capable of simultaneously measuring brain activity with functional near-infrared spectroscopy while giving multi-channel transcranial current stimulation.

도 1a 및 도 1b와 같이, 뇌 속에 전극을 삽입하여 자극을 주는 침습적 뇌심부자극술은 수전증, 파킨슨병, 근긴장 이상증 등에 치료법으로 사용되고 있으나, 수술 부작용이나 의도치 않은 간질 발작과 같은 부작용들이 보고됨. 특정 중증 질환에 매우 탁월한 치료효과를 보이지만, 시술의 위험성 및 작동의 복잡성이 높아, 많은 질환의 치료에 대양하게 적용하기가 어려운 문제점이 있다.
[특허문헌] 대한민국 특허출원 제2017-12007호
1A and 1B, invasive brain stimulation that stimulates by inserting electrodes into the brain is used as a treatment for hydration, Parkinson's disease, dystonia, etc., but side effects such as surgical side effects or unintended epileptic seizures have been reported. Although it shows a very excellent therapeutic effect for certain serious diseases, the risk of the procedure and the complexity of the operation is high, there is a problem that is difficult to apply to the treatment of many diseases.
[Patent Document] Korean Patent Application No. 2017-12007

본 발명은 상기한 종래 기술의 요망에 부응하기 위하여 발명된 것으로서, 본 발명은 다채널 경두개전류자극과 뇌활성도 측정을 동시에 할 수 있는 모듈장치를 제공하는데 그 목적이 있다. The present invention has been invented to meet the above-described demands of the prior art, and an object of the present invention is to provide a module device capable of simultaneously measuring multi-channel transcranial current stimulation and brain activity measurement.

본 발명의 제1 실시예에 의한 다채널 경두개 전류자극과 기능적 근적외선 분광법으로 뇌활성도를 측정하는 모듈 장치는, 환자의 뇌 활성도를 측정하기 위하여 환자의 머리에 씌워진 tCS+fNIRS 고글과; 상기 tCS+fNIRS 고글에 동일한 간격을 두고 다수개 천공된 천공부에 각각 결착되어 하부는 개구되고 상부는 폐쇄된 티자 형상의 tCS+fNIRS 모듈케이스와; 상기 tCS+fNIRS 모듈케이스 내에서 상하 이동되는 피스톤 형상의 부재로서, 하단이 두피에 접촉되도록 스틸관으로 된 tCS+fNIRS 모듈과; 상기 tCS+fNIRS 모듈의 하부 외주면에 설치되어 이를 고정하는 모듈가이드 고정캡과; 상기 모듈가이드 고정캡의 하부에서 상기 tCS+fNIRS 모듈에 결합되어 인접하는 다른 tCS+fNIRS 모듈과 사방으로 연결하는 다수의 모듈가이드 연결부재와; 상기 tCS+fNIRS 모듈케이스의 측면을 통해 각각 연결되는 5핀 케이블과, 상기 5핀 케이블을 두 개씩 연결하는 USB C커넥터로 이루어진 것을 특징으로 한다. According to a first embodiment of the present invention, a multi-channel transcranial current stimulation and functional near-infrared spectroscopy for measuring brain activity include: tCS + fNIRS goggles worn on the head of a patient to measure brain activity of the patient; A t-shaped tCS + fNIRS module case each of which is attached to a plurality of perforated perforations at equal intervals to the tCS + fNIRS goggles, the lower portion of which is opened and the upper portion of which is closed; A tCS + fNIRS module having a piston shape which is vertically moved in the tCS + fNIRS module case, the tCS + fNIRS module having a lower end in contact with the scalp; A module guide fixing cap installed on a lower outer circumferential surface of the tCS + fNIRS module to fix the tCS + fNIRS module; A plurality of module guide connecting members coupled to the tCS + fNIRS module at the bottom of the module guide fixing cap and connected to other adjacent tCS + fNIRS modules in all directions; A 5 pin cable connected through the side of the tCS + fNIRS module case, and the USB C connector for connecting the two 5-pin cable, characterized in that consisting of.

본 발명의 다채널 경두개 전류자극과 기능적 근적외선 분광법으로 뇌활성도를 측정하는 모듈 장치에 의하면, 경두개 전류자극을 인가하기 위한 전극과 뇌활성도를 측정하기 위한 전극이 통합되어 구성되므로, 동일한 위치에서 뇌활성도를 측정한 신호를 획득하고, 경두개 교류 및 직류자극을 가할 수 있다. 그리고, 기능적 근적외선 분광법을 이용한 뇌 혈류역학 측정의 전극의 뒷 표면에 스프링(spring)이 부착되어 탄성력으로 광섬유를 밀어주게 되어 두피와의 밀착력을 높여줌과 동시에 피험자의 두피 자극을 최소화할 수 있다.According to the modular apparatus for measuring brain activity by multi-channel transcranial current stimulation and functional near-infrared spectroscopy, an electrode for applying a transcranial current stimulus and an electrode for measuring brain activity are integrally formed. Signals obtained by measuring brain activity can be obtained, and transcranial alternating current and direct current stimulation can be applied. In addition, a spring is attached to the rear surface of the electrode of the brain hemodynamic measurement using functional near-infrared spectroscopy to push the optical fiber with elastic force, thereby increasing adhesion to the scalp and minimizing the subject's scalp stimulation.

또한, 2개의 광섬유 및 이를 지지하는 물체의 크기가 6mm이하로, 두피와의 접촉을 어렵게 하는 머리카락의 영향을 최소화 할 수 있으며, 건식의 경우 머리카락을 피하여 두피에 접촉할 수 있고, 습식으로 이용할 경우 요철이 스폰지를 고정하는 역할로 활용되며, 스폰지의 탄성과 캡(Cap)의 탄성이 함께 작용하여 두피 표면에 경두개 교류 및 직류자극이 원활히 이루어지게 되는 효과를 가지고 있다. In addition, the size of the two optical fiber and the object supporting it is less than 6mm, it is possible to minimize the effect of the hair, which makes it difficult to contact the scalp, in the case of dry can avoid contact with the scalp by the hair, when wet The unevenness is used to fix the sponge, and the elasticity of the sponge and the elasticity of the cap (Cap) work together to have an effect that smoothly causes transcranial alternating current and direct current stimulation on the scalp surface.

도 1a 및 도 1b는 종래 뇌속에 전극을 삽입하여 자극을 주는 침습적 뇌심부자극술을 도시한 사진이고,
도 2는 본 발명의 다채널 경두개 전류자극 및 기능적 근적외선 분광법으로 뇌활성도를 측정하는 모듈 장치를 도시한 전체 구성도이며,
도 3은 본 발명의 경두개 전류자극 및 뇌활성도 측정용 모듈을 두피에 고정하기 위한 모듈 가이드 및 고정캡을 도시한 도면이며,
도 4는 본 발명의 경두개 전류자극 및 뇌활성도 측정용 고글의 구성 단면도이며,
도 5는 본 발명의 경두개 전류자극 및 기능적 근적외선 분광법으로 뇌활성도 측정용 모듈 장치가 컨트롤러에 연결되는 커넥터를 도시한 도면이며,
도 6은 본 발명의 다채널 경두개 전류자극과 뇌활성도 측정용 모듈장치를 도시한 도면이며,
도 7은 본 발명의 다채널 경두개 교류 및 직류 자극의 회로도 및 시뮬레이션을 도시한 블록도이며,
도 8 및 도 9는 본 발명의 경두개 직류자극(tDCS) 및 경두개 교류자극(tACS)의 회로도이며,
도 10은 본 발명의 경두개 직류자극(tDCS)의 자극패턴과 경두개 교류자극(tACS)의 자극패턴을 도시한 그래프이며,
도 11은 본 발명의 다채널 경두개 전류자극과 뇌활성도 측정용 모듈장치의 뇌 자극부위를 도시한 도식도이다.
1a and 1b is a photograph showing an invasive deep brain stimulation to stimulate the electrode by inserting the electrode in the conventional brain,
2 is an overall configuration diagram showing a module device for measuring brain activity by multi-channel transcranial current stimulation and functional near-infrared spectroscopy of the present invention,
3 is a view showing a module guide and a fixing cap for fixing the module for measuring the cranial current stimulation and brain activity of the present invention to the scalp,
4 is a cross-sectional view of the goggles for measuring the cranial currents and brain activity of the present invention,
5 is a view showing a connector connected to the controller module module for measuring brain activity by the transcranial current stimulation and functional near infrared spectroscopy of the present invention,
6 is a view showing a multi-channel transcranial current stimulation and brain activity measuring module device of the present invention,
7 is a block diagram showing the circuit diagram and simulation of the multi-channel transcranial AC and DC stimulation of the present invention,
8 and 9 are circuit diagrams of the transcranial direct current stimulation (tDCS) and the transcranial ac stimulation (tACS) of the present invention.
10 is a graph showing the stimulation pattern of the transcranial direct current stimulation (tDCS) and the stimulation pattern of the transcranial ac stimulation (tACS) of the present invention.
Figure 11 is a schematic diagram showing the brain stimulation site of the multi-channel transcranial current stimulation and brain activity measurement module device of the present invention.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 당해 분야의 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 설명하기로 한다. 첨부된 도면들에서 구성에 표기된 도면번호는 다른 도면에서도 동일한 구성을 표기할 때에 가능한 한 동일한 도면번호를 사용하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지의 기능 또는 공지의 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략하기로 한다. 그리고 도면에 제시된 어떤 특징들은 설명의 용이함을 위해 확대 또는 축소 또는 단순화된 것이고, 도면 및 그 구성요소들이 반드시 적절한 비율로 도시되어 있지는 않다. 그러나 당업자라면 이러한 상세 사항들을 쉽게 이해할 것이다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings, preferred embodiments of the present invention will be described to be easily carried out by those of ordinary skill in the art. In the accompanying drawings, it should be noted that the same reference numerals are used in the drawings to designate the same configuration in other drawings as much as possible. In addition, in describing the present invention, when it is determined that a detailed description of a related known function or known configuration may unnecessarily obscure the subject matter of the present invention, the detailed description thereof will be omitted. And certain features shown in the drawings are enlarged or reduced or simplified for ease of description, the drawings and their components are not necessarily drawn to scale. However, those skilled in the art will readily understand these details.

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

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다. 아울러 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In addition, in describing the present invention, when it is determined that the detailed description of the related known configuration or function may obscure the gist of the present invention, the detailed description thereof will be omitted.

[실시예]EXAMPLE

경두개 전류자극(tCS: Transcranial Current Stimulation)이란, 경두개 교류자극(tACS: Transcranial alternate Current Stimulation)과, 경두개 직류자극(tDCS: Transcranial Direct Current Stimulation)을 복합한 개념으로, 이 경두개 전류자극은 비침습적으로 미세한 전류 자극을 경두개에 가하여 뇌에 자극을 주는 의료 장치로, 뇌의 전기 활성도를 조절하여 뇌 인지 기능의 조절이 가능하도록 한다. 즉, 다채널 경두개 전류자극은 여러 개의 음극(cathode) 전극과 상기 음극 전극에 대응하는 양극(anode) 전극을 구비하고 상기 전극들 각각에 대응하는 직류 또는 교류 전류를 발생하여 공급한다.Transcranial Current Stimulation (tCS) is a combination of Transcranial Alternating Current Stimulation (tACS) and Transcranial Direct Current Stimulation (tDCS). Is a medical device that stimulates the brain by applying a non-invasive microcurrent stimulus to the transcranial, and controls the brain's electrical activity to control the brain cognitive function. That is, the multi-channel transcranial current stimulus includes a plurality of cathode electrodes and anode electrodes corresponding to the cathode electrodes, and generates and supplies direct current or alternating current corresponding to each of the electrodes.

이와 같은 다채널 경두개 전류자극은 뇌신경 세포의 활성도를 증진시키거나 억제시킬 수 있는 기능을 가지고 있어 뇌졸중 등 뇌질환의 재활 치료뿐만 아니라 우울증, 간질, 치매, 파킨슨, 틱장애, 이명, 중독증, 만성통증, 불안장애, 수면장애 등 이루 열거할 수 없을 정도로 많은 뇌신경 질환의 치료에 효과가 있다. Such multi-channel transcranial current stimulation has the function of enhancing or inhibiting the activity of the brain nerve cells, so as well as rehabilitation treatment of brain diseases such as stroke, depression, epilepsy, dementia, Parkinson's, tic disorder, tinnitus, intoxication, chronic Pain, anxiety disorders, sleep disorders, etc. It is effective in the treatment of many neurological diseases that can not be listed.

또한, 뇌졸중 환자의 보행 재활 치료를 위해 주로 사용해왔던 고전적 재활 치료법은 정적인 상태에서 체중 부하나 체중 이동, 균형 훈련 등이 있다. 그러나, 이러한 치료법은 근육의 수축 양상 및 일반적 상태를 호전 시키지만 치료 후에도 이상 보행이 계속 나타난다.In addition, the classical rehabilitation therapy that has been mainly used for the treatment of gait rehabilitation of stroke patients includes weight bearing, weight shift, and balance training in a static state. However, these therapies improve muscle contraction and general condition, but abnormal gait continues after treatment.

최근에는 뇌졸중 환자의 보행 양상을 증진시키기 위한 재활 훈련으로 기능적 전기 자극, 트레드밀 보행 훈련, 로봇 보조 보행 치료 등이 새로운 치료적 접근법으로 이용되고 있다. 이러한 치료법을 일반적인 치료와 병행하여 실시할 경우, 보행 특성의 결과에 유의할 만한 향상이 나타나는 것으로 알려졌다.Recently, functional electrical stimulation, treadmill walking training, and robot-assisted walking therapy have been used as new therapeutic approaches as rehabilitation training to improve the walking pattern of stroke patients. It is known that when these treatments are performed in combination with general treatment, significant improvements in the results of the gait characteristics are observed.

현재 뇌졸중 환자의 하지 근력, 운동 기능 및 보행 능력에 대한 임상적 평가를 위해 Motoricity Index, Fugl-Meyer Index, Rivermead Motor Assessment 및 Functional Ambulatory Category(Holden et al.,1984, Collenet al., 1990, Demeurisse et al., 1980) 등을 사용하고 있다.For a clinical assessment of lower extremity muscle strength, motor function and gait ability in current stroke patients, the Motoricity Index, Fugl-Meyer Index, Rivermead Motor Assessment and Functional Ambulatory Category (Holden et al., 1984, Collenet al., 1990, Demeurisse et al., 1980) and the like.

이러한 평가 항목들은 균형 감각, 관절 범위, 독립 보행 여부 등 하지 운동 기능에 대한 임상 치료 효과를 평가 할 수 있지만, 뇌가소성적 관점에서 운동 기능이 회복됨에 따라 대뇌피질의 활성 변화 및 운동신경망의 재구성 등을 평가할 수는 없었다.These evaluation items can evaluate the effect of clinical treatment on lower extremity motor function such as balance, joint range, and independent walking.However, as the motor function is restored from the perspective of cerebral plasticity, changes in cerebral cortex activity and reconstruction of motor neural network Could not be evaluated.

한편, 부분 체중 부하 트레드밀 재활 훈련은 뇌졸중 이후 보행 기능 향상을 위한 방법으로 널리 쓰이고 있지만, 그에 대한 효과 및 재활 치료를 위한 적절한 시기에 관해서는 알려진 바가 없다.On the other hand, partial weight-bearing treadmill rehabilitation training is widely used as a method for improving the gait function after stroke, it is unknown about the effect and the appropriate time for rehabilitation treatment.

특히, 기존 연구(Cochrane review 2012 stroke, Duncan et al.,2011, Morone et al., 2012)에 따르면, 일반 지면 보행 재활, 트레드밀 재활 및 로봇 보조 보행 재활 치료의 임상적 치료 효과나 최적의 활용 방법은 확립되어 있지 않은 상태이다.In particular, according to previous studies (Cochrane review 2012 stroke, Duncan et al., 2011, Morone et al., 2012), the clinical treatment effect or optimal utilization of general gait rehabilitation, treadmill rehabilitation and robot-assisted gait rehabilitation Is not established.

따라서, 일반적인 보행 치료 방법인 트레드밀 보행 재활 치료에 대한 뇌가소성적 측면에서의 임상적 치료 효과의 고찰을 통해 보행 재활 치료의 기능적 회복에 대한 뇌가소성적 임상평가 방법에 대한 기반 기술 확보가 요구되고 있다.Therefore, it is necessary to secure a baseline technology for the clinical evaluation of the brain plasticity for functional recovery of pedestrian rehabilitation by examining the clinical effects of cerebral plasticity on treadmill pedestrian rehabilitation, which is a general pedestrian therapy. .

또한, 보행 재활 치료의 뇌가소성적 평가를 위한 기존의 뇌활성화 측정 방법인 fMRI(Functional MRI), PET(positron emission tomography) 등은 앙와위(supine position) 상태인 누운 상태로 하는 보행과 관련된 운동에 대해서도 측정이 매우 제한적으로 가능하나 특히 보행의 본질적 요소인 중력 가속도 하의 보행 상태를 실시간으로 측정할 수 없다.In addition, conventional MRI (Functional MRI) and PET (positron emission tomography) methods for the evaluation of cerebral plasticity in gait rehabilitation treatment are related to walking-related exercise in supine position. Although very limited measurement is possible, it is not possible to measure in real time the walking state under gravity acceleration, which is an essential element of walking.

이에 비해 최근 각광받고 있는 비침습적인 뇌활성화 측정 방법 중 fNIRS, EEG(electroencephalogram) 등은 보행 훈련 상태를 실시간 측정이 가능하나, 머리, 체간 등의 움직임이나, 호흡, 심박 등 생리적 잡음 등 원하지 않는 잡음 등으로 인해 보행과 관련된 신경생리학적 정보가 포함된 충실한 뇌활성도 신호의 획득이 곤란한 문제점이 있다.In contrast, fNIRS and EEG (electroencephalogram), which are currently in the spotlight of non-invasive brain activation measurement methods, can measure gait training status in real time, but unwanted noise such as movement of head, trunk, and physiological noise such as breathing and heart rate. Etc., there is a problem in that it is difficult to obtain a faithful brain activity signal including neurophysiological information related to gait.

따라서, 뇌혈류 신호(fNIRS, EEG)의 측정뿐 아니라 근신호(EMG; electromyography), 운동 생리 신호(Goniometer, IMU 등) 등을 함께 측정 및 분석함으로써 잡음에 강인한 정확한 뇌혈류 신호의 물리적 특성을 분석하고 이를 활용해 더 효율적인 보행 재활 치료 방법이 요구되고 있다.Therefore, by measuring and analyzing not only the measurement of cerebral blood flow signals (fNIRS, EEG), but also the muscle signals (EMG; electromyography) and motor physiological signals (Goniometer, IMU, etc.) Therefore, there is a need for a more efficient method for walking rehabilitation.

한편, 다른 비침습적인 뇌활성화 측정 방법으로, 사람의 대뇌피질에 분포하는 뇌혈류의 산화 또는 불산화 헤모글로빈의 농도를 측정할 수 있는 기능적 근적외선 분광법이 있다.On the other hand, as another non-invasive method of measuring brain activation, there is a functional near infrared spectroscopy that can measure the concentration of oxidized or fluorinated hemoglobin in the cerebral blood flow distributed in the human cerebral cortex.

상기 기능적 근적외선 분광법(Functional near infrared spectroscopy: fNIRS)은 기능적 자기공명영상법(fMRI)에 비해 저가의 장비로 측정이 간편하고 사람이 움직이는 동안에도 측정이 가능하여 환자의 운동 재활 훈련 목적의 임상 재활 치료나 동작과 관련한 다양한 작업 수행 시 뇌의 기능적 연구 등에 적극적으로 활용되고 있으며, 그 수요가 증가 추세에 있다.The functional near infrared spectroscopy (fNIRS) is a low cost device compared to fMRI, which is easy to measure and can be measured while a person is moving. It is also actively used for functional research of the brain when performing various tasks related to movement, and the demand is increasing.

상기 기능적 근적외선 분광법(fNIRS)은 근적외선 광의 생체조적에서의 산란 및 흡수특성을 이용하여 뇌 활동정보를 제공하는 기법이다. 비록 높은 산란 특성을 가지는 인체 특성상 뇌 깊은 영역의 정보를 획득할 수 없지만, 충분한 뇌 피질영역의 활동를 얻을 수 있기에 현재 뇌 인지 관찰 및 다양한 뇌 과학 및 공학 분야에 활용되고 있다. 또한 기능적 근적외선 분광법(fNIRS) 기반 확산 광 영상(diffuse optical imaging techniques) 뇌의 우수한 공간 및 시간에 따른 정보를 얻을 수 있다.The functional near infrared spectroscopy (fNIRS) is a technique for providing brain activity information by using scattering and absorption characteristics of bioinfrared light of near infrared light. Although it is impossible to obtain deep brain information due to the characteristics of the human body having high scattering characteristics, it is currently used in brain cognition observation and various brain science and engineering fields because sufficient brain cortex area activity can be obtained. Functional near-infrared spectroscopy (fNIRS) based diffuse optical imaging techniques also provide excellent spatial and temporal information in the brain.

인체의 머리는 뇌(brain)와 상기 뇌를 감싸고 있는 두개골(skull)과 상기 두개골의 외부 표면을 감싸는 뇌피(scalp)를 구비하여 구성된다.The head of the human body includes a brain and a skull surrounding the brain and a scalp surrounding the outer surface of the skull.

따라서, 상기 기능적 근적외선 분광법(fNIRS)는 상기 뇌피에 근적외선 광원(S)을 조사하고 다수개의 수광 소자(D1, D2)를 통해 상기 뇌피 또는 두개골을 통해 반사되는 근적외선을 수광하여 뇌활성도를 측정한다.Therefore, the functional near-infrared spectroscopy (fNIRS) measures the brain activity by irradiating the near-infrared light source S to the brain blood and receiving near-infrared light reflected through the brain or skull through a plurality of light receiving elements D1 and D2.

상기와 같은 뇌졸중 환자의 운동능력 개선을 위하여 상기 경두개전류자극의 뇌 자극과 상기 기능적 근적외선 분광법을 이용한 뇌 혈류역학(Homodynamics) 정보를 동시 측정 하고자 할 때, 상기 경두개전류자극을 위한 전극과 상기 기능적 근적외선 분광법으로 뇌활성도를 측정하기 위한 전극이 같은 위치에 놓이도록 할 수 없어서, 상기 경두개 전류자극 또는 상기 기능적 근적외선 분광법을 이용한 뇌 혈류역학 측정의 전극 밀도가 낮아질 수 밖에 없으며, 이를 통한 고해상도(High Density) 상기 경두개 전류자극과 상기 기능적 근적외선 분광법을 동시에 이용하여 뇌 혈류역학 측정 시스템을 구성하였다. In order to simultaneously measure the brain hemodynamics information using the functional near-infrared spectroscopy and the brain stimulation of the head and neck current stimulation to improve the motor performance of the stroke patient, the electrode for the head and neck current stimulation and the Functional near-infrared spectroscopy cannot place electrodes for measuring brain activity in the same position, and thus, the electrode density of the brain head current stimulation or cerebral hemodynamic measurement using the functional near-infrared spectroscopy cannot be lowered, and thus high resolution ( High Density) The cerebral hemodynamic measurement system was constructed using the transcranial current stimulus and the functional near infrared spectroscopy simultaneously.

도 2 내지 도 10에 도시된 바와 같이, 본 발명의 다채널 경두개 전류자극과 기능적 근적외선 분광법으로 뇌활성도를 측정하는 모듈 장치는, 환자의 뇌 활성도를 측정하기 위하여 환자의 머리에 씌워진 tCS+fNIRS 고글과, 상기 tCS+fNIRS 고글에 동일한 간격을 두고 다수개 천공된 천공부에 각각 결착되어 하부는 개구되고 상부는 폐쇄된 티자 형상의 tCS+fNIRS 모듈케이스와, 상기 tCS+fNIRS 모듈케이스 내에서 상하 이동되는 피스톤 형상의 부재로서, 하단이 두피에 접촉되도록 스틸관으로 된 tCS+fNIRS 모듈과, 상기 tCS+fNIRS 모듈의 하부 외주면에 설치되어 이를 고정하는 모듈가이드 고정캡과, 상기 모듈가이드 고정캡의 하부에서 상기 tCS+fNIRS 모듈에 결합되어 인접하는 다른 tCS+fNIRS 모듈과 사방으로 연결하는 다수의 모듈가이드 연결부재와, 상기 tCS+fNIRS 모듈케이스의 측면을 통해 각각 연결되는 5핀 케이블과, 상기 5핀 케이블을 두 개씩 연결하는 USB C커넥터로 이루어진다. As shown in Figures 2 to 10, the module device for measuring brain activity by multi-channel transcranial current stimulation and functional near infrared spectroscopy of the present invention, tCS + fNIRS that is placed on the head of the patient to measure the brain activity of the patient A t-shaped tCS + fNIRS module case of a goggles and a t-shaped perforated part which is spaced apart from the tCS + fNIRS goggles, respectively, and opened at a lower portion thereof and closed at an upper portion thereof, and in the tCS + fNIRS module case; As a member of a piston shape that is moved, the tCS + fNIRS module made of a steel tube so that the lower end is in contact with the scalp, a module guide fixing cap installed on the lower outer peripheral surface of the tCS + fNIRS module and fixing it, and the module guide fixing cap A plurality of module guide connecting members coupled to the tCS + fNIRS module at the bottom and connected to other adjacent tCS + fNIRS modules in all directions, and the tCS + fNIRS module case 5 pin cable is connected to each other through the side, and consists of a USB C connector for connecting the two 5-pin cable.

이상에서와 같이, 본 발명의 상세한 설명에서 구체적인 실시예에 관해 설명하였으나, 본 발명의 기술이 당업자에 의하여 용이하게 변형 실시될 가능성이 자명하며, 이러한 변형된 실시예들은 본 발명의 특허청구범위에 기재된 기술사상에 포함된다할 것이다.As described above, specific embodiments have been described in the detailed description of the present invention, but it is obvious that the technology of the present invention can be easily modified by those skilled in the art, and such modified embodiments are defined in the claims of the present invention. It will be included in the technical spirit described.

Claims (1)

환자의 뇌 활성도를 측정하기 위하여 환자의 머리에 씌워진 tCS+fNIRS 고글과;
상기 tCS+fNIRS 고글에 동일한 간격을 두고 다수개 천공된 천공부에 각각 결착되어 하부는 개구되고 상부는 폐쇄된 티자 형상의 tCS+fNIRS 모듈케이스와;
상기 tCS+fNIRS 모듈케이스 내에서 상하 이동되는 피스톤 형상의 부재로서, 하단이 두피에 접촉되도록 스틸관으로 된 tCS+fNIRS 모듈과;
상기 tCS+fNIRS 모듈의 하부 외주면에 설치되어 이를 고정하는 모듈가이드 고정캡과;
상기 모듈가이드 고정캡의 하부에서 상기 tCS+fNIRS 모듈에 결합되어 인접하는 다른 tCS+fNIRS 모듈과 사방으로 연결하는 다수의 모듈가이드 연결부재와;
상기 tCS+fNIRS 모듈케이스의 측면을 통해 각각 연결되는 5핀 케이블과, 상기 5핀 케이블을 두 개씩 연결하는 USB C커넥터로 이루어진 것을 특징으로 하는 다채널 경두개 전류자극과 기능적 근적외선 분광법으로 뇌활성도를 측정하는 모듈 장치.



TCS + fNIRS goggles placed on the patient's head to measure brain activity of the patient;
A t-shaped tCS + fNIRS module case each of which is attached to a plurality of perforated perforations at equal intervals to the tCS + fNIRS goggles, the lower portion of which is opened and the upper portion of which is closed;
A tCS + fNIRS module having a piston shape which is vertically moved in the tCS + fNIRS module case, the tCS + fNIRS module having a lower end in contact with the scalp;
A module guide fixing cap installed on a lower outer circumferential surface of the tCS + fNIRS module to fix the tCS + fNIRS module;
A plurality of module guide connecting members coupled to the tCS + fNIRS module at the bottom of the module guide fixing cap and connected to other adjacent tCS + fNIRS modules in all directions;
5 pin cable connected through the side of the tCS + fNIRS module case, USB C connector for connecting the two 5-pin cable, characterized in that the brain activity by multi-channel transcranial current stimulation and functional near infrared spectroscopy Module device to measure.



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