KR102045559B1 - Method and apparatus for monitoring the depth of anaesthesia and consciousness through the brain network analysis - Google Patents

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Abstract

본 발명에 따르는, 컴퓨터 장치에 의해 수행되는, 뇌 네트워크 분석을 통한 마취 및 의식 심도 모니터링 방법은 (a) 마취 경과 시간 동안 추출된 사용자의 뇌 신호를 획득하는 단계; (b) 측정된 뇌 신호들을 뇌 네트워크 분석에 적합하도록 전처리하는 단계; (c) 전처리된 뇌 신호들에 기초하여 각 주파수 별로 두 채널 간의 기능적 연결성 값을 산출하고, 뇌 네트워크 분석을 수행하는 단계; (d) 분석된 뇌 네트워크 특성에 기초하여 사용자의 마취 및 의식 심도를 결정하는 단계; 및 (e) 결정된 사용자의 마취 및 의식 심도를 사용자 인터페이스를 통해 제공하는 단계를 포함한다.According to the present invention, a method of monitoring anesthesia and consciousness depth through brain network analysis, performed by a computer device, includes: (a) acquiring a brain signal of a user extracted during an elapsed time of anesthesia; (b) preprocessing the measured brain signals suitable for brain network analysis; (c) calculating a functional connectivity value between two channels for each frequency based on the preprocessed brain signals and performing brain network analysis; (d) determining anesthesia and consciousness depth of the user based on the analyzed brain network characteristics; And (e) providing the determined anesthesia and consciousness depth of the user through the user interface.

Description

뇌 네트워크 분석을 통한 마취 및 의식 심도 모니터링 방법 및 장치{METHOD AND APPARATUS FOR MONITORING THE DEPTH OF ANAESTHESIA AND CONSCIOUSNESS THROUGH THE BRAIN NETWORK ANALYSIS}METHOD AND APPARATUS FOR MONITORING THE DEPTH OF ANAESTHESIA AND CONSCIOUSNESS THROUGH THE BRAIN NETWORK ANALYSIS}

본 발명은 뇌 네트워크 분석을 통한 마취 및 의식 심도 모니터링 방법 및 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a method and apparatus for monitoring anesthesia and consciousness depth through brain network analysis.

일반적으로 수술 및 치료와 같은 의료행위를 할 경우, 마취 및 의식 심도가 적정하게 유지되는 것은 환자에게 중요하다. 마취가 얕으면 수술 도중 깨어나 고통을 겪기도 하고, 반대로 마취가 너무 깊으면 심장발작·합병증·사망에 이를 수 있다. 특히 마취한 뒤 시술할 때 환자가 호흡이 곤란해져도 제대로 의사표시를 할 수 없다는 게 더 큰 문제다. 이러한 마취로 인한 사고는 불특정 다수에게 불시에 일어날 수 있고, 곧바로 환자 사망으로 이어질 수 있기 때문에 예방이 최선일 수밖에 없다. 이런 사고를 방지하기 위해 마취 및 의식 심도를 정량적으로 평가하는 것이 필요하지만, 현재 마취 심도는 환자의 상태를 파악하여 마취약의 농도를 조절하는 마취통증의학과 의사의 경험과 지식에 의해 결정된다. 따라서 마취 심도를 객관적으로 측정할 수 있는 장치가 필요하다. In general, when performing medical activities such as surgery and treatment, it is important for patients to maintain anesthesia and depth of consciousness properly. If the anesthesia is shallow, it may wake up and suffer during surgery. On the contrary, if the anesthesia is too deep, it may lead to heart attack, complications, and death. In particular, when anesthesia is difficult, the patient may not be able to express properly even if the breathing becomes difficult. This anesthesia can happen unexpectedly to an unspecified number of people and can lead to patient death. Quantitative evaluation of anesthesia and consciousness depth is necessary to prevent such accidents, but the current anesthesia depth is determined by the experience and knowledge of anesthesiologists and physicians who understand the condition of patients and control the concentration of anesthetics. Therefore, there is a need for a device capable of objectively measuring the depth of anesthesia.

현재 마취 심도 모니터링 시장의 90% 이상을 차지하는 대표적인 환자 감시 장치인 이중분광지수(Bispectral index, BIS)나 엔트로피 지수는 뇌의 활성 정도를 통해 마취 심도를 예측한다. 특히, BIS는 1부터 100까지 마취 심도를 나타내게 되며, 수술 중 적절한 범위는 40~60으로 알려져 있다. 40보다 낮으면 너무 마취가 깊게 된 것이고, 60보다 높으면 마취가 얕게 되어 있다는 것을 말하며, 80 이상이 되면 환자가 외부의 자극을 느끼게 되어 수술 후 통증을 기억하는 ‘수술 중 각성’과 같은 마취 사고가 발생할 가능성이 높다. 수술 중 각성은 마취 중 환자의 의식이 깨어나 수술 중 고통을 느끼면서도 몸은 움직일 수 없는 경우를 의미하며, 통증과 마비 느낌이 동반되는 경우 죽음에 대한 공포, 불안감 등의 ‘외상 후 스트레스 장애(Post-traumatic stress disorder)’가 발생할 가능성이 매우 높다. 즉, 현재의 마취 심도 모니터링 기술은 적정 BIS 범위 내에서 마취를 유지하는 것이 이상적이며, 이에 따라 수술이 끝나고 마취에서 빨리 깨어날 수 있고, 구토나 어지러움을 방지할 수 있다.The bispectral index (BIS) or entropy index, a representative patient monitoring device that currently accounts for more than 90% of the anesthesia depth monitoring market, predicts anesthetic depth based on the degree of brain activity. In particular, BIS shows anesthesia depth from 1 to 100, the appropriate range during surgery is known to be 40 ~ 60. If it is lower than 40, anesthesia is too deep. If it is higher than 60, anesthesia is shallow. If it is above 80, the patient feels an external stimulus. It is likely to occur. Arousal during surgery means that the patient's consciousness is awake during anesthesia and the body is unable to move while feeling pain during the operation.When pain and numbness are accompanied, fear of death, anxiety, etc. -traumatic stress disorder '. In other words, current anesthesia depth monitoring technology is ideal to maintain anesthesia within the appropriate BIS range, so that after the operation is finished, you can quickly wake up from anesthesia, prevent vomiting or dizziness.

그러나 이러한 기술들은 마취 및 의식 심도를 판단하는데 참고하는 수치일 뿐, 최종적으로 의식과 무의식의 판별은 의사의 주관적 판단이 필요하고, 진정 평가 척도와 상이한 결과가 빈번하게 발생하며, 수치화까지 최대 60초의 시간이 필요하기 때문에 갑작스럽게 일어날 수 있는 의료 사고에 대한 즉각적인 대처가 불가능하다는 단점이 있다. 또한 전신마취에는 높은 신뢰도를 가지고 있으나, 진정마취 상태 분류에는 낮은 신뢰도와 성능을 보여 실제 의식 심도 모니터링에 한계점을 가지고 있다. 따라서 다양한 환경 변수를 고려하여 의사가 마취제 투여량을 적절하게 조절, 의료사고 발생을 최소화할 수 있게 도와줄 수 있는 마취 및 의식 심도 모니터링 시스템이 필요하다. However, these techniques are only for reference in determining anesthesia and consciousness depth. Finally, discrimination of consciousness and unconsciousness requires subjective judgment of the physician, frequently differs from the sedation scale, and up to 60 seconds of quantification. Because of the time required, it is impossible to deal with a sudden medical accident. In addition, it has high reliability in general anesthesia, but has low reliability and performance in categorizing anesthesia. Therefore, there is a need for anesthesia and consciousness depth monitoring systems that can help physicians properly control anesthesia doses and minimize the occurrence of medical accidents, taking into account various environmental variables.

한편, 생체신호를 사용하여 마취 및 의식 심도를 측정하는 종래의 기술로서, 한국 특허등록 제 10-1079785호(발명의 명칭: 마취심도 지표 산출을 위한 뇌전도 분석 장치)는 다수의 파라미터를 추출하고, 마취심도 사이의 상관관계를 기준으로 환경이나 사용자에 따라 적합한 파라미터를 추출하는 기술을 개시하고 있다. 그러나, 단일 지표 개발이 아닌 특징 추출 기술에 관한 것으로 다양한 환경 변수에 따라 변화하는 마취 및 의식 심도를 파악하는데 어려움이 있다. 또한, 한국 특허등록 제 10-1111498호(발명의 명칭: 마취 심도 모니터링 시스템 및 방법)는 뇌전도 뿐만 아니라 심전도, 혈압을 포함하는 다수의 생체 신호를 분석하고 있다. 하지만, 사용하는 생체 신호의 수가 많아지면 물리적 복잡성과 비용적인 측면으로 인해 실제 임상에서는 활용하기 어렵다는 단점이 있다.Meanwhile, as a conventional technique for measuring anesthesia and consciousness depth using a biosignal, Korean Patent Registration No. 10-1079785 (name of the invention: an electroencephalogram analysis device for calculating anesthesia depth index) extracts a plurality of parameters, A technique for extracting a suitable parameter according to an environment or a user based on a correlation between anesthetic depth is disclosed. However, it is not a single indicator development but a feature extraction technique, and it is difficult to identify anesthesia and consciousness depths that change according to various environmental variables. In addition, Korean Patent Registration No. 10-1111498 (name of the invention: anesthesia depth monitoring system and method) analyzes a plurality of biological signals including electrocardiogram, electrocardiogram and blood pressure. However, as the number of bio signals used increases, physical complexity and cost aspects make it difficult to use in actual clinical practice.

그러나 상기 언급된 기술들은 각기 다른 형태의 마취 및 의식 심도 지표를 제안하고 있으나, 의식과 무의식의 경계를 정확하게 구분하지 못하는 한계점을 가지고 있다.However, the above-mentioned techniques suggest different types of anesthesia and consciousness depth indicators, but they have limitations in not accurately distinguishing the boundary between consciousness and unconsciousness.

본 발명은 의식과 무의식의 전환 시점을 정확하게 알려주고, 이를 바탕으로 무의식과 의식 판별의 정확도를 더욱 향상시켜 마취에 따른 신체적 및 정신적 피해를 최소로 줄일 수 있는 마취 및 의식 심도 모니터링 방법 및 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다. The present invention provides an anesthesia and consciousness depth monitoring method and apparatus that accurately informs the timing of switching between consciousness and unconsciousness, and further reduces the physical and mental damage caused by anesthesia by further improving the accuracy of unconsciousness and consciousness discrimination. For the purpose of

본 발명의 제 1 실시예에 따르는, 컴퓨터 장치에 의해 수행되는, 뇌 네트워크 분석을 통한 마취 및 의식 심도 모니터링 방법은 (a) 마취 경과 시간 동안 추출된 사용자의 뇌 신호를 획득하는 단계; (b) 측정된 뇌 신호들을 뇌 네트워크 분석에 적합하도록 전처리하는 단계; (c) 전처리된 뇌 신호들에 기초하여 각 주파수 별로 두 채널 간의 기능적 연결성 값을 산출하고, 뇌 네트워크 분석을 수행하는 단계; (d) 분석된 뇌 네트워크 특성에 기초하여 사용자의 마취 및 의식 심도를 결정하는 단계; 및 (e) 결정된 사용자의 마취 및 의식 심도를 사용자 인터페이스를 통해 제공하는 단계를 포함한다.According to a first embodiment of the present invention, a method for monitoring anesthesia and consciousness depth through brain network analysis, performed by a computer device, includes: (a) acquiring a brain signal of a user extracted during an elapsed time of anesthesia; (b) preprocessing the measured brain signals suitable for brain network analysis; (c) calculating a functional connectivity value between two channels for each frequency based on the preprocessed brain signals and performing brain network analysis; (d) determining anesthesia and consciousness depth of the user based on the analyzed brain network characteristics; And (e) providing the determined anesthesia and consciousness depth of the user through the user interface.

본 발명의 제 2 실시예에 따르는, 뇌 네트워크 분석을 통한 마취 및 의식 심도 모니터링 장치는 뇌 네트워크 분석을 통한 마취 및 의식 심도 모니터링 방법을 수행하기 위한 프로그램이 저장된 메모리; 및 프로그램을 수행하는 프로세서;를 포함하며, 프로세서는, 프로그램의 실행에 따라, 마취 경과 시간 동안 추출된 사용자의 뇌 신호를 획득하고, 측정된 뇌 신호들을 뇌 네트워크 분석에 적합하도록 전처리하며, 전처리된 뇌 신호들에 기초하여 각 주파수 별로 두 채널 간의 기능적 연결성 값을 산출하고, 뇌 네트워크 분석을 수행하고, 분석된 뇌 네트워크 특성에 기초하여 사용자의 마취 및 의식 심도를 결정하며, 결정된 사용자의 마취 및 의식 심도를 사용자 인터페이스를 통해 제공한다. In accordance with a second embodiment of the present invention, an anesthesia and consciousness depth monitoring apparatus through brain network analysis may include: a memory in which a program for performing anesthesia and consciousness depth monitoring method through brain network analysis is stored; And a processor that executes a program, wherein the processor, according to the execution of the program, obtains the brain signal of the user extracted during the elapsed time of anesthesia, and preprocesses the measured brain signals to be suitable for brain network analysis. Calculate functional connectivity between two channels for each frequency based on brain signals, perform brain network analysis, determine anesthesia and consciousness depth of user based on analyzed brain network characteristics, determine anesthesia and consciousness of user Depth is provided through the user interface.

본 발명은 환자의 마취 전 뇌 네트워크 상태를 기초하여 마취제가 투여됨에 따라 뇌 네트워크 상태가 어떻게 변화하는지에 대한 변화량을 기준으로 마취 및 의식 심도를 판단한다. 이에 따라 마취 및 의식 심도의 기준이 환자 본인의 깨어있을 때의 뇌 신호이기 때문에 개인마다 지표의 기준이 다를 수 있는 문제점을 해결하여, 시스템의 신뢰도가 향상될 수 있다.The present invention determines anesthesia and consciousness depth based on the amount of change in how the brain network state changes as an anesthetic is administered based on the brain network state before the anesthesia of the patient. Accordingly, since the criteria for anesthesia and consciousness are brain signals when the patient is awake, solving the problem that the criteria of the indicator may differ for each individual may improve the reliability of the system.

특히, 의식과 무의식의 경계 시점을 정확하게 파악할 수 있기 때문에 정확한 의식 심도 측정이 가능하며, 후두엽 자체의 신호만을 가지고도 의식 심도 측정이 가능하므로 실용적이라는 장점이 있다.In particular, since it is possible to accurately determine the boundary point between the conscious and the unconscious, accurate conscious depth can be measured, and the conscious depth can be measured only by the signal of the occipital lobe itself.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 뇌 네트워크 분석을 통한 마취 및 의식 심도 모니터링 시스템의 구조도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 마취 및 의식 심도 모니터링 장치에 의하여 뇌 네트워크 분석을 수행하는 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 3의 (a)는 본 발명의 일 실시예에 따라 측정된 뇌 신호들의 델타파 주파수 대역에서 각각의 마취 및 의식 심도로 구분되는 전체 능률 지표(GE)의 값을 나타내고, 도 3의 (b)는 델타파 주파수 대역에서 각각의 마취 및 의식 심도로 구분되는 점효율(LE)의 값을 나타내고, 도 3의 (c)는 베타파 주파수 대역에서 각각의 마취 및 의식 심도로 구분되는 전체 능률 지표(GE)의 값을 나타내고, 도 3의 (d)는 베타파 주파수 대역에서 각각의 마취 및 의식 심도로 구분되는 점효율(LE)의 값을 나타낸다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 뇌 네트워크 분석을 통한 마취 및 의식 심도 모니터링 장치에 따라 결정된 사용자의 마취 및 의식 심도가 표시된 사용자 인터페이스의 예시도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 뇌 네트워크 분석을 통한 마취 및 의식 심도 모니터링 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
1 is a structural diagram of an anesthetic and consciousness depth monitoring system through brain network analysis according to an embodiment of the present invention.
2 is a flowchart illustrating a method of performing brain network analysis by an anesthesia and consciousness depth monitoring apparatus according to an embodiment of the present invention.
Figure 3 (a) shows the value of the overall efficiency indicator (GE) divided by each anesthesia and consciousness depth in the delta wave frequency band of the brain signals measured according to an embodiment of the present invention, Figure 3 (b) ) Represents the point efficiency (LE) value divided into each anesthesia and consciousness depth in the delta wave frequency band, and (c) of FIG. 3 is a total efficiency indicator divided into each anesthetic and consciousness depth in the beta wave frequency band. A value of GE is shown, and FIG. 3D shows a point efficiency LE which is divided into anesthesia and consciousness depth in the beta wave frequency band.
4 is an exemplary view of a user interface displaying anesthesia and consciousness depth of a user determined according to an anesthesia and consciousness depth monitoring apparatus through brain network analysis according to an embodiment of the present invention.
5 is a flowchart illustrating a method for monitoring anesthesia and consciousness depth through brain network analysis according to an embodiment of the present invention.

아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.DETAILED DESCRIPTION Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art may easily implement the present invention. As those skilled in the art would realize, the described embodiments may be modified in various different ways, all without departing from the spirit or scope of the present invention. In the drawings, parts irrelevant to the description are omitted in order to clearly describe the present invention, and like reference numerals designate like parts throughout the specification.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "전기적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.Throughout the specification, when a part is "connected" to another part, this includes not only "directly connected" but also "electrically connected" with another element in between. . In addition, when a part is said to "include" a certain component, which means that it may further include other components, except to exclude other components unless otherwise stated.

본 명세서에 있어서 '부(部)'란, 하드웨어에 의해 실현되는 유닛(unit), 소프트웨어에 의해 실현되는 유닛, 양방을 이용하여 실현되는 유닛을 포함한다. 또한, 1 개의 유닛이 2 개 이상의 하드웨어를 이용하여 실현되어도 되고, 2 개 이상의 유닛이 1 개의 하드웨어에 의해 실현되어도 된다. 한편, '~부'는 소프트웨어 또는 하드웨어에 한정되는 의미는 아니며, '~부'는 어드레싱 할 수 있는 저장 매체에 있도록 구성될 수도 있고 하나 또는 그 이상의 프로세서들을 재생시키도록 구성될 수도 있다. 따라서, 일 예로서 '~부'는 소프트웨어 구성요소들, 객체지향 소프트웨어 구성요소들, 클래스 구성요소들 및 태스크 구성요소들과 같은 구성요소들과, 프로세스들, 함수들, 속성들, 프로시저들, 서브루틴들, 프로그램 코드의 세그먼트들, 드라이버들, 펌웨어, 마이크로코드, 회로, 데이터, 데이터베이스, 데이터 구조들, 테이블들, 어레이들 및 변수들을 포함한다. 구성요소들과 '~부'들 안에서 제공되는 기능은 더 작은 수의 구성요소들 및 '~부'들로 결합되거나 추가적인 구성요소들과 '~부'들로 더 분리될 수 있다. 뿐만 아니라, 구성요소들 및 '~부'들은 디바이스 또는 보안 멀티미디어카드 내의 하나 또는 그 이상의 CPU들을 재생시키도록 구현될 수도 있다.In the present specification, the term 'unit' includes a unit realized by hardware, a unit realized by software, and a unit realized by both. In addition, one unit may be realized using two or more pieces of hardware, and two or more units may be realized by one piece of hardware. Meanwhile, '~' is not limited to software or hardware, and '~' may be configured to be in an addressable storage medium or may be configured to reproduce one or more processors. Thus, as an example, '~' means components such as software components, object-oriented software components, class components, and task components, and processes, functions, properties, procedures, and the like. Subroutines, segments of program code, drivers, firmware, microcode, circuits, data, databases, data structures, tables, arrays, and variables. The functionality provided within the components and the 'parts' may be combined into a smaller number of components and the 'parts' or further separated into additional components and the 'parts'. In addition, the components and '~' may be implemented to play one or more CPUs in the device or secure multimedia card.

이하에서 언급되는 "마취 및 의식 심도 모니터링 장치"는 네트워크를 통해 서버나 타 단말에 접속할 수 있는 컴퓨터나 휴대용 단말기로 구현될 수 있다. 여기서, 컴퓨터는 예를 들어, 웹 브라우저(WEB Browser)가 탑재된 노트북, 데스크톱(desktop), 랩톱(laptop) 등을 포함하고, 휴대용 단말기는 예를 들어, 휴대성과 이동성이 보장되는 무선 통신 장치로서, IMT(International Mobile Telecommunication)-2000, CDMA(Code Division Multiple Access)-2000, W-CDMA(W-Code Division Multiple Access), Wibro(Wireless Broadband Internet), LTE(Long Term Evolution) 통신 기반 단말, 스마트폰, 태블릿 PC 등과 같은 모든 종류의 핸드헬드(Handheld) 기반의 무선 통신 장치를 포함할 수 있다. 또한, “네트워크”는 근거리 통신망(Local Area Network; LAN), 광역 통신망(Wide Area Network; WAN) 또는 부가가치 통신망(Value Added Network; VAN) 등과 같은 유선 네트워크나 이동 통신망(mobile radio communication network) 또는 위성 통신망 등과 같은 모든 종류의 무선 네트워크로 구현될 수 있다. The anesthesia and consciousness depth monitoring device referred to below may be implemented as a computer or a portable terminal that can be connected to a server or another terminal through a network. Here, the computer includes, for example, a laptop, desktop, laptop, etc., which is equipped with a web browser, and the portable terminal is, for example, a wireless communication device that ensures portability and mobility. International Mobile Telecommunication (IMT) -2000, Code Division Multiple Access (CDMA) -2000, W-Code Division Multiple Access (W-CDMA), Wireless Broadband Internet (Wibro), Long Term Evolution (LTE) communication-based terminal, smart It can include all kinds of handheld based wireless communication devices such as phones, tablet PCs, and the like. In addition, the “network” may be a wired or mobile radio communication network or satellite, such as a local area network (LAN), wide area network (WAN), or value added network (VAN). It can be implemented in all kinds of wireless networks such as communication networks.

이하, 본 발명의 일 실시예에 대하여 구체적으로 설명하도록 한다. Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described in detail.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 뇌 네트워크 분석을 통한 마취 및 의식 심도 모니터링 시스템의 구조도이다. 1 is a structural diagram of an anesthetic and consciousness depth monitoring system through brain network analysis according to an embodiment of the present invention.

도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따르는 시스템은 뇌 신호 측정부(100), 마취 및 의식 심도 모니터링 장치(200), 피드백 제시부(300)를 포함한다.Referring to FIG. 1, a system according to an embodiment of the present invention includes a brain signal measuring unit 100, anesthesia and consciousness depth monitoring device 200, and a feedback presenter 300.

뇌 신호 측정부(100)는 사용자의 마취 및 의식 심도에 따라 변화하는 전기적 신호를 측정하기 위하여 두피에 접촉하거나 또는 두피에 인접한 복수의 전극을 통해 EEG(electroencephalography) 신호를 측정한다. 예시적으로, 뇌 신호 측정부(100)는 실용성을 위해 후두엽의 뇌 신호만을 측정해도 무방하다. 여기서, 사용자는 마취중인 환자일 수 있다. 특히, 뇌 신호 측정부(100)를 통해 마취제 투여 전의 깨어있는 상태의 뇌 신호를 측정할 수 있다. 이때 측정된 뇌 신호를 기초로 마취 및 의식 심도 모니터링 장치(200)에서 뇌 네트워크 분석을 수행하여 산출된 뇌 네트워크 값이 마취 및 의식 심도를 결정하는 기준데이터로 사용될 수 있다.The brain signal measuring unit 100 measures an EEG (electroencephalography) signal through a plurality of electrodes in contact with the scalp or adjacent to the scalp in order to measure an electrical signal that changes according to anesthesia and consciousness depth of the user. For example, the brain signal measuring unit 100 may measure only the brain signal of the occipital lobe for practical purposes. Here, the user may be a patient under anesthesia. In particular, the brain signal measuring unit 100 may measure the brain signal in the waking state before anesthetic administration. At this time, the brain network value calculated by performing brain network analysis in the anesthesia and consciousness depth monitoring apparatus 200 based on the measured brain signal may be used as reference data for determining anesthesia and consciousness depth.

마취 및 의식 심도 모니터링 장치(200)는 뇌 신호 측정부(100)와 무선 또는 유선으로 연결되어 마취 경과 시간 동안 추출된 사용자의 뇌 신호를 획득하고, 측정된 뇌 신호들을 뇌 네트워크 분석에 적합하도록 전처리하며, 전처리된 뇌 신호들에 기초하여 각 주파수 별로 두 채널 간의 기능적 연결성 값을 산출하고, 뇌 네트워크 분석을 수행한다. 그리고, 분석된 뇌 네트워크 특성에 기초하여 사용자의 마취 및 의식 심도를 결정하며, 결정된 사용자의 마취 및 의식 심도를 피드백 제시부(300)로 제공할 수 있다. 여기서, 마취제 투여 전 깨어있는 상태에서 측정된 사용자의 뇌 신호로부터 분석된 기준데이터와 마취제 투여 이후의 마취 상태에서 측정된 뇌 신호로부터 분석된 값을 비교하여 사용자의 마취 및 의식 심도를 결정할 수 있다. 이와 같은 마취 및 의식 심도 결정하는 상세한 방법은 도2를 참조하여 후술하도록 한다.Anesthesia and consciousness depth monitoring device 200 is connected to the brain signal measuring unit 100 by wireless or wired to obtain the brain signal of the user extracted during the anesthesia elapsed time, and to pre-process the measured brain signals suitable for brain network analysis Based on the preprocessed brain signals, functional connectivity values between two channels are calculated for each frequency, and brain network analysis is performed. The anesthesia and consciousness depth of the user may be determined based on the analyzed brain network characteristics, and the determined anesthesia and consciousness depth of the user may be provided to the feedback presenter 300. Here, the anesthesia and consciousness of the user may be determined by comparing the reference data analyzed from the brain signal of the user measured in awake state before administration of the anesthetic and the value analyzed from the brain signal measured in the anesthetic state after administration of the anesthetic. Detailed methods for determining anesthesia and consciousness depth will be described later with reference to FIG. 2.

피드백 제시부(300)는 결정된 사용자의 마취 및 의식 심도를 사용자에게 사용자 인터페이스를 통해 시각적으로 제시한다. 예시적으로 마취 및 의식 심도의 정량적 지표를 제공하고, 의식/무의식 전환시점을 알려주는 알림을 제공할 수 있다. 이와 같은 사용자 인터페이스에 대한 상세한 설명은 도 4를 참조하여 후술하도록 한다.The feedback presenter 300 visually presents the determined anesthesia and consciousness depth of the user through the user interface. For example, a quantitative indicator of anesthesia and consciousness depth may be provided, and a notification may be provided to indicate the time of conscious / unconscious transition. Detailed description of the user interface will be described later with reference to FIG. 4.

한편, 정보통합이론(Integrated information theory)에 따르면, 의식을 가지고 있을 때에는 대뇌의 정보 통합이 이루어져 있으나, 무의식에는 전기적 활성 신호가 있으나 대뇌의 정보 통합이 깨져있다고 설명하고 있다. 또한 최근에는 후두엽을 Posterior Hot Zone이라고 부르며, 의식의 상관 관계(Neural correlates of consciousness)가 가장 높은 지역으로서, 의식의 수준에 따른 특징이 가장 명확하게 드러나는 뇌 영역으로 밝혀지고 있다. 즉, 신체가 마취되면 의식에서 무의식 상태로 전이하면서 신경계가 가지고 있는 정보통합능력이 현저하게 감소하며, 의식의 소실은 뇌파의 시간적ㆍ공간적 자기조직화가 깨지면서 일어난다. 특히 의식이 없어질 때 인지를 다루는 전두엽에서 감각을 다루는 후두엽으로 흘러가는 정보가 급격하게 감소하게 된다. 이러한 의식과 무의식에서의 뇌의 변화는 단순히 뇌파의 전위와 주파수 파워 크기와 같은 단순한 지표만을 가지고서는 설명할 수 없다.On the other hand, according to the integrated information theory (integrated information theory), the cerebral information integration of the cerebral information when the conscious, but the unconscious, there is an electrical signal, but the information integration of the brain is broken. Recently, the occipital lobe is called the Posterior Hot Zone, which has the highest neural correlates of consciousness, and has been identified as the brain region that is most clearly characterized by the level of consciousness. In other words, when the body is anesthetized, the information integration ability of the nervous system is remarkably decreased as the body transitions from consciousness to the unconscious state, and loss of consciousness occurs when the temporal and spatial self-organization of brain waves is broken. In particular, when the consciousness disappears, the information flowing from the frontal lobe dealing with cognition to the occipital lobe dealing with the senses decreases drastically. This change in brain in consciousness and unconsciousness cannot be explained simply by simple indicators, such as the magnitude and frequency power of EEG.

따라서, 본 발명에서는 단순하게 뇌의 전기적 신호 자체를 분석하는 것이 아니라, 의식과 무의식에서 중요한 뇌신경들의 상호작용을 수치화하여 앞서 언급된 기술들의 한계점을 극복할 수 있는 방법을 제안한다. 다시 말해서, 뇌 신경계의 정보통합이 마취에 의해 바뀐다는 인지통합적 패러다임을 바탕으로 뇌 네트워크 분석을 통해 서로 다른 영역들끼리의 상호작용까지 파악함으로써 정확한 마취 및 의식 심도를 측정할 수 있다. 또한 후두엽 내의 상호작용만으로도 의식 심도 측정이 가능하다는 장점이 있다. 이를 위해 환자의 뇌 신호를 실시간으로 해석하여 마취 전 사용자의 깨어있는 기능적 연결성(Functional connectivity)에 기초하여 마취제를 투여함에 따라 변화하는 기능적 연결성 값을 측정할 수 있다. Therefore, the present invention proposes a method that can overcome the limitations of the aforementioned techniques by quantifying the interaction of brain nerves important in consciousness and unconsciousness, rather than simply analyzing the electrical signal itself of the brain. In other words, based on the cognitive integrated paradigm that information integration of the brain's nervous system is changed by anesthesia, brain networks can be analyzed to determine precise anesthesia and consciousness depth. In addition, the depth of consciousness can be measured only by interactions in the occipital lobe. To this end, the brain signal of the patient can be interpreted in real time to measure the functional connectivity values that change as the anesthetic is administered based on the user's waking functional connectivity before anesthesia.

특히, 마취 동안 뇌 신호의 기능적 연결성 지수를 추출하여, 마취 전 깨어있을 때의 뇌 네트워크 상태와 비교하여 사용자의 마취 및 의식 심도를 제공할 수 있다. 이에 따라 사용자의 마취 및 의식의 심도를 제공할 뿐 아니라, 의식에서 무의식으로 전환하는 시점 혹은 무의식에서 의식으로 전환하는 시점도 제공할 수 있어, 의식과 무의식을 정확하게 판별할 수 있는 바이오마커로 사용할 수 있다. In particular, the functional connectivity index of the brain signal during anesthesia can be extracted to provide anesthesia and consciousness depth of the user as compared to the brain network state when awake before anesthesia. This provides not only the depth of anesthesia and consciousness of the user, but also the point of transition from consciousness to unconsciousness or from unconsciousness to consciousness, which can be used as a biomarker to accurately distinguish between consciousness and unconsciousness. have.

이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 뇌 네트워크 분석을 통한 마취 및 의식 심도 모니터링 장치(200)의 구성에 대하여 구체적으로 설명하도록 한다. Hereinafter, the configuration of the anesthesia and consciousness depth monitoring apparatus 200 through the analysis of the brain network according to an embodiment of the present invention will be described in detail.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 마취 및 의식 심도 모니터링 장치에 의하여 뇌 네트워크 분석을 수행하는 방법을 설명하기 위한 순서도이다.2 is a flowchart illustrating a method of performing brain network analysis by an anesthesia and consciousness depth monitoring apparatus according to an embodiment of the present invention.

마취 및 의식 심도 모니터링 장치(200)는 뇌 연결성을 이용한 의식 수준 기반의 마취 및 의식 심도를 측정하기 위한 메모리 및 프로그램(또는 애플리케이션)을 수행하는 프로세서를 포함하여 구성될 수 있다. 여기서 프로세서는 메모리에 저장된 프로그램의 실행에 따라 다양한 기능을 수행할 수 있는데, 각 기능에 따라 프로세서에 포함되는 세부 모듈들을 전처리부(210), 뇌 네트워크 분석부(220), 마취 및 의식 심도 판단부(230)로 나타낼 수 있다. Anesthesia and consciousness depth monitoring apparatus 200 may include a processor for performing a memory and a program (or application) for measuring the consciousness-based anesthesia and consciousness depth using the brain connectivity. Here, the processor may perform various functions according to the execution of the program stored in the memory, and according to each function, the detailed modules included in the processor are preprocessor 210, brain network analyzer 220, anesthesia and consciousness depth determiner. 230.

전처리부(210)는 뇌 신호 측정부(100)로부터 마취 경과 시간 동안 추출된 사용자의 뇌 신호를 수신한다. 뇌 신호는 두피에 접촉하거나 또는 두피에 인접한 전극에서 측정된 EEG 신호이다. 또한 전처리부(210)는 측정된 뇌 신호들로부터 머리 및 안구의 움직임이나 눈 깜빡임 등에 의한 잡음을 제거하고, 잡음이 제거된 뇌 신호들을 수면 또는 의식과 관련된 특정 주파수 대역으로 필터링을 수행할 수 있다.The preprocessor 210 receives the brain signal of the user extracted during the elapsed time of anesthesia from the brain signal measuring unit 100. Brain signals are EEG signals measured at electrodes in contact with or near the scalp. In addition, the preprocessor 210 may remove noise caused by head and eye movements or eye blinks from the measured brain signals, and filter the brain signals from which the noise is removed to a specific frequency band related to sleep or consciousness. .

한편, 델타(δ)파는 0.1~4Hz의 주파수와 20~200μV의 진폭을 보이며, 정상인의 깊은 수면 상태나 신생아들로부터 주로 나타난다. 쎄타(θ)파는 4~8Hz의 주파수와 20~100μV의 진폭을 보이며, 정서적으로 안정된 상태나 수면상태에서 나타난다. 알파(α)파는 8~12Hz의 주파수와 20~60μV의 진폭을 보이며, 긴장이 이완된 편안한 상태에서 나타나며 안정된 상태일수록 진폭이 증가된다. 베타(β)파는 12~30Hz의 주파수와 2~20μV의 진폭을 보이며, 깨어 있거나 의식적인 활동을 할 때 나타난다. 감마(γ)파는 30~50Hz의 주파수와 2~20μV의 진폭을 보이며, 강한 흥분 상태에서 나타난다. Delta (δ) waves, on the other hand, have a frequency of 0.1 to 4 Hz and an amplitude of 20 to 200 μV, and are often found in deep sleep or normal newborns. Theta (θ) waves have a frequency of 4 to 8 Hz and an amplitude of 20 to 100 μV and appear in an emotionally stable or sleeping state. The alpha (α) wave has a frequency of 8 to 12 Hz and an amplitude of 20 to 60 μV. The alpha (α) wave appears in a relaxed state in which tension is relaxed. The beta (β) wave has a frequency of 12-30 Hz and an amplitude of 2-20 μV and appears when you are awake or conscious. Gamma (γ) waves have a frequency of 30-50 Hz and an amplitude of 2-20 μV, and appear in a strong excited state.

따라서, 본 발명의 뇌 네트워크 분석부(220)는 의식과 무의식의 상태를 가장 잘 반영하는 델타파와 베타파의 주파수 대역을 이용할 수 있다. Therefore, the brain network analyzer 220 of the present invention may use the frequency bands of the delta wave and the beta wave that best reflects the state of consciousness and unconsciousness.

도 2를 참조하면, 뇌 네트워크 분석부(220)는 주파수 분석을 통해 뇌 신호들의 델타파 및 베타파의 주파수 대역을 추출할 수 있다. 이어서, 추출된 주파수 대역의 진폭(amplitude) 및 위상(phase) 값에 기초하여 두 채널 간의 기능적 연결성 값을 산출할 수 있다(S131). 이어서, 각각의 주파수에 대한 모든 채널 간의 기능적 연결성 값을 행렬로 계산할 수 있다(S133). 다음으로, 산출된 기능적 연결성 값이 유의미한 연결성을 갖는지 판단하는 임계값을 적용하여(S133), 그래프 이론 기반으로 뇌 네트워크 값을 산출할 수 있다(S134).Referring to FIG. 2, the brain network analyzer 220 may extract frequency bands of delta waves and beta waves of brain signals through frequency analysis. Subsequently, a functional connectivity value between two channels may be calculated based on the amplitude and phase values of the extracted frequency band (S131). Subsequently, functional connectivity values between all channels for each frequency may be calculated as a matrix (S133). Next, by applying a threshold value for determining whether the calculated functional connectivity value has a significant connectivity (S133), it is possible to calculate the brain network value based on the graph theory (S134).

여기서, 기능적 연결성 계산(S131)단계에서 기능적 연결성 값은 두 채널에 대한 뇌 신호들 간의 위상의 동기화 정도를 판별하는 척도로서, 위상 동기화 지수(Phase locking value), 위상 지연 지수(Phase lag index), 가중 위상 지연 지수(Weighted phase lag index), 가상 일관성(Imaginary coherence) 및 동기 유사도(Synchronization likelihood) 중 하나 이상을 포함할 수 있다. Here, in the functional connectivity calculation step (S131), the functional connectivity value is a measure for determining the degree of synchronization of phases between brain signals for two channels, and includes a phase locking value, a phase lag index, One or more of a weighted phase lag index, an imaginary coherence, and a synchronization likelihood.

이어서, 기능적 연결성 행렬 생성(S132)단계 및 임계값 적용(S133)단계에서 유의미한 기능적 연결성만 파악할 수 있도록 특정 임계값 이하의 연결성은 0으로 변환시킨다. 이때 임계값은 복수의 랜덤 행렬을 통해 산출된 전체 능률 지표(Global efficiency)와 점효율(Local efficiency)의 차이가 가장 큰 값으로 설정될 수 있다. 예를 들어, 임계값은 복수(바람직하게, 1000개 이상)의 랜덤 행렬을 통해 산출된 전체 능률 지표(Global efficiency)와 점효율(Local efficiency)의 차이가 가장 큰 값으로 설정될 수 있다.Subsequently, in a functional connectivity matrix generation step S132 and a threshold application step S133, connectivity below a specific threshold value is converted to 0 so that only meaningful functional connectivity is identified. In this case, the threshold value may be set to a value having a largest difference between a global efficiency and a local efficiency calculated through a plurality of random matrices. For example, the threshold value may be set to a value having a largest difference between a global efficiency and a local efficiency calculated through a plurality of (preferably 1000 or more) random matrices.

이후, 뇌 네트워크 값 계산(S134)단계에서 유의미한 기능적 연결성만 나타내는 기능적 연결성 행렬을 통해 그래프 이론 기반의 뇌 네트워크 값을 계산하여 마취 전 깨어있는 상태와 비교할 수 있다. 뇌 네트워크 값은 뇌의 연결성을 정량화한 값을 의미한다. Subsequently, in the calculation of the brain network value (S134), the brain network value based on graph theory may be calculated using a functional connectivity matrix representing only meaningful functional connectivity and compared with the waking state before anesthesia. Brain network values refer to values of brain connectivity.

구체적으로, 뇌 네트워크 값은 그래프 이론 분야에 알려진 그래프 이론 수치들이며, 일 예로 전체 능률 지표(Global efficiency)는 뇌 연결성의 통합 척도로서 대뇌 전체의 정보통합 흐름의 효율성을 알려주는 척도이고, 점효율(Local efficiency)은 뇌 연결성의 분리 척도로서 대뇌 특정 지역에서의 정보통합 흐름의 네트워크 효율성을 알려주는 척도일 수 있다. 또한 이에 한정되는 것은 아니며, 집단화 계수(Clustering coefficient), 특성 경로 길이(Characteristic path length), 모듈성(modularity), 인접 중앙성(Closeness Centrality), 사이 중앙성(Betweenness Centrality), 고유벡터 중앙성(Eigenvector centrality)과 같이 뇌 연결성의 다양한 특징을 나타내주는 값 등과 같은 적어도 하나의 그래프 이론 수치들을 포함할 수 있다. Specifically, brain network values are graph theory figures known in the field of graph theory. For example, global efficiency is an integrated measure of brain connectivity and indicates the efficiency of information integration flow throughout the brain. Local efficiency may be a measure of separation of brain connectivity and indicates a network efficiency of information integration flow in a specific cerebral region. In addition, the present invention is not limited thereto, and includes clustering coefficient, characteristic path length, modularity, closeness centrality, betweenness centrality, and eigenvector centrality. and at least one graph theory such as values representing various characteristics of brain connectivity, such as centrality.

바람직하게, 뇌 네트워크 값 계산(S134)단계에서, 전체 능률 지표(Global efficiency) 및 점효율(Local efficiency) 중 하나 이상의 뇌 네트워크 값을 계산할 수 있다.Preferably, in the calculation of the brain network value (S134), one or more brain network values of global efficiency and local efficiency may be calculated.

하기의 수식1은 전체 능률 지표(Global efficiency)를 나타낸다. Equation 1 below represents a global efficiency index (Global efficiency).

<수식1><Equation 1>

Figure 112018064835155-pat00001
Figure 112018064835155-pat00001

여기서, N은 기능적 연결성을 나타내는 행렬의 열의 숫자를 나타내고, dij는 노드i와j 사이의 가장 짧은 길의 길이를 나타낸다.Where N denotes the number of columns of the matrix representing functional connectivity, and d ij denotes the length of the shortest path between nodes i and j.

하기의 수식2는 점효율(Local efficiency)를 나타내며, 수식1을 포함한다.Equation 2 below represents Local efficiency, and includes Equation 1.

<수식2><Equation 2>

Figure 112018064835155-pat00002
Figure 112018064835155-pat00002

여기서, N은 기능적 연결성을 나타내는 행렬의 열의 숫자를 나타내고, Ai는 노드i의 이웃과의 서브 그래프를 나타낸다.Where N represents the number of columns of the matrix representing functional connectivity and A i represents a subgraph of the neighbor of node i.

마취 및 의식 심도 판단부(230)는 사용자의 마취 경과 시간의 흐름에 따라 델타파 및 베타파 주파수 대역에서의 기준데이터와 비교하여 뇌 네트워크 값의 증가 정도를 감지할 수 있다. 여기서, 기준데이터는 마취제 투여 전 깨어있는 상태에서 측정된 사용자의 뇌 신호로부터 분석된 뇌 네트워크 값을 의미한다. The anesthesia and consciousness depth determination unit 230 may detect an increase in the brain network value as compared with reference data in the delta wave and beta wave frequency bands according to the elapsed time of anesthesia of the user. Here, the reference data means a value of the brain network analyzed from the brain signal of the user measured in the waking state before administration of the anesthetic.

다시 도 2를 참조하면, 예시적으로, 델타파 주파수 대역의 경우, 기준데이터와 비교하여 마취제 투여 이후의 뇌 네트워크 값의 변화(증가량)를 감지할 수 있다(S141). 즉, 델타파 주파수 대역에서의 기준데이터에 기초한 뇌 네트워크 값의 증가량은, 마취 및 의식 심도를 나타내는 정량적 지표를 의미한다. 델타파 주파수 대역에서의 뇌 네트워크 값의 변화(증가량)에 대한 상세한 설명은 도 3의 (a) 및 도3의 (b)를 참조하여 후술하도록 한다.Referring back to FIG. 2, for example, in the case of the delta wave frequency band, a change (increase amount) of the brain network value after anesthetic administration may be detected in comparison with reference data (S141). That is, the amount of increase in the brain network value based on the reference data in the delta wave frequency band means a quantitative index indicating anesthesia and consciousness depth. A detailed description of the change (increase amount) of the brain network value in the delta wave frequency band will be described later with reference to FIGS. 3A and 3B.

또한, 베타파 주파수 대역의 경우, 기준데이터와 비교하여 마취제 투여 이후의 뇌 네트워크 값이 기설정된 값 이상으로 증가하는 시점을 감지할 수 있다(S142). 즉, 베타파 주파수 대역에서의 기준데이터에 비해 뇌 네트워크 값이 기설정된 값 이상으로 증가하는 시점은, 의식 상태에서 무의식 상태로 전환되는 시점 또는 무의식 상태에서 의식 상태로 전환되는 시점을 의미한다. 베타파 주파수 대역에서의 뇌 네트워크 값의 증가(급격한 증가 시점)에 대한 상세한 설명은 도 3의 (c) 및 도3 의 (d)를 참조하여 후술하도록 한다.In addition, in the case of the beta wave frequency band, it is possible to detect the point of time when the brain network value after anesthesia administration increases above a predetermined value in comparison with the reference data (S142). That is, the point of time when the brain network value is increased more than a predetermined value compared to the reference data in the beta wave frequency band means a point of time when the state of transition from the conscious state to the unconscious state or the state of unconscious state to the conscious state. A detailed description of the increase (sudden increase time) of the brain network value in the beta-wave frequency band will be described later with reference to FIGS. 3C and 3D.

도 3의 (a)는 본 발명의 일 실시예에 따라 측정된 뇌 신호들의 델타파 주파수 대역에서 각각의 마취 및 의식 심도로 구분되는 전체 능률 지표(GE)의 값을 나타내고, 도 3의 (b)는 델타파 주파수 대역에서 각각의 마취 및 의식 심도로 구분되는 점효율(LE)의 값을 나타내고, 도 3의 (c)는 베타파 주파수 대역에서 각각의 마취 및 의식 심도로 구분되는 전체 능률 지표(GE)의 값을 나타내고, 도 3의 (d)는 베타파 주파수 대역에서 각각의 마취 및 의식 심도로 구분되는 점효율(LE)의 값을 나타낸다.Figure 3 (a) shows the value of the overall efficiency indicator (GE) divided by each anesthesia and consciousness depth in the delta wave frequency band of the brain signals measured according to an embodiment of the present invention, Figure 3 (b) ) Represents the point efficiency (LE) value divided into each anesthesia and consciousness depth in the delta wave frequency band, and (c) of FIG. 3 is a total efficiency indicator divided into each anesthetic and consciousness depth in the beta wave frequency band. A value of GE is shown, and FIG. 3D shows a point efficiency LE which is divided into anesthesia and consciousness depth in the beta wave frequency band.

도 3의 (a) 내지 도 3의 (d)를 참조하면, 막대그래프 상에 표시된 I는 표준편차를 의미한다. 특히, 마취 및 의식 심도는 마취제 투여 전의 깨어있는 상태(Baseline), 마취제 투여 이후 의식에서 무의식으로 넘어가는 전환시점(TransUN), 마취제 투여로 인해 자극에 무반응인 무의식 상태(UCS), 무의식에서 의식으로 넘어가는 전환시점(TransCON), 회복기로서 자극에 반응할 수 있는 의식 상태(Recovery)의 5단계로 구분될 수 있다. 이때, 마취제 투여 전의 깨어있는 상태(Baseline)의 네트워크 값은 기준데이터로서, 마취 경과 시간 동안 네트워크 값의 증가 정도를 비교하는 기준이 된다. Referring to Figures 3 (a) to 3 (d), I indicated on the bar graph means standard deviation. In particular, anesthesia and conscious depth conditions (Baseline), anesthetics administered after the switch to skip to the unconscious in the conscious point (Trans UN), the unconscious, unresponsive to stimuli due to anesthetic administration (UCS), in the unconscious awake before anesthesia administration Trans CON can be divided into five stages of recovery, which can respond to the stimulus as a recovery period. At this time, the network value of the awake state (Baseline) before administration of the anesthetic agent is a reference data, and serves as a reference for comparing the degree of increase of the network value during the elapsed anesthesia time.

다시 말하면, 도 3의 (a) 및 도 3의 (b)에 도시된 것처럼, 델타파의 경우 깨어있는 상태(Baseline)에 비해 회복기(Recovery)를 제외한 나머지 단계에서 뇌 네트워크 값(GE, LE)이 증가된 것을 나타낸다. 즉, 델타파의 경우, 뇌 네트워크 값(GE, LE)이 증가할수록 마취 및 의식 심도가 깊어진다는 것을 의미한다.In other words, as shown in (a) and (b) of FIG. 3, in the case of the delta wave, the brain network values GE and LE in the remaining steps except for recovery compared to the baseline. Indicates that this is increased. In other words, in the case of delta waves, the depth of anesthesia and consciousness increases as the brain network values GE and LE increase.

도 3의 (c) 및 도 3의 (d)에 도시된 것처럼, 베타파의 경우 깨어있는 상태(Baseline)에 비해 의식에서 무의식으로 넘어가는 전환시점(TransUN) 또는 무의식에서 의식으로 넘어가는 전환시점(TransCON)에서만 뇌 네트워크 값(GE, LE)이 증가된 것을 나타낸다. 즉, 베타파의 경우 뇌 네트워크 값(GE, LE)이 깨어있는 상태(Baseline)보다 급격히 기설정된 값 이상으로 증가하는 시점(순간)이 의식에서 무의식으로 전환되는 시점이거나, 무의식에서 의식으로 전환되는 시점인 것을 의미한다.As shown in (c) and (d) of FIG. 3, in case of the beta wave, a transition point (Trans UN ) that passes from consciousness to the unconsciousness or transition from unconsciousness to consciousness compared to the baseline Only the time point Trans CON indicates that the brain network values GE and LE are increased. That is, in the case of beta wave, the point of time (the moment) when the brain network values (GE, LE) increase more than a predetermined value more rapidly than the awake state (Baseline) is the point of transition from consciousness to unconsciousness, or from unconsciousness to consciousness. It means the point of time.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 뇌 네트워크 분석을 통한 마취 및 의식 심도 모니터링 장치에 따라 결정된 사용자의 마취 및 의식 심도가 표시된 사용자 인터페이스의 예시도이다.4 is an exemplary view of a user interface displaying anesthesia and consciousness depth of a user determined according to an anesthesia and consciousness depth monitoring apparatus through brain network analysis according to an embodiment of the present invention.

도 4에 도시된 것처럼, 피드백 제시부(300)는 마취 및 의식 심도를 알려주는 델타파의 뇌 네트워크 값은 정량적 지표로서 시각적으로 제시하고, 베타파의 뇌 네트워크 값은 의식과 무의식의 전환시점이므로 알림을 발생할 수 있다.As shown in FIG. 4, the feedback presenter 300 visually presents the brain network value of the delta wave indicating anesthesia and consciousness depth as a quantitative indicator, and the brain network value of the beta wave is notified because it is a transition time between the conscious and unconscious. May occur.

구체적으로, 다시 도 2를 참조하면, 델타파 주파수 대역에서 기준데이터 대비 증가 변화하는 네트워크 값을 마취 및 의식 심도의 정량적 지표로서, 피드백 제시부(300)를 통해 제공할 수 있다(S151). 또한 베타파 주파수 대역에서, 뇌 네트워크 값이 기설정된 값 이상으로 증가하는 시점을 감지하여, 피드백 제시부(300)를 통해 의식/무의식 전환시점으로 알림을 제공할 수 있다(S152). Specifically, referring back to FIG. 2, the network value that increases and changes with respect to the reference data in the delta wave frequency band may be provided as a quantitative indicator of anesthesia and consciousness through the feedback presenter 300 (S151). In addition, in the beta-wave frequency band, by detecting the time when the brain network value is increased above the predetermined value, it can provide a notification to the conscious / unconscious switching point through the feedback presentation unit 300 (S152).

도 4에 도시된 것처럼, 알림의 경우 청각적으로 인식할 수 있는 알림 음으로 제공되거나, 경고등을 표시하여 시각적으로 인식할 수 있는 형태로 제공될 수 있다. 일 예로, 피드백 제시부(300)는 마취 및 의식 심도의 정량적 지표로서, 델타파 또는 베타파 주파수 대역에서의 뇌 네트워크 값(델타지수, 베타지수)을 표시할 수 있다. 다른 예로, 델타파 또는 베타파 주파수 대역에서의 초기상태(깨어있는 상태)와 현재상태(마취 중인 무의식 상태)의 기능적 연결성 패턴이 표시될 수도 있다. As shown in FIG. 4, the notification may be provided as an audible sound that can be recognized audibly or in a form that can be visually recognized by displaying a warning light. For example, the feedback presenter 300 may display a brain network value (delta index, beta index) in the delta wave or beta wave frequency band as a quantitative indicator of anesthesia and consciousness depth. As another example, a functional connectivity pattern of an initial state (awake state) and a current state (anesthetic state under anesthesia) in a delta or beta wave frequency band may be displayed.

따라서, 본 발명의 뇌 네트워크 분석을 통한 마취 및 의식 심도 모니터링 시스템은 객관적인 마취 및 의식 심도를 예측할 수 있고, 의식과 무의식의 전환시점을 정확하게 파악함에 따라 마취제 추가 투입 등 임상에서 실질적으로 사용될 수 있다.Therefore, the anesthesia and consciousness depth monitoring system through the analysis of the brain network of the present invention can predict the objective anesthesia and consciousness depth, and can be practically used in the clinical practice such as adding anesthetics by accurately identifying the transition point of consciousness and unconsciousness.

더불어 전술한 뇌 네트워크 값을 통해 마취 및 의식 심도를 측정하여 사용자의 의식의 깊이를 제공하면서도 동시에 의식에서 무의식으로 전환하는 시점, 혹은 무의식에서 의식으로 전환하는 시점을 파악하여 알림을 발생함으로써 수술 도중 발생할 수 있는 수술 중 각성과 같은 사고를 미연에 방지할 수 있다. 또한 사용자의 마취 전 깨어있는 상태가 기준이 되기 때문에 사용자의 수술 당일 상태와 같은 변수도 파악하여 마취 및 의식 심도를 보정할 수 있다.In addition, by measuring the anesthesia and consciousness depth through the above-described brain network value, while providing the depth of the user's consciousness, at the same time to determine the point of transition from consciousness to unconsciousness, or from unconsciousness to consciousness, a notification is generated and generated during surgery. It can prevent accidents such as arousal during surgery. In addition, since the user's waking state before anesthesia is a reference, it is possible to correct anesthesia and consciousness depth by identifying variables such as the state of the user's surgery day.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 뇌 네트워크 분석을 통한 마취 및 의식 심도 모니터링 방법을 설명하기 위한 순서도이다.5 is a flowchart illustrating a method for monitoring anesthesia and consciousness depth through brain network analysis according to an embodiment of the present invention.

이하, 도 5를 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 뇌 네트워크 분석을 통한 마취 및 의식 심도 모니터링 방법에 대하여 구체적으로 설명하도록 한다.Hereinafter, an anesthetic and consciousness depth monitoring method through brain network analysis according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIG. 5.

이하의 방법은, 상술한 장치(200)에 의해 수행되는 것이므로, 이하에서 생략된 내용이 있더라도 상술한 설명으로 갈음하도록 한다. Since the following method is performed by the apparatus 200 described above, the description thereof will be replaced with the above description even if the contents are omitted below.

컴퓨터 장치에 의해 수행되는, 뇌 네트워크 분석을 통한 마취 및 의식 심도 모니터링 방법은 마취 경과 시간 동안 추출된 사용자의 뇌 신호를 획득하는 단계(S110), 측정된 뇌 신호들을 뇌 네트워크 분석에 적합하도록 전처리하는 단계(S120), 전처리된 뇌 신호들에 기초하여 각 주파수 별로 두 채널 간의 기능적 연결성 값을 산출하고, 뇌 네트워크 분석을 수행하는 단계(S130), 분석된 뇌 네트워크 특성에 기초하여 사용자의 마취 및 의식 심도를 결정하는 단계(S140) 및 결정된 사용자의 마취 및 의식 심도를 사용자 인터페이스를 통해 제공하는 단계(S150)를 포함한다.Anesthesia and consciousness depth monitoring method through brain network analysis, performed by the computer device is to obtain a brain signal of the user extracted during the elapsed time of anesthesia (S110), pre-processing the measured brain signals suitable for brain network analysis Step S120, calculating functional connectivity values between two channels for each frequency based on preprocessed brain signals, performing brain network analysis (S130), anesthesia and consciousness of the user based on the analyzed brain network characteristics Determining the depth (S140) and providing the determined depth of anesthesia and consciousness of the user through the user interface (S150).

전처리하는 단계(S120)는 측정된 뇌 신호들로부터 잡음을 제거하는 단계 및 잡음이 제거된 뇌 신호들을 수면 또는 의식과 관련된 특정 주파수 대역으로 필터링하는 단계를 포함한다.Pre-processing (S120) includes removing noise from the measured brain signals and filtering the noise-removed brain signals to a specific frequency band associated with sleep or consciousness.

뇌 네트워크 분석을 수행하는 단계(S130)는 주파수 분석을 통해 뇌 신호들의 델타파 및 베타파의 주파수 대역을 추출하는 단계, 추출된 주파수 대역의 진폭(amplitude) 및 위상(phase) 값에 기초하여 두 채널 간의 기능적 연결성 값을 산출하는 단계 및 산출된 기능적 연결성 값이 유의미한 연결성을 갖는지 판단하는 임계값을 적용하여 그래프 이론 기반으로 뇌 네트워크 값을 산출하는 단계를 포함한다.Performing the brain network analysis (S130) is a step of extracting the frequency band of the delta wave and beta wave of the brain signals through the frequency analysis, based on the amplitude and phase value of the extracted frequency band Calculating brain connectivity values based on a graph theory by calculating a functional connectivity value between channels and applying a threshold value for determining whether the calculated functional connectivity value has a significant connectivity.

여기서 기능적 연결성 값은 두 채널에 대한 뇌 신호들 간의 위상의 동기화 정도를 판별하는 척도로서, 위상 동기화 지수(Phase locking value), 위상 지연 지수(Phase lag index), 가중 위상 지연 지수(Weighted phase lag index), 가상 일관성(Imaginary coherence) 및 동기 유사도(Synchronization likelihood) 중 하나 이상을 포함하는 것이다.Here, the functional connectivity value is a measure for determining the degree of phase synchronization between brain signals for two channels, and includes a phase locking value, a phase lag index, and a weighted phase lag index. ), Virtual coherence, and synchronization likelihood.

또한 임계값은 복수의 랜덤 행렬을 통해 산출된 전체 능률 지표(Global efficiency)와 점효율(Local efficiency)의 차이가 가장 큰 값으로 설정되는 것이며, 뇌 네트워크 값은 뇌의 연결성을 정량화한 값이다.In addition, the threshold value is set to the largest difference between the global efficiency and the local efficiency calculated through a plurality of random matrices, and the brain network value is a quantified value of brain connectivity.

사용자의 마취 및 의식 심도를 결정하는 단계(S140)는 사용자의 마취 경과 시간의 흐름에 따라 델타파 및 베타파 주파수 대역에서의 기준데이터와 비교하여 뇌 네트워크 값의 증가 정도를 감지하는 단계를 포함한다. 여기서, 델타파 주파수 대역에서의 기준데이터에 기초한 뇌 네트워크 값의 증가량은, 마취 및 의식 심도를 나타내는 정량적 지표인 것이고, 베타파 주파수 대역에서의 기준데이터에 비해 뇌 네트워크 값이 기설정된 값 이상으로 증가하는 시점은, 의식 상태에서 무의식 상태로 전환되는 시점 또는 무의식 상태에서 의식 상태로 전환되는 시점인 것이다. 이때 기준데이터는, 마취제 투여 전 깨어있는 상태에서 측정된 사용자의 뇌 신호로부터 분석된 뇌 네트워크 값인 것이다. Determining the depth of anesthesia and consciousness of the user (S140) includes the step of detecting the increase in the brain network value compared to the reference data in the delta wave and beta wave frequency band as the elapsed time of the anesthesia of the user . Here, the increase amount of the brain network value based on the reference data in the delta wave frequency band is a quantitative index indicating anesthesia and consciousness depth, and the brain network value increases more than a predetermined value compared to the reference data in the beta wave frequency band. The point of time is a point of time from the state of consciousness to an unconscious state or a point of time from the state of unconsciousness to a state of consciousness. At this time, the reference data is the value of the brain network analyzed from the brain signal of the user measured in the waking state before administration of the anesthetic.

본 발명의 일 실시예는 컴퓨터에 의해 실행되는 프로그램 모듈과 같은 컴퓨터에 의해 실행가능한 명령어를 포함하는 기록 매체의 형태로도 구현될 수 있다. 컴퓨터 판독 가능 매체는 컴퓨터에 의해 액세스될 수 있는 임의의 가용 매체일 수 있고, 휘발성 및 비휘발성 매체, 분리형 및 비분리형 매체를 모두 포함한다. 또한, 컴퓨터 판독가능 매체는 컴퓨터 저장 매체를 포함할 수 있다. 컴퓨터 저장 매체는 컴퓨터 판독가능 명령어, 데이터 구조, 프로그램 모듈 또는 기타 데이터와 같은 정보의 저장을 위한 임의의 방법 또는 기술로 구현된 휘발성 및 비휘발성, 분리형 및 비분리형 매체를 모두 포함한다. 본 발명의 방법 및 시스템은 특정 실시예와 관련하여 설명되었지만, 그것들의 구성 요소 또는 동작의 일부 또는 전부는 범용 하드웨어 아키텍쳐를 갖는 컴퓨터 시스템을 사용하여 구현될 수 있다.One embodiment of the present invention can also be implemented in the form of a recording medium containing instructions executable by a computer, such as a program module executed by the computer. Computer readable media can be any available media that can be accessed by a computer and includes both volatile and nonvolatile media, removable and non-removable media. In addition, the computer readable medium may include a computer storage medium. Computer storage media includes both volatile and nonvolatile, removable and non-removable media implemented in any method or technology for storage of information such as computer readable instructions, data structures, program modules or other data. Although the methods and systems of the present invention have been described in connection with specific embodiments, some or all of their components or operations may be implemented using a computer system having a general purpose hardware architecture.

전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.The foregoing description of the present invention is intended for illustration, and it will be understood by those skilled in the art that the present invention may be easily modified in other specific forms without changing the technical spirit or essential features of the present invention. will be. Therefore, it should be understood that the embodiments described above are exemplary in all respects and not restrictive. For example, each component described as a single type may be implemented in a distributed manner, and similarly, components described as distributed may be implemented in a combined form.

본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.The scope of the present invention is shown by the following claims rather than the detailed description, and all changes or modifications derived from the meaning and scope of the claims and their equivalents should be construed as being included in the scope of the present invention. do.

100: 뇌 신호 측정부
200: 마취 및 의식 심도 모니터링 장치
210: 전처리부
220: 뇌 네트워크 분석부
230: 마취 및 의식 심도 판단부
300: 피드백 제시부
100: brain signal measuring unit
200: anesthesia and consciousness depth monitoring device
210: preprocessing unit
220: brain network analysis unit
230: Determination of anesthesia and consciousness depth
300: feedback presentation

Claims (10)

컴퓨터 장치에 의해 수행되는, 뇌 네트워크 분석을 통한 마취 및 의식 심도 모니터링 방법에 있어서,
(a) 마취 경과 시간 동안 추출된 사용자의 뇌 신호를 획득하는 단계;
(b) 상기 측정된 뇌 신호들을 뇌 네트워크 분석에 적합하도록 전처리하는 단계;
(c) 상기 전처리된 뇌 신호들에 기초하여 각 주파수 별로 두 채널 간의 기능적 연결성 값을 산출하고, 뇌 네트워크 분석을 수행하는 단계;
(d) 상기 분석된 뇌 네트워크 특성에 기초하여 상기 사용자의 마취 및 의식 심도를 결정하는 단계; 및
(e) 상기 결정된 사용자의 마취 및 의식 심도를 사용자 인터페이스를 통해 제공하는 단계를 포함하되,
상기 (c) 단계는
(c-1) 주파수 분석을 통해 상기 뇌 신호들의 델타파 및 베타파의 주파수 대역을 추출하는 단계;
(c-2) 상기 추출된 주파수 대역의 진폭(amplitude) 및 위상(phase) 값에 기초하여 상기 두 채널 간의 기능적 연결성 값을 산출하는 단계; 및
(c-3) 상기 산출된 기능적 연결성 값이 유의미한 연결성을 갖는지 판단하는 임계값을 적용하여 그래프 이론 기반으로 뇌 네트워크 값을 산출하는 단계;를 포함하는 것이고,
상기 기능적 연결성 값은
상기 두 채널에 대한 뇌 신호들 간의 위상의 동기화 정도를 판별하는 척도로서, 위상 동기화 지수(Phase locking value), 위상 지연 지수(Phase lag index), 가중 위상 지연 지수(Weighted phase lag index), 가상 일관성(Imaginary coherence) 및 동기 유사도(Synchronization likelihood) 중 하나 이상을 포함하는 것이고,
상기 임계값은 복수의 랜덤 행렬을 통해 산출된 전체 능률 지표(Global efficiency)와 점효율(Local efficiency)의 차이가 가장 큰 값으로 설정되는 것이며,
상기 뇌 네트워크 값은 뇌의 연결성을 정량화한 값인 것인,
뇌 네트워크 분석을 통한 마취 및 의식 심도 모니터링 방법.
In the method of monitoring anesthesia and consciousness depth through brain network analysis, performed by a computer device,
(a) obtaining a brain signal of a user extracted during an elapsed time of anesthesia;
(b) preprocessing the measured brain signals suitable for brain network analysis;
(c) calculating a functional connectivity value between two channels for each frequency based on the preprocessed brain signals and performing brain network analysis;
(d) determining anesthesia and consciousness depth of the user based on the analyzed brain network characteristics; And
(e) providing the determined anesthesia and consciousness depth of the user through a user interface,
Step (c) is
(c-1) extracting frequency bands of the delta wave and the beta wave of the brain signals through frequency analysis;
(c-2) calculating a functional connectivity value between the two channels based on the amplitude and phase values of the extracted frequency band; And
(c-3) calculating a brain network value based on a graph theory by applying a threshold value for determining whether the calculated functional connectivity value has a significant connectivity;
The functional connectivity value is
As a measure for determining the degree of phase synchronization between the brain signals for the two channels, Phase locking value, Phase lag index, Weighted phase lag index, Virtual coherence (Imaginary coherence) and Synchronization likelihood,
The threshold value is set to a value at which a difference between a global efficiency and a local efficiency calculated through a plurality of random matrices is the largest.
The brain network value is to quantify the connectivity of the brain,
Anesthesia and consciousness depth monitoring method through brain network analysis.
제 1항에 있어서,
상기 (b) 단계는
(b-1) 상기 측정된 뇌 신호들로부터 잡음을 제거하는 단계; 및
(b-2) 상기 잡음이 제거된 뇌 신호들을 수면 또는 의식과 관련된 특정 주파수 대역으로 필터링하는 단계;를 포함하는 것인,
뇌 네트워크 분석을 통한 마취 및 의식 심도 모니터링 방법.
The method of claim 1,
Step (b) is
(b-1) removing noise from the measured brain signals; And
(b-2) filtering the noise canceled brain signals to a specific frequency band associated with sleep or consciousness;
Anesthesia and consciousness depth monitoring method through brain network analysis.
삭제delete 삭제delete 제 1항에 있어서,
상기 (d) 단계는
상기 사용자의 마취 경과 시간의 흐름에 따라 상기 델타파 및 베타파 주파수 대역에서의 기준데이터와 비교하여 상기 뇌 네트워크 값의 증가 정도를 감지하는 단계를 포함하며,
상기 델타파 주파수 대역에서의 상기 기준데이터에 기초한 상기 뇌 네트워크 값의 증가량은, 상기 마취 및 의식 심도를 나타내는 정량적 지표인 것이고,
상기 베타파 주파수 대역에서의 상기 기준데이터에 비해 상기 뇌 네트워크 값이 기설정된 값 이상으로 증가하는 시점은, 의식 상태에서 무의식 상태로 전환되는 시점 또는 무의식 상태에서 의식 상태로 전환되는 시점인 것이되,
상기 기준데이터는, 마취제 투여 전 깨어있는 상태에서 측정된 사용자의 뇌 신호로부터 분석된 뇌 네트워크 값인 것인,
뇌 네트워크 분석을 통한 마취 및 의식 심도 모니터링 방법.
The method of claim 1,
Step (d)
Detecting an increase in the value of the brain network as compared with reference data in the delta wave and beta wave frequency bands according to the elapsed time of anesthesia of the user;
The increase amount of the brain network value based on the reference data in the delta wave frequency band is a quantitative index indicating the anesthesia and consciousness depth,
The time point at which the brain network value increases above a predetermined value in comparison with the reference data in the beta-wave frequency band may be a time point at which the state of consciousness is switched from the unconscious state to the state of unconsciousness or the state of unconsciousness is changed to the conscious state,
The reference data is the brain network value analyzed from the brain signal of the user measured in awake state before administration of the anesthetic,
Anesthesia and consciousness depth monitoring method through brain network analysis.
뇌 네트워크 분석을 통한 마취 및 의식 심도 모니터링 장치에 있어서,
뇌 네트워크 분석을 통한 마취 및 의식 심도 모니터링 방법을 수행하기 위한 프로그램이 저장된 메모리; 및
상기 프로그램을 수행하는 프로세서;를 포함하며,
상기 프로세서는, 상기 프로그램의 실행에 따라,
마취 경과 시간 동안 추출된 사용자의 뇌 신호를 획득하고,
상기 측정된 뇌 신호들을 뇌 네트워크 분석에 적합하도록 전처리하며,
상기 전처리된 뇌 신호들에 기초하여 각 주파수 별로 두 채널 간의 기능적 연결성 값을 산출하고, 뇌 네트워크 분석을 수행하고,
상기 분석된 뇌 네트워크 특성에 기초하여 상기 사용자의 마취 및 의식 심도를 결정하며,
상기 결정된 사용자의 마취 및 의식 심도를 사용자 인터페이스를 통해 제공하되,
상기 프로세서는
주파수 분석을 통해 상기 뇌 신호들의 델타파 및 베타파의 주파수 대역을 추출하고,
상기 추출된 주파수 대역의 진폭(amplitude) 및 위상(phase) 값에 기초하여 상기 두 채널 간의 기능적 연결성 값을 산출하고,
상기 산출된 기능적 연결성 값이 유의미한 연결성을 갖는지 판단하는 임계값을 적용하여 그래프 이론 기반으로 뇌 네트워크 값을 산출하는 것이고,
상기 기능적 연결성 값은
상기 두 채널에 대한 뇌 신호들 간의 위상의 동기화 정도를 판별하는 척도로서, 위상 동기화 지수(Phase locking value), 위상 지연 지수(Phase lag index), 가중 위상 지연 지수(Weighted phase lag index), 가상 일관성(Imaginary coherence) 및 동기 유사도(Synchronization likelihood) 중 하나 이상을 포함하는 것이고,
상기 임계값은 복수의 랜덤 행렬을 통해 산출된 전체 능률 지표(Global efficiency)와 점효율(Local efficiency)의 차이가 가장 큰 값으로 설정되는 것이며,
상기 뇌 네트워크 값은 뇌의 연결성을 정량화한 값인 것인,
뇌 네트워크 분석을 통한 마취 및 의식 심도 모니터링 장치.
In the anesthesia and consciousness depth monitoring device through brain network analysis,
A memory for storing a program for performing anesthesia and consciousness depth monitoring method through brain network analysis; And
A processor that executes the program;
The processor, according to the execution of the program,
Acquire brain signals of the extracted user during the elapsed time of anesthesia,
Pre-processing the measured brain signals suitable for brain network analysis,
Calculate functional connectivity values between two channels for each frequency based on the preprocessed brain signals, perform brain network analysis,
Determine anesthesia and consciousness depth of the user based on the analyzed brain network characteristics,
Provide the determined anesthesia and consciousness of the user through the user interface,
The processor is
Frequency analysis extracts the delta and beta wave frequency bands of the brain signals,
Calculating a functional connectivity value between the two channels based on the amplitude and phase values of the extracted frequency band,
Calculating a brain network value based on a graph theory by applying a threshold value for determining whether the calculated functional connectivity value has a significant connectivity,
The functional connectivity value is
As a measure for determining the degree of phase synchronization between the brain signals for the two channels, Phase locking value, Phase lag index, Weighted phase lag index, Virtual coherence (Imaginary coherence) and Synchronization likelihood,
The threshold value is set to a value at which a difference between a global efficiency and a local efficiency calculated through a plurality of random matrices is the largest.
The brain network value is to quantify the connectivity of the brain,
Anesthesia and consciousness depth monitoring device through brain network analysis.
제 6항에 있어서,
상기 프로세서는
상기 측정된 뇌 신호들로부터 잡음을 제거하고, 상기 잡음이 제거된 뇌 신호들을 수면 또는 의식과 관련된 특정 주파수 대역으로 필터링하는 것인,
뇌 네트워크 분석을 통한 마취 및 의식 심도 모니터링 장치.
The method of claim 6,
The processor is
Removing noise from the measured brain signals and filtering the noise-removed brain signals to a specific frequency band associated with sleep or consciousness,
Anesthesia and consciousness depth monitoring device through brain network analysis.
삭제delete 삭제delete 제 6항에 있어서,
상기 프로세서는
상기 사용자의 마취 경과 시간의 흐름에 따라 상기 델타파 및 베타파 주파수 대역에서의 기준데이터와 비교하여 상기 뇌 네트워크 값의 증가 정도를 감지하되,
상기 델타파 주파수 대역에서의 상기 기준데이터에 기초한 상기 뇌 네트워크 값의 증가량은, 상기 마취 및 의식 심도를 나타내는 정량적 지표인 것이고,
상기 베타파 주파수 대역에서의 상기 기준데이터에 비해 상기 뇌 네트워크 값이 기설정된 값 이상으로 증가하는 시점은, 의식 상태에서 무의식 상태로 전환되는 시점 또는 무의식 상태에서 의식 상태로 전환되는 시점인 것이되,
상기 기준데이터는, 마취제 투여 전 깨어있는 상태에서 측정된 사용자의 뇌 신호로부터 분석된 뇌 네트워크 값인 것인,
뇌 네트워크 분석을 통한 마취 및 의식 심도 모니터링 장치.
The method of claim 6,
The processor is
As the elapsed time of anesthesia of the user flows, the increase of the brain network value is detected by comparing with reference data in the delta wave and beta wave frequency bands.
The increase amount of the brain network value based on the reference data in the delta wave frequency band is a quantitative index indicating the anesthesia and consciousness depth,
The time point at which the brain network value increases above a predetermined value in comparison with the reference data in the beta-wave frequency band may be a time point at which the state of consciousness is switched from the unconscious state to the state of unconsciousness or the state of unconsciousness is changed to the conscious state,
The reference data is the brain network value analyzed from the brain signal of the user measured in awake state before administration of the anesthetic,
Anesthesia and consciousness depth monitoring device through brain network analysis.
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