KR102118713B1

KR102118713B1 - 뇌 질환 치료를 위한 Ｆ-ＴＦＴＡ를 사용한 다채널 ＥＣｏＧ 전극과 뇌파 수집 센서를 구비하는 무선 송수신 의료기기

Info

Publication number: KR102118713B1
Application number: KR1020180095190A
Authority: KR
Inventors: 김남영; 김은성; 오태현
Original assignee: 광운대학교 산학협력단
Priority date: 2018-08-14
Filing date: 2018-08-14
Publication date: 2020-06-04
Also published as: KR20200019541A

Abstract

뇌질환 치료를 위한 F-TFTA를 사용한 다채널 ECoG 전극과 뇌파 수집 센서를 구비하는 무선 송수신 의료기기가 개시된다. 상기 의료기기는 플렉시블 기판 상에 픽셀마다 TFT와 뇌파수집센서가 포함된 ECoG 전극과 신경자극기가 구비되는 active matrix 구조로 배치된 F-TFTA, 상기 F-TFTA와 연결된 DDIC; 상기 DDIC와 연결된 제어부와 저장부와 무선 통신부를 구비하며, 각 채널의 ECoG 전극의 TFT의 전압과 전류(I_DS)를 측정하여 병렬처리를 통해 다채널의 ECoG 신호들을 무선 통신으로 전송하는 ECoG 검출 시스템; 및 상기 ECoG 검출 시스템으로부터 다채널의 ECoG 신호들을 수신받는 무선 통신부, 제어부, 저장부, LCD 표시부를 구비하며, 뇌파신호처리 후 각각의 채널별 뇌파 데이터를 출력하며 뇌파 분석에 의해 뇌전증을 일으키는 비정상 뇌파를 검출하여 뇌전증 발작 부위를 찾아내며, 뇌전증 병소의 위치와 범위의 픽셀에 대하여 뇌심부 자극술에 의해 뇌전증 발작 부위의 신경자극기가 구동되도록 신경자극치료를 제어하는 사용자 단말을 포함한다.

Description

뇌 질환 치료를 위한 Ｆ-ＴＦＴＡ를 사용한 다채널 ＥＣｏＧ 전극과 뇌파 수집 센서를 구비하는 무선 송수신 의료기기{Wireless transmission medical device with a plurality of brainwave collection sensors of multichannel ECoG electrodes using F-TFTA for brain disease treatment}

본 발명은 뇌 질환 치료를 위한 F-TFTA를 사용한 다채널 ECoG 전극과 뇌파 수집 센서를 구비하는 무선 송수신 의료기기에 관한 것이다. 보다 상세하게는 기존의 뇌파 측정 전극 32~128 채널과는 달리 F-TFTA(Flexible Thin Film Transistor Array)를 사용해 뇌파 측정 1,000~100 만개 ECoG 전극들과 신경자극기가 쉽게 제작 가능하며, 이에 따른 분해능 향상과 수집된 뇌파신호를 디지털 신호 처리하여 SNR(Signal to Noise Ratio)이 향상되며, ECoG 검출 시스템의 다채널의 ECoG 전극들로부터 무선 통신부의 블루투스 통신을 통해 사용자 단말로 각 채널의 검출된 뇌파를 전송한다. 사용자 단말은 이를 FFT 변환하여 뇌파 데이터를 출력하여 뇌 질환을 분석 및 모니터링하고, ECoG 검출 시스템으로부터 다채널의 ECoG 신호들을 수신받는 무선 통신부, 제어부, 저장부, LCD 표시부를 구비하며, 뇌파신호처리 후 각각의 채널별 뇌파 데이터를 출력하며 뇌파 분석에 의해 뇌전증을 일으키는 비정상 뇌파를 검출하여 뇌전증 발작 위치와 부위를 찾아내며, 뇌전증 병소의 위치와 범위의 픽셀에 대하여 사용자 단말로부터 ECoG 검출 시스템으로 구동 신호를 전송하여 뇌심부 자극술에 의해 뇌전증 발작 부위의 신경자극기를 구동하여 신경자극치료를 한다.

사람의 뇌파를 최초로 검출한 Hans Berger는 두개골 결손부의 피하에 2개의 백금 전극을 사용하여 뇌파를 기록하였으며, 뇌파 연구는 1929년 처음 기록에서는 전두엽(Frontal Lobe)과 후두엽(Occipital Lobe)에 각각 전극(electrode)을 부착하여 1분 ~ 3분 정도 뇌파를 기록하였다. 뇌파에 반영되는 뇌의 전기적 활동은 신경세포(neurons), 교세포(glia cells), 혈뇌장벽(blood-brain barrier)에 의해 결정되며 주로 신경세포에 의해 발생한다. 뇌 무게의 반을 차지하는 교세포들은 신경세포가 연접해 있는 부위인 시냅스(synapse)에서 이온, 분자의 흐름을 조정하고 신경세포들 간의 구조 유지 및 지탱하는 역할을 한다. 교세포와 혈뇌장벽에 의한 뇌파의 변화는 조금씩 천천히 일어나며, 이와 반대로 신경세포의 활동에 의한 뇌파의 변화는 크고, 빠르며 다양하게 발생한다.

뇌(Brain)의 구조를 측정하는 장치는 CT, Functional MRI, PET 등이 사용되며, F-MRI와 PET는 뇌파에 비해 공간해상도가 높은 장점이 있으나, 뇌파에 비해 시간해상도가 낮아 빠른 시간 내의 뇌의 변화를 볼 수 없다.

머리 표면 아래의 대뇌 피질(cerebral cortex)은 전두엽(Frontal Lobe), 두정부엽(Parietal Lobe), 측두엽(Temporal Lobe), 후두엽(Occipital Lobe)으로 크게 나뉘며, 후두엽은 일차 시각피질에 의해 일차적인 시각정보 처리를 담당하며, 정수리 근처에 해당하는 두정부엽은 체성감각 피질에 의해 운동/감각관련 정보처리를 담당한다.

뇌전도(EEG)는 신경계와 뇌신경 사이에 신호가 발생할 때 생기는 미세한 생체 전기로써, 뇌 표면에서 발생하는 전기 포텐셜 차이를 전극(Electrode)을 사용하여 측정한다. 뇌파는 델타(δ)파, 쎄타(θ)파, 알파(α)파, 베타(β)파, 감마(γ)파로 분류된다. 뇌파는 그 주파수와 진폭에 따라 분류할 수 있고, 사람의 뇌파는 0~30Hz의 주파수가 발생되며, 약 20~200μV의 진폭을 보인다.

뇌파는 진동하는 주파수의 범위에 따라 인위적으로 델타-δ파(0.2 ~ 3.99 Hz), 쎄타-θ파(4 ~ 7.99 Hz), 알파-α파(8 ~ 12.99 Hz), 베타-β파(13 ~ 29.99 Hz), 감마-γ파(30 ~ 50 Hz)로 분류된다.

델타파는 0.2~4Hz의 주파수와 20~200 V의 진폭을 가지며, 잠을 잘 때 꿈속에서 정상인의 깊은 수면상태나 신생아에서 주로 나타난다.

쎄타파는 4~8Hz의 주파수와 20~100 V의 진폭을 가지며, 정서적으로 안정된 상태나 취침전(수면에 빠지기 전)에 나타난다.

알파파는 8~13Hz의 주파수와 20~60 V의 진폭을 가지며, 명상 같은 편안한 상태에서 나타나며 스트레스 해소 및 집중력 향상에 도움을 준다.

베타파는 13~30Hz의 주파수와 2~20 V의 진폭을 가지며, 평상시에 의식이 깨어 있을 때 생활시에 눈을 뜨고, 걷고, 말하고, 흥분하고, 생활시에 주로 전두엽에서 많이 나타난다.

세브란스 어린이병원 소아신경과 의견에 따르면, 뇌전증(epilepsy, 간질)은 신경세포의 기능적, 구조적 이상에 의해 과도한 전기방출을 일으켜 반복적인 발작을 유발하게 하는 뇌의 만성적 이상상태를 말한다. 뇌전증의 원인은 유전, 분만시 뇌손상, 뇌 발달 이상, 선천성 기형, 뇌종양, 교통사고에 의한 뇌손상 등이 있으며, 경우에 따라 그 원인을 알지 못하는 경우도 있으며, 유병률은 전체 인구의 1% 정도이며, 매년 10만명 당 20-70명의 새로운 환자 발생이 보고되고 있다. 특히, 소아청소년기와 노년기에 많이 발생하며 이 시기 유병률은 3%에 달하며, 현재 약 40만명 이상의 환자가 있을 것으로 추정된다. 많은 뇌전증 환자들은 발작 자체와 항경련제의 부작용으로 행동 장애, 인지 장애등을 겪고 있으며, 특히 소아의 경우 신경계 발달 저하로 지능저하, 정신지체를 유발하고 있다.

본원은 소아 뇌전증의 70% 이상을 시행하였으며, 정량적 뇌파 기록과 영상 분석을 통해 측두엽 뿐만아니라 비측두엽 뇌전증 환자들을 세계적으로 높은 82% 완치 성공률을 갖고 있다.

뇌전증 환자의 20-30% 정도는 항뇌전증 약제 또는 식이요법과 같은 비수술적 치료에 의해 조절이 되지 않는 약물 난치성 경과를 갖는다. 이 경우, 발작이 일어나는 병소 부위를 국소화하는 것이 가능하며, 병소의 제거에 의해 현저한 기능 손상이 발생하지 않는 것으로 평가될 때, 병소를 제거하는 수술을 시행하게 된다.

수술의 성공을 위해 병소의 위치와 범위를 정확히 파악해야 하며, 제거될 병소가 가지고 있는 고유 기능의 손상이 환자에게 장애를 일으키지 않아야 한다. 병소의 위치 확인은 MRI, SPECT, PET 같은 구조적 또는 기능적 영상 검사가 도움을 주지만, 병소의 확진 및 절제 범위의 결정은 두개강내 뇌파 검사로 이루어진다.

뇌전증 병소의 확진은 두개강내 뇌파 기록을 통하여, 발작을 일으키는 병적 대뇌 피질에서 생산하는 병적 뇌파와 정상 뇌조직에서 만들어지는 정상 뇌파를 구분하는 것이 유일하다. 그러나, 대뇌 피질은 전기적으로 서로 연결되어 있어 병적 뇌파와 정상 뇌파가 서로간에 주변으로 확산되는 성향을 가지고 있고, 병적 뇌파의 생산이 간헐적, 돌발적이라는 뇌전증의 특성 때문에 구분이 쉽지 않다.

두 개강내 뇌파 검사를 위해 수술적으로 대뇌 피질 위에 전극을 삽입하고, 각 전극을 유선으로 외부의 뇌파 검사기에 연결하여 검사를 진행하는 침습적인 방법을 사용한다. 유선으로 연결된 전극은 이를 아무리 잘 고정한다고 하더라도, 1주일 이상의 장기간 검사를 진행하는 동안 환자의 움직임에 따라 대뇌 피질 조직에 대한 자극, 출혈, 또는 감염의 위험성에 항상 노출되어 있으며, 이러한 합병증은 병소 진단에 어려움을 초래하거나, 환자에게 치명적인 결과를 초래하기도 한다.

또한, 다량의 전극을 삽입할 경우, 두개강내 압력의 상승을 초래하여, 검사 기간 동안 대뇌 피질의 혈액 공급이 줄어들고, 부종이 발생하여, 뇌파에 변형을 일으키거나, 환자에게는 두통, 오심, 구토, 처짐 등의 증상이 지속되는 경우가 흔하게 발생하며, 의식 저하까지 올 수 있다.

병소 확진을 위한 검사시 침습성을 완화시키는 것은 뇌전증 수술을 위해 필수적이지만, 아직까지 이를 대체할 만한 특별한 방법이 개발되지 않았다.

도 1a는 ECoG 전극 연구개발 대상의 국내외 현황 보인 도면이다.

뇌파 검사는 머리 밖은 EEG(뇌전도)를 측정하며, 머리 속은 ECoG(피질 전도)를 측정한다.

□ 뇌전증 진단

○ 뇌파검사

뇌파 검사는 현재 뇌전증 진단에 있어 가장 기본이 되는 진단 방법이다.

뇌전증의 가장 중요한 특징 중 하나는 평소 뇌파가 정상과 같으나 뇌전증과 발작을 일으킬 수 있는 비정상 뇌파는 간헐적으로 나온다. 필연적으로, 장시간 뇌파를 기록하고 분석이 필요하다. 특히, 뇌전증 수술을 위해 최소 일주일 동안 뇌파를 기록하여 발작이 어디서 시작되는지 정확히 파악하는 것이 필요하다. 숙련된 임상의가 장기적인 뇌파 모니터링(최소 4 시간에서 길게는 일주일 이상)을 통해 병원에서 뇌파를 기록하고, 긴 뇌파 기록을 시각적으로 보고 이상 여부를 판단해야 하는 어려움이 있다.

○ 뇌영상 검사

뇌영상 검사는 뇌전증을 일으킬 만한 뇌병변이 있는지를 확인하기 위해 MRI, SPECT, PET 등 시행된다.

도 1b는 뇌전증 수술 치료의 한계와 문제점을 보인 도면이다. 뇌전증 수술은 뇌파 수집을 위해 32~128개의 전극(Electrode)을 사용하며, 전극 간에 거리가 넓어 검측 정확도가 낮고, 연결선이 너무 넓어 뇌내 부종과 감염이 발생할 수 있고, 유선신호 전송모듈을 사용하기 때문에 환자들이 이동하는데 많은 불편함을 주고 있다. 이를 해결하기 위해 무선신호 전송 모듈이 연구개발되었다.

○ 현재 ECoG 전극의 문제점

- 수술적으로 두개강을 열고 여러개의 ECoG 전극을 부착하여 선들이 여러 방향으로 나오게 되어 수술적 어려움이 동반되며, 감염의 위험이 높음

- 뇌파 기록중 머리에서 나온 수많은 ECoG 전극의 선이 밖으로 빠져 나오게 되어 전극이 움직이거나 감염 위험과 환자의 불편함 증가

- 환자들이 생활하며 전극이 이동할 가능성이 있어 정확한 발작부위를 찾기 어려움

많은 뇌전증 환자들은 발작 자체와 항경련제의 부작용으로 행동장애, 인지장애 등을 겪고 있으며, 특히 소아의 경우, 신경계 발달의 저하로 지능저하, 정신지체 등을 유발하며, 이는 정상적인 학습과 발달을 저해하며 성인 뇌전증으로 이행되어 사회 생활이 어려워지게 된다. 소아의 경우, 빠른 수술을 할 경우 추후 기능 회복 등 정상적인 발달 과정을 거칠 확률이 높아진다.

도 1c는 기존의 유선신호 전송모듈을 갖는 iEEG 시스템과, 본 발명의 bluetooth 무선신호 전송모듈을 갖는 iEEG 시스템 구성도이다.

선행기술, 특허 등록번호 10-17047040000 "내장형 EEG 전극용 무선 송신 모듈 및 이를 포함하는 EEG 검출 시스템"이 등록되어 있다.

도 2a는 종래의 내장형 ECoG 전극용 무선 송신 모듈 및 이를 포함하는 뇌파 검출 시스템의 구성도이다.

EEG 검출 시스템(10)은 뇌파 데이터 수집부(20) 및 무선 송신 모듈(30)을 포함한다. 뇌파 데이터 수집부(20)는 복수의 채널들을 포함하는 EEG 전극이다. 뇌파 데이터 수집부(20)는 32 채널, 64 채널 또는 128 채널, 192 채널을 포함하는 EEG 전극일 수 있으나, EEG 전극의 채널 수는 이에 한정하지 않는다. 상기 EEG 전극의 각각의 채널은 각각 대뇌 피질의 표면 상에 부착되어, 대뇌 피질에서 유도되는 뇌전류를 수집할 수 있다.

무선 송신 모듈(30)은 뇌파 데이터 수집부(20)로부터 수집된 뇌파 데이터를 전달받아 무선 송신 방식으로 송신할 수 있다. 무선 송신 모듈(30)은 뇌파 데이터 처리부(32) 및 뇌파 데이터 무선 송신부(34)를 포함한다.

무선 송신 모듈(30)은 뇌전증 수술 치료를 위해 대뇌 피질 표면의 피검사 영역 상에 부착되는 복수의 EEG 전극부들을 포함하는 뇌파 데이터 수집부(20)에 연결되는 무선 송신 모듈로서, 상기 복수의 EEG 전극부들을 통해 측정되는 피검사 영역의 뇌파 데이터를 전달받아 무선 송신 가능한 샘플링 신호로 변환시키는 뇌파 데이터 처리부(32); 및 상기 뇌파 데이터 처리부에서 변환된 상기 샘플링 신호를 와이파이 방식 또는 블루투스 방식으로 무선 송신하는 뇌파 데이터 무선 송신부(34)를 포함한다.

EEG 검출 시스템(10A)은 뇌파 데이터 수집부(20A), 전송 라인(22) 및 무선 송신 모듈(30A)을 포함할 수 있다.

뇌파 데이터 수집부(20A)는 복수의 EEG 전극부(21)를 포함할 수 있다 EEG 전극부(21)는 예를 들면 16 채널, 32 채널, 64 채널을 포함하는 EEG 전극일 수 있다 예를 들면, 뇌파 데이터 수집부(20A)는 64 채널을 포함하는 세 개의 EEG 전극부(21)로 구성되어 총 192 채널을 갖는 뇌파 데이터 수집부(20A)를 제공할 수 있다. 이와 달리, 뇌파 데이터 수집부(20A)는 32 채널을 포함하는 두 개의 EEG 전극부(21) 및 64 채널을 포함하는 두 개의 EEG 전극부(21)로 구성되어 총 192 채널을 갖는 뇌파 데이터 수집부(20A)를 제공할 수 있다.

실시예들에서는, 복수의 EEG 전극부(21)는 서로 이격되도록 대뇌 피질의 표면 상에 직접 부착될 수 있고, 이에 따라 복수의 EEG 전극부(21)로부터 대뇌 피질 표면 상의 광범위한 면적으로부터 뇌파 신호가 검출될 수 있다. 복수의 EEG 전극부(21)는 대뇌 수술을 위한 두개골 절단부로부터 두개골 내부로 주입되어, 대뇌 피질 표면 상에 부착될 수 있다. 뇌내 내장형 EEG 전극이 제공될 수 있다.

전송 라인(22)은 뇌파 데이터 수집부(20A)로부터 무선 송신 모듈(30A)까지 전기적으로 연결되며, 뇌파 데이터 수집부(20A)로부터 측정된 뇌파 데이터를 무선 송신 모듈(30A)에 전달된다. 전송 라인(22)은 복수의 EEG 전극부(21)로부터의 개별 전송 라인들의 집합체일 수 있다. 하나의 전송 라인(22) 또는 2개 이상의 전송 라인들(22)이 복수의 EEG 전극부(21)에 연결될 수 있다.

EEG 검출 시스템(10B)은 무선 송신 모듈(30A)에 부착된 고정부(40)를 더 포함할 수 있다. 예를 들면, 고정부(40)는 인체에 착탈 가능하도록 고정되는 다양한 형상으로 제작될 수 있다. 헤드 밴드 또는 헤어 밴드 형상의 고정부(40)가 무선 송신 모듈(30A)에 부착되어, 무선 송신 모듈(30A)이 피검사자의 이마 또는 측두부 상에 안정적으로 고정될 수 있다. 특히, 무선 송신 모듈(30A)이 대뇌 수술을 위한 두개골 절단부에 인접한 위치에서 안정적으로 고정될 수 있으므로, 피검사자의 의식적 또는 무의식적인 거동에 의하여 피검사 영역으로부터 EEG 전극부(21)가 분리되거나 이탈되는 것을 방지할 수 있다.

도 2b는 종래의 EEG 검출 시스템의 블록도이다.

EEG 검출 시스템(10)은 뇌파 신호를 검출하는 32~128 채널의 전극; 상기 32~128 채널의 전극으로부터 측정된 뇌파 신호를 증폭하는 뇌파 증폭부; 상기 증폭된 뇌파 신호를 A/D 변환하여 디지털 뇌파 데이터로 변환하는 A/D 변환기; 선택적으로 구비되는 상기 디지털로 뇌파 데이터를 FFT 변환하여 주파수별 출력값을 제공하는 뇌파 신호처리부; 디지털로 뇌파 데이터를 FFT 변환한 주파수별 출력값을 블루투스 통신을 통해 송신하는 무선 통신부를 포함한다.

기본적으로, 뇌파 신호처리부는 사용자 단말의 제어 부분에 구비한다.

사용자 단말(200)은 블루투스 통신을 통해 디지털로 뇌파 데이터를 FFT 변환한 주파수별 출력값을 수신받는 무선 통신부; 상기 디지털로 뇌파 데이터를 FFT 변환하여 주파수별 출력값을 제공하는 뇌파 신호처리부를 구비하는 제어부; 저장부; 및 시간에 따른 주파수별 출력값을 갖는 뇌파 데이터를 출력하는 LCD 표시부를 포함한다.

□ 연구의 필요성

i) 뇌파 수집 방법

현재 뇌 과학 발전을 위해 많은 연구가 추진되고 있으며, 여러 분야에서 뇌의 활동을 이해하기 위해 다양한 방법이 시도되고 있다. 뇌파 검사 시에 주로 사용되는 방법은 ECoG(Electrocorticography, 피질전도), EEG(Electroencephalograph, 뇌전도) 측정 방법을 사용한다. ECoG, EEG는 뇌활동으로 뇌세포간의 신호를 주고받는 과정에서 전기적 신호가 발생하게 된다. 이 전기적인 신호의 전류를 수신하여 분석함으로 뇌 질환을 찾아내고, 검출된 뇌파를 사용하여 로봇을 동작시키는 등 여러 분야에서 사용되고 있다.

ⅱ) 뇌파 수집의 문제점

기존 뇌파 수집 장치의 가장 큰 문제점은 공간 분해능이 굉장히 좋지 않다.

일반적으로, 뇌파 수집을 위해 사용되는 전극(Electrode)은 32개 정도이며 많게는 128개 정도를 사용하고 있다[도 3]. 복잡한 네트워크를 가진 뇌를 분석하기 위해 128개의 전극은 뇌 네트워크를 분석하기에 충분하지 않으며, 전극의 크기 또한 크기 때문에 세밀한 측정이 불가능하다. 또한, 뇌파 수집 장치는 아무리 좋은 전극을 사용한다고 하더라도 전극으로부터 수신된 뇌파 검출 신호를 처리하는 과정에서 노이즈 환경에 노출되게 된다[도 4]. 뇌파를 분석하기 위해 가장 먼저 해결해야 할 문제점은 뇌파 수집 장치의 낮은 분해능, 노이즈 환경의 개선이 필요하다.

도 3은 비탐침형 미세전극 어레이와 커넥터가 결합한 구성 평면도(RFIC Center)이다. 도 4는 기존 뇌파 수집 장치의 다 채널의 EEG 시스템(전극의 수와 케이블을 통해 낮은 분해능과 노이즈 등 문제)을 보인 사진이다.

EEG(electroencephalogram, 뇌전도)는 사람 또는 동물의 대뇌 피질에서 발생하는 뇌전류를 기록한 뇌파의 전기 기록도이다. 두피 상에 EEG 전극들을 부착하고 두피 상에서 유도되는 전류 파형을 분석할 때, 대뇌 활동 상태에 따라 특정한 파형을 갖는 뇌파가 검출될 수 있다. 특히, 뇌전증(epilepsy)은 대뇌 피질에서 발생되는 비정상적 전기적 신호에 의해 발작(seizure)이나 경련이 반복적으로 발생하는 질병으로 알려져 있다. 뇌전증의 수술적 치료에서는, EEG 전극을 뇌내에 삽입하고 뇌전증 뇌파를 기록하여 뇌전증 발작이 일어나는 대뇌 피질의 발작 시작 위치를 맵핑할 수 있고, 발작 시작 부위를 수술적으로 제거할 수 있다. 발작 발생 부위를 정밀하게 분석하기 위해 높은 밀도의 EEG 전극을 뇌내에 삽입하는 것이 유리하다. EEG 전극의 밀도가 높아지는 경우 EEG 전극으로부터의 측정되는 뇌파를 뇌파 데이터 수집 장치까지 전달하기 위한 연결선들의 밀도가 높아지는 문제가 있다. 따라서, 뇌전증 수술 과정에서 EEG 전극 및 연결선들의 배치가 어려워지며, 이에 따라 뇌내 부종 또는 감염이 발생할 위험성이 증가하는 문제가 있다.

뇌는 판단, 인지, 정서, 행동 등에 영향을 주는 인간의 가장 중요한 신체부위로 현대 과학기술의 한계에 있는 미지의 영역이자 인간의 건강과 행복한 삶을 위해 정복해야 할 최후의 난제이다. 그러나, 뇌의 네트워크 분석에 중요한 뇌파수신을 위한 장비는 노이즈에 취약한 금속 또는 고분자 합성체를 통해 뇌파를 수신하는 방법이다. 또한, 뇌파를 측정하는 채널수가 32~128채널 정도로 적으며, 시간적 분해능, 노이즈 등 취약한 부분의 개선이 필요하다.

그러나, 뇌파 검사에 사용되는 전극의 수는 32 ~ 128개의 전극을 사용하고 있으며, 모든 뇌 영역에 대한 정보를 수집할 수 없고, 일부만을 측정하더라도 전극의 크기에 따라 영역이 세분화되지 않을 수 있다.

특허 등록번호 10-17047040000 (등록일자 2017년 02월 02일), "내장형 EEG 전극용 무선 송신 모듈 및 이를 포함하는 EEG 검출 시스템", 광운대학교 산학협력단, 김남영

상기 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 기존의 뇌파 측정 전극 32~128 채널과는 달리 F-TFTA(Flexible Thin Film Transistor Array)를 사용해 뇌파 측정 전극 채널 100~100 만개 ECoG 전극들이 쉽게 제작 가능하며, 이에 따른 분해능 향상과 수집된 뇌파신호를 디지털 신호 처리하여 노이즈에 강한 SNR(Signal to Noise Ratio)이 향상되며, ECoG 검출 시스템의 다채널의 ECoG 전극들로부터 무선 송신기의 블루투스 통신을 통해 사용자 단말로 전송된 검출된 채널별 뇌파 신호를 각각 FFT 변환하여 뇌파 데이터를 출력하며, 사용자 단말은 뇌 질환을 모니터링하며, 상기 ECoG 검출 시스템으로부터 다채널의 ECoG 신호들을 수신받는 무선 통신부, 제어부, 저장부, LCD 표시부를 구비하며, 뇌파신호처리 후 각각의 채널별 뇌파 데이터를 출력하며 뇌파 분석에 의해 뇌전증을 일으키는 비정상 뇌파를 검출하여 뇌전증 발작 위치와 부위를 찾아내며, 뇌전증 병소의 위치와 범위의 픽셀에 대하여 사용자 단말로부터 ECoG 검출 시스템으로 구동 신호를 전송하여 뇌심부 자극술에 의해 뇌전증 발작 부위의 신경자극기를 구동하여 신경자극치료를 하는, F-TFTA를 사용한 다채널 ECoG 전극과 뇌파 수집 센서를 구비하는 무선 송수신 의료기기를 제공한다.

본 연구 과제는 뇌전증 병소 진단을 위한 ECoG 신호 후처리 방법 개발을 통해 피질 뇌파 컴퓨터 분석 시스템을 개발하고, 개발된 무선 ECoG 전극을 사용하여 두개강내 피질 뇌파 검사의 침습성과 부작용을 최소화하며, 두 개강내 ECoG 전극과 무선 송수신 시스템의 초기임상시험을 시행하여, 허가용 임상시험까지 진행할 수 있는 기반을 마련하는데 최종 목표를 둔다.

본 연구과제는 뇌전증 수술이 가지고 있는 문제점을 혁신적으로 해결하는 ECoG 전극 및 무선 송수신 기기를 개발하며, 이 검사로 얻는 뇌파를 정량적, 객관적으로 분석하여 뇌전증 병소의 위치와 범위를 확진할 수 있는 ECoG 신호 분석 시스템을 개발한다. 본 의료기기의 개발을 통해 뇌전증 수술의 침습성과 위험성을 최소화하며, 뇌질환 진단의 정확도와 치료 효과를 극대화시키는 것을 목표로 한다. 이는 뇌전증 수술뿐 아니라 다른 신경질환의 진단 및 치료에 범용적으로 사용될 것이다.

본 발명의 목적을 달성하기 위해, 제1 실시예에 따른 F-TFTA를 사용한 다채널 ECoG 전극과 뇌파 수집 센서를 구비하는 무선 송수신 의료기기는, 플렉시블 기판 상에 각각의 픽셀마다 TFT와 뇌파 수집 센서가 함께 포함된 ECoG 전극이 구비되는 active matrix 구조로 배치된 F-TFTA, 상기 F-TFTA와 연결된 DDIC; 상기 DDIC와 연결된 제어부와 저장부와 무선 통신부를 구비하며, 각 채널의 ECoG 전극의 TFT의 출력 전압과 전류(I_DS)를 측정하여 다채널의 ECoG 신호들을 무선 통신으로 전송하는 ECoG 검출 시스템; 및 상기 ECoG 검출 시스템으로부터 다채널의 ECoG 신호들을 수신받는 무선 통신부, 제어부, 저장부, LCD 표시부를 구비하며, 뇌파신호처리 후 각각의 채널별 뇌파 데이터를 출력하며 뇌파 분석에 의해 뇌전증을 일으키는 비정상 뇌파를 검출하여 뇌전증 발작 부위를 찾아내며, 뇌전증 병소의 위치와 범위를 측정하는 사용자 단말을 포함한다.

또한, 본 발명의 목적을 달성하기 위해, 제2 실시예에 따른 뇌 질환 치료를 위한 F-TFTA를 사용한 ECoG 전극들을 구비하는 뇌파 수집 센서를 포함하는 무선 송수신 의료기기는, 플렉시블 기판 상에 각각의 픽셀마다 TFT와 뇌파 수집 센서가 함께 포함된 ECoG 전극과 신경자극기가 구비되는 active matrix 구조로 배치된 F-TFTA, 상기 F-TFTA와 연결된 DDIC; 상기 DDIC와 연결된 제어부와 저장부와 무선 통신부를 구비하며, 각 채널의 ECoG 전극의 TFT의 전압과 전류(I_DS)를 측정하여 병렬처리를 통해 동시에 측정되는 뇌파 신호의 다채널의 ECoG 신호들을 무선 통신으로 전송하는 ECoG 검출 시스템; 및 상기 ECoG 검출 시스템으로부터 다채널의 ECoG 신호들을 수신받는 무선 통신부, 제어부, 저장부, LCD 표시부를 구비하며, 뇌파신호처리 후 각각의 채널별 뇌파 데이터를 출력하며 뇌파 분석에 의해 뇌전증을 일으키는 비정상 뇌파를 검출하여 뇌전증 발작 부위를 찾아내며, 뇌전증 병소의 위치와 범위의 픽셀에 대하여 뇌심부 자극술에 의해 상기 ECoG 검출 시스템으로 상기 뇌전증 발작 부위의 신경자극기들의 구동 신호를 전송하여 상기 뇌전증 발작 부위의 신경자극기들을 구동하여 신경자극치료를 제어하는 사용자 단말을 포함한다.

본 발명에 따른 F-TFTA를 사용한 다채널 ECoG 전극과 뇌파 수집 센서를 구비하는 무선 송수신 의료기기는 기존의 뇌파 측정 전극 32~128 채널과는 달리 F-TFTA(Flexible Thin Film Transistor Array)를 사용해 뇌파 측정 전극 채널 100~100 만개 ECoG 전극들이 쉽게 제작 가능하며, 이에 따른 분해능 향상과 수집된 뇌파신호를 디지털 신호 처리하여 노이즈에 강한 SNR(Signal to Noise Ratio)이 향상되며, ECoG 검출 시스템으로부터 블루투스 통신을 통해 사용자 단말로 검출된 뇌파를 FFT 변환하여 출력하며, 사용자 단말은 상기 ECoG 검출 시스템으로부터 다채널의 ECoG 신호들을 수신받는 무선 통신부, 제어부, 저장부, LCD 표시부를 구비하며, 뇌파신호처리 후 각각의 채널별 뇌파 데이터를 출력하며 뇌파 분석에 의해 뇌전증을 일으키는 비정상 뇌파를 검출하여 뇌전증 발작 부위를 찾아내며, 뇌전증 병소의 위치와 범위의 픽셀에 대하여 사용자 단말로부터 ECoG 검출 시스템으로 구동 신호를 전송하여 뇌심부 자극술에 의해 뇌전증 발작 부위의 신경자극기들을 구동하여 신경자극치료를 하게 되었다.

본 의료 기기는 뇌질환 환자의 행동 제약을 해결하도록 지속적으로 뇌 질환에 대한 모니터링이 가능하며, 뇌 네트워크 분석이 용이하다. 이와 동시에, 신경 자극치료기를 통해 뇌 피질에 직접적으로 신경치료기를 통해 전기 자극을 가해 신경질환의 진단과 치료가 동시에 가능한 임팩트있는 뇌파 측정 및 치료 장비가 될 것이다. 이러한 동물적 임상 실험을 바탕으로, 이를 발전시켜 최종적으로 뇌 질환을 앓고 있는 환자들의 치료를 위해 적용 가능하게 될 것이다.

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도 1a는 ECoG 전극 연구개발 대상의 국내외 현황 보인 도면이다.
도 1b은 뇌전증 수술 치료의 한계와 문제점을 보인 도면이다.
도 1c는 기존의 유선신호 전송모듈을 갖는 iEEG 시스템과, 본 발명의 무선신호 전송모듈을 갖는 iEEG 시스템 구성도이다.
도 2a는 종래의 내장형 ECoG 전극용 무선 송신 모듈 및 이를 포함하는 뇌파 검출 시스템의 구성도이다.
도 2b는 종래의 EEG 검출 시스템의 블록도이다.
도 3은 비탐침형 미세전극 어레이와 커넥터가 결합한 구성 평면도(광운대 RFIC Center)이다.
도 4는 기존 뇌파 수집 장치의 다 채널의 EEG 시스템(전극의 수와 케이블을 통해 낮은 분해능과 노이즈 등 문제)을 보인 사진이다.
도 5는 초고 플렉시블, 고 시간 분해능 전기 생리학 어레이(High Temporal Resolution Electrophysiology Arrays)를 위한 유기 전기 화학 및 전계 효과 트랜지스터의 통합(Integration of Organic Electrochemical and Field-Effect Transistors for Ultraflexible, High Temporal Resolution Electrophysiology Arrays - Takao Someya(Advanced Materials:2016)을 참조한 도면이다.
도 6은 플렉시블 기판(polyimid, polysilicon) 상에 TFT의 게이트(Gate), 드레인(Drain), 소스(Source)와 IGZO 채널을 구비하는 ECoG 전극의 개념도이다.
도 7은 본 발명에 따른 F-TFTA를 사용한 뇌파 수집 장치와 ECoG 검출 시스템의 구성도(광운대 RFIC Center) 이다.
도 8은 i) Thin Film Transistor와 DDIC의 결합 구조(RFIC Center), ⅱ) F-TFTA와 전기자극을 위한 전극 결합 구조(좌), F-TFTA와 전기자극을 위한 전극 결합 구조 단면도(우), ⅲ) F-TFTA와 전기자극을 위한 전극을 결합한 뇌파 수신 및 신경자극기(Nerve Stimulator)의 개념도(광운대 RFIC Center)이다.
도 9는 F-TFTA와 OLED의 결합 구조(좌), F-TFTA와 OLED의 결합 구조 단면도(우)(RFIC Center)이다.
도 10은 ECoG 전극 채널별 뇌파 데이터 출력 화면이다.
도 11은 뇌지도와 국소 간질 분석 영상을 보인 사진이다.
도 12는 세브란스 병원에서 환자의 두개강내 전극 삽입 사진과 CT 이미지를 보인 사진이다.
도 13은 뇌전증 수술 중 두개강내 전극을 넣는 모습과, ECoG 전극 채널별 기록된 두개강내 뇌파와 그 위치를 보인 뇌파 기록 사진, 뇌병변의 위치를 파악하기 위해 PET 등의 뉴로이미징 방법을 사용한 분석 영상 사진이다.
도 14는 사용자 단말의 뇌파 분석 프로그램(cilent)에 의해 EEG 데이터 또는 ECoG 뇌파 기록 데이터를 분류 및 피처 분석, 환자별 뇌파 기록시간별 델타(δ)파, 쎄타(θ)파, 알파(α)파, 베타(β)파, 감마(γ)파로 분류된 뇌지도와 CT이미지와 의료 영상 출력, 뇌전증 수술 부위 정량적 분석, 뇌병변 위치 확인 분석, 환자별 뇌전증 수술과 증상 분석, 임상 실험 결과 분석의 빅 데이터 분석 과정을 보인 사진이다.
도 15는 광유전학(Optogenetics)을 통한 간질 발작 증상 완화를 보인 도면이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 발명의 구성 및 동작을 상세하게 설명한다.

본 연구 과제는 뇌전증 병소 진단을 위한 ECoG 신호 후처리 방법 개발을 통해 피질 뇌파 컴퓨터 분석 시스템을 개발하고, 개발된 무선 ECoG 전극을 사용하여 두개강내 피질 뇌파 검사의 침습성과 부작용을 최소화하며, 두개강내 ECoG 전극과 무선 송수신 시스템의 초기임상시험을 시행하여, 허가용 임상시험까지 진행할 수 있는 기반을 마련하는데 최종 목표를 둔다.

본 연구 과제는 뇌전증 수술이 가지고 있는 문제점을 혁신적으로 해결할 수 있는 ECoG 전극 및 무선 송수신 기기를 개발하며, 이 검사로 얻는 뇌파를 정량적, 객관적으로 분석하여 뇌전증 병소의 위치와 범위를 확진할 수 있는 ECoG 신호 분석 시스템을 개발하기 위한 것이다. 본 의료 기기는 뇌전증 수술의 침습성과 위험성을 최소화하고, 진단의 정확도와 치료 효과를 극대화시키는 것을 목표로 한다. 이는 뇌전증 수술뿐 아니라 다른 신경질환의 진단 및 치료에 범용적으로 사용될 수 있을 것이다.

뇌파 검사 시에, 머리 밖은 EEG(electroencephalogram, 뇌전도)를 측정하며, 본 발명에서는 머리 속에 ECoG(Electrocorticography, 피질 전도)를 측정한다.

본 연구진은 ECoG 전극(ECoG Electrode)과 커플링된 무선 송신 모듈 및 무선 송신 모듈 및 내장형 ECoG 전극을 포함하는 검출 시스템을 연구 개발하고 있다.

< ECoG용 전극 및 무선 송수신 시스템 >

□ 내장형 ECoG 전극용 무선 송신 모듈을 포함하는 ECoG 검출 시스템

○ ECoG 전극과 커플링된 무선 송신 모듈 및 내장형 ECoG 전극들을 포함하는 ECoG 검출 시스템

○ 연세대 및 한국나노기술원의 공동연구로“비탐침형 생체용 뇌파전극 설계및 패키징 방법 특허를 출원하였음(도 3)

○ 다채널 ECoG 전극으로부터 검출되는 뇌파 데이터를 생체증폭기를 사용하여 증폭하며, 블루투스 또는 와이파이를 사용하는 무선 송수신 시스템

○ 무선 송신 모듈을 포함하는 ECoG 검출 시스템은, 뇌내 부종 또는 감염의 위험을 최소화하면 뇌내 내장형 ECoG 전극의 밀도가 증가시킬 수 있고, 뇌전증과 같은 질병의 수술적 치료에서 대뇌 피질의 뇌전증 발작 시작 위치를 정밀하게 맵핑하는 기술 제공

○ 신경계의 전기 생리적 신호 미세전극의 임피던스 특성을 분석

○ 본 연구진은 미세전극 어레이 제조방법 및 이를 이용한 커넥터 연결방법에 관하여, 신경계에 부착되는 유연한 미세전극 어레이의 본딩부를 전기 도금을 사용하여 구성하며, 커넥터와의 연결시 각 경계면에서의 임피던스를 낮출 수 있는 미세전극 어레이 제조방법 및 이를 이용한 커넥터 연결방법을 보유

○ 뇌의 발작이 시작되는 지점(ictal onset zone), epileptiform discharge가 관찰되는 부분(irritative zone), 실제 제거했을 경우 발작을 억제할 수 있는 부분(epileptogenic zone)은 그 겹치는 부위가 있지만, 그 정확한 범위는 일반적으로 다르다. 이를 기존 데이터로 데이터베이스화하여 임상 실험과 통계치를 바탕으로 빅 데이터 분석 후 정량분석 및 정성 분석하여 수술 효과를 극대화

○ 신개념 뇌전증 뇌파분석법의 적용

- 딥러닝 등의 기계학습법(machine learning) 분석 도입

- 베이시안(Bayesian probability) 확률 등의 수학통계적 분석법 도입

○ 환자 개별화된 뇌전증 바이오 마커 개발

- 개인화된 뇌전증 뇌파 피쳐의 최적화

- 여러 종류의 뇌전증과 증상 정도, 개인의 차이를 극복한 뉴로마커 개발

○ 질병 특화 뇌지도 작성

앞서 진행한 EEG, MRI, fMRI, PET, SPECT 등의 데이터 분석 정리 DB화

- 뇌의 구조적, 기능적 연결성 관계와 발작 발생 관련성 파악

- 뇌전증 관련 임상 변인들 자료에 기반한 뇌지도 정보 구축

□ 최종 목표

○ 현재 뇌전증 수술을 위해 사용하고 있는 유선 두개강내 피질 뇌파 검사를 무선 시스템으로 변경하여 환자의 고통과 침습성을 해소하고, 수술의 합병증과 위험성을 최소화한다. 또한, 새로운 뇌파 분석법을 개발하여 병소 진단 정확도를 극대화한다. 궁극적으로, 본 연구는 초기 임상시험을 거쳐 추후 시판용 임상시험으로 진행될 수 있는 기반을 확보하는데 최종 목표를 둔다.

본 발명에 따른 뇌 질환 치료를 위한 뇌파 수집 센서를 구비하는 무선 송수신 의료기기는 기존의 뇌파 측정 전극 32~128 채널과는 달리 F-TFTA(Flexible Thin Film Transistor Array)를 사용해 뇌파 측정 전극 채널수를 100~100 만개로 쉽게 제작 가능하며, 이에 따른 분해능 향상과 수집된 뇌파신호를 디지털 신호 처리하여 노이즈에 강한 SNR(Signal to Noise Ratio)이 향상되며, ECoG 검출 시스템의 다채널 ECoG 전극들로부터 2.4GHz 대역 블루투스 통신을 통해 사용자 단말로 수신받고, 사용자 단말은 병렬 처리(parallel processing)되는 각 채널별 검출된 뇌파 신호를 FFT 변환하여 출력하여 뇌파 기록을 분석하여 뇌전증을 일으킬 수 있는 비정상 뇌파를 찾아내며 그 뇌전증 발생 위치를 찾아내며, 상기 ECoG 검출 시스템의 다채널 ECoG 전극들로부터 다채널의 ECoG 신호들을 수신받는 무선 통신부, 제어부, 저장부, LCD 표시부를 구비하며, 각 채널별 뇌파신호처리 후 각각의 채널별 뇌파 데이터를 출력하며 뇌파 분석에 의해 뇌전증을 일으키는 비정상 뇌파를 검출하여 뇌전증 발작 부위를 찾아내며, 뇌전증 병소의 위치와 범위의 픽셀에 대하여 사용자 단말로부터 ECoG 검출 시스템으로 구동 신호를 전송하여 뇌심부 자극술에 의해 뇌전증 발작 부위의 신경자극기를 구동하여 신경자극치료를 제공한다.

본 의료기기는 뇌질환 환자의 행동제약을 해결하도록 지속적으로 뇌 질환 환자에 대한 뇌파 모니터링을 통해 뇌 네트워크 분석이 용이하다. 이와 동시에, 신경 자극치료기를 통해 뇌 피질에 직접적으로 전기 자극을 가해 신경질환의 진단과 치료가 동시에 가능한 임팩트있는 뇌파 측정 및 치료 장비를 제공한다.

* 기술의 응용분야

ECoG 측정 및 신경 자극기 장비로써, 동물과 사람의 침습적 뇌파신호를 모니터링하며, 그 뇌 병소 부위에 적절한 신경자극을 통해 치료 목적

기존 32~128개의 적은 채널수의 뇌파신호 측정 한계를 F-TFTA(Flexible Thin Film Transistor Array)를 사용하여 획기적으로 극복하는 ECoG 전극 소자를 개발한다.

평가항목	평가방법	평가기준	평가사유
Transistor 성능평가	같은 전원을 인가한 상태에서 전자파를 조사 후 각 Transistor 결과 값 비교	측정을 통해 Reference 값을 정한 후 측정값과 비교하여 최대 오차율 5~10% 미만	뇌파신호 위한 수신기 역할을 하는 Transistor의 성능이 같아야 정확한 뇌파측정 가능
Transistor 최대 측정 주파수	Transistor에 전자파를 조사하여 주파수 및 Magnitude 측정	Magnitude의 값이 3dB 만큼의 감소가 일어나는 주파수를 측정	뇌파신호는 통상 125~1000Hz로 샘플링하며 최대 측정 주파수가 높을수록 분해능이 향상됨
Transistor Array 측정	Transistor Array에 평면파를 조사시켜 전체의 transistor가 같은 결과 값을 갖는지 비교	Transistor 성능평가에서 얻은 결과와 비교하여 최대 오차율 5~10% 미만	단일 transistor에서 측정값과 array로 이루어진 transistor의 측정 값이 달라지지 않도록 하는 것이 정확한 뇌파측정을 위한 기본적인 요구사항이기 때문
ECoG 측정	측정 대상의 반응성에 대한 여부 확인	반응성이 없어야 함	ECoG의 경우 침습적 측정방식이므로 측정 대상의 반응성 여부가 굉장히 중요

[F-TFTA를 사용한 ECoG 전극들을 구비하는 뇌파 수집 센서]

1. 뇌파신호를 수신할 수 있는 플렉시블 Thin Film Transistor 개발

도 5는 초고 플렉시블, 고 시간 분해능 전기 생리학 어레이(High Temporal Resolution Electrophysiology Arrays)를 위한 유기 전기 화학 및 전계 효과 트랜지스터의 통합(Integration of Organic Electrochemical and Field-Effect Transistors for Ultraflexible, High Temporal Resolution Electrophysiology Arrays - Takao Someya(Advanced Materials:2016)을 참조한 도면이다.

현재 Double gate nanowire transistor 등과 같이 특정 조건에서 측정하려는 대상에 대해 높은 민감도를 갖는 센서(sensor having high sensitivity)가 많이 개발되었다. 도 5는 2016년에 개발된 TFT로 역시 E-Field를 감지하는 내용의 논문으로, PEDOT:PPS에서 뇌파에 의해 조절되는 전류를 측정하는 방법을 사용하지만 굉장히 작은 부분만을 측정하게 되어 유전자 변형을 통해 뇌전증을 발현시킨 쥐나 다른 영장류 등의 뇌파 검출에 적합하지 않다.

본 발명에서 제안하는 뇌파 측정 방법은 도 6에 도시된 같이, 뇌파에서 발생하게 되는 전자기파에 의해 F-TFTA(Flexible-TFT Array)의 1000~수만개 채널에 동시에 발생되는 각각의 ECoG 전극의 F-TFT(Flexible-Thin Film Transistor)에 흐르는 TFT의 출력 전압과 전류(I_DS)가 변하게 되며, 이를 측정하여 현재 발생하는 뇌파를 측정하게 된다. Electric Field에 대해 높은 민감도를 갖는 F-TFT에 뇌파에 의한 Electric Field가 가해지면, 뇌파의 신호는 여러 방법을 통해 수집할 수 있다. F-TFT를 제작하기 위해 다양한 방법으로 디자인이 가능하다. F-TFT의 Gate 부분에서 직접 뇌파를 수집하는 방법과, ECoG 전극을 통해 수신한 뇌파를 Gate로 전송하여 수집하는 방법 등이 있다.

도 6은 플렉시블 기판(polyimid, polysilicon) 상에 TFT의 게이트(Gate), 드레인(Drain), 소스(Source)와 IGZO 채널을 구비하는 ECoG 전극의 개념도이다.

TFT는 기본단위 인 픽셀을 조절하는 스위치 역할을 하는 반도체 소자이며, ECoG 전극은 플렉시블 기판, 게이트 전극, 패시베이션층(게이트 절연층), 소스/드레인 전극, IGZO 채널층(활성층)으로 구성된다.

플렉시블 기판은 폴리이미드(polyimid) 또는 폴리 실리콘(polysilicon)을 사용한다.

게이트 전극은 IGZO 채널층(활성층)의 전류를 흐르거나 흐르지 않게 조절해 준다.

패시베이션층(게이트 절연층)은 IGZO 채널층(활성층)과 게이트를 분리한다.

소스 전극/드레인 전극은 전자를 공급하고 받는 역할을 한다.

채널층은 드레인 전극과 소스 전극 사이에 구비되는 활성층이며, IGZO 채널층(활성층)을 사용한다.

게이트 전극에 일정 전압 이상이 걸리면, 활성층 내에 전자들이 게이트 쪽으로 이동하여 쌓이고, 소스 전극과 드레인 전극 사이에 전자들이 이동할 수 있는 통로인 채널(channel)이 형성된다. 이 채널을 통해 소스 전극으로부터 드레인으로 전자들이 이동할 수 있다. 채널을 형성시킬 수 있는 게이트 전압을 Vth(threshold voltage, 문턱 전압)라고 하며, Vth 이하에서는 소스/드레인 사이에 채널이 형성되지 않기 때문에 전자가 이동할 수 없다.

도 7은 본 발명에 따른 뇌질환 치료를 위한 F-TFTA를 사용한 뇌파 수집 장치와 ECoG 검출 시스템의 구성도(광운대 RFIC Center) 이다.

(실시예1)

제1 실시예에 따른 뇌질환 치료를 위한 F-TFTA를 사용한 다채널 ECoG 전극과 뇌파 수집 센서를 구비하는 무선 송수신 의료기기는,

플렉시블 기판 상에 각각의 픽셀마다 TFT와 뇌파 수집 센서가 함께 포함된 ECoG 전극이 구비되는 active matrix 구조로 배치된 F-TFTA, 상기 F-TFTA와 연결된 DDIC;

상기 DDIC와 연결된 제어부와 저장부와 무선 통신부를 구비하며, 각 채널의 ECoG 전극의 TFT의 출력 전압과 전류(I_DS)를 측정하여 다채널의 ECoG 신호들을 무선 통신으로 전송하는 ECoG 검출 시스템(100); 및

상기 ECoG 검출 시스템으로부터 다채널의 ECoG 신호들을 수신받는 무선 통신부, 제어부, 저장부, LCD 표시부를 구비하며, 뇌파신호처리 후 각각의 채널별 뇌파 데이터를 출력하며 뇌파 분석에 의해 뇌전증을 일으키는 비정상 뇌파를 검출하여 뇌전증 발작 부위를 찾아내며, 뇌전증 병소의 위치와 범위를 측정하는 사용자 단말(200)을 포함한다.

상기 플렉시블 기판은 폴리이미드 또는 폴리실리콘 중 어느 하나가 사용된다.

상기 F-TFTA는 각각의 TFT의 소스(source)에 뇌파 수집 센서가 각각 연결된다.

상기 F-TFTA(110)는 상기 플렉시블 기판 상에 각각의 픽셀마다 ECoG 전극이 구비된다.

상기 F-TFTA(110)는 각각의 픽셀마다 ECoG 전극을 구비하며, 매트릭스 구조로 100~100만개 ECoG 전극이 구비된다.

상기 ECoG 검출 시스템(100)의 무선 통신부(140)와 상기 사용자 단말(200)의 무선 통신부(210)는 블루투스 통신을 사용한다.

상기 F-TFTA(110)는 각각의 픽셀마다 ECoG 전극을 구비하며,

상기 플렉시블 기판과, 상기 플렉시플 기판위에 형성된 게이트 전극, 상기 게이트 전극을 도포하는 제1 패시베이션층(게이트 절연층), 상기 패시베이션 층 위에 형성된 소스 전극과 드레인 전극, 및 상기 드레인 전극과 상기 소스 전극 사이에 구비되는 활성층으로 사용되는 IGZO 채널층(활성층)으로 구성되는 ECoG 전극을 포함한다.

상기 사용자 단말(200)은 상기 ECoG 검출 시스템(100)으로부터 다채널 ECoG 전극의 뇌파 신호를 수신받는 무선 통신부(210); 뇌파 분석 프로그램에 의해 각각의 채널별 뇌파 신호를 FFT 변환하여 뇌파신호처리 후 각각의 채널별 뇌파 데이터를 출력하며 뇌파 분석에 의해 뇌전증을 일으키는 비정상 뇌파를 검출하여 뇌전증 발작 부위를 찾아내도록 제어하는 제어부(220); 상기 제어부(220)에 연결된 뇌파 분석 프로그램과 환자별 시간에 따른 다채널 ECoG 전극별 뇌파 데이터를 저장하는 저장부(240); 및 상기 제어부(220)에 연결되며, 채널별 뇌파데이터를 출력하는 LCD 표시부(230)를 포함한다.

사용자 단말(200)은 뇌파 분석 프로그램(cilent)에 의해 뇌질환 분석 서버(server)와 데이터베이스에 연결되고, client/server 데이터베이스를 포함하는 컴퓨터 분석 시스템을 구축하며, 데이터베이스에 EEG 데이터 또는 ECoG 뇌파 기록 데이터를 저장하고, 환자별 뇌전증 설치류 모델에 따라 이식된 전극을 통한 ECoG신호 무선 기록 데이터 저장, EEG 데이터 또는 ECoG 뇌파 기록 데이터를 분류 및 피처 분석, 환자별 뇌파 기록시간별 델타(δ)파, 쎄타(θ)파, 알파(α)파, 베타(β)파, 감마(γ)파로 분류된 3D 모델링 된 3D 뇌지도와 CT 이미지와 의료 영상 저장 및 출력, 뇌전증 수술 부위 정량적 분석, 뇌전증 병소 부위와 위치 확인 분석, 환자별 뇌전증 수술과 증상 분석, 임상 실험 결과 비교 분석 및 평가 결과를 데이터베이스에 저장하여 관리한다.

(실시예2)

제2 실시예에 따른 뇌질환 치료를 위한 F-TFTA를 사용한 다채널 ECoG 전극과 뇌파 수집 센서를 구비하는 무선 송수신 의료기기는,

플렉시블 기판 상에 각각의 픽셀마다 드레인(Drain), 게이트(Gate), 소스(Source)를 구비하는 TFT(Thin Film Transistor)와 뇌파 수집 센서(sensor)가 함께 포함된 ECoG 전극과 신경자극기가 구비되는 active matrix 방식으로 Gate Driver IC의 Data line과 Source Driver IC의 Control line이 연결되며 각 TFT들이 배치된 F-TFTA, 상기 F-TFTA와 연결된 DDIC;

상기 DDIC와 연결된 제어부(MCU)(120)와, 복수의 채널의 ECoG 신호들 임시로 저장하는 저장부(130)와, 복수의 채널의 ECoG 신호들을 블루투스 통신을 통해 전송하는 무선 통신부(140)를 구비하며, 각 채널의 ECoG 전극의 TFT의 전압과 전류(I_DS)를 측정하여 병렬처리를 통해 다지점에서 동시에 측정되는 뇌파 신호의 다채널의 ECoG 신호들을 무선 통신으로 전송하는 ECoG 검출 시스템(100); 및

상기 ECoG 검출 시스템(100)으로부터 다채널의 ECoG 신호들을 수신받는 무선 통신부(210), 제어부(220), 저장부(240), 및 LCD 표시부(230)를 구비하며, 상기 제어부(220)에 의해 각각의 채널별 뇌파 신호를 FFT 변환하여 뇌파신호처리 후 각각의 채널별 뇌파 데이터를 출력하며 뇌파 분석에 의해 뇌전증을 일으키는 비정상 뇌파를 검출하여 뇌전증 발작 부위를 찾아내며, 뇌전증 병소의 위치와 범위의 픽셀에 대하여 뇌심부 자극술에 의해 사용자 단말(100)로부터 상기 ECoG 검출 시스템(100)으로 해당 뇌전증 발작 부위의 신경 자극기들로 구동 신호를 전송하여 뇌전증 발작 부위의 신경자극기들이 구동되도록 신경자극치료를 제어하는 사용자 단말(200)을 포함한다.

상기 ECoG 검출 시스템(100)은 배터리로 구동된다.

상기 플렉시블 기판은 폴리이미드(polyimid) 또는 폴리실리콘(polysilicon) 중 어느 하나가 사용되며, 0.1 ~ 100㎛ 크기로 제작된다.

상기 F-TFTA(110)는 각 TFT의 소스에 뇌파 수집 센서가 연결된다.

상기 F-TFTA(110)는 각각의 픽셀마다 ECoG 전극과 함께 신경 자극기가 구비된다.

상기 F-TFTA(110)는 각각의 픽셀마다 ECoG 전극 및 신경 자극기를 구비하며, 매트릭스 구조로 100~100만개 ECoG 전극 및 신경자극기를 구비한다.

상기 F-TFTA(110)는 각 픽셀 마다 TFT와 신경자극기가 구비되는 픽셀 구조 매트릭스 형태에서, 예를들면, C1에만 전원을 인가하고 D1에 신호(signal)를 인가하면 첫 번째 픽셀이 켜지고 D1의 신호를 끄고, D2에 신호(signal)를 인가하면 그 아래 두번째 픽셀이 켜진다.

상기 DDIC는 각 픽셀의 TFT의 게이트(Gate)와 Data line이 연결되는 Gate Driver IC; 및 각 픽셀의 TFT의 소스(Source)와 Control line이 연결되는 Source Driver IC을 구비한다.

상기 뇌파 신호는 통상 125~1000Hz로 샘플링하며 최대 측정 주파수가 높을수록 분해능이 향상된다.

ECoG 검출 시스템(100)은 F-TFTA를 사용한 ECoG 전극들과 신경자극기들을 구비하는 뇌파 수집 센서를 포함하는 무선 송수신 의료기기로 사용된다.

또한, ECoG 검출 시스템(100)은 제어부(MCU)(120)에 연결되는 USB 연결부(170)를 더 포함할 수도 있다.

무선 통신부의 안테나는 100~100만개 ECoG 전극 채널별로 병렬 전송이 가능한 MIMO 안테나를 사용할 수 있다.

사용자 단말(200)은 ECoG 검출 시스템(100)으로부터 다채널 ECoG 전극들의 뇌파 신호를 수신받는 무선 통신부(210); 뇌파 분석 프로그램에 의해 각각의 채널별 뇌파 신호를 FFT 변환하여 뇌파신호처리 후 각각의 채널별 뇌파 데이터를 출력하며 뇌파 분석에 의해 뇌전증을 일으키는 비정상 뇌파를 검출하여 뇌전증 발작 부위를 찾아내며, 뇌전증 병소의 위치와 범위의 픽셀에 대하여 뇌심부 자극술에 의해 뇌전증 발작 부위의 신경자극기가 구동되도록 제어하는 제어부(220); 상기 제어부(220)에 연결되며, 뇌파 분석 프로그램과 환자별 시간에 따른 다채널 ECoG 전극별 뇌파 데이터를 저장하는 저장부(240); 및 상기 제어부(220)에 연결되며, 채널별 뇌파데이터를 출력하는 LCD 표시부(230)를 포함한다.

○ 정량적 뇌파 및 영상 분석

○ Lennox-Gastaut 증후군 환자에서 주파수영역 분석 알고리즘을 통해 발작의 시작점을 찾아낸다.

- 뇌파신호는 통상 10~1000Hz로 샘플링하며 최대 측정 주파수가 높을수록 분해능이 향상

- 두개강내 뇌파 분석에 사용된 8명의 환자의 뇌파 전극 위치와 각각의 위치에서 기록된 뇌파의 베타와 감마 밴드 파워의 정도를 색깔로 표시한 그림- 분석할 뇌파의 부분은 랜덤하게 선택하여 임상의의 시각적 분석이 필요 없음

- 뇌파를 델타, 세타, 알파, 베타, 감마 밴드로 나누어 각 수술 부위의 주파수 영역의 절대/상대 파워(power)와 그 비율 계산

- 절대적 파워의 경우 절제부위는 델파 파워가 높고 남아있는 부위는 감마 파워가 높은 것을 확인

- 상대적 파워의 경우 절제부위의 베타와 감마 파워가 낮게 나옴

- 낮은 베타, 감마 파워는 그 영역의 뇌의 활동이 병적으로 낮아 나타난 것으로 확인

- Lennox-Gastaut 증후군 환자에서 주파수영역 분석 알고리즘을 통해 발작의 시작점을 찾아내기 위한 연구로 뇌전증 병소 부위와 건강한 조직을 구분할 수 있는 뇌파 파형의 특징 분석

- 뇌파를 이용한 발작 병소의 바이오마커를 확립하는 것은 병소 절제 범위 결정

2. 높은 공간 분해능을 갖기 위한 F-TFTA 제작

일반적으로, 기존 뇌파 검사에 사용되는 전극의 수는 32 ~ 128개의 전극을 사용하고 있으며, 그로 인해 모든 뇌 영역 정보를 수집할 수 없고, 일부만을 측정하더라도 전극의 크기에 따라 영역이 세분화되지 않을 수 있다. 이에 따른 문제를 해결하기 위해 제안된 뇌파수집 센서는 F-TFTA를 사용하는 방법을 제공한다. 높은 분해능을 갖기 위해 전극 채널의 개수가 충분해야 하고 낭비되는 공간 없이 모든 영역에서의 뇌파 측정이 가능해야 한다. 이를 위해, 도 7에 보인 바와 같이, 현재 휴대전화 Display나 TV Display에 사용되는 반도체 분야에서 플렉시블 기판(Polyimid, Polysilicon) 상에 Thin Film Transistor Array 제조 방법으로 반도체 공정을 사용하여 제작하며, 이를 통해 수백 ~ 수십만 개의 채널을 자유롭게 선택할 수 있는 F-TFTA 제작이 가능하다.

3. 대량의 신호처리 시스템

높은 분해능을 갖기 위해 제작되는 F-TFTA에서 수집되는 많은 양의 데이터 처리 또한 굉장히 중요한 부분이다. 적게는 수천 개에서 많게는 수십만 개의 채널에서 들어오는 데이터를 일괄적으로 처리하는 방법으로 Display Driver IC(DDIC)를 사용하게 된다. DDIC는 도 7과 같이, TFT의 Gate는 스위치 역할을 하며, Drain은 각 Display의 발광소자에 신호를 전달한다. 이때 Drain 전압에 의해 발광소자의 밝기가 정해진다. 이러한 시스템으로 1개의 셀을 직접 조정할 수 있으며 사용자의 필요에 따라 한 번에 신호를 전달하는 셀의 개수를 조절할 수 있다. 이러한 DDIC의 장점을 통해 셀 단위로 정확한 뇌파 측정이 가능하다. DDIC의 또 다른 장점은 소프트웨어를 통해 동작이 정해지게 되고, 이를 통해 특정 부분만을 집중적으로 관찰을 하거나 또는 여러 셀의 신호를 N:1 멀티플렉서에 의해 합하여 기존의 32채널 뇌파수신장치와 같은 특성으로 사용 가능하다. DDIC를 사용한 F-TFTA 시스템은 다양하게 대량의 신호처리 시스템으로 응용이 가능하다.

4. 신경자극기(Nerve Stimulator)

F-TFTA(110)를 통해 각 픽셀의 ECoG 전극들로부터 뇌파 데이터들을 수집하며, 각 각의 ECoG 전극 옆에 구비된 신경 자극기는 비정상 뇌파로 판정된 부위에 대하여 뇌질환에 의한 장애를 치료하거나 측정 대상의 인지능력을 향상시키는데 사용된다.

신경 자극기의 활용 중에 대표적인 방법은 DBS(Deep Brain Stimulation)으로 뇌심부 자극술을 뜻한다. 현재 뇌심부 자극술은 "뇌조율기"라고 불리는 의료장치를 뇌 안에 이식하는 외과적 치료법인데, 이를 뇌에 집어 넣어 뇌파의 신호를 측정하는 동시에 뇌질환 부위에 전기적 자극(예, 전기신호, LED 조사)을 보낸다. 만성 통증, 파킨슨병, 진전, 근긴장이상증 등의 효과적인 치료를 위해 특정 뇌 부위에 뇌 심부 자극술을 사용할 수 있다. 뇌심부 자극술의 원리나 기전은 명백하게 알려진 바가 없지만, 미국 FDA에 승인을 받았으며, 뇌의 활동에 직접적으로 영향을 주고 조절하는 방법으로 그 효과는 가역적이다. 뇌의 신경 자극을 통해 뇌 질환을 증상 완화 및 치료가 가능하며, 이 장비를 사용하여 뇌전증에 대한 증상 완화와 치료에 목적을 두고 있다. 이러한 신경자극기를 반도체 공정을 통해 F-TFTA와 쉽게 결합하여 제조할 수 있다.

도 8은 i) Thin Film Transistor와 DDIC의 결합 구조(RFIC Center), ⅱ) F-TFTA와 전기자극을 위한 전극 결합 구조(좌), F-TFTA와 전기자극을 위한 전극 결합 구조 단면도(우), ⅲ) F-TFTA와 전기자극을 위한 전극을 결합한 뇌파 수신 및 신경자극기(Nerve Stimulator)의 개념도(광운대 RFIC Center)이다.

기존 뇌파 측정 전극 또는 채널의 크기(size)를 줄이고, 그 자리에 전류를 흐를 수 있게 하는 전극을 대체할 수 있다. 기존 32~128 채널별 전극(electrode)을 대체한 본 발명의 F-TFTA 시스템(플렉시블 기판 상에 TFT 어레이들과 연결된 Source Driver IC와 Gate Driver IC)은 반도체 기술을 사용하여 매트릭스 구조의 100~100만개의 픽셀마다 ECoG 전극과 신경자극기를 구비한다.

상기 F-TFTA(110)의 각 픽셀은

플렉시블 기판과, 상기 플렉시플 기판위에 형성된 게이트 전극, 상기 게이트 전극을 도포하는 제1 패시베이션층(게이트 절연층), 상기 제1 패시베이션 층 위에 형성된 소스 전극과 드레인 전극, 및 상기 드레인 전극과 상기 소스 전극 사이에 구비되는 활성층으로 사용되는 IGZO 채널층(활성층)으로 구성되는 ECoG 전극; 및

상기 ECoG 전극 옆에 구비된 신경 자극기로써, 상기 플렉시플 기판 연결되며, 상기 플렉시플 기판위에 형성된 게이트 전극, 상기 게이트 전극을 도포하는 제1 및 제2 패시베이션층(게이트 절연층), 및 제1 및 제2 패시베이션층 상에 구비되는 전극 자극기(Electrode stimulator)를 포함한다.

상기 신경 자극기는 뇌전증 발작 부위에 광유전학 치료법 기술에 의해 조사되도록 400~800nm 파장의 블루 LED를 사용한다.

게이트 전극에 일정 전압 이상이 걸리면, 활성층 내에 전자들이 게이트 쪽으로 이동하고 쌓이고 소스 전극과 드레인 전극 사이에 전자들이 이동할 수 있는 통로인 채널(channel)이 형성된다. 이 채널을 통해 소스 전극으로부터 드레인으로 전자들이 이동할 수 있다. 채널을 형성시킬 수 있는 게이트 전압을 Vth(threshold voltage, 문턱 전압)라고 하며, Vth 이하에서는 소스/드레인 사이에 채널이 형성되지 않기 때문에 전자가 이동할 수 없다.

기존 32~128 채널별 전극(electrode)을 대체한 F-TFTA 시스템(플렉시블 기판 상에 TFT 어레이들과 연결된 Source Driver IC와 Gate Driver IC)은 100~100만개 ECoG 전극에 의해 뇌파를 검출하고, 비정상적인 뇌파를 검출하여 신경 자극기를 구동하여 신경자극 치료가 가능하다. 영장류, 포유류 등의 뇌에 적용 뿐만아니라 사람의 뇌에도 적용될 수 있다. ECoG 전극을 통해 뇌 신경에 자극을 주게 되면 뇌전증 뿐 아니라 루게릭병 치료, 대뇌피질 활성을 통한 촉각, 후각 등의 감각 회복, 치매, 파킨슨병 등 다양한 뇌 질환 의료 분야에서 즉시 활용 가능하다.

5. 응용분야 - 광유전학(Optogenetics)

광유전학(Optogenetics)은 광학과 유전학을 결합한 기술로써 생물에서 빛에 민감한 단백질들이 있는데, 이러한 단백질 중 녹조류에서 발견되는 channelrhodopsin 2(ChR2)는 Na+, K+, Ca++를 통과시키는 이온 채널을 조절하게 되며, 만약 푸른 빛이 ChR2-이온 채널에 감지되면, 그 이온 채널이 열려서 Na+, Ca++가 세포 안으로 들어와 세포막을 탈분극시키는 것을 말한다. ChR2는 해롭지 않은 바이러스를 사용하여 뉴런에 그 유전자를 주입함으로 뉴런에서 발현되게 할 수 있다. 광유전학은 광학과 유전학을 결합한 기술로 이를 적용하면 생체 조직, 자유롭게 움직이는 동물의 개별 신경 세포들의 활동을 조절 및 관찰하며, 신경활동의 조절이 어떠한 효과를 유발하는지 실시간으로 확인할 수 있다.

TFTA(TFT Array)는 기본적으로 Display용으로 OLED(Organic Light Emitting DeviceOLED)와 결합하기 쉬우며 이를 통한 뇌 네트워크 분석을 가능하게 한다[도 9]. 도 10은 광유전학에 관한 논문으로, 해당 논문에서 뇌전증이 일어나는 쥐의 유전자 변형을 한 뇌에 약 580nm의 파장을 갖는 빛을 조사했을 때 간질 증상의 완화가 일어났음을 알려주는 논문이다. 이와 같이 빛을 조사함으로써 뇌질환의 증상을 완화 및 치료할 수 있음을 알 수 있다. OLED의 가장 큰 장점은 Back light를 사용하지 않고 각 Pixel 단위로 빛을 내기 때문에 Flexible한 제품과 특정 부분에서만 빛을 내야하는 광유전학적(Optogenetics) 치료법에 가장 적합하다. DDIC를 사용하여 원하는 Pixel에서 빛을 내어 치료하고자 하는 부분에 정확히 조사할 수 있다. 또한, 빛의 파장에 따라 뇌에 미치는 영향이 다른데 유기물의 구조를 바꾸기만 하면 빛의 색이 달라지는 OLED가 가장 적합함을 알 수 있다.

도 9는 F-TFTA와 OLED의 결합 구조(좌), F-TFTA와 OLED의 결합 구조 단면도(우)(광운대 RFIC Center)이다.

상기 F-TFTA의 각 픽셀은, 광유전학 기술이 적용되는 경우,

상기 플렉시블 기판과, 상기 플렉시플 기판위에 형성된 게이트 전극, 상기 게이트 전극을 도포하는 제1 패시베이션층(게이트 절연층), 상기 제1 패시베이션 층 위에 형성된 소스 전극과 드레인 전극, 및 상기 드레인 전극과 상기 소스 전극 사이에 구비되는 활성층으로 사용되는 IGZO 채널층(활성층)으로 구성되는 ECoG 전극; 및

상기 ECoG 전극 옆에 구비된 신경 자극기로써, 상기 플렉시플 기판 연결되며, 상기 플렉시플 기판위에 형성된 게이트 전극, 상기 게이트 전극을 도포하는 제1 패시베이션층(게이트 절연층), 상기 드레인 전극과 상기 소스 전극 사이에 구비되는 활성층으로 사용되는 IGZO 채널층(활성층), IGZO 채널층(활성층) 위에 도포된 제3 패시베이션층과, 상기 제3 패시베이션층에 형성과 픽셀 전극과 Organic LED를 포함하는 전극 자극기를 포함한다.

상기 신경 자극기는 사용자 단말의 제어 신호를 ECoG 검출 시스템으로 수신하여 검출된 뇌전증 발작 부위에 광유전학 기술을 적용하여 조사되도록 400~800nm 파장의 블루 LED를 사용하여 빛을 조사한다.

* 동작원리

제작이 완료된 의료기기는 소프트웨어와 함께 동작을 하게 된다. 제안하는 플렉시블 박막 트랜지스터 어레이(F-TFTA)는 DDIC와 각 트랜지스터의 Gate, Drain에 연결되게 된다. gate line 10개, drain line 10개를 matrix로 연결하고, 하나의 gate line에 전원이 들어가게 되면 그 라인에 해당하는 트랜지스터들이 동작하게 되고, drain line과 교차하는 한 지점에서 신호(signal)를 입력, 출력할 수 있다. 이러한 개념을 active matrix라고 하며, 각각 한 픽셀 단위로 신호처리를 할 수 있다.

하나의 TFT 트랜지스터의 동작을 살펴보면, 트랜지스터의 gate에 전압이 가해지게 되면 트랜지스터의 스위치가 켜지며, 이 때 drain의 전압이 변하게 되면 전류의 양이 달라진다. 또한, 전류의 양은 gate 전압의 크기에 따라 달라지는데, 그 이유는 field effect에 의해 채널에서 흐를 수 있는 전류의 양이 달라지기 때문이다. 따라서, 채널(channel)에 전계형성을 해주게 되면 전류가 흐르게 되며, 제안하는 방법은 전극(electrode)에 전계(E-field)가 형성되면 금속 electrode는 대전되게 되는데 면적이 넓은 부분이 많은 양의 charge에 변화가 생긴다. 그로 인해 채널(channel) 위의 전극(electrode)에 형성된 전계의 변화로 트랜지스터의 전류가 변하게 된다. 이를 통해 전계의 세기에 의한 전류의 변화를 알게 된다. 이 전계가 뇌파에 의해 생성되면 그 뇌파를 측정함으로 뇌질환, 뇌의 네트워크 등 다양한 응용분야에 적용가능하다.

상기한 바와 같이, 수 십 만개의 채널에서 동시에 일어나는 뇌파를 측정하기 위해 active matrix 동작으로 샘플링해야 한다. 기본적인 뇌파의 주파수는 수 Hz ~ 수 백 Hz로 높지 않다. 따라서, 뇌파를 샘플링하는 최소 조건인 측정하려는 대상의 주파수보다 2배 이상의 비율로 샘플링해야 하는 Nyquist sampling rate 조건에 따라야 한다. 그러나, 2배는 최소 단위일 뿐 sampling rate가 높아진다면 더 정확한 신호를 수신할 수 있다. 현재 디스플레이는 1960*1080개(약 200만개 픽셀)의 트랜지스터를 240Hz로 sampling이 가능하다. 그러나, 디스플레이가 아닌 일반 센서에서 픽셀 개수를 1~10만개로 줄여도 sampling 주파수를 크게 증가시킬 수 있고 측정하고자 하는 뇌파의 sampling 주파수를 맞출 수 있다.

이렇게 sampling을 통해 수신되는 뇌파 신호는 F-TFTA(110)의 DDIC가 신호처리하게 된다. DDIC는 수신된 아날로그 뇌파 신호를 ADC에 의해 디지털 신호로 변환하여 제어부(MCU), 무선 송신부(bluetooth)를 통해 뇌파 신호를 사용자 단말(200)로 송신한다.

ECoG 검출 시스템(100)은 F-TFTA를 사용한 복수의 ECoG 전극들과 뇌파 수집 센서를 포함하는 무선 송수신 의료기기를 사용한다.

사용자 단말(200)은 ECoG 검출 시스템(100)으로부터 뇌파 신호를 수신받는 무선 통신부(210); 뇌파 분석 프로그램에 의해 각각의 채널별 뇌파 신호를 FFT 변환하여 뇌파신호처리 후 각각의 채널별 뇌파 데이터를 출력하며 뇌파 분석에 의해 뇌전증을 일으키는 비정상 뇌파를 검출하여 뇌전증 발작 부위를 찾아내며, 뇌전증 병소의 위치와 범위의 픽셀에 대하여 "뇌심부 자극술"에 의해 검출된 뇌전증 발작 부위의 신경자극기를 구동되도록 제어하는 제어부(220); 상기 제어부(220)에 연결된 뇌파 분석 프로그램과 뇌파 데이터를 저장하는 저장부(240); 및 채널별 뇌파데이터를 출력하는 LCD 표시부(230)를 포함한다.

사용자 단말(200)은 뇌파 분석 프로그램(cilent)에 의해 뇌질환 분석 서버(server)와 데이터베이스를 연결되고, client/server 데이터베이스를 포함하는 뇌질환 컴퓨터 분석 시스템을 구축하며, 상기 데이터베이스에 EEG 데이터 또는 ECoG 뇌파 기록 데이터를 저장하고, 환자별 뇌전증 설치류 모델에 따라 이식된 전극을 통한 ECoG 신호 무선 기록 데이터 저장, EEG 데이터 또는 ECoG 뇌파 기록 데이터를 분류 및 피처 분석, 환자별 뇌파 기록시간별 델타(δ)파, 쎄타(θ)파, 알파(α)파, 베타(β)파, 감마(γ)파로 분류된 뇌지도와 CT이미지와 의료 영상 저장 및 출력, 뇌전증 수술 부위 정량적 분석, 뇌병변 위치 확인 분석, 환자별 뇌전증 수술과 증상 분석, 임상 실험 결과 분석 및 평가 결과를 데이터 베이스에 저장하여 관리한다.

도 10은 ECoG 전극 채널별 뇌파 데이터 출력 화면이다.

도 11은 뇌지도와 국소 간질 분석 영상을 보인 사진이다.

도 12는 세브란스 병원에서 환자의 두개강내 전극 삽입 사진과 CT 이미지를 보인 사진이다.

도 13은 뇌전증 수술 중 두개강내 전극을 넣는 모습과, ECoG 전극 채널별 기록된 두개강내 뇌파와 그 위치를 보인 뇌파 기록 사진, 병변의 위치를 파악하기 위해 PET 등의 뉴로이미징 방법을 사용한 분석 영상 사진이다.

도 14는 사용자 단말의 뇌파 분석 프로그램(cilent)에 의해 EEG 데이터 또는 ECoG 뇌파 기록 데이터를 분류 및 피처 분석, 환자별 뇌파 기록시간별 델타(δ)파, 쎄타(θ)파, 알파(α)파, 베타(β)파, 감마(γ)파로 분류된 뇌지도와 CT이미지와 의료 영상 출력, 뇌전증 수술 부위 정량적 분석, 뇌병변 위치 확인 분석, 환자별 뇌전증 수술과 증상 분석, 임상 실험 결과 비교 분석의 빅 데이터 분석 과정을 보인 사진이다.

도 15는 광유전학(Optogenetics)을 통한 간질 발작 증상 완화를 보인 도면이다.

표 2는 주요 연구개발 내용을 나타낸다.

□ ECoG 신호 기반 정량적 연구

○ 뇌파를 이용한 발작 병소의 바이오마커를 확립

- 병소 절제 범위를 결정하고 뇌전증 수술의 성공 여부를 예측

○ Lennox-Gastaut 증후군 환자에서 두개강내 뇌파중 generalized sharp wave discharge (GSW)를 사용하여 여러 가지 신호분산 분석기법을 적용, 이상 간질파의 근원이 어디인지를 보고(Kim J, et al Brain & development, 2014 pp: 1-8)

○ 정량적 뇌파 및 영상 분석

○ Lennox-Gastaut 증후군 환자에서 주파수영역 분석 알고리즘을 통해 발작의 시작점을 찾아내기 위한 연구로 병소와 건강한 조직을 구분할 수 있는 뇌파 파형의 특징을 보고

- 무선 EEG 신호 또는 무선 ECoG 신호를 뇌파 신호처리를 하여 뇌전증 발작 부위를 찾아내는 알고리즘 개발

- 두 개강내 뇌파 기록을 위한 각 전극의 위치와 발작을 일으킬 가능성이 있는 GSW 하나를 찾아낸 예. 이후 다양한 분석법을 통해 그 근원이 어디인지를 예측

○ Lennox-Gastaut 증후군 환자의 간질 부위 국소화를 위한 connectivity 분석방법의 적용

- Hur Y, Kim H Seizure, 2015, 33: 1-7

- 국소 간질 분석에서 사용되던 dDTF 방법을 전신 뇌전증인 Lennox-Gastaut 증후군 환자에게 적용

- Generalized sharp and wave discharge (GSW)를 Independent Component analysis와 source dipole fitting, Connectivity analysis (eg., Granger Causality)를 적용 분석하여 병소 진단에 도움이 되는 결과 보고

□ 뇌내 ECoG 전극 및 무선 송수신 시스템의 구축 및 시작품 제작

○ 본 연구는 뇌내 장치의 복잡도를 줄이기 위하여, 뇌내 ECoG전극으로 신호수집 작업을 진행하며 도선으로 전극과 데이터 전송모듈을 연결

○ 환우의 감염 확률을 줄이기 위해 두개골에 구멍이 난 곳에 특수 폴리머 패키진 기술 활용

○ 뇌내 ECoG전극은 일회성 안전 패키지 방식으로 개발하며, 무선 송수신 모듈은 반복 사용하도록 설계

□ 인체 임상용 임프란트 ECoG 전극용 및 무선 송수신 모듈의 최적화

○ 모의생체환경실험의 결과에 근거하여 기존 인체 임상 사용 중인 ECoG 전극을 최적화하여 전극 및 기판재료를 교체함으로써 전극의 유연성을 개선하고 사이즈를 최적화하여 전극의 넓이는 2 cm로 최적화

□ 임플란트 ECoG 전극용 및 무선 송수신 시스템의 안정성 평가

○ 무선기술 의료기기에 대한 안전성을 확보

- 전기 자기 적합성(EMC) 무선 의료기기부터 발생된 전자파가 그 자체의 의료기기 또는 인접한 타 장비의 동작에 영향을 미치지 않도록 전자파 장해(EMI) 및 전자파 내성(EMS) 두가지로 분류

- 전자파 흡수율(Specific Absorption Rate, SAR)은 생체 조직에 흡수되는 단위 질량 당 에너지율로써 단위는 W/kg을 사용

- 사용된 무선 기술의 안정성

- 전자파를 발생하는 다른 장비에 의한 무선 의료기기에 대한 전자파 간섭 위험성을 평가해야 해야 함

현재 국내외 뇌전증 수술에 사용되는 전극을 제공하는 ADTech의 자료에 의하면 전 세계적으로 일 년 동안 시행되는 뇌전증 수술 케이스는 18,000에 달한다고 한다. 한 번의 수술에 대략 16, 32 채널 전극을 합하여 4-5개 정도가 소요되고 각 전극 평균가격은 1,000,000원 정도이다. 이를 기반으로 뇌전증에서만 사용되는 시장은 대략 900억원 정도로 추정된다. 그러나, 본 연구를 통해 ECoG 전극을 무선화하면 현재 보다 최소한 2배 이상의 가격으로 판매가 예상된다.

현재, 세브란스 병원은 국내 뇌전증 수술의 60% 정도를 차지하고 있으며, 이를 본 개발품으로 대체한다고 하더라도, 곧바로 의료기기의 수익창출이 가능하며, 세계시장 진출이 가능하다. 또한, 이는 뇌전증 시장에 한정된 것으로 전체 신경관련 환자 시장을 모두 통합한다면 수천억대의 시장으로 매년 지속적으로 증가할 것으로 예상된다.

신경 자극기 시장은 파킨슨병, 알츠하이머병, 정신질환, 인지 치료 등 다양한 분야 및 동물실험을 위한 전극 및 신경자극 시장도 증가하고 있으며, 연구 목적으로 사용하는 시제품을 상품화하여 국내외 시장의 판로를 개척할 수 있다.

[산업적 이용 가능성]

기술적 측면에서, 현재 어떠한 국내외 회사에서 제안된 방법의 장치를 개발하지 못했으며, 고전적인 방법에 머물러 있는 실정이다. 이러한 기술을 실현하게 되면 뇌 과학 분야에서 어느 나라보다 기술적 우위에 서게 될 것이다.

산업적 측면에서, 뇌 과학 분야에서 뇌파 수집장비에 대한 수요가 계속적으로 증가하고 있다. 전체 신경관련 환자 시장만으로도 수천억이 예상되며, 전 세계시장에 진출 교두보를 확보하게 될 것이다.

사회적 측면에서, 본 장비가 개발되면 기존 의료기기보다 높은 분해능을 갖는 장치를 통해 뇌파 분석, 뇌 네트워크의 분석이 가능하게 되며, 이를 통해 그동안 해결하지 못했던 많은 질병 치료가 가능하게 될 것이다. 또한, 활용분야는 단순히 뇌 질환 뿐만 아니라 뇌파를 사용한 신체장애 극복, 게임, 다양한 분야에서 자동화 등에 크게 기여할 것으로 예상한다.

이를 실현하기 위해 대부분의 기술은 한국 반도체 기술을 사용하여 구현이 가능하다. Transistor의 개발을 제외한 나머지 핵심요소인 Transistor Array에 대한 공정, DDIC, 무선 신호 송수신과 뇌파 분석 Software, Flexible OLED Panel 등 여러 사업분야에서 이미 상용화하였다.

본 연구에서 제안된 F-TFTA를 사용한 ECoG 전극들과 신경 자극치료기를 구비하는 뇌파 수집 센서를 포함하는 무선 송수신 의료기기 장비 개발의 실현 가능함을 확신한다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진자가 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 또는 변형하여 실시할 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

100: ECoG 검출 시스템 110: F-TFTA
120: 제어부(MCU) 130: 저장부
140: 무선 통신부 170: USB 연결부
200: 사용자 단말 210: 무선통신부
220: 제어부 230: LCD 표시부
240: 저장부 270: USB 연결부

Claims

플렉시블 기판 상에 각각의 픽셀마다 TFT와 뇌파 수집 센서가 함께 포함된 ECoG 전극이 구비되는 active matrix 구조로 배치된 F-TFTA, 상기 F-TFTA와 연결된 DDIC;
상기 DDIC와 연결된 제어부와 저장부와 무선 통신부를 구비하며, 각 채널의 ECoG 전극의 TFT의 출력 전압과 전류(I_DS)를 측정하여 다채널의 ECoG 신호들을 무선 통신으로 전송하는 ECoG 검출 시스템; 및
상기 ECoG 검출 시스템으로부터 다채널의 ECoG 신호들을 수신받는 무선 통신부, 제어부, 저장부, LCD 표시부를 구비하며, 뇌파신호처리 후 각각의 채널별 뇌파 데이터를 출력하며 뇌파 분석에 의해 뇌전증을 일으키는 비정상 뇌파를 검출하여 뇌전증 발작 부위를 찾아내며, 뇌전증 병소의 위치와 범위를 측정하는 사용자 단말;
을 포함하는 뇌질환 치료를 위한 F-TFTA를 사용한 다채널 ECoG 전극과 뇌파 수집 센서를 구비하는 무선 송수신 의료기기.
제1항에 있어서,
상기 플렉시블 기판은 폴리이미드 또는 폴리실리콘 중 어느 하나가 사용되는, 뇌질환 치료를 위한 F-TFTA를 사용한 다채널 ECoG 전극과 뇌파 수집 센서를 구비하는 무선 송수신 의료기기.
제1항에 있어서,
상기 F-TFTA는 각 TFT의 소스에 뇌파 수집 센서가 연결되는, 뇌질환 치료를 위한 F-TFTA를 사용한 다채널 ECoG 전극과 뇌파 수집 센서를 구비하는 무선 송수신 의료기기.
제1항에 있어서,
상기 F-TFTA는 상기 플렉시블 기판 상에 각각의 픽셀마다 ECoG 전극이 구비되는, 뇌질환 치료를 위한 F-TFTA를 사용한 다채널 ECoG 전극과 뇌파 수집 센서를 구비하는 무선 송수신 의료기기.
제1항에 있어서,
상기 F-TFTA는 각각의 픽셀마다 ECoG 전극을 구비하며, 매트릭스 구조로 100~100만개 ECoG 전극들이 구비되는, 뇌질환 치료를 위한 F-TFTA를 사용한 다채널 ECoG 전극과 뇌파 수집 센서를 구비하는 무선 송수신 의료기기.
제1항에 있어서,
상기 ECoG 검출 시스템의 무선 통신부와 상기 사용자 단말의 무선 통신부는 블루투스 통신을 사용하는, 뇌질환 치료를 위한 F-TFTA를 사용한 다채널 ECoG 전극과 뇌파 수집 센서를 구비하는 무선 송수신 의료기기.
제1항에 있어서,
상기 F-TFTA의 각 픽셀은
상기 플렉시블 기판과, 상기 플렉시플 기판위에 형성된 게이트 전극, 상기 게이트 전극을 도포하는 제1 패시베이션층(게이트 절연층), 상기 제1 패시베이션 층 위에 형성된 소스 전극과 드레인 전극, 및 상기 드레인 전극과 상기 소스 전극 사이에 구비되는 활성층으로 사용되는 IGZO 채널층(활성층)으로 구성되는 ECoG 전극을 포함하는, 뇌질환 치료를 위한 F-TFTA를 사용한 다채널 ECoG 전극과 뇌파 수집 센서를 구비하는 무선 송수신 의료기기.
제1항에 있어서,
상기 사용자 단말은
상기 ECoG 검출 시스템으로부터 다채널 ECoG 전극의 뇌파 신호를 수신받는 무선 통신부;
뇌파 분석 프로그램에 의해 각각의 채널별 뇌파 신호를 FFT 변환하여 뇌파신호처리 후 각각의 채널별 뇌파 데이터를 출력하며 뇌파 분석에 의해 뇌전증을 일으키는 비정상 뇌파를 검출하여 뇌전증 발작 부위를 찾아내며, 뇌전증 병소의 위치와 범위의 픽셀에 대하여 "뇌심부 자극술"에 의해 검출된 뇌전증 발작 부위의 신경자극기를 구동되도록 제어하는 제어부;
상기 제어부에 연결되며, 뇌파 분석 프로그램과 환자별 시간에 따른 다채널 ECoG 전극별 뇌파 데이터를 저장하는 저장부; 및
상기 제어부에 연결되며, 채널별 뇌파데이터를 출력하는 LCD 표시부;
를 포함하는 뇌질환 치료를 위한 F-TFTA를 사용한 다채널 ECoG 전극과 뇌파 수집 센서를 구비하는 무선 송수신 의료기기.
제1항에 있어서,
상기 사용자 단말은 뇌파 분석 프로그램(cilent)에 의해 뇌질환 분석 서버(server)와 데이터베이스에 연결되고, client/server 데이터베이스를 포함하는 컴퓨터 분석 시스템을 구축하며, 데이터베이스에 EEG 데이터 또는 ECoG 뇌파 기록 데이터를 저장하고, 환자별 뇌전증 설치류 모델에 따라 이식된 전극을 통한 ECoG신호 무선 기록 데이터 저장, EEG 데이터 또는 ECoG 뇌파 기록 데이터를 분류 및 피처 분석, 환자별 뇌파 기록시간별 델타(δ)파, 쎄타(θ)파, 알파(α)파, 베타(β)파, 감마(γ)파로 분류된 뇌지도와 의료 영상 출력, 뇌전증 수술 부위 정량적 분석, 뇌병변 위치 확인 분석, 환자별 뇌전증 수술과 증상 분석, 임상 실험 결과 분석 및 평가 결과를 데이터베이스에 저장하여 관리되는, 뇌질환 치료를 위한 F-TFTA를 사용한 다채널 ECoG 전극과 뇌파 수집 센서를 구비하는 무선 송수신 의료기기.
플렉시블 기판 상에 각각의 픽셀마다 TFT와 뇌파 수집 센서가 함께 포함된 ECoG 전극과 신경자극기가 구비되는 active matrix 구조로 배치된 F-TFTA, 상기 F-TFTA와 연결된 DDIC;
상기 DDIC와 연결된 제어부와 저장부와 무선 통신부를 구비하며, 각 채널의 ECoG 전극의 TFT의 출력 전압과 전류(I_DS)를 측정하여 병렬처리를 통해 동시에 측정 되는 뇌파 신호의 다채널의 ECoG 신호들을 무선 통신으로 전송하는 ECoG 검출 시스템; 및
상기 ECoG 검출 시스템으로부터 다채널의 ECoG 신호들을 수신받는 무선 통신부, 제어부, 저장부, LCD 표시부를 구비하며, 뇌파신호처리 후 각각의 채널별 뇌파 데이터를 출력하며 뇌파 분석에 의해 뇌전증을 일으키는 비정상 뇌파를 검출하여 뇌전증 발작 부위를 찾아내며, 뇌전증 병소의 위치와 범위의 픽셀에 대하여 뇌심부 자극술에 의해 상기 ECoG 검출 시스템으로 뇌전증 발작 부위의 신경자극기들의 구동 신호를 전송하여 상기 뇌전증 발작 부위의 신경자극기들을 구동하도록 신경자극치료를 제어하는 사용자 단말;
을 포함하는 뇌질환 치료를 위한 F-TFTA를 사용한 다채널 ECoG 전극과 뇌파 수집 센서를 구비하는 무선 송수신 의료기기.
제10항에 있어서,
상기 플렉시블 기판은 폴리이미드 또는 폴리실리콘 중 어느 하나가 사용되며, 0.1 ~ 100㎛ 크기로 제작되는, 뇌질환 치료를 위한 F-TFTA를 사용한 다채널 ECoG 전극과 뇌파 수집 센서를 구비하는 무선 송수신 의료기기.
제10항에 있어서,
상기 F-TFTA는 각 TFT의 소스에 뇌파 수집 센서가 연결되는, 뇌질환 치료를 위한 F-TFTA를 사용한 다채널 ECoG 전극과 뇌파 수집 센서를 구비하는 무선 송수신 의료기기.
제10항에 있어서,
상기 F-TFTA는 상기 플렉시블 기판 상에 각각의 픽셀마다 ECoG 전극 옆에 신경 자극기가 구비되는, 뇌질환 치료를 위한 F-TFTA를 사용한 다채널 ECoG 전극과 뇌파 수집 센서를 구비하는 무선 송수신 의료기기.
제10항에 있어서,
상기 F-TFTA는 각각의 픽셀마다 ECoG 전극 및 신경 자극기를 구비하며, 매트릭스 구조로 100~100만개 ECoG 전극 및 신경 자극기가 구비되는, 뇌질환 치료를 위한 F-TFTA를 사용한 다채널 ECoG 전극과 뇌파 수집 센서를 구비하는 무선 송수신 의료기기.
제10항에 있어서,
상기 ECoG 검출 시스템의 무선 통신부와 상기 사용자 단말의 무선 통신부는 블루투스 통신을 사용하는, 뇌질환 치료를 위한 F-TFTA를 사용한 다채널 ECoG 전극과 뇌파 수집 센서를 구비하는 무선 송수신 의료기기.
제10항에 있어서,
상기 F-TFTA의 각 픽셀은
상기 플렉시블 기판과, 상기 플렉시플 기판위에 형성된 게이트 전극, 상기 게이트 전극을 도포하는 제1 패시베이션층(게이트 절연층), 상기 제1 패시베이션 층 위에 형성된 소스 전극과 드레인 전극, 및 상기 드레인 전극과 상기 소스 전극 사이에 구비되는 활성층으로 사용되는 IGZO 채널층(활성층)으로 구성되는 ECoG 전극; 및
상기 ECoG 전극 옆에 구비된 신경 자극기로써, 상기 플렉시플 기판 연결되며, 상기 플렉시플 기판위에 형성된 게이트 전극, 상기 게이트 전극을 도포하는 제1 및 제2 패시베이션층(게이트 절연층), 및 제1 및 제2 패시베이션층 상에 구비된 전극 자극기;
를 포함하는 뇌질환 치료를 위한 F-TFTA를 사용한 다채널 ECoG 전극과 뇌파 수집 센서를 구비하는 무선 송수신 의료기기.
제10항에 있어서,
상기 사용자 단말은
상기 ECoG 검출 시스템으로부터 다채널 ECoG 전극의 뇌파 신호를 수신받는 무선 통신부;
뇌파 분석 프로그램에 의해 각각의 채널별 뇌파 신호를 FFT 변환하여 뇌파신호처리 후 각각의 채널별 뇌파 데이터를 출력하며 뇌파 분석에 의해 뇌전증을 일으키는 비정상 뇌파를 검출하여 뇌전증 발작 부위를 찾아내며, 뇌심부 자극술에 의해 검출된 뇌전증 발작 부위의 신경자극기가 구동되도록 제어하는 제어부;
상기 제어부에 연결되며, 뇌파 분석 프로그램과 환자별 시간에 따른 다채널 ECoG 전극별 뇌파 데이터를 저장하는 저장부; 및
상기 제어부에 연결되며, 채널별 뇌파데이터를 출력하는 LCD 표시부;
를 포함하는 뇌질환 치료를 위한 F-TFTA를 사용한 다채널 ECoG 전극과 뇌파 수집 센서를 구비하는 무선 송수신 의료기기.
제10항에 있어서,
상기 F-TFTA의 각 픽셀은, 광유전학 기술이 적용되는 경우,
상기 플렉시블 기판과, 상기 플렉시플 기판위에 형성된 게이트 전극, 상기 게이트 전극을 도포하는 제1 패시베이션층(게이트 절연층), 상기 제1 패시베이션 층 위에 형성된 소스 전극과 드레인 전극, 및 상기 드레인 전극과 상기 소스 전극 사이에 구비되는 활성층으로 사용되는 IGZO 채널층(활성층)으로 구성되는 ECoG 전극; 및
상기 ECoG 전극 옆에 구비된 신경 자극기로써, 상기 플렉시플 기판 연결되며, 상기 플렉시플 기판위에 형성된 게이트 전극, 상기 게이트 전극을 도포하는 제1 패시베이션층(게이트 절연층), 상기 드레인 전극과 상기 소스 전극 사이에 구비되는 활성층으로 사용되는 IGZO 채널층(활성층), 상기 IGZO 채널층(활성층) 위에 도포된 제3 패시베이션층과, 상기 제3 패시베이션층에 형성과 픽셀 전극과 Organic LED를 포함하는 전극 자극기;
를 포함하는 뇌질환 치료를 위한 F-TFTA를 사용한 다채널 ECoG 전극과 뇌파 수집 센서를 구비하는 무선 송수신 의료기기.
제10항에 있어서,
상기 뇌파 신호는 통상적으로 125~1000Hz로 샘플링하며, 최대 측정 주파수가 높을수록 분해능이 향상되는, 뇌질환 치료를 위한 F-TFTA를 사용한 다채널 ECoG 전극과 뇌파 수집 센서를 구비하는 무선 송수신 의료기기.
제10항에 있어서,
상기 신경 자극기는 뇌전증 발작 부위에 대하여 광유전학 기술을 적용하여 400~800nm 파장의 블루 LED를 사용하여 빛을 조사하는, 뇌질환 치료를 위한 F-TFTA를 사용한 다채널 ECoG 전극과 뇌파 수집 센서를 구비하는 무선 송수신 의료기기.
제10항에 있어서,
상기 사용자 단말은 뇌파 분석 프로그램(cilent)에 의해 뇌질환 분석 서버(server)와 데이터베이스에 연결되고, client/server 데이터베이스를 포함하는 컴퓨터 분석 시스템을 구축하며, 데이터베이스에 EEG 데이터 또는 ECoG 뇌파 기록 데이터를 저장하고, 환자별 뇌전증 설치류 모델에 따라 이식된 전극을 통한 ECoG신호 무선 기록 데이터 저장, EEG 데이터 또는 ECoG 뇌파 기록 데이터를 분류 및 피처 분석, 환자별 뇌파 기록시간별 델타(δ)파, 쎄타(θ)파, 알파(α)파, 베타(β)파, 감마(γ)파로 분류된 뇌지도와 의료 영상 출력, 뇌전증 수술 부위 정량적 분석, 뇌병변 위치 확인 분석, 환자별 뇌전증 수술과 증상 분석, 임상 실험 결과 분석 및 평가 결과를 데이터베이스에 저장하여 관리되는, 뇌질환 치료를 위한 F-TFTA를 사용한 다채널 ECoG 전극과 뇌파 수집 센서를 구비하는 무선 송수신 의료기기.