KR102332505B1 - 뇌파분석을 이용한 치매 진단정보 제공 방법 - Google Patents

뇌파분석을 이용한 치매 진단정보 제공 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 뇌파분석을 이용한 치매 진단정보 제공 방법에 관한 것으로, 측정 대상자의 전전두엽영역에 해당하는 두부의 전면 좌측 및 우측에 각각 접촉되는 복수의 센싱전극을 통해 폐안 상태에서의 뇌파신호와 개안 상태에서 시청각을 통해 외부자극을 부여한 상황 하에 뇌파신호를 측정하는 측정단계와 측정단계에서 측정된 복수의 센싱전극을 통해 측정된 각각의 뇌파신호의 동기화 여부를 확인하는 확인단계와 확인단계에서의 확인결과에 따라, 경도인지장애 또는 치매 진행 정도에 대한 지수화 된 결과 값을 생성하여, 측정 대상자의 경도인지장애 또는 치매 여부를 판단하는 판단단계 및 판단단계의 판단 결과에 따라 경도인지장애 또는 치매 개선을 위한 개선정보를 생성하는 생성단계를 포함한다.

Description

뇌파분석을 이용한 치매 진단정보 제공 방법{PROVIDING DEMENTIA DIAGNOSIS INFORMATION METHOD USING BRAIN WAVE ANALYSIS}
본 발명은, 측정 대상자의 뇌파분석을 통해 치매 진단정보를 제공하는 기술에 관한 것이다.
우리나라는 노령화 사회가 급속히 진행 중이며, 치매 환자도 급격히 증가하고 있다. 해마다 치매 환자를 관리하고 치료하기 위해 경제적 비용이 기하급수적으로 증가하고 있고, 이를 해소하기 위한 투자와 노력이 계속되고 있다.
현재 병원에서는 치매를 진단하기 위한 방법은 심리학적인 문진을 통한 치매 진단 방법이 일반적으로 행하여지고 있으나, 심리학적인 문진을 통한 치매 진단 방법은 측정 대상자의 설문응답에 의존하기 때문에, 정확한 치매 여부 판단이 어려울 뿐만 아니라, 진단에 많은 시간이 소요되는 문제점이 있었다.
이러한 문제점을 해결하기 위해, 대한민국 등록특허공보 제10-1873247호(출원일: 2016.08.22., 공고일: 2018.08.02., 이하 '종래기술'이라 함.)에서는 바이오마커를 통해 치매 환자의 혈청에 포함된 특이 항체의 발생여부를 통해 심리학적 문진 방식에 비해 비교적 높은 정확도의 치매 여부의 확인이 가능한 기술이 개시된 바 있다.
하지만, 종래기술은 수혈을 통해 치매여부 판단이 이루어지기, 때문에 측정 대상자 진단의 거부감이 발생할 수 있고, 수혈에 따른 2차 감염의 위험에 노출될 수 있음은 물론, 치매 또는 치매로 이어질 수 있는 경도인지장애를 발생시키는 원인의 확인이 어렵고, 항체의 발생 및 항체의 농도 변화가 단기간에 이루어지지 않기 때문에, 치매 또는 경도인지장애를 예방하기 위해 수행되는 훈련이 실제 도움을 주고 있는 지에 대한 즉각적인 확인이 어려운 문제점이 있었다.
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위해, 치매 또는 경도인지장애 여부 판단 및 발생 원인에 대한 세부적인 정보 제공이 가능한 뇌파분석을 이용한 치매 진단정보 제공 기술을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 뇌파분석을 이용한 치매 진단정보 제공 방법, 측정 대상자의 전전두엽영역에 해당하는 두부의 전면 좌측 및 우측에 각각 접촉되는 복수의 센싱전극을 통해 폐안 상태에서의 뇌파신호와 개안 상태에서 시청각을 통해 외부자극을 부여한 상황 하에 뇌파신호를 측정하는 측정단계; 상기 측정단계에서 측정된 복수의 센싱전극을 통해 측정된 각각의 뇌파신호의 동기화 여부를 확인하는 확인단계; 상기 확인단계에서의 확인결과에 따라, 측정 대상자의 경도인지장애 또는 치매 여부를 판단하는 판단단계; 및 상기 판단단계의 판단 결과에 따라 경도인지장애 또는 치매 여부에 대한 진단정보를 제공하는 제공단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 측정단계는 한 쌍의 센싱전극으로 이루어진 측정단위 복수개를 측정 대상자의 전전두엽영역에 해당하는 두부의 중심을 기준으로 대칭을 이루는 좌측영역과 우측영역 각각에 접촉시킨 상태로 측정 대상자의 뇌파 신호를 측정하는 단계인 것을 특징으로 한다.
그리고, 상기 확인단계는, 각 센싱전극으로부터 센싱된 뇌파신호를 미리 설정된 샘플링 간격(Fixed sampling interval) 단위로 분할하여 센싱전극별로 시계열정보 형태의 분할뇌파정보를 생성하는 분할단계; 상기 분할단계에서 생성된 분할뇌파정보를 푸리에 변환(Fourier transform)을 통해 주파수 영역으로 변환한 변환뇌파정보를 생성하는 변환단계; 및 GFS(Global Field Synchronization)를 이용하여 상기 변환단계에서 생성된 변환뇌파정보의 동기화 값을 산출하는 산출단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 산출단계는 1Hz 내지 3.5Hz의 델타(Delta) 대역, 3.5Hz 내지 7Hz의 세타(Theta) 대역, 8Hz 내지 12Hz의 알파(Alpha) 대역, 13Hz 내지 30Hz의 베타(Beta) 대역 또는 31Hz 내지 50Hz의 감마(Ganna) 대역 중 적어도 어느 하나의 주파수 대역에 대한 상기 변환뇌파정보의 동기화 값을 산출하는 단계인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 산출단계는 델타, 세타, 알파, 베타, 감마 대역에서의 상기 변환뇌파정보의 복소수 값을 산출하고, 복소평면 상에서의 산출된 복소수 값의 좌표에 대한 주성분 분석(PCA, Principle Component Analysis)을 통해 적어도 둘 이상의 고유치를 획득하고, 획득한 적어도 둘 이상의 고유치로부터 동기화 값을 산출하는 단계인 것을 특징으로 한다.
덧붙여, 상기 산출단계는 주성분 분석을 통해 상기 변환뇌파정보로부터 획득한 적어도 둘 이상의 고유치 중, 가장 큰 값을 가지는 제1 고유치(P1, First Principle Component) 및 상기 제1 고유치와 직교하는 성질을 가지는 제2 고유치(Second Principle Component)를 산출하고, 산출된 제1 및 제2 고유치를 아래의 수식 1에 대입하여 동기화 값을 산출하는 단계인 것을 특징으로 한다.
(수식 1)
Figure 112021021878520-pat00001
S(f): 동기화 값
P(f)1: 제1 고유치
P(f)2: 제2 고유치
이때, 상기 판단단계는 상기 산출단계에서 산출된 델타, 세타, 알파, 베타 또는 감마 중 적어도 어느 하나의 주파수 대역에서의 상기 변환뇌파정보의 동기화 값이 미리 설정한 기준을 초과한 경우에 한하여, 경도인지장애 또는 치매 진행 정도에 대한 지수화 된 결과 값을 생성하여, 측정 대상자의 경도인지장애 또는 치매 여부를 판단하는 단계인 것을 특징으로 한다.
더불어, 상기 판단단계는 델타, 세타, 알파, 베타 또는 감마 중 적어도 어느 하나의 주파수 대역에서 미리 설정한 기준을 초과한 동기화 값을 가지는 변환뇌파정보에 대하여, 각각 해당 변환뇌파정보가 이루는 파형의 크기에 대한 제1 결과 값, 기 저장된 기준 파형과의 일치 정도를 수치화한 제2 결과 값, 측정 대상자의 두부 좌측영역의 센싱전극에서 측정한 뇌파신호로부터 산출한 동기화 값과 우측영역에서 측정한 뇌파신호로부터 산출한 동기화 값을 차 연산한 제3 결과 값 및 미리 설정한 기준을 초과한 동기화 값을 가지는 변환뇌파정보 중 적어도 둘 이상의 변환뇌파정보의 비율(Ratio)에 따른 제4 결과 값을 산출하고, 산출된 제1, 제2, 제3 및 제4 결과 값의 합산 값이 기 설정한 임계치를 초과하는지 여부에 따라 측정 대상자의 경도인지장애 또는 치매 여부를 판단하는 단계인 것을 특징으로 한다.
아울러, 상기 제공단계에서 제공되는 진단정보는 상기 판단단계에서 산출된 제2, 제3 및 제4 결과 값으로부터 측정 대상자의 좌뇌 및 우뇌의 균형 상태, 과각성 여부, 스트레스 상태를 수치화된 정보 형태로 나타낸 정보인 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 뇌파분석을 이용한 치매 진단정보 제공 방법은, 복수의 센싱전극을 통해 측정 대상자로부터 측정된 뇌파신호의 신뢰도 높은 측정 결과 산출이 가능하여, 측정 대상자의 뇌파신호와 정상인의 뇌파신호에 대한 주파수 대역별 비교를 통한 경도인지장애 또는 치매 여부 판단이 가능한 효과가 있다.
또한, 본 발명에 따른 뇌파분석을 이용한 치매 진단정보 제공 방법은, 판단부분이 측정 대상자의 세타 대역 주파수 성분의 크기, 알파 대역 주파수 성분의 형상, 좌뇌와 우뇌의 균형, 과각성 상태여부를 종합적으로 확인하여 측정 대상자의 경도인지장애 또는 치매 여부 판단을 수행함에 따라, 치매 여부뿐만 아니라 치매로 이어질 수 있는 경도인지장애 정도 및 발생원인 분석이 가능해짐에 따라, 치매 예방 및 경도인지장애 완화를 위한 적합한 훈련방식의 선택을 도울 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 뇌파분석을 이용한 치매 진단정보 제공 방법을 단계적으로 도시한 순서도이다.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 뇌파분석을 이용한 치매 진단정보 제공 방법에서 확인단계의 각 세부단계를 통해 생성되는 정보를 개략적으로 도시한 것이다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 뇌파분석을 이용한 치매 진단정보 제공 방법의 바람직한 실시 예를 상세히 설명한다.
각 도면에 제시된 동일한 참조부호는 동일한 부재를 나타낸다. 또한 본 발명의 실시 예들에 대해서 특정한 구조적 내지 기능적 설명들은 단지 본 발명에 따른 실시 예를 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로, 다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 명세서에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는 것이 바람직하다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 뇌파분석을 이용한 치매 진단정보 제공 방법을 단계적으로 도시한 순서도이다.
도 1을 참조하여 설명하자면, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 뇌파분석을 이용한 치매 진단정보 제공 방법은 측정단계(S100), 확인단계(S200), 판단단계(S300) 및 생성단계(S400)를 포함할 수 있다.
측정단계(S100)는 측정 대상자의 전전두엽영역에 해당하는 두부의 전면 좌측 및 우측에 각각 접촉되는 복수의 센싱전극을 통해 폐안 상태에서의 뇌파신호와 개안 상태에서 시청각을 통해 외부자극을 부여한 상황 하에 뇌파신호를 측정하는 단계이다. 이때, 측정단계(S100)는 폐안 상태의 측정 대상자의 뇌파신호를 1분 동안 측정하고, 뒤 이어, 개안 상태에서 시청각을 통해 외부자극을 부여한 상황 하에 4분 동안 뇌파신호를 측정하는 방식으로 측정 대상자의 뇌파신호를 측정할 수 있다.이때, 측정단계(S100)는 뇌파신호 중, 실제 치매와 높은 관련성을 가지면서 기억 회상 또는 명상 등의 조용한 집중상태에서 비교적 잘 관찰되는 성질을 가지는 세타 대역에 대한 뇌파신호 획득과 개안 상태의 시청각 자극에 대한 인지장애 발생여부 확인을 위한 뇌파신호 획득이 가능하도록 폐안 상태와 개안 상태의 뇌파신호를 나누어 측정하게 되며, 길지 않은 시간을 두고 폐안 상태에서의 측정 이후에 개안 상태에서의 측정을 수행함이 바람직하다.
여기서, 측정단계(S100)에서는 한 쌍의 센싱전극으로 이루어진 측정단위 복수개를 측정 대상자의 전전두엽영역에 해당하는 이마의 중심을 기준으로 대칭을 이루는 이마 좌측영역과 우측영역 각각에 접촉시킨 상태로 측정 대상자의 뇌파 신호를 측정할 수 있다. 이 단계에서 측정 대상자의 눈의 깜빡임, 움직임 등에 의한 뇌파신호 내의 아티팩트 및 노이즈의 발생을 최소화하고, 세타파의 원활한 측정이 가능하도록, 전체 센싱 과정에서 측정 대상자가 폐안 상태로 의자 또는 소파 등에 착석 중인 상태에서의 뇌파신호를 측정할 수 있다. 이렇듯, 측정단계(S100)에서 폐안 상태 측정 대상자의 뇌파신호 센싱은 세타파의 발생을 유도하기 위한 것이다.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 뇌파분석을 이용한 치매 진단정보 제공 방법에서 확인단계의 각 세부단계를 통해 생성되는 정보를 개략적으로 도시한 것이다.
도 2를 참조하여 설명하자면, 확인단계(S200)는 측정단계(S100)에서 측정된 복수의 센싱전극을 통해 측정된 각각의 뇌파신호의 동기화 여부를 확인하는 단계이며, 분할단계(S210), 변환단계(S220) 및 산출단계(S230)를 포함할 수 있다.
확인단계(S200)의 세부단계를 설명하기에 앞서, 본 확인단계(S200)에서 측정단계(S100)에서 측정된 복수의 센싱전극을 통해 측정된 각각의 뇌파신호의 동기화 여부를 확인하기 위한 GFS를 이용한 동기화 값 산출에 대하여 간략하게 설명하자면, 확인단계(S200)는 뇌의 활동에서 관측되는 전기적 활동에 대하여 복수의 센싱전극(E)을 통해 얻어진 EGG(Electroencephalogram, 뇌전도) 파형을 해석하고, 일반인의 EGG파형의 해석결과와 비교함으로써 측정 대상자의 치매 또는 치매로 발전될 수 있는 경도인지장애 여부를 판단하는 것을 목적으로 한다. 이때, 확인단계(S200)에서는 시간(T)-응답(R)그래프 형태로 나타나는 EGG파형으로부터 치매 또는 경도인지장애여부 판단의 근거가 되는 알파(Alpha)파, 베타(Beta)파, 감마(Gamma)파, 델타(Delta)파, 세타(Theta)파에 해당하는 주파수 대역의 파형, 크기 등을 확인하는 것을 기본으로 한다. 여기서, EGG 파형은 측정 대상자의 이마 좌측 및 우측영역에 부착된 복수의 센싱전극을 사용하여 센싱되기 때문에 각각의 센싱전극에서 측정된 신호 사이의 동기화 값을 계산하여, 각 센싱전극에서 센싱한 EGG파형의 동기화 정도를 확인함으로써, 복수개의 EGG 파형으로도 동일한 판단이 적용될 수 있게 된다. 이때, 후술할 판단단계(S300)에서는 정상인들의 EGG 파형, 알파(Alpha), 베타(Beta), 감마(Gamma), 델타(Delta) 및 세타(Theta) 주파수 대역별 동기화 값에 대한 통계적 데이터가 기 저장되고, 이후의 산출 값에 의해 통계적 데이터의 갱신이 가능한 데이터베이스 내의 데이터와 동기화 된 것으로 확인된 측정 대상자의 EGG 파형을 비교함으로써 측정 대상자의 치매 또는 경도인지장애 여부와 치매 또는 경도인지장애 정도를 판단할 수 있게 된다.
이하에서는, 상술한 내용을 바탕으로 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 뇌파분석을 이용한 치매 진단정보 제공 방법에서 확인단계(S200)의 세부단계인, 분할단계(S210), 변환단계(S220) 및 산출단계(S230)에 대하여 좀 더 자세히 설명하도록 한다.
분할단계(S210)는 각 센싱전극으로부터 센싱된 뇌파신호를 미리 설정된 샘플링 간격(Fixed sampling interval) 단위로 분할하여 센싱전극별로 시계열정보 형태의 분할뇌파정보를 생성하는 단계이다. 분할단계(S210)에서는 도 2에서와 같이, 각각의 센싱전극으로부터 센싱된 시간(T)-응답(R) 그래프 형태의 뇌파신호를 1 초(Sec) 단위로 분할하는 단계이다. 즉, 분할단계(S210)에서 생성하는 분할뇌파정보는 각 센싱전극으로부터 센싱된 뇌파신호를 1초 단위와 같이 미리 설정된 시간 단위로 분할한 시계열정보의 형태를 나타낸다.
변환단계(S220)는 분할단계에서 생성된 분할뇌파정보를 푸리에 변환(Fourier transform)을 통해 주파수 영역으로 변환한 변환뇌파정보를 생성하는 단계이다. 도 2를 참조하자면, 변환단계(S220)에서는 푸리에 변환을 통해 분할단계(S210)에서 1초 단위로 분할된 시간(T)-응답(R) 그래프 형태의 분할뇌파정보를 주파수(F)-응답(R) 그래프 형태의 변환뇌파정보로 변환할 수 있다.
산출단계(S230)는 GFS(Global Field Synchronization)를 이용하여 변환단계에서 생성된 변환뇌파정보의 동기화 값을 산출하는 단계이다. 여기서, 산출단계(S230)에서는 1Hz 내지 3.5Hz의 델타(Delta) 대역, 3.5Hz 내지 7Hz의 세타(Theta) 대역, 8Hz 내지 12Hz의 알파(Alpha) 대역, 13Hz 내지 30Hz의 베타(Beta) 대역 또는 31Hz 내지 50Hz의 감마(Ganna) 대역 중 적어도 어느 하나의 주파수 대역에 대한 변환뇌파정보의 동기화 값이 산출된다.
좀 더 상세하게 설명하자면, 변환단계(S220)에서 주파수 영역으로 변환된 변환뇌파정보는 실수부와 허수부로 나누어지는 복소수 값을 가지게 된다. 이때, 변환뇌파정보는 알파(Alpha)파, 베타(Beta)파, 감마(Gamma)파, 델타(Delta)파, 세타(Theta)파 대역에서 실수부와 허수부를 가지면서 실수부와 허수부를 좌표로 하여복소평면 상에 나타낼 수 있는 복소수 값을 가질 수 있다. 따라서, 산출단계(S230)에서는 상술한 각각의 주파수 영역별로 복수의 센싱전극을 통해 생성된 복수의 변환뇌파정보에 대한 각각의 복소수 값을 산출한다. 이후, 산출단(S230)에서는 산출된 복소수 값의 복소평면 상에서의 좌표에 해당하는 실수부와 허수부의 값을 행렬 형태로 조합하고 대한, 조합된 행렬에 대해 주성분 분석(PCA, Principle Component Analysis)을 실시하여 적어도 둘 이상의 고유치를 얻게 된다. 이때, 산출단계(S230)에서는 적어도 둘 이상의 고유 치 중 가장 큰 값이면서 주성분 분석에서의 첫 번째 성분(First principle component)에 해당하는 고유치를 제1 고유치(P(f)1)로서 추출하고, 첫 번째 성분과 직교하는 성질을 가진 두 번째 성분(Second principle component)에 해당하는 고유치를 제2 고유치(P(f)2)로서 추출하게 된다. 이후, 산출단계(S230)에서는 추출한 제1 고유치(P(f)1)와 제2 고유치(P(f)2)를 아래의 <식 1>에 대입하면 동기화 값(GFS 값, S(f))을 얻게 된다.
<식 1>
Figure 112021021878520-pat00002
S(f): 동기화 값
P(f)1: 제1 고유치
P(f)2: 제2 고유치
여기서, 산출된 동기화 값(S(f))은 0과 1 사이의 값을 가지면서, 1에 가까울수록 복수의 센싱전극을 통해 센싱한 뇌파신호가 동기화된 신호인 것으로 판단하고, 0에 가까울수록 동기화되니 않은 신호인 것으로 판단하게 된다.
판단단계(S300)는 산출단계(S230)에서 산출된 델타, 세타, 알파, 베타 또는 감마 중 적어도 어느 하나의 주파수 대역에서의 상기 변환뇌파정보의 동기화 값이 미리 설정한 기준을 초과한 경우에 한하여, 경도인지장애 또는 치매 진행 정도에 대한 지수화 된 결과 값을 생성하여, 측정 대상자의 경도인지장애 또는 치매 여부를 판단하는 단계이다.
한편, 판단단계(S300)는 산출단계(S230)에서 산출된 변환뇌파정보의 동기화 값의 크기에 따라 치매 여부를 판단할 수 있으며, 상술한 바와 같이, 측정 대상자의 뇌파신호로부터 얻어낸 주파수 대역별 동기화 값을 기 저장된 정상인의 뇌파신호로부터 얻어낸 주파수 대역별 동기화 값과 비교하여 경도인지장애 또는 치매 여부를 판단할 수 있으며, 상세하게는 세타 대역 주파수 성분의 크기, 알파 대역 주파수 성분의 형상, 좌뇌와 우뇌의 균형, 과각성 상태여부를 종합적으로 확인하여, 측정 대상자의 경도인지장애 또는 치매 여부 판단을 수행한다.
상세하게는, 판단단계(S300)에서는 산출단계(S230)에서 측정 대상자로부터 측정한 뇌파신호로부터 산출한 세타 대역의 변환뇌파정보의 동기화 값이 미리 설정한 기준 값을 초과한 것(=동기화 된 것)으로 확인되면, 측정 대상자의 세타 대역의 변환뇌파정보가 이루는 주파수 성분의 크기가 기 저장된 정상인의 세타 대역의 변환뇌파정보가 이루는 주파수 성분의 크기보다 큰 경우에 한하여, 차이의 크기를 수치화하여 제1 결과 값을 생성한다.
그리고, 판단단계(S300)에서는 산출단계(S230)에서 측정 대상자로부터 측정한 뇌파신호로부터 산출한 알파 대역의 변환뇌파정보의 동기화 값이 미리 설정한 기준 값을 초과한 것(=동기화 된 것)으로 확인되면, 측정 대상자의 알파 대역의 변환뇌파정보가 이루는 주파수의 형상을 정상인의 알파 대역의 변환뇌파정보가 이루는 주파수 형상과 이미지 프로세싱을 통한 주파수 형상의 면적 비교, 피크(Peak) 값의 상한 평균값 및 하한 평균값의 차 값의 비교를 통해 형상의 차이 또는 측정 대상자의 알파 대역의 변환뇌파정보가 이루는 주파수의 진폭과 정상인의 알파 대역의 변환뇌파정보가 이루는 주파수의 진폭의 차이 중 적어도 어느 하나를 수치화하여 제2 결과 값을 생성한다.
또한, 판단단계(S300)는 산출단계(S230)에서 측정 대상자로부터 측정한 뇌파신호로부터 산출한 델타, 세타, 알파, 베타 및 감마 대역의 변환뇌파정보의 동기화 값이 미리 설정한 기준 값을 초과한 것(=동기화 된 것)으로 확인되면, 측정 대상자의 이마 좌측영역에 접촉하는 센싱전극으로부터 센싱된 뇌파신호에 대한 제1 동기화 값과 측정 대상자의 이마 우측영역에 접촉하는 센싱전극으로부터 센싱된 제2 동기화 값을 차 연산하고, 연산 결과 값의 크기를 수치화하여 제3 결과 값을 생성한다.
끝으로, 판단단계(S300)는 산출단계(S230)에서 측정 대상자로부터 측정한 뇌파신호로부터 산출한 델타, 세타, 베타 및 감마 대역의 변환뇌파정보의 동기화 값이 미리 설정한 기준 값을 초과한 것(=동기화 된 것)으로 확인되면, 측정 대상자의 델타 및 세타 대역의 변환뇌파정보와 베타 및 감마 대역의 변환뇌파정보의 비(Ratio)를 확인하고, 델타 및 세타 대역의 변환뇌파정보를 1로 하여, 델타 및 세타 대역의 변환뇌파정보 대비 베타 및 감마 대역의 변환뇌파정보 비율을 수치화하여 제4 결과 값을 생성한다.
이후, 판단단계(S300)에서는 산출한 제1, 제2, 제3 및 제4 결과 값에 개별적으로 가중치를 적용시키고 이를 합산하여, 측정 대상자의 경도인지장애 또는 치매 여부를 판단하기 위한 종합지수를 산출한다. 이때, 판단단계(S300)에서의 종합지수 산출은 제3 및 제4 결과 값보다 치매여부 판단에 큰 비중을 가지는 제1 및 제2 결과 값에 큰 가중치를 적용하여 이루어 질 수 있으며, 산출된 종합지수는 백분율 형태로 나타날 수 있다. 그리고, 측정 대상자의 뇌파신호로부터 산출된 종합지수가 미리 설정한 임계치(예를 들어, 75/100)를 초과하였는지 여부를 통해 치매 여부를 판단하게 된다.
생성단계(S400)는 판단단계(S300)의 판단 결과에 따라 경도인지장애 또는 치매 여부에 대한 진단정보를 제공하는 단계이다. 이때, 생성단계(S400)에서는 생성하는 진단정보는 판단단계(300)에서 산출된 제2, 제3 및 제4 결과 값으로부터 측정 대상자의 좌뇌 및 우뇌의 균형 상태, 과각성 여부, 스트레스 상태를 수치화된 정보 형태로 나타낸 정보일 수 있으며, 진단정보를 통해 측정 대상자의 좌뇌 및 우뇌의 균형 상태, 스트레스 상태 및 과각성 여부를 정상인과 비교하여 확인할 수 있게 되어, 측정 대상자의 치매 판단 부가적인 정보를 제공할 수 있음은 물론, 과각성, 스트레스 완화 및 좌뇌와 우뇌 사용의 밸런스 조절을 통한 치매 또는 경도인지장애 완화에 적합한 훈련방식 선택을 도울 수 있게 된다.
즉, 본 발명에 따른 뇌파분석을 이용한 치매 진단정보 제공 방법은, 복수의 센싱전극을 통해 측정 대상자로부터 측정된 뇌파신호의 신뢰도 높은 측정 결과 산출이 가능하여, 측정 대상자의 뇌파신호와 정상인의 뇌파신호에 대한 주파수 대역별 비교를 통한 경도인지장애 또는 치매 여부 판단이 가능한 효과가 있다.
또한, 본 발명에 따른 뇌파분석을 이용한 치매 진단정보 제공 방법은, 판단부분이 측정 대상자의 세타 대역 주파수 성분의 크기, 알파 대역 주파수 성분의 형상, 좌뇌와 우뇌의 균형, 과각성 상태여부를 종합적으로 확인하여 측정 대상자의 경도인지장애 또는 치매 여부 판단을 수행함에 따라, 치매 여부뿐만 아니라 치매로 이루어질 수 있는 경도인지장애 정도 및 발생원인 분석이 가능해짐에 따라, 치매 예방 및 경도인지장애 완화를 위한 적합한 훈련방식의 선택을 도울 수 있는 효과가 있다.
상기한 본 발명의 실시 예는 예시의 목적을 위해 개시된 것이고, 본 발명에 대해 통상의 지식을 가진 당업자라면 본 발명의 사상과 범위 안에서 다양한 수정, 변경, 부가가 가능할 것이며, 이러한 수정, 변경 및 부가는 하기의 특허 청구범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이다.

Claims (9)

  1. 복수의 센싱전극을 통해 측정 대상자로부터 측정된 뇌파신호로부터 치매 진단정보를 생성 제공하는 장치의 치매 진단정보 제공방법에 있어서,
    측정 대상자의 전전두엽영역에 해당하는 두부의 전면 좌측 및 우측에 각각 접촉되는 복수의 센싱전극을 통해 폐안 상태에서의 뇌파신호와 개안 상태에서 시청각을 통해 외부자극을 부여한 상황 하에 뇌파신호를 측정하는 측정단계;
    상기 측정단계에서 측정된 복수의 센싱전극을 통해 측정된 각각의 뇌파신호의 동기화 여부를 확인하는 확인단계;
    상기 확인단계에서의 확인결과에 따라, 측정 대상자의 경도인지장애 또는 치매 진행 정도에 대한 지수화 된 결과 값을 생성하는 판단단계; 및
    상기 판단단계에서 생성된 결과 값으로부터 경도인지장애 또는 치매 여부에 대한 진단정보를 생성하는 생성단계;를 포함하고,
    상기 측정단계는 한 쌍의 센싱전극으로 이루어진 측정단위 복수개를 측정 대상자의 전전두엽영역에 해당하는 두부의 중심을 기준으로 대칭을 이루는 좌측영역과 우측영역 각각에 접촉시킨 상태로 측정 대상자의 뇌파 신호를 측정하는 단계이며,
    상기 확인단계는,
    각 센싱전극으로부터 센싱된 뇌파신호를 미리 설정된 샘플링 간격(Fixed sampling interval) 단위로 분할하여 센싱전극별로 시계열정보 형태의 분할뇌파정보를 생성하는 분할단계;
    상기 분할단계에서 생성된 분할뇌파정보를 푸리에 변환(Fourier transform)을 통해 주파수 영역으로 변환한 변환뇌파정보를 생성하는 변환단계; 및
    GFS(Global Field Synchronization)를 이용하여 상기 변환단계에서 생성된 변환뇌파정보의 동기화 값을 산출하는 산출단계;를 포함하고,
    상기 산출단계는 1Hz 내지 3.5Hz의 델타(Delta) 대역, 3.5Hz 내지 7Hz의 세타(Theta) 대역, 8Hz 내지 12Hz의 알파(Alpha) 대역, 13Hz 내지 30Hz의 베타(Beta) 대역 또는 31Hz 내지 50Hz의 감마(Ganna) 대역 중 적어도 어느 하나의 주파수 대역 대한 상기 변환뇌파정보의 동기화 값을 산출하는 단계이며,
    상기 산출단계는 델타, 세타, 알파, 베타, 감마 대역에서의 상기 변환뇌파정보의 복소수 값을 산출하고, 복소평면 상에서의 산출된 복소수 값의 좌표에 대한 주성분 분석(PCA, Principle Component Analysis)을 통해 적어도 둘 이상의 고유치를 획득하고, 획득한 적어도 둘 이상의 고유치로부터 동기화 값을 산출하는 단계인 것을 특징으로 하는 뇌파분석을 이용한 치매 진단정보 제공 방법.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 제1항에 있어서,
    상기 산출단계는 주성분 분석을 통해 상기 변환뇌파정보로부터 획득한 적어도 둘 이상의 고유치 중, 가장 큰 값을 가지는 제1 고유치(P1, First Principle Component) 및 상기 제1 고유치와 직교하는 성질을 가지는 제2 고유치(Second Principle Component)를 산출하고, 산출된 제1 및 제2 고유치를 아래의 수식 1에 대입하여 동기화 값을 산출하는 단계인 것을 특징으로 하는 뇌파분석을 이용한 치매 진단정보 제공 방법.
    (수식 1)
    Figure 112021090507558-pat00003

    S(f): 동기화 값
    P(f)1: 제1 고유치
    P(f)2: 제2 고유치
  7. 제6항에 있어서,
    상기 판단단계는 상기 산출단계에서 산출된 델타, 세타, 알파, 베타 또는 감마 중 적어도 어느 하나의 주파수 대역에서의 상기 변환뇌파정보의 동기화 값이 미리 설정한 기준을 초과한 경우에 한하여, 경도인지장애 또는 치매 진행 정도에 대한 지수화 된 결과 값을 생성하여, 측정 대상자의 경도인지장애 또는 치매 진행 정도에 대한 지수화 된 결과 값을 생성하는 단계인 것을 특징으로 하는 뇌파분석을 이용한 치매 진단정보 제공 방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 판단단계는 델타, 세타, 알파, 베타 또는 감마 중 적어도 어느 하나의 주파수 대역에서 미리 설정한 기준을 초과한 동기화 값을 가지는 변환뇌파정보에 대하여, 각각 해당 변환뇌파정보가 이루는 파형의 크기에 대한 제1 결과 값, 기 저장된 기준 파형과의 일치 정도를 수치화한 제2 결과 값, 측정 대상자의 두부 좌측영역의 센싱전극에서 측정한 뇌파신호로부터 산출한 동기화 값과 우측영역에서 측정한 뇌파신호로부터 산출한 동기화 값을 차 연산한 제3 결과 값 및 미리 설정한 기준을 초과한 동기화 값을 가지는 변환뇌파정보 중 적어도 둘 이상의 변환뇌파정보의 비율(Ratio)에 따른 제4 결과 값을 산출하고, 산출된 제1, 제2, 제3 및 제4 결과 값에 개별적으로 가중치를 적용시키고 합산하여, 측정 대상자의 경도인지장애 또는 치매 여부 판단의 근거가 되는 종합지수를 산출하는 단계인 것을 특징으로 하는 뇌파분석을 이용한 치매 진단정보 제공 방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 진단정보는 상기 판단단계에서 산출된 제2, 제3 및 제4 결과 값으로부터 측정 대상자의 좌뇌 및 우뇌의 균형 상태, 과각성 여부, 스트레스 상태를 수치화된 정보 형태로 나타낸 정보인 것을 특징으로 하는 뇌파분석을 이용한 치매 진단정보 제공 방법.
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