KR102403686B1 - 뇌자극 위치 제공장치 및 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 환자의 뇌에 대한 MRI(Magnetic Resonance Imaging)를 이용하여 환자의 두상을 3차원 모델화하고, 3차원 모델화된 환자의 두상에서 환자의 치료부위에 대응하는 자극목표의 위치를 파악하고 선정하며 상기 선정한 자극목표의 위치에 대응하는 복수개의 자극 최적지점 후보를 지정하고 복수의 자극 최적지점 후보 각각에 대해 순차적으로 측정 시뮬레이션을 수행하여 측정결과를 획득한 후 상기 자극목표에 최대로 영향을 주는 측정결과를 나타낸 하나를 자극 최적지점으로 선정하는 뇌자극 위치 제공장치 및 방법에 관한 것이다.

Description

뇌자극 위치 제공장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR PROVIDING POSION OF BRAIN STIMULATION}
본 발명은 뇌자극 기술에 관한 것으로, 특히, 뇌심부 자극술, 경두개 전기뇌자극술 등을 위해 헤드기어에 장착되어 전기나 초음파 또는 적외선, 레이저, 전자기 등을 뇌쪽으로 조사하여 치료나 수술, 건강 개선 등을 위한 장치의 사용에 이용되는 뇌자극 위치 제공장치 및 방법에 관한 것이다.
현재, 파킨슨병, 기억장애, 우울증, 뇌출혈 등과 같이 뇌질환 환자 치료용으로 다양한 종류의 헤드기어가 개발되어 출시되고 있다. 이러한 헤드기어는 치료나 재활을 위해 환자의 뇌의 특정 부위에 전기나 초음파, 적외선, 레이저, 전자기 등을 조사하는 장치이다.
그런데 도 1의 (b)에 도시된 바와 같이 인간의 뇌 구조는 개인마다 각기 다른 특징이 있으며, 이에 따라 도 1의 (a)와 같이 동일한 위치에서 자극을 제공하여도 개인마다 자극 양상이 다르다. 즉, 사람마다 뇌구조가 다르기 때문에 자극지점이 고정되어 있는 헤드기어를 장착한 후 자극을 제공하면 개인마다 받는 자극의 세기가 달라 치료 효과가 떨어지는 경우가 발생한다.
물론 자극지점을 변경할 수 있는 헤드기어를 이용하더라도 사람마다 최적의 자극지점을 파악하는 것이 필요하다.
(1) 출원번호 제10-2018-0125460호 (공개일자 2020년 05월 04일) (2) 등록번호 제10-1833527호 (공고일자 2018년 03월 02일)
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 환자의 뇌구조에 대응하는 최적의 자극 지점을 파악하여 제공하는 뇌자극 위치 제공장치 및 방법을 제공하는 것이다.
또한, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 착용하는 헤드기어의 구조에 대응하여 환자별 최적의 자극지점에 대한 정보를 제공하여 헤드기어에 장착된 하나 이상의 자극기가 최적의 자극지점에 위치할 수 있게 하는 뇌자극 위치 제공장치 및 방법을 제공하는 것이다.
상기된 바와 같은 기술적 과제로 한정되지 않으며, 이하의 실시 예들로부터 또 다른 기술적 과제들이 유추될 수 있다.
상기 과제를 해결하기 위한 실시 예에 따른 본 발명은 환자의 뇌에 대한 MRI(Magnetic Resonance Imaging)를 이용하여 환자의 두상을 3차원 모델화하고, 3차원 모델화된 환자의 두상에서 환자의 치료부위에 대응하는 자극목표의 위치를 선정하는 자극목표 선정부, 그리고 상기 자극목표 선정부에서 선정한 자극목표의 위치에 대응하는 복수개의 자극 최적지점 후보를 지정하고, 복수의 자극 최적지점 후보 각각에 대해 순차적으로 측정 시뮬레이션을 수행하여 측정결과를 획득하며 상기 자극목표에 최대로 영향을 주는 측정결과를 나타낸 하나를 자극 최적지점으로 선정하는 자극위치 선정부를 포함하는 뇌자극 위치 제공장치를 제공한다.
본 발명의 실시 예에 따른 뇌자극 위치 제공장치는 환자의 머리에 착용되어 자극기를 통해 환자에게 뇌자극을 제공하는 적어도 하나의 헤드기어에 대한 정보를 저장하고 있는 헤드기어정보 저장부와, 상기 헤드기어정보 저장부에 저장된 정보 중 환자가 착용할 헤드기어의 정보를 불러오고, 불러온 헤드기어의 정보를 상기 3차원 모델화된 환자의 두상에 적용하여 상기 자극기가 상기 자극 최적지점에 일치하도록 하는 자극기 조절정보를 산출하는 위치조절정보 산출부를 더 포함할 수 있다.
상기에서 자극목표 선정부는 뇌질환이나 치료 부위에 따라서 설정된 자극목표 위치정보에 대한 테이블(table)값을 이용하여 환자에 대한 자극목표의 위치정보를 파악하고, 상기 자극목표의 위치정보를 기반으로 상기 3차원 모델화된 환자의 두상에서 상기 자극목표의 위치를 찾아서 선정할 수 있다.
상기 복수의 자극 최적지점 후보는 상기 자극목표의 주변으로 특정 모양으로 패턴화되어 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 뇌자극 위치 제공장치는 입력되는 정보를 화면으로 표시하여 출력하는 출력부를 더 포함할 수 있다.
상기 과제를 해결하기 위한 다른 실시 예에 따른 본 발명은 제1 환자의 MRI(Magnetic Resonance Imaging)에서 전기적 특성이 상이한 영역을 분할하여 영역분할 영상을 만드는 단계, 상기 영역분할 영상을 이용하여 환자의 두상을 3차원 모델화하는 단계, 상기 3차원 모델화된 환자의 두상에서 환자의 치료부위에 대응하는 자극목표의 위치를 파악하고 선정하는 단계, 상기 선정한 자극목표의 위치에 대응하는 복수개의 자극 최적지점 후보를 지정하는 단계, 상기 복수의 자극 최적지점 후보 각각에 대해 순차적으로 측정 시뮬레이션을 수행하여 측정결과를 저장하는 단계, 저장된 측정결과들을 비교하여 상기 자극목표에 최대로 영향을 주는 제1 측정결과를 파악하는 단계, 그리고 상기 제1 측정결과에 대응하는 자극 최적지점 후보를 자극 최적지점으로 선정하는 단계를 포함하는 뇌자극 위치 제공방법을 제공한다.
본 발명의 실시 예에 따른 뇌자극 위치 제공방법은 환자가 착용할 헤드기어의 정보를 상기 3차원 모델화된 환자의 두상에 적용하여 상기 헤드기어의 자극기가 상기 자극 최적지점에 일치하도록 하는 자극기 조절정보를 산출하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기에서 자극목표의 위치를 파악하고 선정하는 단계 뇌질환이나 치료 부위에 따라서 설정된 자극목표 위치정보에 대한 테이블(table)값을 이용하여 환자에 대한 자극목표의 위치정보를 파악하고, 상기 자극목표의 위치정보를 기반으로 상기 3차원 모델화된 환자의 두상에서 상기 자극목표의 위치를 찾아서 선정한다.
발명의 실시 예에 따르면, 환자별 최적의 자극지점에 대한 정보 또는 헤드기어 조절정보를 제공하여 헤드기어의 자극기가 최적의 자극지점에 위치할 수 있게 한다.
본 발명의 실시 예에 따르면, 헤드기어를 이용한 치료시에 환자마다 동일하게 최고의 치료 효과를 가질 수 있게 한다.
도 1은 동일한 자극위치에 따른 일반적인 사람들의 뇌구조에 대응하는 치료 효과 정도를 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 본 발명의 개념을 설명하기 위한 개념도이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 뇌자극 위치 제공장치의 블록 구성도이다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 뇌자극 위치 정보 제공방법을 보인 순서도이다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 뇌자극 위치 제공장치에서 MRI 영상을 처리하는 과정을 보인 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 뇌자극 위치 제공장치에서 3차원 두뇌 영상에서 자극목표와 자극 최적지점의 후보군을 보인 도면이다.
도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 뇌자극 위치 제공장치에서 이용하는 헤드기어의 초기 위치를 파악하기 위는 기준점에 대한 도면이다.
도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 뇌자극 위치 제공장치에서 이용하는 헤드기어의 일 예를 보인 도면이다.
도 9는 도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 뇌자극 위치 제공장치에서 이용하는 헤드기어의 요부 구성을 보인 도면이다.
아래에서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자들(이하, 통상의 기술자들)이 본 발명을 용이하게 실시할 수 있도록, 첨부되는 도면들을 참조하여 몇몇 실시 예가 명확하고 상세하게 설명될 것이다. 또한, 명세서에서 사용되는 "부" 이라는 용어는 하드웨어 구성요소 또는 회로를 의미할 수 있다.
이하에서는 첨부한 도면을 참조로 하여 본 발명의 실시 예에 따른 뇌자극 위치 제공장치 및 방법을 설명한다.
도 2는 본 발명의 개념을 설명하기 위한 개념도이다. 도 2를 참고하면, 본 발명은 환자의 뇌영상에서 해당 환자의 뇌구조에 맞는 자극 최적지점을 파악하고, 자극 최적지점을 환자 또는 전문가에게 알린다.
여기서, 자극 최적지점은 헤드기어의 자극기를 통해 환자의 뇌에 제공되는 자극(예; 전기, 초음파, 레이저, 전자기, 적외선, 자외선 등)이 환자에게 최대로 영향을 주게 하는 지점이다. 예컨대, 도 1을 참고하면, 자극 최적지점은 헤드기어(200)를 통해 제1 자극과 제2 자극이 환자에게 제공되는 경우에, 제1 자극에 의해 가장 영향을 받는 제1 위치와 제2 자극에 의해 가장 영향을 받는 제2 위치이다. 물론 환자에게 제공하는 자극이 하나인 경우에 자극 최적지점은 하나가 되고, 세개인 경우에 자극 최적지점은 세개가 된다.
자극 최적지점을 파악하는 것과 함께 본 발명은 환자가 헤드기어(200)를 착용하였을 때 헤드기어(200)를 통해 환자의 자극 최적지점에 자극이 가해지도록 하는 자극기 조절정보를 생성하여 제공한다.
일반적으로, 올바른 착용 가이드에 따라 헤드기어를 착용하는 경우에도 각 환자마다 헤드기어에 장착된 자극기의 위치가 해당 환자의 자극 최적지점에 위치하고 있지 않는 것이 대부분이다. 이러한 이유는 도 1을 참조로 설명한 바와 같이 사람마다 뇌 구조가 다르기 때문이고, 머리의 형상이 다르기 때문이다.
따라서, 헤드기어 착용 후 환자나 전문가에 의해 자극 최적지점에 대응하여 자극기의 위치를 조절하는 행위가 요구된다. 이때에 자극기의 위치를 조절하는 것은 환자 또는 전문자에 의한 눈대중으로 수행될 것이고, 그에 따라 자극기가 정확한 자극 최적지점에 위치하지 못하는 문제가 발생할 수 있다.
자극기 조절정보는 환자나 전문가가 참고하여 자극기의 위치를 자극 최적지점에 위치할 수 있게 하는 정보이다. 이러한 자극기 조절정보는 자극을 제공하는 자극기가 탈착되거나 위치이동이 가능한 헤드기어나, 복수의 자극기가 설치된 상태에서 치료시에 복수의 자극기 중 일부만 동작하도록 하는 헤드기어에 적용되는 것이 양호하지만, 이에 한정되지 않는다.
본 발명은 자극 최적지점을 파악하고 제공하거나, 자극기 조절정보를 파악하고 제공하는 것을 뇌자극 위치 정보 제공 방법 또는 뇌자극 위치 제공장치(100)를 통해 달성한다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 뇌자극 위치 제공장치의 블록 구성도이다. 도 3을 참고하면, 본 발명의 실시 예에 따른 뇌자극 위치 제공장치(100)는 자극목표 선정부(110) 및 자극위치 선정부(120)를 포함한다. 또한, 뇌자극 위치 제공장치(100)는 위치조절정보 산출부(130) 및 헤드기어정보 저장부(140)를 더 포함할 수 있으며, 출력부(150)를 내장된 형태로 구성하는 경우이면 출력부(150)를 더 포함하여 구성할 수 있다.
자극목표 선정부(110)는 환자의 뇌에 대한 MRI(Magnetic Resonance Imaging. 자기공명영상)를 수신하고, 수신한 MRI를 이용하여 환자의 두상을 3차원 모델화하고, 3차원 모델화된 환자의 두상에서 자극목표의 위치를 파악하고, 파악한 자극목표의 위치를 출력부(150)를 통해 환자 또는 전문가에게 제공한다. 여기서, MRI는 T1 MRI이거나 T2 MRI 중 하나일 수 있으며, T1 MRI가 T2 MRI에 비해 양호하다. T1 MRI는 물성분을 검은색, 지방성분을 흰색으로 표시한 영상이고, T2 MRI는 물성분을 흰색, 지방성분을 검은색으로 표시한 영상이다.
자극목표의 위치는 뇌질환이나 치료 부위에 따라 다르다. 따라서 자극목표 선정부(110)는 전문가에 의해 지정된 위치를 자극목표의 위치로 파악하거나, 뇌질환이나 치료 부위에 따라서 설정된 자극목표 위치정보에 대한 테이블(table)값을 이용하여 해당 환자에 대한 자극목표의 위치정보를 파악하고, 자극목표의 위치정보를 기반으로 환자의 뇌영상에서 자극목표를 찾아서 선정한다. 여기서, 자극목표의 위치정보는 뇌영상에서의 고정된 위치정보가 아니다. 자극목표의 위치정보는 뇌구조에서 고정된 기준 부위의 위치에서 해당 자극목표의 위치를 산출할 수 있게 하는 정보이다. 상기 기준 부위는 적어도 하나 이상이다.
자극위치 선정부(120)는 자극목표 선정부(110)에서 파악한 자극목표의 위치에 대응하는 복수의 자극위치 중 자극목표에 최대의 자극을 가할 수 있는 자극기의 위치 즉, 자극 최적위치를 파악하고, 파악한 자극 최적위치를 출력부(150)를 통해 환자 또는 전문가에게 제공한다.
위치조절정보 산출부(130)는 헤드기어정보 저장부(140)에 저장된 헤드기어들에 대한 정보 중 환자가 착용할 헤드기어의 정보를 불러오고, 헤드기어의 정보를 3차원 모델화된 환자의 두상에 적용하여 헤드기어의 자극기가 자극위치 선정부(120)에서 선정한 자극 최적지점에 일치하도록 하는 자극기 조절정보를 산출한다. 여기서 헤드기어의 정보는 헤드기어의 3차원 형상 정보이거나 헤드기어의 형상에 대한 수치 및 각 구성의 위치 정보 등일 수 있다.
헤드기어정보 저장부(140)는 적어도 하나의 헤드기어의 정보를 저장한다.
출력부(150)는 디스플레이 장치이거나 모바일이나 컴퓨터 등의 통신장치 일 수 있다. 출력부(150)가 통신장치인 경우에, 뇌자극 위치 제공장치(100)는 통신장치와의 통신을 위한 통신모듈을 더 포함한다.
한편, 자극목표 선정부(110), 자극위치 선정부(120) 및 위치조정정부 산출부(130)는 해당 기능을 수행하는 프로그램 또는 해당 프로그램을 탐재한 개별 장치 일 수 있다. 여기서, 자극목표 선정부(110), 자극위치 선정부(120) 및 위치조정정부 산출부(130)의 동작을 제어하는 CPU 등의 처리프로세서의 존재는 당업자라면 일반적인 기술이므로, 처리프로세서를 생략하였다.
이하에서는 도 4 내지 도 6을 참조로 하여 본 발명의 실시 예에 따른 뇌자극 위치 정보 제공방법을 설명한다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 뇌자극 위치 정보 제공방법을 보인 순서도로서, 뇌자극 위치 제공장치(100)의 동작을 일 예로 한 것이다. 도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 뇌자극 위치 제공장치에서 MRI 영상을 처리하는 과정을 보인 도면이고, 도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 뇌자극 위치 제공장치에서 3차원 두뇌 영상에서 자극목표와 자극 최적지점의 후보군을 보인 도면이다.
먼저, 자극목표 선정부(110)는 임의의 환자(이하 '제1 환자'라 한다)의 T1 MRI(10)를 수신하거나 저장된 메모리(미도시)로부터 호출한다(S401). 상기 T1 MRI(10)는 복수의 영상 프레임(frame)으로 구성되어 있다.
그런 다음 자극목표 선정부(110)는 T1 MRI(10)를 이용하여 자극목표(A)를 파악하고 선정한다(S402).
여기서, S402 과정의 일 예를 보다 상세히 설명한다.
자극목표 선정부(110)는 각 프레임의 T1 MRI(10)에서 전기적 특성이 상이한 영역을 분할하여 영역분할 영상(20)을 만든다. 영역을 분할하는 기준은 통상적으로 알려진 다음의 표 1에 따른다. 표 1은 뇌의 각 영역에 대한 전기전도도를 나타낸 것이다.
영역 전기전도도(단위: S/M)
백질 0.126
회백질 0.276
뇌척수핵 1.65
두개골 0.01
피부 0.465
자극목표 선정부(110)는 각 프레임의 영역분할 영상(20)을 결합하여 삼각형 또는 사각형을 포함하는 복수의 공간격자(Volumetric Mesh)로 구성된 3차원 두뇌 영상(30)을 생성한다.
그리고, 3차원 두뇌 영상(30)이 생성된 상태에서 자극목표가 파악되고 선정된다. 이때, 자극목표를 선정하기 위해서는 제1 환자의 뇌질환 또는 치료 부위에 대한 정보(이하 '상태정보'라 한다)가 필요하며, 이러한 상태정보는 전문가가 숙지하고 있거나, 뇌자극 위치 제공장치(100)의 메모리(미도시)에 저장되어 있다.
자극목표(A)를 선정하는 방법으로는 2가지가 있다. 하나는 전문가에 의해 이루어지는 제1 방법과, 자극목표 선정부(110)에 의해 이루어지는 제2 방법이 있다.
제1 방법은 전문가가 화면을 터치하거나 마우스나 키보드 등의 입력장치를 이용하여 제1 환자의 3차원 두뇌 영상(30)에서 해당 목표지점을 지정하면, 자극목표 선정부(110)가 제1 환자의 3차원 두뇌 영상(30)에서 해당 목표지점의 위치(즉, 좌표)를 파악하고 선정하는 것이다.
제2 방법은 뇌질환이나 치료 부위에 따라서 설정된 자극목표의 위치정보에 대한 테이블(table)값을 저장한 상태에서 이루어지는 것으로, 전문가가 입력장치를 이용하여 제1 환자의 뇌질환 또는 치료부위를 선택하면 자극목표 선정부(110)가 테이블값에서 해당 자극목표의 위치정보를 파악하고, 파악한 해당 자극목표의 위치정보를 이용하여 기준 부위의 위치로부터 제1 환자의 뇌질환 또는 치료부위에 대응하는 자극목표의 위치를 산출하여 선정한다.
자극목표 선정부(110)에서 선정한 제1 환자의 자극목표(A)의 위치는 자극위치 선정부(120)에 제공되고, 도 6의 (a)와 같이 출력부(150)를 통해 전문가에게 제공된다. 도 6의 (a)에서 제1 환자의 우측 뇌에 표시된 붉은 점이 자극목표(A)이다.
자극위치 선정부(120)는 자극목표의 위치를 수신하면 자극목표(A)에 대응하는 자극 최적지점을 파악하고 선정한다(S403).
S403의 과정을 보다 상세히 설명한다.
자극위치 선정부(120)는 자극목표의 위치를 수신하면, 도 6의 (b)와 같이 자극목표(A)의 위치를 이용하여 자극목표(A)의 주변으로 패턴화된 복수개의 자극 최적지점 후보을 지정한다. 복수의 자극 최적지점 후보의 패턴은 4각형의 매트릭스 형태일 수 있으나, 삼각형태, 오각형태, 원형 형태 등의 패턴일 수 있다.
도 6의 (b)에서는 양극 및 음극의 전류를 제공하는 2개의 자극기를 이용하는 일 예로 작성된 것이므로, 우측 뇌의 자극목표(A)에 대응하여 K개의 자극 최적지점 후보가 설정되고, 좌측 뇌에도 동일한 패턴의 K개의 자극 최적지점 후보가 설정된다. 좌측 뇌 및 우측 뇌에 형성된 자극 최적지점 후보의 패턴은 좌뇌 및 우뇌의 경계를 기준으로 대칭되게 설정되는 것이 양호하다.
도 6에서는 K개가 16개인 것으로 도시하였으나, 이에 한정되지 않는다.
자극위치 선정부(120)는 자극 최적지점 후보가 선정되면 전기자극세기 예측법을 이용한 시뮬레이션을 통해 각 자극 최적지점 후보에 각각 자극을 가했을 때에 자극목표(A)에 최대의 자극을 주는 적어도 하나의 자극 최적지점 후보를 찾고, 찾아진 적어도 하나의 자극 최적지점 후보를 자극 최적지점을 파악하고 선정한다. 여기서, 자극목표(A)에 최대의 자극을 주는 적어도 하나의 자극 최적지점 후보의 개수는 헤드기어(200)에서 이용하는 자극기의 개수와 같다.
예컨대, 도 6의 (b)와 같이 2개의 자극기를 이용하는 경우 즉, 자극기가 음극과 양극인 경우에는 우측 뇌에 대한 하나의 자극 최적지점 후보와 좌측 뇌에 대한 하나의 자극 최적지점 후보를 전극쌍으로 찾는다.
따라서, 도 6의 (b)와 같이 우측 뇌 및 좌측 뇌에 각각 16개의 자극 최적지점 후보가 설정된 경우이면, 자극위치 선정부(120)는 좌측 뇌의 자극 최적지점 후보 중 하나와 우측 뇌의 자극 최적지점 후보 중 하나를 쌍으로 하여 시뮬레이션을 수행하며, 그에 따라 총 256번(16*16)의 시뮬레이션을 수행하고, 각 시뮬레이션 수행시마다의 자극목표(A)에 대한 자극결과를 저장하고, 각 자극결과를 비교하여 하나의 전극쌍을 찾고, 찾은 전극쌍을 자극 최적지점으로 선정한다.
여기서, 전기자극세기 예측법은 다음과 같다.
자극위치 선정부(120)에서 수행하는 전기자극세기 예측법은 복수의 공간격자로 구성된 제1 환자의 3차원 두뇌 영상(30)에 대해서 유한요소법(Finite Element Method: FEM)을 이용하여 하기 수학식 1의 준 정적조건의 맥스웨 방정식(Quasi-static Maxwell's equation)으로 도출된 지배방정식(Governing equation)과, 전극의 위치정보 및 자극세기를 이용하여 전기자극에 대한 전위를 시뮬레이션한다.
(수학식 1)
Figure 112020049210912-pat00001
상기 수학식 1에서, V는 전위(electric potential)이고, J는 전류밀도(current density)이며, Ω은 3차원 입체 격자로 구성된 환자의 두상 모델이다.
이렇게 시뮬레이션을 통해서 얻어진 전위는 전계와의 관계가 하기 수학식 2와 같기 때문에 3차원 미분을 통하여 전계벡터를 계산한다.
(수학식 2)
Figure 112020049210912-pat00002
상기 V는 전위(electric potential)이고, E는 전계(electric field)이다.
이렇게 시뮬레이션 및 미분을 통해 얻어진 전위 및 전계에 대한 뇌영상(40)은 도 5에 일 예가 도시되어 있다.
최종적으로 자극위치 선정부(120)는 산출한 전계벡터를 통해서 자극목표(A)에 최대의 자극을 가하는 전극쌍을 찾고, 이렇게 찾은 전극쌍을 자극 최적지점으로 하여 출력부(150)를 통해 전문가에게 알린다.
한편, 자극위치 선정부(120)를 통해 자극 최적지점을 출력부(150)를 전문가에게 알리게 되면, 이후에 헤드기어(200)를 이용한 치료가 수행된다. 이때 전문가는 제1 환자가 헤드기어(200)를 착용한 상태에서 헤드기어에 장착된 자극기의 위치를 자극 최적지점에 위치하도록 조절하는 행위를 하게 된다.
그런데, 이러한 전문가의 조절 행위는 출력부(150)를 통해 자극 최적지점을 파악한 후 이루어지는 하더라도 인위적이며, 그에 따라 자극기의 위치와 자극 최적지점 간에 오차가 발생할 수 있다.
이러함 문제를 해결하기 위하여, 본 발명의 실시 예에 따른 뇌자극 위치 제공장치(100)는 위치조절정보 산출부(130) 및 헤드기어정보 저장부(140)를 더 포함할 수 있다.
위치조절정보 산출부(130)는 자극위치 선정부(120)로부터 자극 최적지점에 대한 정보를 수신하고, 헤드기어정보 저장부(140)에서 제1 환자가 착용할 헤드기어(200)의 정보를 불러들여(S404), 제1 환자의 3차원 뇌영상에 적용시킨다(S405). 이때 제1 환자의 3차원 뇌영상에 헤드기어(200)의 정보를 적용하는 기준은 환자가 헤드기어(200)를 착용하는 착용기준과 동일하게 적용한다. 헤드기어(200)의 착용기준에 대한 설명은 도 7을 참조로 하여 이하에서 설명할 것이다.
위치조절정보 산출부(130)는 초기 위치의 헤드기어(200)에서 자극기의 위치를 파악하고, 해당 자극기에 대응하는 자극 최적지점을 파악한 후 자극기의 위치와 자극 최적지점 간의 위치오차 또는 자극 최적지점에 위치한 자극기의 식별정보를 파악한다. 여기서, 위치오차 파악은 자극기의 위치를 조절하여 사용하는 헤드기어에 적용되는 형태이고, 자극기의 식별정보 파악은 복수의 자극기 중 일부를 사용하는 헤드기어에 적용되는 형태이다.
위치오차의 경우에. 위치조절정보 산출부(130)는 위치오차를 자극기의 현재위치를 기준으로 자극 최적지점까지의 이동위치정보 또는/및 장착위치정보로 변경하고(S406), 해당 정보를 출력부(150)를 통해 전문가에게 제공한다(S407). 이동위치정보는 자극기를 자극 최적지점까지 이동시키는 것에 대한 정보로, 예컨대, 전면 방향으로 30도 각도 이동, 좌측으로 50도 각도 이동 등이다. 장착위치정보는 자극기가 헤드기어(200)에 장착될 위치를 알리는 정보이다.
이하에서는 도 7 내지 도 9를 참조로 하여 위치조절 산출부(130)에서 제공한 정보를 이용하는 일 예를 설명한다.
도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 뇌자극 위치 제공장치에서 이용하는 헤드기어의 초기 위치를 파악하기 위는 기준점에 대한 도면이고, 도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 뇌자극 위치 제공장치에서 이용하는 헤드기어의 일 예를 보인 도면이며, 도 9는 도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 뇌자극 위치 제공장치에서 이용하는 헤드기어의 요부 구성을 보인 도면이다.
도 7을 참고하면, 헤드기어의 장착기준은 뒤통수점(Inion)을 기준으로 하여 헤드기어(200)의 착용 부분의 후위 중심이 뒤통수점에 위치하도록 하고 헤드기어(200)가 양귀에 걸리도록 한다. 이러한 장착기준은 도 8에 도시된 헤드기어(200)의 적용을 일 예로 한 것이다.
도 8을 참고하면, 헤드기어(200)는 경두개 전기뇌자극술(transcranial electrical brain stimulation)을 위한 헤드기어로서, 머리에 둘레에 착용되는 착용부(210), 제1 자극기(240)가 부착되는 제1 부착부(220), 제2 자극기(250)가 부착되는 제2 부착부(230), 양극의 기능을 위한 제1 자극기(240), 음극의 기능을 위한 제2 자극기(250) 및 턱끈(260)을 포함한다.
도 9를 참고하면, (b)에 도시된 바와 같이, 제1 부착부(220)와 제2 부착부(230)는 착용부(210)에 중심관절(217)을 통해 힌지 결합되어 회전 가능하도록 구성된다. 그리고 (a)에 도시된 바와 같이, 제1 부착부(220)와 제2 부착부(230)는 각각 하나의 슬라이드 홈이 형성되어 있고, 슬라이드 홈에 10개의 체결홈이 각각 형성되어 있다. 여기서 체결홈에 체결되는 것은 자극기(240, 250)이다.
이러한 구성을 가진 헤드기어(200)를 착용하여 자극기의 위치를 자극 최적지점에 맞도록 조절하는 헤드기어 착용 가이드를 일 예는 다음과 같다.
첫번째, 헤드기어(200)의 중심 관절부분을 착용대상의 양 귀에 잘 걸리도록 위치한다. 두번째, 착용부(210)의 중심을 착용대상(환자)의 뒤통수점에 위치하도록 한다. 세번째, 제1 부착부(220)를 위치조절정보 산출부(130)에서 산출된 이동위치정보의 각도만큼을 조절한다. 네번째, 제2 부착부(230)를 위치조절정보 산출부(130)에서 산출된 이동위치정보의 각도만큼을 조절한다.
다섯번째, 제1 부착부(220)에 부착된 제1 자극기(240)를 위치조절정보 산출부(130)에서 산출된 이동위치정보의 거리만큼 중심관절(270)로부터 이동한다. 여섯번째, 제2 부착부(230)에 부착된 제2 자극기(250)를 위치조절정보 산출부(130)에서 산출된 이동위치정보의 거리만큼 중심관절(270)로부터 이동한다. 일곱번째, 턱끈(260)을 이용하여 헤드기어(200)가 움직이지 않도록 단단히 고정한다.
상기 설명들은 본 발명을 구현하기 위한 예시적인 구성들 및 동작들을 제공하도록 의도된다. 본 발명의 기술 사상은 위에서 설명된 실시 예들뿐만 아니라, 위 실시 예들을 단순하게 변경하거나 수정하여 얻어질 수 있는 구현들도 포함할 것이다. 또한, 본 발명의 기술 사상은 위에서 설명된 실시 예들을 앞으로 용이하게 변경하거나 수정하여 달성될 수 있는 구현들도 포함할 것이다.
100: 뇌자극 위치 제공장치 200: 헤드기어
110: 자극목표 선정부 120: 자극위치 선정부
130: 위치조절정보 산출부 140: 헤드기어정보 저장부
150: 출력부

Claims (8)

  1. 환자의 뇌에 대한 MRI(Magnetic Resonance Imaging)를 이용하여 환자의 두상을 3차원 모델화하고, 상기 3차원 모델화된 환자의 두상에서 상기 환자의 치료부위에 해당하는 자극목표의 위치를 선정하는 자극목표 선정부;
    상기 자극목표 선정부에서 선정한 자극목표의 위치에 대응하는 복수개의 자극 최적지점 후보를 지정하고, 상기 복수의 자극 최적지점 후보 각각에 대해 순차적으로 측정 시뮬레이션을 수행하여 측정결과를 획득하며, 상기 자극목표에 최대로 영향을 주는 측정결과를 나타낸 적어도 하나를 자극 최적지점으로 선정하는 자극위치 선정부;
    상기 환자의 머리에 착용되어 자극기를 통해 상기 환자에게 뇌자극을 제공하는 적어도 하나의 헤드기어에 대한 정보를 저장하고 있는 헤드기어정보 저장부; 및
    상기 헤드기어정보 저장부에 저장된 정보 중 환자가 착용할 헤드기어의 정보를 불러오고, 상기 불러온 헤드기어의 정보를 상기 3차원 모델화된 환자의 두상에 적용하여 상기 자극기가 상기 자극 최적지점에 일치하도록 하는 자극기 조절정보를 산출하는 위치조절정보 산출부;를 포함하고,

    상기 자극목표 선정부는,
    뇌질환이나 치료 부위에 따라서 설정된 자극목표 위치정보에 대한 테이블(table)값을 이용하여 환자에 대한 자극목표의 위치정보를 파악하고, 상기 자극목표의 위치정보를 기반으로 상기 3차원 모델화된 환자의 두상에서 상기 자극목표의 위치를 찾아서 선정하며,
    상기 자극목표의 위치정보는,
    고정된 위치정보가 아니고, 뇌구조에서 고정된 기준 부위의 위치에서 상기 자극목표의 위치를 산출할 수 있는 정보이고,
    상기 기준 부위는 복수인 뇌자극 위치 제공장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 자극 최적지점 후보는 상기 자극목표의 주변으로 특정 모양으로 패턴화되어 있는 뇌자극 위치 제공장치.
  3. 제1항에 있어서,
    입력되는 정보를 화면으로 표시하여 출력하는 출력부를 더 포함하는 뇌자극 위치 제공장치.

  4. 분할 영상을 이용하여 환자의 두상을 3차원 모델화하는 제 2 단계;
    상기 3차원 모델화된 환자의 두상에서 환자의 치료부위에 대응하는 자극목표의 위치를 파악하고 선정하는 제 3 단계;
    상기 선정한 자극목표의 위치에 대응하는 복수개의 자극 최적지점 후보를 지정하는 제 4 단계;
    상기 복수의 자극 최적지점 후보 각각에 대해 순차적으로 측정 시뮬레이션을 수행하여 측정결과를 저장하는 제 5 단계;
    저장된 측정결과들을 비교하여 상기 자극목표에 최대로 영향을 주는 제1 측정결과를 파악하는 제 6 단계;
    상기 제1 측정결과에 대응하는 자극 최적지점 후보를 자극 최적지점으로 선정하는 제 7 단계;
    상기 환자가 착용할 헤드기어의 정보를 상기 3차원 모델화된 환자의 두상에 적용하여 상기 헤드기어의 자극기가 상기 자극 최적지점에 일치하도록 하는 자극기 조절정보를 산출하는 제 8 단계;를 포함하고,

    상기 제 7 단계에서는,
    자극목표의 위치를 파악하고 선정하는 단계 뇌질환이나 치료 부위에 따라서 설정된 자극목표 위치정보에 대한 테이블(table)값을 이용하여 환자에 대한 자극목표의 위치정보를 파악하고, 상기 자극목표의 위치정보를 기반으로 상기 3차원 모델화된 환자의 두상에서 상기 자극목표의 위치를 찾아서 선정하며,

    상기 자극목표의 위치정보는,
    고정된 위치정보가 아니고, 뇌구조에서 고정된 기준 부위의 위치에서 상기 자극목표의 위치를 산출할 수 있는 정보이고,
    상기 기준 부위는 복수인 뇌자극 위치 제공방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제 4 단계의 상기 복수의 자극 최적지점 후보는, 상기 자극목표의 주변으로 특정 모양으로 패턴화되어 있는 뇌자극 위치 제공방법.
  6. 삭제
  7. 삭제
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