KR102507788B1 - 근적외선 및 뇌전도 신호를 이용한 치매 진단장치 - Google Patents

근적외선 및 뇌전도 신호를 이용한 치매 진단장치 Download PDF

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Abstract

근적외선 및 뇌전도 신호를 이용한 치매 진단장치를 개시한다.
본 실시예의 일 측면에 의하면, 치매 의심환자의 치매 가능성을 진단하는 치매 진단장치에 있어서, 치매 의심횐자의 감각기관을 담당하는 뇌의 부위로 기 설정된 파장대역의 광을 조사하는 광원과 상기 광원으로부터 조사된 후 상기 뇌의 부위에서 반사된 반사광을 수광하는 수광부 및 상기 뇌의 부위에서 발생하는 뇌전도 신호를 센싱하는 뇌파 센서를 포함하는 것을 특징으로 하는 치매 진단장치를 제공한다.

Description

근적외선 및 뇌전도 신호를 이용한 치매 진단장치{Apparatus for Diagnosing Dementia Using Near Infrared and EEG signals}
본 발명은 근적외선 및 뇌전도 신호를 이용하여 치매 가능성을 객관적으로 진단하는 치매 진단장치에 관한 것이다.
이 부분에 기술된 내용은 단순히 본 실시예에 대한 배경 정보를 제공할 뿐 종래기술을 구성하는 것은 아니다.
종래에 치매를 진단하기 위해 다음과 같은 과정으로 진행되었다.
먼저, 치매의 가능성이 존재하는지, 치매 관련 증상을 확인하여 의심환자를 선별해두고, MMSE(Mini Mental Status Examination)와 같은 설문지를 이용하여 치매의 가능성을 갖는 환자인지를 판단한다.
이후, 병력을 확인하고, 신체 검사, 혈액검사, 일상생활 기능평가 및 인지 기능평가 등 치매 여부를 구체적으로 확인하기 위한 임상적 평가가 수행되며, 치매인 것으로 의심되는 환자들에게 뇌영상 MRI 또는 PET 등 구체적인 증거를 토대로 치매를 확진하게 됩니다.
이때, 종래의 치매 진단과정에서 환자가 치매의 가능성을 갖는 환자인지 확인하는데 사용되는 MMSE는 환자의 인지 기능을 평가하기 위한 검사지인데, 환자가 MMSE에 기재된 다양한 질문에 대해 답을 할 수 있는지 여부를 토대로 치매의 가능성을 갖는 환자인지 판단하도록 한다.
그러나 종래의 MMSE와 같은 검사지는 검사지 내 질문을 정확히 이해하는 환자들에 대해서는 어느 정도 정확히 치매의 가능성을 판단하게 할 수 있으나, 질문 자체를 정확히 이해하지 못하는 환자들에게는 부정확한 판단결과를 유발하게 된다. 즉, 치매가 아니어서 질문에 대한 대답은 온전히 할 수 있으나, MMSE에 기재된 질문 자체를 이해하지 못하여 엉뚱한 대답을 하는 환자는 MMSE의 검사 결과로는 치매 가능성을 갖는 환자로 분류될 수 있다. 이러한 문제로 인해, 전술한 환자는 불펼요한 검사 과정을 거쳐 치매 가능성 판단을 받아야만 하는 불편이 존재하였다.
또한, 국내등록특허 제10-1117770호 등에 발명의 배경이 되는 기술이 기재되어 있다.
본 발명의 일 실시예는, 환자의 감각기관과 연관되어 있는 뇌의 각 부분 상의 뇌전도 신호 및 근적외선 반사신호를 이용하여, 환자의 치매 가능성을 진단하는 치매 진단장치를 제공하는 데 일 목적이 있다.
본 발명의 일 측면에 의하면, 치매 의심환자의 치매 가능성을 진단하는 치매 진단장치에 있어서, 치매 의심횐자의 감각기관을 담당하는 뇌의 부위로 기 설정된 파장대역의 광을 조사하는 광원과 상기 광원으로부터 조사된 후 상기 뇌의 부위에서 반사된 반사광을 수광하는 수광부 및 상기 뇌의 부위에서 발생하는 뇌전도 신호를 센싱하는 뇌파 센서를 포함하는 것을 특징으로 하는 치매 진단장치를 제공한다.
본 발명의 일 측면에 의하면, 상기 기 설정된 파장대역은 근적외선 파장대역인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 측면에 의하면, 상기 뇌의 부위는 전두엽, 후각전구, 측두엽 및 후두엽 중 일부 또는 전부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 측면에 의하면, 하나 이상의 광원, 복수의 수광부 및 하나 이상의 뇌파 센서가 하나의 군을 이루어, 각 뇌의 부위에 배치되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 측면에 의하면, 상기 수광부는 상기 광원으로부터 기 설정된 거리만큼 떨어져 배치되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 측면에 의하면, 상기 치매 진단장치는 상기 수광부 및 상기 뇌파 센서의 센싱값을 토대로, 치매 의심환자의 치매 가능성을 진단하는 제어부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 측면에 의하면, 상기 제어부는 상기 수광부의 수광량에 따라, 상기 광원과 상기 수광부가 부착된 부위 내 헤모글로빈 농도를 분석하는 장치.것을 특징으로 한다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 일 측면에 따르면, 환자의 감각기관과 연관되어 있는 뇌의 각 부분 상의 뇌전도 신호 및 근적외선 반사신호를 이용하여 환자의 치매 가능성을 진단함으로써, 치매 가능성을 객관적으로 진단할 수 있는 장점이 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 치매 진단장치를 도시한 도면이다.
도 2 내지 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 치매 진단장치가 환자에 장착된 모습을 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 치매 진단장치 내 광원 및 수광부를 도시한 도면이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시 예를 가질 수 있는 바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다.
제1, 제2, A, B 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 동력 수단요소로 명명될 수 있고, 유사하게 동력 수단요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에서, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서 "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해서 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다.
일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
또한, 본 발명의 각 실시예에 포함된 각 구성, 과정, 공정 또는 방법 등은 기술적으로 상호 간 모순되지 않는 범위 내에서 공유될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 치매 진단장치를 도시한 도면이다.
도 1을 참조하면, 치매 진단장치(100)는 광원(110), 수광부(120), 뇌파 센서(130) 및 제어부(미도시)를 포함한다.
통상적으로 인간이 감각기관으로 감각을 인지하면 감각세포들은 감각에 따른 (생체)신호를 생성하게 되고, 뇌의 각 부위(전두엽, 측두엽 또는 후두엽 등)는 감각세포들이 생성한 신호들을 받아 외부 자극으로 인한 감각을 인지한다. 전술한 과정을 거쳐 인간이 감각기관으로 외부 자극을 인지하게 된다. 이때, 나이가 들면서 감각세포들이 생성한 신호들을 받고 처리하는 기능이 조금씩 퇴화되기 시작하는데, 치매 환자들에게서 특히 이러한 현상이 집중적으로 나타나는 것으로 밝혀지고 있다. 치매 환자들에게는 치매 초기에 청각, 후각 등의 감각 능력이 먼저 감퇴하고 이후에, 인지 능력이 감퇴하는 것으로 밝혀지고 있다.
치매 진단장치(100)는 이처럼 치매 초기에 치매 환자들에게 발생하는 감각 능력의 감퇴를 정량화하여 환자의 치매 가능성을 객관적으로 진단한다. 이를 위해, 치매 진단장치(100)는 치매 의심환자의 뇌의 각 부위에 부착되어, 뇌 각 부위의 기능 활성화를 위한 헤모글로빈의 농도와 뇌전도 신호를 파악한다. 외부 자극이 인간의 각 감각기관으로 가해지면, 감각기관은 각 기능을 담당하는 뇌의 각 부위로 자극이 존재함을 전달한다. 이에, 감각기관으로부터 뇌의 각 부위로 자극이 존재함을 알리기 위한 헤모글로빈이 이동하게 되며, 뇌의 각 부위로부터 뇌전도 신호가 발생하게 된다. 치매 진단장치(100)는 감각기관들을 관장하는 뇌의 각 부위에 부착되어, 감각기관이 인지한 자극을 뇌의 각 부위로 전달하기 위해 이동하거나 기 이동한 헤모글로빈의 농도를 측정한다. 또한, 치매 진단장치(100)는 외부 자극에 의해 변화하는 뇌전도 신호(뇌 또는 뇌에서 발생하는 전위의 변동이나 이에 의해 발생하는 뇌 전류를 두피 상에서 유도하여 기록한 뇌파 기록)를 측정한다. 이러한 측정결과를 토대로, 치매 진단장치(100)는 치매 의심환자의 치매 가능성을 진단한다.
광원(110)은 치매 의심환자의 기 설정된 위치에 부착되어, 근적외선 파장대역의 광을 조사한다. 근적외선 파장대역의 광은 헤모글로빈에 흡수되는 성질을 갖는데, 뇌의 특정부위에 헤모글로빈이 많이 포함되어 있으면 근적외광의 흡수량이 많아 해당부위로부터 반사되는 광량은 적어지게 된다. 헤모글로빈은 특별한 사정(일산화탄소 중독 등)이 없는 한 산소 운반체이므로, 특정 조직의 활성화를 위해서는 반드시 헤모글로빈이 감각기관 및 해당 감각을 관장하는 뇌의 부위로 이동하여야 한다. 광원(110)은 치매 의심환자의 감각기관을 관장하는 뇌의 각 부위로 이동하는 헤모글로빈의 농도를 검사하기 위해, 감각기관을 관장하는 뇌의 각 부위에 근접한 위치에 부착되어, 뇌의 각 부위로 근적외광을 조사한다.
광원(110)은 복수 개로 구현될 수 있다. 광원(110)은 적어도 2개로 구현될 수 있으며, 양자는 서로 다른 파장의 근적외광을 조사할 수 있다. 광원 중 어느 하나는 730nm 대역의 광을 조사하며, 나머지 하나는 850nm 대역의 광을 조사할 수 있다. 뇌의 각 부위로 이동하는 헤모글로빈의 종류로는 뇌로 산소를 제공하기 위한 옥시 헤모글로빈(Oxy Hb)과 뇌로 산소를 기 제공한 디옥시 헤모글로빈(Deoxy Hb)이 존재한다. 치매 진단장치(100)가 양 헤모글로빈의 농도를 각각 도출할 수 있도록, 적어도 2개의 광원이 서로 다른 파장의 근적외광을 조사할 수 있다.
수광부(120)는 광원(110)과 일정한 거리만큼 떨어져 배치되어 광원(110)에서 조사된 후 반사되는 반사광을 수광한다.
수광부(120)는 광원(110)으로부터 기 설정된 거리 이상 떨어져 배치된다. 광원과 수광부간 거리는 광원이 조사하는 광의 투과 정도에 비례하게 된다. 치매 의심환자의 이마에 배치된 광원(110)으로부터 조사되는 광이 적어도 치매 의심환자의 뇌의 각 부위까지 투과되어야 하기 때문에, 수광부(120)는 도 1에서와 같이 광원(210, 215)과 기 설정된 거리 또는 그 이상 떨어져 배치된다. 여기서, 기 설정된 거리는 통상의 이마와 뇌의 각 부위간 거리의 2배일 수 있다.
수광부(120)는 복수 개가 광원(110)으로부터 기 설정된 거리 이상 떨어져 배치된다. 수광부(120)로는 광원(110)과 수광부(120) 사이의 지점에서의 반사광이 입사한다. 특정 뇌의 부위 내 여러 지점에서 반사광을 입사받을 수 있도록, 복수 개의 수광부(120)는 광원(110)을 중심으로 일정 거리 상에 배치된다. 여러 개의 수광부(120)가 각각 반사광을 입사받음에 따라, 더 많은 데이터를 토대로 해당 뇌의 부위에서의 헤모글로빈 농도를 측정할 수 있어 데이터가 보다 정확해질 수 있다.
뇌파 센서(130)는 광원(110) 또는 수광부(120)에 인접한 위치에 배치되어, 해당 부위에서의 뇌전도 신호를 센싱한다. 외부 자극을 감각기관이 감지한 경우, 해당 감각기관을 관장하는 뇌의 각 부위에서는 해당 자극을 인지하고 처리하기 위해 전위의 변동이나 이에 의한 뇌 전류가 발생한다. 뇌파 센서(130)는 이와 같은 뇌전도 신호를 센싱하여, 뇌의 각 부위가 외부 자극에 반응을 하고 있는지를 센싱한다.
하나 이상의 광원(110), 복수의 수광부(120) 및 하나 이상의 뇌파 센서(130)는 하나의 군을 이루며, 측정하고자 하는 뇌의 각 부위에 가장 근접한 위치로 배치된다. 전체적인 인지자극의 인지와 처리를 관장하는 전두엽에, 후각 자극의 인지와 처리를 관장하는 후각 전구에, 청각 자극의 인지와 처리를 관장하는 측두엽에, 시각 자극의 인지와 처리를 관장하는 후두엽에 각각 하나의 군들이 도 2 내지 4와 같이 배치된다.
도 2 내지 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 치매 진단장치가 환자에 장착된 모습을 도시한 도면이다.
전체적인 인지자극과 후각 자극에 대한 반응도를 확인하기 위해, 하나의 군이 도 2와 같이 배치된다. 전두엽과 후각 전구는 상대적으로 상당히 근접한 위치에 배치되기 때문에, 전두엽과 후각 전구에는 하나의 군이 배치될 수 있다. 하나의 군 내에는 하나 이상의 뇌파 센서(130)와 복수의 수광부(120)가 배치되며, 전두엽으로 근적외선 파장대역의 광을 조사하기 위한 광원(110a)과 후각 전구로 근적외선 파장대역의 광을 조사하기 위한 광원(110b)이 포함된다. 광원(110a)는 이마에 배치되어 전두엽으로 광을 조사하며, 광원(110b)는 후각 전구와 가장 근접한 미간 또는 눈 사이에 배치되어 후각 전구로 광을 조사한다. 이에, 치매 진단장치(100)의 몸체는 환자의 이마 부근에서는 광원(110b)이 배치될 수 있도록 미간이나 눈 사이까지 돌출된다.
복수의 수광부(120)는 광원(110)을 중심으로 좌뇌와 우뇌 모두에 대향하도록 배치되어 좌뇌와 우뇌 모두로부터 반사되는 반사광을 수광할 수 있다.
청각자극에 대한 반응도를 확인하기 위해, 하나의 군이 도 3과 같이 측두엽에 배치된다. 광원(110)이 측두엽에 가장 근접한 귀의 상단에 배치되고, 광원(110) 또는 수광부(120)의 주변으로 뇌파 센서(130)가 배치된다. 또한, 복수의 수광부(120)가 다양한 지점에서 반사광을 센싱할 수 있도록 분산되어 배치된다.
시각자극에 대한 반응도를 확인하기 위해, 하나의 군이 도 4와 같이 후두엽에 배치된다. 광원(110)이 후두엽에 가장 근접한 뒤통수에 배치되고, 광원(110) 또는 수광부(120)의 주변으로 뇌파 센서(130)가 배치된다. 또한, 복수의 수광부(120)가 다양한 지점에서 반사광을 센싱할 수 있도록 분산되어 배치된다.
다시 도 1을 참조하면, 광원(110) 및 수광부(120)는 도 5와 같은 형상을 가질 수 있다. 치매 진단장치(100)가 측두엽과 후두엽에서의 헤모글로빈의 농도를 측정하기 위해서, 광원(110)과 수광부(120)를 포함하는 각 군이 측두엽과 후두엽에 가장 근접한 위치에 각각 배치되어야 한다. 이때, 측두엽과 후두엽에는 머리카락이 존재하는데, 광원(110)에서 조사되는 광과 수광부(120)로 입사하는 반사광이 머리카락에 의해 방해를 받으며 원활히 진행하지 못하는 경우가 발생할 가능성이 있다. 이에, 광원(110) 및 수광부(120)는 도 5와 같은 형상을 가질 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 치매 진단장치 내 광원 및 수광부를 도시한 도면이다.
광원(110) 및 수광부(120)는 원뿔대 형상을 가질 수 있다. 광원(110) 및 수광부(120)은 직경이 좁은 끝단으로 광이 조사되거나 입사광을 수광한다. 광원(110) 및 수광부(120)은 이같은 형상을 가짐으로써, 상대적으로 머리카락으로부터 방해를 최소화하며 치매 의심환자의 두피에 최대한 근접할 수 있다. 이에, 광원(110) 및 수광부(120)는 머리카락으로 인한 광의 진로방해를 최소화할 수 있다.
다시 도 1을 참조하면, 제어부(미도시)는 수광부(120) 및 뇌파센서(130)가 센싱한 센싱값을 토대로, 치매 의심환자의 치매 여부를 진단한다. 수광부(120)와 뇌파센서(130)는 외부로부터 치매 의심환자에 자극이 가해진 후, 센싱값의 변화가 존재하는지를 판단한다. 외부 자극이 가해질 경우, 치매 환자가 아니라면 가해진 자극에 따라 그를 관장하는 뇌의 각 부위가 활성화되며 자극이 가해진 전후에 있어 헤모글로빈의 농도와 뇌전도 신호가 급격히 변화하게 된다. 반대로, 치매 환자라면, 외부 자극이 가해지더라도 가해진 자극에 따라 그를 관장하는 뇌의 각 부위의 활성도가 떨어지기 때문에, 헤모글로빈의 농도나 뇌전도 신호의 변화량이 현저히 감소하게 된다. 따라서, 제어부(미도시)는 자극이 가해진 전후의 헤모글로빈 농도 변화량과 뇌전도 신호의 변화량이 기 설정된 기준치를 초과하는지 여부로 치매여부를 판단한다.
이상의 설명은 본 실시예의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 실시예가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시예의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 실시예들은 본 실시예의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 실시예의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 실시예의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 실시예의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
100: 치매 진단장치
110: 광원
120: 수광부
130: 뇌파 센서

Claims (7)

  1. 치매 의심환자의 감각기관에 자극이 가해진 후, 치매 의심환자의 치매 가능성을 진단하는 치매 진단장치에 있어서,
    치매 의심횐자의 감각기관을 담당하는 뇌의 부위로 기 설정된 파장대역의 광을 조사하는 광원;
    상기 광원으로부터 조사된 후 상기 뇌의 부위에서 반사된 반사광을 수광하는 수광부; 및
    상기 뇌의 부위에서 발생하는 뇌전도 신호를 센싱하는 뇌파 센서를 포함하며,
    하나 이상의 광원, 복수의 수광부 및 하나 이상의 뇌파센서는 하나의 군을 이루며,
    인지자극 및 후각 자극에 대한 반응도를 확인하기 위해, 하나의 군이 전두엽 및 후각전구에 배치되고,
    청각자극에 대한 반응도를 확인하기 위해, 하나의 군이 측두엽에 배치되며,
    시각자극에 대한 반응도를 확인하기 위해, 하나의 군이 후두엽에 배치되는 것을 특징으로 하는 치매 진단장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 기 설정된 파장대역은,
    근적외선 파장대역인 것을 특징으로 하는 치매 진단장치.
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서,
    상기 수광부는,
    상기 광원으로부터 기 설정된 거리만큼 떨어져 배치되는 것을 특징으로 하는 치매 진단장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 수광부 및 상기 뇌파 센서의 센싱값을 토대로, 치매 의심환자의 치매 가능성을 진단하는 제어부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 치매 진단장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 수광부의 수광량에 따라, 상기 광원과 상기 수광부가 부착된 부위 내 헤모글로빈 농도를 분석하는 것을 특징으로 하는 치매 진단장치.



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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP4477403B2 (ja) * 2004-04-09 2010-06-09 株式会社日立メディコ 生体光計測装置
KR101117770B1 (ko) * 2011-02-14 2012-06-12 인제대학교 산학협력단 뇌파 분석을 이용한 치매 진단 장치

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