KR102538720B1 - Apparatus and method for diagnosis of psychiatric disorders using mean amplitude-based features of event-related potential signal to improve diagnostic performances of computer-aided diagnosis system - Google Patents

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Abstract

Disclosed are a mental disorder classification device and method based on an average amplitude of an event evoked potential signal for improving performance of a computer-assisted diagnosis system capable of helping diagnose mental disorder patients. The mental disorder classification method based on an average amplitude of an event evoked potential signal according to an embodiment of the present invention comprises the steps of: collecting brainwave data by measuring a brainwave evoked in a user while performing an auditory oddball method; extracting an event evoked potential signal within a section set based on the time of occurrence of a target stimulus; calculating an average amplitude for each of brainwave signals divided into units of a time window from the event evoked potential signal; and classifying mental disorders based on average amplitude characteristics calculated and obtained in units of the time window.

Description

정신질환 환자의 진단을 도울 수 있는 컴퓨터-보조 진단 시스템의 성능 향상을 위한 사건유발전위 신호의 평균 진폭을 기반으로 한 정신질환 분류 장치 및 방법{Apparatus and method for diagnosis of psychiatric disorders using mean amplitude-based features of event-related potential signal to improve diagnostic performances of computer-aided diagnosis system}Apparatus and method for diagnosis of psychiatric disorders using mean amplitude-based classification of psychiatric disorders based on the average amplitude of event evoked potential signals to improve the performance of computer-aided diagnostic systems that can help diagnose patients with psychiatric disorders features of event-related potential signal to improve diagnostic performances of computer-aided diagnosis system}

본 발명은 정신질환 환자의 진단을 도울 수 있는 컴퓨터-보조 진단 시스템의 성능 향상을 위한 사건유발전위 신호의 평균 진폭을 기반으로 한 정신질환 분류 장치 및 방법에 관한 것이다.The present invention relates to an apparatus and method for classifying mental disorders based on the average amplitude of an event evoked potential signal to improve the performance of a computer-aided diagnostic system capable of helping diagnose patients with mental disorders.

외상후 스트레스 장애(post-traumatic stress disorder, PTSD)와 주요우울장애(major depressive disorder, MDD)는 평생 유병률이 각각 7.8 % 및 7.7 % 수준으로 매우 흔한 질환이나, 두 질환 모두 조기에 진단되어 적절한 치료가 이루어지지 않을 경우 자살에 이르게 되는 심각한 정신질환이다. PTSD 환자는 충격적인 외상사건을 직접적으로 경험하거나 목격함으로 인해 발발하는 정신적 외상으로부터 발생하는 정신질환의 한 종류이다. PTSD 환자들은 사건과 관련한 반복적이고 침습적인 기억을 반복적으로 경험하게 되고, 그로인해 불안과 각성이 정상인에 비해 높으며 극심한 스트레스로 일상생활을 영위하는데 어려움을 호소한다. MDD 환자들은 지속적인 우울감을 느끼며, 흥미 및 의욕저하, 식욕 및 체중 변화, 수면장애 등의 증상을 호소하며, 심할 경우 자살에 이르게 된다. 위와 같은 고유한 임상 증상 이외에, PTSD 및 MDD 두 질환은 정서적 무감각, 불쾌함, 그리고 과민성과 같은 비슷한 증상을 공유하고 있어, 두 질환을 분류하는데 어려움이 따른다.Post-traumatic stress disorder (PTSD) and major depressive disorder (MDD) are very common diseases with lifetime prevalences of 7.8% and 7.7%, respectively, but both are diagnosed early and treated appropriately. It is a serious mental illness that can lead to suicide if not done. PTSD patients are a type of mental disorder that arises from psychological trauma that occurs as a result of directly experiencing or witnessing a traumatic traumatic event. PTSD patients repeatedly experience repetitive and invasive memories related to the event, and as a result, anxiety and arousal are higher than normal people, and they complain of difficulty in leading daily life due to extreme stress. MDD patients feel persistent depression, complain of symptoms such as decreased interest and motivation, changes in appetite and weight, and sleep disorders, and in severe cases, lead to suicide. In addition to the above unique clinical symptoms, both PTSD and MDD share similar symptoms such as emotional numbness, discomfort, and irritability, making it difficult to classify the two diseases.

정서적 무감각, 불쾌감 및 과민성과 같은 공병증상은 PTSD와 MDD의 정확한 진단을 방해하는 요소이다. 종래의 정신질환 환자의 진단은 문진을 통하여 임상가의 주관적 판단에 의해 이루어졌는데, 앞서 설명한 비슷한 임상 증상들은 두 질환의 진단의 오진률을 높인다. 뿐만 아니라 환자가 본인의 증상을 숨기거나 속일 경우, 혹은 환자 스스로가 증상을 인지하지 못해 임상가와 충분한 증상 공유가 이루어지지 않을 경우 역시 두 질환의 오진률을 높인다.Comorbid symptoms such as emotional numbness, dysphoria, and irritability are factors that impede accurate diagnosis of PTSD and MDD. Conventionally, the diagnosis of a patient with a mental illness has been made by the clinician's subjective judgment through a medical examination, and the similar clinical symptoms described above increase the misdiagnosis rate of the diagnosis of the two diseases. In addition, if the patient hides or deceives his or her symptoms, or if the patient does not recognize the symptoms and does not sufficiently share the symptoms with the clinician, the rate of misdiagnosis of the two diseases also increases.

최근, 모호한 주관적 진단 기준으로 인해 발생하는 진단의 오류를 줄이기 위해, PTSD 환자와 MDD 환자를 객관적으로 분류할 수 있는 사건유발전위의 최고점 진폭 기반의 특징을 추출하고, 이를 활용하여 정신질환을 분류하는 기계 학습 방법 기반의 컴퓨터-보조 진단 시스템을 개발하였으나, 아직 실용화하기에는 그 성능이 미비한 실정이다. 대한민국특허청 공개특허공보 제10-2021-0048285호(2021.05.03. 공개)에는 정신 장애에 대한 정보 제공 방법 및 이를 이용한 정신 장애에 대한 정보 제공용 디바이스가 개시되어 있다.Recently, in order to reduce diagnosis errors caused by ambiguous subjective diagnostic criteria, a feature based on the peak amplitude of the event evoked potential that can objectively classify PTSD patients and MDD patients is extracted and used to classify mental disorders. A computer-assisted diagnostic system based on a machine learning method has been developed, but its performance is still insufficient for practical use. Korean Intellectual Property Office Publication No. 10-2021-0048285 (published on May 3, 2021) discloses a method for providing information on mental disorders and a device for providing information on mental disorders using the same.

본 발명은 사건유발전위의 최고점 진폭 기반의 특징 대신 평균 진폭 기반의 특징을 활용하여 공병률이 높은 정신질환들의 정확한 진단에 도움을 줄 수 있는 정신질환 분류 장치 및 방법을 제공하기 위한 것이다.An object of the present invention is to provide an apparatus and method for classifying mental disorders that can help in accurately diagnosing mental disorders with a high co-morbidity rate by utilizing features based on average amplitude instead of features based on peak amplitude of event evoked potential.

특히, 본 발명은 공병률이 높은 외상후 스트레스 장애(PTSD) 환자와 주요우울장애(MDD) 환자를 구분하여 정확한 진단에 도움을 줄 수 있는 컴퓨터 보조 진단 시스템의 성능을 향상시킬 수 있으며, 사건유발전위(event-related potential, ERP) 기반의 평균 진폭(mean amplitude) 특징을 사용하여 최고점 진폭(peak amplitude) 기반의 진단 시스템보다 정확하게 동반이환 정신질환을 분류하여 진단의 성능을 높일 수 있는 정신질환 분류 장치 및 방법을 제공하기 위한 것이다.In particular, the present invention can improve the performance of a computer-assisted diagnostic system that can help in accurate diagnosis by distinguishing patients with post-traumatic stress disorder (PTSD) and patients with major depressive disorder (MDD), which have a high co-morbidity rate, and Mental disorder classification that can improve diagnostic performance by classifying comorbid mental disorders more accurately than peak amplitude-based diagnostic systems using event-related potential (ERP)-based mean amplitude features It is to provide an apparatus and method.

본 발명의 실시예에 따른 사건유발전위 신호의 평균 진폭 기반 정신질환 분류 방법은 뇌파 데이터 수집부에 의해, 청각 양자극 방안을 수행하는 동안 사용자에 유발되는 뇌파를 측정하여 뇌파 데이터를 수집하는 단계; 사건유발전위 신호 추출부에 의해, 타겟 자극의 발생 시점을 기준으로 설정된 구간 내의 사건유발전위 신호를 추출하는 단계; 평균 진폭 산출부에 의해, 상기 사건유발전위 신호로부터 시간 윈도우 단위로 분할된 뇌파 신호들에 대해 각각 평균 진폭을 산출하는 단계; 및 정신질환 분류부에 의해, 상기 시간 윈도우 단위로 산출되어 획득된 평균 진폭 특징을 기초로 정신질환을 분류하는 단계를 포함한다.A mental disorder classification method based on the average amplitude of an event evoked potential signal according to an embodiment of the present invention comprises the steps of collecting EEG data by measuring EEGs evoked in a user while performing an auditory bipolar stimulation method by an EEG data collection unit; extracting, by an event evoked potential signal extractor, an event evoked potential signal within a set interval based on the generation time of the target stimulus; Calculating, by an average amplitude calculation unit, average amplitudes of EEG signals divided in units of time windows from the event evoked potential signal; and classifying, by a mental disorder classification unit, a mental disorder based on the average amplitude feature calculated and obtained in units of the time window.

상기 평균 진폭을 산출하는 단계는 사건유발전위 신호 분할부에 의해, 상기 사건유발전위 신호를 상기 시간 윈도우 단위로 상기 뇌파 신호들로 분할하는 단계; 기저선 조정부에 의해, 상기 타겟 자극의 발생 이전 구간의 평균값을 기준으로, 상기 뇌파 신호들의 기저선을 조정하는 단계; 및 상기 평균 진폭 산출부에 의해, 기저선 조정된 각 뇌파 신호에 대해 평균 값을 산출하여 상기 시간 윈도우 단위로 평균 진폭을 산출하는 단계를 포함할 수 있다.The calculating of the average amplitude may include dividing the event evoked potential signal into the EEG signals in units of the time window by an event evoked potential signal divider; adjusting a baseline of the EEG signals based on an average value of a section prior to occurrence of the target stimulus by a baseline adjusting unit; and calculating, by the average amplitude calculation unit, an average value for each baseline-adjusted EEG signal, and calculating average amplitude in units of the time window.

상기 평균 진폭을 산출하는 단계는 평균 진폭 산출부에 의해, 상기 사건유발전위 신호로부터 시간 윈도우 단위로 분할된 뇌파 신호들에 대해 각각 평균 진폭을 산출하는 단계; 피셔 스코어 분석부에 의해, 다양한 시간 윈도우별로 피셔 스코어를 이용하여 특징들을 선택하는 단계; 및 시간 윈도우 결정부에 의해, 선택한 특징들을 이용하여 기계학습 기반의 분류기와 교차검증을 통해 최적의 시간 윈도우 길이를 결정하는 단계를 포함할 수 있다.The calculating of the average amplitude may include calculating, by an average amplitude calculation unit, average amplitudes of EEG signals divided from the event evoked potential signal in units of time windows; selecting features using Fisher scores for each time window, by a Fisher score analysis unit; and determining an optimal time window length through a machine learning-based classifier and cross-validation using the selected features by a time window determiner.

상기 정신질환을 분류하는 단계는 상기 시간 윈도우 결정부에 의해 결정된 시간 윈도우 길이에 대응되는 시간 윈도우 단위로 산출된 뇌파 신호들의 평균 진폭 특징을 기초로 정신질환을 분류하는 단계를 포함할 수 있다.Classifying the mental disorder may include classifying the mental disorder based on average amplitude characteristics of EEG signals calculated in units of a time window corresponding to the time window length determined by the time window determiner.

상기 정신질환을 분류하는 단계는 공병률이 높은 외상후 스트레스 장애와 우울장애를 포함하는 정신질환들을 분류하는 단계를 포함할 수 있다.Classifying the mental disorder may include classifying mental disorders including post-traumatic stress disorder and depressive disorder with high co-morbidities.

본 발명의 실시예에 따르면, 상기 사건유발전위 신호의 평균 진폭 기반 정신질환 분류 방법을 실행하도록 컴퓨터로 판독 가능한 기록매체에 기록된 컴퓨터 프로그램이 제공된다.According to an embodiment of the present invention, a computer program recorded on a computer-readable recording medium is provided to execute a mental disorder classification method based on the average amplitude of the event evoked potential signal.

본 발명의 실시예에 따른 사건유발전위 신호의 평균 진폭 기반 정신질환 분류 장치는 청각 양자극 방안을 수행하는 동안 사용자에 유발되는 뇌파를 측정하여 뇌파 데이터를 수집하도록 구성되는 뇌파 데이터 수집부; 타겟 자극의 발생 시점을 기준으로 설정된 구간 내의 사건유발전위 신호를 추출하도록 구성되는 사건유발전위 신호 추출부; 상기 사건유발전위 신호로부터 시간 윈도우 단위로 분할된 뇌파 신호들에 대해 각각 평균 진폭을 산출하도록 구성되는 평균 진폭 산출부; 및 상기 시간 윈도우 단위로 산출되어 획득된 평균 진폭 특징을 기초로 정신질환을 분류하도록 구성되는 정신질환 분류부를 포함한다.An apparatus for classifying mental disorders based on the average amplitude of an event evoked potential signal according to an embodiment of the present invention includes an EEG data collection unit configured to collect EEG data by measuring EEGs evoked in a user while performing an auditory bipolar stimulation method; an event evoked potential signal extraction unit configured to extract an event evoked potential signal within a section set based on the generation time of the target stimulus; an average amplitude calculating unit configured to calculate average amplitudes of EEG signals divided in units of time windows from the event evoked potential signal; and a mental disorder classification unit configured to classify a mental disorder based on the average amplitude feature calculated and obtained in units of the time window.

본 발명의 실시예에 따른 사건유발전위 신호의 평균 진폭 기반 정신질환 분류 장치는 상기 사건유발전위 신호를 상기 시간 윈도우 단위로 상기 뇌파 신호들로 분할하도록 구성되는 사건유발전위 신호 분할부; 및 상기 타겟 자극의 발생 이전 구간의 평균값을 기준으로, 상기 뇌파 신호들의 기저선을 조정하도록 구성되는 기저선 조정부를 더 포함할 수 있다. 상기 평균 진폭 산출부는 상기 기저선 조정부에 의해 기저선 조정된 각 뇌파 신호에 대해 평균 값을 산출하여 상기 시간 윈도우 단위로 평균 진폭을 산출할 수 있다.An apparatus for classifying mental disorders based on the average amplitude of an event evoked potential signal according to an embodiment of the present invention includes an event evoked potential signal divider configured to divide the event evoked potential signal into the EEG signals in units of time windows; and a baseline adjuster configured to adjust a baseline of the EEG signals based on an average value of a section prior to occurrence of the target stimulus. The average amplitude calculation unit may calculate an average amplitude for each EEG signal whose baseline is adjusted by the baseline adjustment unit to calculate an average amplitude in units of the time window.

상기 평균 진폭 산출부는 상기 사건유발전위 신호로부터 시간 윈도우 단위로 분할된 뇌파 신호들에 대해 각각 평균 진폭을 산출할 수 있다. 본 발명의 실시예에 따른 사건유발전위 신호의 평균 진폭 기반 정신질환 분류 장치는 다양한 시간 윈도우별로 피셔 스코어를 이용하여 특징들을 선택하도록 구성되는 피셔 스코어 분석부; 및 상기 피셔 스코어 분석부에 의해 선택된 특징들을 이용하여 기계학습 기반의 분류기와 교차검증을 통해 최적의 시간 윈도우 길이를 결정하도록 구성되는 시간 윈도우 결정부를 더 포함할 수 있다.The average amplitude calculation unit may calculate average amplitudes of EEG signals divided in time window units from the event evoked potential signal. An apparatus for classifying mental disorders based on the average amplitude of an event evoked potential signal according to an embodiment of the present invention includes a Fisher score analyzer configured to select features using Fisher scores for various time windows; and a time window determination unit configured to determine an optimal time window length through a machine learning-based classifier and cross-validation using the features selected by the Fisher score analysis unit.

상기 정신질환 분류부는 상기 시간 윈도우 결정부에 의해 결정된 시간 윈도우 길이에 대응되는 시간 윈도우 단위로 산출된 뇌파 신호들의 평균 진폭 특징을 기초로 정신질환을 분류할 수 있다.The mental disorder classification unit may classify mental disorders based on average amplitude characteristics of EEG signals calculated in units of time windows corresponding to the time window length determined by the time window determiner.

본 발명의 실시예에 의하면, 사건유발전위의 최고점 진폭 기반의 특징 대신 평균 진폭 기반의 특징을 활용하여 공병률이 높은 정신질환들의 정확한 진단에 도움을 줄 수 있는 정신질환 분류 장치 및 방법이 제공된다.According to an embodiment of the present invention, an apparatus and method for classifying mental disorders that can help accurately diagnose mental disorders with a high co-morbidity rate by utilizing features based on average amplitude instead of features based on peak amplitude of event evoked potentials are provided. .

또한, 본 발명의 실시예에 의하면, 특히 공병률이 높은 외상후 스트레스 장애(PTSD) 환자와 주요우울장애(MDD) 환자를 구분하여 정확한 진단에 도움을 줄 수 있는 컴퓨터 보조 진단 시스템의 성능을 향상시킬 수 있으며, 사건유발전위(event-related potential, ERP) 기반의 평균 진폭(mean amplitude) 특징을 사용하여 최고점 진폭(peak amplitude) 기반의 진단 시스템보다 정확하게 동반이환 정신질환을 분류하여 정신질환 진단 성능을 높일 수 있다.In addition, according to an embodiment of the present invention, the performance of a computer-assisted diagnostic system that can help in accurate diagnosis by distinguishing patients with post-traumatic stress disorder (PTSD) and major depressive disorder (MDD), which have a high co-morbidity rate, is improved. It can use the event-related potential (ERP)-based mean amplitude feature to more accurately classify comorbid mental disorders than the peak amplitude-based diagnosis system, thereby improving the diagnostic performance of mental disorders. can increase

또한, 본 발명의 실시예에 의하면, 사건유발전위 최고점 진폭 기반의 진단 시스템과 다르게 사건유발전위 신호의 파형 전체를 사용하여 평균 기반의 특징을 사용하며, 인지기능 이외에 다른 정보처리(예 - 감정 및 운동)와 관련된 뇌의 활성화 정도를 이용하여 분류하기 때문에, 인지 저하를 보이는 정신질환 뿐만 아니라 다양한 정신질환 환자의 진단에 도움을 줄 수 있다.In addition, according to an embodiment of the present invention, unlike the diagnostic system based on the peak amplitude of the event evoked potential, the average-based feature is used using the entire waveform of the event evoked potential signal, and information processing other than cognitive function (e.g., emotion and Since it is classified using the degree of activation of the brain related to exercise), it can be helpful in diagnosing patients with various mental diseases as well as mental diseases with cognitive decline.

또한, 본 발명의 실시예에 의하면, 객관적인 생체 신호 기반의 특징을 사용하여 동반 이환률이 높은 두 정신질환 환자의 진단을 도움으로써, 전통적인 문진 방식의 오진단률을 낮출 수 있으며, 나아가 다른 동반이환 정신질환 환자의 뇌파 데이터에도 적용하여 전반적인 정신질환 진단에 도움을 줄 수 있다.In addition, according to an embodiment of the present invention, by using objective biosignal-based characteristics to help diagnose patients with two mental illnesses with high co-morbidities, it is possible to reduce the rate of misdiagnosis in the traditional questionnaire method, and furthermore, other co-morbid mental illnesses. It can also be applied to the patient's EEG data to help diagnose overall mental disorders.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 사건유발전위 신호의 평균 진폭 기반 정신질환 분류 방법의 순서도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 사건유발전위 신호의 평균 진폭 기반 정신질환 분류 장치의 구성도이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 사건유발전위 신호의 평균 진폭 기반 정신질환 분류 방법의 순서도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 사건유발전위 신호의 평균 진폭 기반 정신질환 분류 방법을 설명하기 위한 개념도이다.
도 5는 PTSD 환자와 MDD 환자의 사건유발전위 신호를 나타낸 예시도이다.
1 is a flowchart of a mental disorder classification method based on the average amplitude of an event evoked potential signal according to an embodiment of the present invention.
2 is a block diagram of an apparatus for classifying mental disorders based on the average amplitude of an event evoked potential signal according to an embodiment of the present invention.
3 is a flowchart of a mental disorder classification method based on the average amplitude of an event evoked potential signal according to another embodiment of the present invention.
4 is a conceptual diagram for explaining a mental disorder classification method based on the average amplitude of an event evoked potential signal according to an embodiment of the present invention.
5 is an exemplary view showing event evoked potential signals of PTSD patients and MDD patients.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.Advantages and features of the present invention, and methods of achieving them, will become clear with reference to the detailed description of the following embodiments taken in conjunction with the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments disclosed below, but may be implemented in various different forms, and only these embodiments make the disclosure of the present invention complete, and common knowledge in the art to which the present invention belongs. It is provided to completely inform the person who has the scope of the invention, and the present invention is only defined by the scope of the claims. Like reference numbers designate like elements throughout the specification.

본 명세서에서, 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. 본 명세서에서 사용되는 '~부'는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위로서, 예를 들어 소프트웨어, FPGA 또는 하드웨어 구성요소를 의미할 수 있다. '~부'에서 제공하는 기능은 복수의 구성요소에 의해 분리되어 수행되거나, 다른 추가적인 구성요소와 통합될 수도 있다. 본 명세서의 '~부'는 반드시 소프트웨어 또는 하드웨어에 한정되지 않으며, 어드레싱할 수 있는 저장 매체에 있도록 구성될 수도 있고, 하나 또는 그 이상의 프로세서들을 재생시키도록 구성될 수도 있다. 이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대해서 구체적으로 설명하기로 한다.In this specification, when a certain component is said to "include", it means that it may further include other components, not excluding other components unless otherwise stated. '~ unit' used in this specification is a unit that processes at least one function or operation, and may mean, for example, software, an FPGA, or a hardware component. Functions provided by '~unit' may be performed separately by a plurality of components or may be integrated with other additional components. '~unit' in this specification is not necessarily limited to software or hardware, and may be configured to be in an addressable storage medium or configured to reproduce one or more processors. Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

본 발명의 실시예에 따른 사건유발전위 신호의 평균 진폭 기반 정신질환 분류 장치 및 방법은 사용자에 유발되는 뇌파로부터 추출되는 사건유발전위 신호로부터 시간 윈도우 단위로 분할된 뇌파 신호들에 대해 각각 평균 진폭을 산출하고, 시간 윈도우 단위로 산출되어 획득된 평균 진폭 특징을 기초로 정신질환을 분류한다. 본 발명의 실시예에 의하면, 공병률이 높은 외상후 스트레스 장애(PTSD) 환자와 주요우울장애(MDD) 환자를 구분하여 정확한 진단에 도움을 줄 수 있으며, 최고점 진폭(peak amplitude) 기반의 진단 시스템보다 정확하게 동반이환 정신질환을 분류하여 진단의 성능을 높일 수 있다.An apparatus and method for classifying mental disorders based on the average amplitude of event evoked potential signals according to an embodiment of the present invention calculates average amplitudes of EEG signals divided in units of time windows from event evoked potential signals extracted from EEGs evoked by a user. Calculate and classify the mental disorder based on the average amplitude feature calculated and obtained in units of time windows. According to an embodiment of the present invention, it is possible to help in accurate diagnosis by distinguishing patients with post-traumatic stress disorder (PTSD) and patients with major depressive disorder (MDD), which have a high co-morbidity rate, and a peak amplitude-based diagnosis system. The performance of diagnosis can be improved by more accurately classifying comorbid mental disorders.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 사건유발전위 신호의 평균 진폭 기반 정신질환 분류 방법의 순서도이다. 도 1을 참조하면, 정신질환 분류를 위해, 청각 양자극 수행부에 의해 사용자에게 청각 양자극 방안(auditory oddball task)이 수행되는 동안, 뇌파 데이터 수집부에 의해 사용자에 유발되는 뇌파를 측정하여 사용자의 뇌파 데이터를 수집할 수 있다(S10). 뇌파 데이터가 수집되면, 뇌파 데이터 전처리부에 의해 뇌파 데이터에 대역 통과 필터를 적용하고, 동잡음을 제거하는 전처리를 수행함으로써, 사용자의 눈동자 움직임 및 외부 환경으로 인한 노이즈를 제거할 수 있다(S20).1 is a flowchart of a mental disorder classification method based on the average amplitude of an event evoked potential signal according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG. 1, while an auditory oddball task is being performed on the user by the auditory bipolar performance unit in order to classify mental disorders, the EEG data collection unit measures the EEG caused by the user. EEG data of can be collected (S10). When the EEG data is collected, the EEG data pre-processing unit applies a band-pass filter to the EEG data and performs pre-processing to remove motion noise, thereby removing noise caused by the movement of the user's eyes and the external environment (S20). .

뇌파 데이터에서 노이즈가 제거되면, 사건유발전위 신호 추출부를 이용하여, 청각 양자극 수행부에 의해 발생되는 타겟 자극의 발생 시점을 기준으로 설정된 구간 내의 사건유발전위 신호를 추출할 수 있다(S30). 사건유발전위 신호 추출부에 의해 사건유발전위 신호가 추출되면, 사건유발전위 신호 분할부에 의해 사건유발전위 신호를 시간 윈도우 단위로 뇌파 신호들로 분할할 수 있다(S40).When noise is removed from the brain wave data, an event evoked potential signal within a set interval based on the generation time of the target stimulus generated by the auditory bipolar performance unit can be extracted using the event evoked potential signal extractor (S30). When the event evoked potential signal is extracted by the event evoked potential signal extractor, the event evoked potential signal may be divided into EEG signals in units of time windows by the event evoked potential signal divider (S40).

사건유발전위 신호 분할부에 의해 사건유발전위 신호가 뇌파 신호들로 분할되면, 기저선 조정부에 의해, 타겟 자극의 발생 이전 구간의 평균값을 기준으로, 뇌파 신호들의 기저선을 조정하는 기저선 조정(baseline correction) 처리를 수행할 수 있다(S50). 이후 평균 진폭 산출부는 사건유발전위 신호로부터 시간 윈도우 단위로 분할된 뇌파 신호들에 대해 각각 평균 진폭을 산출할 수 있다(S60). 이때, 평균 진폭 산출부는 기저선 조정된 각 뇌파 신호에 대해 평균 값을 산출하여 시간 윈도우 단위로 평균 진폭을 산출할 수 있다.When the event evoked potential signal is divided into EEG signals by the event evoked potential signal division unit, the baseline adjustment unit adjusts the baseline of the EEG signals based on the average value of the interval before the occurrence of the target stimulus (baseline correction) Processing can be performed (S50). Thereafter, the average amplitude calculation unit may calculate average amplitudes of the EEG signals divided in time window units from the event evoked potential signal (S60). In this case, the average amplitude calculator may calculate an average amplitude for each time window by calculating an average value for each baseline-adjusted EEG signal.

시간 윈도우 단위로 평균 진폭이 산출되면, 정신질환 분류부에 의해, 시간 윈도우 단위로 산출되어 획득된 평균 진폭 특징을 기초로 정신질환을 분류할 수 있다(S70). 이때, 정신질환 분류부는 시간 윈도우 결정부에 의해 결정된 시간 윈도우 길이(윈도우 크기)에 대응되는 시간 윈도우 단위로 산출된 뇌파 신호들의 평균 진폭 특징을 기초로 정신질환을 분류할 수 있다.When the average amplitude is calculated for each time window, the mental disorder classifier may classify the mental disorder based on the obtained average amplitude feature calculated for each time window (S70). In this case, the mental disorder classification unit may classify the mental disorder based on the average amplitude characteristics of EEG signals calculated in units of time windows corresponding to the time window length (window size) determined by the time window determination unit.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 사건유발전위 신호의 평균 진폭 기반 정신질환 분류 장치의 구성도이다. 도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 사건유발전위 신호의 평균 진폭 기반 정신질환 분류 장치(100)는 청각 양자극 수행부(110), 뇌파 데이터 수집부(120), 뇌파 데이터 전처리부(130), 사건유발전위 신호 추출부(140), 사건유발전위 신호 분할부(150), 시간 윈도우 조절부(160), 피셔 스코어 분석부(170), 시간 윈도우 결정부(180), 기저선 조정부(190), 평균 진폭 산출부(200), 및 정신질환 분류부(210)를 포함할 수 있다.2 is a block diagram of an apparatus for classifying mental disorders based on the average amplitude of an event evoked potential signal according to an embodiment of the present invention. Referring to FIGS. 1 and 2 , the apparatus 100 for classifying mental disorders based on the average amplitude of an event evoked potential signal according to an embodiment of the present invention includes an auditory bipolar performance unit 110, an EEG data collection unit 120, and an EEG data collection unit 120. Data preprocessing unit 130, event evoked potential signal extraction unit 140, event evoked potential signal division unit 150, time window adjustment unit 160, Fisher score analysis unit 170, time window determination unit 180 , a baseline adjustment unit 190, an average amplitude calculation unit 200, and a mental disorder classification unit 210.

청각 양자극 수행부(110)는 사용자에게 청각 양자극 방안을 수행할 수 있다. 뇌파 데이터 수집부(120)는 청각 양자극 수행부(110)에 의해 청각 양자극 방안을 수행하는 동안 사용자에 유발되는 뇌파를 측정하여 뇌파 데이터를 수집할 수 있다. 실시예에서, 뇌파 데이터 수집부(120)는 사용자가 헤드셋 형태로 귀 부분이나 귀 주변 부분 혹은 두부 등에 착용하여 뇌파를 수집하는 착용형 뇌파 수집 장치를 포함할 수 있다. 뇌파 데이터 수집부(120)는 뇌파를 수집하기 위한 하나 이상의 뇌파 수집 전극을 포함할 수 있다.The auditory quantum stimulation performing unit 110 may perform auditory quantum stimulation schemes to the user. The brain wave data collection unit 120 may collect brain wave data by measuring brain waves generated by the user while the auditory bipolar stimulation method is performed by the auditory bipolar stimulation unit 110 . In an embodiment, the EEG data collecting unit 120 may include a wearable EEG collecting device worn by a user in the form of a headset on the ear, around the ear, or on the head to collect EEG. The EEG data collection unit 120 may include one or more EEG collection electrodes for collecting EEG.

뇌파 데이터 전처리부(130)는 뇌파 데이터 수집부(120)에 의해 수집된 뇌파 데이터에 대역 통과 필터(예를 들어, 1 ~ 30 Hz 대역 통과 필터)를 적용하고, 동잡음을 제거하는 전처리를 수행할 수 있다. 동잡음 제거는 각 뇌파 수집 전극에서 수집된 뇌파 신호에서 생리학적 아티팩트(예를 들어, 크기가 75 μV 이상인 신호)를 제거하여 수행될 수 있다.The EEG data pre-processing unit 130 applies a band pass filter (eg, a 1 to 30 Hz band pass filter) to the EEG data collected by the EEG data collection unit 120 and performs pre-processing to remove motion noise. can do. Noise cancellation can be performed by removing physiological artifacts (eg, signals with a magnitude greater than 75 μV) from the EEG signals collected at each EEG collection electrode.

사건유발전위 신호 추출부(140)는 청각 양자극 수행부(110)에 의해 발생되는 타겟 자극의 발생 시점을 기준으로 설정된 구간 내의 사건유발전위 신호를 추출할 수 있다. 사건유발전위 신호 분할부(150)는 사건유발전위 신호 추출부(140)에 의해 추출된 사건유발전위 신호를 일정한 시간 윈도우 길이를 가지는 시간 윈도우 단위로 뇌파 신호들로 분할할 수 있다.The event evoked potential signal extractor 140 may extract the event evoked potential signal within a section set based on the generation time of the target stimulus generated by the auditory bipolar performance unit 110 . The event evoked potential signal divider 150 may divide the event evoked potential signal extracted by the event evoked potential signal extractor 140 into EEG signals in units of time windows having a predetermined time window length.

시간 윈도우 조절부(160)는 다양한 시간 윈도우(예를 들어, 50 ms, 100 ms, 200 ms, 300 ms 등의 다양한 윈도우 크기를 가지는 시간 윈도우)에 따라 사건유발전위 신호가 분할되도록 사건유발전위 신호 분할부(150)를 제어한다. 피셔 스코어 분석부(170)는 다양한 시간 윈도우별로 피셔 스코어를 이용하여 특징들을 선택할 수 있다. 시간 윈도우 결정부(180)는 피셔 스코어 분석부(170)에 의해 선택된 특징들을 이용하여 기계학습 기반의 분류기와 교차검증을 통해 최적의 시간 윈도우 길이를 결정할 수 있다.The time window adjusting unit 160 controls the event evoked potential signal so that the event evoked potential signal is divided according to various time windows (eg, time windows having various window sizes such as 50 ms, 100 ms, 200 ms, and 300 ms). The division unit 150 is controlled. The Fisher score analysis unit 170 may select features using Fisher scores for each of various time windows. The time window determiner 180 may determine an optimal time window length through a machine learning-based classifier and cross-validation using the features selected by the Fisher score analyzer 170 .

기저선 조정부(190)는 타겟 자극의 발생 이전 구간의 평균값을 기준으로, 뇌파 신호들의 기저선을 조정할 수 있다. 평균 진폭 산출부(200)는 사건유발전위 신호로부터 시간 윈도우 단위로 분할된 뇌파 신호들에 대해 각각 평균 진폭을 산출할 수 있다. 평균 진폭 산출부(200)는 기저선 조정된 각 뇌파 신호에 대해 평균 값을 산출하여 시간 윈도우 단위로 평균 진폭을 산출할 수 있다.The baseline adjustment unit 190 may adjust the baseline of the EEG signals based on an average value of a section prior to the occurrence of the target stimulus. The average amplitude calculation unit 200 may calculate average amplitudes of EEG signals divided in units of time windows from the event evoked potential signal. The average amplitude calculation unit 200 may calculate an average amplitude for each time window by calculating an average value for each baseline-adjusted EEG signal.

정신질환 분류부(210)는 시간 윈도우 단위로 산출되어 획득된 평균 진폭 특징을 기초로 정신질환을 분류할 수 있다. 정신질환 분류부(210)는 시간 윈도우 결정부(180)에 의해 결정된 시간 윈도우 길이에 대응되는 시간 윈도우 단위로 산출된 뇌파 신호들의 평균 진폭 특징을 기초로 정신질환을 분류할 수 있다.The mental disorder classification unit 210 may classify the mental disorder based on the average amplitude feature calculated and obtained in units of time windows. The mental disorder classification unit 210 may classify the mental disorder based on the average amplitude characteristics of EEG signals calculated in units of time windows corresponding to the time window length determined by the time window determiner 180 .

도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 사건유발전위 신호의 평균 진폭 기반 정신질환 분류 방법의 순서도이다. 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 사건유발전위 신호의 평균 진폭 기반 정신질환 분류 방법을 설명하기 위한 개념도이다. 도 5는 PTSD 환자와 MDD 환자의 사건유발전위 신호를 나타낸 예시도이다.3 is a flowchart of a mental disorder classification method based on the average amplitude of an event evoked potential signal according to another embodiment of the present invention. 4 is a conceptual diagram for explaining a mental disorder classification method based on the average amplitude of an event evoked potential signal according to an embodiment of the present invention. 5 is an exemplary view showing event evoked potential signals of PTSD patients and MDD patients.

도 1 내지 도 5를 참조하면, 시간 윈도우 조절부(160)는 다양한 시간 윈도우에 따라 사건유발전위 신호(P300)가 분할되도록 사건유발전위 신호 분할부(150)를 제어한다. P300과 같은 사건유발전위 신호는 주의집중과 같은 인지처리와 관련된 자극 제시 시점(예를 들어, 도 4의 도면부호 11 내지 15에 해당하는 자극들 중 이전 자극과 변화가 나타나는 도면부호 14에 해당하는 자극의 발생 시점) 이후 약 300 ms 시점에 양의 값을 갖는 파형(positive going wave)으로 발생할 수 있다.1 to 5 , the time window controller 160 controls the event evoked potential signal divider 150 to divide the event evoked potential signal P300 according to various time windows. An event evoked potential signal such as P300 corresponds to a stimulus presentation time associated with cognitive processing such as attention (eg, among stimuli corresponding to reference numerals 11 to 15 in FIG. A positive going wave may be generated at about 300 ms after the stimulus occurs).

MDD 환자와, PTSD 환자에 대해 측정된 사건유발전위 신호(예를 들어, 도 4에 실선으로 도시된 P300)는 모두 정상인에 대해 측정된 사건유발전위 신호(예를 들어, 도 4에 점선으로 도시된 P300)와 비교하여 P300 크기가 저하되고 발생 시점이 지연되는 특성이 있다.The event evoked potential signals measured for MDD patients and PTSD patients (eg, P300 shown as a solid line in FIG. 4 ) are both measured for normal subjects (eg, shown as a dotted line in FIG. 4 ). Compared to P300), the size of P300 is lowered and the time of occurrence is delayed.

피셔 스코어 분석부(170)는 다양한 시간 윈도우별로 피셔 스코어를 이용하여 특징들을 선택할 수 있다(S110). 피셔 스코어 알고리즘에 대해서는 잘 알려져 있으므로, 본 발명의 요지가 흐려지지 않도록 피셔 스코어 알고리즘에 관한 상세한 설명은 생략한다. 시간 윈도우 결정부(180)는 피셔 스코어 분석부(170)에 의해 선택된 특징들을 이용하여 기계학습 기반의 분류기와 교차검증을 통해 최적의 시간 윈도우 길이(△T)를 결정할 수 있다(S120).The Fisher score analysis unit 170 may select features using Fisher scores for each of various time windows (S110). Since the Fisher score algorithm is well known, a detailed description of the Fisher score algorithm is omitted so as not to obscure the subject matter of the present invention. The time window determiner 180 may determine an optimal time window length ΔT through cross-validation with a machine learning-based classifier using the features selected by the Fisher score analyzer 170 (S120).

정신질환 분류부(210)는 시간 윈도우 결정부에 의해 결정된 시간 윈도우 길이(△T)에 대응되는 시간 윈도우(TW) 단위로 산출된 뇌파 신호들의 평균 진폭 특징(시간 윈도우 단위로 분할된 다수의 신호 구간에 대한 평균 진폭 값들)을 기초로 정신질환을 분류할 수 있다(S130, S140).The mental disorder classification unit 210 calculates the average amplitude characteristics of EEG signals calculated in units of time windows (TW) corresponding to the time window length (ΔT) determined by the time window determination unit (a plurality of signals divided in units of time windows). The mental disorder may be classified based on the average amplitude values for each section) (S130 and S140).

상술한 바와 같은 본 발명의 실시예에 의하면, 공병률이 높은 외상후 스트레스 장애(PTSD) 환자와 주요우울장애(MDD) 환자를 구분하여 정확한 진단에 도움을 줄 수 있는 컴퓨터 보조 진단 시스템의 성능을 향상시킬 수 있으며, 구체적으로 사건유발전위(event-related potential, ERP) 기반의 평균 진폭(mean amplitude) 특징을 사용하여 최고점 진폭(peak amplitude) 기반의 진단 시스템보다 정확하게 동반이환 정신질환을 분류하여 진단의 성능을 높일 수 있다.According to the embodiment of the present invention as described above, the performance of a computer-assisted diagnostic system that can help in accurate diagnosis by distinguishing patients with post-traumatic stress disorder (PTSD) and major depressive disorder (MDD) with a high co-morbidity rate is improved. Specifically, by using the event-related potential (ERP)-based mean amplitude feature, more accurately than the peak amplitude-based diagnosis system, comorbid mental disorders are classified and diagnosed. performance can be improved.

본 발명의 실시예에 의하면, 사건유발전위 최고점 진폭 기반의 진단 시스템과 다르게 사건유발전위 신호의 파형 전체를 사용하여 평균 기반의 특징을 사용하며, 인지기능 이외에 다른 정보처리(예 - 감정 및 운동)와 관련된 뇌의 활성화 정도를 이용하여 분류하기 때문에, 인지 저하를 보이는 정신질환 뿐만 아니라 다양한 정신질환 환자의 진단에 도움을 줄 수 있다.According to the embodiment of the present invention, unlike the diagnostic system based on the peak amplitude of the event evoked potential, the average-based feature is used using the entire waveform of the event evoked potential signal, and information processing other than cognitive function (e.g., emotion and movement) Since it is classified using the degree of activation of the brain related to , it can be helpful in diagnosing patients with various mental diseases as well as mental diseases showing cognitive decline.

또한, 본 발명의 실시예에 의하면, 객관적인 생체 신호 기반의 특징을 사용하여 동반 이환률이 높은 두 정신질환 환자의 진단을 도울 경우, 전통적인 문진 방식의 오진단률을 낮출 수 있으며, 나아가 다른 동반이환 정신질환 환자의 뇌파 데이터에도 적용하여 전반적인 정신질환 진단에 도움을 줄 수 있다.In addition, according to an embodiment of the present invention, when diagnosing two mentally ill patients with high co-morbidities using objective bio-signal-based characteristics, the misdiagnosis rate of the traditional questionnaire method can be reduced, and furthermore, other co-morbid mental diseases It can also be applied to the patient's EEG data to help diagnose overall mental disorders.

이하에서 상술한 바와 같은 본 발명의 실시예에 따른 사건유발전위 신호의 평균 진폭 기반 정신질환 분류 장치 및 방법의 성능을 검증하기 위한 실험에 대해 설명한다. 본 발명을 위해 51명의 PTSD 환자, 67명의 MDD 환자, 그리고 39명의 정상대조군으로부터 측정된 뇌파 데이터를 측정하였다.Hereinafter, an experiment for verifying the performance of the apparatus and method for classifying mental disorders based on the average amplitude of an event evoked potential signal according to an embodiment of the present invention as described above will be described. For the present invention, EEG data measured from 51 PTSD patients, 67 MDD patients, and 39 normal controls were measured.

일반적으로 서로 다른 두 자극이 제시될 때, 상대적으로 제시 비율이 낮은 자극에 대하여 주의 집중이 높고, 이때 주의 집중과 관련한 뇌의 활성화(P300)가 나타난다고 알려져 있는데, 이를 효율적으로 측정할 수 있게 고안된 방법이 양자극방안(oddball task)이다.In general, it is known that when two different stimuli are presented, attention is high for a stimulus with a relatively low presentation rate, and at this time, brain activation (P300) related to attention appears. The method is an oddball task.

본 발명에서 사용된 청각 양자극 방안(auditory oddball task)의 경우 서로 다른 두 종류의 소리자극으로 이루어져 있으며(target - 1,500 Hz; standard - 1,000 Hz), 각 소리자극 제시 비율은 15 %, 85 % 이다. 자극은 총 400번 제시되었다. 청각양자극방안을 수행하는 동안 유발되는 뇌파는 국제 연맹의 10-20 전극배치법(international 10-20 electrode system) 기반의 62개 전극 뇌파 측정 시스템을 이용하여 측정하였다(표본화율(sampling rate) - 1,000 Hz).In the case of the auditory oddball task used in the present invention, it consists of two different types of sound stimuli (target - 1,500 Hz; standard - 1,000 Hz), and the presentation ratio of each sound stimulus is 15% and 85%. . Stimuli were presented a total of 400 times. EEGs evoked while performing the auditory stimulation method were measured using a 62-electrode EEG measurement system based on the international 10-20 electrode system of the International Federation (sampling rate - 1,000 Hz).

뇌파 측정 후, 눈동자 움직임, 움직임으로 인한 노이즈, 그리고 알 수 없는 외부 환경으로부터 발생한 큰 노이즈들을 제거한 후, 타겟 자극 제시 시점을 기준으로 타겟 자극 제시 이전 100 ms부터 제시 이후 600 ms까지 뇌파 신호를 분할하였다. 만약 분할된 신호에 ± 75μV를 넘는 진폭이 포함되어 있을 경우, 해당 신호는 추후 분석에서 제외하였다.After measuring the EEG, eye movement, noise due to movement, and large noises from unknown external environments were removed, and then the EEG signal was divided from 100 ms before the presentation of the target stimulus to 600 ms after the presentation of the target stimulus based on the time of presentation of the target stimulus. . If the divided signal contained an amplitude exceeding ± 75 μV, the signal was excluded from further analysis.

각각 분할된 신호는, 타겟 자극 이전 시점(-100ms - 0ms)의 평균값을 빼주어 기저선 조정(baseline correction)을 한 후, 모든 분할된 신호들을 평균하여 사건유발전위 신호를 계산하였다. 평균 진폭 기반의 특징을 추출하기 위하여 서로 다른 다섯 개의 시간기준(time window)이 사용되었다[50ms, 100ms, 200ms, 및 300ms]. 각각의 시간기준을 활용하여 각 채널의 뇌파 신호를 평균하여 특징을 추출하였다. 본 발명에서는 다음과 같은 서로 다른 세 개의 분류 조합을 구성하였다.Each divided signal was subjected to baseline correction by subtracting the average value of the time point before the target stimulus (-100 ms - 0 ms), and then the event evoked potential signal was calculated by averaging all divided signals. Five different time windows were used to extract features based on average amplitude [50 ms, 100 ms, 200 ms, and 300 ms]. The features were extracted by averaging the EEG signals of each channel using each time criterion. In the present invention, three different classification combinations were constructed as follows.

1) PTSD 환자 vs. 정상대조군1) PTSD patients vs. normal control group

2) MDD환자 vs. 정상대조군2) MDD patients vs. normal control group

3) PTSD환자 vs. MDD환자3) PTSD patients vs. MDD patient

각 조합의 두 그룹을 분류하기 위하여, 각 시간 기준마다 피셔 스코어(Fisher's score)를 이용하여 중요한 특징을 1개에서부터 20개까지 선택하였고, 선택한 특징들을 이용하여 기계학습 기반의 서포트 벡터 머신(support vector machine, SVM) 분류기와 리브-원-아웃 교차검증(leave-one-out cross validation) 방법을 이용하였다. 본 발명을 위해 모집된 각 그룹의 피험자의 수가 불균형하기 때문에, 불균형한 피험자로 인한 정확도의 오류를 줄이기 위하여 균형 정확도(balanced accuracy)([specificity + sensitivity]*0.5)를 사용하여 분류 성능을 도출하였다. 측정된 분류 정확도를 표 1에 나타내었다.In order to classify the two groups of each combination, important features from 1 to 20 were selected using Fisher's score for each time criterion, and the machine learning-based support vector machine (support vector machine) was used using the selected features. machine, SVM) classifier and leave-one-out cross validation method were used. Since the number of subjects in each group recruited for the present invention is disproportionate, the classification performance was derived using balanced accuracy ([specificity + sensitivity]*0.5) to reduce errors in accuracy due to unbalanced subjects. . The measured classification accuracy is shown in Table 1.

Figure 112022077894362-pat00001
Figure 112022077894362-pat00001

1) PTSD환자와 정상대조군 분류 시 최고 분류정확도 - 50ms 시간기준 기반 특징을 사용하였을 때 84.84 %1) Highest classification accuracy when classifying PTSD patients and normal controls - 84.84% when using 50 ms time criterion-based features

2) MDD환자와 정상대조군 분류 시 최고 분류정확도- 200ms 시간기준 기반 특징을 사용하였을 때 77.69 %2) Highest classification accuracy when classifying MDD patients and normal controls - 77.69% when using 200 ms time criterion-based features

3) PTSD환자와 MDD환자 분류 시 최고 분류 정확도 - 100ms 시간기준 기반 특징을 사용하였을 때 79.97 %3) Highest classification accuracy in classifying PTSD patients and MDD patients - 79.97% when using 100 ms time base-based features

특히, 평균 진폭 기반 특징을 사용하여 MDD 환자와 정상대조군을 분류하였을 때의 정확도는 기존 최고점 진폭 기반의 분류결과(balanced accuracy - 60.16 %)보다 약 17 % 이상 증가하였으며, PTSD 환자와 MDD 환자를 분류하였을 때(balanced accuracy - 70.83 %)는 약 10 % 이상 분류정확도가 향상된 것을 확인할 수 있었다.In particular, the accuracy of classifying MDD patients and normal controls using average amplitude-based features increased by about 17% over the previous peak amplitude-based classification result (balanced accuracy - 60.16%), and PTSD patients and MDD patients were classified. (balanced accuracy - 70.83%), it was confirmed that the classification accuracy improved by about 10% or more.

위 결과를 통하여, 정신질환 환자들을 진단할 때에는 단편적인 정보를 기반으로 추출된 최고점 진폭 기반의 특징보다는 전제 사건유발전위 파형을 활용하여 진폭 기반의 특징보다 비교적 다양한 정보를 담고 있는 평균 진폭 기반의 특징이 더 적합함을 유추할 수 있다. 상술한 바와 같이, 본 발명의 실시예는 평균 진폭 기반의 새로운 특징을 도입하여 공병률이 높은 두 질환의 진단에 도움을 줄 수 있는 사건유발전위 뇌파 기반의 컴퓨터-보조 진단 시스템의 성능을 향상시킬 수 있음을 검증하였다.Through the above results, when diagnosing patients with mental illness, the average amplitude-based features containing relatively more information than the amplitude-based features were used by using the premise event evoked potential waveform rather than the peak amplitude-based features extracted based on fragmentary information. It can be inferred that this is more suitable. As described above, an embodiment of the present invention introduces a new feature based on average amplitude to improve the performance of an event evoked potential EEG-based computer-aided diagnostic system that can help diagnose two diseases with high co-morbidity. It was verified that it can.

본 발명의 실시예는 인지기능과 관련된 P300 사건유발전위 뿐만 아니라, 감정(early posterior negativity; EPN, late positive potential; LPP) 및 운동(movement-related cortical potentials; MRCP)과 관련된 사건유발전위를 유발 시킬 수 있는 다양한 자극 패러다임의 사용이 가능하다. 또한, 본 발명의 실시예는 PTSD 환자 및 MDD 환자 뿐만 아니라, 비슷한 임상증상을 공유하고 있어 정확한 진단에 어려움이 있는 정신질환(예-조현병(schizophrenia), 양극성장애(bipolar disorders))의 진단이나, 비슷한 임상적 기질을 보이는 정신질환인 범불안장애(generalized anxiety) 혹은 공황장애(panic disorder) 등의 분류에도 활용될 수 있다.Embodiments of the present invention can induce not only P300 event evoked potentials related to cognitive function, but also event evoked potentials related to emotions (early posterior negativity; EPN, late positive potential; LPP) and movement-related cortical potentials (MRCP). A variety of possible stimulation paradigms can be used. In addition, the embodiments of the present invention are useful in diagnosing not only PTSD patients and MDD patients, but also mental disorders (eg, schizophrenia, bipolar disorders) that share similar clinical symptoms, making accurate diagnosis difficult. In addition, it can be used to classify mental disorders such as generalized anxiety disorder or panic disorder with similar clinical characteristics.

이상에서 설명된 실시예들의 구성 중 적어도 일부는 하드웨어 구성요소, 소프트웨어 구성요소, 및/ 또는 하드웨어 구성요소 및 소프트웨어 구성요소의 조합으로 구현될 수 있다. 예를 들어, 실시예들에서 설명된 장치, 방법 및 구성요소는, 예를 들어, 프로세서, 콘트롤러, ALU(Arithmetic Logic Unit), 디지털 신호 프로세서(Digital Signal Processor), 마이크로컴퓨터, FPGA(Field Programmable Gate Array), PLU(Programmable Logic Unit), 마이크로프로세서, 또는 명령(instruction)을 실행하고 응답할 수 있는 다른 어떠한 장치와 같이, 하나 이상의 범용 컴퓨터 또는 특수 목적 컴퓨터를 이용하여 구현될 수 있다.At least some of the configurations of the embodiments described above may be implemented as hardware components, software components, and/or a combination of hardware components and software components. For example, the devices, methods and components described in the embodiments may include, for example, a processor, a controller, an arithmetic logic unit (ALU), a digital signal processor, a microcomputer, a field programmable gate (FPGA) array), programmable logic units (PLUs), microprocessors, or any other device capable of executing and responding to instructions.

처리 장치는 운영 체제 및 상기 운영 체제 상에서 수행되는 하나 이상의 소프트웨어 애플리케이션을 수행할 수 있다. 또한, 처리 장치는 소프트웨어의 실행에 응답하여, 데이터를 접근, 저장, 조작, 처리 및 생성할 수도 있다. 이해의 편의를 위하여, 처리 장치는 하나가 사용되는 것으로 설명된 경우도 있지만, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 처리 장치가 복수 개의 처리 요소(Processing Element) 및/또는 복수 유형의 처리요소를 포함할 수 있음을 이해할 것이다.A processing device may run an operating system and one or more software applications running on the operating system. A processing device may also access, store, manipulate, process, and generate data in response to execution of software. For convenience of understanding, there are cases in which one processing device is used, but those skilled in the art know that a processing device includes a plurality of processing elements and/or a plurality of types of processing elements. It will be understood that it can include

예를 들어, 처리 장치는 복수 개의 프로세서 또는 하나의 프로세서 및 하나의 콘트롤러를 포함할 수 있다. 또한, 병렬 프로세서(Parallel Processor) 와 같은, 다른 처리 구성(Processing configuration)도 가능하다. 소프트웨어는 컴퓨터 프로그램(Computer Program), 코드(code), 명령(instruction), 또는 이들 중 하나 이상의 조합을 포함할 수 있으며, 원하는 대로 동작하도록 처리 장치를 구성하거나 독립적으로 또는 결합적으로(collectively) 처리 장치를 명령할 수 있다.For example, a processing device may include a plurality of processors or a processor and a controller. Also, other processing configurations are possible, such as a parallel processor. Software may include a computer program, code, instructions, or a combination of one or more of the foregoing, which configures a processing device to operate as desired or processes independently or collectively. You can command the device.

소프트웨어 및/ 또는 데이터는, 처리 장치에 의하여 해석되거나 처리 장치에 명령 또는 데이터를 제공하기 위하여, 어떤 유형의 기계, 구성요소(component), 물리적 장치, 가상 장치(virtual equipment), 컴퓨터 저장 매체 또는 장치에 구체화(embody) 될 수 있다. 소프트웨어는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템 상에 분산되어서, 분산된 방법으로 저장되거나 실행될 수도 있다. 소프트웨어 및 데이터는 하나 이상의 컴퓨터 판독 가능 기록 매체에 저장될 수 있다.Software and/or data may be any tangible machine, component, physical device, virtual equipment, computer storage medium or device, intended to be interpreted by or provide instructions or data to a processing device. can be embodied in Software may be distributed on networked computer systems and stored or executed in a distributed manner. Software and data may be stored on one or more computer readable media.

실시예에 따른 방법은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 매체에 기록되는 프로그램 명령은 실시예를 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다.The method according to the embodiment may be implemented in the form of program instructions that can be executed through various computer means and recorded on a computer readable medium. Computer readable media may include program instructions, data files, data structures, etc. alone or in combination. Program commands recorded on the medium may be specially designed and configured for the embodiment or may be known and usable to those skilled in computer software.

컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CDROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media) 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다. 상기된 하드웨어 장치는 실시예의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.Examples of computer-readable recording media include magnetic media such as hard disks, floppy disks and magnetic tapes, optical media such as CDROMs and DVDs, and ROMs, RAMs, and flash memories. hardware devices specially configured to store and execute program instructions, such as; Examples of program instructions include high-level language codes that can be executed by a computer using an interpreter, as well as machine language codes such as those produced by a compiler. The hardware devices described above may be configured to operate as one or more software modules to perform the operations of the embodiments, and vice versa.

이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다. 그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 청구범위와 균등한 것들도 후술하는 청구범위의 범위에 속한다.As described above, although the embodiments have been described with limited examples and drawings, those skilled in the art can make various modifications and variations from the above description. For example, the described techniques may be performed in an order different from the method described, and/or components of the described system, structure, device, circuit, etc. may be combined or combined in a different form than the method described, or other components may be used. Or even if it is replaced or substituted by equivalents, appropriate results can be achieved. Therefore, other implementations, other embodiments, and equivalents of the claims are within the scope of the following claims.

100 : 사건유발전위 신호의 평균 진폭 기반 정신질환 분류 장치
110 : 청각 양자극 수행부
120 : 뇌파 데이터 수집부
130 : 뇌파 데이터 전처리부
140 : 사건유발전위 신호 추출부
150 : 사건유발전위 신호 분할부
160 : 시간 윈도우 조절부
170 : 피셔 스코어 분석부
180 : 시간 윈도우 결정부
190 : 기저선 조정부
200 : 평균 진폭 산출부
210 : 정신질환 분류부
100: Mental disorder classification device based on the average amplitude of the event evoked potential signal
110: Auditory bipolar performance unit
120: EEG data collection unit
130: EEG data pre-processing unit
140: event evoked potential signal extraction unit
150: event evoked potential signal divider
160: time window control unit
170: Fisher score analysis unit
180: time window determining unit
190: baseline adjustment unit
200: average amplitude calculation unit
210: mental illness classification unit

Claims (10)

사건유발전위 신호의 평균 진폭 기반 정신질환 분류 방법을 실행하도록 컴퓨터로 판독 가능한 기록매체에 기록된 컴퓨터 프로그램으로서,
상기 사건유발전위 신호의 평균 진폭 기반 정신질환 분류 방법은:
뇌파 데이터 수집부에 의해, 청각 양자극 방안을 수행하는 동안 사용자에 유발되는 뇌파를 측정하여 뇌파 데이터를 수집하는 단계;
사건유발전위 신호 추출부에 의해, 타겟 자극의 발생 시점을 기준으로 설정된 구간 내의 사건유발전위 신호를 추출하는 단계;
평균 진폭 산출부에 의해, 상기 사건유발전위 신호로부터 시간 윈도우 단위로 분할된 뇌파 신호들에 대해 각각 평균 진폭을 산출하는 단계; 및
정신질환 분류부에 의해, 상기 시간 윈도우 단위로 산출되어 획득된 평균 진폭 특징을 기초로 정신질환을 분류하는 단계를 포함하고,
상기 평균 진폭을 산출하는 단계는:
피셔 스코어 분석부에 의해, 다양한 시간 윈도우별로 피셔 스코어를 이용하여 특징들을 선택하는 단계;
시간 윈도우 결정부에 의해, 선택한 특징들을 이용하여 기계학습 기반의 분류기와 교차검증을 통해 최적의 시간 윈도우 길이를 결정하는 단계;
사건유발전위 신호 분할부에 의해, 상기 사건유발전위 신호를 상기 시간 윈도우 길이에 대응되는 상기 시간 윈도우 단위로 상기 뇌파 신호들로 분할하는 단계;
기저선 조정부에 의해, 상기 타겟 자극의 발생 이전 구간의 평균값을 기준으로, 상기 뇌파 신호들의 기저선을 조정하는 단계; 및
상기 평균 진폭 산출부에 의해, 상기 사건유발전위 신호로부터 시간 윈도우 단위로 분할된 뇌파 신호들에 대해 기저선 조정된 각 뇌파 신호의 평균 진폭을 산출하는 단계를 포함하는, 사건유발전위 신호의 평균 진폭 기반 정신질환 분류 방법을 실행하도록 컴퓨터로 판독 가능한 기록매체에 기록된 컴퓨터 프로그램.
A computer program recorded on a computer-readable recording medium to execute a mental disorder classification method based on the average amplitude of an event evoked potential signal,
The average amplitude-based mental disorder classification method of the event evoked potential signal is:
collecting brain wave data by measuring brain waves caused by a user while performing an auditory bipolar stimulation method by an brain wave data collecting unit;
extracting, by an event evoked potential signal extraction unit, an event evoked potential signal within a set interval based on a target stimulus generation time point;
calculating, by an average amplitude calculation unit, average amplitudes of EEG signals divided in units of time windows from the event evoked potential signal; and
Classifying, by a mental disorder classification unit, a mental disorder based on an average amplitude feature calculated and obtained in units of the time window;
The step of calculating the average amplitude is:
selecting features using Fisher scores for each time window, by a Fisher score analysis unit;
determining an optimal time window length through a machine learning-based classifier and cross-validation using the selected features by a time window determiner;
dividing the event evoked potential signal into the EEG signals in units of the time window corresponding to the length of the time window, by an event evoked potential signal divider;
adjusting a baseline of the EEG signals based on an average value of a section prior to occurrence of the target stimulus by a baseline adjustment unit; and
Based on the average amplitude of the event evoked potential signal, comprising calculating, by the average amplitude calculation unit, the average amplitude of each baseline-adjusted EEG signal for the EEG signals divided in units of time windows from the event evoked potential signal. A computer program recorded on a computer-readable recording medium to execute a mental disorder classification method.
삭제delete 삭제delete 청구항 1에 있어서,
상기 정신질환을 분류하는 단계는 상기 시간 윈도우 결정부에 의해 결정된 상기 시간 윈도우 길이에 대응되는 시간 윈도우 단위로 산출된 상기 뇌파 신호들의 평균 진폭 특징을 기초로 정신질환을 분류하는 단계를 포함하는, 사건유발전위 신호의 평균 진폭 기반 정신질환 분류 방법을 실행하도록 컴퓨터로 판독 가능한 기록매체에 기록된 컴퓨터 프로그램.
The method of claim 1,
Classifying the mental disorder comprises classifying the mental disorder based on average amplitude characteristics of the EEG signals calculated in units of a time window corresponding to the time window length determined by the time window determiner. A computer program recorded on a computer-readable recording medium to execute a mental disorder classification method based on the average amplitude of an evoked potential signal.
청구항 1에 있어서,
상기 정신질환을 분류하는 단계는 공병률이 높은 외상후 스트레스 장애와 우울장애를 포함하는 정신질환들을 분류하는 단계를 포함하는, 사건유발전위 신호의 평균 진폭 기반 정신질환 분류 방법을 실행하도록 컴퓨터로 판독 가능한 기록매체에 기록된 컴퓨터 프로그램.
The method of claim 1,
Classifying the mental disorder is read by a computer to execute a mental disorder classification method based on the average amplitude of the event evoked potential signal, including the step of classifying mental disorders including post-traumatic stress disorder and depressive disorder with high co-morbidities. A computer program recorded on a recordable medium.
삭제delete 청각 양자극 방안을 수행하는 동안 사용자에 유발되는 뇌파를 측정하여 뇌파 데이터를 수집하도록 구성되는 뇌파 데이터 수집부;
타겟 자극의 발생 시점을 기준으로 설정된 구간 내의 사건유발전위 신호를 추출하도록 구성되는 사건유발전위 신호 추출부;
다양한 시간 윈도우별로 피셔 스코어를 이용하여 특징들을 선택하도록 구성되는 피셔 스코어 분석부; 및
상기 피셔 스코어 분석부에 의해 선택된 특징들을 이용하여 기계학습 기반의 분류기와 교차검증을 통해 최적의 시간 윈도우 길이를 결정하도록 구성되는 시간 윈도우 결정부;
상기 사건유발전위 신호를 상기 시간 윈도우 길이에 대응하는 시간 윈도우 단위로 뇌파 신호들로 분할하도록 구성되는 사건유발전위 신호 분할부;
상기 타겟 자극의 발생 이전 구간의 평균값을 기준으로, 상기 뇌파 신호들의 기저선을 조정하도록 구성되는 기저선 조정부;
상기 사건유발전위 신호로부터 시간 윈도우 단위로 분할된 상기 뇌파 신호들에 대해 각각 평균 진폭을 산출하도록 구성되는 평균 진폭 산출부; 및
상기 시간 윈도우 단위로 산출되어 획득된 평균 진폭 특징을 기초로 정신질환을 분류하도록 구성되는 정신질환 분류부를 포함하고,
상기 평균 진폭 산출부는 상기 사건유발전위 신호로부터 상기 기저선 조정부에 의해 기저선 조정된 각 뇌파 신호의 평균 값을 산출하여 상기 시간 윈도우 단위로 평균 진폭을 산출하는, 사건유발전위 신호의 평균 진폭 기반 정신질환 분류 장치.
an EEG data collection unit configured to collect EEG data by measuring an EEG caused by a user while performing an auditory quantum stimulation method;
an event evoked potential signal extraction unit configured to extract an event evoked potential signal within a section set based on the generation time of the target stimulus;
a Fisher score analysis unit configured to select features using Fisher scores for various time windows; and
a time window determination unit configured to determine an optimal time window length through a machine learning-based classifier and cross-validation using the features selected by the Fisher score analysis unit;
an event evoked potential signal divider configured to divide the event evoked potential signal into EEG signals in units of time windows corresponding to the time window length;
a baseline adjustment unit configured to adjust baselines of the EEG signals based on an average value of a section prior to occurrence of the target stimulus;
an average amplitude calculating unit configured to calculate average amplitudes of the EEG signals divided in units of time windows from the event evoked potential signal; and
A mental disorder classification unit configured to classify a mental disorder based on the average amplitude feature calculated and obtained in units of the time window,
The average amplitude calculation unit calculates an average value of each EEG signal baseline-adjusted by the baseline adjusting unit from the event evoked potential signal to calculate the average amplitude in units of the time window, and classifies mental disorders based on average amplitude of the event evoked potential signal. Device.
삭제delete 삭제delete 청구항 7에 있어서,
상기 정신질환 분류부는 상기 시간 윈도우 결정부에 의해 결정된 상기 시간 윈도우 길이에 대응되는 시간 윈도우 단위로 산출된 상기 뇌파 신호들의 평균 진폭 특징을 기초로 정신질환을 분류하는, 사건유발전위 신호의 평균 진폭 기반 정신질환 분류 장치.
The method of claim 7,
The mental disorder classification unit classifies the mental disorder based on the average amplitude characteristics of the EEG signals calculated in units of a time window corresponding to the time window length determined by the time window determination unit, based on the average amplitude of the event evoked potential signal. Mental illness classification device.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN117497150A (en) * 2023-11-08 2024-02-02 首都医科大学附属北京天坛医院 Symptom detection method and system

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5194291B2 (en) * 2006-06-06 2013-05-08 コーティカル ダイナミックス リミテッド Method for displaying brain activity and system for displaying brain activity
KR20190089585A (en) * 2018-01-23 2019-07-31 고려대학교 산학협력단 METHOD FOR relieving VIRTUAL REALITY SICKNESS USING BRAINWAVE ANALYSIS, VIRTUAL REALITY DISPLAY DEVICE AND COMPUTER READABLE MEDIUM FOR PERFORMING THE METHOD
KR20200052205A (en) * 2018-11-06 2020-05-14 고려대학교 산학협력단 Brain-computer interface systems and method for analysing brain wave signals expressed by motor imagery
KR20210048285A (en) * 2019-10-23 2021-05-03 인제대학교 산학협력단 Method for providing information of mental disorders and device for providing information of mental disorders using the same

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5194291B2 (en) * 2006-06-06 2013-05-08 コーティカル ダイナミックス リミテッド Method for displaying brain activity and system for displaying brain activity
KR20190089585A (en) * 2018-01-23 2019-07-31 고려대학교 산학협력단 METHOD FOR relieving VIRTUAL REALITY SICKNESS USING BRAINWAVE ANALYSIS, VIRTUAL REALITY DISPLAY DEVICE AND COMPUTER READABLE MEDIUM FOR PERFORMING THE METHOD
KR20200052205A (en) * 2018-11-06 2020-05-14 고려대학교 산학협력단 Brain-computer interface systems and method for analysing brain wave signals expressed by motor imagery
KR20210048285A (en) * 2019-10-23 2021-05-03 인제대학교 산학협력단 Method for providing information of mental disorders and device for providing information of mental disorders using the same

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN117497150A (en) * 2023-11-08 2024-02-02 首都医科大学附属北京天坛医院 Symptom detection method and system

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