KR102571116B1 - Method and device of brain-computer interface based on optimal channel selection algorithm using nirs - Google Patents

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KR102571116B1 KR1020230022790A KR20230022790A KR102571116B1 KR 102571116 B1 KR102571116 B1 KR 102571116B1 KR 1020230022790 A KR1020230022790 A KR 1020230022790A KR 20230022790 A KR20230022790 A KR 20230022790A KR 102571116 B1 KR102571116 B1 KR 102571116B1
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Abstract

본 발명은 근적외선 분광기법을 이용한 최적 채널 선택 알고리즘 기반 뇌-컴퓨터 인터페이스 장치 및 방법에 관한 것으로, N개의 센서 - 상기 센서는 신체에 대하여 근적외선에 해당하는 광 신호를 발생시키는 발광부 및 상기 신체로부터의 근적외선에 해당하는 광 신호를 감지하는 수광부 쌍을 포함함 -에 의해 형성되는 복수의 채널을 이용하여 상기 복수의 채널에 대응하는 사용자의 복수의 뇌 영역 각각에 대한 NIRS 데이터를 획득하는 데이터 획득모듈 및 상기 데이터 획득모듈로부터 획득한 상기 NIRS 데이터에 기초하여 상기 복수의 채널 중 적어도 하나의 채널을 선택하는 제어모듈을 포함하고, 상기 제어모듈은 상기 NIRS 데이터에 대한 특징 데이터를 추출하고 상기 추출한 특징 데이터와 상기 센서의 개수(N)를 고려하여 상기 복수의 채널 중 적어도 하나의 채널을 선택하는 근적외선 분광기법을 이용한 최적 채널 선택 알고리즘 기반 뇌-컴퓨터 인터페이스 장치가 제공될 수 있다.The present invention relates to a brain-computer interface device and method based on an optimal channel selection algorithm using a near-infrared spectroscopy technique, wherein N sensors - the sensor includes a light emitting unit generating light signals corresponding to near-infrared rays with respect to the body and A data acquisition module for obtaining NIRS data for each of a plurality of brain regions of a user corresponding to a plurality of channels by using a plurality of channels formed by a pair of light receivers for detecting optical signals corresponding to near-infrared rays; and and a control module for selecting at least one channel among the plurality of channels based on the NIRS data obtained from the data acquisition module, wherein the control module extracts feature data for the NIRS data and A brain-computer interface device based on an optimal channel selection algorithm using a near-infrared spectroscopy technique for selecting at least one of the plurality of channels in consideration of the number (N) of the sensors may be provided.

Description

근적외선 분광기법을 이용한 최적 채널 선택 알고리즘 기반 뇌-컴퓨터 인터페이스 방법 및 장치{METHOD AND DEVICE OF BRAIN-COMPUTER INTERFACE BASED ON OPTIMAL CHANNEL SELECTION ALGORITHM USING NIRS}Brain-computer interface method and device based on optimal channel selection algorithm using near-infrared spectroscopy technique

본 출원은 근적외선 분광기법 기반 뇌-컴퓨터 인터페이스 방법 및 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 암산 과제를 수행하는 동안 전전두엽(prefrontal cortex) 주변에 부착된 센서로부터 측정된 근적외선 분광기법(near-infrared spectroscopy, NIRS) 데이터를 이용한 뇌-컴퓨터 인터페이스의 실용성 향상을 위해 최적의 채널을 선택하는 뇌-컴퓨터 인터페이스 방법 및 장치에 관한 것이다.The present application relates to a near-infrared spectroscopy based brain-computer interface method and apparatus, and more particularly, near-infrared spectroscopy, measured from a sensor attached around the prefrontal cortex while performing a mental arithmetic task. A brain-computer interface method and apparatus for selecting an optimal channel to improve the practicality of a brain-computer interface using NIRS) data.

뇌-컴퓨터 인터페이스(brain-computer interface, BCI)는 뇌의 활동을 측정하여 근위축성 측색 경화증(amyotrophic lateral sclerosis)이나 감금증후군(locked-in syndrome)과 같은 마비 환자들이 외부 장비를 구동시킬 수 있도록 돕는 기술을 의미한다. A brain-computer interface (BCI) measures brain activity to help people with paralysis, such as amyotrophic lateral sclerosis or locked-in syndrome, drive external equipment. means technology.

뇌전도(electroencephalography: EEG) 등 뇌의 활동을 측정하는 방법은 다양하지만, 전기적 잡음 혹은 움직임에 의한 잡음에 강한 특성 등의 장점으로 인해 근적외선 분광기법을 많이 사용하고 있다. Although there are various methods for measuring brain activity, such as electroencephalography (EEG), near-infrared spectroscopy is widely used due to its strong resistance to electrical noise or motion noise.

근적외선 분광기법 기반의 뇌-컴퓨터 인터페이스에 있어서, 사용되는 채널이 많을수록 성능이 올라가는 경향이 있으나 채널이 많을수록 실험준비 시간이 길어지고 장비의 무게가 무거워져 사용자의 피로도를 유발해 성능이 저하될 우려가 있다. 또한 불필요한 혹은 잡음이 많은 채널이 포함돼도 성능이 저하될 수 있다. In the brain-computer interface based on near-infrared spectroscopy, the performance tends to increase as the number of channels used increases. However, as the number of channels increases, the experiment preparation time increases and the weight of the equipment increases, causing user fatigue and resulting in performance degradation. there is. Also, the inclusion of unnecessary or noisy channels can degrade performance.

이러한 문제점을 해결하기 위해, 뇌-컴퓨터 인터페이스에 있어서 성능을 유지 혹은 향상시킬 뿐만 아니라 채널 형성에 사용된 센서의 개수와 시스템을 구동시키기 위한 계산 비용을 줄여 실용성을 향상시킬 수 있는 적절한 채널 선택 방법이 필요한 실정이다.In order to solve this problem, an appropriate channel selection method that can improve practicality by reducing the number of sensors used for channel formation and the calculation cost for driving the system as well as maintaining or improving performance in the brain-computer interface is required. It is necessary.

해결하고자 하는 일 과제는 최적의 채널을 선택할 뿐만 아니라 부착된 센서의 개수를 함께 감소시킬 수 있는 근적외선 분광기법을 이용한 최적 채널 선택 알고리즘 기반 뇌-컴퓨터 인터페이스 방법 및 장치를 제공하는 것이다. One problem to be solved is to provide a brain-computer interface method and apparatus based on an optimal channel selection algorithm using a near-infrared spectroscopy technique that can not only select an optimal channel but also reduce the number of attached sensors.

본 출원의 해결하고자 하는 과제가 상술한 과제로 제한되는 것은 아니며, 언급되지 아니한 과제들은 본 명세서 및 첨부된 도면으로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The problem to be solved in the present application is not limited to the above-described problem, and problems not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from this specification and the accompanying drawings. .

본 출원의 일 양상에 따르면, 근적외선 분광기법을 이용한 최적 채널 선택 알고리즘 기반 뇌-컴퓨터 인터페이스 장치에 있어서, N개의 센서 - 상기 센서는 신체에 대하여 근적외선에 해당하는 광 신호를 발생시키는 발광부 및 상기 신체로부터의 근적외선에 해당하는 광 신호를 감지하는 수광부를 포함함 -에 의해 형성되는 복수의 채널을 이용하여 상기 복수의 채널에 대응하는 사용자의 복수의 신체 부위 - 상기 복수의 신체 부위는 사용자의 복수의 뇌 영역을 포함함 -각각에 대한 NIRS 데이터를 획득하는 데이터 획득모듈 및 상기 데이터 획득모듈로부터 획득한 상기 NIRS 데이터에 기초하여 상기 복수의 채널 중 적어도 하나의 채널을 선택하는 제어모듈을 포함하고, 상기 제어모듈은 상기 NIRS 데이터에 대한 특징 데이터를 추출하고 상기 추출한 특징 데이터와 상기 복수의 센서의 개수(N)를 고려하여 상기 복수의 채널 중 적어도 하나의 채널을 선택하는 근적외선 분광기법을 이용한 최적 채널 선택 알고리즘 기반 뇌-컴퓨터 인터페이스 장치가 제공될 수 있다.According to one aspect of the present application, in a brain-computer interface device based on an optimal channel selection algorithm using a near-infrared spectroscopy technique, N sensors-the sensors include a light emitting unit generating light signals corresponding to near-infrared rays with respect to the body and the body A plurality of body parts of the user corresponding to the plurality of channels using a plurality of channels formed by the plurality of body parts of the user including a brain region -including a data acquisition module for acquiring NIRS data for each and a control module for selecting at least one channel among the plurality of channels based on the NIRS data obtained from the data acquisition module, wherein the The control module extracts feature data for the NIRS data and selects an optimal channel using a near-infrared spectroscopy technique for selecting at least one channel among the plurality of channels in consideration of the extracted feature data and the number (N) of the plurality of sensors. An algorithm-based brain-computer interface device may be provided.

일 실시예에 있어서, 상기 제어모듈은 상기 추출한 특징 데이터를 이용하여 분류 정확도를 계산하고, 계산된 상기 분류 정확도 및 상기 복수의 센서의 개수(N)에 기초하여 상기 복수의 채널 중 적어도 하나의 채널을 선택할 수 있다.In one embodiment, the control module calculates classification accuracy using the extracted feature data, and selects at least one channel among the plurality of channels based on the calculated classification accuracy and the number (N) of the plurality of sensors. can choose

일 실시예에 있어서, 상기 제어모듈은 상기 분류 정확도 및 상기 복수의 센서의 개수(N)에 기초하여 채널 선택 기준값을 산출하고, 상기 채널 선택 기준값에 대해 순차적 전진 선택(sequential forward selection, SFS)을 적용하여 상기 복수의 채널 중 적어도 하나의 채널을 선택할 수 있다.In one embodiment, the control module calculates a channel selection reference value based on the classification accuracy and the number (N) of the plurality of sensors, and performs sequential forward selection (SFS) on the channel selection reference value. At least one channel among the plurality of channels may be selected by application.

일 실시예에 있어서, 상기 채널 선택 기준값은 하기의 수학식 1 및 수학식 2에 의한 알고리즘에 의해 결정될 수 있다. In one embodiment, the channel selection reference value may be determined by an algorithm based on Equations 1 and 2 below.

(수학식 1) (Equation 1)

(수학식 2) (Equation 2)

일 실시예에 있어서, 상기 제어모듈은 상기 채널 선택 기준값에 대한 알고리즘을 최적화하고, 상기 채널 선택 기준값은 하기의 수학식 3에 의해 결정될 수 있다.In one embodiment, the control module optimizes an algorithm for the channel selection reference value, and the channel selection reference value may be determined by Equation 3 below.

(수학식 3) (Equation 3)

일 실시예에 있어서, 상기 제어모듈은 상기 NIRS 데이터를 복수의 시간 구간으로 분할하고, 상기 특징 데이터는 상기 분할된 복수의 시간 구간에서 추출한 복수의 분할 특징 데이터를 포함할 수 있다.In one embodiment, the control module may divide the NIRS data into a plurality of time intervals, and the feature data may include a plurality of divided feature data extracted from the divided plurality of time intervals.

일 실시예에 있어서, 상기 복수의 분할 특징 데이터는 대역 통과 필터가 적용되어 잡음제거 전처리될 수 있다.In one embodiment, the plurality of division feature data may be pre-processed to remove noise by applying a band pass filter.

일 실시예에 있어서, 상기 복수의 분할 특징 데이터는 직전 시간 구간 중 적어도 일부를 이용하여 기준선 조정 전처리될 수 있다.In one embodiment, the plurality of segmented feature data may be subjected to baseline adjustment pre-processing using at least a part of the immediately preceding time interval.

일 실시예에 있어서, 상기 NIRS 데이터는 과제 수행시 뇌활동의 활성화와 관련된 제1 NIRS 데이터 및 과제 수행이후 뇌활동의 안정화와 관련된 제2 NIRS 데이터를 포함할 수 있다.In one embodiment, the NIRS data may include first NIRS data related to activation of brain activity during task performance and second NIRS data related to stabilization of brain activity after task performance.

본 출원의 다른 일 양상에 의하면, 근적외선 분광기법을 이용한 최적 채널 선택 알고리즘 기반 뇌-컴퓨터 인터페이스 방법에 있어서, N개의 센서 - 상기 센서는 신체에 대하여 근적외선에 해당하는 광 신호를 발생시키는 발광부 및 상기 신체로부터의 근적외선에 해당하는 광 신호를 감지하는 수광부를 포함함 -에 의해 복수의 채널을 형성하는 단계, 복수의 채널에 대응하는 사용자의 복수의 신체 부위 - 상기 복수의 신체 부위는 사용자의 복수의 뇌 영역을 포함함 -각각에 대한 NIRS 데이터를 획득하는 단계 및 상기 획득한 상기 NIRS 데이터에 기초하여 상기 복수의 채널 중 적어도 하나의 채널을 선택하는 단계를 포함하고 상기 선택하는 단계는 상기 NIRS 데이터에 대한 특징 데이터를 추출하고 상기 추출한 특징 데이터와 상기 복수의 센서의 개수(N)를 고려하여 상기 복수의 채널 중 적어도 하나의 채널을 선택하는 단계를 포함하는 근적외선 분광기법을 이용한 최적 채널 선택 알고리즘 기반 뇌-컴퓨터 인터페이스 방법이 제공될 수 있다.According to another aspect of the present application, in the optimal channel selection algorithm-based brain-computer interface method using a near-infrared spectroscopy technique, N sensors—the sensors include a light emitting unit for generating light signals corresponding to near-infrared rays with respect to the body and the Forming a plurality of channels by including a light receiver for detecting an optical signal corresponding to near-infrared rays from the body, a plurality of body parts of the user corresponding to the plurality of channels, the plurality of body parts of the user including a brain region -obtaining NIRS data for each and selecting at least one channel among the plurality of channels based on the obtained NIRS data, wherein the selecting step corresponds to the NIRS data Optimal channel selection algorithm-based brain using near-infrared spectroscopy, including the step of extracting feature data for and selecting at least one channel among the plurality of channels in consideration of the extracted feature data and the number (N) of the plurality of sensors. - A computer interface method may be provided.

일 실시예에 있어서, 상기 선택하는 단계는 상기 추출한 특징 데이터를 이용하여 분류 정확도를 계산하고, 계산된 상기 분류 정확도 및 상기 복수의 센서의 개수(N)에 기초하여 상기 복수의 채널 중 적어도 하나의 채널을 선택하는 단계를 포함할 수 있다.In one embodiment, the selecting step calculates classification accuracy using the extracted feature data, and selects at least one of the plurality of channels based on the calculated classification accuracy and the number (N) of the plurality of sensors. It may include selecting a channel.

일 실시예에 있어서, 상기 선택하는 단계는 상기 분류 정확도 및 상기 복수의 센서의 개수(N)에 기초하여 채널 선택 기준값을 산출하고, 상기 채널 선택 기준값에 대해 순차적 전진 선택을 적용하여 상기 복수의 채널 중 적어도 하나의 채널을 선택하는 단계를 포함할 수 있다.In one embodiment, the step of selecting the plurality of channels by calculating a channel selection reference value based on the classification accuracy and the number (N) of the plurality of sensors, and applying sequential forward selection to the channel selection reference value It may include selecting at least one channel from among.

일 실시예에 있어서, 상기 채널 선택 기준값은 하기의 수학식 1 및 수학식 2에 의한 알고리즘에 의해 결정될 수 있다.In one embodiment, the channel selection reference value may be determined by an algorithm based on Equations 1 and 2 below.

(수학식 1) (Equation 1)

(수학식 2) (Equation 2)

일 실시예에 있어서, 상기 선택하는 단계는 상기 채널 선택 기준값에 대한 알고리즘을 최적화하는 단계를 포함하고, 상기 채널 선택 기준값은 하기의 수학식 3에 의해 결정될 수 있다.In one embodiment, the selecting step includes optimizing an algorithm for the channel selection reference value, and the channel selection reference value may be determined by Equation 3 below.

(수학식 3) (Equation 3)

일 실시예에 있어서, 상기 선택하는 단계는 상기 NIRS 데이터를 복수의 시간 구간으로 분할하는 단계를 포함하고, 상기 특징 데이터는 상기 분할된 복수의 시간 구간에서 추출한 복수의 분할 특징 데이터를 포함할 수 있다.In one embodiment, the selecting may include dividing the NIRS data into a plurality of time intervals, and the feature data may include a plurality of divided feature data extracted from the divided plurality of time intervals. .

일 실시예에 있어서, 상기 선택하는 단계는 상기 복수의 분할 특징 데이터를 대역 통과 필터 적용하여 잡음제거 전처리하는 단계를 포함할 수 있다. In an embodiment, the selecting may include pre-processing the plurality of division feature data to remove noise by applying a band pass filter.

일 실시예에 있어서, 상기 선택하는 단계는 상기 복수의 분할 특징 데이터를 직전 시간 구간 중 적어도 일부를 이용하여 기준선 조정 전처리하는 단계를 포함할 수 있다. In an embodiment, the selecting may include pre-processing the plurality of segmented feature data for baseline adjustment using at least a portion of an immediately preceding time interval.

일 실시예에 있어서, 상기 NIRS 데이터는 과제 수행시 뇌활동의 활성화와 관련된 제1 NIRS 데이터 및 과제 수행이후 뇌활동의 안정화와 관련된 제2 NIRS 데이터를 포함할 수 있다.In one embodiment, the NIRS data may include first NIRS data related to activation of brain activity during task performance and second NIRS data related to stabilization of brain activity after task performance.

본 발명의 과제의 해결 수단이 상술한 해결 수단들로 제한되는 것은 아니며, 언급되지 아니한 해결 수단들은 본 명세서 및 첨부된 도면으로부터 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The solutions to the problems of the present invention are not limited to the above-described solutions, and solutions not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from this specification and the accompanying drawings. You will be able to.

본 출원의 일 실시예에 의하면 최적의 채널을 선택할 뿐만 아니라 부착된 센서의 개수를 함께 감소시킬 수 있어 뇌-컴퓨터 인터페이스의 성능 향상 및 측정 준비시간 감소로 인한 사용자의 피로도 감소, 측정 장비의 경량화 등을 통해 운동 기능을 소실한 환자들의 사용 편의성을 향상시킬 수 있다.According to an embodiment of the present application, it is possible to not only select an optimal channel but also reduce the number of attached sensors, thereby improving the performance of the brain-computer interface, reducing user fatigue due to a reduction in measurement preparation time, lightening the weight of measurement equipment, etc. Through this, it is possible to improve the convenience of use for patients who have lost motor function.

본 출원의 효과가 상술한 효과들로 제한되는 것은 아니며, 언급되지 아니한 효과들은 본 명세서 및 첨부된 도면으로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확히 이해될 수 있을 것이다.The effects of the present application are not limited to the above-mentioned effects, and effects not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from this specification and the accompanying drawings.

도 1은 일 실시예에 따른 근적외선 분광기법을 이용한 최적 채널 선택 알고리즘 기반 뇌-컴퓨터 인터페이스 장치를 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 일 실시예에 따른 NIRS 데이터 획득 방법의 예시이다.
도 3은 일 실시예에 따른 채널 배치도를 나타낸다.
도 4는 일 실시예에 따른 근적외선 분광기법을 이용한 최적 채널 선택 알고리즘 기반 뇌-컴퓨터 인터페이스 방법의 순서도이다.
도 5 내지 도 9는 일 실시예에 따른 근적외선 분광기법을 이용한 최적 채널 선택 알고리즘 기반 뇌-컴퓨터 인터페이스 장치에 대한 실험 결과이다.
1 is a diagram for explaining a brain-computer interface device based on an optimal channel selection algorithm using a near-infrared spectroscopy technique according to an embodiment.
2 is an example of a NIRS data acquisition method according to an embodiment.
3 shows a channel arrangement diagram according to an embodiment.
4 is a flowchart of a brain-computer interface method based on an optimal channel selection algorithm using a near-infrared spectroscopy technique according to an embodiment.
5 to 9 are experimental results of a brain-computer interface device based on an optimal channel selection algorithm using a near-infrared spectroscopy technique according to an embodiment.

본 발명의 상술한 목적, 특징들 및 장점은 첨부된 도면과 관련된 다음의 상세한 설명을 통해 보다 분명해질 것이다. 다만, 본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예들을 가질 수 있는 바, 이하에서는 특정 실시예들을 도면에 예시하고 이를 상세히 설명하고자 한다. The foregoing objects, features and advantages of the present invention will become more apparent from the following detailed description taken in conjunction with the accompanying drawings. However, the present invention can apply various changes and can have various embodiments. Hereinafter, specific embodiments will be illustrated in the drawings and described in detail.

도면들에 있어서, 층 및 영역들의 두께는 명확성을 기하기 위하여 과장되어진 것이며, 또한, 구성요소(element) 또는 층이 다른 구성요소 또는 층의 "위(on)" 또는 "상(on)"으로 지칭되는 것은 다른 구성요소 또는 층의 바로 위 뿐만 아니라 중간에 다른 층 또는 다른 구성요소를 개재한 경우를 모두 포함한다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 원칙적으로 동일한 구성요소들을 나타낸다. 또한, 각 실시예의 도면에 나타나는 동일한 사상의 범위 내의 기능이 동일한 구성요소는 동일한 참조부호를 사용하여 설명한다.In the drawings, the thickness of layers and regions is exaggerated for clarity, and elements or layers may be "on" or "on" other elements or layers. What is referred to includes all cases where another layer or other component is intervened in the middle as well as immediately above another component or layer. Like reference numerals designate essentially like elements throughout the specification. In addition, components having the same function within the scope of the same idea appearing in the drawings of each embodiment are described using the same reference numerals.

본 발명과 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 본 명세서의 설명 과정에서 이용되는 숫자(예를 들어, 제1, 제2 등)는 하나의 구성요소를 다른 구성요소와 구분하기 위한 식별기호에 불과하다.If it is determined that a detailed description of a known function or configuration related to the present invention may unnecessarily obscure the subject matter of the present invention, the detailed description will be omitted. In addition, numbers (eg, first, second, etc.) used in the description process of this specification are only identifiers for distinguishing one component from another component.

또한, 이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "모듈" 및 "부"는 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다. In addition, the suffixes "module" and "unit" for the components used in the following description are given or used together in consideration of ease of writing the specification, and do not have meanings or roles that are distinguished from each other by themselves.

도 1은 일 실시예에 따른 근적외선 분광기법을 이용한 최적 채널 선택 알고리즘 기반 뇌-컴퓨터 인터페이스 장치를 설명하기 위한 도면이다.1 is a diagram for explaining a brain-computer interface device based on an optimal channel selection algorithm using a near-infrared spectroscopy technique according to an embodiment.

도 1을 참고하면, 근적외선 분광기법을 이용한 최적 채널 선택 알고리즘 기반 뇌-컴퓨터 인터페이스 장치(10)(이하, 뇌-컴퓨터 인터페이스 장치로 약칭될 수 있음)는 데이터 획득모듈(100), 센서(200), 출력모듈(300) 및 제어모듈(400)를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 1, a brain-computer interface device 10 (hereinafter, may be abbreviated as a brain-computer interface device) based on an optimal channel selection algorithm using a near-infrared spectroscopy technique includes a data acquisition module 100 and a sensor 200. , the output module 300 and the control module 400 may be included.

뇌-컴퓨터 인터페이스 장치(10)는 사용자의 뇌활동을 측정하여 사용자들이 외부 장비를 구동시킬 수 있도록 돕는 장치를 의미할 수 있다. 예를 들어, 뇌-컴퓨터 인터페이스 장치(10)는 사용자의 두뇌와 컴퓨터 사이를 직접적으로 연결하고, 사용자로부터 NIRS 데이터를 측정하여 사용자의 움직임 상상을 사용자 의도로 분석하는 장치일 수 있다. 일예로, 뇌-컴퓨터 인터페이스 장치(10)는 뇌와 외부 장치간 상호작용을 통해 근위축성 측색 경화증이나 감금증후군과 같은 마비 환자들이 휠체어 등을 조종할 수 있도록 돕는 장치일 수 있으며, 뇌와 외부 장치간의 직간접적인 상호작용의 수행이 가능하도록 하는 장치라면 무방하다.The brain-computer interface device 10 may refer to a device that measures brain activity of a user and helps users drive external equipment. For example, the brain-computer interface device 10 may be a device that directly connects a user's brain and a computer, measures NIRS data from the user, and analyzes the user's motion imagination as the user's intention. As an example, the brain-computer interface device 10 may be a device that helps paralyzed patients such as amyotrophic lateral sclerosis or confined syndrome to maneuver a wheelchair through interaction between the brain and an external device, and the brain and the external device. Any device capable of performing direct or indirect interaction between the devices may be used.

데이터 획득모듈(100)은 사용자에 대한 생리학적 신호 및/또는 행동 신호에 관련된 데이터를 획득할 수 있다. 예를 들어, 데이터 획득모듈(100)은 사용자에 대한 NIRS 데이터를 획득할 수 있으나, 시스템뇌파 검사 (EEG) 시스템, 심전도 검사 (ECG) 시스템, 근전도 검사 (EMG) 시스템, 전기 화학 감지 시스템, 및 시선 추적 시스템을 포함할 수 있는 등 이에 한정되지 않는다.The data acquisition module 100 may acquire data related to physiological signals and/or behavioral signals of the user. For example, the data acquisition module 100 may acquire NIRS data for the user, but system electroencephalography (EEG) system, electrocardiogram (ECG) system, electromyography (EMG) system, electrochemical sensing system, and It may include, but is not limited to, an eye tracking system.

일부 구현에서, 예를 들어, 데이터 획득모듈(100)은 예컨대, 메모리에 커플링된 아날로그 또는 디지털 증폭기와 같은 신호 획득 장치에 커플링된 생리학적 센서, 예컨대, NIRS, EEG, ECG, EMG, 전기 화학, 또는 다른 유형의 센서 장치를 포함할 수 있다.In some implementations, for example, the data acquisition module 100 may include physiological sensors such as NIRS, EEG, ECG, EMG, electrical signals coupled to signal acquisition devices, such as analog or digital amplifiers coupled to memory. may include chemical or other types of sensor devices.

일 실시예에 있어서, 데이터 획득모듈(100)은 센서(200)에 의해 형성되는 복수의 채널을 이용하여 상기 복수의 채널에 대응하는 사용자의 복수의 신체 부위(복수의 뇌 영역) 각각에 대한 NIRS 데이터를 획득할 수 있다. In one embodiment, the data acquisition module 100 uses a plurality of channels formed by the sensor 200 to perform NIRS for each of a plurality of body parts (a plurality of brain regions) of the user corresponding to the plurality of channels. data can be obtained.

NIRS 데이터는 사용자의 뇌활동에 관한 데이터일 수 있다. 예를 들어, 데이터 획득모듈(100)은 전전두엽(prefrontal cortex) 주변에 부착된 센서(200)로부터 사용자에 대한 NIRS 데이터를 획득할 수 있다.The NIRS data may be data related to the user's brain activity. For example, the data acquisition module 100 may acquire NIRS data for the user from the sensor 200 attached around the prefrontal cortex.

일 실시예에 있어서, 데이터 획득모듈(100)은 사용자의 과제 수행과 관련된 NIRS 데이터를 획득할 수 있다. 예를 들어, NIRS 데이터는 과제 수행시 뇌활동의 활성화와 관련된 제1 NIRS 데이터 및 과제 수행이후 뇌활동의 안정화와 관련된 제2 NIRS 데이터를 포함할 수 있다. In one embodiment, the data acquisition module 100 may acquire NIRS data related to the user's task performance. For example, the NIRS data may include first NIRS data related to activation of brain activity during task performance and second NIRS data related to stabilization of brain activity after task performance.

도 2는 일 실시예에 따른 NIRS 데이터 획득 방법의 예시이다. 2 is an example of a NIRS data acquisition method according to an embodiment.

도 2를 참고하면, 일 실시예에 따른 데이터 획득모듈(100)은 과제 수행과 안정을 진행하는 사용자로부터 제1 NIRS 데이터 및 제2 NIRS 데이터를 획득할 수 있다. 과제 수행에 있어서, 사용자는 암산 과제(mental arithmetic task, MA task)와 휴식 과제(baseline task, BL task)를 수행할 수 있다. 안정에 있어서, 사용자는 과제 수행동안 변화된 뇌 활동이 안정되도록 휴식을 취할 수 있다. 사용자가 과제 수행과 안정을 진행하는 동안 데이터 획득모듈(100)은 사용자의 전전두엽에 부착된 센서로부터 NIRS 데이터를 수집할 수 있다. Referring to FIG. 2 , the data acquisition module 100 according to an embodiment may obtain first NIRS data and second NIRS data from a user performing and resting on a task. In performing the task, the user may perform a mental arithmetic task (MA task) and a relaxation task (baseline task, BL task). In the rest, the user may take a break so that the brain activity changed during the task is stabilized. While the user performs the task and settles down, the data acquisition module 100 may collect NIRS data from a sensor attached to the user's prefrontal cortex.

예를 들어, 사용자는 출력모듈(300)에 나타나는 지시에 따라 임의의 세 자릿수에서 한 자릿수를 반복해서 뺄셈을 반복 수행하는 암산 과제와 편한 자세로 휴식을 취하는 휴식 과제를 각 10초씩 30회 반복 수행할 수 있다.For example, the user repeats a mental arithmetic task of repeatedly subtracting a single digit from an arbitrary three-digit number according to instructions displayed on the output module 300 and a relaxation task of taking a break in a comfortable posture 30 times for 10 seconds each. can do.

센서(200)는 사용자의 뇌활동 또는 뉴런 활동 신호를 감지할 수 있다. 예를 들어, 센서(200)는 NIRS 기반으로 사용자의 뇌활동과 관련된 신호를 감지할 수 있다. 센서(200)는 복수(N개)로 구성되어 사용자의 복수의 신체 부위(복수의 뇌 영역)에 위치될 수 있고, 복수의 센서(200)에 의해 형성되는 복수의 채널을 이용하여 상기 복수의 채널에 대응하는 사용자의 복수의 뇌 영역 각각에 대한 사용자의 뇌활동 또는 뉴런 활동 신호를 감지할 수 있다.The sensor 200 may detect a user's brain activity or neuron activity signal. For example, the sensor 200 may detect a signal related to a user's brain activity based on NIRS. The sensors 200 are composed of a plurality (N) and may be located in a plurality of body parts (a plurality of brain regions) of the user, and the plurality of sensors 200 are formed by using a plurality of channels formed by the plurality of sensors 200. A user's brain activity or neuron activity signal for each of a plurality of brain regions of the user corresponding to the channel may be detected.

도 3은 일 실시예에 따른 채널 배치도를 나타낸다. 3 shows a channel arrangement diagram according to an embodiment.

도 3을 참고하면, 센서(200)는 24개의 발광부(210) 및 28개의 수광부(220)를 통해 52개의 채널을 형성할 수 있다. Referring to FIG. 3 , the sensor 200 may form 52 channels through 24 light emitting units 210 and 28 light receiving units 220 .

NIRS는 근적외선을 두피의 표면으로부터 뇌 내로 투사하고 광이 표면에서 굴절되고 반사될 때 다양한 파장들에서의 광학적 변화들을 측정하는 기술을 의미할 수 있다. 예를 들어, NIRS는 뇌에서 발생하는 신경 활동에 의한 헤모다이나믹스 변화를 모니터링하는 경우에 대하여 구체적으로 설명하면, 약 630 nm 내지 1300 nm의 파장 범위를 가진 근적외선(near-infrared spectrum)은 사람의 두개골을 투과하여 두개골로부터 약 1 cm 내지 3 cm 깊이까지 도달할 수 있는데, 이러한 근적외선을 사람의 머리 부위의 뇌 조직에 대하여 조사하고 그로부터 반사, 산란 또는 투과되는 근적외선을 감지함으로써, 그 사람의 대뇌 피질에서 일어나는 헤모다이나믹스(예를 들면, 혈중 산소(즉, 산화 헤모글로빈)의 농도 등) 변화를 모니터링할 수 있다. 이러한 NIRS는 대뇌 혈류 역학(cerebral hemodynamics)을 효과적으로 측정하고 국소화된 혈액량 및 산화(oxygenation) 변화를 검출하거나 뇌 활동의 기능 지도(functional map)를 작성하는 데 사용될 수 있다.NIRS may refer to a technique of projecting near-infrared rays into the brain from the surface of the scalp and measuring optical changes at various wavelengths as the light is refracted and reflected from the surface. For example, NIRS specifically describes the case of monitoring hemodynamics changes caused by neural activity occurring in the brain. It can penetrate to a depth of about 1 cm to 3 cm from the skull. By irradiating these near-infrared rays to the brain tissue of the human head and detecting the near-infrared rays that are reflected, scattered, or transmitted therefrom, in the human cerebral cortex Occurring hemodynamics (eg, the concentration of oxygen (ie, oxidized hemoglobin) in the blood, etc.) can be monitored. Such NIRS can be used to effectively measure cerebral hemodynamics, detect localized blood volume and oxygenation changes, or create functional maps of brain activity.

센서(200)는 발광부(210) 및 수광부(220)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 센서(200)는 발광부(210) 및 수광부(220)를 통해 채널을 형성할 수 있다. 더 나아가, 복수의 센서(200)는 복수의 발광부(210) 및 복수의 수광부(220)를 통해 복수의 채널을 형성할 수 있다. The sensor 200 may include a light emitting unit 210 and a light receiving unit 220 . For example, the sensor 200 may form a channel through the light emitting unit 210 and the light receiving unit 220 . Furthermore, the plurality of sensors 200 may form a plurality of channels through the plurality of light emitting units 210 and the plurality of light receiving units 220 .

발광부(210)는 신체에 대하여 광 신호를 발생시킬 수 있다. 예를 들어, 발광부(210)는 사용자의 뇌로 근적외선을 발생시킬 수 있다. 발광부(210)는 레이저, 적어도 하나의 발광 다이오드 등을 포함할 수 있으나 이에 한정되지는 않는다.The light emitting unit 210 may generate an optical signal to the body. For example, the light emitting unit 210 may generate near-infrared rays to the user's brain. The light emitting unit 210 may include, but is not limited to, a laser or at least one light emitting diode.

수광부(220)는 발광부(210)에 의해 신체에 대하여 발생된 광 신호를 감지할 수 있다. 예를 들어, 수광부(220)는 발광부(210)에서 뇌로 발생시킨 근적외선 중에서 뇌에 흡수되지 않고 뇌에 반사되거나 유도되어 입사된 근적외선을 수신할 수 있다. 수광부(220)는 적어도 하나의 포토 다이오드(photodiode)를 포함할 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.The light receiving unit 220 may detect an optical signal generated by the light emitting unit 210 with respect to the body. For example, the light receiving unit 220 may receive near infrared rays generated by the light emitting unit 210 toward the brain, but not absorbed by the brain and reflected or induced into the brain. The light receiving unit 220 may include at least one photodiode, but is not limited thereto.

발광부(210) 및 수광부(220)는 사용자의 신체 부위에 배치될 수 있다. 예를 들어, 발광부(210) 및 수광부(220) 쌍은 사용자의 머리 부위의 여러 지점에 소정의 간격으로 배치될 수 있다. 센서(200)는 발광부(210)에 의하여 발생되어 수광부(220)에서 감지되는 광 신호를 통해 사용자의 뇌활동 또는 뉴런 활동 신호를 감지할 수 있다.The light emitting unit 210 and the light receiving unit 220 may be disposed on a user's body part. For example, pairs of the light emitting unit 210 and the light receiving unit 220 may be disposed at predetermined intervals at various points on the user's head. The sensor 200 may detect a user's brain activity or neuron activity signal through an optical signal generated by the light emitting unit 210 and sensed by the light receiving unit 220 .

물론 센서(200)는 NIRS 기반의 센서를 포함하는 것뿐만 아니라, EEG(electroencephalography), 도플러 초음파(Doppler ultrasound), MEG(magnetoencephalography) 등 전기, 유체, 화학, 자기 센서들(이들로 제한되지 않음)을 포함하거나 이들의 조합을 통해 구성되어도 무방하다.Of course, the sensor 200 includes not only a NIRS-based sensor, but also electric, fluid, chemical, and magnetic sensors such as EEG (electroencephalography), Doppler ultrasound, and MEG (magnetoencephalography) (not limited to these) It is also possible to include or be configured through a combination thereof.

출력모듈(300)은 뇌-컴퓨터 인터페이스 장치(10)와 관련된 정보를 출력할 수 있다. 예를 들어, 출력모듈(300)는 뇌-컴퓨터 인터페이스 장치(10)의 상태와 관련된 정보를 다양한 방식으로 외부에 나타내는 인디케이터를 포함할 수 있다. 일예로, 인디케이터는 LED 램프, 스피커, 모터, 햅틱 장치, 진동자, 신호 출력 회로 등(이에 한정되지 않음)으로 구현될 수 있다. 인디케이터는 스위치 동작 알림, 배터리 부족 알림 등을 시각적 또는 청각적으로 출력할 수 있다. The output module 300 may output information related to the brain-computer interface device 10 . For example, the output module 300 may include an indicator that externally indicates information related to the state of the brain-computer interface device 10 in various ways. For example, the indicator may be implemented as (but not limited to) an LED lamp, a speaker, a motor, a haptic device, a vibrator, a signal output circuit, and the like. The indicator may visually or audibly output a switch operation notification, a low battery notification, and the like.

또한, 출력모듈(300)은 LCD, OLED, 아몰레드 등(이에 한정되지 않음) 화면 제공을 위한 구성을 포함할 수 있다. 여기서, 출력모듈(300)이 터치 스크린으로 제공되는 경우, 출력모듈(300)은 입력센서의 기능을 함께 수행할 수 있다. 이 경우, 선택에 따라 별도의 입력센서가 제공되지 않을 수 있다. 예를 들어, 출력모듈(300)에 사용자의 과제 수행을 위한 화면이 제공될 수 있다.In addition, the output module 300 may include a configuration for providing a screen such as LCD, OLED, AMOLED, etc. (not limited thereto). Here, when the output module 300 is provided as a touch screen, the output module 300 may also function as an input sensor. In this case, a separate input sensor may not be provided according to selection. For example, a screen for a user to perform a task may be provided to the output module 300 .

제어모듈(400)은 뇌-컴퓨터 인터페이스 장치(10)의 각 구성을 제어하거나 각종 정보를 처리하고 연산할 수 있다. 예를 들어, 제어모듈(400)은 뇌-컴퓨터 인터페이스 장치(10)가 사용자에 대해 획득한 NIRS 데이터에 기초하여 복수의 채널 중 적어도 하나의 채널을 선택하도록 데이터 획득모듈(100), 센서(200), 출력모듈(300) 등을 제어할 수 있다. The control module 400 may control each component of the brain-computer interface device 10 or process and calculate various types of information. For example, the control module 400 includes the data acquisition module 100 and the sensor 200 so that the brain-computer interface device 10 selects at least one channel among a plurality of channels based on the NIRS data acquired for the user. ), the output module 300, etc. can be controlled.

제어모듈(400)은 소프트웨어, 하드웨어 및 이들의 조합으로 구현될 수 있다. 예를 들어, 하드웨어적으로 제어모듈(400)은 FPGA((field programmable gate array)나 ASIC(Application Specific Integrated Circuit), 반도체 칩, 및 그 외의 다양한 형태의 전자 회로로 구현될 수 있다. 또 예를 들어, 소프트웨어적으로 제어모듈(400)은 상술한 하드웨어에 따라 수행되는 논리 프로그램이나 각종 컴퓨터 언어 등으로 구현될 수 있다. 또한 제어모듈(400)은 마이크로프로세서, 마이크로컨트롤러, 디지털 신호 처리장치(DSP) 혹은 그 임의의 조합을 포함하는 임의의 유형일 수도 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다.The control module 400 may be implemented in software, hardware, or a combination thereof. For example, in terms of hardware, the control module 400 may be implemented as a field programmable gate array (FPGA), an application specific integrated circuit (ASIC), a semiconductor chip, or other various types of electronic circuits. For example, in terms of software, the control module 400 may be implemented in a logic program executed according to the above-described hardware or various computer languages, etc. In addition, the control module 400 may be implemented by a microprocessor, a microcontroller, a digital signal processing device (DSP) ) or any combination thereof, but is not limited thereto.

도 4는 일 실시예에 따른 근적외선 분광기법을 이용한 최적 채널 선택 알고리즘 기반 뇌-컴퓨터 인터페이스 방법의 순서도이다.4 is a flowchart of a brain-computer interface method based on an optimal channel selection algorithm using a near-infrared spectroscopy technique according to an embodiment.

도 4를 참고하면, 일 실시예에 따른 근적외선 분광기법을 이용한 최적 채널 선택 알고리즘 기반 뇌-컴퓨터 인터페이스 방법은 N개의 센서에 의해 복수의 채널 형성(S100), NIRS 데이터 획득(S200) 및 NIRS 데이터에 기초하여 복수의 채널 중 적어도 하나의 채널 선택(S300)을 포함할 수 있다.Referring to FIG. 4, the brain-computer interface method based on the optimal channel selection algorithm using the near-infrared spectroscopy technique according to an embodiment includes forming a plurality of channels by N sensors (S100), obtaining NIRS data (S200), and At least one channel selection (S300) from among a plurality of channels may be included.

뇌-컴퓨터 인터페이스 장치(10)는 N개의 센서에 의해 복수의 채널을 형성할 수 있다(S100).The brain-computer interface device 10 may form a plurality of channels by N sensors (S100).

센서(200)는 복수(N개)로 구성되어 사용자의 복수의 뇌 영역에 위치될 수 있고, 복수의 센서(200)에 의해 형성되는 복수의 채널을 이용하여 상기 복수의 채널에 대응하는 사용자의 복수의 뇌 영역 각각에 대한 사용자의 뇌활동 또는 뉴런 활동 신호를 감지할 수 있다.The sensors 200 may be composed of a plurality (N) and may be located in a plurality of brain regions of the user. Using a plurality of channels formed by the plurality of sensors 200, the user's response corresponding to the plurality of channels is used. A user's brain activity or neuron activity signal for each of a plurality of brain regions may be detected.

발광부(210) 및 수광부(220)는 사용자의 신체 부위에 배치될 수 있다. 예를 들어, 발광부(210) 및 수광부(220) 쌍은 사용자의 머리 부위의 여러 지점에 소정의 간격으로 배치될 수 있다. 센서(200)는 발광부(210)에 의하여 발생되어 수광부(220)에서 감지되는 광 신호를 통해 사용자의 뇌활동 또는 뉴런 활동 신호를 감지할 수 있다.The light emitting unit 210 and the light receiving unit 220 may be disposed on a user's body part. For example, pairs of the light emitting unit 210 and the light receiving unit 220 may be disposed at predetermined intervals at various points on the user's head. The sensor 200 may detect a user's brain activity or neuron activity signal through an optical signal generated by the light emitting unit 210 and sensed by the light receiving unit 220 .

뇌-컴퓨터 인터페이스 장치(10)는 NIRS 데이터를 획득할 수 있다(S200).The brain-computer interface device 10 may acquire NIRS data (S200).

데이터 획득모듈(100)은 N개의 센서에 의해 형성되는 복수의 채널을 이용하여 복수의 채널에 대응하는 사용자의 복수의 뇌 영역 각각에 대한 NIRS 데이터를 획득할 수 있다.The data acquisition module 100 may obtain NIRS data for each of a plurality of brain regions of a user corresponding to a plurality of channels by using a plurality of channels formed by N sensors.

일 실시예에서, 획득한 NIRS 데이터는 과제 수행시 뇌활동의 활성화와 관련된 제1 NIRS 데이터 및 과제 수행이후 뇌활동의 안정화와 관련된 제2 NIRS 데이터를 포함할 수 있다.In one embodiment, the acquired NIRS data may include first NIRS data related to activation of brain activity during task performance and second NIRS data related to stabilization of brain activity after task performance.

뇌-컴퓨터 인터페이스 장치(10)는 NIRS 데이터에 기초하여 복수의 채널 중 적어도 하나의 채널을 선택할 수 있다(S300).The brain-computer interface device 10 may select at least one channel among a plurality of channels based on the NIRS data (S300).

제어모듈(400)은 데이터 획득모듈(100)로부터 획득한 NIRS 데이터에 기초하여 복수의 채널 중 적어도 하나의 채널을 선택할 수 있다.The control module 400 may select at least one channel among a plurality of channels based on the NIRS data acquired from the data acquisition module 100 .

일 실시예에서, 제어모듈(400)은 NIRS 데이터에 대한 특징 데이터를 추출할 수 있다. 예를 들어, 제어모듈(400)은 NIRS 데이터의 평균을 특징 데이터로 추출할 수 있다. In one embodiment, the control module 400 may extract feature data for NIRS data. For example, the control module 400 may extract the average of NIRS data as feature data.

일 실시예에서, 제어모듈(400)은 NIRS 데이터를 복수의 시간 구간으로 분할할 수 있고, 특징 데이터는 분할된 복수의 시간 구간에서 추출한 복수의 분할 특징 데이터를 포함할 수 있다. 예를 들어, 제어모듈(400)은 NIRS 데이터를 세 가지 구간(0 ~ 5, 5 ~ 10, 10 ~ 15초)으로 분할하고, 각 구간에 대해서 평균을 특징으로 추출할 수 있다. 여기서, 제어모듈(400)은 각 채널당 3개의 특징 데이터를 추출할 수 있다.In one embodiment, the control module 400 may divide the NIRS data into a plurality of time intervals, and the feature data may include a plurality of divided feature data extracted from the divided plurality of time intervals. For example, the control module 400 may divide the NIRS data into three sections (0 to 5, 5 to 10, and 10 to 15 seconds) and extract an average for each section as a feature. Here, the control module 400 may extract three feature data for each channel.

일 실시예에서, 제어모듈(400)은 NIRS 데이터를 전처리할 수 있다.In one embodiment, the control module 400 may pre-process NIRS data.

제어모듈(400)은 NIRS 데이터에 대해 대역 통과 필터를 적용시켜 잡음제거 전처리할 수 있다. 예를 들어, 복수의 분할 특징 데이터는 대역 통과 필터가 적용되어 잡음제거 전처리될 수 있다.The control module 400 may preprocess noise removal by applying a band pass filter to the NIRS data. For example, a plurality of segmentation feature data may be pre-processed to remove noise by applying a band pass filter.

제어모듈(400)은 NIRS 데이터에 대해 직전 시간 구간 중 적어도 일부를 이용하여 기준선 조정 전처리할 수 있다. 예를 들어, 복수의 분할 특징 데이터는 직전 시간 구간 중 적어도 일부를 이용하여 기준선 조정 전처리될 수 있다.The control module 400 may perform baseline adjustment preprocessing on the NIRS data by using at least a part of the immediately preceding time interval. For example, the plurality of segmented feature data may be subjected to baseline adjustment preprocessing using at least a part of the immediately preceding time interval.

일 실시예에서, 제어모듈(400)은 추출한 특징 데이터와 복수의 센서의 개수(N)를 고려하여 상기 복수의 채널 중 적어도 하나의 채널을 선택할 수 있다.In one embodiment, the control module 400 may select at least one channel among the plurality of channels in consideration of the extracted characteristic data and the number N of the plurality of sensors.

제어모듈(400)은 추출한 특징 데이터를 이용하여 분류 정확도를 계산할 수 있다. 분류 정확도란 전체 테스트 신호의 개수와 분류기를 통해 정확히 분류된 테스트 신호의 개수의 비를 의미할 수 있다. The control module 400 may calculate classification accuracy using the extracted feature data. Classification accuracy may refer to a ratio between the total number of test signals and the number of test signals accurately classified through the classifier.

제어모듈(400)은 계산한 분류 정확도 및 복수의 센서의 개수(N)에 기초하여 상기 복수의 채널 중 적어도 하나의 채널을 선택할 수 있다.The control module 400 may select at least one channel among the plurality of channels based on the calculated classification accuracy and the number N of the plurality of sensors.

제어모듈(400)은 분류 정확도 및 복수의 센서의 개수(N)에 기초하여 채널 선택 기준값을 산출할 수 있다.The control module 400 may calculate a channel selection reference value based on the classification accuracy and the number (N) of the plurality of sensors.

예를 들어, 채널 선택 기준값은 하기의 수학식 1 및 수학식 2에 의한 알고리즘에 의해 결정될 수 있다.For example, the channel selection reference value may be determined by an algorithm based on Equations 1 and 2 below.

(수학식 1) (Equation 1)

(수학식 2) (Equation 2)

제어모듈(400)은 채널 선택 기준값에 대해 순차적 전진 선택(sequential forward selection, SFS)을 적용하여 복수의 채널 중 적어도 하나의 채널을 선택할 수 있다. The control module 400 may select at least one channel among a plurality of channels by applying sequential forward selection (SFS) to a channel selection reference value.

순차적 전진 선택은 원래 고차원의 특징에서 성능이 최적의 특징만 추출하여 차원을 축소하는 방법으로 특징 선택 연구에서 널리 쓰이는 방법 중에 하나로 뇌-컴퓨터 인터페이스 장치(10)는 특징을 하나씩 늘려가며 선택하는 알고리즘을 채널 선택에 적용하여 최적의 채널을 선택할 수 있다.Sequential forward selection is a method of extracting only features with optimal performance from high-dimensional features and reducing the dimensions. By applying it to channel selection, the optimal channel can be selected.

구체적으로 뇌-컴퓨터 인터페이스 장치(10)의 순차적 전진 선택 방법 과정을 설명하도록 한다. 여기서, 채널은 5개가 있다고 가정한다.In detail, the sequential forward selection method process of the brain-computer interface device 10 will be described. Here, it is assumed that there are 5 channels.

뇌-컴퓨터 인터페이스 장치(10)는 1~5번 채널 각각에 대해서 분류 정확도를 산출할 수 있다. 뇌-컴퓨터 인터페이스 장치(10)는 가장 높은 분류 정확도를 보인 채널을 선택할 수 있다. 3번 채널이 분류 정확도가 가장 높았다고 가정한다. 뇌-컴퓨터 인터페이스 장치(10)는 3번 채널을 고정으로 [1, 3], [2, 3], [3, 4], [3, 5] 채널 조합에 대해 분류 정확도 산출할 수 있다.The brain-computer interface device 10 may calculate classification accuracy for each of channels 1 to 5. The brain-computer interface device 10 may select a channel showing the highest classification accuracy. It is assumed that channel 3 has the highest classification accuracy. The brain-computer interface device 10 may calculate classification accuracy for channel combinations [1, 3], [2, 3], [3, 4], and [3, 5] by fixing channel 3.

뇌-컴퓨터 인터페이스 장치(10)는 가장 높은 분류 정확도를 보인 채널 조합을 선택할 수 있다. 마찬가지로, [1, 3] 조합이 가장 높았다고 가정한다. 뇌-컴퓨터 인터페이스 장치(10)는 [1, 3]번 채널 조합을 고정으로 [1, 3, 2], [1, 3, 4], [1, 3, 5] 조합에 대해 분류 정확도를 산출할 수 있다.The brain-computer interface device 10 may select a channel combination showing the highest classification accuracy. Similarly, we assume that the [1, 3] combination was the highest. The brain-computer interface device 10 calculates the classification accuracy for the combinations [1, 3, 2], [1, 3, 4], and [1, 3, 5] with the [1, 3] channel combination fixed. can do.

뇌-컴퓨터 인터페이스 장치(10)는 위의 과정을 전체 채널에 대해 반복하여 더 이상 분류 정확도 상승이 없는 구간이 될 때까지 반복 수행할 수 있다.The brain-computer interface device 10 may repeat the above process for all channels until a section in which classification accuracy does not increase any more.

제어모듈(400)은 순차적 전진 선택뿐만 아니라, 순차 전진 플로팅 선택(sequential forward floating selection, SFFS) 등 다른 선택 방법에 의해서 채널을 선택해도 무방하며 이에 한정되지 않는다.The control module 400 may select channels not only by sequential forward selection but also by other selection methods such as sequential forward floating selection (SFFS), but is not limited thereto.

제어모듈(400)은 채널 선택 기준값에 대한 알고리즘을 최적화할 수 있다. 예를 들어, 채널 선택 기준값은 하기의 수학식 3에 의해 결정될 수 있다.The control module 400 may optimize an algorithm for channel selection reference values. For example, the channel selection reference value may be determined by Equation 3 below.

(수학식 3) (Equation 3)

뇌-컴퓨터 인터페이스 장치(10)는 사용된 센서(200)의 개수를 최대한 줄이기 위해 채널 선택 기준에 대해 매개변수 α를 추가하여 알고리즘을 최적화할 수 있다. α는 0.1 ~ 0.9 사이의 값으로 0.1 단위로 늘려갈 수 있으며 α값이 클수록 분류 정확도에 큰 가중치가 적용될 수 있다.The brain-computer interface device 10 may optimize the algorithm by adding a parameter α to the channel selection criterion in order to reduce the number of used sensors 200 as much as possible. α is a value between 0.1 and 0.9 and can be increased by 0.1 units, and the larger the value of α, the greater weight can be applied to classification accuracy.

뇌-컴퓨터 인터페이스 장치(10)는 채널 선택 기준값에 대한 알고리즘을 최적화하기 위한 구성(도면 미도시)을 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 뇌-컴퓨터 인터페이스 장치(10)는 채널 선택 기준값에 대한 알고리즘 최적화를 위한 학습모듈 등을 더 포함할 수 있으며, 이는 제어모듈(400)에 의해 제어될 수 있다.The brain-computer interface device 10 may further include a configuration (not shown) for optimizing an algorithm for a channel selection reference value. For example, the brain-computer interface device 10 may further include a learning module for algorithm optimization for channel selection reference values, which may be controlled by the control module 400 .

도 5 내지 도 9는 일 실시예에 따른 근적외선 분광기법을 이용한 최적 채널 선택 알고리즘 기반 뇌-컴퓨터 인터페이스 장치에 대한 실험 결과이다. 도 5 내지 도 9를 참고하여 뇌-컴퓨터 인터페이스 장치(10)에 대한 실험 결과를 설명한다.5 to 9 are experimental results of a brain-computer interface device based on an optimal channel selection algorithm using a near-infrared spectroscopy technique according to an embodiment. Experimental results for the brain-computer interface device 10 will be described with reference to FIGS. 5 to 9 .

뇌-컴퓨터 인터페이스 장치(10) 오프라인/온라인 성능을 측정한 결과를 설명하도록 한다.The results of measuring the offline/online performance of the brain-computer interface device 10 will be described.

오프라인 성능 측정에 있어서, 열다섯 명의 피험자로부터 추출한 데이터를 입력 데이터로 사용하여 선형판별분류기(linear discriminant analysis, LDA)을 통해 암산과제와 휴식과제를 분류하였다. 채널 선택 방법의 성능은 분류 정확도, 센서의 비율을 통해 계산되었으며 최적화의 경우, 방법 1과 2의 채널의 개수를 전체 채널을 사용했을 때와 성능 차이가 없었던 8개로 고정하고 θ(α)를 추가로 계산하였다. θ(α)는 분류 정확도와 센서의 비율로 계산되며 분류 정확도와 사용된 센서의 비율의 증감율을 반영하여 최적의 α값을 설정하는데 사용되었다.In the offline performance measurement, the mental arithmetic task and the relaxation task were classified through a linear discriminant analysis (LDA) using data extracted from 15 subjects as input data. The performance of the channel selection method was calculated through classification accuracy and sensor ratio. In the case of optimization, the number of channels in methods 1 and 2 was fixed to 8, which showed no difference in performance compared to when all channels were used, and θ (α) was added. was calculated as θ(α) is calculated as the ratio of the classification accuracy and the sensor, and was used to set the optimal value of α by reflecting the rate of change of the classification accuracy and the ratio of the used sensor.

모든 지표는 5x5겹 교차 검증을 이용하여 산출되었고 성능 비교를 위해 센서의 비율을 고려하지 않는 채널 선택 방법(이하, 방법 1)과 센서의 비율을 고려한 채널 선택 방법(이하, 방법 2)에 대해 각각 성능을 산출하였다.All indicators were calculated using 5x5 fold cross-validation, and for performance comparison, a channel selection method that does not consider the sensor ratio (hereinafter, method 1) and a channel selection method that considers the sensor ratio (hereinafter, method 2), respectively Performance was calculated.

온라인 성능 측정(실용성 검증)에 있어서, 해당 알고리즘의 실용성을 입증하기 위해 실제 뇌-컴퓨터 인터페이스 장치(10)를 사용한다는 가정하에 시뮬레이션을 진행하였다. 해당 분석은 기존에 사용하던 데이터를 시간 순서에 따라 나열한 후 12, 24, 36, 48개의 데이터를 순차적으로 가져와 분석을 진행하였으며 앞서 수행한 최적화를 통해 설정된 값을 기반으로 수행되었다. 해당 시뮬레이션을 통해 오프라인 성능과의 차이를 확인하였으며 해당 알고리즘의 재현성 및 필요 데이터의 양을 정량화하여 실용성을 검증하였다.In the online performance measurement (verification of practicality), a simulation was conducted under the assumption that an actual brain-computer interface device 10 was used to prove the practicality of the algorithm. The analysis was carried out by sequentially importing 12, 24, 36, and 48 data after listing the previously used data in chronological order, and was performed based on the values set through the optimization previously performed. Through the simulation, the difference with the offline performance was confirmed, and the practicality was verified by quantifying the reproducibility of the algorithm and the amount of required data.

도면 5에서 확인할 수 있듯이 모든 채널을 사용하였을 때 분류 정확도는 76.1 ± 7.7%였다. 방법 1을 사용한 경우엔 64.44 ± 7.11 %부터 74.67 ± 6.55%였으며 방법 2를 사용한 경우엔 64.44 ± 7.11 %에서 75.56 ± 6.10 %로 두 방법 모두 채널이 8개 이상 선택될 시 모든 채널을 사용하였을 때와 통계적인 차이가 없었다(윌콕슨 부호 순위 검정, p > 0.05). 특히, 방법 2의 경우엔 전체 채널을 사용하였을 때 대비 0.5 %의 차이만 존재하였다.As can be seen in Figure 5, the classification accuracy was 76.1 ± 7.7% when all channels were used. When method 1 was used, it was from 64.44 ± 7.11 % to 74.67 ± 6.55%, and when method 2 was used, it was from 64.44 ± 7.11 % to 75.56 ± 6.10 %. There was no statistical difference (Wilcoxon signed-rank test, p > 0.05). In particular, in the case of method 2, there was only a difference of 0.5% compared to when all channels were used.

도 6에서 확인할 수 있듯이 선택된 채널의 개수가 증가함에 따라 방법 1의 경우엔 0.98 ± 0.02 부터 0.75 ± 0.02까지 사용된 센서 비율이 감소되었고 방법 2의 경우엔 0.75 ± 0.00 부터 0.56 ± 0.02 까지 사용된 센서 비율이 감소되었다. 방법 2는 방법 1 대비 사용된 센서 비율을 약 33.93% 정도로 유의미하게 감소시켰다(윌콕슨 부호 순위 검정, p < 0.05). 또한 도 7을 통해 실제로 선택된 채널을 관찰해보았을 때, 채널의 분포와 센서의 개수가 확연히 줄어든 것을 확인할 수 있다.As can be seen in FIG. 6, as the number of selected channels increases, the ratio of sensors used decreases from 0.98 ± 0.02 to 0.75 ± 0.02 in the case of method 1, and from 0.75 ± 0.00 to 0.56 ± 0.02 in the case of method 2. ratio was reduced. Method 2 significantly reduced the ratio of sensors used compared to Method 1 by about 33.93% (Wilcoxon signed rank test, p < 0.05). In addition, when actually selected channels are observed through FIG. 7 , it can be seen that the distribution of channels and the number of sensors are significantly reduced.

도 8은 α 값에 따른 분류 정확도, 사용된 센서의 비율, θ(α)을 나타낸다. 분류 정확도는 α가 0.3 이하일 경우에는 전체 채널을 사용할 때에 비해 통계적으로 낮은 경향을 보였다. 사용된 센서의 비율을 0.5 이하인 경우에는 서로 통계적인 차이가 없었으며 0.6 이상일 경우들에 비해 모두 통계적으로 낮은 수치를 보였다. θ(α)는 0.4 이하인 경우엔 서로 통계적인 차이가 없었으며 0.5 이상일 경우들에 비해 모두 통계적으로 낮은 수치를 보였다. 분류 정확도와 사용된 센서의 비율을 함께 고려한 θ(α)을 통해 최적의 α값은 0.4로 설정되었다.8 shows the classification accuracy, the ratio of the sensors used, and θ(α) according to the value of α. Classification accuracy tended to be statistically lower when α was less than 0.3 compared to when all channels were used. In the case where the ratio of the used sensors was 0.5 or less, there was no statistical difference between each other, and all showed statistically lower values than those in the case of 0.6 or more. There was no statistical difference between θ(α) when it was less than 0.4, and all showed statistically lower values than when it was 0.5 or more. The optimal α value was set to 0.4 through θ(α) considering the classification accuracy and the ratio of the used sensors together.

도 9는 뇌-컴퓨터 인터페이스 장치(10)의 실용성을 검증하기 위한 온라인 분석 결과이다. 분류 정확도는 방법 간에 통계적인 차이는 없었으나 방법 1의 경우엔 최소 48개의 데이터를 방법 2의 경우는 최소 36개의 데이터를 사용해야 오프라인 성능과 차이가 없었다. 사용된 센서의 비율은 모든 경우에 대해 방법 1과 2가 통계적인 차이를 보였으며 방법 1의 경우엔 최소 12개의 데이터를 방법 2의 경우엔 최소 48개의 데이터를 사용해야 오프라인 성능과 차이가 없었다. 앞서 사용된 센서의 비율처럼 방법 1과 2 간에 통계적인 차이가 보였으며 방법 1의 경우엔 모든 경우에 대해 오프라인 성능과 통계적인 차이를 보이고 방법 2의 경우엔 최소 36개의 데이터를 사용해야함을 확인할 수 있다. 세 가지 지표를 고려해보았을 때 최적의 데이터 개수를 확정할 수는 없으나 분류 정확도, 사용된 센서의 개수를 통해 계산된 θ(α)를 고려하면 최소 36개의 데이터를 사용하는 것이 적절하다고 판단된다.9 is an online analysis result for verifying the practicality of the brain-computer interface device 10. There was no statistical difference in classification accuracy between the methods, but in the case of method 1, at least 48 data and in the case of method 2, at least 36 data should be used to show no difference with offline performance. As for the ratio of sensors used, methods 1 and 2 showed statistical differences in all cases, and in case of method 1, at least 12 data and in case of method 2, at least 48 data should be used to show no difference with offline performance. Statistical differences were seen between methods 1 and 2, such as the percentage of sensors used previously, and in the case of method 1, a statistical difference with offline performance was observed in all cases, and in the case of method 2, it was confirmed that at least 36 data should be used. there is. Considering the three indicators, the optimal number of data cannot be determined, but considering classification accuracy and θ(α) calculated through the number of sensors used, it is judged appropriate to use at least 36 data.

앞선 결과들을 통해 일 실시예에 따른 근적외선 분광기법을 이용한 최적 채널 선택 알고리즘 기반 뇌-컴퓨터 인터페이스 장치(10)는 성능을 유지하면서 채널의 수와 센서의 개수를 효율적으로 감소시킬 수 있다.Through the foregoing results, the optimal channel selection algorithm-based brain-computer interface device 10 using the near-infrared spectroscopy technique according to an embodiment can efficiently reduce the number of channels and the number of sensors while maintaining performance.

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.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.

그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 특허청구범위의 범위에 속한다.Therefore, other implementations, other embodiments, and equivalents of the claims are within the scope of the following claims.

근적외선 분광기법을 이용한 최적 채널 선택 알고리즘 기반 뇌-컴퓨터 인터페이스 장치 10
데이터 획득모듈 100
센서 200
발광부 210
수광부 220
출력모듈 300
제어모듈 400
Brain-computer interface device based on optimal channel selection algorithm using near-infrared spectroscopy technique 10
Data Acquisition Module 100
sensor 200
light emitting part 210
light receiver 220
output module 300
control module 400

Claims (18)

근적외선 분광기법을 이용한 최적 채널 선택 알고리즘 기반 뇌-컴퓨터 인터페이스 장치에 있어서,
N개의 센서 - 상기 센서는 신체에 대하여 근적외선에 해당하는 광 신호를 발생시키는 발광부 및 상기 신체로부터의 근적외선에 해당하는 광 신호를 감지하는 수광부를 포함함 -에 의해 형성되는 복수의 채널을 이용하여 상기 복수의 채널에 대응하는 사용자의 복수의 신체 부위 - 상기 복수의 신체 부위는 사용자의 복수의 뇌 영역을 포함함 - 각각에 대한 NIRS 데이터를 획득하는 데이터 획득모듈; 및
상기 데이터 획득모듈로부터 획득한 상기 NIRS 데이터에 기초하여 상기 복수의 채널 중 적어도 하나의 채널을 선택하는 제어모듈;을 포함하고,
상기 제어모듈은,
상기 NIRS 데이터에 대한 특징 데이터를 추출하고 상기 추출한 특징 데이터와 상기 센서의 개수(N)를 고려하여 상기 복수의 채널 중 적어도 하나의 채널을 선택하고,
상기 제어모듈은 상기 추출한 특징 데이터를 이용하여 분류 정확도를 계산하고, 계산된 상기 분류 정확도 및 상기 센서의 개수(N)에 기초하여 채널 선택 기준값을 산출하고, 상기 채널 선택 기준값에 대해 순차적 전진 선택(sequential forward selection, SFS)을 적용하여 상기 복수의 채널 중 적어도 하나의 채널을 선택하는,
근적외선 분광기법을 이용한 최적 채널 선택 알고리즘 기반 뇌-컴퓨터 인터페이스 장치.
In the brain-computer interface device based on the optimal channel selection algorithm using the near-infrared spectroscopy technique,
Using a plurality of channels formed by N sensors - the sensor includes a light emitting unit generating light signals corresponding to near infrared rays with respect to the body and a light receiving unit detecting light signals corresponding to near infrared rays from the body - a data acquisition module for obtaining NIRS data for each of a plurality of body parts of the user corresponding to the plurality of channels, wherein the plurality of body parts include a plurality of brain regions of the user; and
A control module for selecting at least one channel among the plurality of channels based on the NIRS data obtained from the data acquisition module; includes,
The control module,
Extracting feature data for the NIRS data and selecting at least one channel among the plurality of channels in consideration of the extracted feature data and the number (N) of the sensors;
The control module calculates classification accuracy using the extracted feature data, calculates a channel selection reference value based on the calculated classification accuracy and the number (N) of the sensors, and sequentially advances the channel selection reference value ( Selecting at least one channel among the plurality of channels by applying sequential forward selection (SFS),
A brain-computer interface device based on an optimal channel selection algorithm using near-infrared spectroscopy.
삭제delete 삭제delete 제1 항에 있어서,
상기 채널 선택 기준값은 하기의 수학식 1 및 수학식 2에 의한 알고리즘에 의해 결정되는
(수학식 1)
(수학식 2)
근적외선 분광기법을 이용한 최적 채널 선택 알고리즘 기반 뇌-컴퓨터 인터페이스 장치.
According to claim 1,
The channel selection reference value is determined by an algorithm according to Equations 1 and 2 below
(Equation 1)
(Equation 2)
A brain-computer interface device based on an optimal channel selection algorithm using near-infrared spectroscopy.
제1 항에 있어서,
상기 채널 선택 기준값은 하기의 수학식 3에 의해 결정되고,
(수학식 3)
상기 수학식 3에서 α는 0.1 ~ 0.9 사이에서 설정되는 값이고, 상기 사용된 센서 비율은 하기의 수학식 4에 의해 결정되는,
(수학식 4)
근적외선 분광기법을 이용한 최적 채널 선택 알고리즘 기반 뇌-컴퓨터 인터페이스 장치.
According to claim 1,
The channel selection reference value is determined by Equation 3 below,
(Equation 3)
In Equation 3, α is a value set between 0.1 and 0.9, and the sensor ratio used is determined by Equation 4 below.
(Equation 4)
A brain-computer interface device based on an optimal channel selection algorithm using near-infrared spectroscopy.
제1 항에 있어서,
상기 제어모듈은 상기 NIRS 데이터를 복수의 시간 구간으로 분할하고,
상기 특징 데이터는 상기 분할된 복수의 시간 구간에서 추출한 복수의 분할 특징 데이터를 포함하는
근적외선 분광기법을 이용한 최적 채널 선택 알고리즘 기반 뇌-컴퓨터 인터페이스 장치.
According to claim 1,
The control module divides the NIRS data into a plurality of time intervals,
The feature data includes a plurality of divided feature data extracted from the plurality of divided time intervals.
A brain-computer interface device based on an optimal channel selection algorithm using near-infrared spectroscopy.
제6 항에 있어서,
상기 복수의 분할 특징 데이터는 대역 통과 필터가 적용되어 잡음제거 전처리되는
근적외선 분광기법을 이용한 최적 채널 선택 알고리즘 기반 뇌-컴퓨터 인터페이스 장치.
According to claim 6,
The plurality of split feature data is pre-processed to remove noise by applying a band pass filter.
A brain-computer interface device based on an optimal channel selection algorithm using near-infrared spectroscopy.
제6 항에 있어서,
상기 복수의 분할 특징 데이터는 직전 시간 구간 중 적어도 일부를 이용하여 기준선 조정 전처리되는
근적외선 분광기법을 이용한 최적 채널 선택 알고리즘 기반 뇌-컴퓨터 인터페이스 장치.
According to claim 6,
The plurality of split feature data is pre-processed for baseline adjustment using at least some of the immediately preceding time intervals.
A brain-computer interface device based on an optimal channel selection algorithm using near-infrared spectroscopy.
제1 항에 있어서,
상기 NIRS 데이터는
과제 수행시 뇌활동의 활성화와 관련된 제1 NIRS 데이터 및
과제 수행이후 뇌활동의 안정화와 관련된 제2 NIRS 데이터를 포함하는
근적외선 분광기법을 이용한 최적 채널 선택 알고리즘 기반 뇌-컴퓨터 인터페이스 장치.
According to claim 1,
The NIRS data is
First NIRS data related to activation of brain activity during task performance and
Containing second NIRS data related to stabilization of brain activity after task performance
A brain-computer interface device based on an optimal channel selection algorithm using near-infrared spectroscopy.
근적외선 분광기법을 이용한 최적 채널 선택 알고리즘 기반 뇌-컴퓨터 인터페이스 장치에 의해 수행되는 근적외선 분광기법을 이용한 최적 채널 선택 알고리즘 기반 뇌-컴퓨터 인터페이스 방법에 있어서,
상기 최적 채널 선택 알고리즘 기반 뇌-컴퓨터 인터페이스 장치의 데이터 획득모듈에 의해, N개의 센서 - 상기 센서는 신체에 대하여 근적외선에 해당하는 광 신호를 발생시키는 발광부 및 상기 신체로부터의 근적외선에 해당하는 광 신호를 감지하는 수광부를 포함함 - 에 의해 형성되는 복수의 채널에 대응하는 사용자의 복수의 신체 부위 - 상기 복수의 신체 부위는 사용자의 복수의 뇌 영역을 포함함 - 각각에 대한 NIRS 데이터를 획득하는 단계; 및
상기 최적 채널 선택 알고리즘 기반 뇌-컴퓨터 인터페이스 장치의 제어모듈에 의해, 상기 데이터 획득모듈로부터 획득한 상기 NIRS 데이터에 기초하여 상기 복수의 채널 중 적어도 하나의 채널을 선택하는 단계;를 포함하고,
상기 선택하는 단계는,
상기 제어모듈에 의해, 상기 NIRS 데이터에 대한 특징 데이터를 추출하고 상기 추출한 특징 데이터와 상기 센서의 개수(N)를 고려하여 상기 복수의 채널 중 적어도 하나의 채널을 선택하는 단계를 포함하고,
상기 선택하는 단계는,
상기 제어모듈에 의해, 상기 추출한 특징 데이터를 이용하여 분류 정확도를 계산하고, 계산된 상기 분류 정확도 및 상기 센서의 개수(N)에 기초하여 채널 선택 기준값을 산출하고, 상기 채널 선택 기준값에 대해 순차적 전진 선택을 적용하여 상기 복수의 채널 중 적어도 하나의 채널을 선택하는 단계를 포함하는,
근적외선 분광기법을 이용한 최적 채널 선택 알고리즘 기반 뇌-컴퓨터 인터페이스 방법.
In the optimal channel selection algorithm-based brain-computer interface method using the near-infrared spectroscopy technique performed by the optimal channel selection algorithm-based brain-computer interface device using the near-infrared spectroscopy technique,
By the data acquisition module of the brain-computer interface device based on the optimal channel selection algorithm, N sensors - the sensors include a light emitting unit generating light signals corresponding to near infrared rays with respect to the body and light signals corresponding to near infrared rays from the body Including a light receiver for detecting a plurality of body parts of the user corresponding to a plurality of channels formed by the plurality of body parts including a plurality of brain regions of the user Acquiring NIRS data for each ; and
Selecting, by a control module of the optimal channel selection algorithm-based brain-computer interface device, at least one channel among the plurality of channels based on the NIRS data obtained from the data acquisition module;
The selection step is
Extracting, by the control module, feature data for the NIRS data and selecting at least one channel among the plurality of channels in consideration of the extracted feature data and the number (N) of the sensors;
The selection step is
The control module calculates classification accuracy using the extracted feature data, calculates a channel selection reference value based on the calculated classification accuracy and the number (N) of the sensors, and sequentially advances with respect to the channel selection reference value. Selecting at least one channel among the plurality of channels by applying a selection,
Brain-computer interface method based on optimal channel selection algorithm using near-infrared spectroscopy technique.
삭제delete 삭제delete 제10 항에 있어서,
상기 채널 선택 기준값은 하기의 수학식 1 및 수학식 2에 의한 알고리즘에 의해 결정되는
(수학식 1)
(수학식 2)
근적외선 분광기법을 이용한 최적 채널 선택 알고리즘 기반 뇌-컴퓨터 인터페이스 방법.
According to claim 10,
The channel selection reference value is determined by an algorithm according to Equations 1 and 2 below
(Equation 1)
(Equation 2)
Brain-computer interface method based on optimal channel selection algorithm using near-infrared spectroscopy technique.
제10 항에 있어서,
상기 채널 선택 기준값은 하기의 수학식 3에 의해 결정되고,
(수학식 3)
상기 수학식 3에서 α는 0.1 ~ 0.9 사이에서 설정되는 값이고, 상기 사용된 센서 비율은 하기의 수학식 4에 의해 결정되는,
(수학식 4)
근적외선 분광기법을 이용한 최적 채널 선택 알고리즘 기반 뇌-컴퓨터 인터페이스 방법.
According to claim 10,
The channel selection reference value is determined by Equation 3 below,
(Equation 3)
In Equation 3, α is a value set between 0.1 and 0.9, and the sensor ratio used is determined by Equation 4 below.
(Equation 4)
Brain-computer interface method based on optimal channel selection algorithm using near-infrared spectroscopy technique.
제10 항에 있어서,
상기 선택하는 단계는 상기 제어모듈에 의해 상기 NIRS 데이터를 복수의 시간 구간으로 분할하는 단계를 포함하고, 상기 특징 데이터는 상기 분할된 복수의 시간 구간에서 추출한 복수의 분할 특징 데이터를 포함하는
근적외선 분광기법을 이용한 최적 채널 선택 알고리즘 기반 뇌-컴퓨터 인터페이스 방법.
According to claim 10,
The selecting step includes dividing the NIRS data into a plurality of time intervals by the control module, and the feature data includes a plurality of divided feature data extracted from the divided plurality of time intervals.
Brain-computer interface method based on optimal channel selection algorithm using near-infrared spectroscopy technique.
제15 항에 있어서,
상기 선택하는 단계는 상기 제어모듈에 의해 상기 복수의 분할 특징 데이터를 대역 통과 필터 적용하여 잡음제거 전처리하는 단계를 포함하는
근적외선 분광기법을 이용한 최적 채널 선택 알고리즘 기반 뇌-컴퓨터 인터페이스 방법.
According to claim 15,
The selecting step includes pre-processing noise removal by applying a band pass filter to the plurality of divided feature data by the control module.
Brain-computer interface method based on optimal channel selection algorithm using near-infrared spectroscopy technique.
제15 항에 있어서,
상기 선택하는 단계는 상기 제어모듈에 의해 상기 복수의 분할 특징 데이터를 직전 시간 구간 중 적어도 일부를 이용하여 기준선 조정 전처리하는 단계를 포함하는
근적외선 분광기법을 이용한 최적 채널 선택 알고리즘 기반 뇌-컴퓨터 인터페이스 방법.
According to claim 15,
The selecting step includes preprocessing the plurality of divided feature data for baseline adjustment using at least a part of an immediately preceding time interval by the control module.
Brain-computer interface method based on optimal channel selection algorithm using near-infrared spectroscopy technique.
제10 항에 있어서,
상기 NIRS 데이터는
과제 수행시 뇌활동의 활성화와 관련된 제1 NIRS 데이터 및
과제 수행이후 뇌활동의 안정화와 관련된 제2 NIRS 데이터를 포함하는
근적외선 분광기법을 이용한 최적 채널 선택 알고리즘 기반 뇌-컴퓨터 인터페이스 방법.
According to claim 10,
The NIRS data is
First NIRS data related to activation of brain activity during task performance and
Containing second NIRS data related to stabilization of brain activity after task performance
Brain-computer interface method based on optimal channel selection algorithm using near-infrared spectroscopy technique.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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