KR102642151B1 - 뇌 기능 활성 모니터링 장치, 이를 이용한 뇌 기능 활성 모니터링 방법 및 기록 매체 - Google Patents
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Abstract
뇌 기능 활성 모니터링 방법 및 장치가 제공된다. 본 개시에 따른 뇌 기능 활성 모니터링 방법은, 뇌의 관심영역에 대응하는 복수의 fNIRS 채널 각각에 대한 뇌 혈류 역학신호를 획득하는 단계, 획득한 복수의 뇌 혈류 역학신호를 서로 비교하여 각 fNIRS 채널 간 위상동기값을 계산하는 단계, 상기 각 fNIRS 채널 간 위상동기값과 각 fNIRS 채널의 위치에 기초하여 각 fNIRS 채널 간 자극 전이벡터를 획득하는 단계 및 획득한 상기 각 fNIRS 채널 간 자극 전이벡터를 모두 합하여 상기 관심영역에 대한 자극 흐름 정보를 생성하는 단계를 포함할 수 있다.
Description
본 개시는 뇌 기능 활성 모니터링 장치, 이를 이용한 뇌 기능 활성 모니터링 방법 및 이를 컴퓨터에서 실행시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록 매체에 관한 것이다.
최근 뇌 신경조절을 위한 뇌 신경 활성 모니터링 방법은 매우 빠르게 성장하고 있으며, 향후 개인 맞춤형 신경조절 기술은 노인이나 환자뿐만 아니라 정상인에게도 적용되어 그 수요는 더욱 늘어날 것으로 예상된다.
현재 일반적으로 가장 널리 사용되고 있는 뇌 활성 분석 및 시각화 방법인 통계적 매개변수 매핑법(Statistical Parametric Mapping, SPM)은 생체광학적, 해부학적, 통계학적으로 상당히 정확한 뇌 활성 지표를 도출할 수 있으나, 사용법이 복잡하고 여러 가지 해부학적 정보나 실험의 패러다임 등 요구되는 정보가 많아 비전문가가 사용하기에 어려움이 있다. 또한, 통계적 매개변수 매핑법에서 수행되는 실험은 실험이 완료된 후 수집된 데이터를 이용해 분석을 진행하므로 실시간으로 뇌 활성을 분석할 수 없다는 단점이 있어 실시간 모니터링을 위한 뇌 활성 지표로는 사용될 수 없다.
한편, 뇌 신호의 품질평가 및 작업기반 뇌 활성 분석에 사용되고 있는 대조도대잡음비(Contrast to Noise Ratio, CNR)는 상대적으로 적은 연산량으로 즉각적으로 뇌 활성 지표를 산출할 수 있으나, 뇌 신호의 크기에 매우 민감하여 여러 가지 아티팩트(Artifact)에 취약한 단점이 있다.
특히, CNR은 뇌 자극 혹은 운동 및 언어/인지 기능 작업 수행 중에 발생할 수 있는 여러 가지 잡음이나 머리의 움직임에 의한 모션 아티팩트에 매우 취약하다. 실시간 모니터링을 위한 뇌 활성 지표로 사용할 경우, 필연적으로 다양한 아티팩트에 노출될 수밖에 없어 문제가 될 수 있다.
한편, 위상동기값(Phase-Locking Value, PLV)은 뇌 신호의 연결성 및 동조화를 분석할 수 있는 지표로 널리 쓰이고 있으며, 특히 신호의 시간 영역과 주파수 영역의 정보를 동시에 분석할 수 있는 장점이 있다. 하지만 해부학적 공간정보 없이 두 신호의 연결성의 분석만으로는 뇌 자극에 따른 충분한 모니터링 정보를 얻을 수 없고, 뇌의 전영역의 신호를 모두 처리하기에는 실시간 모니터링이 불가능하다.
이에 따라, 뇌 신경조절을 위한 뇌 자극 중 전자기 아티팩트에 간섭을 받지 않으면서, 실시간으로 취득한 뇌 신호를 이용하여 자극이 전달되고 있는 흐름을 정밀하게 모니터링할 수 있는 기술이 요구된다.
본 발명은 뇌의 신경조절을 위한 뇌 자극 진행 중 실시간으로 취득한 뇌 신호의 위상동기값을 이용하여 자극이 전달되고 있는 흐름을 정밀하게 모니터링할 수 있는 뇌 기능 활성 모니터링 장치, 이를 이용한 뇌 기능 활성 모니터링 방법 및 이를 컴퓨터에서 실행시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록 매체를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상술한 기술적 과제를 달성하기 위한 기술적 수단으로서, 본 개시의 제1 측면은, 뇌의 관심영역에 대응하는 복수의 fNIRS 채널 각각에 대한 뇌 혈류 역학신호를 획득하는 단계, 획득한 복수의 뇌 혈류 역학신호를 서로 비교하여 각 fNIRS 채널 간 위상동기값을 계산하는 단계, 상기 각 fNIRS 채널 간 위상동기값과 각 fNIRS 채널의 위치에 기초하여 각 fNIRS 채널 간 자극 전이벡터를 획득하는 단계 및 획득한 상기 각 fNIRS 채널 간 자극 전이벡터를 모두 합하여 상기 관심영역에 대한 자극 흐름 정보를 생성하는 단계를 포함하는 뇌 기능 활성 모니터링 방법을 제공할 수 있다.
또한, 본 개시의 제2 측면은, 메모리 및 적어도 하나의 프로세서를 포함하며, 상기 적어도 하나의 프로세서는 뇌의 관심영역에 대응하는 복수의 fNIRS 채널 각각에 대한 뇌 혈류 역학신호를 획득하고, 획득한 복수의 뇌 혈류 역학신호를 서로 비교하여 각 fNIRS 채널 간 위상동기값을 계산하고, 상기 각 fNIRS 채널 간 위상동기값과 각 fNIRS 채널의 위치에 기초하여 각 fNIRS 채널 간 자극 전이벡터를 획득하고, 획득한 상기 각 fNIRS 채널 간 자극 전이벡터를 모두 합하여 상기 관심영역에 대한 자극 흐름 정보를 생성하는 뇌 기능 활성 모니터링 장치를 제공할 수 있다.
또한, 본 개시의 제3 측면은, 뇌의 관심영역에 대응하는 복수의 fNIRS 채널 각각에 대한 뇌 혈류 역학신호를 획득하는 단계, 획득한 복수의 뇌 혈류 역학신호를 서로 비교하여 각 fNIRS 채널 간 위상동기값을 계산하는 단계, 상기 각 fNIRS 채널 간 위상동기값과 각 fNIRS 채널의 위치에 기초하여 각 fNIRS 채널 간 자극 전이벡터를 획득하는 단계 및 획득한 상기 각 fNIRS 채널 간 자극 전이벡터를 모두 합하여 상기 관심영역에 대한 자극 흐름 정보를 생성하는 단계를 포함하는 뇌 기능 활성 모니터링 방법을 컴퓨터에서 실행시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록 매체를 제공할 수 있다.
본 개시에 의하면, 뇌의 신경조절을 위한 뇌 자극 진행 중 실시간으로 취득한 뇌 신호의 위상동기값을 이용하여 자극이 전달되고 있는 흐름을 정밀하게 모니터링할 수 있는 뇌 기능 활성 모니터링 방법 및 장치를 제공할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 일 실시예에 따른 뇌 기능 활성 모니터링 시스템의 구성을 나타낸 도면이다.
도 2는 일 실시예에 따른 뇌 기능 활성 모니터링 방법을 순서대로 나타낸 도면이다.
도 3은 일 실시예에 따른 뇌 기능 활성 모니터링 장치가 각 fNIRS 채널 간 자극 전이벡터를 획득하는 방법을 나타낸 도면이다.
도 4는 일 실시예에 따른 뇌 기능 활성 모니터링 장치가 뇌 자극 중 실시간 자극 흐름 모니터링 정보를 생성하는 방법을 나타낸 도면이다.
도 5는 일 실시예에 따른 뇌 기능 활성 모니터링 장치가 뇌 자극 흐름의 변화에 따른 모니터링 결과를 디스플레이에 실시간으로 표시한 예를 나타낸 도면이다.
도 6은 일 실시예에 따른 뇌 기능 활성 모니터링 장치의 구성을 나타낸 도면이다.
도 2는 일 실시예에 따른 뇌 기능 활성 모니터링 방법을 순서대로 나타낸 도면이다.
도 3은 일 실시예에 따른 뇌 기능 활성 모니터링 장치가 각 fNIRS 채널 간 자극 전이벡터를 획득하는 방법을 나타낸 도면이다.
도 4는 일 실시예에 따른 뇌 기능 활성 모니터링 장치가 뇌 자극 중 실시간 자극 흐름 모니터링 정보를 생성하는 방법을 나타낸 도면이다.
도 5는 일 실시예에 따른 뇌 기능 활성 모니터링 장치가 뇌 자극 흐름의 변화에 따른 모니터링 결과를 디스플레이에 실시간으로 표시한 예를 나타낸 도면이다.
도 6은 일 실시예에 따른 뇌 기능 활성 모니터링 장치의 구성을 나타낸 도면이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 개시가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 개시의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본 개시는 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 개시를 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "전기적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한, 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.
이하 첨부된 도면을 참고하여 본 개시를 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 일 실시예에 따른 뇌 기능 활성 모니터링 시스템의 구성을 나타낸 도면이다.
일 실시예에 따른 뇌 기능 활성 모니터링 장치는 환자 개인에게 맞춰진 뇌 자극 영역에 정확한 신경 조절용 자극을 제공하기 위해, 뇌의 관심영역을 전극 쌍으로 자극하는 다채널 고해상 경두개직류자극(High Definition tDCS, HD-tDCS) 방식을 사용할 수 있다.
HD-tDCS는 상대적으로 크기가 작은 복수의 전극으로 구성되어 있으며, 여러 개의 양극과 음극 전극을 자유롭게 배치할 수 있어, 자극을 한곳에 집중시키거나 전류세기를 조절하여 자극 위치나 흐름을 조절할 수 있는 장점이 있는 뇌 자극 장치이다.
한편, 일 실시예에 따른 뇌 기능 활성 모니터링 장치는 뇌 혈류 역학신호를 획득하기 위해 기능적 근적외선 분광법(functional Near Infrared Spectroscopy, fNIRS)을 사용할 수 있다. fNIRS는 근적외선의 흡수율을 기반으로 대뇌피질의 산화 헤모글로빈과 환원 헤모글로빈의 농도를 상대적인 값으로 측정하여 뇌 활성을 검출하며, 광원을 소스로 활용하기 때문에 전자기적 아티팩트에 영향을 받지 않아, 다른 뇌 자극 장치와 함께 사용할 수 있는 장점이 있다.
도 1을 참조하면, 좌측에는 측정 대상자가 머리에 뇌 기능 활성 모니터링 장치(미 도시)와 연결된 HD-tDCS 자극기와 fNIRS 측정기를 착용한 모습이 나타나 있으며, 우측에는 fNIRS 측정기의 채널구성을 나타낸 개념도가 나타나 있다.
본 발명에서 뇌의 관심영역(10)은 기능 활성 모니터링의 대상이 되는 뇌의 전체 영역 중 HD-tDCS 자극기의 전극을 통해 자극이 전달되고, fNIRS 측정기를 통해 뇌 혈류 역학신호가 획득되는 일부 영역을 의미한다. 따라서, 관심영역(10)은 뇌 기능 활성 모니터링이 진행되는 동안 여러 개 존재할 수 있으며, 각 관심영역(10)은 해당 영역에 자극을 전달하는 HD-tDCS 자극기의 특정 전극 및 fNIRS 측정기를 통해 뇌 혈류 역학신호가 획득되는 특정 fNIRS 채널에 대응될 수 있다.
일 실시예에 따른 뇌 기능 활성 모니터링 장치는 HD-tDCS 자극기의 양극(102) 및 음극(103)을 통해 관심영역(10)에 전기적 자극을 가할 수 있다. 이때 fNIRS 측정기의 근적외선 트랜스미터 및 리시버는 HD-tDCS 자극기의 양극(102) 및 음극(103) 주변에 위치할 수 있다. 이에 따라, fNIRS 측정기의 근적외선 트랜스미터 및 리시버를 통해 뇌 혈류 역학신호가 측정되는 영역인 fNIRS 채널(101) 또한 HD-tDCS 자극기의 양극(102) 및 음극(103) 주변에 위치할 수 있다.
일 실시예에 따른 뇌 기능 활성 모니터링 방법에서, fNIRS 측정기의 근적외선 트랜스미터 및 리시버는 복수의 fNIRS 채널(101)이 HD-tDCS 자극기의 양극(102)의 사방을 둘러쌀 수 있도록 배치될 수 있다. 다시 도 1을 참조하면, fNIRS 측정기의 복수의 근적외선 트랜스미터 및 리시버 쌍에 의해 형성된 4개의 fNIRS 채널(101)이 HD-tDCS 자극기의 양극(102)의 사방을 둘러싸고 있는 일 예가 도시되어 있다.
fNIRS 측정기는 근적외선 트랜스미터 및 리시버를 사용하므로, 측정기의 구조적인 한계로 인해 측정할 수 있는 채널 간 최소 간격이 존재하여, 일정 수준 이상의 공간해상도를 가질 수 없고, 기존의 fNIRS 측정기를 사용한 위상동기값 분석 방식은 측정값의 크기에 따라 두 채널 간의 동기화 정도를 수치로 표현하는 수준에 그치고 있다.
따라서, 만약 환자 개인의 최적 자극위치가 fNIRS 채널 간 사이에 존재한다면, 현재의 fNIRS 분석 방법으로는 정확한 위치를 모니터링할 수 없는 문제점이 존재한다. 이와 같은 문제점을 해결하기 위해, 본 개시의 뇌 기능 활성 모니터링 장치는 fNIRS 측정기를 통해 측정한 위상동기값 간 위상의 차이를 분석하여, 동기화된 신호가 어디서 먼저 발생하였고 이후에 어느 영역으로 전이되었는지 그 전후 관계를 확인함으로써, 뇌에 대한 자극의 구체적인 전이 방향을 파악할 수 있다.
즉, 본 개시의 뇌 기능 활성 모니터링 장치는 위상동기값의 동기화된 정도를 자극 전이벡터의 크기로, 위상차에 의한 방향성을 자극 전이벡터의 방향으로 설정하여 fNIRS 채널 간 전이벡터를 생성함으로써, 뇌에 대한 자극의 구체적인 위치 및 전이를 모니터링 할 수 있다.
도 2는 일 실시예에 따른 뇌 기능 활성 모니터링 방법을 순서대로 나타낸 도면이다.
도 2를 참조하면, 일 실시예에 따른 뇌 기능 활성 모니터링 장치는 S201 단계에서 뇌의 관심영역에 대응하는 복수의 fNIRS 채널 각각에 대한 뇌 혈류 역학신호를 획득할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 뇌 기능 활성 모니터링 장치는 각 fNIRS 채널의 근적외선 흡수율을 기반으로 대뇌피질의 산화 헤모글로빈 농도 및 환원 헤모글로빈 농도를 측정할 수 있다. 이때 뇌 기능 활성 모니터링 장치는 측정된 산화 헤모글로빈 농도 및 환원 헤모글로빈 농도를 비교하여 각 fNIRS 채널에 대한 뇌 혈류 역한 신호를 생성할 수 있다.
뇌 혈류 역학신호가 획득되면, 뇌 기능 활성 모니터링 장치는 S202 단계에서 복수의 뇌 혈류 역학신호를 서로 비교하여 각 fNIRS 채널 간 위상동기값을 계산할 수 있다.
각 fNIRS 채널 간 위상동기값이 계산되면, S203 단계에서 뇌 기능 활성 모니터링 장치는 각 fNIRS 채널 간 위상동기값과 각 fNIRS 채널의 위치에 기초하여 각 fNIRS 채널 간 자극 전이벡터를 획득할 수 있다.
각 fNIRS 채널 간 자극 전이벡터를 획득한 뇌 기능 활성 모니터링 장치는, S204 단계에서 각 fNIRS 채널 간 자극 전이벡터를 모두 합하여 관심영역에 대한 자극 흐름 정보를 생성할 수 있다.
일 실시예에서, 뇌 기능 활성 모니터링 장치는 기 설정된 주기에 따라 관심영역에 대한 자극 흐름 정보를 반복하여 생성할 수 있다. 복수의 자극 흐름 정보가 생성되면, 뇌 기능 활성 모니터링 장치는 생성된 복수의 자극 흐름 정보를 결합하여, 자극 흐름의 변화를 디스플레이에 실시간으로 표시하기 위한 실시간 자극 흐름 모니터링 정보를 획득할 수 있다.
도 3은 일 실시예에 따른 뇌 기능 활성 모니터링 장치가 각 fNIRS 채널 간 자극 전이벡터를 획득하는 방법을 나타낸 도면이다.
도 3을 참조하면, 좌측에는 일 실시예에 따른 뇌 기능 활성 모니터링 장치가 위상동기값(PLV)을 구하는 과정에서 위상차(θ)를 사용하여 자극 전이 방향을 결정하는 방법이, 우측에는 관심영역 내에 위치한 복수의 fNIRS 채널 중 어느 하나의 채널인 38번 채널을 중심으로 자극 전이벡터를 획득하는 방법이 개념적으로 도시되어있다.
일 실시예에 따른 뇌 기능 활성 모니터링 장치는 복수의 fNIRS 채널 각각으로부터 획득한 뇌 혈류 역학신호를 서로 비교하여 각 fNIRS 채널 간 위상동기값(PLV)을 계산할 수 있다. 이때 계산 과정에서 사용되는 신호 간 위상차(θ)는 관심영역에 대한 자극의 흐름이 신호의 위상이 앞선 채널에서 신호의 위상이 뒤처진 채널로 전이되는 것으로 결정하는데 사용될 수 있다.
한편, 도 3의 우측에 도시된 것과 같이 36번 채널 내지 39번 채널이 정사각형 모양으로 배치되어 있음을 가정할 때, 38번 채널과 36번 채널 사이의 거리가 이면, 38번 채널과 37번 채널 사이의 거리는 에 해당하므로, 각 fNIRS 채널 쌍의 거리 제곱에 반비례하도록 가중치를 둘 필요가 있다. 일 실시예에 따른 뇌 기능 활성 모니터링 장치는 각 fNIRS 채널 간 위상동기값과 fNIRS 채널들 간의 위치를 고려하여, fNIRS 채널 쌍의 거리 제곱에 반비례하도록 가중치를 설정하여, 각 fNIRS 채널 쌍에 대한 전이벡터의 크기를 계산할 수 있다.
관심영역에 포함된 모든 fNIRS 채널에 대해 자극 전이벡터가 생성되면, 뇌 기능 활성 모니터링 장치는 각 fNIRS 채널 간 자극 전이벡터를 모두 합하여 관심영역에 대한 자극 흐름 정보를 생성할 수 있다.
도 4는 일 실시예에 따른 뇌 기능 활성 모니터링 장치가 뇌 자극 중 실시간 자극 흐름 모니터링 정보를 생성하는 방법을 나타낸 도면이다.
도 4를 참조하면, 일 실시예에 따른 뇌 기능 활성 모니터링 장치는 자극이 가해지는 관심영역의 모든 fNIRS 채널 쌍에 대해 자극 전이벡터(파란색 화살표)를 생성한 후, HD-tDCS의 양극이 위치한 중심으로 모든 전이벡터의 합을 연산(빨간색 화살표)하고, 그 결과를 전체 관심영역 내 자극 흐름으로 결정할 수 있다.
한편, 일 실시예에 따른 뇌 기능 활성 모니터링 장치는 기 설정된 주기에 따라 관심영역에 대한 자극 흐름 정보를 반복하여 생성할 수 있다. 복수의 자극 흐름 정보가 생성되면, 뇌 기능 활성 모니터링 장치는 생성된 복수의 자극 흐름 정보를 모두 결합하여, 자극 흐름의 변화를 디스플레이에 실시간으로 표시하기 위한 실시간 자극 흐름 모니터링 정보를 생성할 수 있다.
다시 도 4를 참조하면, HD-tDCS 자극기를 이용하여 38채널 근처로 뇌 자극을 집중시키면서, 실시간 자극 흐름 모니터링 정보를 생성하여 표시한 실험 결과가 나타나 있다. 본 실험의 휴지기(Rest) 상태에서는 위쪽을 향하던 자극의 흐름은, 자극이 시작된 후 그 방향이 왼쪽에서 오른쪽으로 바뀌며, 5분이 지난 후에는 그 크기 또한 증가한 것을 확인할 수 있다.
도 5는 일 실시예에 따른 뇌 기능 활성 모니터링 장치가 뇌 자극 흐름의 변화에 따른 모니터링 결과를 디스플레이에 실시간으로 표시한 예를 나타낸 도면이다.
본 개시의 뇌 기능 활성 모니터링 장치는 실시간 자극 흐름 모니터링 정보를 통해 뇌 자극 흐름의 변화에 따른 모니터링 결과를 디스플레이하고, 뇌 기능 활성 모니터링 장치의 사용자로 하여금 자극 흐름의 크기와 방향 변화를 실시간으로 확인할 수 있도록 한다.
본 개시의 뇌 기능 활성 모니터링 장치는. 기존 fNIRS 신호 분석 방법과 달리, 채널과 채널 사이에 존재할 수 있는 자극영역으로의 방향을 파악할 수 있으므로, 기존 방식에 비해 상대적으로 정확한 실시간 자극 흐름의 모니터링이 가능한 장점이 있다.
도 6은 일 실시예에 따른 뇌 기능 활성 모니터링 장치의 구성을 나타낸 도면이다.
도 6을 참조하면, 일 실시예에 따른 뇌 기능 활성 모니터링 장치(100)는 프로세서(1001) 및 메모리(1002)를 포함할 수 있다.
프로세서(1001)는 메모리(1002)에 저장된 프로그램들을 실행하여 뇌 기능 활성 모니터링 장치(100)의 전반적인 동작을 제어할 수 있다.
일 실시예에 따른 프로세서(1001)는 뇌의 관심영역에 대응하는 복수의 fNIRS 채널 각각에 대한 뇌 혈류 역학신호를 획득할 수 있다.
프로세서(1001)는, 예를 들어, 각 fNIRS 채널의 근적외선 흡수율을 기반으로 대뇌피질의 산화 헤모글로빈 농도 및 환원 헤모글로빈 농도를 측정할 수 있다. 프로세서(1001)는 측정된 상기 산화 헤모글로빈 농도 및 환원 헤모글로빈 농도를 비교하여 각 fNIRS 채널에 대한 뇌 혈류 역한 신호를 생성할 수 있다.
일 실시예에 따른 프로세서(1001)는 획득한 복수의 뇌 혈류 역학신호를 서로 비교하여 각 fNIRS 채널 간 위상동기값을 계산할 수 있다. 프로세서(1001)는 각 fNIRS 채널 간 위상동기값과 각 fNIRS 채널의 위치에 기초하여 각 fNIRS 채널 간 자극 전이벡터를 획득할 수 있다.
프로세서(1001)는, 예를 들어, 각 fNIRS 채널의 위치에 기초하여 각 fNIRS 채널 간 거리를 계산하고, 계산된 상기 각 fNIRS 채널 간 거리의 크기에 대응하는 가중치를 적용하여 각 fNIRS 채널 간 자극 전이벡터의 크기를 결정할 수 있다.
일 실시예에 따른 프로세서(1001)는 획득한 각 fNIRS 채널 간 자극 전이벡터를 모두 합하여 관심영역에 대한 자극 흐름 정보를 생성할 수 있다.
일 실시예에 따른 프로세서(1001)는 기 설정된 주기에 따라 관심영역에 대한 자극 흐름 정보를 반복하여 생성할 수 있다. 프로세서(1001)는 생성된 복수의 자극 흐름 정보를 결합하여, 자극 흐름의 변화를 디스플레이에 실시간으로 표시하기 위한 실시간 자극 흐름 모니터링 정보를 획득할 수 있다.
일부 실시예에 따른 프로세서(1001)는 인공지능 연산을 수행할 수 있다. 인공지능 연산을 수행하는 프로세서(1001)는, 예를 들어, CPU(Central Processing Unit), GPU(Graphics Processing Unit), NPU(Neural Processing Unit), FPGA(Field Programmable Gate Array), ASIC(application specific integrated circuit) 중 어느 하나일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.
메모리(1002)는 뇌 기능 활성 모니터링 장치(100)의 동작을 제어하기 위한 프로그램을 저장할 수 있다. 메모리(1002)는 뇌 기능 활성 모니터링 장치(100)의 동작을 제어하기 위한 적어도 하나의 인스트럭션을 포함할 수 있다. 메모리(1002)에 저장된 프로그램들은 그 기능에 따라 복수 개의 모듈들로 분류될 수 있다.
일부 실시예에 따른 메모리(1002)는 뇌 기능 활성 모니터링 장치(100)의 동작 중에 입력받거나 생성하는 뇌 혈류 역학신호, fNIRS 채널 간 위상동기값, fNIRS 채널 간 자극 전이벡터, 관심영역에 대한 자극 흐름 정보 및 실시간 자극 흐름 모니터링 정보를 저장할 수 있다.
메모리(1002)는, 예를 들어, 플래시 메모리 타입(flash memory type), 하드디스크 타입(hard disk type), 멀티미디어 카드 마이크로 타입(multimedia card micro type), 카드 타입의 메모리(예를 들어 SD 또는 XD 메모리 등), 램(RAM, Random Access Memory) SRAM(Static Random Access Memory), 롬(ROM, Read-Only Memory), EEPROM(Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory), PROM(Programmable Read-Only Memory), 자기 메모리, 자기 디스크, 광디스크 중 적어도 하나의 타입의 저장매체를 포함할 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.
일부 실시예는 컴퓨터에 의해 실행되는 프로그램 모듈과 같은 컴퓨터에 의해 실행 가능한 명령어를 포함하는 기록 매체의 형태로도 구현될 수 있다. 컴퓨터 판독 가능 매체는 컴퓨터에 의해 액세스 될 수 있는 임의의 가용 매체일 수 있고, 휘발성 및 비휘발성 매체, 분리형 및 비분리형 매체를 모두 포함한다.
또한, 컴퓨터 판독 가능 매체는 컴퓨터 저장 매체를 포함할 수 있다. 컴퓨터 저장 매체는 컴퓨터 판독 가능 명령어, 데이터 구조, 프로그램 모듈 또는 기타 데이터와 같은 정보의 저장을 위한 임의의 방법 또는 기술로 구현된 휘발성 및 비휘발성, 분리형 및 비분리형 매체를 모두 포함한다.
전술한 본 개시의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 개시가 속하는 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 개시의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.
본 개시의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 개시의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
Claims (11)
- 뇌 자극이 진행되는 중 뇌 기능의 활성을 모니터링하는 장치에 있어서,
메모리; 및
적어도 하나의 프로세서;를 포함하며,
상기 적어도 하나의 프로세서는
뇌의 관심영역에 대응하는 복수의 fNIRS 채널 각각에 대한 뇌 혈류 역학신호를 획득하고, 획득한 복수의 뇌 혈류 역학신호를 서로 비교하여 각 fNIRS 채널 간 위상동기값을 계산하고, 상기 각 fNIRS 채널 간 위상동기값과 각 fNIRS 채널의 위치에 기초하여 각 fNIRS 채널 간 자극 전이벡터를 획득하고, 획득한 상기 각 fNIRS 채널 간 자극 전이벡터를 모두 합하여 상기 관심영역에 대한 자극 흐름 정보를 생성하는
뇌 기능 활성 모니터링 장치. - 제1항에 있어서,
상기 복수의 fNIRS 채널은
상기 관심영역을 자극하기 위한 뇌 자극용 양극 전극 또는 음극 전극의 사방을 둘러싼 형태로 배치된
뇌 기능 활성 모니터링 장치. - 제1항에 있어서,
상기 프로세서는
상기 각 fNIRS 채널의 근적외선 흡수율을 기반으로 대뇌피질의 산화 헤모글로빈 농도 및 환원 헤모글로빈 농도를 측정하고, 측정된 상기 산화 헤모글로빈 농도 및 환원 헤모글로빈 농도를 비교하여 상기 각 fNIRS 채널에 대한 뇌 혈류 역한 신호를 생성하는
뇌 기능 활성 모니터링 장치. - 제1항에 있어서,
상기 프로세서는
상기 각 fNIRS 채널의 위치에 기초하여 각 fNIRS 채널 간 거리를 계산하고, 계산된 상기 각 fNIRS 채널 간 거리의 크기에 대응하는 가중치를 적용하여 상기 각 fNIRS 채널 간 자극 전이벡터의 크기를 결정하는
뇌 기능 활성 모니터링 장치. - 제1항에 있어서,
상기 프로세서는
기 설정된 주기에 따라 상기 관심영역에 대한 자극 흐름 정보를 반복하여 생성하고, 생성된 복수의 자극 흐름 정보를 결합하여, 자극 흐름의 변화를 디스플레이에 실시간으로 표시하기 위한 실시간 자극 흐름 모니터링 정보를 획득하는
뇌 기능 활성 모니터링 장치. - 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 기재된 뇌 기능 활성 모니터링 장치를 이용하여 뇌 자극이 진행되는 중 뇌 기능의 활성을 모니터링하는 방법에 있어서,
상기 적어도 하나의 프로세서를 이용하여, 뇌의 관심영역에 대응하는 복수의 fNIRS 채널 각각에 대한 뇌 혈류 역학신호를 획득하는 단계;
상기 적어도 하나의 프로세서를 이용하여, 획득한 복수의 뇌 혈류 역학신호를 서로 비교하여 각 fNIRS 채널 간 위상동기값을 계산하는 단계;
상기 적어도 하나의 프로세서를 이용하여, 상기 각 fNIRS 채널 간 위상동기값과 각 fNIRS 채널의 위치에 기초하여 각 fNIRS 채널 간 자극 전이벡터를 획득하는 단계; 및
상기 적어도 하나의 프로세서를 이용하여, 획득한 상기 각 fNIRS 채널 간 자극 전이벡터를 모두 합하여 상기 관심영역에 대한 자극 흐름 정보를 생성하는 단계;를 포함하는
뇌 기능 활성 모니터링 방법. - 제6항에 있어서,
상기 복수의 fNIRS 채널은
상기 관심영역을 자극하기 위한 뇌 자극용 양극 전극 또는 음극 전극의 사방을 둘러싼 형태로 배치된
뇌 기능 활성 모니터링 방법. - 제6항에 있어서,
상기 뇌 혈류 역학신호를 획득하는 단계는
상기 각 fNIRS 채널의 근적외선 흡수율을 기반으로 대뇌피질의 산화 헤모글로빈 농도 및 환원 헤모글로빈 농도를 측정하는 단계; 및
측정된 상기 산화 헤모글로빈 농도 및 환원 헤모글로빈 농도를 비교하여 상기 각 fNIRS 채널에 대한 뇌 혈류 역한 신호를 생성하는 단계;를 포함하는
뇌 기능 활성 모니터링 방법. - 제6항에 있어서,
상기 각 fNIRS 채널 간 자극 전이벡터를 획득하는 단계는
상기 각 fNIRS 채널의 위치에 기초하여 각 fNIRS 채널 간 거리를 계산하는 단계; 및
계산된 상기 각 fNIRS 채널 간 거리의 크기에 대응하는 가중치를 적용하여 상기 각 fNIRS 채널 간 자극 전이벡터의 크기를 결정하는 단계;를 포함하는
뇌 기능 활성 모니터링 방법. - 제6항에 있어서,
상기 적어도 하나의 프로세서를 이용하여, 기 설정된 주기에 따라 상기 관심영역에 대한 자극 흐름 정보를 반복하여 생성하는 단계; 및
상기 적어도 하나의 프로세서를 이용하여, 생성된 복수의 자극 흐름 정보를 결합하여, 자극 흐름의 변화를 디스플레이에 실시간으로 표시하기 위한 실시간 자극 흐름 모니터링 정보를 획득하는 단계;를 더 포함하는
뇌 기능 활성 모니터링 방법. - 제6항에 기재된 뇌 기능 활성 모니터링 방법을 컴퓨터에서 실행시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록 매체.
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|---|---|---|---|
| KR1020220003249A KR102642151B1 (ko) | 2022-01-10 | 2022-01-10 | 뇌 기능 활성 모니터링 장치, 이를 이용한 뇌 기능 활성 모니터링 방법 및 기록 매체 |
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| KR1020220003249A KR102642151B1 (ko) | 2022-01-10 | 2022-01-10 | 뇌 기능 활성 모니터링 장치, 이를 이용한 뇌 기능 활성 모니터링 방법 및 기록 매체 |
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