KR20060007334A - 착탈식 귀전극 부착 가능한 뇌파 측정용 휴대용 접이식헤드셋 - Google Patents

Abstract

본 발명은 휴대가능하면서 뇌파 계측 및 사운드를 청취할 수 있는 휴대용 접이식 헤드셋에 관한 것으로, 뇌파 신호를 계측하기 위한 초단 뇌파 검출 센서부를 내장하여 오픈 캡(Open Cap) 형태로 두상에 쓰도록 하여 뇌파 신호를 계측하도록 설계되어 있으며, 뇌파 신호를 측정하여 이를 바이오피드백하기 위한 사운드 청취가 가능하도록 스피커가 내장되어 있다. 본 발명의 헤드셋은 전극 기능이 첨가된 이어폰 혹은 헤드폰을 탈 부착 가능하게 하고 보형물 자체를 접이식으로 설계하여 휴대하기 간편하고 전문적인 뇌파 장비에서 부터 바이오피드백 장비, 게임 장비, 교육용 학습기 등에까지 폭 넓게 사용할 수 있다.

접이식 헤드셋, 뇌파

Description

착탈식 귀전극 부착 가능한 뇌파 측정용 휴대용 접이식 헤드셋{A portable headset for EEG measurement with multiple joints and removable ear reference electrodes}

도 1은 본 발명의 휴대용 접이식 헤드셋의 구성도

도 2는 본 발명의 2단으로 접힌 휴대용 접이식 헤드셋의 구성도

도 3은 본 발명의 제1실시예에 따른 헤드폰형 착탈식 귀 레퍼런스 전극의 구성도

도 4는 본 발명의 제2실시예에 따른 이어폰형 착탈식 귀 레퍼런스 전극의 구성도

도 5는 본 발명의 제3실시예에 따른 착탈식 귀전용 레퍼런스 전극의 구성도

도 6은 본 발명의 제4실시예에 따른 개별적인 방향성을 갖는 전극과 구조물의 구성도

＜도면의 주요부분에 대한 부호의 설명＞

1 : 보형틀 2, 4, 6, 6-3, 6-4, 7, 8, 21 : 구조물

3 : 뇌파검출센서부 4, 5, 6-6, 9 : 경첩

6-1, 7-2, 8-1, 20 : 금속전극 6-2, 7-1 : 스피커

6-5 : 이어폰용 전극 24 : 전선

본 발명은 헤드셋에 관한 것으로, 특히 휴대가능하면서 뇌파 계측 및 사운드를 청취할 수 있는 착탈식 귀전극 부착 가능한 뇌파 측정용 휴대용 접이식 헤드셋에 관한 것이다.

사람의 머리에 수개의 전극을 부착하고 여기서 얻어지는 전기신호를 증폭하여 얻은 파형을 뇌파(Electro-Encephalogram : EEG)라고 한다. 뇌파의 측정은 대뇌 피질, 또는 머리표면에서 대뇌에서 발생되는 전위를 측정하는 것으로써 측정 피험자의 상태에 따라서 특정 주파수범위를 갖는 δ(델타), θ(세타), α(알파), β(베타) 파형을 나타낸다.

δ파는 깊은 수면상태에 있을 때나 갓난아이에서 주로 나타나며 4Hz 이하의 주파수대를 보이고, θ파는 4~8Hz의 파형으로서 창의적인 상태나 얕은 수면 상태에서 주로 나타난다. α파는 정신적으로 안정되고 눈을 감고 있는 상태에서 뚜렷이 나타나고 8~13Hz의 주파수를 포함하며, β파는 13Hz 이상의 주파수로서 뇌의 활발한 활동에 의한 빠르고 불규칙한 형태로 나타난다.

최근 뇌파를 포함한 생체신호를 검출 응용하여 사물을 제어하는 연구가 활발히 진행되고 있을 뿐만 아니라 바이오피드백 개념의 도입으로 그 활용도 점점 늘어가는 추세이지만 뇌파를 포함한 생체신호의 초단 신호 검출 방식에 있어서는 여전히 어려움이 많이 남아 있고 아직도 결정적인 해법을 찾지 못한 상태이다.

은-염화은(Ag/AgCl) 전극은 비분극형 전극으로서 일반적인 생체 신호의 검출에 있어서는 가장 특성이 좋은 것으로 알려져 있어 전문 생체 신호 계측기에 주로 사용한다. 그러나 뇌파의 검출에 있어서는 은-염화은 전극을 사용하기가 용이하지 않으므로 디스크형의 금속 전극을 주로 사용한다.

그러나 금속 전극은 분극형 전극이라 전극과 인체 접촉면 사이에 페이스트(Paste)나 겔(Gel) 등의 도전성 물질을 첨가하여 사용해야 분극현상을 최대한으로 줄일 수 있다. 그러나 매 측정마다 도전성 물질을 첨가하여 측정하기가 번거롭기 때문에 비전문적인 뇌파 측정용 전극에 있어서는 도전성 물질을 첨가하지 않고 금속 전극만을 부착한 헤드 밴드 형태나 헤드셋의 형태로 제작하여 전전두 영역만을 주로 측정하도록 사용되고 있다.

그러나 전전두(Pre-Frontal)의 경우에는 개인별로 두상의 면적, 굴곡, 각도, 모양 등의 차이에 편차가 심해서 종래의 일체형의 전극 구조물로는 뇌파 측정시 잡음이 유입되거나 잡음 유입을 막기 위해 무리한 장력을 가해서 장시간 측정시 편두통, 현기증과 같은 부작용을 초래하며 제작하기가 용이하지 않다.

또한 거의 대부부분의 헤드 밴드형과 헤드셋 형태의 뇌파 측정용 전극을 살펴보면 레퍼런스로 사용하고 있는 전극의 위치를 같은 전전두 영역에 위치되도록 설계되어 생리적으로도 인근한 지역과의 전압 값의 차이를 측정하게 되므로 전반적인 두뇌 활동을 반영한다고는 보기 어렵고 인접한 위치로 인한 전압 값 자체의 크기도 작아서 신호대 잡음비가 상대적으로 작게 된다.

기존 전극의 형태를 비춰볼 때 출원번호 10-2001-0008884와 출원번호 20- 2003-0006687등의 헤드셋형의 전극에서 처럼 점차로 금속 전극을 활용한 다양한 형태의 보형틀이 개발되어 지고 있으나, 3 또는 4개의 전극이 일체형으로 고정되어 있다면 실제적 뇌파 측정 영역의 협소화를 가지고 올 뿐만 아니라 잡음 없는 신호를 측정하기 힘들다. 실제 인간의 두상과 두피의 크기와 형태가 다양함을 고려할 때 일체형 고정형은 그 측정부위의 한계를 들어 내고 있다.

생체신호, 특히나 뇌파를 이용한 응용제품을 연구 또는 개발을 하고자 하는데 있어서 기본이 되는 뇌파 측정장비는 고가이며 주로 의료용이므로 뇌파측정 채널수가 일반인들이 사용하기에는 많고, 게임, 훈련 등의 기타 응용분야에서 손쉽게 사용하기에는 특히 금속 전극을 사용하여 도전성 물질을 첨가하여 사용하기에는 시간이 오래 걸리는 단점과 착용감과 유동성이 고려되지 않았고 대부분 한가지의 제품에만 사용이 가능한 전용제품이 대부분이다.

뇌파신호 검출의 첫 번째 관문인 전극문제가 뇌전위를 측정하는데 있어 가장 비중이 큰 문제로 자리하고 있는 것이 사실이다. 실용성이나 많은 임상을 통한 데이터 수집 또는 실제 뇌파 검출을 통한 응용 디바이스들의 보급에 많은 걸림돌이 되고 있다.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 본 발명의 목적은 편리함과 이동성을 도모한 접이식 헤드셋형의 보형틀을 제작하여 여기에 개별적인 방향성을 가진 전극을 부착하고, 레퍼런스 전극 기능을 포함하며 헤드셋 보형틀에 탈 부착이 가능한 이어폰 혹은 헤드폰 구조물을 첨가하여 그 활용도를 전문 뇌파 측정은 물 론, 바이오피드백(bio-feedback) 훈련용이나 교육용, 게임용 등의 영역까지 확장할 수 있는 휴대용 접이식 헤드셋를 제공하는데 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 휴대용 접이식 헤드셋은 경첩(5)에 의해 결합된 두개의 헤드셋형 보형틀(1)과, 헤드셋형 보형틀(1)과 팔 모양의 두개의 제1구조물(2)을 각각 결합시키는 경첩(9)과, 제1구조물(2)에 부착되어 개별적 방향성을 갖는 뇌파검출센서부(3)와, 헤드셋형 보형틀(1) 양측면에 설치된 제2구조물(4), 및 제2구조물(4)에 삽입하여 자유로이 회전이 가능한 착탈식 귀 레퍼런스 전극(10)으로 이루어짐을 특징으로 한다.

본 발명은 전전두엽(Pre-Frontal Lobe)을 감싸고 있는 전전두 두피 부분에서 측정하는데 있어서 전전두엽 두상의 다양한 형태와 크기에 따라 적절하게 조절될 수 있도록 개별적인 방향성을 갖는 전극 부착방식을 사용하였고, 휴대가 가능하도록 헤드셋 보형틀을 접이식으로 설계하였다.

또한, 본 발명은 측정용 전극과 레퍼런스 전극을 동일한 전전두엽 부위에 위치시켜 측정하는데 있어서 양쪽 귀 골상부위(Mastoid Bone)를 레퍼런스 전극(Reference Electrode)의 접촉 부위로 사용할 수 있는 착탈식 구조물을 헤드셋에 부착할 수 있도록 설계하였다.

본 발명의 헤드셋에 부착된 착탈식 레퍼런스 전극 구조물은 두뇌의 깊은 곳에서 발생되는 두뇌 정보의 경우도 포함하게 되며 전두엽 부분의 협소함에서 나오는 기구 제작상, 측정상의 어려움을 해소하고 신호 자체도 커지게 되어 신호대 잡 음비가 상대적으로 커지게 되어 변별력을 높일 수 있다.

본 발명의 착탈식 레퍼런스 전극 구조물은 외형에 도전성 금속물이 첨가된 이어폰 혹은 헤드폰 구조물과 교체될 수가 있는데, 이것은 바이오피드백 훈련이나 뇌파 게임, 학습용 응용제품, 기타 사운드를 요구하는 뇌파 측정 응용 제품에서 레퍼런스 전극과 이어폰 혹은 헤드폰의 효과를 동시에 가질 수 있다.

본 발명의 스피커를 내장한 착탈식 이어폰 혹은 헤드폰 장치는 이어폰 혹은 헤드폰이 인체와 접촉되는 이어폰 외형 부위에 도전성 금속 전극이 부착된 형태로 도전성 금속 전극을 레퍼런스 전극으로 이용할 수 있다. 그 종류로는 일반적인 헤드폰의 크기(지름 4~6 cm)로 귀의 이개(耳介:귓바퀴) 부위와 이륜(耳輪) 부위에 접촉이 가능한 크기로 제작하거나, 이어폰 크기(지름 1~2 cm)로 이갑개강((耳胛介腔) 부위에 접촉 가능한 크기로 제작될 수 있다. 이것은 헤드셋에서 착탈이 가능하도록 구성하여 단독 헤드폰 기능만으로서 개별적인 사용이 가능하거나, 사운드 청취와 뇌파(EEG) 검출의 두 가지 목적에 있어서도 사용할 수 있다.

본 발명의 뇌파 전극은 두상에 얼마나 적절하게 위치하여 두피에 각각의 위치에 개별적인 압력과 균형을 유지하면서 접촉이 되느냐 하는 것과 전기적 특성을 얼마나 골고루 유지 하느냐에 달려 있으므로 각각의 방향성과 입체적 공간성을 확보할 수 있는 개별적 전극을 구성할 수 있는 절지형 전극을 구현하였고, 인간의 두피가 모든 이들에게 똑같은 기준으로 되어 있지 않기 때문에 개별적인 두상의 특성에 가장 적합하게 상,하,좌.우 조절이 가능하도록 하여 가장 적합한 부위에 전극을 부착하여 측정 가능하도록 설계하였다.

본 발명에서 뇌파 바이오피드백 측정을 위해 일체형 또는 분리형으로 구현하여 실제 뇌파를 측정하면서 동시 스피커를 통한 청각 자극을 발생할 수 있으며, 이는 착탈을 통한 분리가 가능하여 순수 스피커만을 활용한 헤드폰 형식으로 사용가능하고 순수 뇌파 전극으로도 활용 가능하다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 자세히 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명의 휴대용 접이식 헤드셋의 구성도이고, 도 2는 본 발명의 2단으로 접힌 휴대용 접이식 헤드셋의 구성도를 나타낸 것이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 휴대용 접이식 헤드셋은 두개의 접이식 헤드셋형 보형틀(1)이 경첩(5)에 의해 결합되고, 보형틀(1)의 앞쪽 부위에 전극을 지지하고 있는 두개의 팔 모양의 제1구조물(2)이 경첩(9)에 의해 결합되어 있다. 제1구조물(2)에는 개별적 방향성을 갖는 뇌파검출센서부(3)가 부착되어 있으며, 보형틀(1) 양측면에 부착된 제2구조물(4)에 자유로이 회전이 가능한 헤드폰형 착탈식 귀 레퍼런스 전극(10)이 결합된다.

여기서, 팔 모양의 제1구조물(2)은 개개인 별 각기 다른 두상의 크기에 적응할 수 있도록 길이 조절이 가능하고, 제2구조물(4)에는 수(male)전극을 삽입할 수 있는 암(female)전극(4-1)이 내장되어 있어서 헤드폰형 착탈식 귀(ear) 레퍼런스 전극(10)을 삽입하여 스테레오 사운드 신호와 레퍼런스 신호를 접이식 헤드셋 보형틀(1)로 전달할 수 있다. 도 2를 참조하면, 밖에서 안쪽으로 접히는 기능을 하는 경첩(5, 9)에 의해 접으면 작고 휴대하기 간편한 모양이 된다.

도 3은 본 발명의 제1실시예에 따른 헤드폰형 착탈식 귀 레퍼런스 전극의 구 성도를 나타낸 것이다.

도 3을 참조하면, 제2구조물(4)에 삽입되는 헤드폰형 착탈식 귀 레퍼런스 전극(10)은 경첩(6-6)의 기능에 의해서 360도 회전이 가능하여 인체 두상의 개별성에 적응하도록 설계되었다. 제3구조물(6-3)에 결합된 제4구조물(6-4)에 의하여 길이를 조절할 수가 있으며, 귀와 접촉되는 제5구조물(6) 안쪽에 스피커(6-2)가 내장되어 있고, 금속 전극(6-1)을 부착하여 귀의 이개(耳介:귓바퀴) 부위와 이륜(耳輪) 부위에 접촉되어 레퍼런스 전극으로 활용할 수 있다. 제4구조물(6-4)에는 스테레오 사운드와 레퍼런스 신호를 전달하기 위하여 이어폰용 전극(6-5)을 부착하였고, 이어폰용 전극(6-5)은 크기는 3.5pi와 2.5pi 모두 가능하며 4극을 갖는 금속 전극이다. 제4구조물(6-3)과 제5구조물(6)은 경첩(6-6)에 결합되어 서로 회전이 가능하다.

도 4는 본 발명의 제2실시예에 따른 이어폰형 착탈식 귀 레퍼런스 전극의 구성도를 나타낸 것이다.

도 4를 참조하면, 도 3의 헤드폰 형 착탈식 귀 레퍼런스 전극(10) 구성도와 동일한 부호는 동일한 요소를 지칭하며 동일한 기능을 가지고 있다. 다만 이어폰형 착탈식 귀 레퍼런스 전극(20)은 제6구조물(7)에 연결된 이어폰 안쪽에 스피커(7-1)가 내장되어 있고, 귀의 이갑개강 부위에 접촉될 수 있도록 금속 전극(7-2)이 부착되어 있다.

도 5는 본 발명의 제3실시예에 따른 착탈식 귀전용 레퍼런스 전극의 구성도를 나타낸 것이다.

도 5를 참조하면, 도 3의 헤드폰 형 착탈식 귀 레퍼런스 전극(10) 구성도와 동일한 부호는 동일한 요소를 지칭하며 동일한 기능을 가지고 있다. 다만 착탈식 귀전용 레퍼런스 전극(30)은 사운드가 필요 없는 조건에서 사용이 가능하도록 레퍼런스 전극(8-1)만 단독으로 설계된 제7구조물(8)로서 안쪽면은 양쪽 귀 골상부위(Mastoid Bone)에 접촉될 수 있을 정도의 탄성을 갖는다.

도 6은 본 발명의 제4실시예에 따른 개별적인 방향성을 갖는 전극과 구조물의 구성도를 나타낸 것이다.

도 6을 참조하면, 도 1의 헤드셋 보형틀(1)에 부착되어 있으며 상, 하, 좌, 우로 각각 약 300도 정도의 회전각을 갖도록 설계하여 개인별 두상의 크기와 면적, 굴곡 정도 등에 적절하게 적응되어 접촉면적을 최대한 크게 하기 위하여 설계되었다. 금속 전극(20)은 인체와의 접촉면 반대 부위는 모양이 볼형(Ball Type)의 모형으로 되어 있고, 그 내부에는 암(female)전극(22)이 삽입되어 있다, 금속전극(20)은 그 자체가 개별적인 방향성을 갖도록 하기 위하여 일정한 힘을 가하여 밀어 넣은 후에는 볼형의 크기 때문에 쉽게 빠져 나오지는 못하면서 금속 전극(20)이 자유로이 움직일 수 있도록 감싸주는 역할을 하는 중간 제8구조물(21)을 거쳐서 보형틀(1)에서 나오는 전선(24)과 그 말단인 수(male)전극(23)에 접속된다. 금속 전극(20)의 인체 접촉면 반대 부위는 볼형으로 되어 있어서 제8구조물(21)로 삽입된 이후에는 일정 이상의 힘을 가하지 않는 한 분리가 되지 않는 구조이다. 보형틀(1)에서 나오는 전선(24)과 수(male)전극(23)과 접속하기 위하여 암(female)전극(22)이 볼형의 제9구조물(25)에 삽입되어 있다.

상기와 같은 본 발명은 전극 자체가 개별적인 방향성을 갖도록 설계하여 각 개인별로 전극과 전전두 두피간의 접촉이 가장 밀접하게 부착되게 하여 잡음의 유입을 최대한으로 막아서 신호대 잡음비가 높고, 전극 기능이 첨가된 이어폰 혹은 헤드폰을 탈 부착이 가능하고 보형물 자체를 접이식으로 설계하여 휴대가 간편하여 전문적인 뇌파장비에서부터 바이오피드백 장비, 게임 장비, 교육용 학습기 등에까지 폭 넓게 사용할 수 있는 장점이 있다.

Claims (9)

1. 휴대용 접이식 헤드셋에 있어서,

   경첩(5)에 의해 결합된 두개의 헤드셋형 보형틀(1)과,

   상기 헤드셋형 보형틀(1)과 팔 모양의 두개의 제1구조물(2)을 각각 결합시키는 경첩(9)과,

   상기 제1구조물(2)에 부착되어 개별적 방향성을 갖는 뇌파검출센서부(3)와,

   상기 헤드셋형 보형틀(1) 양측면에 설치된 제2구조물(4), 및

   상기 제2구조물(4)에 삽입하여 자유로이 회전이 가능한 착탈식 귀 레퍼런스 전극(10)으로 이루어짐을 특징으로 하는 휴대용 접이식 헤드셋.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 제1구조물(2)은 개개인 별 각기 다른 두상의 크기에 적응할 수 있도록 길이 조절이 가능한 것을 특징으로 휴대용 접이식 헤드셋.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 경첩(5, 9)은 밖에서 안쪽으로 접히는 기능을 하는 것을 특징으로 하는 휴대용 접이식 헤드셋.
4. 제 1 항에 있어서,

   상기 착탈식 귀 레퍼런스 전극은 헤드폰형(10), 이어폰형(20) 또는 귀전용(30)으로 이루어진 것을 특징으로 하는 휴대용 접이식 헤드셋.
5. 제 4 항에 있어서,

   상기 헤드폰형(10)은 사운드와 레퍼런스 신호를 전달하는 이어폰용 전극(6-5)이 부착되어 있는 제4구조물(6-4)과,

   상기 제4구조물(6-4)을 지지하는 제3구조물(6-3)과,

   스피커(6-2)가 내장되어 있고, 레퍼런스 전극으로 활용하는 금속 전극(6-1)이 부착된 헤드폰형 제5구조물(6), 및

   상기 제3 및 제5 구조물(6-3, 6)을 연결하는 경첩(6-6)으로 이루어진 것을 특징으로 하는 휴대용 접이식 헤드셋.
6. 제 4 항에 있어서,

   상기 이어폰용 전극(6-5)은 크기가 3.5pi와 2.5pi 모두 가능하며 4극을 갖는 금속 전극인 것을 특징으로 하는 휴대용 접이식 헤드셋.
7. 제 4 항에 있어서,

   상기 이어폰형(20)은 사운드와 레퍼런스 신호를 전달하는 이어폰용 전극(6-5)이 부착되어 있는 제4구조물(6-4)과,

   상기 제4구조물(6-4)을 지지하는 제3구조물(6-3)과,

   스피커(7-1)가 내장되어 있고, 레퍼런스 전극으로 활용하는 금속 전극(7-2)이 부착된 이어폰형 제6구조물(7), 및

   상기 제3 및 제6 구조물(6-3, 7)을 연결하는 경첩(6-6)으로 이루어진 것을 특징으로 하는 휴대용 접이식 헤드셋.
8. 제 4 항에 있어서,

   상기 귀전용(30)은 사운드와 레퍼런스 신호를 전달하는 이어폰용 전극(6-5)이 부착되어 있는 제4구조물(6-4)과,

   상기 제4구조물(6-4)을 지지하는 제3구조물(6-3)과,

   레퍼런스 전극으로 활용하는 금속 전극(8-1)이 부착된 귀전용 제7구조물(8), 및

   상기 제3 및 제7 구조물(6-3, 8)을 연결하는 경첩(6-6)으로 이루어진 것을 특징으로 하는 휴대용 접이식 헤드셋.
9. 휴대용 접이식 헤드셋에 있어서,

   경첩(5)에 의해 결합된 두개의 헤드셋형 보형틀(1)과,

   상기 헤드셋형 보형틀(1)과 팔 모양의 두개의 제1구조물(2)을 각각 결합시키는 경첩(9)과,

   상기 제1구조물(2)에 부착되어 개별적 방향성을 갖는 뇌파검출센서부(3)와,

   상기 헤드셋형 보형틀(1) 양측면에서 나오는 전선(24)에 부착된 수(male)전 극(23)과,

   상기 수전극(23)에 접속하기 위한 암(female)전극(22)과 금속 전극(20)으로 이루어져 회전하는 볼형의 제9구조물(25), 및

   상기 금속 전극(20)이 자유로이 움직일 수 있도록 감싸주는 역할을 하는 중간 제8구조물(21)로 이루어진 것을 특징으로 하는 휴대용 접이식 헤드셋.

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