KR20200099967A

KR20200099967A - 기능적 근적외선 분광기의 머리 장착용 센서 장치

Info

Publication number: KR20200099967A
Application number: KR1020200003623A
Authority: KR
Inventors: 김연희; 정영진; 이수호
Original assignee: 성균관대학교산학협력단; 동서대학교 산학협력단
Priority date: 2019-02-15
Filing date: 2020-01-10
Publication date: 2020-08-25
Also published as: KR102353389B1

Abstract

본 발명은 뇌기능 계측을 수행하는 기능적 근적외선 분광기에 관한 것으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 기능적 근적외선 분광기의 머리 장착용 센서장치는 복수의 홀더를 포함하며 피험자의 머리가 직접 장착되는 장착부, 복수의 홀더에 각각 고정되어 피험자의 상태를 센싱하는 복수의 센서부를 포함하고, 복수의 센서부의 각각은 피험자의 상태를 센싱하는 광 센서, 광 센서의 상단에 위치하는 제1 자석, 제1 자석과 동일한 전극이 마주보게 위치하여 척력을 발생시키는 제2 자석 및 복수의 홀더의 각각에 고정되고, 안쪽에 광 센서, 제1 자석 및 제2 자석이 구비된, 하우징을 포함할 수 있다.

Description

기능적 근적외선 분광기의 머리 장착용 센서 장치{SENSOR DEVICE FOR HEAD MOUNTING OF FUNCTIONAL NEAR-INFRARED SPECTROSCOPY SYSTEM}

본 발명은 뇌기능 계측을 수행하는 기능적 근적외선 분광기의 머리 장착용 센서 장치에 관한 것이다.

근적외선 분광법(NIRS; Near-InfRared Spectroscopy)은 800nm~2500nm의 파장을 갖는 근적외선을 시료에 조사하여 흡광도에 의해 혈류량을 산출하는 기법을 의미하며, 구체적으로 생체를 투과하거나 생체 내에서 반사한 빛을 검출하여 비침습적으로 뇌, 근육 및 기타 조직 내의 헤모글로빈의 농도와 산소결합을 검출할 수 있는 영상 기술을 의미한다. 근적외선 분광법은 비침습적으로 혈류량을 산출할 수 있으므로, 의학적으로 뇌 혈류의 산화헤모글로빈과 탈산화헤모글로빈의 분포 변화를 측정하여 혈류 내 산소포화도, 혈류량, 혈류 내 당도, 에너지 대사량 등 측정을 위해 사용될 수 있으며, 이와 같이 근적외선 분광법을 활용한 뇌기능 계측방법은 기능적 근적외 분광법(fNIRS; functional Near-InfRared Spectroscopy)으로도 지칭된다.

최근 뇌기능 계측방법으로서 기능적 근적외 분광법은 우울증, 정신분열증, 알츠하이머 병, 뇌졸중의 진단과 치료를 위한 의학분야 뿐만 아니라, 인지과학, 임상, 공학 연구 분야 등으로 매우 응용분야가 광범위하게 확대되어 가고 있다. 이에 따라 기능적 근적외 분광기에 대한 다방면의 연구가 진행 중에 있다.

본 발명은 뇌기능 계측을 위한 근적외 분광기에 있어서, 환자가 근적외 분광기의 센서 장치를 머리에 장착할 때 불편함 및 통증을 줄일 수 있는 구성을 제안하고자 한다. 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급한 과제(들)로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제(들)은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

바람직하게 홀더와 접촉되지 않는 하우징의 면은 막혀있고, 막힌 면에 제1 자석이 접촉되고, 제1 자석의 접촉 면의 반대 면에 광 센서가 접촉되고, 광 센서의 접촉 면의 반대 면에 제2 자석이 구비될 수 있다.

바람직하게 하우징에서의 제2 자석의 위치는 가변할 수 있다.

바람직하게 제2 자석을 고정시키는 자석 지지대를 더 포함하고, 하우징은 자석 지지대와 접촉하는 일부분에 개구를 포함하며, 자석 지지대의 일부분은 하우징의 외부로 돌출되는 것일 수 있다.

바람직하게 제2 자석의 면 중에서 자석 지지대에 고정된 면의 반대 면은 광 센서에 고정되는 것일 수 있다.

바람직하게 자석 지지대의 돌출 부분의 너비는, 하우징에서 자석 지지대와 접촉하는 일부분에 구비된 개구보다 넓은 것일 수 있다.

바람직하게 자석 지지대의 돌출 부분의 높이는 돌출되지 않은 부분보다 높은 것일 수 있다.

바람직하게 자석 지지대는 탄성 재질일 수 있다.

바람직하게 제1 자석 및 제2 자석은 네오디늄(Neodium) 자석일 수 있다.

바람직하게 복수의 센서부 각각은 옵토드 센서(optode sensor)일 수 있다.

바람직하게 제1 자석 및 제2 자석의 높이는 1mm 이하일 수 있다.

본 발명의 다른 실시예에 따른 뇌기능 계측을 위한 기능적 근적외선 분광기는 상술한 것 중 어느 하나에 기초하여 구현된 머리 장착용 센서 장치 및 머리 장착용 센서 장치로부터 센싱 결과를 전달받아 출력하고, 머리 장착용 센서 장치를 제어하는 제어 장치를 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 뇌기능 계측을 위한 근적외선 분광기는 종래 기술에 비해 환자가 근적외선 분광기의 센서 장치를 장착할 때의 통증과 이질감을 줄이는 효과가 있어, 착용감이 향상되는 효과가 있다.

또한, 센서 장치에 포함된 센서부의 스프링을 얇은 자석으로 대체함으로써, 근적외선 분광기의 센서부에 포함된 보조 기구의 길이를 줄이고, 모션 노이즈를 감소시키는 효과가 있다. 이에 따라, 측정되는 신호의 품질을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

한편, 본 발명의 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 이하에서 설명할 내용으로부터 통상의 기술자에게 자명한 범위 내에서 다양한 효과들이 포함될 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 근적외선 분광기를 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 근적외선 분광기의 센서 장치를 설명하기 위한 블록도이다.
도 3 및 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 근적외선 분광기의 센서부를 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 근적외선 분광기의 광 센서와 자석이 부착된 모습을 설명하기 위한 도면이다.
도 6 및 도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 근적외선 분광기의 센서부를 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 머리 장착용 센서 장치에 관한 실험 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 머리 장착용 센서 장치의 자석에 관하여 푸쉬풀게이지를 이용한 자석의 세기 측정 실험 결과를 설명하기 위한 도면이다.
도 10 및 도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 머리 장착용 센서 장치의 자석에 관하여 디지털 저울을 이용한 자석의 세기 측정 실험 결과를 설명하기 위한 도면이다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 머리 장착용 센서 장치의 자석과 종래 옵토드 홀더에 포함된 스프링의 척력 측정 실험 결과를 설명하기 위한 도면이다.
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 머리 장착용 센서 장치를 사용한 자국 실험 결과를 설명하기 위한 도면이다.
도 14 및 도 15는 본 발명의 일 실시예에 따른 머리 장착용 센서 장치에 관한 사용한 모션 노이즈 실험 결과를 설명하기 위한 도면이다.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다.

제1, 제2, A, B 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수개의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수개의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수개의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 근적외선 분광기를 설명하기 위한 도면이다.

도 1의 (a)는 뇌기능 계측을 위해 피험자가 본 발명의 일 실시예에 따른 근적외선 분광기를 설명하기 위한 도면이고, 도 1의 (b)는 피험자가 본 발명의 일 실시예에 따른 근적외선 분광기의 센서 장치를 착용한 모습을 설명하기 위한 도면이다.

도 1의 (a)를 참고하면, 피험자(150)가 근적외선 분광기(100)의 센서 장치(110)를 머리에 착용하면, 센서 장치(110)는 뇌 혈류량 등을 측정하여 제어 장치(120)에 전달할 수 있다. 근적외선 분광기(100)의 제어 장치(120)는 전달된 센싱 정보에 기초하여 피험자(150)의 뇌 기능에 관한 정보를 디스플레이할 수도 있고, 추가로 포함된 구성요소를 통해 외부로 출력할 수 있다. 또한, 제어 장치(120)는 센서 장치(110)를 제어하기 위한 신호를 센서 장치(110)에 전달할 수 있고, 센서 장치(110)로부터 상태 정보를 전달받을 수 있다.

한편, 센서 장치(110)는 복수의 센서부(115)를 통해 피험자(150)의 뇌 기능에 관한 데이터를 센싱할 수 있다. 센서부(115)는 센서 장치(110)에 부착된 홀더에 장착되는 형태이며, 하우징, 광 센서 및 자석을 포함할 수 있으나, 센서부(115)에 포함되는 구성은 이에 제한되지 않는다.

도 1의 (b)를 참고하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 근적외선 분광기의 센서 장치(160)는 피험자 머리에 장착되는 형태일 수 있다. 센서 장치(160)는 다수의 센서부가 장착될 수 있는 홀더(170)를 구비하며, 센서부(180)는 각 홀더에 고정되는 방식으로 센서 장치(160)에 장착될 수 있다.

한편, 종래 기술의 경우 센서부에 포함된 광 센서를 피험자의 두피에 접촉시키기 위해, 스프링 등이 활용되었다. 이로 인해 피험자의 움직임에 따른 모션 노이즈가 발생하면, 종래 기술의 센서부에 포함된 광 센서가 센싱하는 정보의 정확도가 저하되는 문제가 발생될 수 있다. 또한 스프링을 사용하는 경우, 스프링의 길이에 의해 센서부도 함께 길어지게 되고 이러한 경우 모션 노이즈의 영향이 증가될 수 있다.

또한, 광 센서의 센싱 정보의 정확도를 높이기 위해 센서부에 포함된 광 센서를 무리하게 피험자의 두피에 접촉시키는 경우, 피험자에게 통증을 유발하여 검사 결과에 영향을 미치거나, 피험자의 두피가 손상되는 문제가 발생될 수 있다. 따라서, 본 발명은 이러한 문제를 해결하기 위해 스프링 대신 자석이 포함된 새로운 방식의 근적외선 분광기의 머리 장착용 센서 장치를 제안하고자 한다.

도 2 는 본 발명의 일 실시예에 따른 근적외선 분광기의 센서 장치를 설명하기 위한 블록도이다.

도 2를 참고하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 근적외선 분광기의 머리 장착용 센서 장치(200)는 장착부(210) 및 복수의 센서부를 포함할 수 있다.

장착부(210)는 복수의 홀더를 포함하며 피험자의 머리가 직접 장착될 수 있고, 복수의 센서부는 복수의 홀더에 각각 고정되어 피험자의 상태를 센싱할 수 있다.

한편, 복수의 센서부의 각각(220)은 피험자의 상태를 센싱하는 광 센서(221), 광 센서(221)의 상단에 위치하는 제1 자석(222), 제1 자석(222)과 동일한 전극이 마주보게 위치하여 척력을 발생시키는 제2 자석(223) 및 복수의 홀더의 각각에 고정되고, 안쪽에 광 센서(221), 제1 자석(222) 및 제2 자석(223)이 구비된, 하우징(224)을 포함할 수 있다.

여기서, 홀더와 접촉되지 않는 하우징(224)의 면은 막혀있고, 막힌 면에 제1 자석(222)이 접촉되고, 제1 자석(222)의 접촉 면의 반대 면에 광 센서(221)가 접촉되고, 광 센서(221)의 접촉 면의 반대 면에 제2 자석(223)이 구비될 수 있다.

또한, 하우징(224)에서의 제2 자석(223)의 위치는 가변할 수 있다.

한편, 제2 자석(223)을 고정시키는 자석 지지대를 더 포함하고, 하우징(224)은 자석 지지대와 접촉하는 일부분에 개구를 포함하며, 자석 지지대의 일부분은 하우징(224)의 외부로 돌출되는 것일 수 있다.

여기서, 제2 자석(223)의 면 중에서 자석 지지대에 고정된 면의 반대 면은 광 센서(221)에 고정되는 것일 수 있다.

또한, 자석 지지대의 돌출 부분의 너비는, 하우징(224)에서 자석 지지대와 접촉하는 일부분에 구비된 개구보다 넓은 것일 수 있다.

또한, 자석 지지대의 돌출 부분의 높이는 돌출되지 않은 부분보다 높은 것일 수 있다.

그리고, 자석 지지대는 탄성 재질일 수 있다.

한편, 제1 자석(222) 및 제2 자석(223)은 네오디늄(Neodium) 자석일 수 있다.

또한, 복수의 센서부 각각은 옵토드 센서(optode sensor)일 수 있다.

또한, 제1 자석(222) 및 제2 자석(223)의 높이는 1mm 이하일 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 머리 장착용 센서 장치(200)는 실험 동안의 두피 접촉면의 압력을 감소시키기 때문에, 종래 기술에 비해 높은 수준의 안전성을 제공할 수 있다. 이로 인해 피험자의 안정감을 높이고 측정 신호의 정확도를 향상시킬 수 있다.

도 3 및 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 근적외선 분광기의 센서부를 설명하기 위한 도면이다.

도 3의 (a) 및 (b)는 본 발명의 일 실시예에 따른 센서부의 정면도이고, 도 3의 (c)는 본 발명의 일 실시예에 따른 센서부의 사시도이다.

본 발명의 일 실시예에 따른 근적외선 분광기의 센서부(300)는 광 센서의 전극을 고정하기 위하여, 하우징(310) 안쪽 면에 자석(311, 312)을 포함한다. 두 자석(311, 312)이 서로 N 극을 바라보게 위치하며 이로 인한 척력으로 전극을 밀어주게 되어 두피와의 밀착력을 높이고 피험자의 두피 자극을 최소화할 수 있다.

도 4의 (a)는 종래의 스프링 구성을 포함하는 근적외선 분광기의 센서부를 설명하기 위한 도면이고, 도 4의 (b)는 본 발명의 일 실시예에 따른 근적외선 분광기의 센서부를 설명하기 위한 도면이다.

도 4의 (a) 및 (b)를 참고하면, 종래의 센서부의 하우징 높이는 17.7mm 인데 반하여 본 발명의 일 실시예에 따른 센서부의 하우징 높이는 16.5mm으로 높이가 감소하였음을 알 수 있다.

도 4의 (c)는 본 발명의 일 실시예에 따른 광 센서를 설명하기 위한 도면으로, 광 센서의 상단 부분의 높이는 10mm 이므로, 종래의 센서부의 경우 광 센서가 센서부에 끼워지면 7.7mm 여분이 남게 되지만, 본 발명의 일 실시예에 따른 센서부의 경우, 6.5mm 여분 만이 남게 되므로, 빈 공간의 높이가 약 16.6% 줄어드는 것을 확인할 수 있다.

여기서, 광 센서는 옵토드 센서(optode sensor)가 적용될 수 있다. 옵토드 센서는 광학센서 장치로, 일반적으로 화학적 변환기를 통해 특정 물질을 광학적으로 측정하는 센서를 의미한다. 그러나 본 발명의 일 실시예에 따른 근적외선 분광기에 적용되는 광 센서의 종류는 이에 제한되지 않는다.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 근적외선 분광기의 광 센서와 자석이 부착된 모습을 설명하기 위한 도면이다.

도 5의 (a)는 본 발명의 일 실시예에 따른 광 센서의 상단에 자석이 부착된 모습의 평면도이고, 도 5의 (b)는 사시도이며, 도 5의 (c)는 정면도이다. 도 5를 참고하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 광 센서 상단에는 자석이 부착될 수 있다. 따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 센서부에 포함되는 자석 중 하나는 하우징과 광 센서의 상단에 접촉하게 되고, 나머지 자석은 광 센서의 하부와 접촉될 수 있다. 한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 센서부에 포함되는 자석은 납작한 원통형태로 지름은 5mm 높이는 1mm 의 네오디늄 자석일 수 있으나, 자석의 구체적은 치수 및 종류는 이에 제한되지 않는다.

도 6 및 도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 근적외선 분광기의 센서부를 설명하기 위한 도면이다.

본 발명의 다른 실시예에 따른 센서부는 자석 지지대를 더 포함할 수 있다. 도 6의 (a)를 참고하면, 센서부(600)는 자석 지지대(620)를 더 포함할 수 있고, 하우징(610)은 자석 지지대(620)와 접촉하는 일부분에 개구를 포함하며, 자석 지지대(620)의 일부분은 개구를 통해 하우징(610)의 외부로 돌출될 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따른 자석 지지대(620)의 높이는 1mm 이고, 하우징(610) 밖에 나오는 지지대의 높이는 3mm 일 수 있으며, 도 6의 (b)에 개시된 바와 같이 특정 치수로 구현될 수 있으나, 자석 지지대(620)의 치수는 이에 제한되지 않는다. 한편, 하우징(610) 밖으로 돌출하는 자석 지지대(620)의 일부분으로 인해, 자석 지지대(620)가 위아래로 움직일 때 좌우로 흔들리거나 대각으로 움직이는 것을 방지할 수 있다.

도 7는 자석 지지대를 포함한 센서부를 설명하기 위한 도면이다. 도 7을 참고하면, 센서부(700)의 하우징(710) 상단에 제1 자석(720)을 고정시키고, 자석 지지대(740)에 제2 자석(730)이 고정될 수 있다. 이때, 제1 자석(720) 및 제2 자석(740)은 서로 같은 극을 마주보게 위치하며, 이로 인해 척력을 발생시키게 한다. 센서부(700)은 두 자석(720, 730)의 척력을 이용하여 광 센서의 전극을 피험자의 두피에 고정시킬 수 있다.

도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 머리 장착용 센서 장치에 관한 실험 방법을 설명하기 위한 도면이다.

본 발명의 일 실시예에 따른 근적외선 분광기의 센서부에 관하여, 푸쉬풀게이지(Push-pull gauges) 및 디지털 저울를 이용한 자석의 세기 측정 실험, 자국 실험 및 모션 노이즈 실험을 수행하였다.

도 8의 (a) 및 (b)는 푸쉬풀게이지를 이용한 자석의 세기 측정 실험시 사용한 도구를 설명하기 위한 도면이다. 도 8의 (a)에 개시된 푸쉬풀게이지는 인력 및 척력을 측정하는 도구로 본 실험에서는 센서부에 포함된 두 자석의 척력을 측정하기 위해 사용되었다. 척력을 측정하기 위해 도 8의 (b)에 개시된 원통을 이용하였으며, 원통은 센서부 대신 사용된 도구이다. 실험은 원통 끝에 자석을 고정하고 푸쉬풀게이지에 다른 자석을 고정하여 푸쉬풀게이지를 움직이면서 척력을 측정하였다. 본 실험에 사용된 자석은, 지름이 5 mm, 6 mm, 7 mm, 8 mm, 9 mm, 10 mm 으로 총 6개의 자석(830)을 사용하였고 자석 사이의 거리는 2mm 간격으로 표시한 원통을 이용하여 4 mm에서 10 mm까지 2 mm간격으로 측정을 하였다. 각 실험은 5 번씩 진행하여 평균데이터를 측정하였다.

디지털 저울을 이용한 자석의 세기 측정 실험의 경우, 0.01g까지 측정이 가능한 디지털 저울을 이용하여 두 자석 사이의 척력을 측정하였다. 도 8의 (c)와 같이 두 개의 납(A, C)과 디지털 저울(B)을 이용하여 척력을 측정하였다. 제1 납(A)에 디지털 저울(B)을 고정한 후 저울(B)에 자석을 고정하였다. 제2 납(C)에 다른 자석을 고정하였고 두 자석 사이를 2 mm에서 10 mm까지 1 mm씩 증가시키면서 척력을 측정하였다. 지름이 5 mm, 6 mm, 7 mm, 8 mm, 9 mm, 10 mm 인 총 6 개의 자석을 이용하여 실험하였고 각 자석마다 5번씩 실험을 하여 평균데이터를 측정하였다. 또한, 기존의 방식인 스프링을 이용하는 옵토드(optode) 홀더를 이용해 스프링의 밀어내는 힘을 측정하였다.

상기 두 가지 실험을 통해 기존의 장비보다 힘이 강한 자석, 비슷한 자석, 약한 자석을 선택하여 기존의 옵토드 홀더와 함께 피험자의 이마에 실험을 진행하였다. 강한 자석으로는 지름이 9 mm인 자석, 비슷한 자석으로는 지름이 7mm인 자석을 이용하고, 약한 자석으로는 지금이 5mm인 자석을 사용하였고 실험은 도 8의 (d)와 같이 피험자의 이마에 한쪽은 본 발명의 일 실시예에 따른 센서부, 다른 한쪽은 종래의 옵토드 홀더를 사용하여 실험을 진행하였다. 각 자석마다 피험자를 다르게 하였고 30분 동안 실험을 하였다.

추가로 기존의 스프링을 포함한 옵토드 홀더와 본 발명의 일 실시예에 따른 센서부의 모션 노이즈 감소 실험을 진행하였다. 도 8의 (e)와 같이 피험자의 이마 상에서 실험을 진행하였고 자석은 지름이 5 mm인 자석을 사용하였다. 실험은 소스 2개와 검출기 1개를 이용하여 머리를 움직였을 때 측정 되는 신호를 이용하여 신호의 노이즈를 비교하였다. 소스 1개 와 검출기 1개는 기존의 옵토드 홀더를 사용하여 1개의 채널을 생성하였고 나머지 소스 1개에는 본 발명의 일 실시예에 따른 센서부를 사용하여 1개의 채널을 생성하여 측정하였다. 각 실험은 20초 휴식, 20초 측정 3번 반복을 1회로 총 5회 반복하였다.

도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 머리 장착용 센서 장치의 자석에 관하여 푸쉬풀게이지를 이용한 자석의 세기 측정 실험 결과를 설명하기 위한 도면이다.

도 9의 (a)는 각각 동일한 지름을 갖는 두 자석 간의 거리에 따른 척력을 나타낸 표이고, 도 9의 (b)는 도 9의 (a) 결과를 그래프로 도시한 도면이다. 도 9를 참고하면, 지름이 5mm인 자석의 척력이 가장 작고, 지름이 8mm인 자석의 척력이 가장 강한 것으로 측정되었다. 또한 두 자석 사이의 거리 10mm 차이가 나면 척력의 크기가 측정이 어려울만큼 작아지는 것을 확인할 수 있다.

도 10 및 도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 머리 장착용 센서 장치의 자석에 관하여 디지털 저울을 이용한 자석의 세기 측정 실험 결과를 설명하기 위한 도면이다.

도 10의 (a)는 각각 동일한 지름을 갖는 두 자석 간의 거리에 따른 척력을 디지털 저울을 이용하여 측정한 값이고, 도 10의 (b)는 도 10의 (a) 결과를 그래프로 도시한 도면이다. 디지털 저울을 활용한 실험은 두 자석 간의 거리를 1mm씩 증가시키면서 각 자석 사이의 척력을 무게로 측정하는 것이다. 이때 측정된 무게의 단위는 g인데 1N은 약 102g이므로, 측정된 무게 값을 힘의 크기인 N으로 바꿔서 표현할 수 있다. 측정된 무게를 힘의 크기로 변환하면 도 11의 결과를 얻을 수 있는데, 도 11의 결과는 도 9의 푸쉬풀게이지 실험 결과와 비슷한 것을 확인할 수 있다. 한편 도 10의 (b), 도 11의 (b)를 참고하면, 두 자석의 지름이 커지고 두 자석간 간격이 좁아질수록 자석간 척력이 강해지는 것을 확인할 수 있다.

도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 머리 장착용 센서 장치의 자석과 종래 옵토드 홀더에 포함된 스프링의 척력 측정 실험 결과를 설명하기 위한 도면이다.

도 12의 (a)는 종래 옵토드 홀더에 포함된 스프링의 힘을 나타낸 도면이다. 도 12의 (a) 및 도 9의 (a), 도 10의 (a), 도 11의 (a)를 참고하여 스프링의 힘보다 큰 척력을 갖는 지름이 9 mm인 자석, 스프링의 힘과 비슷한 척력을 갖는 지름이 7 mm인 자석 및 스프링의 힘보다 작은 척력을 갖는 지름이 5 mm 자석들을 다음 실험인 자국 실험에 사용하였다.

도 12의 (b)는 양 끝단 사이의 거리에 따라 지름이 5 mm 자석의 척력과 스프링의 힘을 측정한 결과를 비교한 그래프이다. 도 12의 (b)를 참고하면, 양 끝단 사이의 거리가 각각 2 mm, 3 mm, 4 mm 일 때는 스프링의 힘이 두 자석 간의 척력보다 큰 것을 확인할 수 있다. 그러나, 양 끝단 사이의 거리가 5 mm 이상이 되면 실험에 사용된 스프링의 길이보다 길어지게 되므로, 스프링의 힘은 0이 된다. 그러나, 두 자석의 척력은 양 끝단 사이 거리가 10 mm가 되어도 측정이 되는 것을 확인할 수 있다.

따라서, 스프링을 이용하여 피험자의 두피에 광 센서의 전극을 고정시키는 경우, 광 센서와 피험자의 두피 사이의 거리가 짧으면 자석을 이용할 때와 비교하여 피험자가 더 큰 압력을 느끼게 된다는 것을 알 수 있다. 그러나 광 센서와 피험자의 두피 사이의 거리가 5mm 이상 멀어지면 스프링은 피험자의 두피에 광 센서의 전극을 고정시킬 수 없지만, 두 자석을 이용하는 경우에는 10mm 이하까지는 피험자의 두피에 광 센서의 전극을 고정시킬 수 있음을 확인할 수 있다.

도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 머리 장착용 센서 장치를 사용한 자국 실험 결과를 설명하기 위한 도면이다.

도 13의 (a) 내지 (c)는 자석의 지름에 따라 센서 장치를 착용한 이후 남겨진 자국을 비교하기 위한 도면이다.

도 13의 (a)를 참고하면, 지름이 9 mm인 자석을 이용한 센서 장치를 착용하였을 때, 기존의 옵토드 홀더보다 자국이 크게 남았고 실험동안 피험자가 불편함을 느꼈다.

도 13의 (b)를 참고하면, 지름이 7 mm인 자석을 이용한 센서 장치를 착용하였을 때, 기존의 옵토드 홀더와 비슷한 자국이 남았고, 실험동안 피험자가 기존의 스프링보다 조금 더 눌리는 느낌을 느꼈다.

도 13의 (c)를 참고하면, 지름이 5 mm인 자석을 이용한 센서 장치를 착용하였을 때, 기존의 옵토드 홀더와 비슷한 자국이 남았고, 실험동안 피험자가 기존의 스프링보다 눌리는 느낌이 없었다.

도 13의 실험 결과를 참고하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 센서 장치는 지름이 5mm 이하인 자석을 이용하여 구현될 수 있으며, 이러한 경우 센서 장치의 전체 크기를 줄일 수 있는 효과가 있음을 확인할 수 있다.

도 14 및 도 15는 본 발명의 일 실시예에 따른 머리 장착용 센서 장치에 관한 사용한 모션 노이즈 실험 결과를 설명하기 위한 도면이다.

도 14는 기존의 스프링을 포함한 옵토드 홀더와 본 발명의 일 실시예에 따른 센서 장치를 이용하여 모션 노이즈를 측정한 결과를 나타낸 그래프이다. 도 14의 (a) 내지 (e)의 제1 채널(ch. 1) 각각은 본 발명의 일 실시예에 따른 센서 장치에 관한 측정 결과이고, 도 14의 (a) 내지 (e)의 제2 채널(ch. 2) 각각은 기존의 스프링을 포함한 옵토드 홀더에 관한 측정 결과이다.

도 14를 참고하면, 두 장치에서 측정된 전압의 차이는 확인할 수 있지만, 모션 노이즈의 크기를 비교하기는 어렵기 때문에, 측정된 데이터를 이용하여 도 15와 같이 표준편차와 분산을 계산하였다.

도 15를 참고하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 센서 장치에 관한 측정 결과(제1 채널)가 기존의 스프링을 포함한 옵토드 홀더에 관한 측정 결과(제2 채널)보다 표준편차와 분산이 작은 것을 알 수 있다. 따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 센서 장치는 기존의 스프링을 포함한 옵토드 홀더보다 노이즈 감소를 유도한다고 볼 수 있다.

이제까지 본 발명에 대하여 그 바람직한 실시예들을 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.

100: 근적외선 분광기
110: 센서 장치 115: 센서부
120: 제어 장치 150: 피험자
160: 센서 장치 170: 홀더
180: 센서부

Claims

기능적 근적외선 분광기의 머리 장착용 센서장치에 있어서,
복수의 홀더를 포함하며 피험자의 머리가 직접 장착되는 장착부;
상기 복수의 홀더에 각각 고정되어 상기 피험자의 상태를 센싱하는 복수의 센서부를 포함하고,
상기 복수의 센서부의 각각은
상기 피험자의 상태를 센싱하는 광 센서;
상기 광 센서의 상단에 위치하는 제1 자석;
상기 제1 자석과 동일한 전극이 마주보게 위치하여 척력을 발생시키는 제2 자석; 및
상기 복수의 홀더의 각각에 고정되고, 안쪽에 상기 광 센서, 상기 제1 자석 및 상기 제2 자석이 구비된, 하우징;
을 포함하는, 기능적 근적외선 분광기의 머리 장착용 센서장치.
제1항에 있어서,
상기 홀더와 접촉되지 않는 상기 하우징의 면은 막혀있고,
상기 막힌 면에 상기 제1 자석이 접촉되고, 상기 제1 자석의 접촉 면의 반대 면에 상기 광 센서가 접촉되고, 상기 광 센서의 접촉 면의 반대 면에 상기 제2 자석이 구비된, 기능적 근적외선 분광기의 머리 장착용 센서장치.
제2항에 있어서,
상기 하우징에서의 상기 제2 자석의 위치는 가변하는 것인, 기능적 근적외선 분광기의 머리 장착용 센서장치
제1항에 있어서,
상기 제2 자석을 고정시키는 자석 지지대;
를 더 포함하고,
상기 하우징은 상기 자석 지지대와 접촉하는 일부분에 개구를 포함하며, 상기 자석 지지대의 일부분은 상기 하우징의 외부로 돌출되는 것인, 기능적 근적외선 분광기의 머리 장착용 센서장치.
제4항에 있어서,
상기 제2 자석의 면 중에서 상기 자석 지지대에 고정된 면의 반대 면은 상기 광 센서에 고정되는 것인, 기능적 근적외선 분광기의 머리 장착용 센서장치.
제4항에 있어서,
상기 자석 지지대의 돌출 부분의 너비는,
상기 하우징에서 상기 자석 지지대와 접촉하는 일부분에 구비된 개구보다 넓은, 기능적 근적외선 분광기의 머리 장착용 센서장치.
제4항에 있어서,
상기 자석 지지대의 돌출 부분의 높이는 돌출되지 않은 부분보다 높은 것인, 기능적 근적외선 분광기의 머리 장착용 센서장치.
제4항에 있어서,
상기 자석 지지대는 탄성 재질인, 기능적 근적외선 분광기의 머리 장착용 센서장치.
제1항에 있어서,
상기 제1 자석 및 상기 제2 자석은 네오디늄(Neodium) 자석인, 기능적 근적외선 분광기의 머리 장착용 센서장치.
제1항에 있어서,
상기 복수의 센서부의 각각은 옵토드 센서(optode sensor)인, 기능적 근적외선 분광기의 머리 장착용 센서장치.
제1항에 있어서,
상기 제1 자석 및 상기 제2 자석의 높이는 1mm 이하인, 기능적 근적외선 분광기의 머리 장착용 센서장치.
뇌기능 계측을 위한 기능적 근적외선 분광기에 있어서,
제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 의해 구현된 머리 장착용 센서 장치; 및
상기 머리 장착용 센서 장치로부터 센싱 결과를 전달받아 출력하고, 상기 머리 장착용 센서 장치를 제어하는 제어 장치;
를 포함하는, 뇌기능 계측을 위한 기능적 근적외선 분광기.