KR20210154643A - 부위별 전기 자극 기반의 뇌파 신호 측정 장치 - Google Patents

부위별 전기 자극 기반의 뇌파 신호 측정 장치 Download PDF

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Abstract

본 명세서의 실시예에 따르면, 획득하고자 하는 뇌파 신호와 대응되는 사용자 입력을 입력하는 모드 입력부; 상기 사용자 입력과 대응되는 동작 모드의 상태를 ON 으로 설정하는 모드 변경부; 하나 이상의 동작 모드 중에서, ON으로 설정된 제1 동작 모드를 추출하고 상기 제1 동작 모드와 대응되는 하나 이상의 전기 자극부에 전원을 공급하도록 하는 전원 제어 신호를 생성하는 전기 자극 제어부; 사용자의 머리에 밀착되어 전기 자극을 생성하고, 상기 머리 상에서 지정된 지점들에 밀착되는 제1 전기 자극부, 제2 전기 자극부, 제3 전기 자극부, ??, 제n 전기 자극부; 및 상기 제1 전기 자극부, 상기 제2 전기 자극부, 상기 제3 전기 자극부, ??, 상기 제n 전기 자극부로부터 하나 이상의 뇌파 신호를 수신하되, 상기 제1 전기 자극부, 상기 제2 전기 자극부, 상기 제3 전기 자극부, ??, 상기 제n 전기 자극부 중에서, 설정된 동작 모드에 따른 지정된 제l 전기 자극부, 제m 전기 자극부, 제n 전기 자극부로부터 뇌파 신호를 획득하도록 구현된 신호 획득부를 포함하는, 부위별 전기 자극 기반의 뇌파 신호 측정 장치를 개시한다.

Description

부위별 전기 자극 기반의 뇌파 신호 측정 장치{EEG SIGNAL MEASUREMENT DEVICE BASED ON ELECTRIC STIMULATION FOR EACH PART}
본 개시는 부위별 전기 자극 기반의 뇌파 신호 측정 장치에 관한 것이다.
뇌는 인체 머리의 내부 기관으로 신경계의 최고 중추기관이며, 대뇌, 소뇌, 중간뇌, 다리뇌, 연수로 나뉘어진다. 또한, 뇌는 뉴런 활동 준위의 합이 뇌의 표피에서 측정되는 신호인 뇌파를 발생한다.
뇌의 상태를 측정하는 방법으로, 먼저 두피에 전극을 구비한 패드를 장착하여 전극으로부터 수신되는 뇌파를 측정해 검사하는 EEG(electroencephalogram) 검사, 또는 뇌를 방사선이나 초음파를 이용하여 여러 각도에서 단층 촬영해 검사하는 CT 검사, 자기 공명에 의해 뇌를 촬영하는 MRI 검사 등이 있다.
다양한 개념들이 뇌 구조들의 신경 자극 분야에 알려져 있으며 뇌를 자극시켜서 소정의 목적을 달성하는 두뇌 자극술은 크게 침습식 두뇌자극술과 비침습식 두뇌자극술로 구분된다.
본 발명의 적어도 하나의 실시예가 이루고자 하는 과제는 동작 모드 변경이 가능하고 하나 이상의 전기 자극부들의 위치 변경 없이 뇌파 신호를 획득하는 뇌파 신호 측정 장치를 제공하고자 한다.
본 발명의 실시예들에 따른 뇌파 신호 측정 장치는 획득하고자 하는 뇌파 신호와 대응되는 사용자 입력을 입력하는 모드 입력부; 상기 사용자 입력과 대응되는 동작 모드의 상태를 ON 으로 설정하는 모드 변경부; 하나 이상의 동작 모드 중에서, ON으로 설정된 제1 동작 모드를 추출하고 상기 제1 동작 모드와 대응되는 하나 이상의 전기 자극부에 전원을 공급하도록 하는 전원 제어 신호를 생성하는 전기 자극 제어부; 사용자의 머리에 밀착되어 전기 자극을 생성하고, 상기 머리 상에서 지정된 지점들에 밀착되는 제1 전기 자극부, 제2 전기 자극부, 제3 전기 자극부, ??, 제n 전기 자극부; 및 상기 제1 전기 자극부, 상기 제2 전기 자극부, 상기 제3 전기 자극부, ??, 상기 제n 전기 자극부로부터 하나 이상의 뇌파 신호를 수신하되, 상기 제1 전기 자극부, 상기 제2 전기 자극부, 상기 제3 전기 자극부, ??, 상기 제n 전기 자극부 중에서, 설정된 동작 모드에 따른 지정된 제l 전기 자극부, 제m 전기 자극부, 제n 전기 자극부로부터 뇌파 신호를 획득하도록 구현된 신호 획득부를 포함할 수 있다.
상기 결과 출력부는 외부의 전자 장치와 무선 통신하여, 사용자의 뇌질환 분석 레포트를 상기 전자 장치로 전송할 수 있다. 본 실시예에 따르면, 상기 모드 입력부를 통해 제1 동작 모드를 ON하는 입력이 입력되면, 상기 제1 동작 모드와 대응되는 제1 그룹의 제1 전기 자극부와 연결된 서브 전기 자극 제어부에 자극 제어 신호를 전송하고, 상기 모드 입력부를 통해 상기 제1 동작 모드를 OFF하는 입력이 입력되는 경우에는 상기 제1 그룹의 제1 전기 자극부에 전원을 공급하지 않는 자극 제어 신호를 생성하여 상기 서브 전기 자극 제어부로 전송할 수 있다. 본 실시예에 따르면, 상기 모드 입력부를 통해 제1 동작 모드 및 제2 동작 모드를 ON하는 입력이 입력되면, 상기 제1 동작 모드와 대응되는 제1 그룹의 제1 전기 자극부와 연결된 제1 서브 전기 자극 제어부로 제1 자극 제어 신호를 전송하고 상기 제2 동작 모드와 대응되는 제2 그룹의 제2 전기 자극부와 연결된 제2 서브 전기 자극 제어부에 제2 자극 제어 신호를 전송할 수 있다.
상기 모드 입력부는 외부의 전자 장치를 통해 입력된 모드 입력을 수신할 수 있다.
이 외에도, 본 발명을 구현하기 위한 다른 방법, 다른 시스템 및 상기 방법을 실행하기 위한 컴퓨터 프로그램을 기록하는 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체가 더 제공된다.
전술한 것 외의 다른 측면, 특징, 이점이 이하의 도면, 특허청구범위 및 발명의 상세한 설명으로부터 명확해 질 것이다.
본 발명의 실시예들에 따른 뇌파 신호 측정 장치는 동작 모드 변경이 가능하고 하나 이상의 전기 자극부들의 위치 변경 없이 뇌파 신호를 획득할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예들에 따른 뇌파 신호 측정 장치(100)의 블록도이다.
도 2는 본 발명의 실시예들에 따른 뇌파 신호 측정 장치(100')의 블록도이다.
도 3 내지 도 5는 본 발명의 실시예들에 따른 뇌파 신호 측정 방법의 흐름도들이다.
이하 첨부된 도면들에 도시된 본 발명에 관한 실시예를 참조하여 본 발명의 구성 및 작용을 상세히 설명한다.
본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 본 발명의 효과 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 다양한 형태로 구현될 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세히 설명하기로 하며, 도면을 참조하여 설명할 때 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 도면부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
본 명세서에서 “학습”, “러닝” 등의 용어는 인간의 교육 활동과 같은 정신적 작용을 지칭하도록 의도된 것이 아닌 절차에 따른 컴퓨팅(computing)을 통하여 기계 학습(machine learning)을 수행함을 일컫는 용어로 해석한다.
이하의 실시예에서, 제1, 제2 등의 용어는 한정적인 의미가 아니라 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하는 목적으로 사용되었다.
이하의 실시예에서, 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
이하의 실시예에서, 포함하다 또는 가지다 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 또는 구성요소가 존재함을 의미하는 것이고, 하나 이상의 다른 특징들 또는 구성요소가 부가될 가능성을 미리 배제하는 것은 아니다.
도면에서는 설명의 편의를 위하여 구성 요소들이 그 크기가 과장 또는 축소될 수 있다. 예컨대, 도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로, 본 발명이 반드시 도시된 바에 한정되지 않는다.
어떤 실시예가 달리 구현 가능한 경우에 특정한 공정 순서는 설명되는 순서와 다르게 수행될 수도 있다. 예를 들어, 연속하여 설명되는 두 공정이 실질적으로 동시에 수행될 수도 있고, 설명되는 순서와 반대의 순서로 진행될 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예들에 따른 뇌파 신호 측정 장치(100)의 블록도이다.
뇌파 신호 측정 장치(100)는 모드 입력부(110), 모드 변경부(120), 전기 자극 제어부(130), 제1 전기 자극부(141), 제2 전기 자극부(142), 제3 전기 자극부(143), … ,제n 전기 자극부(14n), 신호 획득부(150), 분석부(160), 결과 출력부(170) 및/또는 전원부(180)를 포함할 수 있다.
모드 입력부(110)는 뇌파 신호 측정 장치(100)를 통해서 획득하고자 하는 채널과 대응되는 모드 값을 입력 받는다.
모드 변경부(120)는 모드 입력에 응답하여, 모드 입력의 모드 값으로 변경하는 제어 신호를 생성한다. 모드 변경부(120)는 각 모드에 따른 전원, 전기 자극부와 관련된 정보를 포함하는 모드 테이블(DT)을 포함할 수 있다. 모드 테이블(DT)에는 제1 모드에 대한 정보, 제2 모드에 대한 정보, 제3 모드에 대한 정보, …, 제n 모드에 대한 정보를 포함할 수 있다. 제1 모드에 대한 정보는 제1 모드와 대응되는 뇌파 신호를 획득하기 위해서 자극 시켜야 하는 하나 이상의 전기 자극부들, 제1 모드의 하나 이상의 전기 자극부들로 전달되는 전류값 등을 포함할 수 있다.
전기 자극 제어부(130)는 채널 별 뇌파 신호를 측정하기 위한 하나 이상의 제1 전기 자극부(141), 제2 전기 자극부(142), 제3 전기 자극부(143), … , 제n 전기 자극부(14n)를 제어한다. 전기 자극 제어부(130)는 제1 전기 자극부(141), 제2 전기 자극부(142), 제3 전기 자극부(143), … , 제n 전기 자극부(14n)로 대응되는 제어 신호를 각각 전송할 수 있다. 전기 자극 제어부(130)는 입력된 제1 모드 정보에 따라, 뇌파 신호의 측정이 필요한 하나 이상의 전기 자극부들의 제1 그룹을 선택하고 전기 자극부들의 제1 그룹과 관련된 제1 제어 신호를 생성하고, 제1 제어 신호를 전기 자극부들의 제1 그룹으로 전달할 수 있다.
전기 자극 제어부(130)는 채널 별 뇌파 신호를 측정하기 위한 하나 이상의 제1 전기 자극부(141), 제2 전기 자극부(142), 제3 전기 자극부(143), … , 제n 전기 자극부(14n)로 뇌를 자극하여 원하는 미세 전류가 미세전류 등의 전기자극이 전달되도록 제어할 수 있다.
제1 전기 자극부(141), 제2 전기 자극부(142), 제3 전기 자극부(143), … ,제n 전기 자극부(14n)는 전기 자극 제어부(130)로부터 제어 신호를 수신하여 동작될 수 있다. 제1 전기 자극부(141), 제2 전기 자극부(142), 제3 전기 자극부(143), … ,제n 전기 자극부(14n)는 모드 별로 그룹핑되고 그룹핑된 하나 이상의 전기 자극부들에게 전원을 공급하는 전원부(180)를 더 포함할 수 있다.
제1 전기 자극부(141), 제2 전기 자극부(142), 제3 전기 자극부(143), … ,제n 전기 자극부(14n)는 대상체의 두뇌에 특정한 신호를 제공하여 특정 부분을 자극하며 구체적으로 미세전류 등의 전기자극을 통해 특정 부위의 기능을 활성화할 수 있다. 자극 프로세스 수행 중 자극을 위한 전류와 전압이 정상적인지 지속적으로 모니터링하는 전류/전압 측정 모듈 등을 통해 과도한 전류가 두피에 인가되지 않도록 차단하는 기능이 수행되도록 구현될 수 있다.
제1 전기 자극부(141), 제2 전기 자극부(142), 제3 전기 자극부(143), … ,제n 전기 자극부(14n)는 비접촉 방식으로 구현되어 대상체의 두피에 밀착되는 방식으로 구현될 수 있으나, 이에 한정되지 않고 다양한 방식으로 구현될 수 있다. 제1 전기 자극부(141), 제2 전기 자극부(142), 제3 전기 자극부(143), … ,제n 전기 자극부(14n)는 미세전류 등의 전기자극이 뇌의 영역들에 인가되도록 구현될 수 있으며, 경두개 자기 자극술(TMS: transcranial magnetic stimulation) 등의 방식을 이용할 수 있다. 제1 전기 자극부(141), 제2 전기 자극부(142), 제3 전기 자극부(143), … ,제n 전기 자극부(14n)는 뇌의 배외측전전두피질 영역, 복내측전전두피질 영역, 일차운동피질 영역, 측두엽 영역 및 후두엽 영역 중 적어도 한 영역에 전기 자극을 가할 수 있는 위치에 놓이도록 구현될 수 있다. 또한, 선택적 실시예에서, 제1 전기 자극부(141), 제2 전기 자극부(142), 제3 전기 자극부(143), … ,제n 전기 자극부(14n)의 위치는 측정 대상에 따라서 조절될 수 있도록 구현될 수 있다. 구체적으로 제1 전기 자극부(141), 제2 전기 자극부(142), 제3 전기 자극부(143), … ,제n 전기 자극부(14n) 중 적어도 2개의 위치 사이의 거리 차는 뇌의 영역들의 위치들 사이의 간격에 대응되어 변화되며, 측정 대상인 대상체의 두개골 크기, 뇌 영역들의 위치들에 맞춰서 조절될 수 있다. 보다 구체적으로 제1 전기 자극부(141), 제2 전기 자극부(142), 제3 전기 자극부(143), … ,제n 전기 자극부(14n) 중 적어도 2개는 길이가 조절되는 연결부로 연결되어 있어, 적어도 2개 사이의 간격이 측정되는 대상체의 두개골의 크기에 따라서 조절될 수 있다. 제1 전기 자극부(141), 제2 전기 자극부(142), 제3 전기 자극부(143), … ,제n 전기 자극부(14n) 중 하나 이상의 전기 자극부들은 하나의 전기선으로 연결되어 한번에 또는 동시에 제어되도록 구현될 수 있다. 한번에 또는 동시에 제어되도록 구현된 하나 이상의 전기 자극부들의 조합은 측정 대상에 따라서 변경되기도 한다. 예를 들어, 제1 전기 자극부(141), 제2 전기 자극부(142), 제3 전기 자극부(143)가 한번에 또는 동시에 제어되었다가, 제1 전기 자극부(141), 및 제2 전기 자극부(142)를 동시에 제어하고, 제3 전기 자극부(143)를 제1 전기 자극부(141), 및 제2 전기 자극부(142)와 별개로 제어되도록 분리하여 구현할 수 있다.
또한, 제1 전기 자극부(141), 제2 전기 자극부(142), 제3 전기 자극부(143), … ,제n 전기 자극부(14n)로부터의 뇌파 신호 등은 개별적으로 수신되도록 설계될 수 있다.
선택적 실시예에서, 제1 전기 자극부(141), 제2 전기 자극부(142), 제3 전기 자극부(143), … ,제n 전기 자극부(14n)는 두피에 직접 접촉되는 전해질층 및 전해질층의 일면에 연결되는 전도성층을 포함하여 구현될 수 있다. 전해질층은 고체전해질층 또는 습식전해질층일 수 있으며, 전해질층 및 전도성층은 연성이고 두피에 대응하여 곡면현상이 가변될 수 있다. 전해질층이 습식전해질층인 경우, 방수 처리된 보호층을 더 포함할 수 있다. 전해질층은 겔 타입의 전해질을 포함하는 하이드로겔(hydrogel) 층으로 구성될 수 있으며, 전도층은 연성을 가지는 전도성 패브릭(conductive fabric) 층으로 구성될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니며 전해질층은 연성을 가지며 전해질을 포함하는 모든 형태가 다 적용될 수 이으며 전도성층도 마찬가지로 피부의 굴곡을 따라 굴종하는 연성의 전도성 재질이면 제한 없이 적용될 수 있다.
선택적 실시예에서, 제1 전기 자극부(141), 제2 전기 자극부(142), 제3 전기 자극부(143), … ,제n 전기 자극부(14n)는 두뇌 자극 과정에서 1k 옴 내지 20k 옴의 임피던스 값을 갖는 전해질층을 더 포함할 수 있다. 즉, 전해질층이 고체전해질이 아니라도 해당 임피던스 값만 해당 범위에 포함될 경우에는 두뇌를 자극 시키는 기능을 수행할 수 있다.
선택적 실시예에서, 제1 전기 자극부(141), 제2 전기 자극부(142), 제3 전기 자극부(143), … ,제n 전기 자극부(14n)는 회로기판, 회로 기판에 형성된 감지전극, 감지전극과 연결된 감지 회로 및 감지 필터로 구성될 수 있다.
다른 실시예에서, 제1 전기 자극부(141), 제2 전기 자극부(142), 제3 전기 자극부(143), … ,제n 전기 자극부(14n) 자체에 방수 처리가 될 수 있다.
제1 전기 자극부(141), 제2 전기 자극부(142), 제3 전기 자극부(143), … ,제n 전기 자극부(14n)는 양극(Anode)과 음극(Cathode) 중 하나로 동작하도록 구현되어 전기 자극 제어부(130)로부터의 제어 신호에 의해 양극 또는 음극으로 동작될 수 있다.
전원부(180)는 전기 자극 제어부(130)의 제어에 의해, 제1 전기 자극부(141), 제2 전기 자극부(142), 제3 전기 자극부(143), … , 제n 전기 자극부(14n)으로 전달되는 전류값도 조절할 수 있다.
신호 획득부(150)는 제1 전기 자극부(141), 제2 전기 자극부(142), 제3 전기 자극부(143), … , 제n 전기 자극부(14n) 중 적어도 하나로부터 뇌파 신호를 획득할 수 있다. 신호 획득부(150)는 제1 전기 자극부(141), 제2 전기 자극부(142), 제3 전기 자극부(143), … , 제n 전기 자극부(14n) 중 적어도 하나를 이용하여 뇌의 영역들이 자극된 결과로 뇌 영역 별 뇌파 신호를 획득할 수 있다. 신호 획득부(150)를 통해 획득되는 뇌파 신호는 전기 신호(EEG, electroencephalogram), 근적외선 신호(Near-infrared signal), 임피던스 신호(impedance signal), 음향 신호(acoustic signal), 자기 신호(magnetic signal), 역학 신호(mechanical signal), 생화학 신호(chemical signal), 광학 신호(optical signal), 초음파 신호(ultrasonic signal) 등을 포함할 수 있으나 이에 한정되지 않고 다양한 신호를 포함할 수 있다.
신호 획득부(150)는 제1 전기 자극부(141), 제2 전기 자극부(142), 제3 전기 자극부(143), … , 제n 전기 자극부(14n)로부터의 신호에 적용하는 차단필터, 노이즈 처리 모듈, 증폭 모듈, 또는 역위상 노이즈 출력 모듈을 포함할 수 있다. 신호 획득부(150)는 뇌로부터 감지된 뇌파 신호를 수집하며 뇌파 이외의 다른 노이즈 신호를 제거하거나 두피에 흐르는 노이즈를 분리하여 역위상으로 중화하는 프로세스를 수행할 수 있다.
분석부(160)는 신호 획득부(150)를 통해 획득된 뇌파 신호들을 분석할 수 있다. 분석부(160)는 뇌파 신호를 심층신경망 분석할 수 있다. 심층신경망은 입력된 잡음이 포함된 뇌파 신호를 순수 뇌파 성분, 수평 눈 움직임 성분, 수직 눈 움직임 성분, 근육 움직임 성분, 기타 노이즈 성분 등으로 분류할 수 있다. 분류된 신호를 바탕으로 뇌파 성분 이외의 나머지 잡음 성분을 입력된 뇌파 신호로부터 제거하여 잡음이 제거된 뇌파를 최종적으로 출력할 수 있다. 심층신경망 분석에 사용될 수 있는 심층신경망으로는 콘벌루션 신경망(CNN), 리커런트 신경망(RNN), 또는 하이브리드 신경망(HNN) 일 수 있다. 콘벌루션 신경망은 2차원 데이터 분석, 특히 영상 분석에 탁월한 성능을 발휘할 수 있으며, 리커런트 신경망은 시간에 따른 피드백 루프나 역전파가 있는 피드포워드 신경망으로 이루어져 있어 순차적인 시간 정보의 반영이 용이하며 하이브리드 신경망은 상술한 콘벌루션 신경망과 리커런트 신경망의 장점만을 취합하여 분석 성능을 향상시킨 신경망이다.
분석부(160)는 뇌파 신호에 대한 파워 스펙트럼 분석, 기능적 연결성 분석, 브레인 네트워크 분석, 및 비 선형분석 등을 통해 뇌파 신호의 특징값들을 추출할 수 있다. 분석부(160)는 이렇게 도출된 특징들을 데이터 학습을 통해 개발된 인공지능 알고리즘에 적용하여 기억 장애형 경도 인지장애 위험성 예측에 대한 백분위로 나타낼 수 있다.
분석부(160)는 개별 뇌파 신호에서의 특징들을 기계 학습한 모델을 이용하여 개발된 알고리즘에 적용하여 대상체의 정상과 기억 장애형 경도 인지 장애로 분류할 수 있다. 분석부(160)는 분류된 뇌파 신호의 유형에 따라 가중치가 다른 다중회귀식을 이용하여 대상체의 나이에 따른 기억력에 대한 백분위로 나타낼 수 있다. 여기서, 알고리즘에 사용된 기계학습은 결정트리, 나이브 제이즈법, 최근접 이웃 방법, 서포트 벡터 머신 및 뉴럴 네트워크 등을 적용할 수 있다.
결과 출력부(170)는 분석부(160)를 통해 분석된 결과, 대상체의 경도 인지 장애와 관련된 레포트를 생성할 수 있다.
도 2는 본 발명의 실시예들에 따른 뇌파 신호 측정 장치(100’)의 블록도이다.
뇌파 신호 측정 장치(100’)는 하나 이상의 전기 자극부들을 하나의 그룹으로 분류하고, 하나의 그룹의 전기 자극부들로 전원을 전달하도록 하는 서브 제어부 및 하나의 그룹의 전기 자극부들의 신호를 획득하는 서브 신호 획득부를 포함하도록 구현될 수 있다. 뇌파 신호 측정 장치(100’)는 제1 그룹의 전기 자극부(141a, 141b, 141c), 제2 그룹의 전기 자극부(142a, 142b, 142c), 제2 그룹의 전기 자극부(143a, 143b, 143c)와 같이 전기 자극부들이 그룹 별로 제어되도록 구현될 수 있다. 뇌파 신호 측정 장치(100’)는 제1 그룹의 전기 자극부(141a, 141b, 141c)로 전원을 전달하는 제1 서브 제어부(140a)를 더 포함하고 제1 그룹의 전기 자극부(141a, 141b, 141c)의 신호를 획득하는 제1 서브 획득부(151a)를 더 포함할 수 있다. 뇌파 신호 측정 장치(100’)는 제2 그룹의 전기 자극부(142a, 142b, 142c)로 전원을 전달하는 제2 서브 제어부(140b)를 더 포함하고 제2 그룹의 전기 자극부(142a, 142b, 142c)의 신호를 획득하는 제2 서브 획득부(151b)를 더 포함할 수 있다. 뇌파 신호 측정 장치(100’)는 제3 그룹의 전기 자극부(143a, 143b, 143c)로 전원을 전달하는 제3 서브 제어부(140c)를 더 포함하고 제3 그룹의 전기 자극부(143a, 143b, 143c)의 신호를 획득하는 제3 서브 획득부(151c)를 더 포함할 수 있다.
뇌파 신호 측정 장치(100’)는 입력된 모드 입력에 대응하여 결정된 그룹의 전기 자극부들에 미세전류 등의 전기자극(예를 들어, 400mA, 200mA 등)을 전달하여 양극모드로 구현하고 결정된 그룹 외의 나머지 그룹의 전기 자극부들을 음극모드로 구현할 수 있다.
뇌파 신호 측정 장치(100’)는 제1 서브 제어부(140a), 제2 서브 제어부(140b), 제3 서브 제어부(140c)를 통해 해당 그룹의 전기 자극부들로 미세 전류를 전달할 수 있다. 제1 서브 제어부(140a)는 제1 그룹의 전기 자극부들(141a, 141b, 141c)로 일정한 크기의 미세 전류를 전달하도록 구현할 수 있다.
뇌파 신호 측정 장치(100’)의 모드 변경부(120)는 모드 입력에 응답하여, 모드 입력의 모드 값으로 변경하는 제어 신호를 생성한다. 모드 변경부(120)는 각 모드에 따른 전원, 전기 자극부와 관련된 정보를 포함하는 모드 테이블(DT)을 포함할 수 있다. 모드 테이블(DT)에는 제1 모드에 대한 정보, 제2 모드에 대한 정보, 제3 모드에 대한 정보, …, 제n 모드에 대한 정보를 포함할 수 있다. 제1 모드에 대한 정보는 제1 모드와 대응되는 뇌파 신호를 획득하기 위해서 자극 시켜야 하는 하나 이상의 전기 자극부들, 제1 모드의 하나 이상의 전기 자극부들로 전달되는 전류값 등을 포함할 수 있다. 각 모드와 대응되는 뇌파 신호를 획득하기 위해서 자극시켜야 하는 하나 이상의 전기 자극부들을 하나의 그룹으로 연결하도록 구현될 수 있다. 하나의 그룹의 전기 자극부들은 하나의 전기선으로 연결하고, 서브 제어부의 제어에 의해 전원을 공급받도록 구현될 수 있다. 하나의 그룹의 각 전기 자극부는 서브 획득부로 직접 연결하도록 구현될 수 있다.
전기 자극 제어부(130’)는 제1 서브 제어부(140a), 제2 서브 제어부(140b), 제3 서브 제어부(140c)로 서브 제어 신호를 전송할 수 있다. 전기 자극 제어부(130’)는 입력된 모드에 따라 서브 제어 신호를 생성하여 전송할 수 있다. 전기 자극 제어부(130’)는 모드 별로 전기 자극부들의 그룹을 생성할 수 있다. 전기 자극 제어부(130’)는 제1 모드인 경우, 제1 서브 제어부(140a)로 서브 제어 신호를 전송하고, 서브 제어 신호에 따라 제1 그룹의 전기 자극부들(141a, 141b, 141c)로 전송할 수 있다. 전기 자극 제어부(130’)는 제2 모드인 경우, 제2 서브 제어부(140b)로 서브 제어 신호를 전송하고, 서브 제어 신호에 따라 제2 그룹의 전기 자극부들(142a, 142b, 142c)로 전송할 수 있다.
제1 서브 획득부(151a)는 제1 그룹의 전기 자극부들 각각으로부터 뇌파 신호를 획득하도록 구현될 수 있다. 제2 서브 획득부(151b)는 제2 그룹의 전기 자극부들 각각으로부터 뇌파 신호를 획득하도록 구현될 수 있다. 제3 서브 획득부(151c)는 제3 그룹의 전기 자극부들 각각으로부터 뇌파 신호를 획득하도록 구현될 수 있다.
도 3 내지 도 5는 본 발명의 실시예들에 따른 뇌파 신호 측정 방법의 흐름도들이다.
S110에서는 뇌파 신호 측정 장치(100, 100’)는 모드 입력부를 통해 모드 입력을 수신할 수 있다.
S120에서는 뇌파 신호 측정 장치(100, 100’)는 모드 입력에 응답하여 제1 동작 모드로 설정될 수 있다. 뇌파 신호 측정 장치(100, 100’)는 테이블(DT)에 기록된 데이터를 이용하여 제1 동작 모드로 설정하는데 필요한 설정 정보를 획득할 수 있다. 제1 동작 모드로 설정하는데 필요한 설정 정보는 제1 동작 모드와 대응되는 전기 자극부들에 대한 정보, 전기 자극부들에 전달해야 하는 미세 전류 값을 포함할 수 있다.
S130에서는 뇌파 신호 측정 장치(100, 100’)는 제1 동작 모드와 대응되는 제1 그룹의 전기 자극부에 정해진 미세 전류를 공급한다. 뇌파 신호 측정 장치(100, 100’)는 제1 동작 모드로 설정하는데 필요한 설정 정보를 이용하여 제1 동작 모드와 대응되는 하나 이상의 전기 자극부들 및 공급되어야 하는 미세 전류 값을 획득할 수 있다. 뇌파 신호 측정 장치(100)의 전기 자극 제어부(130. 130’)는 결정된 하나 이상의 전기 자극부들에 미세 전류 값이 공급되도록 하는 제어 신호를 생성할 수 있다. 전원부(180)는 전기 공급 제어 신호에 의해 정해진 미세 전류 값의 미세 전류 등의 전기 자극을 제1 동작 모드와 대응되는 전기 자극부들에 전달하도록 구현될 수 있다. 도 2에 도시된 바와 같이, 제1 동작 모드와 대응되는 전기 자극부들은 서브 제어부(도 2의 140a, 140b, 140c 참조) 중 적어도 하나를 통해서 제어될 수 있다. 제1 동작 모드와 대응되는 전기 자극부들은 하나의 전기선으로 연결되어 구현될 수 있다.
S140에서는 뇌파 신호 측정 장치(100, 100’)는 제1 그룹의 제1 전기 자극부를 통해 제1 뇌파 신호를 획득한다. 신호 획득부(150, 150’)는 제1 동작 모드와 대응되는 전기 자극부들로부터의 뇌파 신호를 획득할 수 있다.
S150에서는 뇌파 신호 측정 장치(100, 100’)는 제1 뇌파 신호로부터 사용자의 인지 장애와 관련된 뇌질환 정보를 생성할 수 있다. 뇌파 신호 측정 장치(100, 100’)의 분석부(160)는 동작 모드 별로 획득된 뇌파 신호를 분석할 수 있다. 분석부(160)는 제1 동작 모드에 따른 뇌파 신호를 분석하여, 제1 동작 모드에서 분석하고자 하는 뇌 관련 정보를 추출할 수 있다. 분석부(160)는 뇌파 신호에 대한 파워 스펙트럼 분석, 기능적 연결성 분석, 브레인 네트워크 분석, 및 비 선형분석 등을 통해 뇌파 신호의 특징값들을 추출할 수 있다. 분석부(160)는 이렇게 도출된 특징들을 데이터 학습을 통해 개발된 인공지능 알고리즘에 적용하여 기억 장애형 경도 인지장애 위험성 예측에 대한 백분위로 나타낼 수 있다.
분석부(160)는 개별 뇌파 신호에서의 특징들을 기계 학습한 모델을 이용하여 개발된 알고리즘에 적용하여 대상체의 정상과 기억 장애형 경도 인지 장애로 분류할 수 있다. 분석부(160)는 분류된 뇌파 신호의 유형에 따라 가중치가 다른 다중회귀식을 이용하여 대상체의 나이에 따른 기억력에 대한 백분위로 나타낼 수 있다. 뇌파 신호 측정 장치(100, 100’)는 분석부(160)를 통해 분석된 결과, 대상체의 경도 인지 장애와 관련된 레포트를 생성할 수 있다.
도 4에 도시된 바와 같이, S210에서는 뇌파 신호 측정 장치(100, 100’)는 모드 입력부를 통해 모드 입력을 수신한다.
S220에서는 뇌파 신호 측정 장치(100, 100’)는 모드 입력에 응답하여 하나 이상의 동작 모드를 설정시킬 수 있다. 뇌파 신호 측정 장치(100, 100’)는 모드 입력에 응답하여 제1 동작 모드를 온(ON)으로 설정하고, 제2 동작 모드를 온(ON)으로 설정한다.
S230에서는 뇌파 신호 측정 장치(100, 100’)는 제1 동작 모드와 대응되는 제1 그룹의 전기 자극부들, 제2 동작 모드와 대응되는 제2 그룹의 전기 자극부들에 전원을 공급할 수 있다.
S240에서는 뇌파 신호 측정 장치(100, 100’)는 제1 뇌파 신호 및 제2 뇌파 신호로부터 인지 장애와 관련된 사용자의 뇌 질환 정보를 생성할 수 있다.
도 5에 도시된 바와 같이, S310에서는 뇌파 신호 측정 장치(100, 100’)는 모드 입력부를 통해 모드 입력을 수신한다.
S320에서는 뇌파 신호 측정 장치(100, 100’)는 모드 입력에 응답하여 제1 동작 모드를 온(ON)으로 설정할 수 있다.
S330에서는 뇌파 신호 측정 장치(100, 100’)는 제1 동작 모드와 대응되는 제1 그룹의 전기 자극부에 전원을 공급한다.
S340에서는 뇌파 신호 측정 장치(100, 100’)는 제1 그룹의 전기 자극부로부터 제1 뇌파 신호를 획득한다. 뇌파 신호 측정 장치(100, 100’)는 제1 동작 모드를 오프(OFF)로 설정하는 입력이 수신된 경우, 제1 동작 모드와 대응되는 제1 그룹의 전기 자극부에 공급되는 전원을 차단할 수 있다(S350, S360).
이상에서 설명된 장치는 하드웨어 구성요소, 소프트웨어 구성요소, 및/또는 하드웨어 구성요소 및 소프트웨어 구성요소의 조합으로 구현될 수 있다. 예를 들어, 실시예들에서 설명된 장치 및 구성요소는, 예를 들어, 프로세서, 콘트롤러, ALU(arithmetic logic unit), 디지털 신호 프로세서(digital signal processor), 마이크로컴퓨터, FPGA(field programmable gate array), PLU(programmable logic unit), 마이크로프로세서, 또는 명령(instruction)을 실행하고 응답할 수 있는 다른 어떠한 장치와 같이, 하나 이상의 범용 컴퓨터 또는 특수 목적 컴퓨터를 이용하여 구현될 수 있다. 처리 장치는 운영 체제(OS) 및 상기 운영 체제 상에서 수행되는 하나 이상의 소프트웨어 어플리케이션을 수행할 수 있다. 또한, 처리 장치는 소프트웨어의 실행에 응답하여, 데이터를 접근, 저장, 조작, 처리 및 생성할 수도 있다. 이해의 편의를 위하여, 처리 장치는 하나가 사용되는 것으로 설명된 경우도 있지만, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는, 처리 장치가 복수 개의 처리 요소(processing element) 및/또는 복수 유형의 처리 요소를 포함할 수 있음을 알 수 있다. 예를 들어, 처리 장치는 복수 개의 프로세서 또는 하나의 프로세서 및 하나의 콘트롤러를 포함할 수 있다. 또한, 병렬 프로세서(parallel processor)와 같은, 다른 처리 구성(processing configuration)도 가능하다.
소프트웨어는 컴퓨터 프로그램(computer program), 코드(code), 명령(instruction), 또는 이들 중 하나 이상의 조합을 포함할 수 있으며, 원하는 대로 동작하도록 처리 장치를 구성하거나 독립적으로 또는 결합적으로(collectively) 처리 장치를 명령할 수 있다. 소프트웨어 및/또는 데이터는, 처리 장치에 의하여 해석되거나 처리 장치에 명령 또는 데이터를 제공하기 위하여, 어떤 유형의 기계, 구성요소(component), 물리적 장치, 가상 장치(virtual equipment), 컴퓨터 저장 매체 또는 장치, 또는 전송되는 신호 파(signal wave)에 영구적으로, 또는 일시적으로 구체화(embody)될 수 있다. 소프트웨어는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템 상에 분산되어서, 분산된 방법으로 저장되거나 실행될 수도 있다. 소프트웨어 및 데이터는 하나 이상의 컴퓨터 판독 가능 기록 매체에 저장될 수 있다.
실시예에 따른 방법은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체에 기록되는 프로그램 명령은 실시예를 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다. 상기된 하드웨어 장치는 실시예의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.
이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.
그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 특허청구범위의 범위에 속한다.
100': 뇌파 신호 측정 장치 110: 모드 입력부
120: 모드 변경부 130, 130': 전기 자극 제어부
140a: 제1 서브 제어부 140b: 제2 서브 제어부
140c: 제3 서브 제어부
141: 제1 전기 자극부 142: 제2 전기 자극부
143: 제3 전기 자극부 150: 신호 획득부
151a: 제1 서브 획득부 151b: 제2 서브 획득부
151c: 제3 서브 획득부 160: 분석부
170: 결과 출력부 180: 전원부

Claims (8)

  1. 획득하고자 하는 뇌파 신호와 대응되는 사용자 입력을 입력하는 모드 입력부;
    상기 사용자 입력과 대응되는 동작 모드의 상태를 ON 으로 설정하는 모드 변경부;
    하나 이상의 동작 모드 중에서, ON으로 설정된 제1 동작 모드를 추출하고 상기 제1 동작 모드와 대응되는 하나 이상의 전기 자극부에 전원을 공급하도록 하는 전원 제어 신호를 생성하는 전기 자극 제어부;
    사용자의 머리에 밀착되어 전기 자극을 생성하고,
    상기 머리 상에서 지정된 지점들에 밀착되는 제1 전기 자극부, 제2 전기 자극부, 제3 전기 자극부, ??, 제n 전기 자극부; 및
    상기 제1 전기 자극부, 상기 제2 전기 자극부, 상기 제3 전기 자극부, ??, 상기 제n 전기 자극부로부터 하나 이상의 뇌파 신호를 수신하되,
    상기 제1 전기 자극부, 상기 제2 전기 자극부, 상기 제3 전기 자극부, ??, 상기 제n 전기 자극부 중에서, 설정된 동작 모드에 따른 지정된 제l 전기 자극부, 제m 전기 자극부, 제n 전기 자극부로부터 뇌파 신호를 획득하도록 구현된 신호 획득부를 포함하는, 부위별 전기 자극 기반의 뇌파 신호 측정 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    동작 모드 별로 획득된 뇌파 신호들을 취합하고, 취합한 뇌파 신호를 분석하는 분석부를 추가적으로 더 포함하는, 부위별 전기 자극 기반의 뇌파 신호 측정 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 분석부를 통해 분석된 데이터를 이용하여 사용자의 뇌질환 분석 레포트를 생성하는 결과 출력부;를 추가적으로 더 포함하는, 부위별 전기 자극 기반의 뇌파 신호 측정 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 전기 자극부, 상기 제2 전기 자극부, 상기 제3 전기 자극부, ??, 및 상기 제n 전기 자극부 중에서, 동작 모드 별로 하나의 전기 회선으로 연결되고 동작 모드 별로 서브 전기 자극 제어부를 더 포함하는, 부위별 전기 자극 기반의 뇌파 신호 측정 장치.
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기 결과 출력부는
    외부의 전자 장치와 무선 통신하여,
    사용자의 뇌질환 분석 레포트를 상기 전자 장치로 전송하는, 부위별 전기 자극 기반의 뇌파 신호 측정 장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 모드 입력부를 통해 제1 동작 모드를 ON하는 입력이 입력되면,
    상기 제1 동작 모드와 대응되는 제1 그룹의 제1 전기 자극부와 연결된 서브 전기 자극 제어부에 자극 제어 신호를 전송하고,
    상기 모드 입력부를 통해 상기 제1 동작 모드를 OFF하는 입력이 입력되는 경우에는 상기 제1 그룹의 제1 전기 자극부에 전원을 공급하지 않는 자극 제어 신호를 생성하여 상기 서브 전기 자극 제어부로 전송하는, 부위별 전기 자극 기반의 뇌파 신호 측정 장치.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 모드 입력부를 통해 제1 동작 모드 및 제2 동작 모드를 ON하는 입력이 입력되면,
    상기 제1 동작 모드와 대응되는 제1 그룹의 제1 전기 자극부와 연결된 제1 서브 전기 자극 제어부로 제1 자극 제어 신호를 전송하고 상기 제2 동작 모드와 대응되는 제2 그룹의 제2 전기 자극부와 연결된 제2 서브 전기 자극 제어부에 제2 자극 제어 신호를 전송하는, 부위별 전기 자극 기반의 뇌파 신호 측정 장치.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 모드 입력부는
    외부의 전자 장치를 통해 입력된 모드 입력을 수신하는, 부위별 전기 자극 기반의 뇌파 신호 측정 장치.
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