KR20220097143A - 뇌질환 분석 및 진단을 위한 머리 내부 또는 머리 외부의 내외장형 eeg 전극용 무선 송신 모듈 및 이를 포함하는 eeg 검출 시스템 - Google Patents

뇌질환 분석 및 진단을 위한 머리 내부 또는 머리 외부의 내외장형 eeg 전극용 무선 송신 모듈 및 이를 포함하는 eeg 검출 시스템 Download PDF

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Abstract

뇌질환 분석 및 진단을 위한 머리 내부 또는 머리 외부의 내외장형 EEG 전극용 무선 송신 모듈 및 이를 포함하는 EEG 검출 시스템이 개시된다. 상기 시스템은 뇌전증 수술 치료를 위하여 머리 외부 또는 머리 내부의 대뇌 피질 표면의 피검사 영역 상에 직접 EEG 전극들이 부착되어 뇌파를 검출하며, 머리 내부 대뇌 피질의 피검사 영역 또는 머리 외부 표면으로부터 뇌파 신호들을 검출하는 개별 전송 라인에 연결되는 EEG 접속 단자부, 또는 머리 외부의 뇌파 데이터를 측정하는 복수의 EEG 전극부들을 구비하는 뇌파 데이터 수집부; 및 뇌파 데이터 수집부에 전송 라인을 통해 연결되고, 복수의 EEG 전극부들로부터 측정된 뇌파 데이터를 무선 송신하는 무선 송신 모듈을 구비하며, 3D 안경 착용자가 오른손/오른발과 왼손/왼발 움직임을 제공하는 3D VR/AR 영상을 보면서 각각의 EEG 채널의 뇌파 신호를 검출하는 EEG 검출 시스템; 및 무선 수신 모듈, 뇌파 데이터 수신부, 뇌파 데이터 제어부, 뇌파 데이터 저장부, 및 뇌파 데이터 출력부를 구비하며, 각각의 EEG 채널의 뇌파 신호를 수신하며, 뇌파 분석 프로그램과 3D 뇌지도 프로그램이 구비되며, 측정 시간대별 각각의 EEG 채널의 뇌파 파형을 출력하며, 뇌파 파형별 EEG 비정상 뇌파/정상 뇌파를 구분하며, 검출된 비정상 뇌파의 뇌전증 병소 위치와 부위를 3D 뇌지도에 표시하며, 뇌파 분석 프로그램에 의해 각각의 EEG 채널의 뇌파 파형의 AI 기반 뇌파 분석을 제공하는 무선 EEG 수신 시스템을 포함한다.

Description

뇌질환 분석 및 진단을 위한 머리 내부 또는 머리 외부의 내외장형 EEG 전극용 무선 송신 모듈 및 이를 포함하는 EEG 검출 시스템{Wireless telecommunication module for embedded EEG electrodes inside the brain head or EEG electrodes outside the brain head and EEG detection system including the same for cerebropathia analysis and diagnosis}
본 발명은 뇌질환 분석 및 진단을 위한 머리 내부 또는 머리 외부의 내외장형 EEG 전극용 무선 송신 모듈 및 이를 포함하는 EEG 검출 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 머리 내부 또는 머리 외부의 내장형 또는 외장형 EEG 전극들로부터 검출되는 뇌파 신호를 블루투스 또는 Wi-Fi를 사용하여 무선 EEG 수신 시스템(뇌파 데이터 분석 장치)로 송신하고, 무선 EEG 수신 시스템에 설치된 뇌파 분석 프로그램은 각각의 EEG 채널의 뇌파 파형의 AI 기반 뇌파 분석을 통해 측정 시간대별 각각의 EEG 채널의 뇌파 파형을 출력하며 각각의 EEG 채널의 뇌파 파형의 AI 기반 뇌파 분석을 통해 뇌질환 환자의 뇌전증 발작 시작 위치를 3D 뇌지도에 표시하는, 뇌질환 분석 및 진단을 위한 머리 내부 또는 머리 외부의 내장형 또는 외장형 EEG 전극과 커플링되는 무선 송신 모듈과 이를 포함하는 뇌질환 분석 및 진단을 위한 EEG 검출 시스템에 관한 것이다.
뇌파를 최초로 검출한 Hans Berger는 두개골 결손부의 피하에 2개의 백금 전극을 사용하여 뇌파를 기록하였으며, 초기 뇌파 연구에서, 1929년 처음 기록에서는 전두엽(Frontal Lobe)과 후두엽(Occipital Lobe)에 전극(electrode)을 부착하여 1분에서 3분 정도 뇌파를 기록하였다. 뇌파에 반영되는 뇌의 전기적 활동은 신경세포(neurons), 교세포(glia cells), 혈뇌장벽(blood-brain barrier)에 의해 결정되며 주로 신경세포에 의해 발생한다.
이와 관련된 선행기술1에 따르면, 특허 등록번호 10-0450758에서는 "뇌파 측정 장치 및 방법"가 등록되어 있다.
이와 관련된 선행기술2에 따르면, 특허 등록번호 10-1704704에서는 "내장형 EEG 전극용 무선 송신 모듈 및 이를 포함하는 EEG 검출 시스템"이 등록되어 있다.
뇌파 검사는 의학, 뇌 과학, 인지 과학, 컴퓨터 과학, 전자공학 테크놀로지를 사용하여 뇌의 신경 회로망에 대하여 EEG 기반 BCI(EEG-based brain computer interface) 기술이 사용된다. EEG(Electroencephalography, 뇌전도)는 뇌 표면에서 발생하는 전기 포텐셜 차이를 각각의 EEG 전극(EEG electrode)에 의해 측정되며 증폭(analog amplifier), ADC, BPF 필터링, 시간 영역(time domain)에서는 FFT 변환 또는 wavelet 변환, Gamma-band response를 사용한 뇌파 분석을 통해 뇌기능 분석 및 뇌질환 진단이 이루어진다.
뇌(Brain)의 구조를 측정하는 뇌영상 검사 장치는 CT, Functional MRI와 PET 등이 사용되며, F-MRI와 PET는 뇌파에 비해 공간해상도가 높은 장점이 있으나, 뇌파에 비해 시간 해상도가 낮아 빠른 시간 내의 뇌의 변화를 볼 수 없다.
머리 표면 아래의 대뇌피질(cerebral cortex)은 전두엽(Frontal Lobe), 두정부엽(Parietal Lobe), 측두엽(Temporal Lobe), 후두엽(Occipital Lobe)으로 크게 나뉘며, 후두엽은 일차 시각피질에 의해 일차적인 시각정보 처리를 담당하며, 정수리 근처에 해당하는 두정부엽은 체성감각 피질에 의해 운동/감각 관련 정보처리를 담당한다.
뇌전도(EEG)는 신경계와 뇌신경 세포 사이에 신호가 발생할 때 생기는 미세한 생체 전기로써, 뇌 표면에서 발생하는 전기 포텐셜 차이를 EEG 전극(Electrode)을 사용하여 측정한다. 뇌파는 델타(δ)파, 쎄타(θ)파, 알파(α)파, 베타(β)파, 감마(γ)파로 분류된다. 뇌파는 그 주파수와 진폭에 따라 분류되며, 사람의 뇌파는 0~50Hz의 주파수가 발생되며, 약 20~200μV의 EEG 신호의 진폭을 보인다.
뇌파는 진동하는 주파수의 범위에 따라 델타-δ파(0.5 ~ 3.99 Hz), 쎄타-θ파(4 ~ 7.99 Hz), 알파-α파(8 ~ 12.99 Hz), 베타-β파(13 ~ 29.99 Hz), 감마-γ파(30~50 Hz)로 분류된다.
델타파는 2~4Hz의 주파수와 20~200 V의 진폭을 가지며, 정상인이 잠을 잘 때 깊은 수면 상태나 신생아에서 주로 나타난다.
쎄타파는 4~8Hz의 주파수와 20~100 V의 진폭을 가지며, 정서적으로 안정된 상태나 취침 전에 나타난다.
알파파는 8~13Hz의 주파수와 20~60 V의 진폭을 가지며, 명상 같은 편안한 상태에서 나타나며 스트레스 해소 및 집중력 향상에 도움을 준다.
베타파는 13~30Hz의 주파수와 2~20 V의 진폭을 가지며, 평상시 의식이 깨어 있을 때 생활시에 눈을 뜨고, 걷고, 말하고, 흥분하는 상태에서 주로 전두엽에서 많이 나타난다.
감마파는 30~50Hz의 주파수와 2~20 V의 진폭을 가지며, 주로 흥분했을 때 나타난다.
뇌파 신호의 분류 주파수 특 징
델타-δ파 0.5 ~ 3.99 Hz 02~4Hz의 주파수와 20~200 V의 진폭을 가지며, 정상인의 깊은 수면상태나 신생아에서 주로 나타난다. 델타파 상태는 많은 양의 성장 호르몬이 생성됨
쎄타-θ파 4 ~ 7.99 Hz 4~8Hz의 주파수와 20~100 V의 진폭을 가지며, 정서적으로 안정된 상태나 취침 전(수면에
빠지기 전)에 나타난다. 세타파는 지각과 꿈의 경계상태에서 발생
알파-α파 8 ~ 12.99 Hz 8~13Hz의 주파수와 20~60 V의 진폭을 가지며, 명상 같은 편안한 상태에서 나타나며 스트레스 해소 및 집중력 향상에 도움이 됨
베타-β파 13 ~ 29.99 Hz 13~30Hz의 주파수와 2~20 V의 진폭을 가지며, 생활시에 긴장, 흥분 상태 등 활동할 때에 나타난다. 운동력 향상에 도움을 주고, 의식이 깨어 있을 때의 뇌파
감마-γ파 30~50 Hz 30~50Hz의 주파수와 2~20 V의 진폭을 가지며, 주로 흥분했을 때 나타남
뇌파 검사는 주로 EEG(Electroencephalograph, 뇌전도) 전극 또는 ECoG(Electrocorticography, 피질전도) 전극을 사용한 측정 방법을 사용한다.
뇌파 검출 장치는 두 개강의 머리 밖은 EEG(뇌전도)를 측정하며, 머리 속은 ECoG(피질 전도)를 측정한다. EEG, ECoG는 뇌활동으로 뇌세포간의 신호를 주고받는 과정에서 전기적 신호가 발생된다. 이 전기적인 신호의 전류를 수신하여 분석하여 선신호 전송모듈을 사용하기 때문에 환자들이 이동하는데 불편함이 있다.
뇌영상 검사는 뇌전증을 일으킬만한 뇌병변이 있는지를 확인하기 위해 MRI, SPECT, PET 등이 사용된다.
뇌전증(epilepsy, 간질)은 뇌 신경세포의 기능적, 구조적 이상에 의해 과도한 전기방출을 일으켜 반복적인 발작을 유발하는 뇌의 만성적 이상 상태라고 한다. 뇌전증의 원인은 유전, 분만시 뇌손상, 뇌 발달 이상, 선천성 기형, 뇌종양, 교통사고에 의한 뇌손상 시에 발생되며, 많은 뇌전증 환자들은 발작과 항경련제의 부작용으로 지능저하, 정신지체, 행동장애, 인지 장애를 겪고 있다. 발작(seizure)이 일어나는 뇌전증 병소의 위치 확인은 MRI, SPECT, PET 같은 구조적 또는 기능적 영상 검사가 도움을 주지만, 뇌전증 병소의 확진 및 절제 범위의 결정은 두개강 내 뇌파 검사로 이루어진다. 뇌전증 병소의 확진은 두개강 내 뇌파 기록을 분석하여, 발작을 일으키는 병적 대뇌 피질에서 생산하는 병적 뇌파와 정상 뇌조직에서 만들어지는 정상 뇌파를 구분하는 것이 중요하다. 그러나, 대뇌 피질은 전기적으로 서로 연결되어 있어 병적 뇌파와 정상 뇌파가 서로 주변으로 확산되는 경향을 가지고 있고, 병적 뇌파의 생산이 간헐적, 돌발적이라는 뇌전증의 특성 때문에 구분이 쉽지 않다.
EEG(electroencephalogram)는 사람 또는 동물의 대뇌 피질에서 발생하는 뇌전류를 기록한 뇌파의 전기 기록도이다. 두피 상에 EEG 전극을 부착하고 두피 상에서 유도되는 전류 파형을 분석할 때, 대뇌 활동 상태에 따라 특정한 파형을 갖는 뇌파가 검출될 수 있다. 특히, 뇌전증(epilepsy)은 대뇌 피질에서 발생되는 비정상적 전기적 신호에 의해 발작(seizure)이나 경련이 반복적으로 발생하는 질병으로 알려져 있다. 뇌전증의 수술적 치료는, EEG 전극을 뇌내에 삽입하고 뇌전증 뇌파를 기록하여 뇌전증 발작이 일어나는 대뇌 피질의 발작 시작 위치를 맵핑할 수 있고, 발작 시작 부위를 수술적으로 제거할 수 있다. 발작 발생 부위를 정밀하게 분석하기 위하여 높은 밀도의 EEG 전극을 뇌내에 삽입하는 것이 유리하지만, EEG 전극의 밀도가 높아지는 경우 EEG 전극으로부터의 측정되는 뇌파를 뇌파 데이터 수집 장치까지 전달하는 연결선들의 밀도가 높아지는 문제가 있다. 따라서, 뇌전증 수술 과정에서 EEG 전극 및 연결선들의 배치가 어려워지며, 이에 따라 뇌내 부종 또는 감염이 발생할 위험성도 증가하는 문제가 있다.
특허 등록번호 10-0450758 (등록일자 2004년 09월 20일), "뇌파 측정 장치 및 방법", 한국전자통신연구원 특허 등록번호 10-1704704 (등록일자 2017년 02월 02일), "내장형 EEG 전극용 무선 송신 모듈 및 이를 포함하는 EEG 검출 시스템", 광운대학교 산학협력단, 김남영
상기 문제점을 해결하기 위해, 본 발명의 목적은 머리 내부 또는 머리 외부의 내장형 또는 외장형 EEG 전극들로부터 검출되는 뇌파 신호를 블루투스 또는 Wi-Fi를 사용하여 무선 EEG 수신 시스템(뇌파 데이터 분석 장치)로 송신하고, 무선 EEG 수신 시스템에 설치된 뇌파 분석 프로그램은 각각의 EEG 채널의 뇌파 파형의 AI 기반 뇌파 분석을 통해 측정 시간대별 각각의 EEG 채널의 뇌파 파형을 출력하며, 각각의 EEG 채널의 뇌파 파형의 AI 기반 뇌파 분석을 통해 뇌질환 환자의 뇌전증 발작 시작 위치를 3D 뇌지도에 표시하는, 뇌질환 분석 및 진단을 위한 머리 내부 또는 머리 외부의 내외장형 EEG 전극과 커플링된 무선 송신 모듈을 제공하는데 있다.
본 발명의 다른 목적은 무선 송신 모듈 및 내장형 EEG 전극을 포함하는 EEG 검출 시스템을 제공하는데 있다.
본 발명의 목적을 달성하기 위해, 무선 송신 모듈은, 머리 내부 또는 머리 외부의 내외장형 EEG 전극용 무선 송신 모듈 및 이를 포함하는 EEG 검출 시스템은, 뇌전증 수술 치료를 위하여 머리 외부 또는 머리 내부의 대뇌 피질 표면의 피검사 영역 상에 직접 EEG 전극들이 부착되어 뇌파를 검출하며, 상기 머리 내부의 대뇌 피질의 피검사 영역 또는 머리 외부 표면으로부터 뇌파의 전기적 신호들을 검출하는 개별 전송 라인에 연결되는 EEG 접속 단자부, 또는 머리 외부의 뇌파 데이터를 측정하는 복수의 EEG 전극부들을 구비하는 뇌파 데이터 수집부; 및 상기 뇌파 데이터 수집부에 전송 라인을 통해 연결되고, 상기 복수의 EEG 전극부들로부터 측정된 뇌파 데이터를 무선 송신하는 무선 송신 모듈을 구비하며, 3D 안경 착용자가 오른손/오른발과 왼손/왼발 움직임을 제공하는 3D VR/AR 영상을 보면서 각각의 EEG 채널의 뇌파 신호를 검출하는 EEG 검출 시스템; 및 무선 수신 모듈, 뇌파 데이터 수신부, 뇌파 데이터 제어부, 뇌파 데이터 저장부, 및 뇌파 데이터 출력부를 구비하며, 뇌파 분석 프로그램과 3D 뇌지도 프로그램이 구비되며, 각각의 EEG 채널의 뇌파 신호를 수신하며, 상기 뇌파 분석 프로그램에 의해 각각의 EEG 채널의 뇌파 파형의 AI 기반 뇌파 분석을 통해 측정 시간대별 각각의 EEG 채널의 뇌파 파형을 출력하며, 뇌파 파형별 EEG 비정상 뇌파/정상 뇌파를 구분하며, 검출된 비정상 뇌파의 뇌전증 병소 위치와 부위를 3D 뇌지도에 표시하는 무선 EEG 수신 시스템을 포함하며,
상기 무선 EEG 수신 시스템은 PC, IoT 디바이스 또는 임베디드 프로세서가 사용되며, 상기 무선 EEG 수신 시스템에 설치된 뇌파 분석 프로그램은 각각의 EEG 채널의 뇌파 파형의 AI 기반 뇌파 분석을 통해 client/server 방식으로 분석 결과를 저장하는 서버의 데이터베이스를 포함하는 컴퓨터 분석 시스템에 연결되며,
상기 컴퓨터 분석 시스템의 데이터베이스는 환자별 EEG 뇌파 기록 데이터가 저장되고, 환자별 뇌전증 모델에 따라 이식된 전극을 통한 EEG 신호 무선 기록 데이터 저장, EEG 뇌파 기록 데이터를 분류 및 피처 분석, 환자별 뇌파 기록시간별 알파(α)파, 베타(β)파, 델타(δ)파, 쎄타(θ)파, 감마(γ)파로 분류된 뇌파 파형별로 3D 모델링하여 뇌병소 위치를 표시하는 3D 렌더러를 구비하여 3D 뇌지도에 표시하며, 3D 뇌지도와 CT 이미지와 의료 영상 저장 및 출력, 뇌전증 수술 부위 정량적 분석, 뇌병소 위치 확인, 환자별 뇌전증 수술과 증상 분석, 임상 실험 결과와 증상 분석, 평가 결과 및 통계 정보를 상기 데이터베이스에 저장하여 관리한다.
상기 EEG 검출 시스템은
복수의 EEG 전극부; 상기 복수의 EEG 전극부와 연결되는 뇌파 데이터 수집부; 상기 복수의 EEG 전극부들을 통해 측정되는 상기 피검사 영역의 뇌파 데이터를 상기 뇌파 데이터 수집부를 통해 전달받아 무선 송신 가능한 샘플링 신호로 변환시키는 뇌파 데이터 처리부; 및 상기 뇌파 데이터 처리부에서 변환된 상기 샘플링 신호를 무선 송신하는 뇌파 데이터 무선 송신부를 포함하는 무선 송신 모듈을 포함한다.
상기 복수의 EEG 전극부들 각각은,
전기 절연성을 갖는 유연 기판; 및
상기 유연 기판을 관통하며 상기 피검사 영역 상에 직접 접촉하는 복수의 EEG 접속 단자부들을 포함하며,
상기 피검사 영역과 상기 복수의 EEG 접속 단자부 사이의 충분한 접촉 면적을 제공하도록 상기 복수의 EEG 접속 단자부들 각각은 상기 유연 기판의 바닥면으로부터 돌출하는 돌출부를 포함한다.
상기 무선 송신 모듈로부터 무선 송신된 뇌파 데이터는 상기 EEG 검출 시스템 외부의 무선 수신 모듈에서 수신되고, 상기 무선 수신 모듈에 연결된 뇌파 데이터 출력부를 통해 표시된다.
상기 EEG 검출 시스템은 각 EEG 전극들이 인체에 착탈식으로 고정할 수 있는 헤드 밴드 형상의 고정부와 연결된다.
상기 EEG 검출 시스템은 인체에 착탈식으로 고정할 수 있는 목걸이 또는 이어폰 형상의 고정부와 연결된다.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 뇌파 데이터 처리부는 상기 뇌파 데이터 수집부로부터 수집된 뇌파 데이터로부터 샘플링 신호를 추출하고, 상기 샘플링 신호를 주파수 편이 복조 방식으로 변조한다.
상기 유연 기판은 1 내지 5cm의 범위의 길이를 갖는 것을 특징으로 한다.
예시적인 실시예들에서, 상기 복수의 EEG 전극부들 각각은 8개, 16개, 64개, 128개, 256개 EEG 전극들을 구비하도록 16개 n배의 EEG 접속 단자부들을 포함할 수 있다.
본 발명은 뇌질환 분석 및 진단을 위한 머리 내부 또는 머리 외부의 내장형 또는 외장형 EEG 전극과 커플링되는 무선 송신 모듈과 이를 포함하는 뇌질환 분석 및 진단을 위한 EEG 검출 시스템을 제공하며, 상기 무선 송신 모듈은, 뇌내 및 뇌외에 부착된 EEG 전극으로부터 검출되는 뇌파 데이터를 블루투스 또는 Wi-Fi를 사용하여 무선 EEG 수신 시스템(뇌파 데이터 분석 장치)로 송신하며, 무선 EEG 수신 시스템에 설치된 뇌파 분석 프로그램은 각각의 EEG 채널의 뇌파 파형의 AI 기반 뇌파 분석을 통해 뇌질환 환자의 뇌전증 발작 시작 위치를 3D 뇌지도에 표시한다. 무선 송신 모듈을 포함하는 EEG 검출 시스템은, 뇌내 부종 또는 감염의 위험을 최소화하면서 머리 내부 또는 머리 외부에 내장형 또는 외장형 EEG 전극을 사용하여 각 EEG 전극 채널별 뇌파를 검출하고 무선 EEG 수신 시스템으로 전송하며 컴퓨터 분석 시스템에서 뇌전증 등의 질병의 수술적 치료를 위해 대뇌 피질의 뇌전증 발작 시작 위치를 정밀하게 측정하여 3D 뇌지도에 표시 및 맵핑할 수 있다.
도 1은 예시적인 실시예들에 따른 EEG 검출 시스템의 블록도이다
도 2는 예시적인 실시예들에 따른 EEG 검출 시스템을 나타내는 블록 회로도이다.
도 3은 예시적인 실시예들에 따른 EEG 검출 시스템을 나타내는 개략도이다.
도 4는 예시적인 실시예들에 따른 EEG 검출 시스템을 나타내는 개략도이다.
도 5는 예시적인 실시예들에 따른 EEG 검출 시스템을 나타내는 개략도이다.
도 6a는 예시적인 실시예들에 따른 EEG 전극부를 나타내는 평면도이고, 도 6b는 도 6a의 6B-6B' 선을 따른 단면도이다.
도 7은 무선 EEG 검출 시스템이다.
도 8은 웨어러블 EEG 헤드셋을 착용한 사용자의 머리의 두 개강 내부 또는 외부의 EEG 측정 지점을 표시한 그림이다.
도 9는 델타-δ파(0.5 ~ 3.99 Hz), 쎄타-θ파(4 ~ 7.99 Hz), 알파-α파(8 ~ 12.99 Hz), 베타-β파(13 ~ 29.99 Hz), 감마-γ파(30~50 Hz)로 분류된 뇌파 파형별 EEG 파형을 보인 그림이다.
도 10은 뇌질환 환자의 뇌파 데이터 분석후 뇌신호를 메트릭스로 뇌의 연결망을 최종적으로 확인하는 그림이다.
도 11은 AI 기반 뇌파 분석을 통한 뇌질환 환자의 신경 네트워크 확인 및 신경인지 장애 진단 보정 및 보완된 매트릭스로 표현된 그림이다.
본 발명의 구성 및 효과를 설명하기 위하여, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 설명한다. 본 발명의 설명에 있어서 관련된 공지의 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 자세한 설명을 생략한다. 또한, 도면 번호는 동일한 구성을 표기할 때에 다른 도면에서 동일한 도면 번호를 부여한다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 상세하게 설명한다.
도 1은 예시적인 실시예들에 따른 EEG 검출 시스템(10)의 블록도이다.
EEG 검출 시스템(10)은 뇌파 데이터 수집부(20) 및 무선 송신 모듈(30)을 포함할 수 있다.
예시적인 실시예에서, 뇌파 데이터 수집부(20)는 복수의 채널들을 포함하는 EEG 전극일 수 있다. 뇌파 데이터 수집부(20)는 예를 들면, 8 채널, 16 채널, 32 채널, 64 채널, 128 채널, 또는 256 채널 중 어느 하나의 다채널 EEG 전극들을 사용하며, 필요에 따라 EEG 전극의 채널 수는 한정하지 않는다. 예시적인 실시예들에 서, 상기 복수의 EEG 전극부들 각각은 8개 EEG 전극들, 16개, 32개, 64개, 128개, 256개 EEG 전극들과 같이 16개 n배의 EEG 접속 단자부들을 포함할 수 있다. EEG 전극의 각각의 EEG 채널은 머리 외부 또는 머리 내부의 각각 대뇌 피질의 표면 상에 부착되며, 머리 외부 또는 머리 내부의 각각의 대뇌 피질에서 유도되는 뇌전류를 수집한다.
무선 송신 모듈(30)은 각각의 EEG 전극 채널을 통해 뇌파 데이터 수집부(20)로부터 수집된 뇌파 데이터를 전달받아 무선 송신 방식으로 송신한다. 무선 송신 모듈(30)은 뇌파 데이터 처리부(32) 및 뇌파 데이터 무선 송신부(34)를 포함한다.
실시예들에서는, 뇌파 데이터 처리부(32)는 뇌파 데이터 수집부(20)로부터 전달된 뇌파 데이터를 암호화하거나 압축하기 위한 데이터 암호화 장치 또는 데이터 압축 장치일 수 있다. 예를 들면, 뇌파 데이터 처리부(32)는 뇌파 데이터 수집부(20)로부터 전달된 뇌파 데이터를 샘플링 신호로 변환할 수 있다. 이후, 샘플링 신호를 주파수 편이 변조(frequency-shift keying, FSK) 방식에 의하여 다른 주파수를 갖는 복수의 신호들로 편이 변조할 수 있다. 뇌파 데이터 처리부(32)에서 예를 들어 FSK 방식으로 뇌파 데이터를 변조하는 경우, 무선 신호 송신 과정에서의 오류 발생율을 감소시킬 수 있고, 또한 신호 대 잡음비(signal-to-noise ratio, SNR)가 현저히 상승할 수 있다.
다른 실시예들에서, 뇌파 데이터 처리부(32)는 뇌파 데이터 수집부(20)로부터 전달된 뇌파 데이터를 임시로 저장하는 데이터 저장 장치 또는 데이터 저장 공간일 수 있다. 특히, 뇌파 데이터 처리부(32)에서 예를 들어 FSK 방식으로 뇌파 데이터를 변조한 후에 이러한 데이터를 뇌파 데이터 처리부(32)를 다시 저장할 수 있다.
뇌파 데이터 무선 송신부(34)는 뇌파 데이터 처리부(32)에서 변조되거나 저장된 뇌파 데이터를 무선 송신 방식으로 무신 수신 모듈(60)에 전달할 수 있다. 예시적인 실시예들에서, 뇌파 데이터 무선 송신부(34)는 블루투스(bluetooth) 무선 송신부일 수 있다. 다른 실시예들에서, 뇌파 데이터 무선 송신부(34)는 와이파이(Wi-Fi) 무선 송신부일 수 있다. 그러나, 본 발명의 기술적 사상이 이에 한정하지 않으며, 10m 이내의 근거리 무선 송신이 가능하다면 LoRF 무선통신부, NB-IoT 통신부, RF 통신부를 사용하여 다른 무선 데이터 전송 방식을 사용할 수 있다. 예시적인 실시예들에 있어서, 뇌파 데이터 무선 송신부(34)는 송신 안테나(도시되지 않음)를 더 포함한다.
뇌파 데이터 무선 송신부(34)에서 송신된 뇌파 데이터는 EEG 검출 시스템(10) 외부에 존재하는 무선 수신 모듈(60)로 전달될 수 있다. 무선 수신 모듈(60)은 뇌파 데이터 무선 수신부(62) 및 뇌파 데이터 분석 제어부(64)를 포함할 수 있다.
예시적인 실시예들에서는, 뇌파 데이터 무선 수신부(62)는 와이파이 또는 블루투스 무선 수신부를 사용한다. 예를 들면, 뇌파 데이터 무선 수신부(62)는 수신 안테나를 더 포함하고, 상기 수신 안테나를 통해 뇌파 데이터 무선 송신부(34)에서 전달된 뇌파 데이터를 수신할 수 있다.
뇌파 데이터 분석 제어부(64)는 신호 증폭기, 주파수 여파부, 복조기(demodulator), 디코더(decoder) 등을 더 포함할 수 있다. 뇌파 데이터 분석 제어부(64)에서, 뇌파 데이터 무선 수신부(62)에서 수신된 뇌파 데이터의 신호를 증폭 또는 확대하고, 상기 뇌파 데이터의 신호의 여파 작업을 수행할 수 있다. 또한, 상기 복조기 및/또는 상기 디코더를 사용하여 예를 들면, FSK 방식으로 암호화 또는 압축된 뇌파 데이터의 샘플링 신호를 추출할 수 있다. 이후, 뇌파 데이터 분석 제어부(64)는 디지털-아날로그 변환 작업에 의해 상기 샘플링 신호를 뇌파 데이터로 복원할 수 있다. 도시되지는 않았지만 뇌파 데이터 분석 제어부(64)는 추가적인 뇌파 데이터 저장부를 더 포함하고, 복원된 뇌파 데이터가 상기 뇌파 데이터 저장부에 저장될 수 있다.
뇌파 데이터 출력부(70)는 모니터, LCD 디스플레이 등의 디스플레이 장치를 통해 상기 복원된 뇌파 데이터를 시각 정보로 출력하는 출력 장치 및 상기 출력 장치의 제어부를 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 EEG 검출 시스템(10)에 따르면, 뇌파 데이터 수집부(20)로부터 수집된 뇌파 데이터를 무선 송신 모듈(30)에 의해 EEG 검출 시스템(10) 외부의 무선 수신 모듈(60)로 전달할 수 있다. 따라서, EEG 전극으로부터 측정되는 뇌파 데이터를 상기 EEG 전극에 연결된 유선의 연결 전송 라인들을 통해 외부의 데이터 수집/분석 장치로 전달하는 경우와 비교할 때, EEG 전극의 밀도를 증가시키더라도 상기 연결 전송 라인들의 밀도 증가에 따른 뇌내 부종 또는 감염의 위험을 방지할 수 있다. EEG 검출 시스템(10)은 머리 내부 또는 머리 외부의 각 EEG 전극 채널별 뇌파를 검출하고 무선 EEG 수신 시스템으로 전송하며, 서버와 데이터베이스를 구비하는 컴퓨터 분석 시스템에서 뇌전증 등의 질병의 수술적 치료를 위해 대뇌 피질의 뇌전증 발작 시작 위치를 정밀하게 측정하여 3D 뇌지도에 표시 및 맵핑할 수 있다.
따라서, 을 사용할 때 뇌전증 등의 질병의 수술적 치료를 위해 대뇌 피질의 뇌전증 발작 시작 위치를 정밀하게 맵핑할 수 있다.
도 2는 예시적인 실시예들에 따른 EEG 검출 시스템(10)을 나타내는 블록 회로도이다. 도 2에 따른 블록 회로도는 도 1을 참조로 설명한 EEG 검출 시스템(10)의 상세 구성을 나타내는 블록 회로도일 수 있다.
도 2를 참조하면, 뇌파 데이터 수집부(20)는 총 192 채널을 포함하는 EEG 전극을 포함할 수 있다, 구체적으로, 뇌파 데이터 수집부(20)는 각각 64 채널을 포함하는 3 개의 서브 단자들로 구성될 수 있다. 총 192 채널을 포함하는 EEG 전극 단자부들로부터 총 192개의 뇌파 데이터가 수집되므로, 무선 송신 모듈(30)에 포함된 송신 장치는 MHz 클럭 속도를 제공할 수 있는 고속 마이크로프로세서(Master MPU-64)를 포함할 수 있다. 도 2에는 총 192 채널의 EEG 전극에 대하여 도시하였지만, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
전술한 것과 같이, EEG 전극의 채널 수가 증가할수록 대뇌피질 표면에서의 뇌전증 발작 시작 위치를 정밀하고 정확하게 맵핑할 수 있다. 따라서, EEG 전극의 채널 수가 많을수록 정밀한 EEG 뇌파 분석이 가능하다. 그러나, EEG 전극의 채널 수가 증가할수록 EEG 전극의 전극 단자부들 사이의 간격이 감소할 수 있고, 이에 따라 EEG 전극의 전극 단자부들 각각으로부터 얻어지는 뇌파 데이터들 사이의 간섭 또는 전극 단자부들 사이의 전기적 단락이 발생할 수도 있다. 따라서, EEG 전극의 채널 수는 적절한 값으로 결정될 필요가 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 수집된 뇌파 데이터로부터 2000Hz의 샘플링 주파수로 샘플링 신호가 얻어질 수 있으나, 본 발명이 이에 한정하지 않는다. 샘플링 주파수가 너무 크면 무선 송신부를 통해 전달될 데이터 정보량이 증가하여 뇌파 데이터의 전송 속도가 감소할 수 있다. 반면 샘플링 주파수가 너무 작으면 무선 수신 모듈(60)에서 복원되는 뇌파 데이터와 뇌파 데이터 수집부(20)로부터 수신된 최초의 뇌파 데이터 사이의 편차가 커질 수 있고, 이에 따라 복원되는 뇌파 데이터의 왜곡 현상이 발생하여 뇌파 데이터 분석의 정밀도가 저하될 수 있다. 따라서, 샘플링 주파수는 적절한 값으로 결정될 필요가 있다.
도 3은 예시적인 실시예들에 따른 EEG 검출 시스템(10A)을 나타내는 개략도이다.
도 3을 참조하면, EEG 검출 시스템(10A)은 뇌파 데이터 수집부(20A), 전송 라인(22) 및 무선 송신 모듈(30A)을 포함할 수 있다.
뇌파 데이터 수집부(20A)는 복수의 EEG 전극부(21)를 포함할 수 있다. EEG 전극부(21)는 예를 들어 16 채널, 32 채널, 64 채널을 포함하는 EEG 전극일 수 있다. 예를 들면, 뇌파 데이터 수집부(20A)는 64 채널을 포함하는 세 개의 EEG 전극부(21)로 구성되어 총 192 채널을 갖는 뇌파 데이터 수집부(20A)를 제공할 수 있다. 이와는 달리, 뇌파 데이터 수집부(20A)는 32 채널을 포함하는 두 개의 EEG 전극부(21) 및 64 채널을 포함하는 두 개의 EEG 전극부(21)로 구성되어 총 192 채널을 갖는 뇌파 데이터 수집부(20A)를 제공할 수 있다. 그러나, 본 발명의 기술적 사상이 이에 한정하지 않는다. EEG 전극부(21)의 예시적인 구성은 이후 도 6a 및 도 6b를 참조하여 상세하게 설명한다.
예시적인 실시예들에서, 복수의 EEG 전극부(21)는 서로 이격되도록 대뇌 피질의 표면 상에 직접 부착될 수 있고, 이에 따라 복수의 EEG 전극부(21)로부터 대뇌 피질 표면 상의 광범위한 면적으로부터 뇌파 신호가 검출될 수 있다. 복수의 EEG 전극부(21)는 대뇌 수술을 위한 두개골 절단부로부터 두개골 내부로 주입되어, 대뇌 피질 표면 상에 부착될 수 있다. 이에 따라, 뇌내 내장형 EEG 전극이 제공될 수 있다.
전송 라인(22)은 뇌파 데이터 수집부(20A)로부터 무선 송신 모듈(30A)까지 전기적 연결을 제공할 수 있고, 뇌파 데이터 수집부(20A)로부터 측정된 뇌파 데이터를 무선 송신 모듈(30A)에 전달할 수 있다. 전송 라인(22)은 복수의 EEG 전극부(21)로부터의 개별 전송 라인들(도시되지 않음)의 집합체일 수 있다. 도 3에는 하나의 전송 라인(22)이 예시적으로 도시되었으나, 이와는 달리 2개 이상의 전송 라인들(22)이 복수의 EEG 전극부(21)에 연결될 수도 있다.
무선 송신 모듈(30A)은 전송 라인(22)과 연결되며, 뇌파 데이터 수집부(20A)로부터 측정된 뇌파 데이터를 무선 통신을 이용하여 외부로 전달할 수 있다. 무선 송신 모듈(30A)은 약 10m 이상의 근거리 내지 중거리에서의 무선 통신을 이용하거나 뇌파 데이터 전달하게 할 수 있다. 따라서, 무선 송신 모듈(30A)로부터 외부의 뇌파 데이터 분석 장치(도시되지 않음)까지 연결선들이 연장될 필요가 없다.
일반적으로, 뇌전증의 수술적 치료 과정에서, 두개골 개구부를 통해 대뇌 피질의 피검사 영역에 EEG 전극들을 부착하고, 상기 EEG 전극들과 뇌파 데이터 분석 장치를 연결선으로 전기적으로 연결한다. 상기 피검사 영역 중 뇌전증 발작 시작 위치를 정확히 맵핑하기 위하여 일반적으로 3일 내지 10일 정도 연속적으로 뇌파 데이터를 측정하게 된다. 그러나, EEG 전극들이 뇌파 데이터 분석 장치에 연결선을 통해 연결될 경우, 상기 발작 시작 위치의 맵핑 과정에서 피검사자의 거동이 제한될 수 있고, 또한 발작 등에 의한 불가피한 움직임에 의하여 피검사자의 뇌내 부종 또는 감염이 발생할 위험성도 존재한다. 또한, 수술 과정에서 EEG 전극 및 연결선들의 배치가 어려워 피검사자의 뇌내 부종 또는 감염 위험성 또한 존재한다.
그러나, 본 발명에 따른 EEG 검출 시스템(10A)에 따르면, 뇌파 데이터 측정 장치까지 연결선으로 데이터를 전달할 필요가 없으며, 무선 송신 모듈에 의하여 뇌파 데이터를 신뢰성 있게 전달함에 따라 피검사자의 뇌내 부종 또는 감염 위험이 방지될 수 있다. 또한, 이에 따라 EEG 전극부의 채널 수를 증가시킬 수 있으므로, 뇌전증 발작 시작 위치를 정밀하게 맵핑할 수 있다.
도 4는 예시적인 실시예들에 따른 EEG 검출 시스템(10B)을 나타내는 개략도이다.
도 4를 참조하면, EEG 검출 시스템(10B)은 무선 송신 모듈(30A)에 부착된 고정부(40)를 더 포함할 수 있다. 예시적인 실시예들에 있어서, 고정부(40)는 헤드 밴드 형상을 가질 수 있다. 그러나, 본 발명의 기술적 사상이 이에 한정되는 것은 아니다. 고정부(40)는 인체에 착탈 가능하도록 고정될 수 있다면 다양한 형상으로 형성될 수 있다. 도 4에 따르면 헤드 밴드 또는 헤어 밴드 형상의 고정부(40)가 무선 송신 모듈(30A)에 부착되어, 무선 송신 모듈(30A)이 피검사자의 이마 또는 측두부 상에 안정적으로 고정될 수 있다. 특히, 무선 송신 모듈(30A)이 대뇌 수술을 위한 두개골 절단부에 인접한 위치에서 안정적으로 고정될 수 있으므로, 피검사자의 의식적 또는 무의식적인 거동에 의해 피검사 영역으로부터 EEG 전극부(21)가 분리되거나 이탈되는 것이 방지될 수 있다.
도 5는 예시적인 실시예들에 따른 EEG 검출 시스템(10C)을 나타내는 개략도이다.
도 5를 참조하면, EEG 검출 시스템(10C)은 무선 송신 모듈(30A)에 부착된 고정부(40A)를 더 포함할 수 있다. 예시적인 실시예들에 있어서, 고정부(40A)는 귀걸이형 이어폰 형상 또는 클립형 이어폰 형상을 가질 수 있다. 고정부(40A) 상에 그러나, 본 발명의 기술적 사상이 이에 한정하지 않는다. 고정부(40A)는 인체에 착탈 가능하도록 고정될 수 있다면 다양한 형상으로 형성될 수 있다. 도 5에 따르면 클립형 이어폰 형상의 고정부(40A)가 무선 송신 모듈(30A)에 부착되어, 무선 송신 모듈(30A)이 피검사자의 귀 주위에 안정적으로 고정될 수 있다. 특히, 무선 송신 모듈(30A)이 대뇌 수술을 위한 두개골 절단부에 인접한 위치에서 안정적으로 고정될 수 있으므로, 피검사자의 의식적 또는 무의식적인 거동에 의해 피검사 영역으로부터 EEG 전극부(21)가 분리되거나 이탈되는 것이 방지될 수 있다.
도시되지는 않았지만, 고정부(40A)는 대뇌 수술을 위한 두개골 절단부에 인접한 목에 착탈식으로 부착 가능하도록 목걸이 형태를 가질 수도 있다. 그러나, 무선 송신 모듈(30A)의 형상 및 무선 송신 모듈(30A)와 상기 고정부의 연결 구성이 이에 한정되는 것은 아니며, 다양한 형상 및 연결 구성을 갖도록 형성될 수 있다.
도 6a는 예시적인 실시예들에 따른 EEG 전극부(21A)를 나타내는 평면도이고, 도 6b는 도 6a의 6B-6B' 선을 따른 단면도이다.
도 6a 및 도 6b를 참조하면, EEG 전극부(21A)는 유연 기판(110), EEG 접속 단자부(120) 및 개별 전송 라인(130)을 포함할 수 있다.
유연 기판(110)은 전기 절연성을 갖는 플렉서블 기판일 수 있다. 예시적인 실시예들에 있어서, 유연 기판(110)은 실리콘 수지(silicone resin), 폴리이미드(polyimide), PET, PDMS 등을 포함할 수 있다.
예시적인 실시예들에서, 유연 기판(110)의 길이는 예를 들면 1 내지 5cm의 범위를 가질 수 있다. 전술한 바와 같이, 뇌전증의 수술적 치료를 위한 대뇌 수술 과정에서, 0.5 cm의 직경을 갖는 두개골 절단부를 형성하고, 두개골 절단부를 통해 두개골 내부로 유연 기판(110)이 주입되어 대뇌 피질 표면의 피검사 영역 상에 부착될 수 있다. 따라서, 유연 기판(110)의 길이가 너무 긴 경우 평탄하지 않은 상면을 갖는 대뇌 피질의 상부 표면 상에 콘포말하게 부착되기 어렵다. 또한, 유연 기판(110)의 길이가 너무 긴 경우, 벤딩된 유연 기판(110)의 회복성에 의하여 유연 기판(110) 상에 형성된 EEG 접속 단자부들(120)이 대뇌 피질 상부로부터 분리되기 쉬우므로, EEG 접속 단자부들(120)로부터 신뢰성 있는 뇌파 데이터를 검출하기에 용이하지 않을 수 있다. 유연 기판(110)의 길이가 너무 짧은 경우, 두개골 절단부 내에 하나의 EEG 전극부(21A) 내에 포함되는 EEG 접속 단자부(120), 즉 채널 수가 감소되므로, 피검사 영역 상에 부착될 EEG 전극부(21A)의 개수가 증가할 수 있고 이에 따라 전송 라인(22)의 개수 또한 증가할 수 있다.
유연 기판(110)에서는 복수 개의 EEG 접속 단자부(120)가 서로 이격되어 배치될 수 있다. 복수 개의 EEG 접속 단자부(120)는 개별 전송 라인(130)에 연결되며, 대뇌 피질의 피검사 영역 상에 부착되어 피검사 영역으로부터 뇌파의 전기적 신호들을 검출하는 검출 패드로 사용한다.
EEG 접속 단자부(120)는 유연 기판(110)을 관통하도록 형성되며, EEG 접속 단자부(120)의 바닥부에는 유연 기판(110) 바닥면으로부터 돌출하는 돌출부(120P)가 형성될 수 있다. EEG 접속 단자부(120)의 돌출부(120P)에 의해 머리 내부의 대뇌 피질 표면과 EEG 접속 단자부(120) 사이에 충분한 접촉 면적이 제공될 수 있고, 이에 따라 EEG 접속 단자부(120)가 대뇌 피질 표면으로부터 분리되거나 충분히 접촉하지 않는 경우에 발생할 수 있는 뇌파 데이터의 왜곡 또는 손실을 방지할 수 있다.
도 6a 및 도 6b에는 예시적으로 16개의 EEG 접속 단자부(120)가 형성된 16 채널 EEG 전극부(21A)에 대하여 도시하였다. 그러나, 본 발명의 기술적 사상이 이에 한정하지 않는다. EEG 접속 단자부(120)는 8개 EEG 전극들, 16개, 32개 64개, 128개, 256개 EEG 전극들 등 16개의 n배 EEG 접속 단자부의 EEG 접속 단자부(120)를 포함하여 구성된 8채널, 16채널, 32채널, 64채널, 128채널, 또는 256채널 EEG 전극 등의 16채널의 n배의 EEG 접속 단자부(120)일 수도 있다.
도 7은 무선 EEG 검출 시스템이다.
도 8은 웨어러블 EEG 헤드셋을 착용한 사용자의 머리의 두 개강 내부 또는 외부의 EEG 측정 지점을 표시한 그림이다.
도 9는 델타-δ파(0.5 ~ 3.99 Hz), 쎄타-θ파(4 ~ 7.99 Hz), 알파-α파(8 ~ 12.99 Hz), 베타-β파(13 ~ 29.99 Hz), 감마-γ파(30~50 Hz)로 분류된 뇌파 파형별 EEG 파형을 보인 그림이다.
도 10은 뇌질환 환자의 뇌파 데이터 분석후 뇌신호를 메트릭스로 뇌의 연결망을 최종적으로 확인하는 그림이다.
도 11은 AI 기반 뇌파 분석을 통한 뇌질환 환자의 신경 네트워크 확인 및 신경인지 장애 진단 보정 및 보완된 매트릭스로 표현된 그림이다.
본 발명에 따른 머리 외부 또는 머리 내부의 내외장형 EEG 전극용 무선 송신 모듈 및 이를 포함하는 EEG 검출 시스템은
뇌전증 수술 치료를 위하여 머리 외부 또는 머리 내부의 대뇌 피질 표면의 피검사 영역 상에 직접 EEG 전극들이 부착되어 뇌파를 검출하며, 상기 머리 내부의 대뇌 피질의 피검사 영역 또는 머리 외부 표면으로부터 뇌파의 전기적 신호들을 검출하는 개별 전송 라인에 연결되는 EEG 접속 단자부, 또는 머리 외부의 뇌파 데이터를 측정하는 복수의 EEG 전극부들을 구비하는 뇌파 데이터 수집부; 및 상기 뇌파 데이터 수집부에 전송 라인을 통해 연결되고, 상기 복수의 EEG 전극부들로부터 측정된 뇌파 데이터를 무선 송신하는 무선 송신 모듈을 구비하며, 착용자가 3D 안경(예, 셔터 글래스, 편광 필터 안경)을 착용하고, 3D 안경 착용자가 오른손/오른발과 왼손/왼발 움직임을 제공하는 3D VR/AR 영상을 보면서 각각의 EEG 채널의 뇌파 신호를 검출하는 EEG 검출 시스템; 및
무선 수신 모듈, 뇌파 데이터 수신부, 뇌파 데이터 제어부, 뇌파 데이터 저장부, 및 뇌파 데이터 출력부를 구비하며, 뇌파 분석 프로그램(client)과 3D 렌더러를 구비하는 3D 뇌지도 프로그램이 설치되며, 각각의 EEG 채널의 뇌파 신호를 수신하며, 상기 뇌파 분석 프로그램(client)에 의해 각각의 EEG 채널의 뇌파 파형의 AI 기반 뇌파 분석을 통해 측정 시간대별 각각의 EEG 채널의 뇌파 파형을 출력하며, 델타-δ파(0.5 ~ 3.99 Hz), 쎄타-θ파(4 ~ 7.99 Hz), 알파-α파(8 ~ 12.99 Hz), 베타-β파(13 ~ 29.99 Hz), 감마-γ파(30~50 Hz)로 분류된 뇌파 파형별 EEG 비정상 뇌파/정상 뇌파를 구분하며, 검출된 비정상 뇌파의 뇌전증 병소 위치와 부위를 3D 뇌지도에 표시하는 무선 EEG 수신 시스템을 포함하며,
상기 무선 EEG 수신 시스템은 PC, IoT 디바이스 또는 임베디드 프로세서가 사용되며, 뇌파 분석 프로그램(cilent)이 설치되고, 상기 무선 EEG 수신 시스템에 설치된 뇌파 분석 프로그램(client)은 각각의 EEG 채널의 뇌파 파형의 AI 기반 뇌파 분석을 통해 client/server 방식으로 분석 결과를 저장하는 서버의 데이터베이스를 포함하는 컴퓨터 분석 시스템에 연결되며,
상기 컴퓨터 분석 시스템의 데이터베이스는 환자별 EEG 뇌파 기록 데이터가 저장되고, 환자별 뇌전증 모델에 따라 이식된 전극을 통한 EEG 신호 무선 기록 데이터 저장, EEG 뇌파 기록 데이터를 분류 및 피처 분석, 환자별 뇌파 기록시간별 알파(α)파, 베타(β)파, 델타(δ)파, 쎄타(θ)파, 감마(γ)파로 분류된 뇌파 파형별로 3D 모델링하여 뇌병소 위치를 표시하는 3D 렌더러를 구비하여 3D 뇌지도에 표시하며, 3D 뇌지도와 CT 이미지와 의료 영상 저장 및 출력, 뇌전증 수술 부위 정량적 분석, 뇌병소 위치 확인, 환자별 뇌전증 수술과 증상 분석, 임상 실험 결과와 증상 분석, 평가 결과 및 통계 정보를 데이터베이스에 저장하여 관리한다.
예를들면, 3D 안경은 셔터 글래스, 편광 필터 안경를 사용한다.
EEG 검출 시스템(10)은 다수의 EEG 전극들과 뇌파 데이터 수집부(20)와 무선 송신 모듈(30)을 구비하는 웨어러블 EEG 헤드셋을 사용한다. 무선 송신 모듈(30)은 뇌파 데이터 처리부(32), 뇌파 데이터 무선 송신부(34)를 포함한다.
EEG 검출 시스템(10)은 머리 내부의 대뇌 피질에 부착하는 8개, 16개, 32개, 64개, 128개 또는 256개 EEG 접속 단자부(120)를 구비하는 EEG 접속 단자부(120); 머리 외부에서, 다수의 EEG 전극들을 구비하는 이마에 두르는 머리 띠 형태의 EEG 헤드셋, 머리 외부를 씌우는 헤드 셋 형태의 웨어러블 EEG 헤드셋, 또는 머리 외부를 감싸는 보자기 형상의 웨어러블 EEG 헤드셋이 사용된다.
무선 수신 모듈(60)과 뇌파 데이터 출력부(70)를 구비하는 무선 EEG 수신 시스템은 PC, IoT 디바이스 또는 임베디드 프로세서가 사용되며, 무선 수신 모듈(60)과 뇌파 분석 프로그램과 3D 뇌지도 프로그램이 설치된 뇌파 데이터 출력부(70)를 구비한다. 무선 수신 모듈(60)은 뇌파 데이터 무선 수신부(62), 제어부, 뇌파 데이터 저장부, 뇌파 데이터 분석 제어부(64)를 포함한다.
착용자는 머리에 EEG 검출 시스템(웨어러블 EEG 헤드셋)과 3D 안경(예, 셔터 글래스, 편광 필터 안경)을 착용하고, 오른손/오른발과 왼손/왼발 움직임을 제공하는 3D VR/AR 영상을 보면서 각각의 EEG 채널의 뇌파 신호를 검출하는 EEG 검출 시스템(웨어러블 EEG 헤드셋)으로부터 무선 EEG 수신 시스템으로 각각의 EEG 채널의 뇌파 신호를 전송하며,
무선 EEG 수신 시스템은 각각의 EEG 채널의 뇌파 신호를 수신하며, 뇌파 분석 프로그램과 3D 뇌지도 프로그램을 구비하며, 뇌파 분석 프로그램에 의해 각각의 EEG 채널의 뇌파 파형의 AI 기반 뇌파 분석을 통해 측정 시간대별 각각의 EEG 채널의 뇌파 파형을 출력하며, 델타-δ파(0.5 ~ 3.99 Hz), 쎄타-θ파(4 ~ 7.99 Hz), 알파-α파(8 ~ 12.99 Hz), 베타-β파(13 ~ 29.99 Hz), 감마-γ파(30~50 Hz)로 분류된 뇌파 파형별 EEG 비정상 뇌파/정상 뇌파를 구분하며, 검출된 비정상 뇌파의 뇌전증 병소 위치와 부위를 3D 뇌지도에 표시한다. 이는 마비된 신체의 대응하는 뇌의 병소 위치와 부위(오른손-좌뇌 또는 왼손-우뇌)를 신경자극 치료를 하기 위해 사용된다.
상기 EEG 검출 시스템(10)은
복수의 EEG 전극부;
상기 복수의 EEG 전극부와 연결되는 뇌파 데이터 수집부(30);
상기 복수의 EEG 전극부들을 통해 측정되는 상기 피검사 영역의 뇌파 데이터를 뇌파 데이터 수집부(20)를 통해 전달받아 무선 송신 가능한 샘플링 신호로 변환시키는 뇌파 데이터 처리부(32); 및
상기 뇌파 데이터 처리부에서 변환된 상기 샘플링 신호를 무선 송신하는 뇌파 데이터 무선 송신부(34)를 포함하는 무선 송신 모듈(30)을 포함한다.
상기 복수의 EEG 전극부들 각각은,
전기 절연성을 갖는 유연 기판; 및
상기 유연 기판을 관통하며 상기 피검사 영역 상에 직접 접촉하는 복수의 EEG 접속 단자부들을 포함하며,
상기 피검사 영역과 상기 복수의 EEG 접속 단자부 사이의 충분한 접촉 면적을 제공하도록 상기 복수의 EEG 접속 단자부들 각각은 상기 유연 기판의 바닥면으로부터 돌출하는 돌출부를 포함한다.
상기 무선 송신 모듈로부터 무선 송신된 뇌파 데이터는 상기 EEG 검출 시스템 외부의 무선 수신 모듈에서 수신되고, 상기 무선 수신 모듈에 연결된 뇌파 데이터 출력부를 통해 표시된다.
상기 EEG 검출 시스템은 각 EEG 전극들이 인체에 착탈식으로 고정할 수 있는 헤드 밴드 형상의 고정부와 연결된다.
상기 EEG 검출 시스템은 인체에 착탈식으로 고정할 수 있는 목걸이 또는 이어폰 형상의 고정부와 연결된다.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 뇌파 데이터 처리부는 상기 뇌파 데이터 수집부로부터 수집된 뇌파 데이터로부터 샘플링 신호를 추출하고, 상기 샘플링 신호를 주파수 편이 복조 방식으로 변조한다.
상기 유연 기판은 1 내지 5cm의 범위의 길이를 갖는 것을 특징으로 한다.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 복수의 EEG 전극부들 각각은 8개, 16개, 64개, 128개, 256개 EEG 전극들을 구비하도록 16개 n배의 EEG 접속 단자부들을 포함할 수 있다.
무선 수신 모듈(60)과 뇌파 데이터 출력부(70)를 구비하는 무선 EEG 수신 시스템은 뇌파 데이터 무선 수신부, 뇌파 데이터 저장부, 뇌파 데이터 분석 제어부, 뇌파 데이터 출력부를 포함하고, PC, IoT 디바이스 또는 임베디드 프로세서가 사용되며, 뇌파 분석 프로그램(cilent)과 3D 뇌지도 프로그램이 설치되고, 상기 무선 EEG 수신 시스템에 설치된 뇌파 분석 프로그램은 client/server 방식으로 서버(server)의 데이터베이스를 포함하는 컴퓨터 분석 시스템에 연결된다. 상기 데이터베이스는 환자별 EEG 뇌파 기록 데이터가 저장되고, 환자별 뇌전증 모델에 따라 이식된 전극을 통한 EEG 신호 무선 기록 데이터 저장, EEG 뇌파 기록 데이터를 분류 및 피처 분석, 환자별 뇌파 기록시간별 알파(α)파, 베타(β)파, 델타(δ)파, 쎄타(θ)파, 감마(γ)파로 분류된 뇌파 파형별로 3D 모델링하여 뇌병소 위치를 표시하는 3D 렌더러를 구비하여 3D 뇌지도에 표시하며, 3D 뇌지도와 CT 이미지와 의료 영상 저장 및 출력, 뇌전증 수술 부위 정량적 분석, 뇌병소 위치 확인, 환자별 뇌전증 수술과 증상 분석, 임상 실험 결과와 증상 분석, 평가 결과 및 통계 정보를 데이터베이스에 저장하여 관리한다.
뇌심부 자극술에 따라 뇌신경 치료시에, 해당 뇌의 위치와 부위에 자극을 주게 되면 뇌전증(간질) 뿐 아니라 루게릭병 치료, 대뇌피질 활성화를 통한 촉각, 후각 등의 감각 회복이 예측되며, Alzheimer 형 치매, 파킨슨병, 해리슨, 뇌전증(간질), 뇌졸중(뇌경색, 뇌출혈), 뇌질환에 의한 하반신 마비 환자 등의 뇌 질환의 마비된 신체에 해당하는 뇌 부위의 신경 치료(오른손-좌뇌, 왼손-우뇌), 의료 분야에 사용이 가능하다.
알쯔하이머형 치매, 파킨슨병, 해리슨, 뇌전증(간질), 뇌졸중(뇌경색, 뇌출혈)을 치료하기 위해, 3D 안경(예, 셔터 글래스, 편광 필터 안경)을 착용하고 머리에 착용하는 웨어러블 EEG 헤드셋의 다수의 EEG 전극들로부터 검출된 뇌파 신호를 유무선 통신(케이블, Bluetooth, Wi-Fi)을 통해 사용자 단말(무선 EEG 수신 시스템)로 전송하며, 사용자 단말(무선 EEG 수신 시스템)은 다수의 EEG 전극 채널별로 EEG 전극별 주파수 스펙트럼을 출력하며 뇌파의 패턴을 시공간적인 분석(spatio-temporal pattern analysis)을 통해 3D 뇌지도에 비정상 뇌파가 검출된 뇌의 부위를 표시하고, 3D 뇌지도에 이를 표시한다.
참고로, 뇌졸중은 뇌혈관이 막히는 뇌경색과, 뇌혈관이 터지는 뇌출혈로 분류된다.
뇌졸중이 의심되는 증상은 한쪽 팔다리가 마비된 편마비, 발음이 이상해지는 구음 장애, 언어 장애, 안면과 비등이 있으며, 한쪽 눈이 갑자기 안보이거나 몸의 균형이 잡히지 않는 증상이 존재한다.
예를들면, 알쯔하이머형 치매 환자의 뇌파의 시공간적 패턴 분석 연구논문에 따르면, 알쯔하이머형 치매 환자의 병태생리적 위치가 주로 좌측 두정부와 측두엽 부위에 있음을 암시하고 있다.
참고로, 기존 특허 제시된 바와 같이, 뇌심부 자극술에 따라 이상 뇌파가 검출된 특정 뇌병변 부위의 위치를 자극하도록 사용자 단말(EEG 측정 및 자극 제어 시스템)로부터 웨어러블 EEG 헤드셋으로 자극 제어 신호를 전송하면, 웨어러블 EEG 헤드셋은 뇌신경 치료를 위해 해당 뇌 병소 위치와 부위에 자극을 한다.
웨어러블 EEG 헤드셋은 비정상 뇌파가 발생하는 뇌의 병소 위치와 부위를 1) 광신호 자극, 2) 전기 자극, 또는 3) RF 주파수 자극으로 뇌신경 치료를 한다.
3D 안경 착용자가 EEG 검출 시스템(웨어러블 EEG 헤드셋)을 착용하고 3D VR/AR 영화를 보면서 오른손-좌뇌 또는 왼손-우뇌의 해당 뇌병소 위치와 부위를 자극하여 뇌신경 치료를 제공할 수 있다.
1) 광신호 자극 - 400 ~ 600 nm 파장의 Blue LED의 광신호 자극
2) 전기 자극 - 0.01 ~ 0.001 mA 미세 전류 자극
3) RF 주파수 자극 - 뇌의 해당 부분에 1~200Hz 범위의 RF 주파수 자극
알쯔하이머형 치매, 파킨슨병, 해리슨, 뇌전증(간질) 또는 뇌졸중(뇌경색, 뇌출혈)에 의한 하반신 마비 환자의 뇌파를 수집 분석하고, 3D 뇌지도에서 이상 뇌파가 검출된 특정 뇌병변 부위에서 3D 영화를 보면서 뇌심부 자극술에 따라 뇌의 해당 부분을 1) 광신호 자극, 2) 전기 자극, 또는 3) RF 주파수 자극으로 뇌신경 치료
예를들면, 치매에 의한 하반신 마비 환자(오른손/오른 발 마비)의 뇌의 부분을 자극하는 경우, 3D 안경 착용자가 오른손 또는 오른발이 움직이는 3D VR/AR 영화를 보는 경우, EEG 검출 시스템(웨어러블 EEG 헤드셋)으로부터 사용자 단말(무선 EEG 수신 시스템)으로 각각의 EEG 전극 채널의 뇌파 신호를 전송하고, 사용자 단말(무선 EEG 수신 시스템)으로부터 EEG 검출 시스템(웨어러블 EEG 헤드셋)으로 해당 뇌 부분의 자극 제어 신호를 전송하여 웨어러블 EEG 헤드셋이 오른손/오른발에 해당하는 마비된 뇌 부분에 자극을 가하여 뇌신경을 치료한다.
알쯔하이머형 치매, 파킨슨병, 해리슨, 뇌전증(간질), 뇌졸중(뇌경색, 뇌출혈), 뇌질환에 의한 하반신 마비 환자의 뇌 치료에 사용된다.
본 발명에 따른 실시예들의 구현 소프트웨어는 다양한 컴퓨터 수단을 통해 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되고 컴퓨터 판독 가능 기록 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능 기록 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조를 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체는 스토리지, 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 저장 매체에 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 구성된 하드웨어 장치가 포함될 수 있다.　프로그램 명령의 예는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과, 기계어 코드 뿐만아니라 인터프리터를 사용하여 컴퓨터에 의해 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함할 수 있다.　상기 하드웨어 장치는 본 발명의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로써 작동하도록 구성될 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 방법은 프로그램으로 구현되어 컴퓨터의 소프트웨어를 이용하여 읽을 수 있는 형태로 기록매체(CD-ROM, RAM, ROM, 메모리 카드, 하드 디스크, 광자기 디스크, 스토리지 디바이스 등)에 저장될 수 있다.
이상에서 설명된 바와 같이, 본 발명을 바람직한 실시예를 들어 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않고, 본 발명의 기술적 사상 및 범위 내에서 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러가지 변형 및 변경이 가능하다.
10: EEG 검출 시스템 20: 뇌파 데이터 수집부
21: EEG 전극부 22: 전송 라인
30: 무선 송신 모듈 32: 뇌파 데이터 처리부
34: 뇌파 데이터 무선 송신부 40: 고정부
60: 무선 수신 모듈 62: 뇌파 데이터 무선 수신부
63: 뇌파 데이터 저장부 64: 뇌파 데이터 분석 제어부
70: 뇌파 데이터 출력부 110: 유연 기판
120: EEG 접속 단자부 130: 개별 전송 라인

Claims (9)

  1. 뇌전증 수술 치료를 위하여 머리 외부 또는 머리 내부의 대뇌 피질 표면의 피검사 영역 상에 직접 EEG 전극들이 부착되어 뇌파를 검출하며, 상기 머리 내부의 대뇌 피질의 피검사 영역 또는 머리 외부 표면으로부터 뇌파의 전기적 신호들을 검출하는 개별 전송 라인에 연결되는 EEG 접속 단자부, 또는 머리 외부의 뇌파 데이터를 측정하는 복수의 EEG 전극부들을 구비하는 뇌파 데이터 수집부; 및 상기 뇌파 데이터 수집부에 전송 라인을 통해 연결되고, 상기 복수의 EEG 전극부들로부터 측정된 뇌파 데이터를 무선 송신하는 무선 송신 모듈을 구비하며, 3D 안경 착용자가 오른손/오른발과 왼손/왼발 움직임을 제공하는 3D VR/AR 영상을 보면서 각각의 EEG 채널의 뇌파 신호를 검출하는 EEG 검출 시스템; 및
    무선 수신 모듈, 뇌파 데이터 수신부, 뇌파 데이터 제어부, 뇌파 데이터 저장부, 및 뇌파 데이터 출력부를 구비하고, 뇌파 분석 프로그램과 3D 뇌지도 프로그램이 구비되며, 각각의 EEG 채널의 뇌파 신호를 수신하며, 상기 뇌파 분석 프로그램에 의해 각각의 EEG 채널의 뇌파 파형의 AI 기반 뇌파 분석을 통해 측정 시간대별 각각의 EEG 채널의 뇌파 파형을 출력하며, 뇌파 파형별 EEG 비정상 뇌파/정상 뇌파를 구분하며, 검출된 비정상 뇌파의 뇌전증 병소 위치와 부위를 3D 뇌지도에 표시하는 무선 EEG 수신 시스템을 포함하며,
    상기 무선 EEG 수신 시스템은 PC, IoT 디바이스 또는 임베디드 프로세서가 사용되며, 상기 무선 EEG 수신 시스템에 설치된 상기 뇌파 분석 프로그램은 각각의 EEG 채널의 뇌파 파형의 AI 기반 뇌파 분석을 통해 client/server 방식으로 분석결과를 저장하는 서버의 데이터베이스를 포함하는 컴퓨터 분석 시스템에 연결되며,
    상기 컴퓨터 분석 시스템의 데이터베이스는 환자별 EEG 뇌파 기록 데이터가 저장되고, 환자별 뇌전증 모델에 따라 이식된 전극을 통한 EEG 신호 무선 기록 데이터 저장, EEG 뇌파 기록 데이터를 분류 및 피처 분석, 환자별 뇌파 기록시간별 알파(α)파, 베타(β)파, 델타(δ)파, 쎄타(θ)파, 감마(γ)파로 분류된 뇌파 파형별로 3D 모델링하여 뇌병소 위치를 표시하는 3D 렌더러를 구비하여 3D 뇌지도에 표시하며, 3D 뇌지도와 CT 이미지와 의료 영상 저장 및 출력, 뇌전증 수술 부위 정량적 분석, 뇌병소 위치 확인, 환자별 뇌전증 수술과 증상 분석, 임상 실험 결과와 증상 분석, 평가 결과 및 통계 정보를 상기 데이터베이스에 저장하여 관리하는, 머리 내부 또는 머리 외부의 내외장형 EEG 전극용 무선 송신 모듈 및 이를 포함하는 EEG 검출 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 EEG 검출 시스템은
    복수의 EEG 전극부;
    상기 복수의 EEG 전극부와 연결되는 뇌파 데이터 수집부;
    상기 복수의 EEG 전극부들을 통해 측정되는 상기 피검사 영역의 뇌파 데이터를 상기 뇌파 데이터 수집부를 통해 전달받아 무선 송신 가능한 샘플링 신호로 변환시키는 뇌파 데이터 처리부; 및
    상기 뇌파 데이터 처리부에서 변환된 상기 샘플링 신호를 무선 송신하는 뇌파 데이터 무선 송신부를 포함하는 무선 송신 모듈을 포함하는 머리 내부 또는 머리 외부의 내외장형 EEG 전극용 무선 송신 모듈 및 이를 포함하는 EEG 검출 시스템.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 복수의 EEG 전극부들 각각은,
    전기 절연성을 갖는 유연 기판, 및
    상기 유연 기판을 관통하며 상기 피검사 영역 상에 직접 접촉하는 복수의 EEG 접속 단자부들을 포함하며,
    상기 피검사 영역과 상기 복수의 EEG 접속 단자부 사이의 충분한 접촉 면적을 제공하도록 상기 복수의 EEG 접속 단자부들 각각은 상기 유연 기판의 바닥면으로부터 돌출하는 돌출부를 포함하는, 머리 내부 또는 머리 외부의 내외장형 EEG 전극용 무선 송신 모듈 및 이를 포함하는 EEG 검출 시스템.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 무선 송신 모듈로부터 무선 송신된 뇌파 데이터는 상기 EEG 검출 시스템 외부의 무선 수신 모듈에서 수신되고, 상기 무선 수신 모듈에 연결된 뇌파 데이터 출력부를 통해 표시되는, 머리 내부 또는 머리 외부의 내외장형 EEG 전극용 무선 송신 모듈 및 이를 포함하는 EEG 검출 시스템.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 EEG 검출 시스템은 각 EEG 전극들이 인체에 착탈식으로 고정할 수 있는 헤드 밴드 형상의 고정부와 연결되는, 머리 내부 또는 머리 외부의 내외장형 EEG 전극용 무선 송신 모듈 및 이를 포함하는 EEG 검출 시스템.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 EEG 검출 시스템은 인체에 착탈식으로 고정할 수 있는 목걸이 또는 이어폰 형상의 고정부와 연결되는, 머리 내부 또는 머리 외부의 내외장형 EEG 전극용 무선 송신 모듈 및 이를 포함하는 EEG 검출 시스템.
  7. 제2항에 있어서,
    상기 뇌파 데이터 처리부는 상기 뇌파 데이터 수집부로부터 수집된 뇌파 데이터로부터 샘플링 신호를 추출하고, 상기 샘플링 신호를 주파수 편이 복조 방식으로 변조하는, 머리 내부 또는 머리 외부의 내외장형 EEG 전극용 무선 송신 모듈 및 이를 포함하는 EEG 검출 시스템.
  8. 제3항에 있어서,
    상기 유연 기판은 1 내지 5cm의 범위의 길이를 갖는 것을 특징으로 하는 머리 내부 또는 머리 외부의 내외장형 EEG 전극용 무선 송신 모듈 및 이를 포함하는 EEG 검출 시스템.
  9. 제2항에 있어서,
    상기 복수의 EEG 전극부들 각각은 8개 EEG 전극들, 16개, 64개, 128개, 256개 EEG 전극들을 구비하도록 16개 n배의 EEG 접속 단자부들을 포함하는, 머리 내부 또는 머리 외부의 내외장형 EEG 전극용 무선 송신 모듈 및 이를 포함하는 EEG 검출 시스템.
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