KR20220146772A - Non-invasive scalp-electrode-based electrical brain-stimulatory spatial-resolution augmenting high precision electrical brain-stimulatory device and method, and A computer-readable storage medium - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 비침습적 두피 전극 조합 기반의 전류 뇌자극 공간 해상도 증강형 고정밀 전류 뇌자극 장치 및 방법, 컴퓨터-판독가능매체에 관한 것으로, 더욱 자세하게는 개인별 MR 뇌영상을 기반으로 최적화한 위치에 전류 자극을 가할 수 있어, 다른 부위에 대한 자극을 최소화하고 해당하는 3차원 뇌 공간 상의 타겟 지점에 최적의 자극을 줄 수 있는 비침습적 두피 전극 조합 기반의 전류 뇌자극 공간 해상도 증강형 고정밀 전류 뇌자극 장치 및 방법, 컴퓨터-판독가능매체에 관한 것이다.The present invention relates to a non-invasive scalp electrode combination-based current brain stimulation spatial resolution enhanced high-precision current brain stimulation apparatus and method, and a computer-readable medium, and more specifically, to a current stimulation at a location optimized based on individual MR brain images. A non-invasive scalp electrode combination-based current brain stimulation spatial resolution augmented high-precision current brain stimulation device that minimizes stimulation of other parts and provides optimal stimulation to a target point in the corresponding three-dimensional brain space and It relates to a method, a computer-readable medium.
전기를 다루는 의학 기술은 과학 기술의 진보와 함께 많은 발전이 있었으며, 현재 "뇌 심부 자극술(deep brain stimulation)"은 수전증이나 파킨슨병의 치료에 사용되고 있다.Medical technology that deals with electricity has come a long way with advances in science and technology, and now "deep brain stimulation" is being used to treat tremor and Parkinson's disease.
하지만 침습 과정에서 필연적으로 발생하는 미세 두뇌 손상, 뇌수술 요구 등의 이유로 저비용, 저위험성을 가진 비침습 두뇌 자극술이 각광받고 있다.However, low-cost, low-risk, non-invasive brain stimulation is in the spotlight for reasons such as micro-brain damage that inevitably occurs in the invasive process and the need for brain surgery.
경두개 전류 자극(transcranial Current Stimulation, tCS)술에는 경두개 직류 자극(transcranial Direct Current Stimulation, tDCS), 경두개 교류 자극(transcranial Alternating Current Stimulation, tACS), 경두개 랜덤 전류 자극(transcranial Random Current Stimulation, tRCS) 등이 있다.Transcranial Current Stimulation (tCS) surgery includes transcranial Direct Current Stimulation (tDCS), transcranial Alternating Current Stimulation (tACS), transcranial Random Current Stimulation, tRCS) and the like.
경두개 전류 자극(tCS)은 약물과 병행이 가능하며, 약물 치료와는 독립적인 기전의 치료법을 가지고 있어 뇌 부위를 조절하여 증상을 호전시키는 것에 기대를 주고 있다. 미국 등의 해외와 국내에서는 급속한 임상연구 사례가 늘고 있으며 관련 연구 결과들이 활발하게 보고되고 있다.Transcranial Current Stimulation (tCS) can be combined with drugs, and has a mechanism of treatment independent of drug treatment, so it is expected to improve symptoms by controlling brain regions. Clinical research cases are rapidly increasing in foreign countries such as the United States and Korea, and related research results are being actively reported.
tDCS는 일정한 세기의 직류 전류를 사용하여 뇌를 자극하는 기술로서, 자극하려는 목표에 양극 전극(anode)을 위치하고 음극 전극(cathode)이 기준 전극이 되어 전류 회로를 생성함으로써, 일반적으로 양극에서 신경 활성, 음극에서 신경 억제가 일어난다.tDCS is a technology that stimulates the brain using a direct current of a certain intensity. By placing an anode at the target to be stimulated and the cathode as a reference electrode to create a current circuit, neuronal activation is generally at the anode. , nerve inhibition occurs at the cathode.
tACS는 뇌파 모양의 교류 전류를 사용하여 뇌 진동 변화를 유도하는 기술로서, 뇌 진동 활동의 동조, 비동조가 일어나 뇌를 변화시킬 수 있다. 자극 주파수 특성에 따라 인지, 정서, 행동 등에 영향을 미친다.tACS is a technology for inducing changes in brain vibrations using alternating current in the form of brain waves. It affects cognition, emotion, and behavior according to the stimulus frequency characteristics.
종래 대부분의 tCS 기술은 대표적인 두피 전극 위치 시스템인 10-20 혹은 10-10 국제 규격 시스템 기반의 두피 상의 고정된 위치에서 전기 자극을 주는 것으로 이루어져 있어, 개인마다 해부학적으로 모양이 다른 뇌의 형태에 따라 전기 자극의 위치를 변화시킬 수 없고 동일한 위치에만 전기 자극을 줄 수 있어 뇌자극 효용성이 크지 않은 한계가 있다.Conventional most tCS technologies consist of applying electrical stimulation at a fixed position on the scalp based on the 10-20 or 10-10 international standard system, which is a representative scalp electrode positioning system, so that it can be applied to the anatomically different brain shape for each individual. Accordingly, the location of electrical stimulation cannot be changed, and electrical stimulation can be applied only to the same location, so there is a limitation in that the effectiveness of brain stimulation is not great.
종래의 기술로 한국공개특허 제10-2020-0023798호(두뇌 자극 장치)가 공개되어 있다.As a prior art, Korean Patent Application Laid-Open No. 10-2020-0023798 (brain stimulation device) has been disclosed.
상기와 같은 문제를 해결하고자, 본 발명의 목적은 개인별 뇌 구조를 3차원적으로 얻을 수 있는 MR 뇌영상을 기반으로 최적화한 위치에 전류 자극을 가할 수 있어서 개인 맞춤형 뇌자극 패러다임이며, 기존의 전극 조합이 효율적으로 영향을 끼치지 못하는 영역까지 목표 전자기장이 형성될 수 있도록 전류 자극을 가할 수 있어서, 다른 부위에 대한 자극을 최소화하고 해당하는 타겟 지점에 최적의 자극을 줄 수 있는 비침습적 두피 전극 조합 기반의 전류 뇌자극 공간 해상도 증강형 고정밀 전류 뇌자극 장치 및 방법, 컴퓨터-판독가능매체를 제공하는 데 있다.In order to solve the above problems, an object of the present invention is to provide a personalized brain stimulation paradigm by being able to apply current stimulation to an optimized position based on MR brain images that can obtain individual brain structures in three dimensions, and the existing electrode A non-invasive scalp electrode combination that minimizes stimulation to other areas and provides optimal stimulation to the corresponding target point by applying current stimulation so that a target electromagnetic field can be formed to an area where the combination cannot effectively affect An object of the present invention is to provide a high-precision electric current brain stimulation apparatus and method based on spatial resolution enhancement and a computer-readable medium.
상기와 같은 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 실시예에 따른 비침습적 두피 전극 조합 기반의 전류 뇌자극 공간 해상도 증강형 고정밀 전류 뇌자극 장치는 대상자의 뇌 영상을 입력 받는 입력부; 대상자의 두피에 전류 자극을 가할 수 있는 다수의 전극모듈 및 입력된 뇌 영상을 기반으로 타겟 지점을 파악하고, 파악된 타겟 지점에 따라 최적의 전극모듈을 하나 이상 선정하며, 상기 타겟 지점에서 목표 전자기장이 형성되도록 최적화된 자극 파라미터를 기반으로 상기 전극모듈에 자극 전류 신호를 출력하는 제어부를 포함하는 고정밀 전류 뇌자극 장치를 제공할 수 있다.In order to solve the above problems, a non-invasive scalp electrode combination-based current brain stimulation spatial resolution enhanced high-precision current brain stimulation apparatus according to an embodiment of the present invention includes an input unit for receiving a brain image of a subject; A plurality of electrode modules capable of applying electric current stimulation to the subject's scalp and a target point are identified based on the input brain image, and one or more optimal electrode modules are selected according to the identified target point, and the target electromagnetic field at the target point It is possible to provide a high-precision current brain stimulation apparatus including a control unit for outputting a stimulation current signal to the electrode module based on the stimulation parameters optimized to form this.
여기서, 상기 전극모듈은 상기 제어부로부터 자극 전류 신호가 출력되어 두피에 전류 자극을 가하는 자극 전극 및 상기 전류 자극에 따라 뇌파 신호를 측정하는 탐지 전극을 포함할 수 있다.Here, the electrode module may include a stimulation electrode for applying a current stimulation to the scalp by outputting a stimulation current signal from the controller, and a detection electrode for measuring an EEG signal according to the current stimulation.
또한 상기 제어부는, 개인별 뇌 영상을 기반으로 타겟 지점을 파악하고, 파악된 타겟 지점에 따라 최적의 전극모듈을 도출하여 선정하는 영상 분석부; 상기 전극모듈에 상기 타겟 지점에서 목표 전자기장이 형성되도록 최적화된 자극 파라미터를 이용하여 자극 전류 파형을 도출하는 자극 최적화부 및 상기 전극모듈에 상기 자극 전류 파형에 따라 상기 자극 전류 신호를 출력하는 전류 출력부를 포함할 수 있다.In addition, the control unit may include: an image analysis unit for identifying a target point based on an individual brain image, and deriving and selecting an optimal electrode module according to the identified target point; A stimulation optimizing unit for deriving a stimulation current waveform using the stimulation parameters optimized to form a target electromagnetic field at the target point in the electrode module, and a current output unit for outputting the stimulation current signal to the electrode module according to the stimulation current waveform may include
또한 상기 자극 최적화부는, 상기 전류 출력부를 통해 상기 전극모듈에서 전류 자극이 가해지도록 제어하고, 상기 탐지 전극으로부터 상기 뇌파 신호를 수신 받아 고유 주파수를 검출하며, 검출된 고유 주파수를 자극 파라미터에 적용하는 것을 특징으로 한다.In addition, the stimulation optimization unit controls the current stimulation to be applied from the electrode module through the current output unit, receives the EEG signal from the detection electrode, detects a natural frequency, and applies the detected natural frequency to the stimulation parameter. characterized.
또한 상기 자극 최적화부는, 상기 전극모듈에 상기 자극 전류 신호의 출력으로 이루어지는 3차원 공간의 전자기장 생성 시뮬레이션에 의해서, 상기 타겟 지점에 목표 전자기장이 형성되었는지 판단하는 것을 특징으로 한다.In addition, the stimulation optimization unit is characterized in that it is determined whether a target electromagnetic field is formed at the target point by a simulation of the generation of an electromagnetic field in a three-dimensional space consisting of the output of the stimulation current signal to the electrode module.
또한 상기 자극 최적화부는, 상기 전극모듈에 의해 생성되는 전자기장을 통해 소정 위치(r)에 가해지는 전계값 E(r)을 구하고, 구해진 전계값 E(r)을 기초로 상기 전극모듈의 전자기장 분포를 파악하여 상기 타겟 지점에 목표 전자기장이 형성되었는지 판단하는 것을 특징으로 한다.In addition, the stimulus optimization unit obtains an electric field value E(r) applied to a predetermined position (r) through the electromagnetic field generated by the electrode module, and calculates the electromagnetic field distribution of the electrode module based on the obtained electric field value E(r) It is characterized in that it is determined whether a target electromagnetic field is formed at the target point by grasping it.
또한 상기 자극 최적화부는, 상기 타겟 지점에 목표 전자기장이 형성되도록 상기 자극 파라미터를 조정하여 상기 전극모듈로 출력되는 상기 자극 전류 신호를 변화시키는 것을 특징으로 한다.In addition, the stimulation optimizing unit is characterized in that the stimulation current signal output to the electrode module is changed by adjusting the stimulation parameter so that a target electromagnetic field is formed at the target point.
또한 본 발명의 실시예에 따른 비침습적 두피 전극 조합 기반의 전류 뇌자극 공간 해상도 증강형 고정밀 전류 뇌자극 방법은 고정밀 전류 뇌 자극 장치를 이용한 뇌자극 방법에 있어서, 입력부가 대상자의 뇌 영상을 입력 받는 뇌영상 입력단계; 제어부가 입력된 뇌 영상을 기반으로 타겟 지점을 파악하는 타겟지점 분석단계; 상기 제어부가 상기 타겟 지점에 따라 최적의 전극모듈을 하나 이상 선정하는 전극 선정단계 및 상기 제어부가 상기 타겟 지점에서 목표 전자기장이 형성되도록 최적화된 자극 파라미터를 기반으로 상기 전극모듈에 자극 전류 신호를 출력하는 자극 제어단계를 포함하는 고정밀 전류 뇌자극 방법을 제공할 수 있다.In addition, the high-precision current brain stimulation method using a high-precision current brain stimulation device for current brain stimulation spatial resolution enhancement based on a non-invasive scalp electrode combination according to an embodiment of the present invention is a method for brain stimulation using a high-precision current brain stimulation device. brain image input step; a target point analysis step in which the controller identifies a target point based on the input brain image; An electrode selection step in which the control unit selects one or more optimal electrode modules according to the target point, and the control unit outputs a stimulation current signal to the electrode module based on the stimulation parameters optimized to form a target electromagnetic field at the target point It is possible to provide a high-precision current brain stimulation method including a stimulation control step.
또한 상기 자극 전류 신호가 출력된 전극모듈로부터 이루어지는 3차원 공간의 전자기장 생성 시뮬레이션에 의해서, 상기 타겟 지점에 목표 전자기장이 형성되었는지 판단하는 자극 조정단계를 더 포함하고, 상기 자극 조정단계는 상기 타겟 지점에 목표 전자기장이 형성되도록 자극 파라미터를 조정하여 상기 전극모듈로 출력되는 자극 전류 신호를 변화시키는 것을 특징으로 한다.In addition, the method further includes a stimulus adjustment step of determining whether a target electromagnetic field is formed at the target point by a simulation of generating an electromagnetic field in a three-dimensional space from the electrode module to which the stimulation current signal is output, wherein the stimulus adjustment step is performed at the target point It is characterized in that the stimulation current signal output to the electrode module is changed by adjusting the stimulation parameter so that a target electromagnetic field is formed.
또한 본 발명의 실시예에 따른 비침습적 두피 전극 조합 기반의 전류 뇌자극 공간 해상도 증강형 고정밀 전류 뇌자극 방법을 제공하는 컴퓨터 프로그램이 기록된 컴퓨터로 판독 가능한 저장 매체를 제공할 수 있다.In addition, it is possible to provide a computer-readable storage medium in which a computer program for providing a spatial resolution-enhanced high-precision current brain stimulation method based on a non-invasive scalp electrode combination according to an embodiment of the present invention is recorded.
상기와 같은 본 발명의 실시예에 따른 비침습적 두피 전극 조합 기반의 전류 뇌자극 공간 해상도 증강형 고정밀 전류 뇌자극 장치 및 방법, 컴퓨터-판독가능매체는 사람마다 뇌의 형태가 다르기 때문에 개인별 MR 뇌영상을 기반으로 최적의 타겟 지점을 도출하여 전류 자극을 가함으로써, 개인 맞춤형으로 높은 공간 해상도를 확보할 수 있다.As described above, in the non-invasive scalp electrode combination-based current brain stimulation spatial resolution-enhanced high-precision current brain stimulation apparatus and method, and computer-readable media have different brain shapes for each person, individual MR brain images By deriving an optimal target point based on , and applying current stimulation, it is possible to secure high spatial resolution for personal customization.
이에 다른 부위에 대한 자극을 최소화하고 해당하는 타겟 영역에 최적의 자극을 줄 수 있다.In this way, stimulation of other parts can be minimized and optimal stimulation can be given to the corresponding target area.
이에 따라, 최적의 치료 효과를 확보하고 진료 비용을 최소화할 수 있다.Accordingly, it is possible to secure an optimal treatment effect and minimize the cost of treatment.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 비침습적 두피 전극 조합 기반의 전류 뇌자극 공간 해상도 증강형 고정밀 전류 뇌자극 장치를 도시한 블록도.
도 2의 (a) 및 (b)는 본 발명의 실시예에 따른 비침습적 두피 전극 조합 기반의 전류 뇌자극 공간 해상도 증강형 고정밀 전류 뇌자극 장치 및 전극모듈의 배치를 도시한 예시도.
도 3의 (a) 및 (b)는 본 발명의 실시예에 따른 비침습적 두피 전극 조합 기반의 전류 뇌자극 공간 해상도 증강형 고정밀 전류 뇌자극 장치의 전극모듈의 저면과 평면을 도시한 예시도.
도 4의 (a) 내지 (c)는 도 1의 자극 최적화부를 통해 전극모듈들의 전자기장이 변화되어 전자기장 중심점의 위치가 조정되는 모습을 나타낸 예시도.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 비침습적 두피 전극 조합 기반의 전류 뇌자극 공간 해상도 증강형 고정밀 전류 뇌자극 방법을 나타낸 흐름도.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 비침습적 두피 전극 조합 기반의 전류 뇌자극 공간 해상도 증강형 고정밀 전류 뇌자극 방법이 자극 조정단계를 더 포함하는 모습을 나타낸 흐름도.1 is a block diagram illustrating a high-precision current brain stimulation apparatus with spatial resolution enhancement for current brain stimulation based on a non-invasive scalp electrode combination according to an embodiment of the present invention.
2 (a) and (b) are exemplary views showing the arrangement of the non-invasive scalp electrode combination-based current brain stimulation spatial resolution enhanced high-precision current brain stimulation device and electrode module according to an embodiment of the present invention.
3 (a) and (b) are exemplary views showing the bottom surface and the plane of the electrode module of the high-precision current brain stimulation apparatus for spatial resolution enhancement of current brain stimulation based on a non-invasive scalp electrode combination according to an embodiment of the present invention.
4 (a) to (c) are exemplary views showing a state in which the electromagnetic field of the electrode modules is changed through the stimulus optimization unit of FIG. 1 to adjust the position of the central point of the electromagnetic field.
5 is a flowchart illustrating a method for high-precision current brain stimulation with enhanced spatial resolution of current brain stimulation based on a non-invasive scalp electrode combination according to an embodiment of the present invention.
6 is a flowchart illustrating a method for high-precision current brain stimulation with enhanced spatial resolution of current brain stimulation based on a non-invasive scalp electrode combination according to an embodiment of the present invention, further including a stimulation adjustment step;
이하, 도면을 참조한 본 발명의 설명은 특정한 실시 형태에 대해 한정되지 않으며, 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있다. 또한, 이하에서 설명하는 내용은 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.Hereinafter, the description of the present invention with reference to the drawings is not limited to specific embodiments, and various modifications may be made and various embodiments may be provided. In addition, it should be understood that the content described below includes all transformations, equivalents, and substitutes included in the spirit and scope of the present invention.
이하의 설명에서 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용되는 용어로서, 그 자체에 의미가 한정되지 아니하며, 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.In the following description, terms such as 1st, 2nd, etc. are terms used to describe various components, meanings are not limited thereto, and are used only for the purpose of distinguishing one component from other components.
본 명세서 전체에 걸쳐 사용되는 동일한 참조번호는 동일한 구성요소를 나타낸다.Like reference numbers used throughout this specification refer to like elements.
본 발명에서 사용되는 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 또한, 이하에서 기재되는 "포함하다", "구비하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것으로 해석되어야 하며, 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.As used herein, the singular expression includes the plural expression unless the context clearly dictates otherwise. In addition, terms such as "comprises", "comprises" or "have" described below are intended to designate that the features, numbers, steps, operations, components, parts, or combinations thereof described in the specification exist. It should be construed as not precluding the possibility of the presence or addition of one or more other features, numbers, steps, operations, components, parts, or combinations thereof.
또한, 명세서에 기재된 "…부", "…기", "모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.In addition, terms such as “…unit”, “…group”, and “module” described in the specification mean a unit that processes at least one function or operation, which may be implemented as hardware or software or a combination of hardware and software. have.
본 발명에서 장치 및 방법은 무선통신망을 통해 통신하는 스마트폰, 태블릿 등을 포함하는 이동통신 단말기에서 제공됨이 바람직하나, 유선통신망을 통해 통신하는 컴퓨터 등의 단말기에서도 제공될 수 있다. 하기 설명에서 이동통신 단말기를 기준으로 설명하나, 이에 한정되지는 않는다.In the present invention, the apparatus and method are preferably provided in a mobile communication terminal including a smart phone, a tablet, etc. communicating through a wireless communication network, but may also be provided in a terminal such as a computer communicating through a wired communication network. In the following description, the mobile communication terminal will be described, but the present invention is not limited thereto.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예에 따른 비침습적 두피 전극 조합 기반의 전류 뇌자극 공간 해상도 증강형 고정밀 전류 뇌자극 장치 및 방법, 컴퓨터-판독가능매체를 상세히 살펴보기로 한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings, a non-invasive scalp electrode combination-based current brain stimulation spatial resolution enhanced high-precision current brain stimulation apparatus and method, and a computer-readable medium according to an embodiment of the present invention will be described in detail.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 비침습적 두피 전극 조합 기반의 전류 뇌자극 공간 해상도 증강형 고정밀 전류 뇌자극 장치를 도시한 블록도이고, 도 2의 (a) 및 (b)는 본 발명의 실시예에 따른 비침습적 두피 전극 조합 기반의 전류 뇌자극 공간 해상도 증강형 고정밀 전류 뇌자극 장치 및 전극모듈의 배치를 도시한 예시도이고, 도 3의 (a) 및 (b)는 본 발명의 실시예에 따른 비침습적 두피 전극 조합 기반의 전류 뇌자극 공간 해상도 증강형 고정밀 전류 뇌자극 장치의 전극모듈의 저면과 평면을 도시한 예시도이며, 도 4의 (a) 내지 (c)는 도 1의 자극 최적화부를 통해 전극모듈들의 전자기장이 변화되어 전자기장 중심점의 위치가 조정되는 모습을 나타낸 예시도이다.1 is a block diagram illustrating a high-precision current brain stimulation apparatus with enhanced spatial resolution for current brain stimulation based on a non-invasive scalp electrode combination according to an embodiment of the present invention, and FIGS. 2A and 2B are diagrams of the present invention. A non-invasive scalp electrode combination-based current brain stimulation spatial resolution enhancement type high-precision current brain stimulation device according to an embodiment and an exemplary diagram illustrating the arrangement of an electrode module, (a) and (b) of FIG. 3 are an embodiment of the present invention It is an exemplary view showing the bottom surface and the plane of the electrode module of the current brain stimulation spatial resolution enhancement type high-precision current brain stimulation device based on the non-invasive scalp electrode combination according to the example, and FIGS. It is an exemplary view showing a state that the electromagnetic field of the electrode modules is changed through the stimulus optimization unit and the position of the central point of the electromagnetic field is adjusted.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 비침습적 두피 전극 조합 기반의 전류 뇌자극 공간 해상도 증강형 고정밀 전류 뇌자극 장치는 사람마다 뇌의 형태가 다르기 때문에 개인별 뇌 영상(MR 영상)을 기반으로 최적의 타겟 지점을 도출하여 전류 자극을 가할 수 있는 것으로, 저장부(미도시), 입력부(1), 전극모듈(2) 및 제어부(3)를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 1 , the high-precision current brain stimulation device with spatial resolution enhanced current brain stimulation based on a non-invasive scalp electrode combination according to an embodiment of the present invention is based on individual brain images (MR images) because the shape of the brain is different for each person. to derive an optimal target point to apply current stimulation, and may include a storage unit (not shown), an
한편, 본 발명의 실시예에 따른 고정밀 전류 뇌자극 장치는, 도 2와 같이, 캡(CAP) 형상으로 머리에 착용이 가능하도록 형성되어 전극모듈(2)을 통해 대상자의 두피에 전류 자극을 가할 수 있다. On the other hand, the high-precision current brain stimulation device according to an embodiment of the present invention is formed to be worn on the head in the shape of a cap (CAP), as shown in FIG. 2 , to apply current stimulation to the scalp of the subject through the
이러한 고정밀 전류 뇌자극 장치는 경두개 전류 자극(transcranial Current Stimulation, tCS) 기술이 적용될 수 있고, 보다 바람직하게는 경두개 교류 자극(transcranial Alternating Current Stimulation, tACS) 기술이 적용될 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.Such a high-precision current brain stimulation device may apply transcranial current stimulation (tCS) technology, and more preferably, transcranial alternating current stimulation (tACS) technology may be applied, but is not limited thereto. does not
이때 고정밀 전류 뇌자극 장치는 전극모듈(2)의 배치가 10-20 혹은 10-10시스템 기반으로 이루어질 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.In this case, in the high-precision current brain stimulation apparatus, the
구체적으로, 저장부(미도시)는 입력 받은 뇌 영상, 자극 파라미터, 타겟 지점, 자극 전류 파형 등 고정밀 전류 뇌자극 장치에서 다뤄지는 모든 정보들을 저장할 수 있다.Specifically, the storage unit (not shown) may store all information handled in the high-precision current brain stimulation apparatus, such as the received brain image, stimulation parameter, target point, and stimulation current waveform.
입력부(1)는 대상자의 뇌 영상을 입력 받아 저장부에 저장하고 제어부(3)로 전달할 수 있다. 여기서 뇌 영상은 MRI(magnetic resonance image)로, MRI 장치로부터 바로 수신 받거나, MRI 장치와 연결되어 있는 또는 뇌 영상이 저장되어 있는 단말기로부터 수신 받을 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.The
또한 입력부(1)는 연동되어 있는 단말기를 통해 대상자 또는 사용자로부터 각 전극모듈(2)의 최적화된 자극 파라미터를 입력 받아 제어부(3)로 전달하여 설정되도록 할 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.In addition, the
전극모듈(2)은 다수 개가 구비되어 대상자의 두피에 전류 자극을 가할 수 있는 것으로, 제어부(3)로부터 자극 전류 신호를 출력 받아 전류 자극을 가할 수 있다.A plurality of
도 3의 (a)를 참조하면, 전극모듈(2)의 저면은 자극 전극(20), 탐지 전극(21) 및 절연체(22)를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 3A , the bottom surface of the
자극 전극(20)은 제어부(3)로부터 자극 전류 신호가 출력되어 두피에 전류 자극을 가할 수 있다.The
탐지 전극(21)은 자극 전극(20)에 의한 전류 자극에 따라 뇌파 신호를 측정하여 제어부(3)로 전달할 수 있다.The
절연체(22)는 자극 전극(20)과 탐지 전극(21) 사이에 형성되어, 전극끼리 전기적으로 영향을 받지 않도록 분리시켜 줄 수 있다.The
또한 전극모듈(2)의 평면은 도 3의 (b)와 같이, LED(23)를 더 포함할 수 있다.In addition, the plane of the
LED(23)는 타겟 지점에 목표 전자기장이 형성될 경우, 제어부(3)에 의해 점등되는 것으로, 타겟 지점에 목표 전자기장이 형성된 것을 나타낼 수 있다. The
즉, 점등에 의해 타겟 지점에 전류 자극을 위한 최적의 전자기장이 형성되었음을 대상자 또는 사용자에게 알릴 수 있다.That is, it is possible to notify a subject or a user that an optimal electromagnetic field for current stimulation is formed at a target point by lighting.
제어부(3)는 입력된 뇌 영상을 기반으로 타겟 지점을 파악하고, 파악된 타겟 지점에 따라 최적의 전극모듈(2)을 하나 이상 선정할 수 있다. 또한 제어부(3)는 선정된 전극모듈(2)에 자극 전류 신호를 출력할 수 있는데, 자극 파라미터를 기반으로 자극 전류 신호가 생성되도록 하여 최적의 전류 자극이 가해지도록 할 수 있다.The
이를 위해, 제어부(3)는 영상 분석부(30), 자극 최적화부(31) 및 전류 출력부(32)를 포함할 수 있다.To this end, the
영상 분석부(30)는 입력된 대상자의 뇌 영상을 기반으로 해부학적 타겟 지점을 파악하고, 파악된 타겟 지점을 기초로 최적의 전극모듈(2)을 하나 이상 도출하여 선정할 수 있다. 이때, 복수의 전극모듈(2)을 선정하는 것이 보다 바람직하나, 이에 한정되지는 않는다.The
또한 최적의 전극모듈(2)은 타겟 지점과 인접하게 위치하고 있는 전극모듈(2)일 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.In addition, the
이는 사람마다 뇌의 형태(두개골의 물성, 피질의 물성, 피질의 구조 등)가 모두 다르기 때문에 뇌 영상을 기반으로 최적의 타겟 지점을 도출함으로써, 최적의 전류 자극을 가할 수 있도록 하기 위한 것이다.This is to apply the optimal current stimulation by deriving the optimal target point based on the brain image because the shape of the brain (physical properties of the skull, the physical properties of the cortex, the structure of the cortex, etc.) is different for each person.
자극 최적화부(31)는 전극모듈(2)에 타겟 지점에서 목표 전자기장이 형성되도록 최적화되어 있는 자극 파라미터를 이용하여 타겟 지점에 효과적으로 전류 자극이 가해질 수 있는 최적의 자극 전류 파형을 도출할 수 있다.The
여기서 자극 파라미터는 주파수(Freq, Frequency), 위상(Phs, Phase) 및 진폭(Amp, Amplitude) 중 하나 이상을 포함할 수 있으며, 모두 포함하는 것이 바람직하나, 이에 한정되지는 않는다. Here, the stimulation parameter may include one or more of a frequency (Freq, Frequency), a phase (Phs, Phase), and an amplitude (Amp, Amplitude), and preferably includes all of them, but is not limited thereto.
이때, 자극 최적화부(31)는 전극모듈(2)에 타겟 지점에서 목표 전자기장이 형성되도록 최적화된 자극 파라미터를 기반으로 하기 수학식 1을 통해 전극모듈(2)의 자극 전류 파형(xraw)을 도출할 수 있다.At this time, the
[수학식 1][Equation 1]
여기서, xraw(t)는 자극 전류 파형, t는 시간, fA는 진폭을 담당하는 주파수, 는 fA의 진폭을 결정하는 상수, fP는 위상을 담당하는 주파수, 는 fP의 최대 진폭을 결정짓는 상수, W(t)는 가우시안 노이즈이다.where x raw (t) is the stimulus current waveform, t is the time, f A is the frequency responsible for the amplitude, is the constant determining the amplitude of f A , f P is the frequency responsible for the phase, is a constant that determines the maximum amplitude of f P , and W(t) is Gaussian noise.
한편, 자극 최적화부(31)는 전극모듈(2)에 타겟 지점에서 목표 전자기장이 형성되도록 최적화되어 있는 자극 파라미터의 주파수를 사용하는 대신 대상자의 개인별 고유 주파수를 검출하여, 자극 파라미터로 고유 주파수를 적용할 수도 있다.On the other hand, the
보다 구체적으로, 자극 최적화부(31)는 전극모듈(2)에서 전류 자극이 가해지도록 전류 출력부(32)에 신호를 전달할 수 있다. 이에 전류 출력부(32)가 전극모듈(2)에 자극 전류 신호를 출력할 수 있다.More specifically, the
이에 따라 전극모듈(2)의 탐지 전극(21)이 뇌파 신호를 감지하여 자극 최적화부(31)로 전달할 수 있다.Accordingly, the
이와 같이 자극 최적화부(31)는 전극모듈(2)의 탐지 전극(21)으로부터 뇌파 신호를 수신 받아 고유 주파수를 검출할 수 있다. In this way, the
이때, 자극 최적화부(31)는 고속 푸리에 변환(FFT) 또는 웨이블릿 변환을 통해 수신 받은 뇌파 신호로부터 가장 효과적으로 나타나는 개인별 고유 주파수를 검출할 수 있다.In this case, the
일반적으로 고속 푸리에 변환은 신호 해석에서 이용되고 있는데, 고속 푸리에 변환의 수식은 하기 수학식 2와 같이 이루어질 수 있다.In general, the fast Fourier transform is used in signal analysis, and the fast Fourier transform can be expressed as in
[수학식 2][Equation 2]
자극 최적화부(31)는 상기와 같은 고속 푸리에 변환을 이용할 경우, 이산시간 푸리에 변환을 통해 고유 주파수를 검출할 수 있는데, 이산추출시간이 n일 경우 하기와 같은 수학식 3을 이용하여 고유 주파수를 검출할 수 있다.When using the fast Fourier transform as described above, the
[수학식 3][Equation 3]
이 경우 고유 주파수가 분석 시간 전체에서 어느 특정 시점에서 발생했는지 알 수 없기 때문에, 단시간 푸리에 변환(Short Time Fourier Transform, STFT)을 적용하여 최대한 가까운 시점에서의 뇌파의 주파수 성분에 의미를 두어 고유 주파수를 검출할 수 있다.In this case, since it is unknown at which specific point in time the natural frequency occurred throughout the analysis time, the natural frequency is calculated by applying the Short Time Fourier Transform (STFT) to the frequency component of the brainwave at the closest point in time. can be detected.
또한 이산시간 푸리에 변환 시 변환 속도를 높이기 위하여 고속 푸리에 변환의 쿨리-튜키 알고리즘(Cooley-Tukey algorithm) 등을 적용할 수 있다.In addition, in order to increase the conversion speed during the discrete-time Fourier transform, a Cooley-Tukey algorithm of the fast Fourier transform may be applied.
또한 자극 최적화부(31)는 웨이블릿 변환을 통해 고유 주파수를 검출할 수 있는데, 뇌파 신호의 파형과 유사한 Morlet 웨이블릿 함수를 이용할 수 있다.In addition, the
이에 자극 최적화부(31)는 웨이블릿 변환을 통해 고유 주파수를 검출할 시, 하기 수학식 4를 이용하여 뇌파 신호(x(t))의 시간과 주파수 상관관계를 확인하고, 고유 주파수를 검출할 수 있다.Accordingly, when the
[수학식 4][Equation 4]
자극 최적화부(31)는 상기와 같은 과정으로 검출된 고유 주파수를 자극 파라미터의 주파수에 적용하여, 고유 주파수에 따른 자극 전류 파형이 도출되도록 할 수 있다. 개인별 고유 주파수를 적용함으로써 대상자에게 보다 적합한 전류 자극이 가해지도록 할 수 있다.The
한편, 자극 최적화부(31)는 타겟 지점에 보다 최적화된 전류 자극이 이루어질 수 있도록, 뇌 물성값들이 반영된 3차원 공간의 전자기장 생성 시뮬레이션을 통해서 자극 전류 신호를 미세 조정하는 것으로 타겟 지점에 목표 전자기장이 형성되도록 할 수도 있다.On the other hand, the
구체적으로, 자극 최적화부(31)는 전극모듈(2)에 자극 전류 파형에 따라 자극 전류 신호가 출력되면, 전극모듈(2)이 생성하는 3차원 공간 상의 뇌의 목표 자극 위치의 전자기장이 전자기장 생성 시뮬레이션에 의해서 구해지고, 타겟 지점에 목표 전자기장이 형성되었는지 판단할 수 있다.Specifically, when the stimulation current signal is output to the
보다 구체적으로, 자극 최적화부(31)는 뇌의 소정 위치(r)에 가해지는 전계값 E(r)을 구할 수 있다. 이에 구해진 전계값 E(r)을 기초로 전극모듈(2)의 전자기장 분포를 파악하여 타겟 지점에 목표 전자기장이 형성되었는지 판단할 수 있다.More specifically, the
자극 최적화부(31)에서 목표 전자기장이 형성 여부에 대한 판단은 전자기장 분포에서 전자기장 중심점이 타겟 지점에 위치될 경우 목표 전자기장이 형성되었다고 판단할 수 있다.The determination of whether the target electromagnetic field is formed in the
이때, 전계값 E(r)은 하기 수학식 5를 통해 구해질 수 있다.In this case, the electric field value E(r) may be obtained through Equation 5 below.
[수학식 5][Equation 5]
여기서, E(r)은 다수의 전극모듈에 의한 전계값, ε는 유전률, N은 전극모듈의 개수, Qn은 각 전극모듈의 전계값, r-rn은 전계측정점 위치 r과 n번째 전극모듈 위치 rn 사이의 거리이다.Here, E(r) is the electric field value by the plurality of electrode modules, ε is the dielectric constant, N is the number of electrode modules, Q n is the electric field value of each electrode module, rr n is the position of the electric field measurement point r and the nth electrode module position r is the distance between n
자극 최적화부(31)는 타겟 지점에 목표 전자기장이 형성되도록 전극모듈(2)로부터 출력되는 자극 전류 신호를 변화시킬 수 있다. 이를 통해 전자기장 중심점의 위치를 조정하는 것이다.The
여기서 자극 최적화부(31)는 자극 전류 신호를 변화시키기 위해, 전극모듈(2)의 자극 파라미터를 조정하고 자극 전류 파형을 다시 도출하고, 전류 출력부(32)가 다시 도출된 자극 전류 파형에 따라 자극 전류 신호를 생성하여 전극모듈(2)에 출력하도록 할 수 있다.Here, in order to change the stimulation current signal, the
도 4에 나타난 바와 같이, E1, E2, E3, E4의 전극모듈에 동일한 전류 세기를 가지는 자극 전류 신호가 출력될 경우, E1, E2, E3, E4의 전극모듈 중심에 전자기장 중심점(T)이 위치될 수 있으며, E3의 전극모듈에 출력되는 자극 전류 신호의 전류 세기가 변화됨에 따라 전자기장 분포가 변화하여 전자기장 중심점(T)의 위치가 조정될 수 있다.As shown in Figure 4, when the stimulation current signal having the same current strength is output to the electrode modules of E1, E2, E3, and E4, the electromagnetic field center point (T) is located at the center of the electrode modules of E1, E2, E3, and E4 As the current intensity of the stimulation current signal output to the electrode module of E3 is changed, the electromagnetic field distribution changes and the position of the electromagnetic field center point (T) can be adjusted.
즉, 전극모듈(2)들에서 출력되는 자극 전류 신호의 전류 세기나 상호 위상 조합 등이 변화됨에 따라 전자기장의 세기가 변화되어 전자기장의 분포가 달라질 수 있고, 전자기장의 분포가 바뀌면서 전자기장 중심점(T)의 위치가 조정될 수 있는 것이다.That is, as the current intensity or mutual phase combination of the stimulation current signals output from the
자극 최적화부(31)는 상기와 같은 과정을 통해 타겟 지점에 목표 전자기장이 형성되었다고 판단될 경우, 현재 전극모듈(2)들로 출력되고 있는 자극 전류 신호의 자극 전류 파형을 전극모듈(2)의 최적의 자극 전류 파형으로 결정할 수 있다.When it is determined that the target electromagnetic field is formed at the target point through the above-described process, the
또한 자극 최적화부(31)는 최적의 자극 전류 파형이 결정되면, 전극모듈(2)에 신호를 전송하여 LED(23)를 점등 시킬 수 있다.In addition, when the optimal stimulation current waveform is determined, the
전류 출력부(32)는 자극 최적화부(31)로부터 신호가 수신되면, 다수의 전극모듈(2) 중 선정된 전극모듈(2)에 자극 전류 신호를 출력할 수 있다.The
이러한 비침습적 두피 전극 조합 기반의 전류 뇌자극 공간 해상도 증강형 고정밀 전류 뇌자극 장치를 이용한 고정밀 전류 뇌자극 방법에 대하여 하기에서 구체적으로 설명하기로 한다.A high-precision current brain stimulation method using a spatial resolution enhanced high-precision current brain stimulation device based on the non-invasive scalp electrode combination will be described in detail below.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 비침습적 두피 전극 조합 기반의 전류 뇌자극 공간 해상도 증강형 고정밀 전류 뇌자극 방법을 나타낸 흐름도이고, 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 비침습적 두피 전극 조합 기반의 전류 뇌자극 공간 해상도 증강형 고정밀 전류 뇌자극 방법이 자극 조정단계를 더 포함하는 모습을 나타낸 흐름도이다.5 is a flow chart showing a method for high-precision current brain stimulation with enhanced spatial resolution of current brain stimulation based on a non-invasive scalp electrode combination according to an embodiment of the present invention, and FIG. 6 is a non-invasive scalp electrode combination-based method according to an embodiment of the present invention. It is a flow chart showing how the spatial resolution-enhanced high-precision current brain stimulation method of current brain stimulation further includes a stimulation adjustment step.
도 5를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 비침습적 두피 전극 조합 기반의 전류 뇌자극 공간 해상도 증강형 고정밀 전류 뇌자극 방법은 뇌 영상 입력단계(S1), 타겟지점 분석단계(S2), 전극 선정단계(S3) 및 자극 제어단계(S4)를 포함할 수 있다.5 , the method for high-precision current brain stimulation with enhanced spatial resolution of current brain stimulation based on a non-invasive scalp electrode combination according to an embodiment of the present invention includes a brain image input step (S1), a target point analysis step (S2), and an electrode It may include a selection step (S3) and a stimulus control step (S4).
뇌 영상 입력단계(S1)는 고정밀 전류 뇌자극 장치의 입력부(1)가 대상자의 개인별 뇌 영상을 입력 받을 수 있다.In the brain image input step (S1), the
타겟지점 분석단계(S2)는 고정밀 전류 뇌자극 장치의 제어부(3)가 입력된 뇌 영상을 기반으로 개인별 해부학적 타겟 지점을 파악할 수 있다.In the target point analysis step ( S2 ), the anatomical target point for each individual may be identified based on the brain image input by the
전극 선정단계(S3)는 제어부(3)가 S2 단계에서 파악된 타겟 지점에 따라 최적의 전극모듈(2)을 하나 이상 선정할 수 있다.In the electrode selection step S3 , the
자극 제어단계(S4)는 제어부(3)가 타겟 지점에서 목표 전자기장이 형성되도록 최적화된 자극 파라미터를 기반으로 자극 전류 파형을 도출하고, 도출된 자극 전류 파형에 따라 전극모듈(2)에 자극 전류 신호를 출력할 수 있다. 이에 전류 자극이 대상자에게 가해질 수 있다.In the stimulus control step (S4), the
도 6을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 비침습적 두피 전극 조합 기반의 전류 뇌자극 공간 해상도 증강형 고정밀 전류 뇌자극 방법은 자극 조정단계(S5)를 더 포함할 수 있다.Referring to FIG. 6 , the method for high-precision current brain stimulation with enhanced spatial resolution of current brain stimulation based on a non-invasive scalp electrode combination according to an embodiment of the present invention may further include a stimulation adjustment step ( S5 ).
자극 조정단계(S5)는 제어부(3)가 자극 전류 신호가 출력된 전극모듈(2)로부터 이루어지는 3차원 공간의 전자기장 생성 시뮬레이션에 의해서, 뇌자극의 타겟 지점에 목표 전자기장이 형성되었는지 판단할 수 있다.In the stimulus adjustment step (S5), the
S5 단계는 타겟 지점에 목표 전자기장이 형성되도록 전극모듈(2)로 출력되는 자극 전류 신호를 변화시킬 수 있다. 이에 전극모듈(2) 주변에 형성된 전자기장이 변화되어 뇌 속의 3차원 공간 상의 전자기장 중심점의 위치가 조정될 수 있다.Step S5 may change the stimulation current signal output to the
또한 S5 단계는 제어부(3)가 상기 과정을 통해 전자기장 중심점이 타겟 지점에 위치되어, 타겟 지점에 목표 전자기장이 형성되었다고 판단되면, 현재 전극모듈(2)로 출력되고 있는 자극 전류 신호의 자극 전류 파형을 전극모듈(2)의 최적의 자극 전류 파형으로 결정할 수 있다.In step S5, when the
이에 S5 단계에서 제어부(3)가 최적의 자극 전류 파형에 따라 자극 전류 신호를 생성하여 전극모듈(2)로 출력하는 것으로, 대상자에게 자극이 가해지도록 할 수 있다. 또한 S5 단계에서 제어부(3)는 최적의 자극 전류 파형이 결정되면, 전극모듈(2)에 신호를 전송하여 LED(23)를 점등 시킬 수도 있다.Accordingly, in step S5, the
아울러, 본 발명은 컴퓨터 판독 가능 저장 매체에 컴퓨터가 판독 가능한 코드를 저장하여 구현하는 것이 가능하다. 컴퓨터 판독 가능 저장 매체는 컴퓨터 시스템에 의하여 판독될 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 저장 장치를 포함한다.In addition, the present invention can be implemented by storing the computer readable code in a computer readable storage medium. The computer readable storage medium includes any kind of storage device in which data readable by a computer system is stored.
컴퓨터가 판독 가능한 코드는, 컴퓨터 판독 가능 저장 매체에서 대상자의 뇌 영상이 입력될 시 고정밀 전류 뇌자극 장치에 의하여 전류 자극이 이루어질 때, 본 발명에 따른 뇌자극 방법을 구현하는 단계들을 수행하도록 구성된다. 상기 컴퓨터가 판독 가능한 코드는 다양한 프로그래밍 언어들로 구현될 수 있다. 그리고 본 발명을 구현하기 위한 기능적인(functional) 프로그램, 코드 및 코드 세그먼트들은 본 발명이 속하는 기술 분야의 통상의 기술자들에 의하여 용이하게 프로그래밍될 수 있다.The computer-readable code is configured to perform the steps of implementing the brain stimulation method according to the present invention when current stimulation is performed by a high-precision current brain stimulation device when a brain image of a subject is input from a computer-readable storage medium. . The computer readable code may be implemented in various programming languages. And functional programs, codes, and code segments for implementing the present invention can be easily programmed by those skilled in the art to which the present invention pertains.
컴퓨터 판독 가능 저장 매체의 예로는 ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플로피디스크, 광 데이터 저장장치 등이 있으며, 또한 반송파(예를 들어 인터넷을 통한 전송)의 형태로 구현하는 것을 포함한다. 또한, 컴퓨터 판독 가능 저장 매체는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템에 분산되어, 분산 방식으로 컴퓨터가 판독 가능한 코드가 저장되고 실행될 수 있다.Examples of the computer readable storage medium include ROM, RAM, CD-ROM, magnetic tape, floppy disk, optical data storage device, and the like, and includes implementation in the form of a carrier wave (eg, transmission over the Internet). In addition, the computer readable storage medium may be distributed in networked computer systems, so that the computer readable code may be stored and executed in a distributed manner.
상기에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 비침습적 두피 전극 조합 기반의 전류 뇌자극 공간 해상도 증강형 고정밀 전류 뇌자극 장치 및 방법, 컴퓨터-판독가능매체는 사람마다 뇌의 형태가 다르기 때문에 개인별 MR 뇌영상을 기반으로 최적의 타겟 지점을 도출하여 전류 자극을 가함으로써, 높은 공간 해상도를 확보할 수 있다.As described above, the non-invasive scalp electrode combination-based current brain stimulation spatial resolution-enhanced high-precision current brain stimulation apparatus and method according to an embodiment of the present invention, and computer-readable media have different brain shapes for each individual. By deriving an optimal target point based on the MR brain image and applying current stimulation, high spatial resolution can be secured.
이에 다른 부위에 대한 자극을 최소화하고 해당하는 타겟 영역에 최적의 자극을 줄 수 있다.In this way, stimulation of other parts can be minimized and optimal stimulation can be given to the corresponding target area.
이에 따라, 최적의 치료 효과를 확보하고 진료 비용을 최소화할 수 있다.Accordingly, it is possible to secure an optimal treatment effect and minimize the cost of treatment.
이상으로 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였으나, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고 다른 구체적인 형태로 실시할 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 따라서 이상에서 기술한 실시예는 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것이다.Although the embodiments of the present invention have been described above with reference to the accompanying drawings, those of ordinary skill in the art to which the present invention pertains can implement the present invention in other specific forms without changing the technical spirit or essential features of the present invention. you will be able to understand Accordingly, the embodiments described above are illustrative in all respects and not restrictive.
1: 입력부
2: 전극모듈
20: 자극 전극
21: 탐지 전극
22: 절연체
23: LED
3: 제어부
30: 영상 분석부
31: 자극 최적화부
32: 전류 출력부1: input
2: electrode module
20: stimulation electrode
21: detection electrode
22: insulator
23: LED
3: Control
30: image analysis unit
31: stimulus optimization unit
32: current output unit
Claims (10)
대상자의 두피에 전류 자극을 가할 수 있는 다수의 전극모듈 및
입력된 뇌 영상을 기반으로 타겟 지점을 파악하고, 파악된 타겟 지점에 따라 최적의 전극모듈을 하나 이상 선정하며, 상기 타겟 지점에서 목표 전자기장이 형성되도록 최적화된 자극 파라미터를 기반으로 상기 전극모듈에 자극 전류 신호를 출력하는 제어부를 포함하는 고정밀 전류 뇌자극 장치.
an input unit receiving a brain image of a subject;
A plurality of electrode modules that can apply electric current stimulation to the subject's scalp and
A target point is identified based on the input brain image, one or more optimal electrode modules are selected according to the identified target point, and stimulation is applied to the electrode module based on the optimized stimulation parameters to form a target electromagnetic field at the target point. A high-precision current brain stimulation device comprising a control unit for outputting a current signal.
상기 전극모듈은,
상기 제어부로부터 자극 전류 신호가 출력되어 두피에 전류 자극을 가하는 자극 전극 및
상기 전류 자극에 따라 뇌파 신호를 측정하는 탐지 전극을 포함하는 고정밀 전류 뇌자극 장치.
According to claim 1,
The electrode module is
a stimulation electrode outputting a stimulation current signal from the control unit to apply current stimulation to the scalp; and
A high-precision current brain stimulation device comprising a detection electrode for measuring an EEG signal according to the current stimulation.
상기 제어부는,
개인별 뇌 영상을 기반으로 타겟 지점을 파악하고, 파악된 타겟 지점에 따라 최적의 전극모듈을 도출하여 선정하는 영상 분석부;
상기 전극모듈에 상기 타겟 지점에서 목표 전자기장이 형성되도록 최적화된 자극 파라미터를 이용하여 자극 전류 파형을 도출하는 자극 최적화부 및
상기 전극모듈에 상기 자극 전류 파형에 따라 상기 자극 전류 신호를 출력하는 전류 출력부를 포함하는 고정밀 전류 뇌자극 장치.
3. The method of claim 2,
The control unit is
an image analysis unit for identifying a target point based on individual brain images, and deriving and selecting an optimal electrode module according to the identified target point;
a stimulation optimizing unit for deriving a stimulation current waveform using stimulation parameters optimized to form a target electromagnetic field at the target point in the electrode module; and
A high-precision current brain stimulation apparatus including a current output unit for outputting the stimulation current signal to the electrode module according to the stimulation current waveform.
상기 자극 최적화부는,
상기 전류 출력부를 통해 상기 전극모듈에서 전류 자극이 가해지도록 제어하고, 상기 탐지 전극으로부터 상기 뇌파 신호를 수신 받아 고유 주파수를 검출하며, 검출된 고유 주파수를 자극 파라미터에 적용하는 것을 특징으로 하는 고정밀 전류 뇌자극 장치.
4. The method of claim 3,
The stimulus optimization unit,
High-precision current brain, characterized in that controlling the current stimulation to be applied from the electrode module through the current output unit, receiving the EEG signal from the detection electrode to detect a natural frequency, and applying the detected natural frequency to the stimulation parameter stimulation device.
상기 자극 최적화부는,
상기 전극모듈에 상기 자극 전류 신호의 출력으로 이루어지는 3차원 공간의 전자기장 생성 시뮬레이션에 의해서, 상기 타겟 지점에 목표 전자기장이 형성되었는지 판단하는 것을 특징으로 하는 고정밀 전류 뇌자극 장치.
4. The method of claim 3,
The stimulus optimization unit,
A high-precision current brain stimulation apparatus, characterized in that it is determined whether a target electromagnetic field is formed at the target point by means of a simulation of generating an electromagnetic field in a three-dimensional space comprising the output of the stimulation current signal to the electrode module.
상기 자극 최적화부는,
상기 전극모듈에 의해 생성되는 전자기장을 통해 소정 위치(r)에 가해지는 전계값 E(r)을 구하고, 구해진 전계값 E(r)을 기초로 상기 전극모듈의 전자기장 분포를 파악하여 상기 타겟 지점에 목표 전자기장이 형성되었는지 판단하는 것을 특징으로 하는 고정밀 전류 뇌자극 장치.
6. The method of claim 5,
The stimulus optimization unit,
The electric field value E(r) applied to a predetermined position (r) is obtained through the electromagnetic field generated by the electrode module, and the electromagnetic field distribution of the electrode module is determined based on the obtained electric field value E(r) to the target point. A high-precision current brain stimulation device, characterized in that it is determined whether a target electromagnetic field is formed.
상기 자극 최적화부는,
상기 타겟 지점에 목표 전자기장이 형성되도록 상기 자극 파라미터를 조정하여 상기 전극모듈로 출력되는 상기 자극 전류 신호를 변화시키는 것을 특징으로 하는 고정밀 전류 뇌자극 장치.
7. The method of claim 6,
The stimulus optimization unit,
A high-precision current brain stimulation apparatus, characterized in that the stimulation current signal output to the electrode module is changed by adjusting the stimulation parameter so that a target electromagnetic field is formed at the target point.
입력부가 대상자의 뇌 영상을 입력 받는 뇌영상 입력단계;
제어부가 입력된 뇌 영상을 기반으로 타겟 지점을 파악하는 타겟지점 분석단계;
상기 제어부가 상기 타겟 지점에 따라 최적의 전극모듈을 하나 이상 선정하는 전극 선정단계 및
상기 제어부가 상기 타겟 지점에서 목표 전자기장이 형성되도록 최적화된 자극 파라미터를 기반으로 상기 전극모듈에 자극 전류 신호를 출력하는 자극 제어단계를 포함하는 고정밀 전류 뇌자극 방법.
In the brain stimulation method using a high-precision current brain stimulation device,
a brain image input step in which an input unit receives a brain image of a subject;
a target point analysis step in which the controller identifies a target point based on the input brain image;
an electrode selection step in which the control unit selects one or more optimal electrode modules according to the target point; and
and a stimulation control step of outputting, by the controller, a stimulation current signal to the electrode module based on a stimulation parameter optimized to form a target electromagnetic field at the target point.
상기 자극 전류 신호가 출력된 전극모듈로부터 이루어지는 3차원 공간의 전자기장 생성 시뮬레이션에 의해서, 상기 타겟 지점에 목표 전자기장이 형성되었는지 판단하는 자극 조정단계를 더 포함하고,
상기 자극 조정단계는,
상기 타겟 지점에 목표 전자기장이 형성되도록 자극 파라미터를 조정하여 상기 전극모듈로 출력되는 자극 전류 신호를 변화시키는 것을 특징으로 하는 고정밀 전류 뇌자극 방법.
9. The method of claim 8,
The method further comprises a stimulus adjustment step of determining whether a target electromagnetic field is formed at the target point by a simulation of generating an electromagnetic field in a three-dimensional space from the electrode module to which the stimulation current signal is output,
The stimulus adjustment step is
A high-precision current brain stimulation method, characterized in that the stimulation current signal output to the electrode module is changed by adjusting the stimulation parameters so that a target electromagnetic field is formed at the target point.
A computer-readable storage medium in which a computer program for providing a high-precision current brain stimulation method according to claim 8 or 9 is recorded.
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- 2021-04-26 KR KR1020210053454A patent/KR102592993B1/en active IP Right Grant
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