KR20220153148A - Apparatus and method for analysis of neural signals based on variance analysis - Google Patents
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Abstract
Description
분산분석 기반 뇌파 분석 장치 및 방법과 관련된다.It relates to an apparatus and method for analyzing EEG based on analysis of variance.
뇌파 분석을 통해 뇌의 메커니즘을 이해하는 것은 매우 중요하다. 이것은 학문적인 의미뿐만 아니라 뇌 관련 질병 치료에도 직접적인 영향을 미치며, 실생활에 다양하게 활용될 수 있다. 예를 들어 뇌전증이 뇌의 어느 영역에서 발생하는지 분석하여 수술 영역을 정확하게 해줄 수 있다. 또한 뇌파를 분석하여 움직임 의도를 예측할 수 있고, 이에 따라 사지마비 환자가 자신의 의도에 따라 로봇을 제어할 수 있게 해준다. 또한 감각을 느끼지 못하거나 앞을 못 보는 사람에게 뇌에 전기 자극을 주어 감각을 느끼거나 앞을 볼 수 있게 해줄 수 있다.Understanding brain mechanisms through EEG analysis is very important. This not only has an academic meaning, but also directly affects the treatment of brain-related diseases, and can be used in various ways in real life. For example, by analyzing which area of the brain epilepsy occurs, it can pinpoint the surgical area. In addition, by analyzing brain waves, movement intentions can be predicted, and accordingly, quadriplegic patients can control the robot according to their intentions. In addition, electrical stimulation to the brain can give a person who is blind or unable to feel sensations or see ahead.
뇌파는 주파수 영역에 따라 다른 특성을 가지며, 시간에 따라 뇌의 영역 별로 다른 신호가 발생한다. 예를 들어 왼손을 움직일 때는 우측 운동피질에서 8~13Hz의 알파파와 13~30Hz의 베타파의 파워가 감소하고, 움직임이 끝나면 알파파와 베타파의 파워가 증가하게 된다. 이를 각각 event-related desynchronization (ERD), event-related synchronization (ERS)라고 한다. 또한 오른손을 움직일 때는 왼쪽 운동피질에서 알파파와 베타파의 파워가 감소하고, 발이나 얼굴 등을 움직일 때는 해당 뇌 영역의 뇌파가 변하게 된다. EEG has different characteristics depending on the frequency domain, and different signals are generated for each brain region over time. For example, when the left hand is moved, the power of 8-13Hz alpha waves and 13-30Hz beta waves in the right motor cortex decreases, and when the movement ends, the power of alpha and beta waves increases. These are called event-related desynchronization (ERD) and event-related synchronization (ERS), respectively. In addition, when the right hand is moved, the power of alpha and beta waves in the left motor cortex decreases, and when the foot or face is moved, the EEG in the corresponding brain area changes.
시간-주파수 분석 방법은 이러한 뇌파 특성을 분석하기에 매우 유용한 방법이다. 시간-주파수 분석이란 시간 영역에서 표현되는 뇌파를 주파수 영역으로 변환하여 시간에 따라 각 주파수별로 세기가 어떻게 변화하는지를 나타낸다. 시간-주파수 분석에서 행은 주파수를 열을 시간을 나타내며, 색으로 신호의 세기를 나타낸다. 이러한 시간-주파수 분석은 매우 유용하여 다양한 뇌 연구에 기본적인 분석으로 활용되어 오고 있다.The time-frequency analysis method is a very useful method for analyzing these EEG characteristics. The time-frequency analysis converts the brain waves expressed in the time domain into the frequency domain to show how the intensity of each frequency changes over time. In time-frequency analysis, the row indicates the time in which the frequency column is the column, and the color indicates the signal strength. This time-frequency analysis is very useful and has been used as a basic analysis in various brain studies.
그러나 기존의 시간-주파수 분석 방법은 다른 조건에 따라 어떤 특성이 달라지는지 직접적으로 알기 어렵다.However, it is difficult to directly know which characteristics change according to different conditions in the existing time-frequency analysis method.
본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위하여 분산분석 기반 뇌파 분석 장치 및 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.An object of the present invention is to provide an EEG analysis apparatus and method based on analysis of variance in order to solve the above problems.
상기의 목적들을 달성하기 위하여, 분산분석 기반 뇌파 분석 장치 및 방법을 개시한다. 일 양상에 따른 뇌파 분석 장치는 다양한 조건에서 측정된 복수의 뇌파 신호를 획득하는 뇌파 획득부; 상기 획득된 복수의 뇌파 신호로부터 복수의 시간-주파수 스펙트럼을 생성하는 스펙트럼 생성부; 및 분산분석 기법을 이용하여 상기 복수의 시간-주파수 스펙트럼으로부터 시간-주파수별 신호 강도의 F 값을 산출하는 분산분석부; 를 포함할 수 있다.In order to achieve the above objects, an apparatus and method for analyzing EEG based on analysis of variance are disclosed. An EEG analysis device according to an aspect includes an EEG acquisition unit that acquires a plurality of EEG signals measured under various conditions; a spectrum generating unit generating a plurality of time-frequency spectra from the plurality of acquired EEG signals; and a variance analysis unit calculating an F value of signal intensity for each time-frequency from the plurality of time-frequency spectra using a variance analysis technique; can include
상기 뇌파 분석 장치는 상기 획득된 복수의 뇌파 신호 또는 상기 생성된 복수의 시간-주파수 스펙트럼을 상기 조건 별로 그룹핑하는 그룹핑부를 더 포함할 수 있다.The EEG analysis apparatus may further include a grouping unit for grouping the obtained plurality of EEG signals or the generated plurality of time-frequency spectra according to the condition.
상기 시간 주파수 이미지 생성부는, 단시간 푸리에 변환(Short-time Fourier transform), 웨이블릿 변환(Wavelet transform), 쌍선형 시간-주파수 분포(Bilinear time-frequency distribution), 위그너-빌 분포(Wigner-Ville distribution), 힐베르트-황 변환(Hilbert-Huang transform), 가보-위그너 분포(Gabor-Wigner distribution) 중 하나를 이용하여 상기 복수의 시간 주파수 이미지를 생성할 수 있다.The time-frequency image generator may use a short-time Fourier transform, a wavelet transform, a bilinear time-frequency distribution, and a Wigner-Ville distribution. , the Hilbert-Huang transform, and the Gabor-Wigner distribution may be used to generate the plurality of temporal frequency images.
상기 F 값은 그룹 내 분산에 대한 그룹 간 분산의 비일 수 있다.The F value may be a ratio of inter-group variance to intra-group variance.
상기 분산분석부는, 하기 수학식을 이용하여 상기 그룹 내 분산을 산출할 수 있다.The variance analysis unit may calculate the intra-group variance using the following equation.
[수학식][mathematical expression]
여기서 i는 그룹 인덱스, j는 시간-주파수 스펙트럼 인덱스, K는 그룹 개수, ni는 i번째 그룹의 시간-주파수 스펙트럼 개수, N은 총 시간-주파수 스펙트럼 개수, Y는 해당 시간 및 해당 주파수에서의 신호 강도, 는 i번째 그룹의 Y의 평균을 나타냄.where i is the group index, j is the time-frequency spectrum index, K is the number of groups, n i is the number of time-frequency spectra in the ith group, N is the total number of time-frequency spectra, and Y is the number of time-frequency spectra at that time and at that frequency. signal strength, denotes the mean of Y of the ith group.
상기 분산분석부는, 하기 수학식을 이용하여 상기 그룹 간 분산을 산출할 수 있다.The variance analysis unit may calculate the variance between the groups using the following equation.
[수학식] [mathematical expression]
여기서, i는 그룹 인덱스, K는 그룹 개수, ni는 i번째 그룹의 시간-주파수 스펙트럼 개수, Y는 해당 시간 및 해당 주파수에서의 신호 강도, 는 Y의 전체 평균, 는 i번째 그룹의 Y의 평균을 나타냄.where i is the group index, K is the number of groups, n i is the number of time-frequency spectra in the ith group, Y is the signal strength at the corresponding time and frequency, is the overall mean of Y, denotes the mean of Y of the ith group.
상기 조건은 피검체의 상태 및 측정 위치를 포함할 수 있다.The condition may include the state of the subject and the measurement location.
상기 피검체의 상태는 기분, 움직임, 움직임 상상, 건강 상태를 포함할 수 있다.The state of the subject may include mood, movement, movement imagination, and health state.
다른 양상에 따른 뇌파 분석 방법은 다양한 조건에서 측정된 복수의 뇌파 신호를 획득하는 단계; 상기 획득된 복수의 뇌파 신호로부터 복수의 시간-주파수 스펙트럼을 생성하는 단계; 및 분산분석 기법을 이용하여 상기 그룹핑된 복수의 시간-주파수 스펙트럼으로부터 시간-주파수별 신호 강도의 F 값을 산출하는 단계; 를 포함할 수 있다.An EEG analysis method according to another aspect includes acquiring a plurality of EEG signals measured under various conditions; generating a plurality of time-frequency spectra from the plurality of acquired EEG signals; and calculating an F value of signal intensity for each time-frequency from the grouped plurality of time-frequency spectra using an analysis of variance technique; can include
상기 뇌파 분석 방법은 상기 획득된 복수의 뇌파 신호 또는 상기 생성된 복수의 시간-주파수 스펙트럼을 상기 조건 별로 그룹핑하는 단계; 를 더 포함할 수 있다.The EEG analysis method may include grouping the obtained plurality of EEG signals or the generated plurality of time-frequency spectra according to the condition; may further include.
상기 복수의 시간-주파수 스펙트럼을 생성하는 단계는, 단시간 푸리에 변환(Short-time Fourier transform), 웨이블릿 변환(Wavelet transform), 쌍선형 시간-주파수 분포(Bilinear time-frequency distribution), 위그너-빌 분포(Wigner-Ville distribution), 힐베르트-황 변환(Hilbert-Huang transform), 가보-위그너 분포(Gabor-Wigner distribution) 중 하나를 이용하여 상기 복수의 시간 주파수 이미지를 생성할 수 있다.The generating of the plurality of time-frequency spectra may include a short-time Fourier transform, a wavelet transform, a bilinear time-frequency distribution, and a Wigner-Ville distribution. The plurality of temporal frequency images may be generated using one of a Wigner-Ville distribution, a Hilbert-Huang transform, and a Gabor-Wigner distribution.
상기 F 값은 그룹 내 분산에 대한 그룹 간 분산의 비일 수 있다.The F value may be a ratio of inter-group variance to intra-group variance.
상기 F 값을 산출하는 단계는, 하기 수학식을 이용하여 상기 그룹 내 분산을 산출하는 단계; 를 포함할 수 있다.Calculating the F value may include calculating the intra-group variance using the following equation; can include
[수학식][mathematical expression]
여기서 i는 그룹 인덱스, j는 시간-주파수 스펙트럼 인덱스, K는 그룹 개수, ni는 i번째 그룹의 시간-주파수 스펙트럼 개수, N은 총 시간-주파수 스펙트럼 개수, Y는 해당 시간 및 해당 주파수에서의 신호 강도, 는 i번째 그룹의 Y의 평균을 나타냄.where i is the group index, j is the time-frequency spectrum index, K is the number of groups, n i is the number of time-frequency spectra in the ith group, N is the total number of time-frequency spectra, and Y is the number of time-frequency spectra at that time and at that frequency. signal strength, denotes the mean of Y of the ith group.
상기 F 값을 산출하는 단계는, 하기 수학식을 이용하여 상기 그룹 간 분산을 산출하는 단계; 를 포함할 수 있다.Calculating the F value may include calculating the variance between groups using the following equation; can include
[수학식] [mathematical expression]
여기서, i는 그룹 인덱스, K는 그룹 개수, ni는 i번째 그룹의 시간-주파수 스펙트럼 개수, Y는 해당 시간 및 해당 주파수에서의 신호 강도, 는 Y의 전체 평균, 는 i번째 그룹의 Y의 평균을 나타냄.where i is the group index, K is the number of groups, n i is the number of time-frequency spectra in the ith group, Y is the signal strength at the corresponding time and frequency, is the overall mean of Y, denotes the mean of Y of the ith group.
상기 조건은 피검체의 상태 및 측정 위치를 포함할 수 있다.The condition may include the state of the subject and the measurement location.
상기 피검체의 상태는 기분, 움직임, 움직임 상상, 건강 상태를 포함할 수 있다.The state of the subject may include mood, movement, movement imagination, and health state.
일 실시예에 따른 뇌파 분석 장치 및 방법에 따르면, 뇌파 측정 조건에 따라 차이가 발생하는 뇌파 특성을 쉽게 확인할 수 있으며, 사용자의 기분 판단, 질병 진단 및 치료, 사용자의 움직임 의도 예측 및 로봇 제어 등에 이용할 수 있다.According to the EEG analysis device and method according to an embodiment, it is possible to easily check EEG characteristics that differ according to EEG measurement conditions, and can be used for determining a user's mood, diagnosing and treating diseases, predicting the user's movement intention, and controlling a robot. can
도 1은 예시적 실시예에 따른 뇌파 분석 장치를 도시한 도면이다.
도 2는 시간-주파수별 신호 강도의 F 값을 산출하는 방법을 설명하기 위한 예시도이다.
도 3은 움직임 상상별 뇌파 신호의 시간-주파수 스펙트럼과 F 값 시간-주파수 스펙트럼의 예시도이다.
도 4는 뇌파 측정 위치별 F 값 시간-주파수 스펙트럼의 예시도이다.
도 5는 도 4의 모든 뇌파 측정 위치별 F 값 시간-주파수 스펙트럼을 평균한 F 값 시간-주파수 스펙트럼의 예시도이다.
도 6은 시간 경과에 따른 F 값의 토포그래피(topography)의 예시도이다.
도 7은 예시적 실시예에 따른 뇌파 분석 장치를 도시한 도면이다.
도 8은 예시적인 실시예들에서 사용되기에 적합한 컴퓨팅 장치를 포함하는 컴퓨팅 환경을 예시하여 설명하기 위한 도면이다.
도 9는 예시적 실시예에 따른 뇌파 분석 방법을 도시한 도면이다.
도 10은 예시적 실시예에 따른 뇌파 분석 방법을 도시한 도면이다.1 is a diagram illustrating an EEG analysis device according to an exemplary embodiment.
2 is an exemplary diagram for explaining a method of calculating an F value of signal strength for each time-frequency.
3 is an exemplary view of a time-frequency spectrum of an EEG signal for each motion image and a time-frequency spectrum of an F value.
4 is an exemplary view of F value time-frequency spectrum for each EEG measurement location.
FIG. 5 is an exemplary view of an F value time-frequency spectrum obtained by averaging F value time-frequency spectra for all EEG measurement locations of FIG. 4 .
6 is an exemplary diagram of a topography of F values over time.
7 is a diagram illustrating an EEG analysis device according to an exemplary embodiment.
8 is a diagram for illustrating and describing a computing environment including a computing device suitable for use in example embodiments.
9 is a diagram illustrating an EEG analysis method according to an exemplary embodiment.
10 is a diagram illustrating an EEG analysis method according to an exemplary embodiment.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예를 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다.Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In adding reference numerals to components of each drawing, it should be noted that the same components have the same numerals as much as possible even if they are displayed on different drawings. In addition, in describing the present invention, if it is determined that a detailed description of a related known function or configuration may unnecessarily obscure the subject matter of the present invention, the detailed description will be omitted.
한편, 각 단계들에 있어, 각 단계들은 문맥상 명백하게 특정 순서를 기재하지 않은 이상 명기된 순서와 다르게 일어날 수 있다. 즉, 각 단계들은 명기된 순서와 동일하게 수행될 수 있고 실질적으로 동시에 수행될 수도 있으며 반대의 순서대로 수행될 수도 있다.Meanwhile, in each step, each step may occur in a different order from the specified order unless a specific order is clearly described in context. That is, each step may be performed in the same order as specified, may be performed substantially simultaneously, or may be performed in the reverse order.
후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.Terms to be described later are terms defined in consideration of functions in the present invention, which may vary according to the intention or custom of a user or operator. Therefore, the definition should be made based on the contents throughout this specification.
제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 구성요소들은 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함하고, '포함하다' 또는 '가지다' 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.Terms such as first and second may be used to describe various components, but the components should not be limited by the terms. Terms are only used to distinguish one component from another. Singular expressions include plural expressions unless the context clearly dictates otherwise, and terms such as 'include' or 'have' refer to features, numbers, steps, operations, components, parts, or combinations thereof described in the specification. It is intended to specify that something exists, but it should be understood that it does not preclude the possibility of the existence or addition of one or more other features, numbers, steps, operations, components, parts, or combinations thereof.
또한, 본 명세서에서의 구성부들에 대한 구분은 각 구성부가 담당하는 주 기능별로 구분한 것에 불과하다. 즉, 2개 이상의 구성부가 하나의 구성부로 합쳐지거나 또는 하나의 구성부가 보다 세분화된 기능별로 2개 이상으로 분화되어 구비될 수도 있다. 그리고 구성부 각각은 자신이 담당하는 주기능 이외에도 다른 구성부가 담당하는 기능 중 일부 또는 전부의 기능을 추가적으로 수행할 수도 있으며, 구성부 각각이 담당하는 주기능 중 일부 기능이 다른 구성부에 의해 전담되어 수행될 수도 있다. 각 구성부는 하드웨어 또는 소프트웨어로 구현되거나 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.In addition, the division of components in the present specification is merely a classification for each main function in charge of each component. That is, two or more components may be combined into one component, or one component may be divided into two or more for each more subdivided function. In addition, each component may additionally perform some or all of the functions of other components in addition to its main function, and some of the main functions of each component are dedicated to other components. may be performed. Each component may be implemented as hardware or software, or as a combination of hardware and software.
도 1은 예시적 실시예에 따른 뇌파 분석 장치를 도시한 도면이고, 도 2는 시간-주파수별 신호 강도의 F 값을 산출하는 방법을 설명하기 위한 예시도이다.FIG. 1 is a diagram illustrating an EEG analyzer according to an exemplary embodiment, and FIG. 2 is an exemplary diagram for explaining a method of calculating an F value of signal intensity for each time-frequency.
도 1 및 도 2를 참조하면, 예시적 실시예에 따른 뇌파 분석 장치(100)는 뇌파 획득부(110), 스펙트럼 생성부(120), 그룹핑부(130) 및 분산분석부(140)를 포함할 수 있다.Referring to FIGS. 1 and 2 , an
뇌파 획득부(110)는 다양한 조건에서 측정된 복수의 뇌파 신호를 획득할 수 있다. 여기서, 조건은 피검체의 상태 및 측정 위치 등을 포함하며, 상태는 기분 상태, 움직임 상태, 움직임 상상 상태, 건강 상태 등을 포함하고, 측정 위치는 뇌파 측정 위치로서, FP1, FP2, FPz, F3, F4, F7, F8, Fz, C3, C4, Cz, T3, T4, T5, T6, P3, P4, Pz, O1, O2, Oz 등을 포함할 수 있다. 기분은 슬픔, 기쁨, 화남, 걱정, 불안, 두려움, 만족, 실망, 우울, 평안, 행복, 흥분 등을 포함할 수 있다. 움직임은 손가락 움직임, 발가락 움직임, 손 움직임, 발 움직임, 팔 움직임, 다리 움직임, 머리 움직임, 목 움직임, 눈 움직임, 혀 움직임 등을 포함할 수 있다. 움직임 상상은 손가락 움직임 상상, 발가락 움직임 상상, 손 움직임 상상, 발 움직임 상상, 팔 움직임 상상, 다리 움직임 상상, 머리 움직임 상상, 목 움직임 상상, 눈 움직임 상상, 혀 움직임 상상 등을 포함할 수 있다. 건강 상태는 정상, 경련성 질환, 두통, 뇌혈관 질환, 뇌종양, 의식장애, 뇌막염, 치매, 정신분열증 등을 포함할 수 있다.The
예를 들면, 뇌파 획득부(110)는 뇌파 측정 장치를 포함하며, 이 뇌파 측정 장치를 이용하여 다양한 조건에서 하나 또는 다수의 피검체의 뇌파 신호를 측정함으로써, 복수의 뇌파 신호를 획득할 수 있다.For example, the
다른 예를 들면, 뇌파 획득부(110)는 뇌파 신호를 측정 및/또는 저장하는 외부 장치로부터 다양한 조건에서 측정된 복수의 뇌파 신호를 수신함으로써, 복수의 뇌파 신호를 획득할 수 있다. 이때, 뇌파 획득부(110)는 유무선 통신 기술을 이용할 수 있다. 여기서 무선 통신 기술은 블루투스(bluetooth) 통신, BLE(Bluetooth Low Energy) 통신, 근거리 무선 통신(Near Field Communication, NFC), WLAN 통신, 지그비(Zigbee) 통신, 적외선(Infrared Data Association, IrDA) 통신, WFD(Wi-Fi Direct) 통신, UWB(ultra-wideband) 통신, Ant+ 통신, WIFI 통신, RFID(Radio Frequency Identification) 통신, 3G 통신, 4G 통신 및 5G 통신 등을 포함할 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.For another example, the
스펙트럼 생성부(120)는 뇌파 획득부(110)를 통해 획득한 복수의 뇌파 신호로부터 복수의 시간-주파수 스펙트럼을 생성할 수 있다. 여기서, 시간-주파수 스펙트럼은 각 시간과, 해당 시간의 각 주파수의 신호 강도를 표시할 수 있다. 따라서, 시간-주파수 스펙트럼을 통해 시간에 따라 각 주파수별로 신호 강도가 어떻게 변화하는지를 알 수 있다.The
예를 들어, 스펙트럼 생성부(120)는 시간-주파수 변환 기법 예컨대, 단시간 푸리에 변환(Short-time Fourier transform), 웨이블릿 변환(Wavelet transform), 쌍선형 시간-주파수 분포(Bilinear time-frequency distribution), 위그너-빌 분포(Wigner-Ville distribution), 힐베르트-황 변환(Hilbert-Huang transform), 가보-위그너 분포(Gabor-Wigner distribution) 등을 이용하여 각 뇌파 신호의 시간-주파수 스펙트럼을 생성할 수 있다.For example, the
그룹핑부(130)은 스펙트럼 생성부(120)에서 생성된 복수의 시간-주파수 스펙트럼을 뇌파 신호가 측정된 조건별로 그룹핑할 수 있다.The
예를 들어, 그룹핑부(130)는 획득된 복수의 뇌파 신호가 다양한 움직임 상상 하에서 측정된 뇌파 신호라면, 복수의 시간-주파수 스펙트럼을 해당 뇌파 신호가 측정된 움직임 상상의 종류에 따라 그룹핑할 수 있다.For example, if a plurality of acquired EEG signals are EEG signals measured under various motion images, the
분산분석부(140)는 분산분석 기법을 이용하여 그룹핑된 복수의 시간-주파수 스펙트럼으로부터 각 시간별로 각 주파수별로(이하, 시간-주파수별) 신호 강도의 F 값을 산출할 수 있다. 여기서, F 값은 그룹 내 분산에 대한 그룹 간 분산의 비일 수 있다. 따라서, F 값이 클수록 같은 그룹에서의 변화가 작고, 다른 그룹에서는 변화가 크다는 것을 의미할 수 있다.The
예를 들어, 도 2를 참조하면, 분산분석부(140)는 수학식 1 내지 수학식 3을 이용하여 시간-주파수별 신호 강도의 F 값을 산출할 수 있다.For example, referring to FIG. 2 , the
여기서, f는 주파수, t는 시간, i는 그룹 인덱스, j는 시간-주파수 스펙트럼 인덱스, K는 그룹 개수, ni는 i번째 그룹의 시간-주파수 스펙트럼 개수, N은 총 시간-주파수 스펙트럼 개수, Y는 해당 시간 및 해당 주파수에서의 신호 강도, 는 Y의 전체 평균, 는 i번째 그룹의 Y의 평균을 나타낼 수 있다.where f is frequency, t is time, i is group index, j is time-frequency spectrum index, K is the number of groups, n i is the number of time-frequency spectra in the ith group, N is the total number of time-frequency spectra, Y is the signal strength at that time and at that frequency, is the overall mean of Y, May represent the average of Y of the i-th group.
분산분석부(140)는 산출된 시간-주파수별 신호 강도의 F 값을 기반으로 F 값 시간-주파수 스펙트럼을 생성할 수 있다. 이때, F 값 시간-주파수 스펙트럼은 각 시간과, 해당 시간의 각 주파수의 F 값을 표시할 수 있다.The
분산분석부(140)는 산출된 시간-주파수별 신호 강도의 F 값을 기반으로 소정 값 이상의 F 값을 가지는 주파수 또는 주파수 대역을 판단하고, 판단된 주파수 또는 주파수 대역에서의 시간의 경과에 따른 F 값의 토포그래피(topography)를 생성할 수 있다.The
전술한 바와 같이, F 값이 클수록 같은 그룹에서의 변화가 작고, 다른 그룹에서는 변화가 크다는 것을 의미하므로, 이러한 F 값을 통해 조건에 따라 차이가 발생하는 뇌파 특성을 쉽게 확인할 수 있다.As described above, the larger the F value, the smaller the change in the same group and the larger the change in different groups. Therefore, the EEG characteristics that differ depending on the conditions can be easily confirmed through the F value.
따라서, F 값이 소정 값 이상이 되는 뇌파 특성, 즉, 시간, 주파수 및 신호 크기를 기분 판단, 질병 진단 및 치료, 움직임 의도 예측 및 로봇 제어 등에 이용할 수 있다.Accordingly, EEG characteristics, that is, time, frequency, and signal magnitude, in which the F value is greater than or equal to a predetermined value, can be used for mood determination, disease diagnosis and treatment, motion intention prediction, and robot control.
도 3은 움직임 상상별 뇌파 신호의 시간-주파수 스펙트럼과 F 값 시간-주파수 스펙트럼의 예시도이다. 구체적으로 도 3에서 (a)는 왼손 움직임 상상 동안 측정된 뇌파 신호의 시간-주파수 스펙트럼이고, (b)는 오른손 움직임 상상 동안 측정된 뇌파 신호의 시간-주파수 스펙트럼이고, (c)는 발 움직임 상상 동안 측정된 뇌파 신호의 시간-주파수 스펙트럼이고, (d)는 혀 움직임 상상 동안 측정된 뇌파 신호의 시간-주파수 스펙트럼이고, (e)는 시간-주파수 스펙트럼들((a), (b), (c), (d))로부터 생성된 F 값 시간-주파수 스펙트럼이다. (a) 내지 (d)에서 사용된 뇌파 신호는 동일한 피검체의 C3 위치에서 측정된 것일 수 있다.3 is an exemplary view of a time-frequency spectrum of an EEG signal for each motion image and a time-frequency spectrum of an F value. Specifically, in FIG. 3 (a) is a time-frequency spectrum of an EEG signal measured during left hand movement imagination, (b) is a time-frequency spectrum of an EEG signal measured during right hand movement imagination, and (c) is a foot movement imagination. (d) is the time-frequency spectrum of the EEG signal measured during tongue movement imagination, (e) is the time-frequency spectrum ((a), (b), ( c), F value time-frequency spectrum generated from (d)). The EEG signal used in (a) to (d) may be one measured at the C3 location of the same subject.
도 3의 (a) 내지 (d)를 참조하면, 각 움직임 상상별로 시간에 따라 어느 주파수 영역에서 신호 강도의 변화가 발생하는지는 용이하게 알 수 있다. 그러나, (a) 내지 (d)만으로는 4가지 다른 움직임 상상에 따라 어느 시간대, 어느 주파수 대에서 신호 강도의 차이가 발생하는지를 알기는 어렵다.Referring to (a) to (d) of FIG. 3 , it is easy to know in which frequency domain a change in signal intensity occurs for each motion image over time. However, it is difficult to know at which time zone and at which frequency band the difference in signal strength occurs according to the four different motion imaginations using only (a) to (d).
그러나, 도 3의 (e)에 도시된 F 값 시간-주파수 스펙트럼은 4가지 다른 움직임 상상에 따라 어느 시간대, 어느 주파수 대에서 신호 강도의 차이가 발생하는지 쉽게 알 수 있다. 도 3의 예에서 4가지 다른 움직임 상상은 8~16Hz 및 19~42Hz에서 0.55초~3.36초 사이에 차이가 발생한다는 것을 알 수 있다.However, in the F value time-frequency spectrum shown in (e) of FIG. 3, it is easy to know at which time zone and which frequency band the difference in signal strength occurs according to four different motion images. In the example of FIG. 3 , it can be seen that four different motion images have a difference between 0.55 seconds and 3.36 seconds at 8 to 16 Hz and 19 to 42 Hz.
도 4는 뇌파 측정 위치별 F 값 시간-주파수 스펙트럼의 예시도이고, 도 5는 도 4의 모든 뇌파 측정 위치별 F 값 시간-주파수 스펙트럼을 평균한 F 값 시간-주파수 스펙트럼의 예시도이고, 도 6은 시간 경과에 따른 F 값의 토포그래피(topography)의 예시도이다. 도 4는 왼손 움직임 상상, 오른손 움직임 상상, 발 움직임 상상, 혀 움직임 상상 동안 9명의 피검체 각각 22개의 위치에서 뇌파 신호를 측정하고, 각 측정 위치별로 각 피검체별로 F 값 시간-주파수 스펙트럼을 생성하고, 생성된 측정 위치별 피검체별 F 값 시간-주파수 스펙트럼을 각 측정 위치별로 모든 피검체에 대해 평균하여 해당 측정 위치에 도시한 F 값 시간-주파수 스펙트럼을 도시한다. 도 6의 (a)는 도 4의 각 뇌파 측정 위치별 F 값 시간-주파수 스펙트럼에서 17~27Hz의 F 값 평균을 산출하여 해당 뇌파 측정 위치에 표시한 토포그래피를 시간에 따라 표시한 예이고, (b)는 도 4의 각 뇌파 측정 위치별 F 값 시간-주파수 스펙트럼에서 9~15Hz의 F 값 평균을 산출하여 해당 뇌파 측정 위치에 표시한 토포그래피를 시간에 따라 표시한 예이다.4 is an exemplary diagram of an F value time-frequency spectrum for each EEG measurement location, and FIG. 5 is an exemplary diagram of an F value time-frequency spectrum obtained by averaging F value time-frequency spectra for each EEG measurement location in FIG. 4 . 6 is an exemplary view of the topography of F values over time. FIG. 4 measures EEG signals at 22 locations of each of 9 subjects during left hand motion imagination, right hand motion imagination, foot motion imagination, and tongue motion imagination, and generates F value time-frequency spectra for each subject at each measurement location. And, the generated F value time-frequency spectrum for each subject at each measurement position is averaged for all subjects at each measurement position, and the F value time-frequency spectrum shown at the corresponding measurement position is shown. (a) of FIG. 6 is an example of calculating the average of F values of 17 to 27 Hz in the F value time-frequency spectrum for each EEG measurement location in FIG. 4 and displaying the topography displayed at the corresponding EEG measurement location according to time, (b) is an example in which the average F value of 9 to 15 Hz is calculated in the F value time-frequency spectrum for each EEG measurement location in FIG. 4 and the topography displayed at the corresponding EEG measurement location is displayed according to time.
도 4를 참조하면, 측정 위치별로 전체적인 특성을 한 눈에 쉽게 확인할 수 있다. 도 4의 경우, C3, Cz 및 C4 위치에서 높은 F 값을 나타내는 것을 확인할 수 있다.Referring to FIG. 4 , overall characteristics of each measurement location can be easily checked at a glance. In the case of FIG. 4, it can be seen that high F values are exhibited at positions C3, Cz, and C4.
도 5를 참조하면, 움직임 상상별로 차이가 발생하는 주파수 및 시간에 대한 중요한 특성을 쉽게 확인할 수 있다. 도 5를 참조하면, 4가지 다른 움직임 상상은 17~27Hz와 9~15Hz에서 차이가 발생한다는 것을 확인할 수 있다.Referring to FIG. 5 , important characteristics of frequency and time at which a difference occurs for each motion image can be easily confirmed. Referring to FIG. 5 , it can be confirmed that a difference occurs between 17 to 27 Hz and 9 to 15 Hz in four different motion images.
도 6을 참조하면, 손과 발 관련 위치에서 높은 F 값을 갖는 다는 것을 확인할 수 있다.Referring to FIG. 6, it can be confirmed that the hand and foot have a high F value.
도 7은 예시적 실시예에 따른 뇌파 분석 장치를 도시한 도면이다.7 is a diagram illustrating an EEG analysis device according to an exemplary embodiment.
도 7의 뇌파 분석 장치(200)는 도 1의 뇌파 분석 장치(100)와 달리 그룹핑을 먼저 수행하고, 시간-주파수 스펙트럼을 생성할 수 있다.Unlike the
즉, 그룹핑부(210)는 뇌파 획득부(110)를 통해 획득된 복수의 뇌파 신호를 뇌파 신호가 측정된 조건별로 그룹핑하고, 스펙트럼 생성부(220)는 그룹핑부(210)는 그룹핑된 복수의 뇌파 신호로부터 복수의 시간-주파수 스펙트럼을 생성할 수 있다.That is, the
도 8은 예시적인 실시예들에서 사용되기에 적합한 컴퓨팅 장치를 포함하는 컴퓨팅 환경을 예시하여 설명하기 위한 도면이다. 도시된 실시예에서, 각 구성부들은 이하에 기술된 것 이외에 상이한 기능 및 능력을 가질 수도 있고, 컴퓨팅 환경은 이하에 기술되지 것 이외에도 추가적인 구성부를 포함할 수도 있다.8 is a diagram for illustrating and describing a computing environment including a computing device suitable for use in example embodiments. In the illustrated embodiment, each component may have different functions and capabilities other than those described below, and the computing environment may include additional components other than those described below.
도시된 컴퓨팅 환경(700)은 컴퓨팅 장치(710)를 포함할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 컴퓨팅 장치(710)는 예를 들어, 도 1 및 도 6에 도시된 뇌파 획득부(110), 스펙트럼 생성부(120, 220), 그룹핑부(130, 210), 분산분석부(140)와 같이 뇌파 분석 장치(100, 200)에 포함되는 하나 이상의 구성부를 포함할 수 있다.The illustrated
컴퓨팅 장치(710)는 적어도 하나의 프로세서(711), 컴퓨터 판독 가능 저장 매체(712) 및 통신 버스(713)를 포함할 수 있다. 프로세서(711)는 컴퓨팅 장치(710)로 하여금 앞서 언급된 예시적인 실시예에 따라 동작하도록 할 수 있다. 예컨대, 프로세서(711)는 컴퓨터 판독 가능 저장 매체(712)에 저장된 하나 이상의 프로그램들(714)을 실행할 수 있다. 하나 이상의 프로그램들(714)은 하나 이상의 컴퓨터 실행 가능 명령어를 포함할 수 있으며, 컴퓨터 실행 가능 명령어는 프로세서(711)에 의해 실행되는 경우 컴퓨팅 장치(710)로 하여금 예시적인 실시예에 따른 동작들을 수행하도록 구성될 수 있다.The
컴퓨터 판독 가능 저장 매체(712)는 컴퓨터 실행 가능 명령어 내지 프로그램 코드, 프로그램 데이터 및/또는 다른 적합한 형태의 정보를 저장할 수 있다. 컴퓨터 판독 가능 저장 매체(712)에 저장된 프로그램(714)은 프로세서(711)에 의해 실행 가능한 명령어의 집합을 포함할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 컴퓨터 판독 가능 저장 매체(712)는 메모리(랜덤 액세스 메모리와 같은 휘발성 메모리, 비휘발성 메모리, 또는 이들의 적절한 조합), 하나 이상의 자기 디스크 저장 디바이스들, 광학 디스크 저장 디바이스들, 플래시 메모리 디바이스들, 그 밖에 컴퓨팅 장치(710)에 의해 액세스되고 원하는 정보를 저장할 수 있는 다른 형태의 저장 매체, 또는 이들의 적합한 조합일 수 있다.Computer-
통신 버스(713)는 프로세서(711), 컴퓨터 판독 가능 저장 매체(712)를 포함하여 컴퓨팅 장치(710)의 다른 다양한 구성부들을 상호 연결할 수 있다.The
컴퓨팅 장치(710)는 또한 하나 이상의 입출력 장치(720)를 위한 인터페이스를 제공하는 하나 이상의 입출력 인터페이스(715) 및 하나 이상의 네트워크 통신 인터페이스(716)를 포함할 수 있다. 입출력 인터페이스(715) 및 네트워크 통신 인터페이스(716)는 통신 버스(713)에 연결될 수 있다. 입출력 장치(720)는 입출력 인터페이스(715)를 통해 컴퓨팅 장치(710)의 다른 구성부들에 연결될 수 있다. 입출력 장치(720)는 예를 들어, 포인팅 장치(마우스 또는 트랙패드 등), 키보드, 터치 입력 장치(터치패드 또는 터치스크린 등), 음성 또는 소리 입력 장치, 다양한 종류의 센서 장치 및/또는 촬영 장치와 같은 입력 장치, 및/또는 디스플레이 장치, 프린터, 스피커 및/또는 네트워크 카드와 같은 출력 장치를 포함할 수 있다. 입출력 장치(720)는 컴퓨팅 장치(710)를 구성하는 일 구성부로서 컴퓨팅 장치(710)의 내부에 포함될 수도 있고, 컴퓨팅 장치(710)와는 구별되는 별개의 장치로 컴퓨팅 장치(710)와 연결될 수도 있다.
도 9는 예시적 실시예에 따른 뇌파 분석 방법을 도시한 도면이다. 도 9의 뇌파 분석 방법은 도 1의 뇌파 분석 장치(100)에 의해 수행될 수 있다.9 is a diagram illustrating an EEG analysis method according to an exemplary embodiment. The EEG analysis method of FIG. 9 may be performed by the
도 9를 참조하면, 뇌파 분석 장치는 다양한 조건에서 측정된 복수의 뇌파 신호를 획득할 수 있다(910). 여기서, 조건은 피검체의 상태 및 측정 위치 등을 포함하며, 상태는 기분 상태, 움직임 상태, 움직임 상상 상태, 건강 상태 등을 포함하고, 측정 위치는 뇌파 측정 위치로서, FP1, FP2, FPz, F3, F4, F7, F8, Fz, C3, C4, Cz, T3, T4, T5, T6, P3, P4, Pz, O1, O2, Oz 등을 포함할 수 있다. 기분은 슬픔, 기쁨, 화남, 걱정, 불안, 두려움, 만족, 실망, 우울, 평안, 행복, 흥분 등을 포함할 수 있다. 움직임은 손가락 움직임, 발가락 움직임, 손 움직임, 발 움직임, 팔 움직임, 다리 움직임, 머리 움직임, 목 움직임, 눈 움직임, 혀 움직임 등을 포함할 수 있다. 움직임 상상은 손가락 움직임 상상, 발가락 움직임 상상, 손 움직임 상상, 발 움직임 상상, 팔 움직임 상상, 다리 움직임 상상, 머리 움직임 상상, 목 움직임 상상, 눈 움직임 상상, 혀 움직임 상상 등을 포함할 수 있다. 건강 상태는 정상, 경련성 질환, 두통, 뇌혈관 질환, 뇌종양, 의식장애, 뇌막염, 치매, 정신분열증 등을 포함할 수 있다.Referring to FIG. 9 , the EEG analysis device may acquire a plurality of EEG signals measured under various conditions (910). Here, the condition includes the state of the subject and the measurement position, etc., the state includes mood state, motion state, motion imagination state, health state, etc., and the measurement position is the EEG measurement position, FP1, FP2, FPz, F3 , F4, F7, F8, Fz, C3, C4, Cz, T3, T4, T5, T6, P3, P4, Pz, O1, O2, Oz, and the like. Mood can include sadness, joy, anger, worry, anxiety, fear, satisfaction, disappointment, depression, peace, happiness, excitement, and the like. The movement may include a finger movement, a toe movement, a hand movement, a foot movement, an arm movement, a leg movement, a head movement, a neck movement, an eye movement, a tongue movement, and the like. Imagining motion may include imagining finger motion, imagining toe motion, imagining hand motion, imagining foot motion, imagining arm motion, imagining leg motion, imagining head motion, imagining neck motion, imagining eye movement, imagining tongue movement, and the like. Health conditions may include normal, convulsive disease, headache, cerebrovascular disease, brain tumor, impaired consciousness, meningitis, dementia, schizophrenia, and the like.
예를 들면, 뇌파 분석 장치는 뇌파 측정 장치를 포함하며, 이 뇌파 측정 장치를 이용하여 다양한 조건에서 하나 또는 다수의 피검체의 뇌파 신호를 측정함으로써, 복수의 뇌파 신호를 획득할 수 있다. 또는 뇌파 분석 장치는 뇌파 신호를 측정 및/또는 저장하는 외부 장치로부터 다양한 조건에서 측정된 복수의 뇌파 신호를 수신함으로써, 복수의 뇌파 신호를 획득할 수 있다.For example, the EEG analysis device includes an EEG measuring device, and a plurality of EEG signals may be obtained by measuring EEG signals of one or more subjects under various conditions using the EEG measuring device. Alternatively, the EEG analysis device may acquire a plurality of EEG signals by receiving a plurality of EEG signals measured under various conditions from an external device that measures and/or stores the EEG signals.
뇌파 분석 장치는 획득한 복수의 뇌파 신호로부터 복수의 시간-주파수 스펙트럼을 생성할 수 있다(920). 예를 들어, 뇌파 분석 장치는 시간-주파수 변환 기법 예컨대, 단시간 푸리에 변환(Short-time Fourier transform), 웨이블릿 변환(Wavelet transform), 쌍선형 시간-주파수 분포(Bilinear time-frequency distribution), 위그너-빌 분포(Wigner-Ville distribution), 힐베르트-황 변환(Hilbert-Huang transform), 가보-위그너 분포(Gabor-Wigner distribution) 등을 이용하여 각 뇌파 신호의 시간-주파수 스펙트럼을 생성할 수 있다.The EEG analysis device may generate a plurality of time-frequency spectra from a plurality of acquired EEG signals (920). For example, the brain wave analysis device uses a time-frequency transform technique, such as a short-time Fourier transform, a wavelet transform, a bilinear time-frequency distribution, a wigner- A time-frequency spectrum of each EEG signal may be generated using a Wigner-Ville distribution, a Hilbert-Huang transform, a Gabor-Wigner distribution, or the like.
뇌파 분석 장치는 생성된 복수의 시간-주파수 스펙트럼을 뇌파 신호가 측정된 조건별로 그룹핑할 수 있다(930).The EEG analysis apparatus may group the generated plurality of time-frequency spectra for each EEG signal measured condition (930).
뇌파 분석 장치는 분산분석 기법을 이용하여 그룹핑된 복수의 시간-주파수 스펙트럼으로부터 시간-주파수별 신호 강도의 F 값을 산출할 수 있다(940). 여기서, F 값은 그룹 내 분산에 대한 그룹 간 분산의 비일 수 있다.The EEG analysis apparatus may calculate the F value of the signal intensity for each time-frequency from a plurality of time-frequency spectra grouped using the variance analysis technique (940). Here, the F value may be the ratio of variance between groups to variance within groups.
예를 들어, 뇌파 분석 장치는 수학식 1 내지 수학식 3을 이용하여 시간-주파수별 신호 강도의 F 값을 산출할 수 있다. 예를 들어, 뇌파 분석 장치는 수학식 2를 이용하여 그룹 간 분산을 산출하고, 수학식 3을 이용하여 그룹 내 분산을 산출하고, 수학식 1을 이용하여 시간-주파수별 신호 강도의 F 값을 산출할 수 있다.For example, the EEG analyzer may calculate the F value of the signal intensity for each time-
뇌파 분석 장치는 산출된 시간-주파수별 신호 강도의 F 값을 기반으로 F 값 시간-주파수 스펙트럼을 생성할 수 있다(950). 이때, F 값 시간-주파수 스펙트럼은 각 시간과, 해당 시간의 각 주파수의 F 값을 표시할 수 있다.The EEG analysis apparatus may generate an F value time-frequency spectrum based on the calculated F value of the signal intensity for each time-frequency (950). In this case, the F value time-frequency spectrum may indicate each time and the F value of each frequency of the corresponding time.
도 10은 예시적 실시예에 따른 뇌파 분석 방법을 도시한 도면이다. 도 10의 뇌파 분석 방법은 도 7의 뇌파 분석 장치(200)에 의해 수행될 수 있다.10 is a diagram illustrating an EEG analysis method according to an exemplary embodiment. The EEG analysis method of FIG. 10 may be performed by the
도 10을 참조하면, 뇌파 분석 장치 다양한 조건에서 측정된 복수의 뇌파 신호를 획득할 수 있다(1010).Referring to FIG. 10 , a plurality of EEG signals measured under various conditions of the EEG analyzer may be acquired (1010).
뇌파 분석 장치는 획득된 복수의 뇌파 신호를 뇌파 신호가 측정된 조건별로 그룹핑할 수 있다(1020).The EEG analysis device may group the acquired EEG signals according to conditions in which the EEG signals were measured (1020).
뇌파 분석 장치는 그룹핑된 복수의 뇌파 신호로부터 복수의 시간-주파수 스펙트럼을 생성할 수 있다(1030).The EEG analysis apparatus may generate a plurality of time-frequency spectra from a plurality of grouped EEG signals (1030).
뇌파 분석 장치는 분산분석 기법을 이용하여 그룹핑된 복수의 시간-주파수 스펙트럼으로부터 시간-주파수별 신호 강도의 F 값을 산출할 수 있다(1040).The EEG analysis apparatus may calculate the F value of the signal intensity for each time-frequency from a plurality of time-frequency spectra grouped using the variance analysis technique (1040).
뇌파 분석 장치는 산출된 시간-주파수별 신호 강도의 F 값을 기반으로 F 값 시간-주파수 스펙트럼을 생성할 수 있다(1050).The EEG analysis apparatus may generate an F value time-frequency spectrum based on the calculated F value of the signal intensity for each time-frequency (1050).
상술한 실시예들은 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록 매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로서 구현될 수 있다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체는 컴퓨터 시스템에 의하여 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록 장치를 포함할 수 있다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체의 예로는 ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플로피 디스크, 광 디스크 등을 포함할 수 있다. 또한, 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템에 분산되어, 분산 방식으로 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로 작성되고 실행될 수 있다.The above-described embodiments may be implemented as computer readable codes on a computer readable recording medium. A computer-readable recording medium may include all types of recording devices storing data that can be read by a computer system. Examples of computer-readable recording media may include ROM, RAM, CD-ROM, magnetic tape, floppy disk, optical disk, and the like. In addition, the computer-readable recording medium may be distributed among computer systems connected through a network, and may be written and executed as computer-readable codes in a distributed manner.
이제까지 본 발명에 대하여 그 바람직한 실시 예들을 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 범위는 전술한 실시 예에 한정되지 않고 특허 청구범위에 기재된 내용과 동등한 범위 내에 있는 다양한 실시 형태가 포함되도록 해석되어야 할 것이다.So far, the present invention has been looked at mainly with its preferred embodiments. Those skilled in the art to which the present invention pertains will be able to understand that the present invention can be implemented in a modified form without departing from the essential characteristics of the present invention. Therefore, the scope of the present invention should be construed to include various embodiments within the scope equivalent to those described in the claims without being limited to the above-described embodiments.
100, 200: 뇌파 분석 장치
110: 뇌파 획득부
120, 220: 스펙트럼 생성부
130, 210: 그룹핑부
140: 분산분석부
700: 컴퓨팅 환경
710: 컴퓨팅 장치
711: 프로세서
712: 컴퓨터 판독 가능 저장 매체
713: 통신 버스
714: 프로그램
715: 입출력 인터페이스
716: 네트워크 통신 인터페이스
720: 입출력 장치100, 200: EEG analysis device 110: EEG acquisition unit
120, 220:
140: distributed analysis unit 700: computing environment
710
712: computer readable storage medium 713: communication bus
714
716: network communication interface 720: input/output device
Claims (16)
상기 획득된 복수의 뇌파 신호로부터 복수의 시간-주파수 스펙트럼을 생성하는 스펙트럼 생성부; 및
분산분석 기법을 이용하여 상기 복수의 시간-주파수 스펙트럼으로부터 시간-주파수별 신호 강도의 F 값을 산출하는 분산분석부; 를 포함하는,
뇌파 분석 장치.an EEG acquisition unit that acquires a plurality of EEG signals measured under various conditions;
a spectrum generating unit generating a plurality of time-frequency spectra from the plurality of acquired EEG signals; and
a variance analysis unit calculating an F value of signal intensity for each time-frequency from the plurality of time-frequency spectra using a variance analysis technique; including,
EEG analysis device.
상기 획득된 복수의 뇌파 신호 또는 상기 생성된 복수의 시간-주파수 스펙트럼을 상기 조건 별로 그룹핑하는 그룹핑부; 를 더 포함하는,
뇌파 분석 장치.According to claim 1,
a grouping unit grouping the obtained plurality of EEG signals or the generated plurality of time-frequency spectra according to the condition; Including more,
EEG analysis device.
상기 시간 주파수 이미지 생성부는,
단시간 푸리에 변환(Short-time Fourier transform), 웨이블릿 변환(Wavelet transform), 쌍선형 시간-주파수 분포(Bilinear time-frequency distribution), 위그너-빌 분포(Wigner-Ville distribution), 힐베르트-황 변환(Hilbert-Huang transform), 가보-위그너 분포(Gabor-Wigner distribution) 중 하나를 이용하여 상기 복수의 시간 주파수 이미지를 생성하는,
뇌파 분석 장치.According to claim 1,
The time-frequency image generation unit,
Short-time Fourier transform, Wavelet transform, Bilinear time-frequency distribution, Wigner-Ville distribution, Hilbert-Huang transform Generating the plurality of temporal frequency images using one of a -Huang transform) and a Gabor-Wigner distribution,
EEG analysis device.
상기 F 값은 그룹 내 분산에 대한 그룹 간 분산의 비인,
뇌파 분석 장치.According to claim 1,
The F value is the ratio of the between-group variance to the within-group variance,
EEG analysis device.
상기 분산분석부는,
하기 수학식을 이용하여 상기 그룹 내 분산을 산출하는,
뇌파 분석 장치.
[수학식]
여기서 i는 그룹 인덱스, j는 시간-주파수 스펙트럼 인덱스, K는 그룹 개수, ni는 i번째 그룹의 시간-주파수 스펙트럼 개수, N은 총 시간-주파수 스펙트럼 개수, Y는 해당 시간 및 해당 주파수에서의 신호 강도, 는 i번째 그룹의 Y의 평균을 나타냄.According to claim 4,
The variance analysis unit,
Calculating the intra-group variance using the following equation,
EEG analysis device.
[mathematical expression]
where i is the group index, j is the time-frequency spectrum index, K is the number of groups, n i is the number of time-frequency spectra in the ith group, N is the total number of time-frequency spectra, and Y is the number of time-frequency spectra at that time and at that frequency. signal strength, denotes the mean of Y of the ith group.
상기 분산분석부는,
하기 수학식을 이용하여 상기 그룹 간 분산을 산출하는,
뇌파 분석 장치.
[수학식]
여기서, i는 그룹 인덱스, K는 그룹 개수, ni는 i번째 그룹의 시간-주파수 스펙트럼 개수, Y는 해당 시간 및 해당 주파수에서의 신호 강도, 는 Y의 전체 평균, 는 i번째 그룹의 Y의 평균을 나타냄.According to claim 4,
The variance analysis unit,
Calculating the variance between the groups using the following equation,
EEG analysis device.
[mathematical expression]
where i is the group index, K is the number of groups, n i is the number of time-frequency spectra in the ith group, Y is the signal strength at the corresponding time and frequency, is the overall mean of Y, denotes the mean of Y of the ith group.
상기 조건은 피검체의 상태 및 측정 위치를 포함하는,
뇌파 분석 장치.According to claim 1,
The condition includes the state of the subject and the measurement location,
EEG analysis device.
상기 피검체의 상태는 기분, 움직임, 움직임 상상, 건강 상태를 포함하는,
뇌파 분석 장치.According to claim 7,
The state of the subject includes mood, movement, movement imagination, health state,
EEG analysis device.
상기 획득된 복수의 뇌파 신호로부터 복수의 시간-주파수 스펙트럼을 생성하는 단계; 및
분산분석 기법을 이용하여 상기 복수의 시간-주파수 스펙트럼으로부터 시간-주파수별 신호 강도의 F 값을 산출하는 단계; 를 포함하는,
뇌파 분석 방법.Acquiring a plurality of EEG signals measured under various conditions;
generating a plurality of time-frequency spectra from the plurality of acquired EEG signals; and
Calculating an F value of signal intensity for each time-frequency from the plurality of time-frequency spectra using an ANOVA technique; including,
EEG analysis method.
상기 획득된 복수의 뇌파 신호 또는 상기 생성된 복수의 시간-주파수 스펙트럼을 상기 조건 별로 그룹핑하는 단계; 를 더 포함하는,
뇌파 분석 방법.According to claim 9,
grouping the obtained plurality of EEG signals or the generated plurality of time-frequency spectra according to the conditions; Including more,
EEG analysis method.
상기 복수의 시간-주파수 스펙트럼을 생성하는 단계는,
단시간 푸리에 변환(Short-time Fourier transform), 웨이블릿 변환(Wavelet transform), 쌍선형 시간-주파수 분포(Bilinear time-frequency distribution), 위그너-빌 분포(Wigner-Ville distribution), 힐베르트-황 변환(Hilbert-Huang transform), 가보-위그너 분포(Gabor-Wigner distribution) 중 하나를 이용하여 상기 복수의 시간 주파수 이미지를 생성하는,
뇌파 분석 방법.According to claim 9,
Generating the plurality of time-frequency spectra,
Short-time Fourier transform, Wavelet transform, Bilinear time-frequency distribution, Wigner-Ville distribution, Hilbert-Huang transform Generating the plurality of temporal frequency images using one of a -Huang transform) and a Gabor-Wigner distribution,
EEG analysis method.
상기 F 값은 그룹 내 분산에 대한 그룹 간 분산의 비인,
뇌파 분석 방법.According to claim 9,
The F value is the ratio of the between-group variance to the within-group variance,
EEG analysis method.
상기 F 값을 산출하는 단계는,
하기 수학식을 이용하여 상기 그룹 내 분산을 산출하는 단계; 를 포함하는,
뇌파 분석 방법.
[수학식]
여기서 i는 그룹 인덱스, j는 시간-주파수 스펙트럼 인덱스, K는 그룹 개수, ni는 i번째 그룹의 시간-주파수 스펙트럼 개수, N은 총 시간-주파수 스펙트럼 개수, Y는 해당 시간 및 해당 주파수에서의 신호 강도, 는 i번째 그룹의 Y의 평균을 나타냄.According to claim 12,
The step of calculating the F value is,
Calculating the intra-group variance using the following equation; including,
EEG analysis method.
[mathematical expression]
where i is the group index, j is the time-frequency spectrum index, K is the number of groups, n i is the number of time-frequency spectra in the ith group, N is the total number of time-frequency spectra, and Y is the number of time-frequency spectra at that time and at that frequency. signal strength, denotes the mean of Y of the ith group.
상기 F 값을 산출하는 단계는,
하기 수학식을 이용하여 상기 그룹 간 분산을 산출하는 단계; 를 포함하는,
뇌파 분석 방법.
[수학식]
여기서, i는 그룹 인덱스, K는 그룹 개수, ni는 i번째 그룹의 시간-주파수 스펙트럼 개수, Y는 해당 시간 및 해당 주파수에서의 신호 강도, 는 Y의 전체 평균, 는 i번째 그룹의 Y의 평균을 나타냄.According to claim 12,
The step of calculating the F value is,
Calculating the variance between the groups using the following equation; including,
EEG analysis method.
[mathematical expression]
where i is the group index, K is the number of groups, n i is the number of time-frequency spectra in the ith group, Y is the signal strength at the corresponding time and frequency, is the overall mean of Y, denotes the mean of Y of the ith group.
상기 조건은 피검체의 상태 및 측정 위치를 포함하는,
뇌파 분석 방법.According to claim 9,
The condition includes the state of the subject and the measurement location,
EEG analysis method.
상기 피검체의 상태는 기분, 움직임, 움직임 상상, 건강 상태를 포함하는,
뇌파 분석 방법.According to claim 15,
The state of the subject includes mood, movement, movement imagination, health state,
EEG analysis method.
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US20160128593A1 (en) * | 2014-11-06 | 2016-05-12 | Tata Consultancy Services Limited | Selection of electroencephalography (eeg) channels valid for determining cognitive load of a subject |
KR101737930B1 (en) | 2015-11-24 | 2017-05-19 | 한국과학기술연구원 | System and method for recording and visualization of social interactions and behaviors using wireless brain signal recording system |
KR20170056295A (en) * | 2015-11-13 | 2017-05-23 | 대한민국(국립재활원장) | Brain-computer interface system and method using spatial filter |
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KR20170056295A (en) * | 2015-11-13 | 2017-05-23 | 대한민국(국립재활원장) | Brain-computer interface system and method using spatial filter |
KR101737930B1 (en) | 2015-11-24 | 2017-05-19 | 한국과학기술연구원 | System and method for recording and visualization of social interactions and behaviors using wireless brain signal recording system |
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Bashar S K, Bhuiyan M I H, Classification of motor imagery movements using multivariate empirical model decomposition and short time Fourier transform based hybrid method. (2016.05.09.)* * |
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