KR20230091118A - 멀티 채널 두개내압 검출 및 모니터링을 위한 시스템 및 방법과 멀티 채널 디바이스 - Google Patents

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호드리구 지 아우부케르키 파셰쿠 안드라지
데우스데디트 리뉴 스파비에리 주니어
세르지우 마스카레냐스 올리베이라
카이오 키오시 미야자키
헬더 에이키 오시로
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브레인케어 데젠보우비멘투 이 이노바상 테크놀로지카 에스.아.
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Abstract

본 발명은 비침습적 멀티 채널 두개내압 검출 및 모니터링 시스템 및 방법을 설명한다. 본 발명은 더 정밀하게 사용자의 두개내압의 결과를 얻기 위해 두개골의 체적 변화의 멀티 채널 검출 및 복수의 센서로부터 오는 신호를 처리하기 위한 솔루션을 제시한다. 이를 위해, 본 발명은 고정 구조로 배치되고 처리 유닛과 통신하는 사용자의 머리에 위치된 복수의 센서를 제안한다. 이러한 센서는 또한 검출 결과에 기여할 수 있는 보조 센서를 가질 수 있다. 본 발명은 의학, 생의학, 신경과학, 물리량 측정 및 전기공학 분야에 속한다.

Description

멀티 채널 두개내압 검출 및 모니터링을 위한 시스템 및 방법과 멀티 채널 디바이스
본 발명은 비침습적 멀티 채널 두개내압(intracranial pressure,ICP) 검출 및 모니터링을 위한 솔루션을 설명하며, 생체 인식 유닛을 통해 추가 신호를 검출할 수 있도록 하는 것 외에 전역적(global) 분석 및 국지화된(localized) 분석 모두를 허용하기 때문에, 검출된 결과에서 더 높은 정밀도를 추구하고 신호 검출에서 더 큰 유연성을 허용한다. 본 발명은 의학, 생의학, 신경과학, 물리량 측정 및 전기공학 분야에 속한다.
종래 기술에 존재하는 기존의 두개내압 모니터링 방법은 측정을 수행하기 위해 두개골 내로 침투하여 이를 통해 삽입하고 카테터의 경질막을 삽입하는 것을 포함한다. 이 고도로 침습적인 절차는 두개내 혈종 촉진, 뇌부종 악화, 조직(parenchyma) 손상, 뇌내 출혈 및 두개내 감염 촉진의 위험을 포함하며, 후자는 수술 후 1주일 이상 모니터링되는 환자에서 가장 흔한 합병증이다. 언급된 모든 단점을 고려할 때, 두개골 내 침투로 인해 발생하는 합병증을 제거하는 최소한의 침습적 방법으로 ICP를 모니터링해야 할 필요성은 이 중요한 생리적 매개변수에 대한 새로운 연구 분야를 개척하고 있기 때문에 임상적으로 매우 중요하다. 따라서 ICP 형태의 정확한 결과를 얻을 수 있도록 환자 두개골의 체적 변화를 검출할 수 있는 디바이스를 개발할 필요가 있다.
또한 비침습적 방식으로 ICP를 측정할 수 있는 기술도 일부 있지만, 이러한 기술의 대부분은 주파수 응답/임펄스 응답의 개념을 통해 측정을 수행하고, 당업자는 두개 상자(cranial box)에 있는 알려진 신호와 두개 상자를 통해 이동한 후 이 신호를 판독하는 것과 함께 주입된 신호와 수신된 신호의 비율이 만들어지도록 처리한다. 이것은 특허 WO9202174 및 US2009234245의 경우에 해당하며, 그 외 다수의 경우이다. 이로부터 판독 신호의 최종 수정을 통해 ICP 측정을 수행할 수 있도록 표준화 및 캘리브레이션이 수행된다. 그러나 이러한 개념은 환자 두개골의 한 영역에서만 정확한 방식으로 ICP 측정을 수행하므로 다른 영역에서 압력이 증가하면 시스템이 이를 식별할 수 없다.
또한 혈압 수준이나 환자의 머리에서 순환하는 뇌척수액을 측정하는 시스템이 있으며 이러한 기술 중 다수는 가속도계를 사용하여 이 측정을 수행한다. 따라서 시스템은 측정된 압력을 환자의 두개내압과 관련시킨다. 그러나 이러한 시스템은 두개내압을 직접 측정하지 않기 때문에 신호 측정에서 손실이 있기 쉽다. 이러한 유형의 시스템은 특허 US2016081608에서 검증되었다.
따라서 특허 WO2013041973 및 WO2019087148의 경우와 같이 체적 변화/두개골 변형을 통해 ICP를 측정하는 시스템이 있다. 이러한 솔루션에서 시스템은 두개골의 체적 변화를 식별하는 센서를 사용하므로 이 변화를 ICP의 형태의 결과로 본다. 이러한 시스템은 위에서 언급한 다른 시스템과 달리 두개골이 극도로 단단하고 고정된 구조가 아니기 때문에 두개골 상자가 환자의 두개내압에 따라 변형을 수행한다는 사실에 기반한다. 그러나 이러한 솔루션은 이 신호는 환자 두개골의 여러 영역에서 동시에 추출되기 때문에 ICP의 멀티 채널 획득 형태 신호 가능성을 가져오지 않는다.
따라서, 조사된 문헌으로부터 알 수 있는 바에 따르면, 본 발명의 교시를 예상하거나 제안하는 어떠한 문헌도 발견되지 않았으며, 따라서 여기에서 제안된 해결책은 종래 기술에 대해 신규성 및 진보성을 갖는다.
이러한 방식으로, 본 발명은 사용자의 머리에 배치된 복수의 생체 인식 유닛(1)에 의해 검출된 다중 신호의 통합으로부터의 종래 기술의 문제를 해결하여 검출된 ICP 형태로부터 결과의 여러 가능성을 시각화하는 것을 목표로 한다. 생체 인식 유닛(1)은 환자 머리의 뚜렷한 영역에 배치되어 처리 유닛(2)에 동시에 측정값을 제공한다.
이러한 의미에서, 본 발명은 이러한 매개변수를 기반으로 다양한 분석을 수행할 수 있도록 전역적인 방식으로 위치한 생체 인식 유닛으로부터 사용자와 관련된 다른 매개변수의 수집 및 처리를 가능하게 하는 것 외에도 비침습적 방식으로 두개내압 신호의 캡처를 위한 데이터 획득의 정확도를 향상시키는 것을 목표로 한다. 두개골 주위의 서로 다른 위치에서 여러 센서에 의해 검출된 ICP의 형태를 시각화하면 얻은 결과에서 더 높은 정밀도와 신뢰성을 얻을 수 있다.
또한, 본 발명은 추가 신호가 ICP 계산시 보상되거나 채널 품질 검증에 사용될 수 있도록 체적 변화/두개골 변형에 대한 추가 신호를 획득하기 위한 적어도 하나의 센서로 구성된 생체 인식 유닛(1)를 제공함으로써, 측정에 간섭이 있는지 확인할 수 있도록 한다.
제1 목적에서, 본 발명은 두개골 변형으로부터 사용자의 비침습적 멀티 채널 두개내압 검출 및 모니터링을 위한 시스템으로서, 사용자의 머리에 위치할 수 있고 적어도 하나의 처리 유닛(2)과 통신하는 복수의 생체 인식 유닛(1)을 포함하는 두개내압 검출 및 모니터링 디바이스 - 상기 처리 유닛(2)은 각 생체 인식 유닛(1)으로부터 신호를 판독하고 처리하기 위한 통신 인터페이스(2.2)와 통신하는 프로세서(2.1)를 포함함 - ; 및 상기 두개내압 검출 및 모니터링 디바이스의 상기 처리 유닛(2)과 작동 가능하게 통신하는 수신기를 포함하는, 두개내압의 검출 및 모니터링을 위한 장치를 나타낸다.
제2 목적에서, 본 발명은 비침습적 멀티 채널 두개내압 검출 및 모니터링 디바이스로서, 적어도 하나의 처리 유닛(2)과 통신하는 복수의 생체 인식 유닛(1) - 상기 처리 유닛(2)은 각각의 생체 인식 유닛(1)으로부터 신호를 판독하고 처리하기 위한 통신 인터페이스(2.2)와 통신하는 프로세서(2.1)를 포함함 - ; 및 사용자의 머리에 위치할 수 있는 적어도 하나의 고정 구조(3) - 상기 복수의 생체 인식 유닛(1)은 상기 고정 구조(3)를 따라 방사상으로 분포됨 - 을 포함하는, 비침습적 멀티 채널 두개내압 검출 및 모니터링 디바이스를 나타낸다.
제3 목적에서, 본 발명은 i) 사용자의 머리에 위치할 수 있는 복수의 생체 인식 유닛(1)을 포함하는 두개내압 검출 및 모니터링 디바이스에 의해, 두개골 변형과 관련된 다중 신호를 검출하는 단계; ii) 통신 인터페이스(2.2)에 의해, 프로세서(2.1)로 전송된 두개골 변형과 관련된 하나 이상의 신호, 두개골 변형과 관련된 다중 신호를 수신하는 단계 - 상기 통신 인터페이스(2.2) 및 상기 프로세서(2.1)는 상기 처리 유닛(2)에 포함됨 - ; 및 iii) 프로세서(2.1)에 의해, 두개내압 신호를 생성하는 두개골 변형과 관련된 하나 이상의 신호를 처리하는 단계를 포함하는, 두개골 변형으로부터 사용자의 비침습적 멀티 채널 두개내압 검출 및 모니터링을 위한 방법을 나타낸다.
본 발명의 이러한 목적 및 기타 목적은 당업자에 의해 즉시 이해될 것이며 이하에서 상세하게 설명될 것이다.
본 특허 출원의 내용을 더 잘 정의하고 명확히 하기 위해 다음 도면들이 표시된다.
도 1은 비침습성 두개내압 검출 디바이스의 일 실시예를 도시한다.
도 2는 고정 구조(3)에 의해 조정된 두개내압 검출 디바이스의 실시예를 도시한다.
도 3은 복수의 센서를 포함하는 생체 인식 유닛(1)으로 구성된 두개내압 검출 디바이스의 실시예를 도시한다.
도 4는 생체 인식 유닛의 가능한 실시예의 측면도를 도시한다.
도 5는 생체 인식 유닛의 가능한 실시예의 측면도를 도시한다.
도 6은 보조 센서의 위치를 강조한 생체 인식 유닛의 가능한 실시예를 도시한다.
도 7a 및 7b는 혈량 측정을 수행하는 센서의 동작을 도시한다.
도 8은 사용자 머리의 상이한 위치에서 혈량 측정 센서(1.4)에서 얻은 신호의 다른 곡선을 도시한다.
도 9a는 복수의 생체 인식 유닛(1)을 할당하기 위한 캡이 있는 가능한 실시예를 도시한다. 도 9b는 생체 인식 유닛(1)이 상호 연결된 캡이 있는 다른 실시예를 도시한다. 도 9c는 생체 인식 유닛(1)을 누르는 상부 구조를 갖는 캡의 실시예를 도시한다.
도 10a 내지 10h는 상이한 변위 변환기 대안을 갖는 복수의 센서를 포함하는 생체 인식 유닛의 실시예를 도시한다.
도 11은 블록들 사이의 에너지 및 정보 흐름도를 강조하는 시스템 토폴로지의 가능한 실시예를 도시한다.
도 12는 복수의 채널 및 아날로그/디지털 변환기를 강조한 시스템 아키텍처의 가능한 실시예를 도시한다.
도 13은 채널 수의 확장을 허용하는 구성에서 복수의 채널 및 아날로그/디지털 변환기를 강조한 시스템 아키텍처의 가능한 실시예를 도시한다.
도 14는 주변 센서 및 생체 인식 유닛으로부터 정보 획득을 통해 수행되는 멀티 채널 처리의 사용을 강조한 블록 다이어그램을 도시한다.
도 15는 사람 머리의 상이한 위치에서 얻은 여러 ICP 형태 곡선을 도시한다.
도 16은 멀티 채널 처리로 인한 비침습적 측정으로 얻은 ICP 형태 곡선을 도시한다.
도 17은 채널 품질 지수를 계산하기 위한 실시예의 대표적인 흐름도를 도시한다.
도 18은 변위 신호에 대한 혈량 측정 신호의 영향을 나타내는 예시적인 그래프를 도시한다.
도 19a는 2개의 신호 획득을 위한 예시적인 블록 다이어그램을 도시하고, 도 19b는 획득한 파형을 도시한다.
도 20a는 두 신호 간의 지연을 보상하기 위한 예시적인 블록 다이어그램을 도시하고, 도 20b는 결과 신호의 파형을 도시한다.
도 21a는 신호 중 하나의 리샘플링 및 보간에 대한 예시적인 블록 다이어그램을 도시하고, 도 21b는 결과 신호의 파형을 도시한다.
다음 설명은 예로서 제공되며 본 발명의 범위를 제한하지 않으며 본 특허 출원의 목적을 보다 명확하게 이해하게 할 것이다.
본 발명의 목적을 위해, "두개골의 체적 변화" 또는 "두개골 변형"은 사용자의 두개내압 변화로부터 두개골 상자가 받는 변형을 말한다. 이 변형은 양수일 수도 있고 음수일 수도 있으며, 즉, 팽창과 후퇴가 모두 발생할 수 있다.
제1 목적에서, 본 발명은 두개골 변형으로부터 사용자의 비침습적 멀티 채널 두개내압 검출 및 모니터링을 위한 시스템으로서, 상기 시스템은 사용자의 머리에 위치할 수 있고 적어도 하나의 처리 유닛(2)과 통신하는 복수의 생체 인식 유닛(1)을 포함하는 두개내압 검출 및 모니터링 디바이스 - 상기 처리 유닛(2)은 각 생체 인식 유닛(1)으로부터 신호를 판독하고 처리하기 위한 통신 인터페이스(2.2)와 통신하는 프로세서(2.1)를 포함함 - ; 및 상기 두개내압 검출 및 모니터링 디바이스의 상기 처리 유닛(2)과 작동 가능하게 통신하는 수신기를 포함한다.
본 발명의 목적상, "멀티 채널"은 여기에서 제안된 솔루션이 두개내압과 관련된 신호를 포착할 수 있는 하나 이상의 센서 장치와 함께 작동하여 사용자의 머리의 다른 영역에서 두개골 변형의 신호를 얻는다는 사실을 의미한다. 이러한 신호 획득은 모두 동시에 발생하거나 병렬로 작동하거나 하나 이상의 센서가 순차적으로 작동하는 동기식으로 작동할 수 있다.
복수의 생체 인식 유닛(1)은 다수의 센서를 포함하는 것으로 정의되며, 그 중 적어도 하나는 두개골의 체적 변화를 검출하고 연속적으로 작용할 수 있으며, 사용자의 머리를 따라 방사형으로 퍼지고 두개골의 여러 영역에서 적시 두개내압을 검출하기 위해 일정한 간격으로 또는 특정 지점에 위치할 수 있는 감각 장치에 가해지는 기계적 힘을 전기 신호로 변환할 수 있다. 일 실시예에서, 생체 인식 유닛(1)은 변위 센서(1.1)를 포함한다. 이러한 변위 센서(1.1)는 양수 및 음수 모두의 기계적 부하를 검출할 수 있으며, 용량성, 유도성, 광학, 압전, 저항 및/또는 초음파, 광섬유, 간섭계, 레이더, 두개골 생체 임피던스 변형 또는 이러한 기술의 조합을 통해 ICP 변화로 인한 기계적 에너지를 전기 에너지로 변환할 수 있다.
일 실시예에서, 비침습적 멀티 채널 두개내압 검출 디바이스는 고정 구조(3)를 따라 분포된 복수의 생체 인식 유닛(1)을 구비하며, 이는 비침습 방식으로 두개골 주위에서 조정될 수 있다.
일 실시예에서, 생체 인식 유닛(1)은 접촉 센서(1.2)를 포함한다. 이 센서의 한 가지 기능은 변위를 수신하는 머리 부분과 각각의 생체 인식 유닛(1)의 접촉 품질 및 인터페이스에 대한 정보를 제공하여 예를 들어 인간 피부와의 접촉을 확인하는 것이다. 이 절차는 머리카락과 같은 생체 인식 유닛(1)와 피부 사이의 중간 재료로 인해 접촉이 제대로 이루어지지 않아 발생하는 오류 또는 부정확성을 줄인다. 일 실시예에서, 접촉 센서(1.2)는 온도 센서이고, 예를 들어, 획득된 온도 데이터로부터, 온도가 인간 피부 예상 온도에 가까운지 여부를 확인할 수 있다. 온도 센서를 통해 시스템의 여러 채널 사이의 온도 변화를 측정하고 계산하여 환자 머리의 여러 지점에서 온도를 확인할 수도 있다. 다른 실시예에서, 접촉 센서(1.2)는 (신체의 자연적 기원의) 시스템 채널들 사이의 상대적 전위를 얻기 위해 더 빠르고 더 동적인 응답으로 작동하는 전기적 생체전위 센서이다. 다른 실시예에서, 접촉 센서(1.2)는 생체 인식 유닛의 변위 센서(1.1)와 사용자의 머리 사이의 상대적 접촉의 변화를 검출하기 위해 시간에 따라 변하는 채널의 상대 임피던스를 계산하기 위해 저강도 전류가 채널 사이에 인가되는 연속 전기 생체 임피던스 센서이다.
일 실시예에서, 복수의 생체 인식 유닛(1)은 혈량 측정 센서(1.4)를 포함한다. 이 센서에는 발광기(1.4a)와 광검출기(1.4b)가 장착되어 있으며, 사용자 머리의 특정 위치에서 말초 두개골외 혈액 순환(6)을 검출하여 데이터를 사용하는 기능이 있어, 이들 데이터를 이용하여 예를 들면 변위 센서(1.1)에서 얻은 데이터에서 가능한 노이즈를 제외함으로써 더 나은 ICP 형태를 얻는다. 센서 동작은 혈액에 존재하는 옥시헤모글로빈 세포에서 특정 파장의 빛 반사에 의존하며, 이 반사는 광검출기(1.4b)에 의해 획득되며 이러한 세포의 수에 비례한다.
일 실시예에서, 복수의 생체 인식 유닛(1)은 관성 센서(1.5)를 포함한다. 센서는 운동 에너지를 전기 에너지로 변환하는 프로세스를 통해 공간을 정의하는 3개의 직교 방향에서 선형 속도 변화를 측정할 수 있는 3개의 가속도계를 특징으로 하는 9 자유도 IMU(1.5); 각도 운동의 변화를 통해 공간을 정의하는 3개의 직교 방향으로 회전을 측정할 수 있는 3개의 자이로스코프; 및 예를 들어 홀 효과에 중점을 둔 물리적 현상을 통해 공간을 정의하는 3개의 직교 방향에서 자기장의 변화를 측정할 수 있는 3개의 자력계가 있다.
일 실시예에서, 복수의 생체 인식 유닛(1)은 ICP 형태 측정을 최적화하기 위해 보완 데이터를 갖는 주변 조건을 모니터링하는 기능을 하는 복수의 추가적인 내장된 센서를 포함한다. 이 복수의 내장된 센서는 예를 들어, 대기 습도를 측정할 수 있는 습도계; 환자 모니터링 환경의 대기압을 측정할 수 있는 기압계; 주변 온도를 측정할 수 있는 온도계; 생체 인식 유닛(1)에 도시된 관성 센서(1.5)에 의해 사용되는 것과 유사한 토폴로지를 갖는 임베디드 관성 센서; 또는 이들의 조합을 포함한다.
상기 처리 유닛(2)은 프로세서(2.1) 및 통신 인터페이스(2.2)를 포함한다. 상기 통신 인터페이스(2.2)는 프로세서 자체(2.1) 또는 개별 구성요소로서 구현되는 모든 하드웨어 또는 소프트웨어 구성요소로서, 모든 생체 인식 유닛(1)로부터 신호를 수신하고 프로세서(2.1)로 전달할 수 있다. 일 실시예에서, 통신 인터페이스(2.2)는 생체 인식 유닛(1)의 변위 센서(1.1)로부터 모든 신호를 수신한다. 이 실시예에서, 생체 인식 유닛(1)의 보조 센서로부터의 신호는 프로세서 또는 다른 통신 인터페이스를 통해 직접 전달된다.
일 실시예에서, 프로세서(2.1)는 선택기 요소에 의해 생체 인식 유닛(1)으로부터 하나 이상의 신호를 선택한다. 이를 통해 선택기 요소는 신호를 전역적으로, 국소적으로 또는 정시에(punctually) 처리 및/또는 분석할 수 있다. 전역적으로는 모든 신호를 읽고 처리한다는 사실을 나타내고; 국소적으로는 두개골의 하나 이상의 특정 영역에 있는 몇 가지 신호를 나타내고; 정시에는 단일 센서에서 오는 신호를 나타낸다. 또한, 선택기 요소는 프로세서(2.1)에 의해 제어되므로 프로세서(2.1)는 채널 선택 명령을 상기 선택기 요소로 전송한다. 또한, 이 채널 선택 명령은 장치 또는 시스템 외부의 구성 요소, 예를 들어 수신기 자체 또는 시스템 운영자에 의해 발행될 수 있다.
일 실시예에서, 상기 선택기 요소는 하나 이상의 채널을 선택할 수 있는 하드웨어 또는 소프트웨어 구성요소일 수 있다. 일 실시예에서, 선택기 요소는 프로세서(2.1) 자체의 프로그래밍을 통해 구현되는 소프트웨어 구성 요소이며, 프로세서(2.1)로부터 명령을 수신하면 판독 또는 처리될 채널을 선택한다. 예를 들어 선택기 요소는 채널 활성화/비활성화이다. 다른 실시예에서, 상기 선택기 요소는 채널 분리를 위해 미리 구성된 디지털 필터이다.
일 실시예에서, 프로세서(2.1)는 생체 인식 유닛(1) 및 환경 센서로부터 디지털 신호로서 복수의 신호를 수신한다. 따라서, 이 실시예에서, 통신 인터페이스(2.2)는 모든 생체 인식 유닛(1)으로부터 오는 신호를 수신하고 변환하기 위해 상이한 토폴로지로 배치될 수 있는 복수의 아날로그/디지털 변환기를 포함한다. 토폴로지가 설정되는 방식은 처리 유닛(2)에서 동시에 획득하는 생체 인식 유닛(1)의 수를 정의하여 더 높은 정보 정확도를 가능하게 한다.
프로세서(2.1)는 두개내압을 모니터링하고 관리하기 위한 시스템에 대한 운영자의 요구에 따라 두개골의 체적 변화를 측정하기 위해 여러 가지 방법으로 복수의 변위(1.1), 접촉(1.2), 혈량 측정(1.4), 관성(1.5) 및 환경 센서들에 의해 수신된 신호들을 처리하도록 복수의 생체인식유닛(1)과 내장된 환경센서에 의해 생성된 모든 신호를 수신하는 것을 목적으로 한다. 일 실시예에서, 복수의 생체 인식 유닛(1)으로부터 수신된 신호는 프로세서(2.1)에 의해 병렬로 처리된다. 다른 실시예에서, 복수의 생체 인식 유닛(1)으로부터 수신된 신호는 프로세서(2.1)에 의해 직렬로 처리된다. 다른 실시예에서, 두개내압 모니터링 및 검출 시스템의 운영자에 의해 정의된 신호만이 프로세서(2.1)에 의해 처리된다. 시스템 운영자가 선택한 신호 처리에는 최적화된 ICP 형태 곡선을 얻기 위해 개별 및 공동 수학적 및 통계적 조작이 포함된다. 또한 수행되는 처리는 생체 인식 유닛(1)에서 제공하는 신호와 관련된 하나 이상의 파형 생성을 의미한다.
일 실시예에서, 처리 유닛(2)은 복수의 생체 인식 유닛(1)에 존재하는 하나 이상의 센서로부터 하나 이상의 신호의 획득을 수행하고 각 채널의 개별 처리를 수행하며, 여기서 각 채널은 하나 이상의 생체 인식 유닛(1)으로 간주된다. 이러한 처리된 신호는 환자의 ICP 형태를 모니터링하기 위해 관심 있는 데이터를 최적화하고 미리 결정된 통신 프로토콜로 작동하는 송신기를 통해 전송된다.
일 실시예에서, 프로세서(2.1)는 두개내압 신호로부터 접촉 센서(1.2), 혈량 측정 센서(1.4) 및/또는 관성 센서(1.5)로부터의 신호를 감쇠시키는 신호 보상 도구를 포함한다. 이러한 의미에서 프로세서(2.1)는 접촉, 혈량 측정 및 움직임 신호를 사용하여 두개골 변형 신호를 간섭할 수 있는 모든 노이즈를 감쇠하여 보상한다.
일 실시예에서, 프로세서(2.1) 또는 수신기는 채널 신호 품질 지수 생성 도구를 포함하고, 상기 도구는 두개내압 검출 및 모니터링 디바이스의 각 생체 인식 유닛(1)에 대한 변위 센서(1.1), 접촉 센서(1.2), 혈량 측정 센서(1.4) 및/또는 관성 센서(1.5)로부터 오는 신호로부터 품질 지수를 생성한다. 따라서, 예를 들어, 생체 인식 유닛(1)의 위치가 잘못된 것과 같이 검출된 변위 신호에 간섭 요소가 발생했는지 여부를 확인하는 것 외에도 접촉, 혈량 측정 및/또는 움직임 신호가 환자 두개골의 일반적인 체적 변화에 기여하는 것을 나타내는 지수가 각 채널에 할당된다. 그런 다음 각 채널의 지수에 각 채널의 변위 센서(1.1)에서 검출된 변위 신호를 곱하여 각 채널의 측정 품질을 확인할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 처리 유닛(2)은 처리된 두개골 변형 신호를 수신하여 수신기로 전송하기 위해 프로세서(2.1)와 통신하는 송신기를 갖는다. 일 실시예에서, 이 송신기는 유선 통신 보드이다. 다른 실시예에서, 송신기는 소정의 프로토콜을 통해 정보를 전송하는 무선 통신 보드이다.
일 실시예에서, 수신기는 데이터를 디스플레이하기 위한 디스플레이를 갖는 모니터링 유닛일 수 있는 프로세싱 유닛(2)으로부터 데이터를 수신하도록 적응된 구성요소이다. 또한 수신기는 처리 유닛(2)로부터 신호를 수신하는 클라우드 데이터베이스 장치일 수 있다. 또한, 처리 유닛(2)에 의해 전송된 신호는 다중 수신기, 예를 들어 병원/실험실 환경의 로컬 수신기 및 데이터베이스와 같은 클라우드 수신기에 제공될 수 있다.
또한, 본 발명의 목적은 비침습적 멀티 채널 두개내압 검출 및 모니터링 디바이스로서, 적어도 하나의 처리 유닛(2)와 통신하는 복수의 생체 인식 유닛(1) - 상기 처리 유닛(2)는 각각의 생체 인식 유닛(1)으로부터 신호를 판독하고 처리하기 위해 통신 인터페이스(2.2)와 통신하는 프로세서(2.1)를 포함함 - ; 및 사용자의 머리에 위치할 수 있는 적어도 하나의 고정 구조(3) - 복수의 생체 인식 유닛(1)은 고정 구조(3)를 따라 방사상으로 분포됨 - 를 포함한다. 고정 구조(3)에서 생체 인식 유닛(1)의 분포는 주변 또는 표면적으로 발생할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 처리 유닛(2)은 고정 구조(3) 상에 위치된다. 일 실시예에서, 복수의 생체 인식 유닛(1)은 고정 구조(3) 자체에 수용된 전선들에 의해 처리 유닛(2)과 통신한다. 일 실시예에서, 복수의 생체 인식 유닛(1)과 처리 유닛(2) 사이의 통신은 무선으로 발생한다.
일 실시예에서, 복수의 생체 인식 유닛(1)은 지지부(1.3)를 포함한다. 이 지지부는 생체 인식 유닛(1)에 존재하는 센서의 획득에 간섭이 없거나 최소화하는 방식으로 생체 인식 유닛(1)와 고정 구조(3) 사이를 연결하는 기능을 가지며, 고정 구조(3)와 관련하여 일정한 안정성이 확립된다.
일 실시예에서, 고정 구조(3)는 조정 디바이스(4) 및 적어도 하나의 조임 센서를 통해 상호 연결된 테이프를 포함한다. 고정 구조(3)는 환자가 취약한 상황에서 두개골의 무결성을 유지하면서 추가로 더 큰 감도를 갖는 두개골 모양에 맞게 조정될 수 있도록 하는 것을 목표로 한다. 조정 디바이스(4)는 조임 센서와 함께 헤드에 설정된 초기 압력이 ICP의 정확한 모니터링을 위한 최소 초기 조건을 충족하는지 확인하는 지표(metric) 역할을 할 수 있다. 다른 실시예에서, 고정 구조(3)는 머리의 특정 위치에 복수의 생체 인식 유닛(1)을 배치할 수 있는 캡 모양의 탄성 또는 조정 가능한 재료로 구성된다. 두 실시예 모두에서, 고정 구조(3)에 대한 생체 인식 유닛(1)의 고정은 생체 인식 유닛(1)과 연관된 지지부(1.3)를 통해 수행되어, 사용 중에 더 큰 안정성을 제공하고 작동 휴식 조건의 변화를 방지하고 모니터링 결과를 변조한다.
일 실시예에서, 생체 인식 유닛(1)은 고정 구조(3)에 결합 가능한 적어도 하나의 유닛 지지부(1.3)에 부착된 변위 센서(1.1)를 포함한다. 이 구성을 통해 유닛 지지부(1.3)가 제공하는 더 큰 안정성이 변위 센서(1.1)에도 전달될 수 있다.
추가로, 생체 인식 유닛은 적어도 하나의 접촉 센서(1.2), 적어도 하나의 혈량 측정 센서(1.4) 및 적어도 하나의 관성 센서(1.5)를 포함한다. 상기 센서는 이전에 정의된 것이다.
일 실시예에서, 접촉 센서(1.2) 및 혈량 측정 센서(1.4)는 사용자의 머리에 가장 가까운 영역인 제1 영역(A)에 배치된다. 예를 들어, 제1 영역(A)은 사용자의 머리와 접촉한다. 이러한 배치는 접촉 센서(1.2)와 혈량 측정 센서(1.4)가 모두 피부에 접촉하거나 근접하도록 촉진하기 위해 수행된다. 접촉 센서(1.2)를 사용하면 온도가 예상 인간 피부 온도에 가까운지를 검증하기 위해 변위를 수신하는 머리 부분(예: 온도 센서)과 생체 인식 유닛(1)의 접촉의 인터페이스 및 품질을 확인할 수 있으며, 이 절차는 피부와 생체 인식 유닛(1) 사이의 중간 재료(예: 머리카락)로 인해 접촉이 제대로 설정되지 않아 발생하는 오류 또는 부정확성을 감소시킨다. 혈량 측정 센서(1.4)는 혈액에 존재하는 옥시헤모글로빈 세포의 특정 파장에서 빛 반사에 따라 달라지며 결과의 정확도를 높이기 위해 환자의 머리 가까이에 배치된다.
일 실시예에서, 유닛 지지부(1.3)는 제1 영역(A)의 반대편에 배치되어 변위 센서(1.1)가 제1 영역(A)과 유닛 지지부(1.3) 사이에 배치된다.
일 실시예에서, 변위 센서(1.1)는 하나는 모바일 베이스와 유닛 지지부(1.3)인 두 개의 편평한 원통형 단부 사이에 위치한다. 접촉 센서(1.2)와 혈량 측정 센서(1.4) 모두 제1 영역(A)에 더 가까운 상기 모바일 베이스에 배치된다. 구현된 구성에서 혈량 측정 센서(1.4)의 이미터와 광검출기는 모바일 베이스의 가장 외부 표면 중앙에 배치되고, 접촉 센서(1.2)는 모바일 베이스의 외부 부분에 링 형태로 배치된다. 또한 관성 센서(1.5)는 고정 구조(3)에 더 가까운 유닛 지지부(1.3)에 배치된다.
또한, 본 발명의 목적은, 두개골 변형으로부터 사용자의 비침습적 멀티 채널 두개내압 검출 및 모니터링 방법으로서, i) 사용자의 머리에 위치할 수 있는 복수의 생체 인식 유닛(1)을 포함하는 두개내압 검출 및 모니터링 디바이스에 의해 사용자의 두개골 변형과 관련된 다중 신호를 검출하는 단계, ii) 통신 인터페이스(2.2)에 의해 두개골 변형과 관련된 다중 신호를 수신하는 단계 - 두개골 변형과 관련된 하나 이상의 신호가 프로세서(2.1)로 전송되며, 통신 인터페이스(2.2) 및 프로세서(2.1)가 처리 유닛(2)에 포함됨 - ; 및 iii) 프로세서(2.1)에 의해, 두개내압 신호를 생성하는 두개골 변형과 관련된 하나 이상의 신호를 처리하는 단계를 포함한다.
일 실시예에서, 다중 신호를 검출하는 단계는 전술한 멀티 채널 검출 디바이스에 의해 수행된다. 다중 신호의 검출은 병렬로 수행될 수 있고, 즉 모든 생체 인식 유닛(1)이 동시에 또는 직렬로 동기화된 방식으로 검출을 수행한다.
일 실시예에서, 통신 인터페이스(2.2)는 생체 인식 유닛(1)의 변위 센서(1.1)로부터 모든 신호를 수신한다. 이 실시예에서, 생체 인식 유닛(1)의 보조 센서로부터의 신호는 프로세서로 직접 전달되거나 다른 통신 인터페이스를 통해 전달된다.
추가로, 방법은 선택기 요소에 의한 채널 선택 단계를 포함하며, 여기서 프로세서(2.1)는 하나 이상의 생체 인식 유닛(1)으로부터 오는 두개골 변형과 관련된 하나 이상의 신호를 선택한다. 이 채널 선택 단계를 통해 신호를 전역적으로, 국부적으로 또는 정시로 처리 및/또는 분석할 수 있다. 또한, 채널 선택 단계는 시스템 운영자의 요청에 따라 또는 사전 구성을 통해 프로세서(2.1) 자체에 의해 자율적으로 수행될 수 있으며, 프로세서(2.1)는 생체 인식 유닛(1)의 센서 중 하나에 의해 검출된 조건으로부터 하나 이상의 채널을 선택하도록 구성될 수 있다.
또한, 본 발명의 방법은 두개골 변형과 관련된 다중 신호 각각에 대해 생성되는 채널 신호 품질 지수를 생성하는 단계를 포함하며, 상기 채널 신호 품질 지수는 복수의 생체 인식 유닛(1)으로부터 오는 변위 신호, 접촉 신호, 혈량 측정 신호 및 /또는 움직임 신호들로부터 생성될 수 있다. 일 실시예에서, 이 지수는 프로세서(2.1), 수신기 또는 수신기에 연결된 외부 처리 장치에 의해 생성된다.
일 실시예에서, 검출된 변위 신호가 임의의 간섭 성분을 갖는지 여부를 검증하는 것 외에, 접촉, 혈량 측정 및/또는 움직임 신호가 환자 두개골의 일반적인 체적 변화에 기여하는 기여도를 나타내는 품질 지수가 각각의 채널에 할당된다. 그런 다음 각 채널의 지수에 각 채널의 변위 센서(1.1)에서 검출된 변위 신호를 곱하여 각 채널의 측정 품질을 확인할 수 있다. 이 지수를 고려하여 프로세서(2.1) 또는 시스템 운영자는 선택기 요소를 통해 검출 품질이 더 높은 채널, 즉 접촉, 혈량 측정 및/또는 움직임 신호의 기여도가 낮은 채널을 선택할 수 있다. 이를 통해 이러한 신호의 간섭이 적은 지점에서 두개골 변형을 측정할 수 있다.
일 실시예에서, 처리 단계에서 두개내압 신호의 생성은 생체 인식 유닛(1)에 의해 제공되는 신호와 관련된 하나 이상의 파형의 생성을 의미한다. 변위 신호로부터 ICP 형태의 파형 및 신호의 생성은 종래 기술에서 이미 사용된 개념을 따를 수 있다.
또한 이 처리 단계에서 여러 신호의 평가를 위해 수학적/통계적 도구를 적용할 수 있다. 예를 들어, 모든 생체 인식 유닛(1) 또는 사전 정의된 부분에 의해 검출된 신호의 평균을 낼 수 있다. 또한 각 영역의 생체 인식 유닛에서 획득한 신호를 기반으로 두개골의 서로 다른 영역을 참조하는 매개변수를 추출할 수 있다.
본 발명은 종래 기술에서 알려진 시스템과 달리 비침습적 방식의 멀티 채널 두개내압 디바이스를 통해 두개내압의 정확한 모니터링, 두개골의 여러 지점에서의 두개골 확장 검출을 위한 조절이 가능하고, 고정밀로 두개 내압을 얻는 방법으로, 검출된 신호를 처리하여 정확한 압력과 유체 및 데이터의 지속적인 전송을 가능하게 한다. 또한, 현재 솔루션은 두개골의 가장 큰 체적 변화를 생성하는 영역의 위치를 허용하는 것을 목표로 한다.
예
본 명세서에 제시된 예는 본 발명을 수행하는 많은 방식 중 하나를 예시하기 위한 것일 뿐, 그 범위를 제한하지 않는다.
도 1은 본 발명으로부터 파생된 수많은 변형 실시예 중 하나를 도시한다. 두개내압 검출 디바이스의 복수의 생체 인식 유닛(1)은 변위 센서(1.1)에 의해 형성되며, 이는 등간격으로 고정 구조(3) 주변에 배치되는 방식으로 배치된다. 환자의 두개골은 각 센서에 하중을 가하여 변위 센서(1.1)에 가해지는 힘(P)이 센서에 대해 법선 벡터를 형성하는 방향과 감각을 갖도록 한다. 상기 힘(P)은 양수 및 음수 모두일 수 있다는 점에 유의해야 한다. 즉, 두개골은 부피를 확장하거나 수축할 수 있다.
법선 벡터는 가해지는 모든 압력이 검출되어 전기 신호로 변환되도록 충격 영역에 수직인 힘(P)으로 정의된다.
처리 유닛(2)는 통신 인터페이스(2.2)를 가지며, 이 경우에는 복수의 생체 인식 유닛(1)에 의해 생성된 모든 신호를 병렬로 수신하는 다중 센서 아날로그 입력 컨디셔너(멀티센서 아날로그 프론트 엔드), 두개골의 변형에 의해 생성된 모든 신호를 처리하는 프로세서(2.1), 및 생성된 데이터를 수신 시스템과의 무선 통신을 통해 송수신하는 송수신기를 갖는다.
고정 구조(3)는 두개골의 변형에 의해 발생하는 모든 기계적 에너지를 다수의 생체 인식 유닛(1)에 전달하는 재료로 구성된다. 조정 디바이스(4)와 조임 센서는 도 2와 같이 두개골 주변의 고정 구조(3)를 조정하여 초기 조건 기준 및 미터 시스템으로서 사용된다.
일 실시예에서, 도 3은 고정 구조(3)에 스며드는 혈량 측정기 및 접촉 센서를 포함하는 다양한 센서로 구성된 생체 인식 유닛(1)을 도시한다. 더 많은 수의 센서를 포함하는 생체 인식 유닛(1)를 사용하면 정보를 더 잘 얻을 수 있으므로, ICP 형태의 현실에 더 가까운 추정치를 실현할 수 있다. 이 예에서 고정 구조(3)는 연성(malleable) 및 조정 가능한 스트랩의 형태를 취하여, 장치를 사용자의 머리에 적응시키고 배치할 수 있게 하며 ICP 변동으로 인한 기계적 에너지를 보다 효율적으로 전달하는 동시에 두개골이 취약한 상황에서 환자가 온전함을 유지할 수 있도록 한다.
도 4는 변위 센서(1.1)가 모바일 베이스와 유닛 지지부(1.3) 사이에 배치되도록 변위 센서(1.1), 접촉 센서(1.2)가 위치하는 모바일 베이스 및 고정 구조(3)에 부착하기 위한 유닛 지지부(1.3)로 구성된 생체 인식 유닛의 측면도를 보여주며, 이 예에서 접촉 센서(1.2)는 링 형태의 온도 센서이며 접촉하는 영역의 온도를 캡처한다. 변위 센서(1.1)는 저항성, 유도성, 용량성, 압전성일 수 있는 상이한 유형의 변환기를 통해, 및 간섭계 방법을 통해 광섬유, 레이더형 시스템 및 초음파 수신을 통한 광 신호 변화로부터 획득된 두개골에서 발생하는 기계적 에너지의 변화를 전기 에너지로 변환하는 특수한 포맷을 갖는다.
도 5는 설명된 사용자의 머리에 가장 가까운 영역인 영역(A)의 존재를 나타내는 외부 가시 센서의 위치를 강조한 생체 인식 유닛의 측면도이다. 이러한 배치는 온도 센서(1.2)와 혈량 측정 센서(1.4) 모두 머리에 가장 가까운 영역에 배치될 수 있도록 하며, 반드시 그런 것은 아니지만 바람직하게는 사용자의 피부와 접촉한다.
도 6은 도 7a 및 7b에 도시된 과정인 말초 두개골외 혈액 순환(6)의 존재를 포착하기 위해 정의된 파장에서 빛의 방출 및 획득을 수행하는 혈량 측정 센서의 위치 선택을 도시한다. 이들 도면에서, 말초 두개골외 혈액 순환(6)에 존재하는 옥시-헤모글로빈의 양은 발광기(1.4a)에 의해 이전에 방출되고 광검출기(1.4b)에 의해 획득된 빛의 양의 반사를 통해 추정될 수 있으며, 이는 언급된 유형의 세포의 양이 증가함에 따라 비례적으로 더 커진다. 이 예에서 발광체는 LED이다.
여전히 도 6에서 생체 인식 유닛의 장치 지지부(1.3)에 있는 9-자유도 IMU인 관성 센서(1.5)의 존재를 관찰할 수 있다. 실시예에서, 이 센서는 3개의 가속도계 채널, 3개의 자이로스코프 채널 및 3개의 자력계 채널로 구성되며, 머리와 이들이 위치한 각각의 생체 인식 유닛(1)의 위치 및 움직임을 측정한다. 이 구성 요소는 사지 및 센서 움직임을 획득한 ICP 형태 신호와 연관시켜 데이터를 검증 및 수정하고 보다 정확한 분석을 수행하는 데 필수적이다.
도 8은 사용자 머리의 다른 영역에서 혈량 측정 센서(1.4)를 측정한 결과 다른 곡선을 도시한다. 센서는 말초 두개골외 혈액 순환(6)에서 펄스를 획득하고 생체 인식 유닛(1)이 위치한 영역에서 환자 머리의 혈관 존재를 식별한다. 도 8에는 3개의 곡선이 예시되어 있으며, 첫 번째는 센서가 위치한 영역에 주변 순환이 없고; 두 번째는 센서가 혈관 상단에 정확히 위치하여 높은 수준의 말초 순환을 검출하고; 세 번째는 센서가 말초 순환이 있는 혈관에 가까운 영역에 있으며 그 존재를 검출하지만 강도는 낮다.
도 9a 내지 9c는 환자의 전체 머리를 따라 ICP 형태 곡선의 프로파일을 얻기 위해 고정 구조(3)로서 캡이 사용되는 예를 나타내고, 스트랩에 비해 더 넓은 영역을 덮으며, 다른 예에서 나타날 수 있다. 이 도면들에서 캡을 머리에 안전하게 조정하고 신체와 관련하여 센서의 움직임을 방지하기 위해 조정 디바이스(4)가 존재하고 처리 유닛(2)이 여전히 캡에 부착되어 있음을 알 수 있다. 도 9a에서 생체 인식 유닛(1)과 처리 유닛(2) 사이의 연결부는 캡 섬유 아래에 있다. 도 9b에서 생체 인식 유닛(1)와 처리 유닛(2) 사이의 연결은 표면적으로 캡에 배치된다. 두 실시예 모두에서, 생체 인식 유닛(1)이 캡 아래에 배치되기 때문에 도면은 예시 및 보기의 용이성을 위한 예시적인 배치를 나타낸다. 이러한 의미에서 도 9c는 환자의 머리에 대해 생체 인식 유닛(1)을 누르기 위해 캡을 덮는 추가 구조를 갖는 대안을 도시한다. 그것으로, 상기 추가 구조로 조정 디바이스(4)로부터 생체 인식 유닛(1)을 더 잘 배치/누르는 것이 가능하다.
도 10a 내지 10h는 각각의 생체 인식 유닛(1)에 포함된 모든 센서의 예를 도시한다. 그 중에서 IMU를 통한 위치 특성 뿐만 아니라 접촉 센서로서 온도, 혈량 측정 등 공통적인 획득이 있음을 관찰할 수 있다. 또한, 이들 유닛은 변위 변환기에 의해 구별되며, 이는 도 10a의 용량성 기원, 도 10b의 저항성 기원, 도 10c의 유도성, 도 10d의 압전성 기원, 도 10e에서 초음파, 도 10f에서 광섬유, 도 10g에서 간섭계, 도 10h에서 레이더 센서를 통할 수 있다.
도 11은 신호를 증폭 및 아날로그 필터링 프로세스로 보내는 여러 생체 인식 유닛(1)으로 구성된 시스템에 에너지를 공급하는 소스가 있는 디바이스의 토폴로지를 도시한다. 그런 다음 이러한 신호는 프로세서(2.1)에서 해석할 수 있는 디지털 신호로 변환되며 처리된 데이터는 적격(qualified)의 수신기로 전송된다. 이 토폴로지에서는 관성(1.5) 및 혈량 측정(1.4) 센서에서 발생하는 원래의 디지털 신호가 프로세서로 직접 전송되며 사용된 기술로 인해 변환 및 전처리 프로세스를 거칠 필요가 없다. 관성 센서(1.5) 및 혈량 측정기(1.4)의 신호도 프로세서(2.1)로 전달되기 전에 아날로그/디지털 변환기를 통과하는 대안도 있다.
도 12는 도 11에 도시된 토폴로지가 적용된 시스템의 아키텍처를 도시하며, 헤드의 상이한 위치에 위치한 여러 채널의 존재를 강조한다. 각 채널 신호는 통신 인터페이스(2.2)로 전송되기 전에 아날로그 처리 단계, 이 경우 증폭 및 필터링을 거칩니다. 통신 인터페이스(2.2)에는 여러 개의 아날로그/디지털 변환기가 제공되어 모든 생체 인식 유닛(1)에서 나오는 신호가 디지털로 변환된다. 도 12의 이 토폴로지에서는 변위 센서 신호(1.1)만 통신 인터페이스(2.2)의 아날로그/디지털 변환기를 통과한다.
프로세서(2.1)는 변위 변환기의 신호 외에도 각 생체 인식 유닛(1)로부터 혈량계, 관성 센서(1.5), 접촉 센서(1.2)로부터 디지털 신호를 수신하고 추가로 온도계, 기압계, 습도계 및 관성 센서와 같은 내장된 센서를 사용하여 환경 조건을 특성화하는 신호를 캡처한다. 모든 정보는 프로세서에서 수집 및 처리되며 특정 수신기로 데이터를 보내기 위해 송신기로 전송된다.
여전히 도 12의 이 예에서 생체 인식 유닛은 프로세서에 의해 채널에 따라 정렬되어 주어진 유닛의 변위(1.1), 접촉(1.2), 혈량 측정(1.4) 및 관성(1.5) 센서 생체 인식은 특정 채널(예를 들어, 채널 1)에 할당된다. 따라서 프로세서는 도 12에 표시된 것처럼 접촉(1.2), 혈량 측정(1.4) 및 관성(1.5) 센서가 변위 센서(1.1)와 함께 인터페이스(2.2)를 통과하지 않더라도 각각의 생체 인식 유닛의 서로 다른 센서의 모든 신호를 주어진 채널에 연결하는 클러스터링을 수행한다. 이 예는 여기에서 청구된 목적을 제한하지 않기 위해 본 발명의 개념을 재현하기 위한 시스템 토폴로지의 무수한 가능성 중 하나를 보여주는 것으로 간주되어야 한다.
도 13은 도 12와 유사한 예를 보여주지만 더 많은 수의 아날로그-디지털 변환기를 포함하는 통신 인터페이스(2.2)를 사용하여 더 많은 수의 아날로그 채널을 읽기 위한 데이지 체인 구성을 형성하여 최적화된 ICP 형태 곡선을 생성하기 위해 채널 수가 증가함에 따라 더 많은 양의 정보를 획득한다. 이 구성에서 16개의 8채널 아날로그/디지털 변환기는 다중 변위 센서(1.1), 접촉 센서(1.2)와 같은 보조 생체 인식 센서, 혈량 측정 센서(1.4), 관성 센서( 1.5) 및 주변 센서를 포함하여 128개 까지의 센서들을 동기화하여 판독할 수 있다.
도 14는 최적화된 ICP 형태 곡선을 얻을 수 있는 생체 특성 및 환경에 대한 더 많은 정보를 얻는 것을 목표로, 개별적으로 획득되고 컨디셔닝되어 각 채널의 각 센서의 멀티 채널 처리를 수행하기 위해 프로세서로 보내지는 복수의 센서를 각각 나타내는 여러 채널의 존재를 강조한 블록 다이어그램을 도시한다.
도 15는 환자의 복수의 생체 인식 유닛(1)에 의해 검출된 모든 신호를 포함하는 그래프를 나타낸다. 이 그래프에서는 두개골 변형과 관련된 변위 신호는 처리되어 변위 대 시간으로 표현된다.
도 16은 처리 유닛(2)에 의해 처리된 모든 신호의 결과 평균을 갖는 통계적 처리의 예의 그래프를 나타내며, 변위 대 시간으로 표현된다.
본 발명의 시스템은 모든 생체 인식 유닛에 의해 검출된 신호에 기초하여 각각의 채널에 대한 채널 신호 품질 지수를 생성할 수 있다. 상기 지수는 프로세서(2.1) 또는 디바이스 외부의 구성 요소에 의해 생성될 수 있으며 시스템 운영자의 지시를 받을 수도 있다.
따라서 변위 신호 자체를 고려하는 것 외에도 접촉, 혈량 측정 및/또는 움직임 신호가 사용자 두개골의 일반적인 체적 변화에 기여하는 것을 나타내는 지수가 각 채널에 할당된다. 그런 다음 각 채널의 지수에 각 채널의 변위 센서(1.1)에서 검출된 변위 신호를 곱하여 각 채널의 측정 품질을 확인할 수 있다. 아래 방정식은 이러한 지수의 사용 예를 도시한다.
Figure pct00001
여기서 n은 채널 표시자, Dn는 변위 센서(1.1)의 측정값, QSn은 채널 n의 품질 지수를 나타내며, 접촉(1.2), 혈량 측정(1.4) 및 관성(1.5) 센서들의 기여로 표현되는 비선형 방정식이다. 지수의 생성은 도 17의 순서도를 사용하여 표현될 수 있다.
QSn 채널 품질 지수의 계산은 생체 인식 유닛 n에서 판독한 신호 및/또는 매개변수를 고려한다. 표현을 위해 일반적으로 QSn 지수는 다음 식에 따라 계산할 수 있다.
Figure pct00002
여기서,
Figure pct00003
등의 구성 요소는 생체 인식 유닛 n의 센서가 읽는 신호 및/또는 매개변수이다. "a", "b", "c", "d", "e", "f" 등의 용어는 이론적으로, 실험적으로 및/또는 기계 학습 기술로 설정할 수 있는 계수이다. 실험적 또는 기계 학습의 경우 계수는 예비 생체 내 실험에서 설정된다. 이 예는 여기에 사용된 기호에 국한되지 않고 생체 인식 유닛에서 판독할 수 있는 다른 기호 및/또는 매개 변수를 포함할 수 있다는 점을 언급할 가치가 있다.
변위, 접촉, 혈량 측정 및 움직임 신호가 있는 예에서 QSn 품질 지수를 얻기 위한 방정식은 다음과 같이 설명할 수 있다.
Figure pct00004
여기서, PPG ampm : 혈량 측정 신호 진폭; PPG dcn : 평균 혈량 측정 신호 레벨; D ampn : 변위 신호 진폭; D dcn : 변위 신호의 평균 레벨; Gyro Xn : 자이로스코프 X축 신호; Gyro Yn :: 자이로스코프 Y축 신호;Gyroz n :: 자이로스코프 Z축 신호; Mag Xn : 자력계 X축 신호; Mag Yn : 자력계 Y축 신호; Mag Zn : 자력계 Z축 신호; Acc Xn : 가속도계 X축 신호; Acc Yn : 가속도계 Y축 신호; Acc Zn : 가속도계 Z축 신호; Cont n : 접촉 센서 신호.
비선형 방정식을 사용하여 QSn지수를 계산하는 대안도 있으며, 계수는 다음 형식으로 설명된다.
Figure pct00005
동일한 경우에, 생체 인식 유닛에 의해 판독된 신호 및/또는 매개변수는 다음과 같이 기록될 수 있으며, 혈량 측정 센서 진폭 신호만이 예시되고, 다른 모든 것에 적용 가능하다.
Figure pct00006
따라서, 이 지수를 고려하여 프로세서(2.1) 또는 시스템 운영자는 선택기 요소를 통해 예를 들어 사용자의 머리에 대한 생체 인식 유닛(1)의 잘못된 배치로 인해 발생할 수 있는 변위 신호로부터의 간섭이 적은 것 외에도 검출 품질이 더 높은 채널, 즉 접촉, 혈량 측정 및/또는 움직임 신호로부터 기여도가 낮은 채널을 선택할 수 있다. 이를 통해 이러한 신호의 간섭이 적은 지점에서 두개골 변형을 측정할 수 있다.
따라서 프로세서(2.1)에는 접촉(1.2), 혈량 측정(1.4) 및 관성(1.5) 센서에 의해 검출된 기여도를 감쇠시키는 것을 목표로 하는 신호 보정 도구가 있다. 사용자 머리의 상이한 영역에서 혈량 측정 센서(1.4)의 측정 결과 곡선을 보여주는 도 8의 예를 보면, 이러한 측정을 사용하여 측정에서 구성 요소 또는 노이즈를 제거할 수 있다.
혈량 측정 센서(1.4)에서 얻은 신호를 통해 생체 인식 유닛(1)에서 얻은 ICP 형태 신호에 말초 두개골외 혈액 순환(6)의 추가 구성 요소가 있는지 여부를 추론할 수 있다. 이 추가 구성 요소는 비침습적 ICP 곡선에 부정적인 영향을 미칠 수 있다. 예에서, 말초 두개골외 혈액 순환(6)의 상당한 기여가 검출되는 경우, ICP 형태의 말초 혈액 순환에서 이 성분의 존재를 빼거나/감소시키기 위해 문제의 생체 인식 유닛(1)으로부터 획득된 ICP 형태 신호의 영향은 수행된 최종 분석에서 감소된다.
이 예에서 상기 보상 도구는 계산된 QSn품질 지수를 사용한다. 혈량 측정 신호의 영향만을 고려하여 도 8과 같이 생체 인식 유닛의 3개 채널(1)을 사용했으며, 여기서 1 - 말초 순환이 없음; 2 - 말초 순환의 영향이 큼; 및 3 - 말초 순환의 중간 정도의 영향을 나타낸다. 이런 의미에서 QSn지수는 다음과 같이 임의로 할당할 수 있다: QS1 = 1.0; QS2 = 0; 및 QS3 = 0.1. 변위 신호에 대한 이러한 말초 순환 신호의 영향에 대한 예시적인 보기는 ICPNI 신호가 두개내압의 형태를 나타내는 도 18에서 볼 수 있다. 분명히 D2와 D3의 신호는 D1에서 수집한 신호와 다르다.
이 예에서는 혈량 측정 신호만 다루었지만 분명히 이 프로세스는 생체 인식 유닛에서 수집한 다른 신호에 적용할 수 있다.
이 경우 시스템의 생체 인식 유닛(1)의 여러 신호 간의 계산 및 비율을 가능하게 하기 위해 수신된 신호의 처리 및 동기화 단계가 수행된다. 서로 다른 신호는 서로 다른 시간과 획득 속도로 수신될 수 있다. 각 센서와 프로세서(2.1) 간의 통신 지연은 신호가 시간적으로 동기화되도록 보상된다. 수집 속도가 가장 낮은 신호는 보간을 통해 리샘플링 프로세스를 거쳐 포인트 수를 늘리고 수집 속도가 가장 높은 신호와 포인트별로 동기화한다.
이 단계를 예시하고 설명하기 위해 획득 속도가 서로 다르고 두 센서 사이에 시간 지연이 있는 두 개의 센서에서 수집한 두 개의 신호가 고려된다. 신호 획득은 도 19a의 다이어그램을 통해 표시되고, 신호 1의 X 및 Y 구성 요소는 2000 샘플/초의 속도로 샘플링되고 신호 2의 X 및 Y 구성 요소는 5ms의 시간 지연으로 1000 샘플/초의 속도로 샘플링된다. 파형은 도 19b에서 볼 수 있다.
그런 다음 도 20a의 다이어그램과 도 20b의 파형에서 볼 수 있는 것처럼 두 신호 간의 지연 보상이 수행된다. 따라서 시간적 보상 후 샘플링 레이트가 가장 낮은 신호를 보간하는 과정을 거치는데, 이 경우 스플라인(spline)을 사용하여 나머지 포인트를 계산하여 샘플링 레이트가 가장 높은 신호와 동일한 포인트 수의 신호가 된다. 이 단계는 도 21b에 표시된 파형과 함께 도 21a의 블록 다이어그램을 통해 확인할 수 있다.
이러한 맥락에서, 본 발명 개념의 개시로부터 당업자는 단지 위에서 예시한 것과 동일하지 않은 본 발명을 실현하는 다른 방법을 고려할 수 있을 것이지만, 그러한 형태의 상업적 사용은 첨부된 청구 범위에 속하는 것으로 간주될 수 있다.

Claims (15)

  1. 두개골 변형으로부터 사용자의 비침습적 멀티 채널 두개내압 검출 및 모니터링을 위한 시스템으로서,
    a. 사용자의 머리에 위치할 수 있고 적어도 하나의 처리 유닛(2)과 통신하는 복수의 생체 인식 유닛(1)을 포함하는 두개내압 검출 및 모니터링 디바이스 - 상기 처리 유닛(2)은 각 생체 인식 유닛(1)으로부터 신호를 판독하고 처리하기 위한 통신 인터페이스(2.2)와 통신하는 프로세서(2.1)를 포함함 - ; 및
    b. 상기 두개내압 검출 및 모니터링 디바이스의 상기 처리 유닛(2)과 작동 가능하게 통신하는 수신기를 포함하는, 시스템.
  2. 제1항에 있어서, 상기 통신 인터페이스(2.2)는 각각의 생체 인식 유닛(1)으로부터 신호를 수신하고, 상기 프로세서(2.1)는 선택기 요소에 의해 하나 이상의 생체 인식 유닛(1)으로부터 신호를 선택하는, 시스템.
  3. 제1항에 있어서, 상기 생체 인식 유닛(1)은 적어도 하나의 변위 센서(1.1), 적어도 하나의 접촉 센서(1.2), 적어도 하나의 혈량 측정 센서(1.4) 및 적어도 하나의 관성 센서(1.5)를 포함하는, 시스템.
  4. 제3항에 있어서, 상기 프로세서(2.1)는 두개내압 신호에서, 상기 접촉 센서(1.2), 혈량 측정 센서(1.4) 및/또는 관성 센서(1.5)로부터 신호를 감쇠시키는 신호 보상 도구를 포함하는, 시스템.
  5. 제3항에 있어서, 상기 프로세서(2.1) 또는 상기 수신기는 채널 신호 품질 지수 생성 도구를 포함하고, 상기 도구는 상기 두개내압 검출 및 모니터링 디바이스의 각 생체 인식 유닛(1)에 대한 상기 변위 센서(1.1), 접촉 센서(1.2),혈량 측정 센서(1.4) 및/또는 관성 센서(1.5)로부터 오는 신호로부터 품질 지수를 생성하는, 시스템.
  6. 비침습적 멀티 채널 두개내압 검출 및 모니터링 디바이스로서,
    a. 적어도 하나의 처리 유닛(2)과 통신하는 복수의 생체 인식 유닛(1) - 상기 처리 유닛(2)은 각각의 생체 인식 유닛(1)으로부터 신호를 판독하고 처리하기 위한 통신 인터페이스(2.2)와 통신하는 프로세서(2.1)를 포함함 - ; 및
    b. 사용자의 머리에 위치할 수 있는 적어도 하나의 고정 구조(3) - 상기 복수의 생체 인식 유닛(1)은 상기 고정 구조(3)를 따라 방사상으로 분포됨 - 을 포함하는, 멀티 채널 디바이스.
  7. 제6항에 있어서, 상기 처리 유닛(2)은 상기 고정 구조(3) 상에 위치되는, 멀티 채널 디바이스.
  8. 제6항에 있어서, 상기 생체 인식 유닛(1)은 상기 고정 구조(3)와 연관될 수 있는 적어도 하나의 유닛 지지부(1.3)에 부착된 적어도 하나의 변위 센서(1.1)를 포함하는, 멀티 채널 디바이스.
  9. 제8항에 있어서, 상기 생체 인식 유닛(1)은 적어도 하나의 접촉 센서(1.2), 적어도 하나의 혈량 측정 센서(1.4) 및 적어도 하나의 관성 센서(1.5)를 더 포함하는, 멀티 채널 디바이스.
  10. 제9항에 있어서, 상기 접촉센서(1.2)와 상기 혈량 측정 센서(1.4)는 사용자의 머리에 가까운 제1영역(A)에 배치된, 멀티 채널 디바이스.
  11. 제10항에 있어서, 상기 제1영역(A)은 상기 유닛 지지부(1.3)맞은편에 위치하며, 상기 변위센서(1.1)는 상기 제1영역(A)과 상기 유닛 지지부(1.3) 사이에 배치된, 멀티 채널 디바이스.
  12. 두개골 변형으로부터 사용자의 비침습적 멀티 채널 두개내압 검출 및 모니터링을 위한 방법으로서,
    a. 사용자의 머리에 위치할 수 있는 복수의 생체 인식 유닛(1)을 포함하는 두개내압 검출 및 모니터링 디바이스를 통해, 사용자의 두개골 변형과 관련된 다중 신호를 검출하는 단계;
    b. 통신 인터페이스(2.2)에 의해 두개골 변형에 관한 다중 신호를 수신하는 단계 - 두개골 변형에 관한 하나 이상의 신호가 프로세서(2.1)로 전송되며, 통신 인터페이스(2.2) 및 상기 프로세서(2.1)는 처리 유닛(2)에 포함됨 - ; 및
    c. 상기 프로세서(2.1)에 의해 두개내압 신호를 생성하는 두개골 변형과 관련된 하나 이상의 신호를 처리하는 단계를 포함하는, 방법.
  13. 제12항에 있어서, 선택기 요소에 의한 채널 선택 단계를 더 포함하고, 상기 프로세서(2.1)는 하나 이상의 생체 인식 유닛(1)으로부터 오는 두개골 변형과 관련된 하나 이상의 신호를 선택하는, 방법.
  14. 제12항에 있어서, 상기 생체 인식 유닛(1)은 적어도 하나의 변위 센서(1.1), 적어도 하나의 접촉 센서(1.2), 적어도 하나의 혈량 측정 센서(1.4) 및 적어도 하나의 관성 센서(1.5)를 포함하는, 방법.
  15. 제12항에 있어서, 상기 두개골 변형과 관련된 상기 다중 신호 각각에 대해 생성되는 채널 신호 품질 지수를 생성하는 단계를 더 포함하고, 상기 채널 신호 품질 지수는 복수의 생체 인식 유닛(1)으로부터 오는 변위 신호, 접촉 신호, 혈량 측정 신호 및/또는 움직임 신호로부터 생성되는, 방법.
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