WO2020167086A1 - 기능적 근적외선 분광기의 머리 장착용 센서 장치 - Google Patents

기능적 근적외선 분광기의 머리 장착용 센서 장치 Download PDF

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WO2020167086A1
WO2020167086A1 PCT/KR2020/002212 KR2020002212W WO2020167086A1 WO 2020167086 A1 WO2020167086 A1 WO 2020167086A1 KR 2020002212 W KR2020002212 W KR 2020002212W WO 2020167086 A1 WO2020167086 A1 WO 2020167086A1
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WO
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magnet
sensor device
sensor
head
functional near
Prior art date
Application number
PCT/KR2020/002212
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English (en)
French (fr)
Inventor
김연희
정영진
이수호
Original Assignee
성균관대학교산학협력단
동서대학교 산학협력단
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Publication date
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    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons

Definitions

  • the present invention relates to a sensor device for head-mounting of a functional near-infrared spectrometer that performs brain function measurement.
  • NIRS Near-InfRared Spectroscopy
  • fNIRS Near-InfRared Spectroscopy
  • the present invention proposes a configuration capable of reducing discomfort and pain when a patient mounts a sensor device of the near-infrared spectrometer on the head.
  • the problem to be solved by the present invention is not limited to the problem(s) mentioned above, and another problem(s) not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the following description.
  • the sensor device for head mounting of the functional near-infrared spectrometer includes a plurality of holders, and includes a mounting portion on which the subject's head is directly mounted, a plurality of sensor units respectively fixed to a plurality of holders to sense the state of the subject, and each of the plurality of sensor units Is fixed to each of the optical sensor for sensing the state of the subject, the first magnet positioned at the top of the optical sensor, the second magnet that generates repulsive force by facing the same electrode as the first magnet, and the inner side
  • the first magnet and the second magnet may include a housing.
  • the surface of the housing that is not in contact with the holder is blocked, the first magnet is in contact with the blocked surface, the optical sensor is in contact with the opposite surface of the contact surface of the first magnet, and the opposite surface of the contact surface of the optical sensor is provided. 2 magnets may be provided.
  • the position of the second magnet in the housing can be variable.
  • the housing further includes a magnetic support for fixing the second magnet
  • the housing includes an opening in a portion in contact with the magnetic support, and a portion of the magnetic support may protrude out of the housing.
  • a surface opposite to the surface fixed to the magnet support may be fixed to the optical sensor.
  • the width of the protruding portion of the magnetic support may be wider than an opening provided in a portion of the housing in contact with the magnetic support.
  • the height of the protruding portion of the magnet support may be higher than that of the non-protruding portion.
  • the magnet support may be an elastic material.
  • the first magnet and the second magnet may be a neodymium magnet.
  • each of the plurality of sensor units may be an optode sensor.
  • the height of the first magnet and the second magnet may be 1 mm or less.
  • the functional near-infrared spectrometer for measuring brain function receives and outputs the sensing result from the head mounted sensor device and the head mounted sensor device implemented based on any one of the above, and outputs the head mounted sensor device. It may include a control device for controlling the sensor device for.
  • the near-infrared spectroscopy for measuring brain function has an effect of reducing pain and a sense of heterogeneity when a patient is equipped with a sensor device of the near-infrared spectroscopy compared to the prior art, thereby improving fit.
  • the effects of the present invention are not limited to the above-mentioned effects, and various effects may be included within a range that will be apparent to a person skilled in the art from the contents to be described below.
  • FIGS. 1A and 1B are diagrams for explaining a near-infrared spectrometer according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a block diagram illustrating a sensor device of a near-infrared spectrometer according to an embodiment of the present invention.
  • 3A, 3B, and 3C are views for explaining a sensor unit of a near infrared spectrometer according to an embodiment of the present invention.
  • 4A, 4B, and 4C are views for explaining a sensor unit of a near-infrared spectrometer according to an embodiment of the present invention.
  • 5A, 5B, and 5C are views for explaining a state in which an optical sensor and a magnet of a near-infrared spectrometer according to an embodiment of the present invention are attached.
  • 6A and 6B are diagrams for explaining a sensor unit of a near-infrared spectrometer according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 is a diagram illustrating a sensor unit of a near-infrared spectrometer according to another embodiment of the present invention.
  • 8A to 8E are diagrams for explaining an experimental method of a head mounted sensor device according to an embodiment of the present invention.
  • 9A and 9B are diagrams for explaining the result of an experiment for measuring the strength of a magnet using a push-pull gauge with respect to the magnet of the sensor device for head mounting according to an embodiment of the present invention.
  • 10A and 10B are diagrams for explaining the result of an experiment for measuring the strength of the magnet using a digital scale with respect to the magnet of the sensor device for head mounting according to an embodiment of the present invention.
  • 11A and 11B are diagrams for explaining the result of an experiment for measuring the strength of the magnet using a digital scale with respect to the magnet of the sensor device for head mounting according to an embodiment of the present invention.
  • FIGS. 12A and 12B are diagrams illustrating experimental results of repulsive force measurement of a magnet of a sensor device for head mounting and a spring included in a conventional optode holder according to an embodiment of the present invention.
  • FIGS. 13A, 13B, and 13C are views for explaining the results of a trace experiment using the head mounted sensor device according to an embodiment of the present invention.
  • 14A to 14E are views for explaining the results of a motion noise experiment used for the head mounted sensor device according to an embodiment of the present invention.
  • 15 is a view for explaining a motion noise experiment results used for the head mounted sensor device according to an embodiment of the present invention.
  • first, second, A, and B may be used to describe various elements, but the elements should not be limited by the terms. These terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another component. For example, without departing from the scope of the present invention, a first element may be referred to as a second element, and similarly, a second element may be referred to as a first element.
  • the term and/or includes a combination of a plurality of related listed items or any of a plurality of related listed items.
  • FIG. 1 is a view for explaining a near-infrared spectroscope according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 1(a) is a diagram for explaining a near-infrared spectrometer according to an embodiment of the present invention by a subject for measuring brain function
  • FIG. 1(b) is a near-infrared spectrometer according to an embodiment of the present invention by a subject It is a diagram for explaining a state of wearing a sensor device of.
  • the control device 120 of the near-infrared spectroscopy 100 may display information on the brain function of the subject 150 based on the transmitted sensing information, or may output it to the outside through an additional component. Also, the control device 120 may transmit a signal for controlling the sensor device 110 to the sensor device 110 and receive status information from the sensor device 110.
  • the sensor device 110 may sense data related to the brain function of the subject 150 through the plurality of sensor units 115.
  • the sensor unit 115 is mounted on a holder attached to the sensor device 110 and may include a housing, an optical sensor, and a magnet, but the configuration included in the sensor unit 115 is not limited thereto.
  • the sensor device 160 of the near-infrared spectrometer may be mounted on a subject's head.
  • the sensor device 160 includes a holder 170 to which a plurality of sensor units may be mounted, and the sensor unit 180 may be mounted on the sensor device 160 in a manner that is fixed to each holder.
  • the present invention proposes a sensor device for head mounting of a near-infrared spectrometer of a new type including a magnet instead of a spring.
  • FIG. 2 is a block diagram illustrating a sensor device of a near-infrared spectrometer according to an embodiment of the present invention.
  • the sensor device 200 for head mounting of a near-infrared spectrometer may include a mounting unit 210 and a plurality of sensor units.
  • the mounting unit 210 includes a plurality of holders, and the subject's head may be directly mounted, and the plurality of sensor units may be fixed to the plurality of holders to sense the state of the subject.
  • each of the plurality of sensor units 220 has the same electrode as the optical sensor 221 for sensing the state of the subject, the first magnet 222 positioned on the upper end of the optical sensor 221, and the first magnet 222
  • a second magnet 223 positioned to face each other and fixed to each of a plurality of holders, and provided with an optical sensor 221, a first magnet 222, and a second magnet 223 inside, a housing (224) may be included.
  • a second magnet 223 may be provided on a surface opposite to the contact surface of the optical sensor 221.
  • the position of the second magnet 223 in the housing 224 may be variable.
  • the housing 224 further includes a magnetic support for fixing the second magnet 223, the housing 224 includes an opening in a portion in contact with the magnetic support, and a portion of the magnetic support protrudes to the outside of the housing 224 I can.
  • a surface opposite to the surface fixed to the magnet support may be fixed to the optical sensor 221.
  • the width of the protruding portion of the magnet support may be wider than an opening provided in a portion of the housing 224 in contact with the magnet support.
  • the height of the protruding portion of the magnet support may be higher than that of the non-protruding portion.
  • the magnet support may be made of an elastic material.
  • first magnet 222 and the second magnet 223 may be neodymium magnets.
  • each of the plurality of sensor units may be an optode sensor.
  • the heights of the first magnet 222 and the second magnet 223 may be 1 mm or less.
  • the head mounted sensor device 200 reduces the pressure on the contact surface of the scalp during the experiment, it can provide a high level of safety compared to the prior art. Accordingly, the subject's sense of stability can be increased and the accuracy of the measurement signal can be improved.
  • 3 and 4 are diagrams for explaining a sensor unit of a near-infrared spectrometer according to an embodiment of the present invention.
  • FIGS. 3A and 3B are front views of a sensor unit according to an embodiment of the present invention
  • Fig. 3C is a perspective view of a sensor unit according to an embodiment of the present invention.
  • the sensor unit 300 of the near-infrared spectrometer includes magnets 311 and 312 on the inner surface of the housing 310 to fix the electrode of the optical sensor.
  • the two magnets 311 and 312 are positioned so as to face each other, and the electrode is pushed with repulsive force resulting from this, thereby increasing adhesion with the scalp and minimizing stimulation of the scalp of the subject.
  • FIG. 4A is a view for explaining a sensor unit of a near-infrared spectrometer including a conventional spring configuration
  • FIG. 4B is a view for explaining a sensor unit of a near-infrared spectrometer according to an embodiment of the present invention. .
  • the height of the housing of the conventional sensor unit is 17.7 mm, whereas the height of the housing of the sensor unit according to an embodiment of the present invention is reduced to 16.5 mm.
  • 4C is a view for explaining an optical sensor according to an embodiment of the present invention. Since the height of the upper part of the optical sensor is 10mm, in the case of a conventional sensor unit, an extra 7.7mm is provided when the optical sensor is inserted into the sensor unit. This remains, but in the case of the sensor unit according to an embodiment of the present invention, since only an extra 6.5mm remains, it can be seen that the height of the empty space is reduced by about 16.6%.
  • the optode sensor is an optical sensor device, and generally refers to a sensor that optically measures a specific material through a chemical transducer.
  • the type of optical sensor applied to the near-infrared spectrometer according to an embodiment of the present invention is not limited thereto.
  • FIG. 5 is a diagram for explaining a state in which an optical sensor and a magnet of a near-infrared spectrometer according to an embodiment of the present invention are attached.
  • FIG. 5A is a plan view of a magnet attached to the upper end of the optical sensor according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 5B is a perspective view
  • FIG. 5C is a front view.
  • a magnet may be attached to the top of the optical sensor according to an embodiment of the present invention. Accordingly, one of the magnets included in the sensor unit according to an embodiment of the present invention may contact the housing and the upper end of the optical sensor, and the other magnet may contact the lower portion of the optical sensor. Meanwhile, the magnet included in the sensor unit according to an embodiment of the present invention may be a neodymium magnet having a diameter of 5 mm and a height of 1 mm in a flat cylindrical shape, but specific dimensions and types of the magnet are not limited thereto.
  • 6 and 7 are diagrams for explaining a sensor part of a near-infrared spectrometer according to another embodiment of the present invention.
  • the sensor unit according to another embodiment of the present invention may further include a magnetic support.
  • the sensor unit 600 may further include a magnet support 620
  • the housing 610 includes an opening in a portion in contact with the magnet support 620
  • the magnetic support A portion of 620 may protrude to the outside of the housing 610 through the opening.
  • the height of the magnet support 620 according to an embodiment of the present invention may be 1 mm, and the height of the support outside the housing 610 may be 3 mm, and may be implemented with a specific dimension as disclosed in FIG. 6(b),
  • the dimensions of the magnet support 620 are not limited thereto.
  • due to a portion of the magnet support 620 protruding out of the housing 610 it is possible to prevent the magnet support 620 from shaking left and right or moving diagonally when the magnet support 620 moves up and down.
  • the first magnet 720 may be fixed to the upper end of the housing 710 of the sensor unit 700, and the second magnet 730 may be fixed to the magnet support 740. At this time, the first magnet 720 and the second magnet 740 are positioned to face the same pole, thereby generating a repulsive force.
  • the sensor unit 700 may fix the electrode of the optical sensor to the scalp of the subject by using the repulsive force of the two magnets 720 and 730.
  • FIG. 8 is a view for explaining an experiment method for the head mounted sensor device according to an embodiment of the present invention.
  • magnetic strength measurement experiments were performed using push-pull gauges and digital scales.
  • FIG. 8A and 8B are diagrams for explaining a tool used in an experiment for measuring the strength of a magnet using a push-pull gauge.
  • the push-pull gauge disclosed in (a) of FIG. 8 is a tool for measuring attractive force and repulsive force, and in this experiment, it was used to measure the repulsive force of two magnets included in the sensor unit.
  • the cylinder disclosed in Fig. 8(b) was used, and the cylinder was a tool used instead of the sensor unit.
  • a magnet was fixed at the end of the cylinder and another magnet was fixed to the push-pull gauge, and the repulsive force was measured while moving the push-pull gauge.
  • the magnet used in this experiment used a total of 6 magnets 830 with diameters of 5 mm, 6 mm, 7 mm, 8 mm, 9 mm, and 10 mm, and the distance between the magnets was a cylinder marked with 2 mm intervals. Thus, measurements were taken from 4 mm to 10 mm at 2 mm intervals. Each experiment was conducted 5 times to measure average data.
  • a repulsive force between two magnets was measured using a digital scale capable of measuring up to 0.01 g.
  • the repulsive force was measured using two lead (A, C) and a digital scale (B). After fixing the digital scale (B) to the first lead (A), the magnet was fixed to the scale (B). Another magnet was fixed to the second lead (C), and the repulsive force was measured while increasing the distance between the two magnets by 1 mm from 2 mm to 10 mm.
  • a total of 6 magnets with diameters of 5 mm, 6 mm, 7 mm, 8 mm, 9 mm, and 10 mm were used, and the average data was measured by performing an experiment 5 times for each magnet.
  • the push force of the spring was measured using an optode holder using a spring, which is a conventional method.
  • an experiment for reducing motion noise of a sensor unit according to an embodiment of the present invention and an optode holder including a conventional spring was conducted.
  • the experiment was conducted on the subject's forehead as shown in (e) of FIG. 8, and a magnet having a diameter of 5 mm was used as the magnet.
  • the noise of the signal was compared using the signal measured when the head was moved using 2 sources and 1 detector.
  • One source and one detector generated one channel using an existing optode holder, and one channel was generated and measured for the remaining sources using a sensor unit according to an embodiment of the present invention.
  • Each experiment was repeated for a total of 5 times with a 20 second rest and a 20 second measurement 3 times.
  • FIG. 9 is a view for explaining the result of an experiment for measuring the strength of the magnet using a push-pull gauge with respect to the magnet of the sensor device for head mounting according to an embodiment of the present invention.
  • Figure 9 (a) is a table showing the repulsive force according to the distance between two magnets each having the same diameter
  • Figure 9 (b) is a graph showing the result of Figure 9 (a). Referring to FIG. 9, it was measured that the repulsive force of a magnet having a diameter of 5 mm is the smallest, and that of a magnet having a diameter of 8 mm is the strongest. In addition, it can be seen that when the distance between the two magnets is 10 mm apart, the magnitude of the repulsive force becomes small enough to be difficult to measure.
  • 10 and 11 are views for explaining the result of an experiment for measuring the strength of the magnet using a digital scale with respect to the magnet of the sensor device for head mounting according to an embodiment of the present invention.
  • Figure 10 (a) is a value obtained by measuring the repulsive force according to the distance between two magnets having the same diameter using a digital scale
  • Figure 10 (b) is a graph showing the results of Figure 10 (a) to be.
  • An experiment using a digital balance is to measure the repulsive force between each magnet by weight while increasing the distance between two magnets by 1 mm.
  • the unit of the measured weight is g, and 1N is about 102g, so the measured weight can be expressed by converting the measured weight value into N, which is the magnitude of the force.
  • the result of FIG. 11 can be obtained. It can be seen that the result of FIG. 11 is similar to the result of the push-pull gauge experiment of FIG. 9.
  • FIGS. 10B and 11B it can be seen that the repulsive force between the magnets increases as the diameter of the two magnets increases and the distance between the two magnets decreases.
  • FIG. 12 is a view for explaining an experiment result of measuring a repulsive force of a magnet of a sensor device for head mounting and a spring included in a conventional optode holder according to an embodiment of the present invention.
  • Figure 12 (a) is a view showing the force of the spring included in the conventional optode holder. 12 (a) and 9 (a), 10 (a), 11 (a), a magnet with a diameter of 9 mm having a repulsive force greater than the force of the spring, similar to the force of the spring A magnet with a diameter of 7 mm having a repulsive force and a magnet having a diameter of 5 mm having a repulsive force smaller than that of a spring were used in the next experiment, the trace test.
  • 12B is a graph comparing the results of measuring the repulsive force of a 5 mm magnet and the force of a spring according to the distance between both ends.
  • the distance between both ends is 2 mm, 3 mm, and 4 mm, respectively.
  • the force of the spring is greater than the repulsive force between the two magnets.
  • the distance between both ends is more than 5 mm, the length of the spring used in the experiment becomes longer than the length of the spring, so the spring force becomes zero.
  • the repulsive force of the two magnets is measured even when the distance between both ends is 10 mm.
  • the electrode of the optical sensor is fixed to the scalp of the subject using a spring, it can be seen that if the distance between the optical sensor and the scalp of the subject is short, the subject feels a greater pressure compared to when using a magnet. However, if the distance between the light sensor and the subject's scalp is 5 mm or more, the spring cannot fix the electrode of the light sensor on the subject's scalp, but if two magnets are used, the electrode of the light sensor is fixed to the subject's scalp up to 10 mm or less. You can see that you can.
  • FIG. 13 is a view for explaining the results of the test of the mark using the head mounted sensor device according to an embodiment of the present invention.
  • 13A to 13C are diagrams for comparing traces left after wearing the sensor device according to the diameter of the magnet.
  • the sensor device according to an embodiment of the present invention may be implemented using a magnet having a diameter of 5 mm or less, and in this case, it can be confirmed that there is an effect of reducing the overall size of the sensor device. have.
  • FIG. 14 and 15 are views for explaining the results of a motion noise experiment used for the head mounted sensor device according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 14 is a graph showing a result of measuring motion noise using a conventional optode holder including a spring and a sensor device according to an embodiment of the present invention.
  • Each of the first channels (ch. 1) of FIGS. 14A to 14E is a measurement result of the sensor device according to an exemplary embodiment of the present invention, and the second channels of FIGS. 14A to 14E
  • Each of the channels (ch. 2) is a measurement result of an optode holder with a conventional spring.
  • a measurement result (first channel) of a sensor device according to an embodiment of the present invention has a smaller standard deviation and dispersion than a measurement result (second channel) of an optode holder including a spring. Can be seen. Therefore, it can be seen that the sensor device according to an embodiment of the present invention induces noise reduction compared to the conventional optode holder including a spring.
  • control device 150 subject

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Abstract

본 발명은 뇌기능 계측을 수행하는 기능적 근적외선 분광기에 관한 것으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 기능적 근적외선 분광기의 머리 장착용 센서장치는 복수의 홀더를 포함하며 피험자의 머리가 직접 장착되는 장착부, 복수의 홀더에 각각 고정되어 피험자의 상태를 센싱하는 복수의 센서부를 포함하고, 복수의 센서부의 각각은 피험자의 상태를 센싱하는 광 센서, 광 센서의 상단에 위치하는 제1 자석, 제1 자석과 동일한 전극이 마주보게 위치하여 척력을 발생시키는 제2 자석 및 복수의 홀더의 각각에 고정되고, 안쪽에 광 센서, 제1 자석 및 제2 자석이 구비된, 하우징을 포함할 수 있다.

Description

기능적 근적외선 분광기의 머리 장착용 센서 장치
본 발명은 뇌기능 계측을 수행하는 기능적 근적외선 분광기의 머리 장착용 센서 장치에 관한 것이다.
근적외선 분광법(NIRS; Near-InfRared Spectroscopy)은 800nm~2500nm의 파장을 갖는 근적외선을 시료에 조사하여 흡광도에 의해 혈류량을 산출하는 기법을 의미하며, 구체적으로 생체를 투과하거나 생체 내에서 반사한 빛을 검출하여 비침습적으로 뇌, 근육 및 기타 조직 내의 헤모글로빈의 농도와 산소결합을 검출할 수 있는 영상 기술을 의미한다. 근적외선 분광법은 비침습적으로 혈류량을 산출할 수 있으므로, 의학적으로 뇌 혈류의 산화헤모글로빈과 탈산화헤모글로빈의 분포 변화를 측정하여 혈류 내 산소포화도, 혈류량, 혈류 내 당도, 에너지 대사량 등 측정을 위해 사용될 수 있으며, 이와 같이 근적외선 분광법을 활용한 뇌기능 계측방법은 기능적 근적외 분광법(fNIRS; functional Near-InfRared Spectroscopy)으로도 지칭된다.
최근 뇌기능 계측방법으로서 기능적 근적외 분광법은 우울증, 정신분열증, 알츠하이머 병, 뇌졸중의 진단과 치료를 위한 의학분야 뿐만 아니라, 인지과학, 임상, 공학 연구 분야 등으로 매우 응용분야가 광범위하게 확대되어 가고 있다. 이에 따라 기능적 근적외 분광기에 대한 다방면의 연구가 진행 중에 있다.
본 발명은 뇌기능 계측을 위한 근적외 분광기에 있어서, 환자가 근적외 분광기의 센서 장치를 머리에 장착할 때 불편함 및 통증을 줄일 수 있는 구성을 제안하고자 한다. 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급한 과제(들)로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제(들)은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
기능적 근적외선 분광기의 머리 장착용 센서장치는 복수의 홀더를 포함하며 피험자의 머리가 직접 장착되는 장착부, 복수의 홀더에 각각 고정되어 피험자의 상태를 센싱하는 복수의 센서부를 포함하고, 복수의 센서부의 각각은 피험자의 상태를 센싱하는 광 센서, 광 센서의 상단에 위치하는 제1 자석, 제1 자석과 동일한 전극이 마주보게 위치하여 척력을 발생시키는 제2 자석 및 복수의 홀더의 각각에 고정되고, 안쪽에 광 센서, 제1 자석 및 제2 자석이 구비된, 하우징을 포함할 수 있다.
바람직하게 홀더와 접촉되지 않는 하우징의 면은 막혀있고, 막힌 면에 제1 자석이 접촉되고, 제1 자석의 접촉 면의 반대 면에 광 센서가 접촉되고, 광 센서의 접촉 면의 반대 면에 제2 자석이 구비될 수 있다.
바람직하게 하우징에서의 제2 자석의 위치는 가변할 수 있다.
바람직하게 제2 자석을 고정시키는 자석 지지대를 더 포함하고, 하우징은 자석 지지대와 접촉하는 일부분에 개구를 포함하며, 자석 지지대의 일부분은 하우징의 외부로 돌출되는 것일 수 있다.
바람직하게 제2 자석의 면 중에서 자석 지지대에 고정된 면의 반대 면은 광 센서에 고정되는 것일 수 있다.
바람직하게 자석 지지대의 돌출 부분의 너비는, 하우징에서 자석 지지대와 접촉하는 일부분에 구비된 개구보다 넓은 것일 수 있다.
바람직하게 자석 지지대의 돌출 부분의 높이는 돌출되지 않은 부분보다 높은 것일 수 있다.
바람직하게 자석 지지대는 탄성 재질일 수 있다.
바람직하게 제1 자석 및 제2 자석은 네오디늄(Neodium) 자석일 수 있다.
바람직하게 복수의 센서부 각각은 옵토드 센서(optode sensor)일 수 있다.
바람직하게 제1 자석 및 제2 자석의 높이는 1mm 이하일 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 뇌기능 계측을 위한 기능적 근적외선 분광기는 상술한 것 중 어느 하나에 기초하여 구현된 머리 장착용 센서 장치 및 머리 장착용 센서 장치로부터 센싱 결과를 전달받아 출력하고, 머리 장착용 센서 장치를 제어하는 제어 장치를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 뇌기능 계측을 위한 근적외선 분광기는 종래 기술에 비해 환자가 근적외선 분광기의 센서 장치를 장착할 때의 통증과 이질감을 줄이는 효과가 있어, 착용감이 향상되는 효과가 있다.
또한, 센서 장치에 포함된 센서부의 스프링을 얇은 자석으로 대체함으로써, 근적외선 분광기의 센서부에 포함된 보조 기구의 길이를 줄이고, 모션 노이즈를 감소시키는 효과가 있다. 이에 따라, 측정되는 신호의 품질을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
한편, 본 발명의 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 이하에서 설명할 내용으로부터 통상의 기술자에게 자명한 범위 내에서 다양한 효과들이 포함될 수 있다.
도 1a 및 도 1b는 본 발명의 일 실시예에 따른 근적외선 분광기를 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 근적외선 분광기의 센서 장치를 설명하기 위한 블록도이다.
도 3a, 도 3b 및 도 3c는 본 발명의 일 실시예에 따른 근적외선 분광기의 센서부를 설명하기 위한 도면이다.
도 4a, 도 4b 및 도 4c는 본 발명의 일 실시예에 따른 근적외선 분광기의 센서부를 설명하기 위한 도면이다.
도 5a, 도 5b 및 도 5c는 본 발명의 일 실시예에 따른 근적외선 분광기의 광 센서와 자석이 부착된 모습을 설명하기 위한 도면이다.
도 6a 및 도 6b는 본 발명의 다른 실시예에 따른 근적외선 분광기의 센서부를 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 근적외선 분광기의 센서부를 설명하기 위한 도면이다.
도 8a 내지 도 8e는 본 발명의 일 실시예에 따른 머리 장착용 센서 장치에 관한 실험 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 9a 및 도 9b는 본 발명의 일 실시예에 따른 머리 장착용 센서 장치의 자석에 관하여 푸쉬풀게이지를 이용한 자석의 세기 측정 실험 결과를 설명하기 위한 도면이다.
도 10a 및 도 10b는 본 발명의 일 실시예에 따른 머리 장착용 센서 장치의 자석에 관하여 디지털 저울을 이용한 자석의 세기 측정 실험 결과를 설명하기 위한 도면이다.
도 11a 및 도 11b는 본 발명의 일 실시예에 따른 머리 장착용 센서 장치의 자석에 관하여 디지털 저울을 이용한 자석의 세기 측정 실험 결과를 설명하기 위한 도면이다.
도 12a 및 도 12b는 본 발명의 일 실시예에 따른 머리 장착용 센서 장치의 자석과 종래 옵토드 홀더에 포함된 스프링의 척력 측정 실험 결과를 설명하기 위한 도면이다.
도 13a, 도 13b 및 도 13c는 본 발명의 일 실시예에 따른 머리 장착용 센서 장치를 사용한 자국 실험 결과를 설명하기 위한 도면이다.
도 14a 내지 도 14e는 본 발명의 일 실시예에 따른 머리 장착용 센서 장치에 관한 사용한 모션 노이즈 실험 결과를 설명하기 위한 도면이다.
도 15는 본 발명의 일 실시예에 따른 머리 장착용 센서 장치에 관한 사용한 모션 노이즈 실험 결과를 설명하기 위한 도면이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다.
제1, 제2, A, B 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수개의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수개의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수개의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "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.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 근적외선 분광기를 설명하기 위한 도면이다.
도 1의 (a)는 뇌기능 계측을 위해 피험자가 본 발명의 일 실시예에 따른 근적외선 분광기를 설명하기 위한 도면이고, 도 1의 (b)는 피험자가 본 발명의 일 실시예에 따른 근적외선 분광기의 센서 장치를 착용한 모습을 설명하기 위한 도면이다.
도 1의 (a)를 참고하면, 피험자(150)가 근적외선 분광기(100)의 센서 장치(110)를 머리에 착용하면, 센서 장치(110)는 뇌 혈류량 등을 측정하여 제어 장치(120)에 전달할 수 있다. 근적외선 분광기(100)의 제어 장치(120)는 전달된 센싱 정보에 기초하여 피험자(150)의 뇌 기능에 관한 정보를 디스플레이할 수도 있고, 추가로 포함된 구성요소를 통해 외부로 출력할 수 있다. 또한, 제어 장치(120)는 센서 장치(110)를 제어하기 위한 신호를 센서 장치(110)에 전달할 수 있고, 센서 장치(110)로부터 상태 정보를 전달받을 수 있다.
한편, 센서 장치(110)는 복수의 센서부(115)를 통해 피험자(150)의 뇌 기능에 관한 데이터를 센싱할 수 있다. 센서부(115)는 센서 장치(110)에 부착된 홀더에 장착되는 형태이며, 하우징, 광 센서 및 자석을 포함할 수 있으나, 센서부(115)에 포함되는 구성은 이에 제한되지 않는다.
도 1의 (b)를 참고하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 근적외선 분광기의 센서 장치(160)는 피험자 머리에 장착되는 형태일 수 있다. 센서 장치(160)는 다수의 센서부가 장착될 수 있는 홀더(170)를 구비하며, 센서부(180)는 각 홀더에 고정되는 방식으로 센서 장치(160)에 장착될 수 있다.
한편, 종래 기술의 경우 센서부에 포함된 광 센서를 피험자의 두피에 접촉시키기 위해, 스프링 등이 활용되었다. 이로 인해 피험자의 움직임에 따른 모션 노이즈가 발생하면, 종래 기술의 센서부에 포함된 광 센서가 센싱하는 정보의 정확도가 저하되는 문제가 발생될 수 있다. 또한 스프링을 사용하는 경우, 스프링의 길이에 의해 센서부도 함께 길어지게 되고 이러한 경우 모션 노이즈의 영향이 증가될 수 있다.
또한, 광 센서의 센싱 정보의 정확도를 높이기 위해 센서부에 포함된 광 센서를 무리하게 피험자의 두피에 접촉시키는 경우, 피험자에게 통증을 유발하여 검사 결과에 영향을 미치거나, 피험자의 두피가 손상되는 문제가 발생될 수 있다. 따라서, 본 발명은 이러한 문제를 해결하기 위해 스프링 대신 자석이 포함된 새로운 방식의 근적외선 분광기의 머리 장착용 센서 장치를 제안하고자 한다.
도 2 는 본 발명의 일 실시예에 따른 근적외선 분광기의 센서 장치를 설명하기 위한 블록도이다.
도 2를 참고하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 근적외선 분광기의 머리 장착용 센서 장치(200)는 장착부(210) 및 복수의 센서부를 포함할 수 있다.
장착부(210)는 복수의 홀더를 포함하며 피험자의 머리가 직접 장착될 수 있고, 복수의 센서부는 복수의 홀더에 각각 고정되어 피험자의 상태를 센싱할 수 있다.
한편, 복수의 센서부의 각각(220)은 피험자의 상태를 센싱하는 광 센서(221), 광 센서(221)의 상단에 위치하는 제1 자석(222), 제1 자석(222)과 동일한 전극이 마주보게 위치하여 척력을 발생시키는 제2 자석(223) 및 복수의 홀더의 각각에 고정되고, 안쪽에 광 센서(221), 제1 자석(222) 및 제2 자석(223)이 구비된, 하우징(224)을 포함할 수 있다.
여기서, 홀더와 접촉되지 않는 하우징(224)의 면은 막혀있고, 막힌 면에 제1 자석(222)이 접촉되고, 제1 자석(222)의 접촉 면의 반대 면에 광 센서(221)가 접촉되고, 광 센서(221)의 접촉 면의 반대 면에 제2 자석(223)이 구비될 수 있다.
또한, 하우징(224)에서의 제2 자석(223)의 위치는 가변할 수 있다.
한편, 제2 자석(223)을 고정시키는 자석 지지대를 더 포함하고, 하우징(224)은 자석 지지대와 접촉하는 일부분에 개구를 포함하며, 자석 지지대의 일부분은 하우징(224)의 외부로 돌출되는 것일 수 있다.
여기서, 제2 자석(223)의 면 중에서 자석 지지대에 고정된 면의 반대 면은 광 센서(221)에 고정되는 것일 수 있다.
또한, 자석 지지대의 돌출 부분의 너비는, 하우징(224)에서 자석 지지대와 접촉하는 일부분에 구비된 개구보다 넓은 것일 수 있다.
또한, 자석 지지대의 돌출 부분의 높이는 돌출되지 않은 부분보다 높은 것일 수 있다.
그리고, 자석 지지대는 탄성 재질일 수 있다.
한편, 제1 자석(222) 및 제2 자석(223)은 네오디늄(Neodium) 자석일 수 있다.
또한, 복수의 센서부 각각은 옵토드 센서(optode sensor)일 수 있다.
또한, 제1 자석(222) 및 제2 자석(223)의 높이는 1mm 이하일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 머리 장착용 센서 장치(200)는 실험 동안의 두피 접촉면의 압력을 감소시키기 때문에, 종래 기술에 비해 높은 수준의 안전성을 제공할 수 있다. 이로 인해 피험자의 안정감을 높이고 측정 신호의 정확도를 향상시킬 수 있다.
도 3 및 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 근적외선 분광기의 센서부를 설명하기 위한 도면이다.
도 3의 (a) 및 (b)는 본 발명의 일 실시예에 따른 센서부의 정면도이고, 도 3의 (c)는 본 발명의 일 실시예에 따른 센서부의 사시도이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 근적외선 분광기의 센서부(300)는 광 센서의 전극을 고정하기 위하여, 하우징(310) 안쪽 면에 자석(311, 312)을 포함한다. 두 자석(311, 312)이 서로 N 극을 바라보게 위치하며 이로 인한 척력으로 전극을 밀어주게 되어 두피와의 밀착력을 높이고 피험자의 두피 자극을 최소화할 수 있다.
도 4의 (a)는 종래의 스프링 구성을 포함하는 근적외선 분광기의 센서부를 설명하기 위한 도면이고, 도 4의 (b)는 본 발명의 일 실시예에 따른 근적외선 분광기의 센서부를 설명하기 위한 도면이다.
도 4의 (a) 및 (b)를 참고하면, 종래의 센서부의 하우징 높이는 17.7mm 인데 반하여 본 발명의 일 실시예에 따른 센서부의 하우징 높이는 16.5mm으로 높이가 감소하였음을 알 수 있다.
도 4의 (c)는 본 발명의 일 실시예에 따른 광 센서를 설명하기 위한 도면으로, 광 센서의 상단 부분의 높이는 10mm 이므로, 종래의 센서부의 경우 광 센서가 센서부에 끼워지면 7.7mm 여분이 남게 되지만, 본 발명의 일 실시예에 따른 센서부의 경우, 6.5mm 여분 만이 남게 되므로, 빈 공간의 높이가 약 16.6% 줄어드는 것을 확인할 수 있다.
여기서, 광 센서는 옵토드 센서(optode sensor)가 적용될 수 있다. 옵토드 센서는 광학센서 장치로, 일반적으로 화학적 변환기를 통해 특정 물질을 광학적으로 측정하는 센서를 의미한다. 그러나 본 발명의 일 실시예에 따른 근적외선 분광기에 적용되는 광 센서의 종류는 이에 제한되지 않는다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 근적외선 분광기의 광 센서와 자석이 부착된 모습을 설명하기 위한 도면이다.
도 5의 (a)는 본 발명의 일 실시예에 따른 광 센서의 상단에 자석이 부착된 모습의 평면도이고, 도 5의 (b)는 사시도이며, 도 5의 (c)는 정면도이다. 도 5를 참고하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 광 센서 상단에는 자석이 부착될 수 있다. 따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 센서부에 포함되는 자석 중 하나는 하우징과 광 센서의 상단에 접촉하게 되고, 나머지 자석은 광 센서의 하부와 접촉될 수 있다. 한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 센서부에 포함되는 자석은 납작한 원통형태로 지름은 5mm 높이는 1mm 의 네오디늄 자석일 수 있으나, 자석의 구체적은 치수 및 종류는 이에 제한되지 않는다.
도 6 및 도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 근적외선 분광기의 센서부를 설명하기 위한 도면이다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 센서부는 자석 지지대를 더 포함할 수 있다. 도 6의 (a)를 참고하면, 센서부(600)는 자석 지지대(620)를 더 포함할 수 있고, 하우징(610)은 자석 지지대(620)와 접촉하는 일부분에 개구를 포함하며, 자석 지지대(620)의 일부분은 개구를 통해 하우징(610)의 외부로 돌출될 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따른 자석 지지대(620)의 높이는 1mm 이고, 하우징(610) 밖에 나오는 지지대의 높이는 3mm 일 수 있으며, 도 6의 (b)에 개시된 바와 같이 특정 치수로 구현될 수 있으나, 자석 지지대(620)의 치수는 이에 제한되지 않는다. 한편, 하우징(610) 밖으로 돌출하는 자석 지지대(620)의 일부분으로 인해, 자석 지지대(620)가 위아래로 움직일 때 좌우로 흔들리거나 대각으로 움직이는 것을 방지할 수 있다.
도 7는 자석 지지대를 포함한 센서부를 설명하기 위한 도면이다. 도 7을 참고하면, 센서부(700)의 하우징(710) 상단에 제1 자석(720)을 고정시키고, 자석 지지대(740)에 제2 자석(730)이 고정될 수 있다. 이때, 제1 자석(720) 및 제2 자석(740)은 서로 같은 극을 마주보게 위치하며, 이로 인해 척력을 발생시키게 한다. 센서부(700)은 두 자석(720, 730)의 척력을 이용하여 광 센서의 전극을 피험자의 두피에 고정시킬 수 있다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 머리 장착용 센서 장치에 관한 실험 방법을 설명하기 위한 도면이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 근적외선 분광기의 센서부에 관하여, 푸쉬풀게이지(Push-pull gauges) 및 디지털 저울를 이용한 자석의 세기 측정 실험, 자국 실험 및 모션 노이즈 실험을 수행하였다.
도 8의 (a) 및 (b)는 푸쉬풀게이지를 이용한 자석의 세기 측정 실험시 사용한 도구를 설명하기 위한 도면이다. 도 8의 (a)에 개시된 푸쉬풀게이지는 인력 및 척력을 측정하는 도구로 본 실험에서는 센서부에 포함된 두 자석의 척력을 측정하기 위해 사용되었다. 척력을 측정하기 위해 도 8의 (b)에 개시된 원통을 이용하였으며, 원통은 센서부 대신 사용된 도구이다. 실험은 원통 끝에 자석을 고정하고 푸쉬풀게이지에 다른 자석을 고정하여 푸쉬풀게이지를 움직이면서 척력을 측정하였다. 본 실험에 사용된 자석은, 지름이 5 mm, 6 mm, 7 mm, 8 mm, 9 mm, 10 mm 으로 총 6개의 자석(830)을 사용하였고 자석 사이의 거리는 2mm 간격으로 표시한 원통을 이용하여 4 mm에서 10 mm까지 2 mm간격으로 측정을 하였다. 각 실험은 5 번씩 진행하여 평균데이터를 측정하였다.
디지털 저울을 이용한 자석의 세기 측정 실험의 경우, 0.01g까지 측정이 가능한 디지털 저울을 이용하여 두 자석 사이의 척력을 측정하였다. 도 8의 (c)와 같이 두 개의 납(A, C)과 디지털 저울(B)을 이용하여 척력을 측정하였다. 제1 납(A)에 디지털 저울(B)을 고정한 후 저울(B)에 자석을 고정하였다. 제2 납(C)에 다른 자석을 고정하였고 두 자석 사이를 2 mm에서 10 mm까지 1 mm씩 증가시키면서 척력을 측정하였다. 지름이 5 mm, 6 mm, 7 mm, 8 mm, 9 mm, 10 mm 인 총 6 개의 자석을 이용하여 실험하였고 각 자석마다 5번씩 실험을 하여 평균데이터를 측정하였다. 또한, 기존의 방식인 스프링을 이용하는 옵토드(optode) 홀더를 이용해 스프링의 밀어내는 힘을 측정하였다.
상기 두 가지 실험을 통해 기존의 장비보다 힘이 강한 자석, 비슷한 자석, 약한 자석을 선택하여 기존의 옵토드 홀더와 함께 피험자의 이마에 실험을 진행하였다. 강한 자석으로는 지름이 9 mm인 자석, 비슷한 자석으로는 지름이 7mm인 자석을 이용하고, 약한 자석으로는 지금이 5mm인 자석을 사용하였고 실험은 도 8의 (d)와 같이 피험자의 이마에 한쪽은 본 발명의 일 실시예에 따른 센서부, 다른 한쪽은 종래의 옵토드 홀더를 사용하여 실험을 진행하였다. 각 자석마다 피험자를 다르게 하였고 30분 동안 실험을 하였다.
추가로 기존의 스프링을 포함한 옵토드 홀더와 본 발명의 일 실시예에 따른 센서부의 모션 노이즈 감소 실험을 진행하였다. 도 8의 (e)와 같이 피험자의 이마 상에서 실험을 진행하였고 자석은 지름이 5 mm인 자석을 사용하였다. 실험은 소스 2개와 검출기 1개를 이용하여 머리를 움직였을 때 측정 되는 신호를 이용하여 신호의 노이즈를 비교하였다. 소스 1개 와 검출기 1개는 기존의 옵토드 홀더를 사용하여 1개의 채널을 생성하였고 나머지 소스 1개에는 본 발명의 일 실시예에 따른 센서부를 사용하여 1개의 채널을 생성하여 측정하였다. 각 실험은 20초 휴식, 20초 측정 3번 반복을 1회로 총 5회 반복하였다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 머리 장착용 센서 장치의 자석에 관하여 푸쉬풀게이지를 이용한 자석의 세기 측정 실험 결과를 설명하기 위한 도면이다.
도 9의 (a)는 각각 동일한 지름을 갖는 두 자석 간의 거리에 따른 척력을 나타낸 표이고, 도 9의 (b)는 도 9의 (a) 결과를 그래프로 도시한 도면이다. 도 9를 참고하면, 지름이 5mm인 자석의 척력이 가장 작고, 지름이 8mm인 자석의 척력이 가장 강한 것으로 측정되었다. 또한 두 자석 사이의 거리 10mm 차이가 나면 척력의 크기가 측정이 어려울만큼 작아지는 것을 확인할 수 있다.
도 10 및 도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 머리 장착용 센서 장치의 자석에 관하여 디지털 저울을 이용한 자석의 세기 측정 실험 결과를 설명하기 위한 도면이다.
도 10의 (a)는 각각 동일한 지름을 갖는 두 자석 간의 거리에 따른 척력을 디지털 저울을 이용하여 측정한 값이고, 도 10의 (b)는 도 10의 (a) 결과를 그래프로 도시한 도면이다. 디지털 저울을 활용한 실험은 두 자석 간의 거리를 1mm씩 증가시키면서 각 자석 사이의 척력을 무게로 측정하는 것이다. 이때 측정된 무게의 단위는 g인데 1N은 약 102g이므로, 측정된 무게 값을 힘의 크기인 N으로 바꿔서 표현할 수 있다. 측정된 무게를 힘의 크기로 변환하면 도 11의 결과를 얻을 수 있는데, 도 11의 결과는 도 9의 푸쉬풀게이지 실험 결과와 비슷한 것을 확인할 수 있다. 한편 도 10의 (b), 도 11의 (b)를 참고하면, 두 자석의 지름이 커지고 두 자석간 간격이 좁아질수록 자석간 척력이 강해지는 것을 확인할 수 있다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 머리 장착용 센서 장치의 자석과 종래 옵토드 홀더에 포함된 스프링의 척력 측정 실험 결과를 설명하기 위한 도면이다.
도 12의 (a)는 종래 옵토드 홀더에 포함된 스프링의 힘을 나타낸 도면이다. 도 12의 (a) 및 도 9의 (a), 도 10의 (a), 도 11의 (a)를 참고하여 스프링의 힘보다 큰 척력을 갖는 지름이 9 mm인 자석, 스프링의 힘과 비슷한 척력을 갖는 지름이 7 mm인 자석 및 스프링의 힘보다 작은 척력을 갖는 지름이 5 mm 자석들을 다음 실험인 자국 실험에 사용하였다.
도 12의 (b)는 양 끝단 사이의 거리에 따라 지름이 5 mm 자석의 척력과 스프링의 힘을 측정한 결과를 비교한 그래프이다. 도 12의 (b)를 참고하면, 양 끝단 사이의 거리가 각각 2 mm, 3 mm, 4 mm 일 때는 스프링의 힘이 두 자석 간의 척력보다 큰 것을 확인할 수 있다. 그러나, 양 끝단 사이의 거리가 5 mm 이상이 되면 실험에 사용된 스프링의 길이보다 길어지게 되므로, 스프링의 힘은 0이 된다. 그러나, 두 자석의 척력은 양 끝단 사이 거리가 10 mm가 되어도 측정이 되는 것을 확인할 수 있다.
따라서, 스프링을 이용하여 피험자의 두피에 광 센서의 전극을 고정시키는 경우, 광 센서와 피험자의 두피 사이의 거리가 짧으면 자석을 이용할 때와 비교하여 피험자가 더 큰 압력을 느끼게 된다는 것을 알 수 있다. 그러나 광 센서와 피험자의 두피 사이의 거리가 5mm 이상 멀어지면 스프링은 피험자의 두피에 광 센서의 전극을 고정시킬 수 없지만, 두 자석을 이용하는 경우에는 10mm 이하까지는 피험자의 두피에 광 센서의 전극을 고정시킬 수 있음을 확인할 수 있다.
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 머리 장착용 센서 장치를 사용한 자국 실험 결과를 설명하기 위한 도면이다.
도 13의 (a) 내지 (c)는 자석의 지름에 따라 센서 장치를 착용한 이후 남겨진 자국을 비교하기 위한 도면이다.
도 13의 (a)를 참고하면, 지름이 9 mm인 자석을 이용한 센서 장치를 착용하였을 때, 기존의 옵토드 홀더보다 자국이 크게 남았고 실험동안 피험자가 불편함을 느꼈다.
도 13의 (b)를 참고하면, 지름이 7 mm인 자석을 이용한 센서 장치를 착용하였을 때, 기존의 옵토드 홀더와 비슷한 자국이 남았고, 실험동안 피험자가 기존의 스프링보다 조금 더 눌리는 느낌을 느꼈다.
도 13의 (c)를 참고하면, 지름이 5 mm인 자석을 이용한 센서 장치를 착용하였을 때, 기존의 옵토드 홀더와 비슷한 자국이 남았고, 실험동안 피험자가 기존의 스프링보다 눌리는 느낌이 없었다.
도 13의 실험 결과를 참고하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 센서 장치는 지름이 5mm 이하인 자석을 이용하여 구현될 수 있으며, 이러한 경우 센서 장치의 전체 크기를 줄일 수 있는 효과가 있음을 확인할 수 있다.
도 14 및 도 15는 본 발명의 일 실시예에 따른 머리 장착용 센서 장치에 관한 사용한 모션 노이즈 실험 결과를 설명하기 위한 도면이다.
도 14는 기존의 스프링을 포함한 옵토드 홀더와 본 발명의 일 실시예에 따른 센서 장치를 이용하여 모션 노이즈를 측정한 결과를 나타낸 그래프이다. 도 14의 (a) 내지 (e)의 제1 채널(ch. 1) 각각은 본 발명의 일 실시예에 따른 센서 장치에 관한 측정 결과이고, 도 14의 (a) 내지 (e)의 제2 채널(ch. 2) 각각은 기존의 스프링을 포함한 옵토드 홀더에 관한 측정 결과이다.
도 14를 참고하면, 두 장치에서 측정된 전압의 차이는 확인할 수 있지만, 모션 노이즈의 크기를 비교하기는 어렵기 때문에, 측정된 데이터를 이용하여 도 15와 같이 표준편차와 분산을 계산하였다.
도 15를 참고하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 센서 장치에 관한 측정 결과(제1 채널)가 기존의 스프링을 포함한 옵토드 홀더에 관한 측정 결과(제2 채널)보다 표준편차와 분산이 작은 것을 알 수 있다. 따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 센서 장치는 기존의 스프링을 포함한 옵토드 홀더보다 노이즈 감소를 유도한다고 볼 수 있다.
이제까지 본 발명에 대하여 그 바람직한 실시예들을 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. 그러므로 개시된 실시예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.
[부호의 설명]
100: 근적외선 분광기
110: 센서 장치 115: 센서부
120: 제어 장치 150: 피험자
160: 센서 장치 170: 홀더
180: 센서부

Claims (12)

  1. 기능적 근적외선 분광기의 머리 장착용 센서장치에 있어서,
    복수의 홀더를 포함하며 피험자의 머리가 직접 장착되는 장착부;
    상기 복수의 홀더에 각각 고정되어 상기 피험자의 상태를 센싱하는 복수의 센서부를 포함하고,
    상기 복수의 센서부의 각각은
    상기 피험자의 상태를 센싱하는 광 센서;
    상기 광 센서의 상단에 위치하는 제1 자석;
    상기 제1 자석과 동일한 전극이 마주보게 위치하여 척력을 발생시키는 제2 자석; 및
    상기 복수의 홀더의 각각에 고정되고, 안쪽에 상기 광 센서, 상기 제1 자석 및 상기 제2 자석이 구비된, 하우징;
    을 포함하는, 기능적 근적외선 분광기의 머리 장착용 센서장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 홀더와 접촉되지 않는 상기 하우징의 면은 막혀있고,
    상기 막힌 면에 상기 제1 자석이 접촉되고, 상기 제1 자석의 접촉 면의 반대 면에 상기 광 센서가 접촉되고, 상기 광 센서의 접촉 면의 반대 면에 상기 제2 자석이 구비된, 기능적 근적외선 분광기의 머리 장착용 센서장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 하우징에서의 상기 제2 자석의 위치는 가변하는 것인, 기능적 근적외선 분광기의 머리 장착용 센서장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제2 자석을 고정시키는 자석 지지대;
    를 더 포함하고,
    상기 하우징은 상기 자석 지지대와 접촉하는 일부분에 개구를 포함하며, 상기 자석 지지대의 일부분은 상기 하우징의 외부로 돌출되는 것인, 기능적 근적외선 분광기의 머리 장착용 센서장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제2 자석의 면 중에서 상기 자석 지지대에 고정된 면의 반대 면은 상기 광 센서에 고정되는 것인, 기능적 근적외선 분광기의 머리 장착용 센서장치.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 자석 지지대의 돌출 부분의 너비는,
    상기 하우징에서 상기 자석 지지대와 접촉하는 일부분에 구비된 개구보다 넓은, 기능적 근적외선 분광기의 머리 장착용 센서장치.
  7. 제4항에 있어서,
    상기 자석 지지대의 돌출 부분의 높이는 돌출되지 않은 부분보다 높은 것인, 기능적 근적외선 분광기의 머리 장착용 센서장치.
  8. 제4항에 있어서,
    상기 자석 지지대는 탄성 재질인, 기능적 근적외선 분광기의 머리 장착용 센서장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 제1 자석 및 상기 제2 자석은 네오디늄(Neodium) 자석인, 기능적 근적외선 분광기의 머리 장착용 센서장치.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 센서부의 각각은 옵토드 센서(optode sensor)인, 기능적 근적외선 분광기의 머리 장착용 센서장치.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 제1 자석 및 상기 제2 자석의 높이는 1mm 이하인, 기능적 근적외선 분광기의 머리 장착용 센서장치.
  12. 뇌기능 계측을 위한 기능적 근적외선 분광기에 있어서,
    제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 의해 구현된 머리 장착용 센서 장치; 및
    상기 머리 장착용 센서 장치로부터 센싱 결과를 전달받아 출력하고, 상기 머리 장착용 센서 장치를 제어하는 제어 장치;
    를 포함하는, 뇌기능 계측을 위한 기능적 근적외선 분광기.
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Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20040106856A1 (en) * 2002-11-18 2004-06-03 Masahiro Kimura Optical measuring apparatus and method
KR20090012119U (ko) * 2008-05-26 2009-12-01 이해일 자석 스프링
KR20140089973A (ko) * 2013-01-08 2014-07-16 한림대학교 산학협력단 의료용 센서 부착장치
KR20140144925A (ko) * 2013-06-12 2014-12-22 (주)파트론 압력 센서 패키지 및 압력 센서 패키지가 구비된 위치 지시기
JP2018501047A (ja) * 2014-11-21 2018-01-18 サントル・オスピタリエ・ウニヴェルシテール 個体の脳活動信号を測定するための装置

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20040106856A1 (en) * 2002-11-18 2004-06-03 Masahiro Kimura Optical measuring apparatus and method
KR20090012119U (ko) * 2008-05-26 2009-12-01 이해일 자석 스프링
KR20140089973A (ko) * 2013-01-08 2014-07-16 한림대학교 산학협력단 의료용 센서 부착장치
KR20140144925A (ko) * 2013-06-12 2014-12-22 (주)파트론 압력 센서 패키지 및 압력 센서 패키지가 구비된 위치 지시기
JP2018501047A (ja) * 2014-11-21 2018-01-18 サントル・オスピタリエ・ウニヴェルシテール 個体の脳活動信号を測定するための装置

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