KR20190059364A - Brain age estimation method and system using brain wave analysis - Google Patents
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Abstract
본 발명은 뇌파 분석을 통한 뇌 나이 추정 방법 및 시스템에 관한 것으로, 안정 상태 및 사건 유발 전위 뇌파를 측정하는 측정부와, 측정부에서 측정된 뇌파에서 잡음을 제거하고, 파워 스펙트럼, 주파수 대역별 절대 및 상대 파워, 연결성 및 네트워크 지표를 분석하고, 성별 및 연령별로 분류된 건강인 표준 뇌파 지표와 비교하여 뇌 나이 추정 값을 산출하는 분석부와, 상기 분석부의 분석결과를 출력하는 출력부를 포함한다.The present invention relates to a method and system for estimating brain age through EEG analysis, comprising a measuring unit for measuring a stable state and an event-induced potential EEG, and a controller for removing noise from the EEG measured by the measuring unit, And an output unit for analyzing relative power, connectivity, and network index, and calculating an estimated brain age value in comparison with a health standard EEG index classified by gender and age, and an output unit for outputting an analysis result of the analysis unit.
Description
본 발명은 뇌파 분석을 통한 뇌 나이 추정 방법 및 시스템에 관한 것으로, 더 상세하게는 뇌파 지표를 측정하여 연령대 및 성별로 구축된 건강인 표준 뇌파 지표와 비교하여 뇌 나이를 추정하는 방법 및 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a brain age estimation method and system using EEG analysis, and more particularly, to a method and system for estimating the brain age by comparing brain EEG indicators with healthy EEG indices constructed by ages and genders will be.
일반적으로, 사람의 뇌는 나이가 듦에 따라 성장하고 노화하는 과정을 거치게 된다. 뇌가 정상적인 성장과정을 밟지 못하여 연령에 비해 늦은 성장을 보이는 경우, 뇌 발달 지연과 같은 질환과 연결될 가능성이 있다. 반대로 연령에 비해 뇌가 빠른 노화를 보일 경우에는 치매 등 퇴행성 질환이 발생할 가능성이 있다.Generally, the human brain grows and ages as it gets older. If the brain is unable to undergo normal growth and develops later than its age, it is likely to be linked to diseases such as brain developmental delays. Conversely, if the brain shows aging faster than age, degenerative diseases such as dementia may occur.
따라서 객관적인 뇌 나이를 측정하는 것은 개인의 뇌 성장 및 노화 진행 정도를 정확하게 판단하여 상황에 맞는 처방 또는 관리를 할 수 있도록 하는 척도가 된다.Therefore, measuring the objective brain age accurately measures the degree of brain growth and aging of the individual, and is a measure for prescribing or administering the disease according to the situation.
이와 관련하여 공개특허 10-2017-0073557호(생체신호 노화도 분석을 이용한 치매 조기 진단 장치, 2017년 6월 28일 공개)에는 뇌파, 안전도, 맥파 신호를 측정하여 생체신호 노화도를 분석할 수 있다는 내용이 기재되어 있다. In connection with this, in Patent Document 10-2017-0073557 (Early Diagnosis Device for Dementia using Biological Signal Aging Analysis, published on June 28, 2017), it is possible to analyze the biological signal aging degree by measuring brain waves, Contents are described.
위의 공개특허에는, 뇌파 측정으로 얻어지는 파워 스펙트럼의 주요 피크 위치의 저주파 편향성을 반영하여 뇌 연령을 추정하는 방법에 대하여 기술되어 있다.The above patent discloses a method of estimating the brain age reflecting the low frequency bias of the main peak position of the power spectrum obtained by brain wave measurement.
그러나 이와 같은 종래의 뇌 연령 추정방법은 단편적인 결과만을 이용하여 뇌 연령을 추정하는 것이기 때문에 객관적인 지표로 보기 어렵고, 이를 이용하여 진단한 뇌 연령에 대한 신뢰성이 부족할 수 있는 문제점이 있었다.However, such a conventional brain age estimation method is difficult to be an objective index because it estimates the brain age using only a fragmentary result, and there is a problem that the reliability of the brain age diagnosed using the same is insufficient.
상기와 같은 종래의 문제점들을 감안한 본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 다양한 지표들을 이용하여 객관적이고 신뢰성이 높은 뇌 나이 추정 방법 및 시스템을 제공함에 있다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above problems, and it is an object of the present invention to provide an objective and reliable brain age estimation method and system using various indicators.
또한, 본 발명이 해결하고자 하는 다른 과제는, 성별에 따른 뇌파의 특성 차이를 이용하여 더욱 객관적이고 신뢰성이 높은 뇌 나이 추정 방법 및 시스템을 제공함에 있다.Another problem to be solved by the present invention is to provide a method and system for estimating the brain age more objectively and reliably using the difference in characteristics of brain waves according to gender.
아울러 본 발명이 해결하고자 하는 다른 과제는, 자동 태깅에 의하여 뇌 나이의 추정 결과 보고서를 생성할 수 있는 방법 및 시스템을 제공함에 있다.Another object of the present invention is to provide a method and system for generating an estimation result report of brain age by automatic tagging.
상기와 같은 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일측면에 따른 뇌파 분석을 통한 뇌 나이 추정 시스템은, 안정 상태 및 사건 유발 전위 뇌파를 측정하는 측정부와, 측정부에서 측정된 뇌파에서 잡음을 제거하고, 파워 스펙트럼, 주파수 대역별 절대 및 상대 파워, 연결성 및 네트워크 지표를 분석하고, 성별 및 연령별로 분류된 건강인 표준 뇌파 지표와 비교하여 뇌 나이 추정 값을 산출하는 분석부와, 상기 분석부의 분석결과를 출력하는 출력부를 포함할 수 있다.According to an aspect of the present invention, there is provided a brain age estimation system using brain wave analysis, comprising: a measurement unit for measuring a stable state and an event-induced potential brain wave; An analysis unit for analyzing the power spectrum, the absolute and relative power of each frequency band, the connectivity and the network index, and calculating the brain age estimation value in comparison with the health standard EEG index classified by gender and age; And an output unit for outputting the output signal.
본 발명의 일실시예에 따르면, 상기 측정부는, 뇌파를 측정하기 위한 측정센서들과, 측정센서들의 측정 신호를 증폭하는 증폭부와, 사건 유발 전위 뇌파를 측정하기 위하여 자극을 발생시키는 자극발생부를 포함할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the measuring unit may include measurement sensors for measuring brain waves, an amplifying unit for amplifying measurement signals of the measurement sensors, and a stimulus generator for generating a stimulus for measuring an event- .
본 발명의 일실시예에 따르면, 분석부는, 상기 측정부에서 측정된 뇌파 신호들에서 잡음을 제거하는 필터부와, 상기 필터부에서 잡음이 제거된 뇌파 신호들의 파워 스펙트럼과 연관성 및 네트워크를 분석하는 지표분석부와, 건강인의 뇌파 데이터를 저장하는 지표 데이터베이스와, 상기 지표분석부의 분석결과를 지표 데이터베이스에 저장된 건강인의 뇌파 데이터와 비교하는 비교부와, 상기 비교부의 비교 결과를 연산하여 뇌 나이 추정 값을 산출하는 연산부를 포함할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the analysis unit may include a filter unit that removes noise from the EEG signals measured by the measurement unit, and a power spectrum analyzing unit that analyzes the correlation with the power spectrum of the noise- A comparator for comparing an analysis result of the index analyzer with brain wave data of a healthy person stored in an index database; And an operation unit for calculating an estimated value.
본 발명의 일실시예에 따르면, 상기 지표분석부는, 주파수 대역별 절대 파워와 상대 파워를 의미하는 파워 스펙트럼 분석, 뇌의 기능적 연결성 및 네트워크 분석을 포함하며, 뇌파의 파워 스펙트럼은 뇌파의 구성 주파수별 전력의 크기를 검출하여, ㎶2/Hz 또는 dB/Hz 단위로 표시하고, 상기 주파수 대역별 절대 파워는 주파수 대역별로 구성 주파수 파워를 가산하여 산출하고, 상기 상대 파워는 특정 주파수 대역에서 절대 파워를 전체 주파수 대역에서 계산된 전체 파워로 나누어 산출할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the indicator analyzing unit includes a power spectrum analysis, which refers to absolute power and relative power per frequency band, functional connectivity of the brain, and network analysis, and the power spectrum of the brain waves includes detecting the size of the power, represented by ㎶ 2 / Hz or dB / Hz units, the frequency bands absolute power is calculated by adding a configured frequency power for each frequency band, the relative power is the absolute power in a particular frequency band Can be calculated by dividing by the total power calculated in the entire frequency band.
본 발명의 일실시예에 따르면, 상기 지표분석부는, 주파수 대역별 절대 파워와 상대 파워를 의미하는 파워 스펙트럼 분석, 뇌의 기능적 연결성 및 네트워크 분석을 포함하며, 상기 기능적 연결성은, 디폴트 모드 네트워크(default mode network, DMN), 어텐션 모드 네트워크(attention network, AN), 프론토 패리에탈 네트워크(fronto-parietal network, FPN) 및 감각운동기 네트워크(sensorimotor network, SMN)으로 정의된 네트워크의 구성 영역들 사이의 기능적 연결성(functional connectivity)을 계산할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the indicator analyzing unit includes a power spectrum analysis, an absolute power and a relative power for each frequency band, a functional connectivity of the brain, and a network analysis. The functional connectivity includes a default mode network functional network between configuration areas of a network defined as a mode network (DMN), an attention network (AN), a fronto-parietal network (FPN) and a sensorimotor network (SMN) Functional connectivity can be calculated.
본 발명의 일실시예에 따르면, 상기 기능적 연결성은, 아래의 수학식 1로 표현될 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the functional connectivity can be expressed by the following equation (1).
수학식 1
상기 수학식 1에서 f는 주파수, Sxy(f)는 X와 Y 사이의 크로스 스펙트럼(cross-spectrum), Sxx(f)와 Syy(f)는 각각 X와 Y의 스펙트럼을 나타낸다. im은 허수부 코히어런스(imaginary part of coherence)를 의미하고, ()는 () 내에 기재된 구간의 평균이다.In the above equation (1), f is a frequency, Sxy (f) is a cross-spectrum between X and Y, Sxx (f) and Syy (f) are X and Y spectrums, respectively. im means imaginary part of coherence, and () is the mean of the interval described in ().
본 발명의 일실시예에 따르면, 상기 연산부는, 아래의 수학식 2를 통해 뇌 나이 추정 연산을 수행할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the arithmetic unit may perform a brain age estimation calculation using Equation (2) below.
X는 검출된 뇌파 데이터의 분석 지표 값이며, 는 건강인 표준 뇌파 데이터베이스로부터 산출한 동일 연령대 및 성별 데이터베이스 평균값이고, σ는 건강인 표준 뇌파 데이터베이스로부터 산출한 동일 연령대 및 성별 데이터베이스 표준편차값X is an index value of detected EEG data, Is the average value of the same age and gender database calculated from the standard EEG database, and σ is the mean age and gender database standard deviation value calculated from the standard EEG database
본 발명의 일실시예에 따르면, 상기 출력부는, 측정 대상자의 뇌파 데이터의 시각화된 이미지에 텍스트 데이터를 태깅하여 함께 출력할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the output unit may tag the text data to the visualized image of the brain wave data of the measurement subject and output them together.
또한, 본 발명의 다른 측면에 따른 뇌파 분석을 통한 뇌 나이 추정 방법은, a) 뇌파 데이터를 측정하는 단계와, b) 뇌파 데이터를 필터링하여 잡음을 제거하는 단계와, c) 파워 스펙트럼, 주파수 대역별 절대 파워 및 상대 파워, 연결성 및 네트워크 지표를 산출하는 단계와, d) 동일 성별 건강인 표준 뇌파 지표와 비교하여, 측정 대상자의 추정 뇌 나이를 산출하는 단계를 포함할 수 있다.According to another aspect of the present invention, there is provided a brain age estimation method using brain wave analysis, comprising the steps of: a) measuring EEG data; b) filtering EEG data to remove noise; c) Calculating the absolute absolute power and relative power, connectivity, and network index of the subject; and d) comparing the estimated brain age of the subject with the standard EEG indicator of the same gender.
본 발명의 일실시예에 따르면, e) 추정된 뇌 나이에 따라 분류된 텍스트 데이터를 태깅하여 측정 대상자의 뇌파 데이터의 시각화된 이미지와 함께 출력하는 단계를 더 포함할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, e) tagging the text data classified according to the estimated brain age and outputting together with the visualized image of the brain wave data of the measurement subject.
본 발명의 일실시예에 따르면, 상기 a) 단계는, 안정 상태 및 사건 유발 전위 뇌파를 측정할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the step a) can measure the steady state and event-induced potential brain waves.
본 발명의 일실시예에 따르면, 상기 c) 단계는, 상기 b) 단계를 통해 잡음이 제거된 뇌파 신호들에서, 파워 스펙트럼과 연관성 및 네트워크를 분석할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the step c) may analyze the power spectrum and the association and the network in the noise-canceled EEG signals through the step b).
본 발명의 일실시예에 따르면, 상기 c) 단계는, 주파수 대역별 절대 파워와 상대 파워를 의미하는 파워 스펙트럼 분석, 뇌의 기능적 연결성 및 네트워크 분석을 포함하며, 뇌파의 파워 스펙트럼은 뇌파의 구성 주파수별 전력의 크기를 검출하여, ㎶2/Hz 또는 dB/Hz 단위로 표시하고, 상기 주파수 대역별 절대 파워는 주파수 대역별로 구성 주파수 파워를 가산하여 산출하고, 상기 상대 파워는 특정 주파수 대역에서 절대 파워를 전체 주파수 대역에서 계산된 전체 파워로 나누어 산출할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the step c) includes power spectral analysis, which refers to absolute power and relative power per frequency band, functional connectivity of the brain, and network analysis. The power spectrum of the brain waves includes the constituent frequencies by detecting the amount of specific power, represented by ㎶ 2 / Hz or dB / Hz units, the frequency bands absolute power is calculated by adding a configured frequency power for each frequency band, the relative power is the absolute power in a particular frequency band Can be calculated by dividing by the total power calculated in the entire frequency band.
본 발명의 일실시예에 따르면, 상기 c) 단계는, 주파수 대역별 절대 파워와 상대 파워를 의미하는 파워 스펙트럼 분석, 뇌의 기능적 연결성 및 네트워크 분석을 포함하며, 상기 기능적 연결성은, 디폴트 모드 네트워크(default mode network, DMN), 어텐션 모드 네트워크(attention network, AN), 프론토 패리에탈 네트워크(fronto-parietal network, FPN) 및 감각운동기 네트워크(sensorimotor network, SMN)으로 정의된 네트워크의 구성 영역들 사이의 기능적 연결성(functional connectivity)을 계산할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the step c) includes a power spectral analysis, a functional connectivity and a network analysis of the brain, which means absolute power and relative power per frequency band, between the constituent areas of a network defined as a default mode network (DMN), an attention mode network (AN), a fronto-parietal network (FPN) and a sensorimotor network (SMN) Functional connectivity can be calculated.
본 발명의 일실시예에 따르면, 상기 d) 단계는, 아래의 수학식 2를 통해 뇌 나이 추정 연산을 수행할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the step d) may perform a brain age estimation calculation using the following equation (2).
수학식 2
X는 검출된 뇌파 데이터의 분석 지표 값이며, 는 건강인 표준 뇌파 데이터베이스로부터 산출한 동일 연령대 및 성별 데이터베이스 평균값이고, σ는 건강인 표준 뇌파 데이터베이스로부터 산출한 동일 연령대 및 성별 데이터베이스 표준편차값X is an index value of detected EEG data, Is the average value of the same age and gender database calculated from the standard EEG database, and σ is the mean age and gender database standard deviation value calculated from the standard EEG database
본 발명은, 뇌파의 파워 스펙트럼 외에 기능적 연결성 및 네트워크 지표를 이용하여 뇌 나이를 추정하여 보다 객관적이고 신뢰성이 높은 뇌 나이 추정이 가능한 효과가 있다.The present invention has the effect of estimating the brain age using the functional connectivity and the network index in addition to the power spectrum of the EEG, thereby achieving a more objective and reliable brain age estimation.
특히, 본 발명은 성별에 따른 뇌파의 특이성을 고려하여 측정 대상자의 성별을 고려하여 더 객관적이고 신뢰성이 높은 뇌 나이 추정이 가능한 효과가 있다.Particularly, in consideration of the specificity of brain waves according to gender, the present invention can provide a more objective and reliable brain age estimation considering gender of a subject to be measured.
아울러 본 발명은 뇌 나이 추정 결과에 따라 보고서를 자동으로 생성할 수 있어, 보고서 작성시 오류의 발생을 방지할 수 있으며, 보고서 작성에 전문 인력이 투입되지 않도록 하며, 보고서 작성 시간을 단축할 수 있는 효과가 있다.In addition, the present invention can automatically generate a report according to the brain age estimation result, thereby preventing occurrence of errors in the report generation, preventing a specialist from being input into the report generation, It is effective.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 뇌파 분석을 통한 뇌 나이 추정 시스템의 구성도이다.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 뇌파 분석을 통한 뇌 나이 추정 방법의 순서도이다.
도 3은 측정 센서의 전극 배치도이다.
도 4는 안정상태에서 검출한 뇌파의 주파수 대역별 절대 파워맵이다.
도 5 남성과 여성의 후두부 영역 상대 세타 밴드 지표의 분포그래프이다.
도 6은 남성과 여성의 후두부 영역 세타-베타비(TBR) 지표의 분포그래프이다.
도 7은 세타 네트워크 지표의 분포그래프이다.
도 8은 네트워크 구성 영역 정보이다.
도 9는 도 2에서 S70단계의 순서도이다.
도 10은 뇌파 데이터의 시각화된 이미지의 예시도이다.1 is a block diagram of a brain age estimation system through EEG analysis according to a preferred embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a flowchart of a brain age estimation method using an EEG analysis according to a preferred embodiment of the present invention.
3 is an electrode arrangement diagram of the measurement sensor.
4 is an absolute power map of frequency bands of the EEG detected in the steady state.
FIG. 5 is a graph of the distribution of the relative cetaphile index of the occipital area of male and female.
Figure 6 is a graph of distribution of the theta-beta ratio (TBR) index of the occipital region of males and females.
7 is a distribution graph of the Seta network index.
8 shows network configuration area information.
FIG. 9 is a flow chart of step S70 in FIG.
10 is an illustration of a visualized image of EEG data.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 뇌파 분석을 통한 뇌 나이 추정 방법 및 시스템에 대하여 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다.Hereinafter, a method and system for estimating brain age through EEG analysis according to a preferred embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
본 발명의 실시 예들은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시 예를 가질 수 있는바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하여 상세하게 설명한다. 그러나 이는 본 발명의 실시 예들을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 실시 예들의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.The embodiments of the present invention can make various changes and have various embodiments, and specific embodiments will be described in detail with reference to the drawings. It should be understood, however, that the embodiments of the present invention are not limited to specific embodiments, but include all modifications, equivalents, and alternatives falling within the spirit and scope of embodiments of the present invention.
제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 실시 예들의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.Terms including ordinals, such as first, second, etc., may be used to describe various elements, but the elements are not limited to these terms. The terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another. For example, without departing from the scope of the embodiments of the present invention, the first component may be referred to as a second component, and similarly, the second component may also be referred to as a first component. And / or < / RTI > includes any combination of a plurality of related listed items or any of a plurality of related listed items.
본 발명의 실시 예들에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명의 실시 예들을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 발명의 실시 예들에서, "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.The terminology used in the embodiments of the present invention is used only to describe a specific embodiment and is not intended to limit the embodiments of the present invention. The singular expressions include plural expressions unless the context clearly dictates otherwise. In the embodiments of the present invention, terms such as " comprise " or " comprise ", etc. designate the presence of stated features, integers, steps, operations, elements, parts, or combinations thereof, It should be understood that the foregoing does not preclude the presence or addition of other features, numbers, steps, operations, elements, parts, or combinations thereof.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명의 실시 예들이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미가 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 갖는 것으로 해석되어야 하며, 본 발명의 실시 예들에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.Unless otherwise defined, all terms used herein, including technical or scientific terms, have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which the embodiments of the present invention belong. Terms such as those defined in commonly used dictionaries are to be interpreted as having a meaning consistent with the meaning of the context in the related art and, unless explicitly defined in the embodiments of the present invention, are intended to mean ideal or overly formal .
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 뇌파 분석을 통한 뇌 나이 추정 시스템의 구성도이다.1 is a block diagram of a brain age estimation system through EEG analysis according to a preferred embodiment of the present invention.
도 1을 참조하면 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 뇌파 분석을 통한 뇌 나이 추정 시스템은, 안정 상태 및 사건 유발 전위 뇌파를 측정하는 측정부(10)와, 측정부(10)에서 측정된 뇌파에서 잡음을 제거하고, 파워 스펙트럼, 주파수 대역별 절대 및 상대 파워, 연결성 및 네트워크 지표를 분석하고, 건강인 표준 뇌파 지표와 비교하는 분석부(20)와, 상기 분석부(20)의 분석결과를 출력하는 출력부(30)를 포함하여 구성된다.Referring to FIG. 1, a brain age estimation system based on EEG analysis according to a preferred embodiment of the present invention includes a
이하 상기와 같이 구성되는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 뇌파 분석을 통한 뇌 나이 추정 시스템의 구성과 작용에 대하여 더 상세히 설명하며, 도 2에 도시한 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 뇌파 분석을 통한 뇌 나이 추정 방법의 순서도를 참조한다.Hereinafter, the structure and operation of the brain age estimation system based on the EEG analysis according to the preferred embodiment of the present invention will be described in detail. FIG. 2 is a flowchart illustrating an EEG analysis according to a preferred embodiment of the present invention. Refer to the flowchart of the brain age estimation method.
먼저, 측정부(10)는 뇌파를 측정하기 위한 측정센서(11), 측정센서(11)의 측정 신호를 증폭하는 증폭부(12)를 포함하며, 또한 안정상태가 아닌 사건 유발 전위 뇌파를 측정하기 위한 자극발생부(13)를 포함한다.The
뇌파는 뇌신경세포 사이에 신호가 전달될 때 발생하는 전기적 신호를 측정한 것으로, 측정센서(또는 기록 전극이라고도 함, 11)을 두피에 붙여 측정한다(S10). EEG is an electrical signal generated when a signal is transmitted between brain cells. A measurement sensor (also referred to as a recording electrode 11) is attached to the scalp (S10).
상기 측정센서(11)의 부착위치는 국제표준 10-20 시스템(Nuwer, 1987)에 따른다. The attachment position of the
도 3에 측정센서(11)의 전극배치도를 도시하였다. Fig. 3 shows an electrode arrangement diagram of the
총 19개의 전극(Fp1, Fp2, F7, F8, F3, F4, Fz, T3, T4, C3, C4, Cz, T5, T6, P3, P4, Pz, O1, O2)를 사용하여 배치된 것이며, 뇌파는 다양한 주파수 성분이 포함된 신호이므로 구성 주파수 성분의 특성을 관찰하기 위해 주파수 대역별로 구분하여 관찰한다.And 19 electrodes (Fp1, Fp2, F7, F8, F3, F4, Fz, T3, T4, C3, C4, Cz, T5, T6, P3, P4, Pz, O1, O2) Since the EEG is a signal containing various frequency components, the EEG is divided into frequency bands in order to observe the characteristics of the constituent frequency components.
본 발명에서는 델타파(Delta, δ, 1~4 Hz), 세타파(Theta, θ, 4~8 Hz), 알파파(Alpha, α, 8~13 Hz), 베타파1(Beta1, β1, 13~21Hz), 베타파2(Beta2, β2, 21~30Hz)로 구분한 주파수 대역을 사용할 수 있다.In the present invention, a delta (delta, 1 to 4 Hz), ata (4 to 8 Hz), alpha (alpha, 8 to 13 Hz) ~ 21 Hz), Beta 2 (
통상 안정 상태의 뇌파인 뇌전도(Electroencephalogram, EGG)는 50㎶ 정도의 진폭을 가지며, 이를 증폭부(12)를 통해 증폭하여 분석부(20)에서 분석이 용이하도록 한다. The electroencephalogram (EGG), which is an electroencephalogram (EGG) which is normally stable, has an amplitude of about 50., Amplified by the
이와 같은 안정상태의 뇌파의 측정과는 별도로 자극과 관련된 사건 유발 전위(Event Related Potentials, ERP)는 개별적인 사건에 대한 반응시 발생 되는 뇌활동의 표현인 특정 정신 과정의 표현이다.Apart from this stable state of EEG measurement, Event Related Potentials (ERP) related to stimuli are expressions of specific mental processes, which are expressions of brain activity that occur in response to individual events.
사건 유발 전위의 측정은 상기 측정센서(11)와는 별도의 전극을 가지는 자극발생부(13)를 이용한다. 즉, ERP의 측정은 측정센서(11)인 기록 전극과 함께 기준 전극을 사용하여, 두 전극 사이의 전위차를 측정하는 방식을 사용하기 때문에 부적 정점(negative peak)과 정적 정점(positive peak)은 두개골의 부위와 그 극성, 그리고 잠복기(latency)에 의해 기술된다.The measurement of the event-induced potential uses a
예를 들어 P300은 300ms의 잠복기를 가지는 정적 정점의 파를 의미하고, P3는 파형에서 세 번째 나타나는 파를 뜻한다. 외부 자극에 의해 유발된 뇌 전위는 감각적 또는 외인성이라고 한다.For example, P300 means a static peak with a latency of 300 ms, and P3 means a wave that appears third in the waveform. The brain potential induced by external stimuli is said to be sensory or extrinsic.
본 발명에서는 안정상태와 함께 사건 유발 전위를 측정하여 더 정확한 뇌나이의 추정이 가능하다.In the present invention, it is possible to estimate the brain age more precisely by measuring the event-induced potential with the stable state.
상기 ERP의 진폭은 0.1 내지 0.5㎶이기 때문에 역시 증폭부(12)를 통해 증폭하여 평균화 과정을 포함한 분석부(20)에서 분석할 수 있도록 한다.Since the amplitude of the ERP is in the range of 0.1 to 0.5 kPa, the
이처럼 본 발명은 안정상태의 뇌파의 측정과 함께 사건 유발 전위를 측정하며, 측정된 뇌파들이 증폭된 전기적인 신호들은 도 2의 S20단계와 같이 분석부(20)로 입력된다.As described above, the present invention measures the EEG in conjunction with the measurement of the stable EEG, and the electrical signals obtained by amplifying the measured EEG signals are input to the
분석부(20)는 상기 측정부(10)에서 입력된 신호들에서 잡음을 제거하는 필터부(21)를 포함하여, S30단계의 뇌파 전처리를 수행한다.The
상기 필터부(21)는 단순히 신호의 잡음을 제거하는 것일 수 있으나, 심층신경망 분석을 통해 뇌파를 제외한 다른 성분들을 제거할 수 있다.The
심층신경망의 각 노드 층위는 측정된 뇌파 데이터로부터 각자 다른 특징들을 추출할 수 있으며, 층마다 다른 층위의 특징이 학습될 수 있다. 낮은 층위의 특징은 단순하고 구체적일 수 있으며 높은 층위로 갈수록 더욱 복잡하고 추상적인 특징을 가질 수 있다.Each node layer of the neural network can extract different features from measured EEG data and different layer features can be learned from layer to layer. The characteristics of the lower level can be simple and concrete, and the higher the level, the more complex and abstract the character can be.
이러한 심층신경망의 특징을 이용하여 상기 측정부(10)에서 측정된 잡음이 포함된 뇌파 신호를 순수 뇌파 성분, 수평 눈 움직임 성분, 수직 눈 움직임 성분, 근육 움직임 성분, 기타 노이즈 성분 등으로 분류할 수 있다.The EEG signal including the noise measured by the measuring
그리고 분류된 신호를 바탕으로 뇌파 성분 이외의 나머지 잡음 성분을 입력된 뇌파 데이터로부터 제거하여 잡음이 제거된 뇌파를 최종적으로 출력할 수 있다.Then, based on the classified signal, the remaining noise components other than the EEG component are removed from the input EEG data, and the EEG elimination noise can be finally output.
이때 심층신경망 분석에 사용될 수 있는 심층신경망으로는 콘벌루션 신경망(CNN), 리커런트 신경망(RNN) 또는 하이브리드 신경망(HNN)일 수 있다.The in-depth neural network that can be used for the depth neural network analysis may be Convolution Neural Network (CNN), Recurrent Neural Network (RNN) or Hybrid Neural Network (HNN).
이처럼 심층신경망을 통해 순수한 뇌파 성분을 분석부(20)에 입력할 수 있다.The pure brain wave component can be input to the
상기 분석부(20)는 PC, 노트북 등 컴퓨터일 수 있으며, 별도로 제작된 하드웨어를 사용할 수 있다. 위의 잡음 제거를 수행하는 필터부(21)는 필터링 가능한 하드웨어 또는 소프트웨어일 수 있으며, 입력된 측정부(10)의 전기적신호를 필터링하여 유효한 신호만을 추출하는 역할을 한다.The
상기 분석부(20)는 지표 분석부(22), 지표 데이터베이스(23), 비교부(24) 및 연산부(25)를 더 포함한다.The
상기 필터부(21)에서 필터링된 뇌파들이 증폭된 전기적인 신호들은 S40단계와 같이 지표 분석부(22)에서 분석된다. 이때의 분석은 주파수 대역별 절대 및 상대 파워를 의미하는 파워 스펙트럼 분석, 뇌의 기능적 연결성 및 네트워크 분석을 포함한다.The electric signals obtained by amplifying the EEG filtered by the
뇌파의 파워 스펙트럼은 뇌파의 구성 주파수별 전력의 크기를 검출하여, ㎶2/Hz 또는 dB/Hz 단위로 표시한다.The power spectrum of the EEG detects the magnitude of the power according to the constituent frequency of the EEG, expressed in units of 2 / Hz or dB / Hz.
그리고 주파수 대역별 절대 및 상대 파워를 산출하는데, 절대 파워는 주파수 대역별로 구성 주파수 파워를 가산한 값이며, 상대 파워는 특정 주파수 대역에서 절대 파워를 전체 주파수 대역에서 계산된 전체 파워로 나눈 값이다.Absolute power is a value obtained by adding the constituent frequency power to each frequency band. Relative power is a value obtained by dividing the absolute power in the specific frequency band by the total power calculated in the entire frequency band.
이와 같은 산출 값들은 뇌의 나이를 판단하는 근거 지표의 일부가 된다.These values are part of the baseline indicator to determine the age of the brain.
도 4에 안정상태에서 검출한 뇌파의 주파수 대역별 절대 파워맵을 도시하였다.FIG. 4 shows an absolute power map for each frequency band of the EEG detected in the stable state.
도 4에서는 주파수 대역별 절대 파워를 성별 및 연령대로 구분하여 표시한 것으로, 동일 연령대이더라도 성별에 따라 주파수 대역별 절대 파워에 차이가 있음을 알 수 있다.In FIG. 4, the absolute power of each frequency band is divided into gender and age group, and it can be seen that even in the same age range, there is a difference in absolute power among frequency bands according to gender.
이러한 성별에 따른 뇌파의 차이는 여러 측정 결과에서 확인할 수 있으며, 아래에서는 동일 연령대의 다른 성별간 뇌파의 특성 차이를 설명한다.The difference in EEG according to these genders can be confirmed by various measurement results, and the following explains the difference in characteristics of EEG between different sexes of the same age range.
도 5 남성과 여성의 후두부 영역 상대 세타 밴드 지표의 분포그래프이며, 도 6은 남성과 여성의 후두부 영역 세타-베타비(TBR) 지표의 분포그래프이고, 도 7은 세타 네트워크 지표의 분포그래프이다.FIG. 5 is a graph of the distribution of the theta-beta ratio (TBR) index of the occipital region of male and female, and FIG. 7 is a graph of distribution of theta network index.
도 5 내지 도 7에서 확인할 수 있는 바와 같이, 도면에 도시된 각 지표들의 남성과 여성의 평균을 나타내는 곡선은 서로 차이가 있으며, 이러한 특징에 의하여 성별을 구분하지 않고 분석된 지표들만으로 뇌 나이를 추정하는 것은 오류가 발생할 수 있다.As can be seen from FIGS. 5 to 7, the curves representing the mean of males and females in each of the indicators shown in the figure are different from each other. According to these characteristics, the brain age is estimated Doing so can cause errors.
또한, 본 발명에서는 검출된 뇌파의 파워 스펙트럼을 이용할 뿐만 아니라 뇌의 기능적인 연결성 및 네트워크를 뇌 나이 판단의 지표로 사용한다.In addition, the present invention uses not only the power spectrum of the detected EEG, but also the functional connectivity and network of the brain as an index of brain age determination.
뇌의 기능적 연결성은 대뇌 피질의 5810개 위치에서 뇌파 발생 신호원을 계산한 후, 디폴트 모드 네트워크(default mode network, DMN), 어텐션 모드 네트워크(attention network, AN), 프론토 패리에탈 네트워크(fronto-parietal network, FPN), 감각운동기 네트워크(sensorimotor network, SMN)으로 정의된 네트워크의 구성 영역들 사이의 기능적 연결성(functional connectivity)을 계산한다.The functional connectivity of the brain is calculated by calculating the EEG sources at 5810 positions in the cerebral cortex and then using the default mode network (DMN), the attention network (AN), the fronto- the functional connectivity between the constituent areas of the network defined by the parietal network (FPN) and the sensorimotor network (SMN).
기능적 연결성 지표로는 다양한 지표가 사용 가능하며, 본 발명에서는 imaginary coherence(iCoh)를 사용한다. 기능적 연결성 지표는 아래의 수학식 1로 산출할 수 있다.Various indicators can be used as functional connectivity indicators, and imaginary coherence (iCoh) is used in the present invention. The functional connectivity index can be calculated by the following equation (1).
수학식 1에서 f는 주파수, Sxy(f)는 X와 Y 사이의 크로스 스펙트럼(cross-spectrum), Sxx(f)와 Syy(f)는 각각 X와 Y의 스펙트럼을 나타낸다. im은 허수부 코히어런스(imaginary part of coherence)를 의미하고, ()는 () 내에 기재된 구간의 평균이다. 상기 iCohxy의 값은 0과 1 사이에서 결정된다. F is the frequency, Sxy (f) is the cross-spectrum between X and Y, Sxx (f) and Syy (f) are the spectra of X and Y, respectively. im means imaginary part of coherence, and () is the mean of the interval described in (). The value of iCo xy is determined between 0 and 1.
iCohxy의 값이 0이면 주어진 주파수에서 X와 Y의 위치의 두 신호는 선형적으로 독립인 것을 의미한다. 반대로 1이면 주어진 주파수에서 두 신호는 최대로 상관되어 있음을 의미한다.If the value of iCoh xy is 0, it means that the two signals at the positions of X and Y at a given frequency are linearly independent. Conversely, a value of 1 means that the two signals are at maximum correlated at a given frequency.
이처럼 기능적 연결성을 이용하여 네트워크 구성 영역을 확인할 수 있으며, 이러한 네트워크 구성 영역 정보를 도 8에 도시하였다.The network configuration area can be identified using the functional connectivity, and the network configuration area information is shown in FIG.
뇌 네트워크의 산출은 뇌 연결성을 각 네트워크 구성 영역 사이에서 계산한 후, 전체 연결성 지표의 평균값을 계산한 전체 연결 강도(total connection strength) 지표이며, 클러스터링 상수(clustering coefficient), 연결길이(path length), 집중성(centrality) 지표를 포함할 수 있다.The computation of the brain network is a total connection strength index that calculates the mean value of the total connectivity index after calculating the brain connectivity between each network constitution area. The clustering coefficient, the path length, , And a centrality indicator.
이와 같이 분석부(20)의 지표 분석부(22)에서는 파워 스펙트럼뿐만 아니라 연관성 및 네트워크를 분석하며, 비교부(24)에서는 도 2의 S50단계와 같이 지표 데이터베이스(23)에 저장된 지표들과 상기 지표 분석부(22)의 분석결과를 비교한다.In this way, the indicator analyzer 22 of the
S50단계의 처리를 통해 모든 지표별 뇌 나이의 추정이 가능하다.It is possible to estimate brain age by all indicators through the process of step S50.
그 다음, S60단계와 같이 분석부(20)의 연산부(25)는 각 지표별 뇌 나이의 평균을 구하여 뇌 나이를 추정한다. Then, as in step S60, the
뇌 나이 추정의 산출식은 아래의 수학식 2로 표현할 수 있다.The calculation formula of the brain age estimation can be expressed by the following equation (2).
상기 수학식 2에서 X는 검출된 뇌파 데이터의 분석 지표 값이며, 는 건강인 표준 뇌파 데이터베이스로부터 산출한 동일 연령대 및 성별 데이터베이스 평균값이고, σ는 건강인 표준 뇌파 데이터베이스로부터 산출한 동일 연령대 및 성별 데이터베이스 표준편차값이다.In Equation (2), X is an index value of the detected EEG data, Is the mean value of the same age and gender database calculated from the healthy standard EEG database and σ is the same age and gender database standard deviation value calculated from the healthy standard EEG database.
뇌 나이 추정 값(Z)은 0이거나, 양의 정수 또는 음의 정수의 값이며, 따라서 건강인 표준 뇌 나이와 같음, 또는 많거나 적음을 알 수 있다. The brain age estimate (Z) is a value of zero, a positive integer or a negative integer, and thus is equal to, or greater or less than, the standard brain age of a healthy person.
위의 평균값을 이용하는 방법 이외의 다른 뇌 나이 추정 방법으로는, 신뢰성이 높은 특정한 주파수 대역이 나타내는 지표에 대해서는 더 높은 가중치를 두어 평균값에 영향을 주는 보정을 할 수 있다. 특히 세타파는 시험상 뇌 나이 추정의 결과와 매우 유사한 결과를 나타내는 신뢰성이 높은 주파수 대역이며, 세타파의 파워 스펙트럼에 더 높은 가중치를 부여할 수 있다.In other brain age estimation methods other than the above average method, a higher weight is assigned to the indexes indicated by a certain reliable frequency band, and correction can be made to affect the average value. In particular, the seta is a highly reliable frequency band with very similar results as the result of the brain age estimation, and can give a higher weight to the power spectrum of the seta.
이처럼 분석부(20)에서 분석된 뇌 나이는 S70단계와 같이 출력부(30)를 통해 출력된다. 여기서 출력이라 함은 측정 대상자가 쉽게 이해할 수 있는 보고서의 출력을 뜻하며, 이는 디스플레이 장치상의 표시 또는 종이 등에 직접 인쇄를 포함하는 개념일 수 있으며, 통신을 이용하여 다른 장치로 전송하는 것을 포함하는 개념으로 이해되어야 한다.The brain age analyzed in the
본 발명에서는 S70단계의 수행을 위하여 자동화된 방법을 제안한다.The present invention proposes an automated method for performing step S70.
좀 더 구체적으로, 출력부(30)에서 출력을 하는 과정에서 뇌파 데이터에 컨텐츠를 태깅하여 함께 출력한다.More specifically, in the process of outputting from the
도 9는 상기 S70단계의 상세 순서도이다.9 is a detailed flowchart of step S70.
상기 분석부(20)에서 분석된 최종 뇌 나이 추정 값(Z)이 점수가 소정의 범위 값 이하인지를 판단하여 뇌파 데이터가 정상 범위 내에 있는지를 판단한다(S71).In step S71, it is determined whether the final brain age estimated value Z analyzed by the
위의 뇌 나이 추정 값(Z)이 정상 범위 내인 경우, 뇌파 데이터의 상태를 '정상' 상태로 파악하고, 뇌파 데이터의 시각화된 이미지에 '정상' 상태에 대응하는 컨텐츠를 태깅한다(S72).If the brain age estimated value Z is within the normal range, the state of the brain wave data is regarded as a 'normal' state and the contents corresponding to the 'normal' state are tagged in the visualized image of brain wave data (S72).
여기서 '정상'은 뇌 나이 추정 값(Z)이 0으로 건강인 표준 뇌 나이와 동일함을 뜻하며, 정상범위는 0을 기준으로 소정의 뇌 나이 범위를 정하여 해당 범위 내이면 측정 대상자의 뇌 나이가 정상 범위에 있는 것으로 판단할 수 있다.Here, 'normal' means that the estimated brain age (Z) is equal to the standard brain age, which is 0, and the normal range is 0, and the predetermined brain age range is set. It can be determined that it is in the normal range.
상기 뇌 나이 추정 값(Z)이 정상 범위가 아닌 경우 뇌 나이 추정 값(Z)이 수가 양수인지 음수인지 확인한다.If the brain age estimation value Z is not in the normal range, the brain age estimation value Z confirms whether the number is positive or negative.
즉, 뇌 나이 추정 값(Z)이 건강인 뇌파 데이터 베이스 평균보다 큰지 작은지를 판단한다(S73).That is, it is determined whether the brain age estimated value Z is larger or smaller than the EEG database average of health (S73).
뇌 나이 추정 값(Z)이 양수이면, 측정 대상자의 뇌 나이 상태를 '증가'로 파악하여 증가 상태에 대응하는 컨텐츠를 태깅한다(S74).If the brain age estimation value (Z) is positive, the brain age state of the measurement subject is identified as " increase " and the content corresponding to the increase state is tagged (S74).
반대로 음수이면 뇌 나이 상태를 '감소'로 파악하고, 뇌파 데이터의 시각화된 이미지에 '감소' 상태에 대응하는 컨텐츠를 태깅한다(S75).Conversely, if the number is negative, the brain age state is identified as 'reduced', and the contents corresponding to the 'reduced' state are tagged in the visualized image of the brain wave data (S75).
이에 따라, 뇌 나이를 분류한 결과에 따라서 해당하는 컨텐츠를 뇌파 데이터의 시각화된 이미지에 태깅할 수 있다. 뇌파 데이터의 시각화된 이미지의 예를 도 10에 도시하였다.Accordingly, the corresponding contents can be tagged to the visualized image of brain wave data according to the result of classifying brain age. An example of a visualized image of EEG data is shown in Fig.
위에서 컨텐츠라 함은 각 뇌파 데이터를 설명하는 텍스트 데이터 일 수 있으며, 출력부(30)는 측정 대상자의 뇌파 데이터의 시각화된 이미지에 텍스트 데이터를 태깅하여 함께 출력할 수 있다.The content may be text data describing each brain wave data, and the
또한, 상기 컨텐츠는 추정된 뇌 나이에 따라 임상적 해석 정보를 포함할 수 있다. 컨텐츠는 추정된 뇌 나이와 측정 대상자의 나이의 차에 따라 식별 번호 등 고유값을 할당하여 구성할 수 있으며, 뇌 나이 추정 결과에 따라 컨텐츠를 검색 및 태깅할 수 있다. 임상적 해석 정보는 뇌 나이 추정결과 생물학적 나이와 비교하여 추정된 뇌 나이가 높거나 낮은 경우 건강한 뇌 나이 유지를 위한 제안을 포함할 수 있다. 예를 들어 상태에 맞는 운동 또는 식이요법을 제안할 수 있다.In addition, the content may include clinical interpretation information according to an estimated brain age. The contents can be configured by assigning unique values such as an identification number according to the difference between the estimated brain age and the age of the measurement subject, and the contents can be searched and tagged according to the brain age estimation result. Clinical interpretation information may include suggestions for maintenance of healthy brain age when the estimated brain age is high or low compared to the biological age of the estimated brain age. For example, you can suggest exercise or diet that is right for your condition.
본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않고 본 발명의 기술적 요지를 벗어나지 아니하는 범위 내에서 다양하게 수정, 변형되어 실시될 수 있음은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 있어서 자명한 것이다.It will be apparent to those skilled in the art that various modifications and variations can be made in the present invention without departing from the spirit and scope of the invention will be.
10:측정부 11:측정센서
12:증폭부 13:자극발생부
20:분석부 21:필터부
22:지표 분석부 23:지표 데이터베이스
24:비교부 25:연산부
30:출력부10: Measuring section 11: Measuring sensor
12: Amplification unit 13: Stimulation unit
20: Analysis section 21: Filter section
22: Index analysis section 23: Index database
24: comparator 25:
30: Output section
Claims (15)
측정부에서 측정된 뇌파에서 잡음을 제거하고, 파워 스펙트럼, 주파수 대역별 절대 및 상대 파워, 연결성 및 네트워크 지표 중 선택된 둘 이상을 분석하고, 성별 및 연령별로 분류된 건강인 표준 뇌파 지표와 비교하여 뇌 나이 추정 값을 산출하는 분석부; 및
상기 분석부의 분석결과를 출력하는 출력부를 포함하여 된 것을 특징으로 하는 뇌파 분석을 통한 뇌 나이 추정 시스템.A measuring unit for measuring a stable state and an event-induced vestibular wave;
The EEG measured by the measurement unit was removed, and two or more selected from the power spectrum, the absolute and relative power of each frequency band, the connectivity and the network index were analyzed, and compared with the standard EEG indexes classified by sex and age, An analyzing unit for calculating an estimated age value; And
And an output unit for outputting an analysis result of the analysis unit.
상기 측정부는,
뇌파를 측정하기 위한 측정센서들;
측정센서들의 측정 신호를 증폭하는 증폭부; 및
사건 유발 전위 뇌파를 측정하기 위하여 자극을 발생시키는 자극발생부를 포함하는 뇌파 분석을 통한 뇌 나이 추정 시스템. The method according to claim 1,
Wherein the measuring unit comprises:
Measuring sensors for measuring brain waves;
An amplifying unit amplifying a measurement signal of the measurement sensors; And
A brain age estimation system based on EEG analysis including a stimulus generator that generates a stimulus to measure an event-induced potential brain wave.
분석부는,
상기 측정부에서 측정된 뇌파 신호들에서 잡음을 제거하는 필터부;
상기 필터부에서 잡음이 제거된 뇌파 신호들의 파워 스펙트럼과 연관성 및 네트워크를 분석하는 지표분석부;
건강인의 뇌파 데이터를 저장하는 지표 데이터베이스;
상기 지표분석부의 분석결과를 상기 지표 데이터베이스에 저장된 건강인의 뇌파 데이터와 비교하는 비교부; 및
상기 비교부의 비교 결과를 연산하여 상기 측정 대상자의 뇌 나이 추정 값을 산출하는 연산부를 포함하는 뇌파 분석을 통한 뇌 나이 추정 시스템. The method according to claim 1,
However,
A filter unit for removing noise from the EEG signals measured by the measuring unit;
An index analyzer for analyzing a network and a correlation with a power spectrum of noise-canceled EEG signals in the filter unit;
An index database storing EEG brainwave data;
A comparing unit comparing the analysis result of the index analyzing unit with EEG brainwave data stored in the index database; And
And an arithmetic unit for calculating an estimated brain age value of the measurement subject by calculating a comparison result of the comparison unit.
상기 지표분석부는,
주파수 대역별 절대 파워와 상대 파워를 의미하는 파워 스펙트럼 분석, 뇌의 기능적 연결성 및 네트워크 분석을 포함하며,
뇌파의 파워 스펙트럼은 뇌파의 구성 주파수별 전력의 크기를 검출하여, ㎶2/Hz 또는 dB/Hz 단위로 표시하고,
상기 주파수 대역별 절대 파워는 주파수 대역별로 구성 주파수 파워를 가산하여 산출하고,
상기 상대 파워는 특정 주파수 대역에서 절대 파워를 전체 주파수 대역에서 계산된 전체 파워로 나누어 산출하는 것을 특징으로 하는 뇌파 분석을 통한 뇌 나이 추정 시스템. The method of claim 3,
Wherein the index analyzer comprises:
Power spectral analysis, meaning absolute power and relative power per frequency band, functional connectivity and network analysis of the brain,
The power spectrum of the EEG detects the magnitude of the electric power according to the constituent frequencies of the EEG, expressed in units of 2 / Hz or dB / Hz,
Wherein the absolute power for each frequency band is calculated by adding a constituent frequency power to each frequency band,
Wherein the relative power is calculated by dividing the absolute power in a specific frequency band by the total power calculated in the entire frequency band.
상기 지표분석부는,
주파수 대역별 절대 파워와 상대 파워를 의미하는 파워 스펙트럼 분석, 뇌의 기능적 연결성 및 네트워크 분석을 포함하며,
상기 기능적 연결성은, 디폴트 모드 네트워크(default mode network, DMN), 어텐션 모드 네트워크(attention network, AN), 프론토 패리에탈 네트워크(fronto-parietal network, FPN) 및 감각운동기 네트워크(sensorimotor network, SMN)으로 정의된 네트워크의 구성 영역들 사이의 기능적 연결성(functional connectivity)을 계산하는 것을 특징으로 하는 뇌파 분석을 통한 뇌 나이 추정 시스템.The method of claim 3,
Wherein the index analyzer comprises:
Power spectral analysis, meaning absolute power and relative power per frequency band, functional connectivity and network analysis of the brain,
The functional connectivity may include a default mode network (DMN), an attention mode network (AN), a fronto-parietal network (FPN), and a sensorimotor network And calculating functional connectivity between the defined regions of the defined network.
상기 기능적 연결성은,
아래의 수학식 1로 표현되는 것을 특징으로 하는 뇌파 분석을 통한 뇌 나이 추정 시스템.
(수학식 1)
상기 수학식 1에서 f는 주파수, Sxy(f)는 X와 Y 사이의 크로스 스펙트럼(cross-spectrum), Sxx(f)와 Syy(f)는 각각 X와 Y의 스펙트럼, im은 허수부 코히어런스(imaginary part of coherence)를 의미하고, ()는 () 내에 기재된 구간의 평균6. The method of claim 5,
Preferably,
Wherein the brain age estimation system is characterized by being expressed by the following equation (1).
(1)
(F) is a cross-spectrum between X and Y, Sxx (f) and Syy (f) are a spectrum of X and Y respectively, im is an imaginary part coherent () Denotes an imaginary part of coherence, and () denotes an average
상기 연산부는,
아래의 수학식 2를 통해 뇌 나이 추정 연산을 수행하는 것을 특징으로 하는 뇌파 분석을 통한 뇌 나이 추정 시스템.
(수학식 2)
X는 검출된 뇌파 데이터의 분석 지표 값이며, 는 건강인 표준 뇌파 데이터베이스로부터 산출한 동일 연령대 및 성별 데이터베이스 평균값이고, σ는 건강인 표준 뇌파 데이터베이스로부터 산출한 동일 연령대 및 성별 데이터베이스 표준편차값The method of claim 3,
The operation unit,
Wherein the brain age estimation calculation is performed through Equation (2) below.
(2)
X is an index value of detected EEG data, Is the average value of the same age and gender database calculated from the standard EEG database, and σ is the mean age and gender database standard deviation value calculated from the standard EEG database
상기 출력부는,
측정 대상자의 뇌파 데이터의 시각화된 이미지에 텍스트 데이터를 태깅하고, 생물학적 나이와 비교하여 높거나 낮은 경우 건강한 뇌 나이 유지를 위한 제안을 함께 출력하는 것을 특징으로 하는 뇌파 분석을 통한 뇌 나이 추정 시스템.The method according to claim 1,
The output unit includes:
Tagging text data on a visualized image of brain wave data of a subject to be measured, and outputting a suggestion for maintaining a healthy brain age when the biological age is high or low compared with a biological age.
b) 뇌파 데이터를 필터링하여 잡음을 제거하는 단계;
c) 파워 스펙트럼, 주파수 대역별 절대 파워 및 상대 파워, 연결성 및 네트워크 지표를 산출하는 단계;
d) 동일 성별 건강인 표준 뇌파 지표와 비교하여, 측정 대상자의 추정 뇌 나이를 산출하는 단계를 포함하는 뇌파 분석을 통한 뇌 나이 추정 방법.a) measuring EEG data;
b) filtering EEG data to remove noise;
c) calculating a power spectrum, absolute power and relative power by frequency band, connectivity and network index;
d) A method for estimating the brain age by EEG analysis including a step of calculating an estimated brain age of a subject to be measured, in comparison with a standard EEG indicator of the same sex.
e) 추정된 뇌 나이에 따라 분류된 텍스트 데이터를 태깅하여 측정 대상자의 뇌파 데이터의 시각화된 이미지와 함께 출력하는 단계를 더 포함하는 뇌파 분석을 통한 뇌 나이 추정 방법.10. The method of claim 9,
e) tagging the text data classified according to the estimated brain age, and outputting the tagged data together with a visualized image of brain wave data of the measurement subject.
상기 a) 단계는,
안정 상태 및 사건 유발 전위 뇌파를 측정하는 것을 특징으로 하는 뇌파 분석을 통한 뇌 나이 추정 방법.11. The method of claim 10,
The step a)
Wherein said brain age estimation method is characterized by measuring a stable state and an event induced evoked brain wave.
상기 c) 단계는,
상기 b) 단계를 통해 잡음이 제거된 뇌파 신호들에서, 파워 스펙트럼과 연관성 및 네트워크를 분석하는 것을 특징으로 하는 뇌파 분석을 통한 뇌 나이 추정 방법. 12. The method of claim 11,
The step c)
And analyzing the relationship between the power spectrum and the network in the noise-canceled EEG signals through the step b).
상기 c) 단계는,
주파수 대역별 절대 파워와 상대 파워를 의미하는 파워 스펙트럼 분석, 뇌의 기능적 연결성 및 네트워크 분석을 포함하며,
뇌파의 파워 스펙트럼은 뇌파의 구성 주파수별 전력의 크기를 검출하여, ㎶2/Hz 또는 dB/Hz 단위로 표시하고,
상기 주파수 대역별 절대 파워는 주파수 대역별로 구성 주파수 파워를 가산하여 산출하고,
상기 상대 파워는 특정 주파수 대역에서 절대 파워를 전체 주파수 대역에서 계산된 전체 파워로 나누어 산출하는 뇌파 분석을 통한 뇌 나이 추정 방법. 13. The method of claim 12,
The step c)
Power spectral analysis, meaning absolute power and relative power per frequency band, functional connectivity and network analysis of the brain,
The power spectrum of the EEG detects the magnitude of the electric power according to the constituent frequencies of the EEG, expressed in units of 2 / Hz or dB / Hz,
Wherein the absolute power for each frequency band is calculated by adding a constituent frequency power to each frequency band,
Wherein the relative power is calculated by dividing the absolute power in a specific frequency band by the total power calculated in the entire frequency band.
상기 c) 단계는,
주파수 대역별 절대 파워와 상대 파워를 의미하는 파워 스펙트럼 분석, 뇌의 기능적 연결성 및 네트워크 분석을 포함하며,
상기 기능적 연결성은, 디폴트 모드 네트워크(default mode network, DMN), 어텐션 모드 네트워크(attention network, AN), 프론토 패리에탈 네트워크(fronto-parietal network, FPN) 및 감각운동기 네트워크(sensorimotor network, SMN)으로 정의된 네트워크의 구성 영역들 사이의 기능적 연결성(functional connectivity)을 계산하는 것을 특징으로 하는 뇌파 분석을 통한 뇌 나이 추정 방법.13. The method of claim 12,
The step c)
Power spectral analysis, meaning absolute power and relative power per frequency band, functional connectivity and network analysis of the brain,
The functional connectivity may include a default mode network (DMN), an attention mode network (AN), a fronto-parietal network (FPN), and a sensorimotor network And computing functional connectivity between the constituent regions of the defined network.
상기 d) 단계는,
아래의 수학식 2를 통해 뇌 나이 추정 연산을 수행하는 것을 특징으로 하는 뇌파 분석을 통한 뇌 나이 추정 시스템.
(수학식 2)
X는 검출된 뇌파 데이터의 분석 지표 값이며, 는 건강인 표준 뇌파 데이터베이스로부터 산출한 동일 연령대 및 성별 데이터베이스 평균값이고, σ는 건강인 표준 뇌파 데이터베이스로부터 산출한 동일 연령대 및 성별 데이터베이스 표준편차값13. The method of claim 12,
The step d)
Wherein the brain age estimation calculation is performed through Equation (2) below.
(2)
X is an index value of detected EEG data, Is the average value of the same age and gender database calculated from the standard EEG database, and σ is the mean age and gender database standard deviation value calculated from the standard EEG database
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