뇌전증 치료를 위한 Real-time Closed-loop 뇌 자극 시스템 설계

Abstract

뇌전증은 반복적인 발작을 일으키는 만성 신경학적 질환이다. 뇌전증 환자의 30% 이상은 약물에 반응하지 않으며, 뇌 부분 절제술은 뇌 기능 손상의 우려가 있다. 이러한 약물과 절제술의 대안으로 신경 자극술이 활발히 연구되고 있다. 경련이 일어날 때 전기 자극을 주면 경련이 멈춘다는 것은 실험적으로 알려져 있다. 본 논문에서는 뇌의 신호를 레코딩하여 관측하고 발작을 탐지하여 전기 자극을 내보내는 closed-loop 방식으로, 뇌전증 치료를 위한 real-timeclosed-loop 신경 자극 시스템을 설계하였다. 6채널을 갖는 전극과, NationalInstruments사의 USB-6009 data acquisition 보드, 뇌전증 연구를 위해 만들어진 신경 자극기를 사용하였다. ~200μV의 신경 신호를 증폭시키는 증폭회로를 설계하고, 발작을 탐지하는 알고리즘으로 GOFA 알고리즘을 적용하였다. 시뮬레이션을 통해 알고리즘을 검증하고 in vivo 실험을 통해 전체 시스템의 동작을 확인하였다.;Epilepsy is a chronic neurological disease which produces repeated seizures. Over 30% of epileptic patients cannot be treated with antiepilepticdrugs, and surgical resection can cause loss of brain functions.For a new treatment strategy, neurostimulation is currently beingresearched. Clinical evidence that to deliver electrical stimulation to brain could suppress seizure activity is already known. In this paper, a real-time closed-loop neurostimulation system forepilepsy treatment is developed. It records neural signals, detects seizures and delivers electrical stimulation. 6-channel electrode, USB-6009 data acquisition board by National Instruments and neurostimulator which is made for epilepsy research were used. Front-end amplifiers for amplifying neural signals about 200μV were designed. Also, GOFA, which is a seizure detection algorithm, was applied.