바이오인

뇌신호 모니터링을 위한 무선 bio-telemetry 플랫폼 기술

충남대학교 교수
윤익재

I. 결과물 개요

II. 기술의 개념 및 내용

1. 기술의 개념

○ 아날로그 센서를 통해 미약한 뇌신호를 감지하고 무선통신을 통해 이를 외부 모니터링 기기에 안정적으로 전송할 수 있는 뇌삽입용 센싱/통신 플랫폼으로서, 뇌전증(epilepsy) 등 뇌질환 치료를 위한 모니터링 및 치료기기에 활용 가능하고, 전동휠체어, 로봇의수 등의 제어에 활용 가능한 통신 제품

[그림 1] 기술개념도

2. 기술의 상세내용 및 사업화 제약사항

○ 기술의 상세내용
 - 본 기술은 인체 삽입형 무선 통신 플랫폼을 위한 통신 모듈과 이를 테스트하기 위한 in-vitro 테스트베드를 포함하고 있으며, 추가적으로 개발된 모듈과 응용 분야 등에 적용 가능한 생체적 합성 3D 프린팅 필라멘트 개발 및 성형 기술을 제공

○ 기술이전 범위
 - 무선 통신 모듈
 ※ Low-band UWB 뇌삽입 소형 안테나 설계 기술
 ※ 3D 프린팅 고유전율 절연체 이용 안테나 제조 기술
 ※ 저전력/저잡음 뇌신호 처리 아날로그 집적회로 설계 기술
 ※ 무선통신용 RF 집적회로용 비선형 전력 증폭기 설계 기술
 ※ 저전력 RF 송신 주파수 튜닝 펄스 생성기 설계 기술

- 테스트베드
 ※ Artificial tissue emulating 물질 측정을 위한 측정 장치

- 3D 프린팅
 ※ 3D 프린팅 고유전율 절연체를 이용한 제조 기술

○ 사업화 제약사항
- 본 기술의 사업화를 위해서는 인체에서의 임상시험이 진행되어야 하며, 이를 위해서 는 in-vivo 동물 모델 등의 충분한 사전 임상시험 역시 필요하며 이를 위해서는 수년 간의 기간이 요구됨

III. 국내외 기술 동향 및 경쟁력

1. 국내 기술 동향

○ 국내의 경우 심전도(ECG)를 포함한 생체 신호 처리용 전자장치 혹은 뇌전도(EEG) 기 록전자장치 등의 체외 착용(wearable) 의료 목적 기기에 대한 연구 개발은 예전부터 활발히 수행이 되어 왔으나, 체내 이식(implantable) 응용 연구는 최근 일부 몇몇 연 구소와 대학교에서 수행 중에 있음
- 서울과학기술대학교의 경우, Action Potential(AP, spike signal) 및 LFP(Local Field Potential) 뇌신경 신호 기록을 위한 저잡음 아날로그 front-end 집적회로를 CMOS 반도체 기술로 설계
- 무선통신용 RFIC의 경우, KAIST 및 광운대학교에서 단말통신 및 레이더 응용을 위해 저전력(54~80mA), 고주파(3~5GHz) 대역 소형 IC를 발표함

2. 해외 기술 동향

○ 세계적으로 뇌신호 처리/전송 시스템 연구는 미국과 유럽연합이 주도하고 있는데, 미국 에서는 DARPA 프로젝트의 일환인 Silent Talk 프로젝트가 국방부 주도로 이루어지고 있으며, 기타 연구소 및 대학에서는 침습식 시스템에 대한 연구가 활발히 이루어지 고 있음

○ 유럽에서는 비침습식 연구가 많이 이루어졌으며 2012년까지 총 1,200만 유로를 투입 하는 유럽 내 대단위 프로젝트인 TOBI(Tools for Brain-Computer Interaction)를 통해 실생활에서 사용할 수 있는 보조기구 및 엔터테인먼트용의 시스템 개발을 목적으 로 함

○ 일본에서는 ATR, NTT, RIKEN, BSI와 같은 연구소들이 뇌 공학을 기반으로 연구를 수행 중이며, 특히 로봇강국이라는 토대 위에 BCI를 로봇 제어에 접목시키려는 연구도 수행 중임

○ 중국은 출발은 늦었지만 뇌신호 처리 알고리즘 및 아이디어의 성능을 겨루는 대회에서 꾸준히 좋은 성적으로 상위에 랭크되고 있는데, 칭화대학팀이 비침습 분야에서는 주목 을 받고 있으며, Shanghai 연구소와 Shanghai Jiao-Tong 대학 등이 침습식 시스템 연구를 진행하고 있음

3. 표준화 동향

○ ETRI, 삼성, KETI, KORPA에서 인체 근거리 무선 네트워크 표준에 대한 국내 통합안 제정을 위해 TTA 산하 PG317그룹의 논의를 거쳐 IEEE에 통합안을 제출하였으며, ETRI에서 제안한 FSDT(Frequency Selective Digital Transmission) 방식이 인체 근거리 통신 표준으로 채택되었음

○ 국가기술표준원은 ISO TC261 P-Member로 가입하여 ISO TC261(Additive Manufacturing) 표준화에 참여하고 있으며, 2014년 ISO TC261 국내 전문위원회가 구성되어 국제 표준화 대응을 추진 중인데, 2016년 1월 ISO TC261 7차 총회에서 한국 대표단은 2건의 신규표준화 아이템을 발표하였고 2개의 관련 Ad-Hoc 그룹을 구성하고 멤버활동 및 표준화를 추진함

○ 2006년도부터 IEEE 802.15.6에서 인체 근거리 무선네트워크 표준화 작업을 진행해 왔으며, 크게 3가지 형태의 기술그룹으로 표준화 진행 중임: 3.1~10.6GHz대역을 사 용하는 UWB 기술 그룹, 그 외의 NB(Narrow Band) 기술 그룹, HBD(Human Body Communication) 기술 그룹

4. 관련 보유특허

5. 기술적 경쟁력

...................(계속)

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