초록 ▼

□ 연구개요
• 선행연구 기반 발작 차단 관련 바이오마커 발굴 및 기존 DBS를 시술 받은 환자들의 수술 전 발작간기발작파와 발작 시작 뇌파패턴분석 및 병소 국소화 데이터 확보
• 비침습적 신경자극으로 변화된 뇌파를 이용하여 환자별 뇌전증 병리 네트워크를 판단하고 이를 토대로 침습적 신경조절술의 효능과 안정성을 최대화 할 수 있는 정밀의학적 뇌질환 치료전략 수립
• 뇌파 신호원 분석결과와 컴퓨터 기반 자극예측모델을 결합하여 난치성 뇌전증의 개인별 맞춤치료 기술로 적용 가능성 타진
• 난치성 뇌전증 환자의 실시간

□ 연구개요
• 선행연구 기반 발작 차단 관련 바이오마커 발굴 및 기존 DBS를 시술 받은 환자들의 수술 전 발작간기발작파와 발작 시작 뇌파패턴분석 및 병소 국소화 데이터 확보
• 비침습적 신경자극으로 변화된 뇌파를 이용하여 환자별 뇌전증 병리 네트워크를 판단하고 이를 토대로 침습적 신경조절술의 효능과 안정성을 최대화 할 수 있는 정밀의학적 뇌질환 치료전략 수립
• 뇌파 신호원 분석결과와 컴퓨터 기반 자극예측모델을 결합하여 난치성 뇌전증의 개인별 맞춤치료 기술로 적용 가능성 타진
• 난치성 뇌전증 환자의 실시간 질환 유발 네트워크 모니터링 및 증상 발생 전 예측 치료를 위한 차세대 신경조절 기반기술 확보

□ 연구 목표대비 연구결과
① 난치성 뇌전증 환자의 뇌파기반 뇌전증 병소 및 전파경로 파악 및 분석
- 전시상핵 (anterior thalamic nucleus, ATN) 및 중심내핵 (centromedian nucleus, CMN)에 심부뇌자극술 (DBS) 시행 예정 환자들의 수술 전 뇌파, 기능적 및 구조적 뇌영상을 획득 후 최적의 자극 조건(stimulation paradigm) 수립
- DBS 시행 전 환자들의 interictal spikes 패턴을 분석하고, 개인별 epileptic source 및 ictal propagating network을 확립.
- DBS 수술 전 발작과 가장 연계성이 높은 신호원 부위에 tDCS 자극과 동시에 뇌파획득 및 분석
② 컴퓨터 기반 진단/분석 시스템 확립
- 환자의 개별 뇌영상 기반 전기자극시 자극으로 인한 전계(electrical field)를 예측할 수 있는 컴퓨터 기반 뇌 모델 기술 구현
- 기존 DBS를 시술 받은 환자들의 장기적 치료효과를 분석하여, 상기 모델링 방법을 통한 예측이 실제 환자의 예후와 연계되는 지 확인 후 높은 연관성을 보이는 자극 위치와 parameter를 탐색함.
- 뇌모델을 이용하여 발작과 가장 연관성이 높은 신호원에 자극을 집중시키는 방법론 개발
③ DBS 치료 후 뇌파 분석 및 컴퓨터 기반 뇌모델링 기법 적용
- DBS 수술 직후 및 6개월 후 뇌파를 측정하고, 컴퓨터 기반 뇌모델을 이용하여 자극 on-off 기간 사이의 뇌파 신호원 및 연결성 패턴 분석 시행
- 환자별 발작 감소 효과 및 comorbidity (기억 및 인지, 감정 및 정서기능의 저하) 발현 양상 분석을 통해 자극 위치 및 자극 조건 (stimulation parameter)에 따른 뇌파 특성을 데이터베이스화
- 해당 환자의 DBS 치료 전 시행했던 tDCS자극 유도 뇌파 데이터와 비교 및 상관관계 패턴분석을 이용하여 DBS 치료적합성 예측

□ 연구개발결과의 중요성
- 본 연구의 컴퓨터기반 난치성 뇌전증 분석기술은 환자 고유의 뇌파 및 뇌영상자료를 토대로 수술전 tDCS로 변화하는 뇌파신호원 및 네트워크의 성상을 고려하여 최적의 발작감소를 유도할 수 있는 위치를 예측하고, 실제 환자의 임상적 소견들과 비교 분석할 수 있는 장점을 가짐. 이는 향후 smart DBS시스템을 개발하는데 기초 데이터로 활용할 가능성이 매우 높음.
- 정확한 컴퓨터 기반 뇌모델 방법을 상기한 기술에 활용한다면, 뇌파기반 바이오마커의 진단적 실용성을 높이고, 치료에 적절히 활용할 수 있어 DBS 치료효과 향상에 기여할 것임.
- 시뮬레이션을 통한 인체 적용은 최근 전 의료영역에서 폭발적인 관심과 투자가 이루어지고 있는 분야로서, 컴퓨터 및 의공학의 학문적 발전 뿐 아니라 국가 산업경쟁력의 재고에 큰 도움을 줄 것임.
- 세계적인 수준의 학술지에 게재 가능함.
- 새로운 뇌파 연결성 분석 및 자극 최적화 기술은 세계적인 경쟁력을 얻는 기회가 될 것이며, 의료수익의 증대를 통한 경제적인 이득도 클 것으로 기대됨.

(출처 : 요약문 2p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 연구결과 요약문 ... 2
• 목차 ... 3
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 4
• 1.1 난치성 뇌전증 환자의 뇌파기반 뇌전증 병소 및 전파경로 파악 및 분석 ... 4
• 1.2 컴퓨터 기반 진단/분석 시스템 확립 ... 4
• 1.3 DBS 치료 후 뇌파 분석 및 컴퓨터 기반 뇌모델링 기법 적용 ... 4
• 2. 연구수행내용 및 연구결과 ... 5
• 2.1 EEG 데이터의 형태 ... 5
• 2.2 EEG데이터의 Nicolet을 이용한 필터처리 및 추출 ... 5
• 2.3 Stimulation artifact noise 제거 방법 ... 5
• 2.4 Matlab을 이용한 EEG connectivity 변수 (DTF, PDC) 계산 및 결과 도출 ... 6
• 2.6 개별 환자 뇌영상을 이용한 뇌모델링 및 자극모사 ... 7
• 3. 연구개발결과의 중요성 ... 8
• 3.1 난치성 뇌전증 (간질)의 높은 유병률 및 의료, 사회적인 문제점 ... 8
• 3.2 난치성 뇌전증 환자에서 DBS를 이용한 발작억제치료의 효과 및 한계 ... 8
• 3.3 컴퓨터 기반 뇌파 분석 및 뇌자극 예측기술의 중요성 ... 9
• 4. 참고문헌 ... 9
• 5. 연구성과 ... 10
• 끝페이지 ... 10