Embed Size (px)
Citation preview
Ch 7. EEG and Filtering
- 1 -
Ch 7. EEG and Filtering7.1 THE EEG
Electro-Encephalo-Graph: 뇌파(brain waves)를 측정하는 장치 --> see fig. 7.1
뇌파(brain waves): 오감(five senses)과 사고활동으로부터 발생하는 신경의 자극에 의해, 뇌에 위치한 신경
들이 분극(polarized)상태에서 탈분극(depolarization)하여 생기게 되는 활동전위(action potential)의 시
간적 공간적 합을 의미
뇌파의 용도: (뇌)질환자의 뇌파파형이 정상인의 것과 상이한 점을 이용하여 각종 질환의 진단 및 치료효
과의 판정에 이용된다. 주로 사용되는 진료과는 신경과(neurology), 정신과(psychiatry), 신경외과
(neurosurgery), 소아과(pediatrics), 내과(internal medicine)이다.
크기: 실제 뇌표면에서의 크기는 10mV정도이지만, 저항이 높은 skull을 통해서 전달되므로 감쇄되어서
1~100 μV정도의 크기를 가지게 된다. 주파수는 0.5~3000Hz 의 저주파 성분들로 구성된다.
Ch 7. EEG and Filtering
- 2 -
기능적 부위: frontal (前頭) lobes1), parietal (頭頂), temporal (側頭), occipital (後頭) 각 부위별로 상이한 EEG신호를 발생한다.
유발전위(evoked potential): 특정한 자극(시각, 청각, 체성감각)에 대한 반응으로서의 뇌파로서, 배경이 되
는 뇌파에 비해 유발전위의 크기가 매우 작다. 유발전위만을 추출하기 위해서는 가산평균
(averaging)을 이용한다. 가산평균에서는, 배경이 되는 뇌파는 random noize의 성질을 지니므로 여
러차례 반복하여 더하면 0에 가까워지는 반면, 유발전위는 자극을 인가한 후 동일한 시각에 동
일한 파형으로 나타나므로 가산하면 더욱 커지는 성질을 이용한다. 유발전위는 일반적인 뇌파의
용도 이외에도 뇌와 신경의 연구에도 많이 사용된다. (참고: 정순철 교수 functional MRI를 이용
한 brain function의 mapping)
1) 葉(잎 엽)
Ch 7. EEG and Filtering
- 3 -
A. EEG Electrods① 10-20 system: 재현성이 좋고, 각 전극에 대한 뇌의 해부학적 부위의 대응관계가 좋아서 많이 사용
됨.기본 line의 10%, 20%, 20%, 20%, 20%, 10% 분할
nasion(鼻根点)-inion(후두극) lineauricular(外耳孔) linescircumference(원주) line
머릿글자: F: frontal (前頭) lobeC: Central sulcus (중심溝(홈))P: parietal (頭頂) lobeO: occipital (後頭) lobesPg: naso-pharyngeal(鼻咽腔) point (pharynx:인두)A: auricular(ear) lobeT: temporal (側頭) lobe
첨자: z는 정중부를 의미하며, 홀수번호는 왼쪽, 짝수번호는 오른쪽에 위치한다.
Ch 7. EEG and Filtering
- 4 -
Fig. 7.2 EEG electrode on the scalp(頭皮) & Montage
Ch 7. EEG and Filtering
- 5 -
② Electrodes- surface electrode: Ag, Ag-Cl, conductive paste is used to lower the resistance
- sphenoidal(蝶形骨) electrode: needle electrode, 감염의 위험
- reference electrode: ear lobe나 nostril등, negligible brain activity가 검출되는 곳에 부착
ex) ear clip electrode (귓불고정전극)
- electro-cortico-graphic(피질뇌파) electrode: 식염수에 적신 면(cotton)심지, 뇌수술 중에 사용
cf) cortex: The outer layer (of gray matter)
Ch 7. EEG and Filtering
- 6 -
Ch 7. EEG and Filtering
- 7 -
B. EEG Block-Diagram
Fig. 7.4 An EEG block diagram
Ch 7. EEG and Filtering
- 8 -
Ch 7. EEG and Filtering
- 9 -
① Montage 보편적인 EEG의 채널수는 8이나 16인데, 목적에 맞추어서 이 채널수에 해당하는 전극들만을 조
합한 패턴을 말한다. --> see fig. 7.2 대표적인 montage
② Connection (유도법)- bipolar connection: 인접한 전극 두개 사이의 전압차를 측정
- Wilson network (unipolar connection): ECG의 경우와 마찬가지로 저항 소자에 연결에 의해 인위
적으로 common point(기준점)를 만들고, 이 점에서의 전위를 기준으로 하여 다른 전극의 전위를
측정하는 방법
fig. 7.5 A Wilson Network
Ch 7. EEG and Filtering
- 10 -
③ 60Hz interference- 높은 CMRR (80dB: 배 이상)의 증폭기로 60Hz의 동상신호 제거
- notch filter를 이용 (7.2에서 소개): most important EEG signals have frequency below 30Hz- shield room (with ferrous metal screen) 이용
shield room
④ Amplifierbrain wave source의 높은 내부저항 때문에, 증폭기는 다음과 같은 사양을 가져야 한다. - 입력 임피던스는 10M Ω이상
- gain은 10 6배 이상 (1 μV의 전압을 1V로 증폭하기 위해)
Ch 7. EEG and Filtering
- 11 -
⑤ Amplifier output: display, tape recorder, computer memory
⑥ Filter bank: HP, LP, BP (측정하려는 파의 주파수 대역에 맞추어 조절)delta: ~4Hz theta: 4~8Hzalpha: 8~13Hz beta: 13Hz~
C. Electro-encephalograms
① Brain waves의 특성
- delta wave (0~4Hz, periodic): 깊은 수면이나 심각한 뇌질환
- theta wave(4~8Hz, frontal and temporal lobe): 낙망이나 좌절상태
- alpha wave (8~13Hz, occipital lobe): 깨어있는 안정상태 (relaxed state: 혼수, 마취, 수면중), 눈을 뜨면 사라짐
- beta wave (13Hz~22Hz, frontal and parietal lobe, 비균일): 활발한 정신적 활동
--> (fig. 7.6참조)
Ch 7. EEG and Filtering
- 12 -
Fig. 7.6 Example EEG waves
Ch 7. EEG and Filtering
- 13 -
Abnormal EEG in diagnosis (pathology or artifact)
② artifact의 발생 원인: (Box 1 참조)- electrode problems- pysiological interference- electrical interference (e.g. 60Hz noize)
Ch 7. EEG and Filtering
- 14 -
D. EEGs in Diagnosis (EEG를 이용한 진단)
① 진단 적용 예
brain death (뇌사): 지속적인 EEG의 부재로 판단
brain tumor (뇌종양), epilepsy (간질, 癎2)疾), multiple sclerosis (多發성 硬化증), sleep disorders (수면장애)
② Epilepsy
l generalized epilepsy (전역간질): 뇌 전체에서의 방전 (in all channels) : grand mal seizures (대발작) - 근육의 단축(twitch)과 경련(jerks)
수초에서 수분까지도 지속됨, 발작 후 혼수상태에 빠지기도 함
petit mal seizures (소발작) - 강한 delta wave가 1~20초 정도 지속됨, 한차례의 급격한 경련성 근운동을 일으키고 순간적으로 무의식상태에 빠지고 난
후, 하던 일을 계속 → 대발작으로 진전
2) 간기, 지랄, 경련
Ch 7. EEG and Filtering
- 15 -
l partial epilepsy (부분간질): 뇌의 일부(fewer channels)에서만 방전; 부분적인 뇌조직의 상처, 종기, 파괴된 부분과 같은 손상이 원인. 흥분파형이 인
접영역으로 전파되어감.l Jacksonian 발작 - 흥분파형이 운동피질영역을 지나가면, 근 수축이 따라서 퍼져 나감
l psychomotor(정신운동성) 발작 - 일시적 기억 상실, 분노, 횡설수설, 타인에 대한 공격등
l Warning of a seizure: 강렬한 전기활동이 뇌의 일정 병소(foci)에서 발생
cf) focus: a center of interest or activity --> pl. foci예) temporal lobe: 이명, occipital: 섬광(flashes), motor area: 경련(muscle jerks)
l 발작에 이르지 않는 간질의 과도적 신호의 검출 → 간질의 진단 및 치료(병소제거)에 사용
: magnetic tape에 기록한 후, 60배 정도의 속도로 재생하면서 검출
: 뇌파의 이상신호(고진폭 burst)만을 검출하여 Memory에 저장 → ambulatory monitoring
