KR100983256B1 - Method and system for measuring biopotential signal, and diagnostic system - Google Patents
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Abstract
본 발명은 생체 전기 신호를 측정하는 시스템 및 생체 전기 신호 처리 방법에 관한 것이다. 본 발명의 MR(magnetic resonance) 영상 획득 장치와 연동하여 생체 전기 신호를 측정하는 시스템은 피검자로부터 측정된 생체 전기 신호를 상기 MR 영상의 획득 과정에 의해 영향받지 않는 비전기적 신호로 변조하는 변조부와, 상기 MR 영상 획득 과정에 의한 잡음을 차단하는 차단부를 포함한다. 본 발명에 의하면 MR 영상 획득과 동시에 생체 전기 신호를 측정할 수 있다. 특히, 뇌기능 영상(functional magnetic resonance imaging: fMRI)과 GSR(galvanic skin response: 피부 전도 반응) 신호를 동시에 측정함으로써 중추 신경계와 말초 신경계의 반응을 동시에 확인할 수 있다. 이는 다양한 정서 연구에 이용될 수 있으며, 이 밖에도 다양한 임상 연구에 활용이 가능하다. The present invention relates to a system for measuring bioelectrical signals and a method for processing bioelectrical signals. A system for measuring a bioelectrical signal in conjunction with an MR (magnetic resonance) image acquisition device of the present invention includes a modulator for modulating a bioelectrical signal measured from a subject into a non-electrical signal that is not affected by the MR image acquisition process. And a blocker for blocking noise caused by the MR image acquisition process. According to the present invention, the bioelectrical signal may be measured at the same time of acquiring the MR image. In particular, by simultaneously measuring the functional magnetic resonance imaging (fMRI) and galvanic skin response (GSR) signals can be confirmed at the same time the response of the central nervous system and the peripheral nervous system. It can be used for a variety of emotional studies, and can be used for various clinical studies.
생체 전기 신호, GSR 신호, MR 영상 Bioelectrical signals, GSR signals, MR imaging
Description
본 발명은 생체 전기 신호를 측정하는 시스템 및 생체 전기 신호 처리 방법에 관한 것으로서, 특히 생체 전기 신호를 MR(magnetic resonance) 영상 획득 과정에 의해 영향을 받지 않는 비전기적 신호로 변조하여 MR 영상 획득과 동시에 생체 전기 신호를 측정하기 위한 것이다.The present invention relates to a system for measuring a bioelectrical signal and a bioelectrical signal processing method. In particular, the bioelectrical signal is modulated into a non-electrical signal which is not affected by a magnetic resonance (MR) image acquisition process and simultaneously with MR image acquisition. It is for measuring bioelectrical signals.
MR(magnetic resonance) 영상과 생체 전기 신호는 정서 연구 등 다양한 임상 연구의 자료로 활용된다. Magnetic resonance (MR) images and bioelectrical signals are used as data for a variety of clinical studies, including emotional studies.
MRI(magnetic resonance imaging)는 주로 중추신경계, 두경부, 척추와 척수 등 신경계통의 환자에게 이용되는 것으로 MRI의 원리는 다음과 같다. 원자핵은 평소에는 회전운동을 하고 있으나 일단 강한 자장에 놓이면 세차운동이 일어난다. 세차운동의 속도는 자장이 강할수록 빨라지므로, 자화되어 있는 원자핵에 RF 펄스를 가하면 원자핵은 고에너지 상태가 된다. 이후 RF 펄스를 제거하면 원자핵은 원래의 상태로 돌아가고, 이 과정에서 원자핵은 가해진 RF 펄스와 동일한 형태의 RF 펄스를 방출한다. MR 영상은 이러한 과정에서 원자핵이 방출하는 RF 펄스를 영상화한 것이다. Magnetic resonance imaging (MRI) is mainly used in patients with the nervous system such as the central nervous system, head and neck, spine and spinal cord. The principles of MRI are as follows. The nucleus is usually rotating, but once placed in a strong magnetic field, precession occurs. The faster the precession is, the stronger the magnetic field is. Therefore, if an RF pulse is applied to a magnetized atomic nucleus, the atomic nucleus becomes a high energy state. After removing the RF pulses, the nucleus returns to its original state, in which the nucleus emits the same type of RF pulse as the applied RF pulse. MR images are images of the RF pulses emitted by the nucleus during this process.
이러한 MR 영상화 기술을 응용한 뇌 영상화 기술(functional magnetic resonance imaging: fMRI)을 이용하면 뇌의 어느 부분에서 활동이 일어나는지를 쉽게 파악할 수 있다. 그러나 MR 영상은 공간 분해능이 탁월한 반면, 촬영과 영상화에 시간이 걸리기 때문에 언제 활동이 일어났는지 알려주는 시간 분해능이 낮다는 문제점이 있다.Functional magnetic resonance imaging (fMRI) using the MR imaging technique can easily identify where the activity occurs in the brain. However, MR images have excellent spatial resolution, but since they take time to shoot and image, there is a problem that the time resolution indicating when an activity occurs is low.
이와 반대로 뇌파(Electroencephalogram: EEG), 심전도(Electro-cardiogram: EKG), 피부전도반응(Galvanic Skin Response: GSR), 피부전도반응(Skin Conductance Response: SCR), Photoplethysmograph(PPG)와 같은 생체 전기 신호는 공간분해능은 낮지만 시간분해능이 뛰어나다는 장점이 있다. 예를 들어, 뇌파(Electroencephalogram: EEG) 측정은 두피에 전극을 붙여 전기장의 변화를 관찰하는 것으로 머리 표면에서 발생하는 전기적 변화를 알 수 있다. 뇌파 측정을 통해 전위 변화의 발생 위치를 정확히 알 수는 없지만, 1000분의 1초 단위의 뇌파 변화까지도 정확히 파악할 수 있다. In contrast, bioelectric signals such as electroencephalogram (EGE), electrocardiogram (EGG), galvanic skin response (GSR), skin conductance response (SCR), and photoplethysmograph (PPG) Although the spatial resolution is low, the time resolution is excellent. For example, electroencephalogram (EEG) measurements show the electrical changes occurring on the surface of the head by attaching electrodes to the scalp and observing changes in the electric field. Electroencephalogram measurements do not provide an accurate picture of where a potential change occurs, but can even pinpoint a thousandth of a second.
따라서 MR 영상 획득과 생체 전기 신호 측정이 동시에 이루어질 필요가 있다. 그러나, 앞에서 설명한 바와 같이 MR 영상 획득 과정에서 자장(정자장 및 경사자장) 및 RF 펄스가 방출되기 때문에, 생체 전기 신호 측정과 MR 영상 획득이 동시에 진행될 경우 자장 및 RF 펄스는 생체 전기 신호 측정 과정에서 왜곡을 발생시킨 다는 문제점이 있다. 마찬가지로 생체 전기 신호 및 생체 전기 신호 측정 장치는 MR 영상에 왜곡을 발생시킨다는 문제점이 있다.Therefore, MR image acquisition and bioelectrical signal measurement need to be performed at the same time. However, as described above, since magnetic fields (static and gradient magnetic fields) and RF pulses are emitted during the MR image acquisition process, when the bioelectrical signal measurement and the MR image acquisition are simultaneously performed, the magnetic and RF pulses are generated during the bioelectric signal measurement process. There is a problem of generating distortion. Similarly, the bioelectrical signal and the bioelectrical signal measuring apparatus have a problem of causing distortion in the MR image.
본 발명은 상기 문제점을 해결하기위해 제안된 것으로서 MR 영상 획득 과정과 생체 전기 신호 측정 간의 상호 잡음 유발을 차단하여 MR 영상 획득과 동시에 생체 전기 신호를 측정할 수 있는 시스템을 제안하는 것을 목적으로 한다. The present invention has been proposed to solve the above problems, and an object of the present invention is to propose a system capable of measuring bioelectrical signals simultaneously with MR image acquisition by blocking mutual noise between the MR image acquisition process and bioelectrical signal measurement.
이러한 목적을 달성하기 위하여 제안된 본 발명은 MR 영상 획득 장치의 MR 영상 획득 과정과 동시에 생체 전기 신호를 측정하는 생체 전기 신호 측정 시스템에 있어서, 상기 MR 영상 획득 과정에서 발생하는 신호를 차단하는 차단부와, 상기 MR 영상 획득 대상자인 피검자로부터 측정된 상기 생체 전기 신호를 비전기적 신호로 변조하며 상기 차단부 내에 배치되는 변조부를 포함하는 것을 일특징으로 한다.In order to achieve the above object, the present invention provides a bioelectric signal measuring system that measures a bioelectrical signal simultaneously with an MR image acquisition process of an MR image acquisition device, and includes: a blocking unit for blocking a signal generated during the MR image acquisition process; And a modulator configured to modulate the bioelectrical signal measured from a subject who is the MR image acquisition subject into a non-electrical signal and disposed in the blocking unit.
또한, 본 발명은 MR 영상 획득과 생체 신호 측정이 동시에 이루어지는 진단 시스템에 있어서, 피검자로부터 MR 영상을 획득하는 장치와, 상기 MR 영상 획득 과정에서 발생하는 신호를 차단하는 차단부와, 상기 MR 영상 획득 대상자인 피검자로부터 측정된 상기 생체 전기 신호를 비전기적 신호로 변조하며 상기 차단부 내에 배치되는 변조부를 포함하는 생체 전기 신호 측정 장치를 포함하는 것을 다른 특징으로 한다.The present invention also provides a diagnostic system in which MR image acquisition and biosignal measurement are performed simultaneously, an apparatus for acquiring an MR image from a subject, a blocker for blocking a signal generated during the MR image acquisition process, and the MR image acquisition. And a bioelectrical signal measuring device that modulates the bioelectrical signal measured from the subject, which is a subject, into a non-electrical signal, and includes a modulator disposed in the blocking unit.
또한, 본 발명은 MR 영상 획득 장치와 연동하여 생체 전기 신호를 처리하는 방법에 있어서, 피검자로부터 생체 전기 신호를 측정하는 단계와, 상기 피검자로부 터 측정된 생체 전기 신호를 비전기적 신호로 변조하는 단계와, 상기 비전기적 신호를 전달하는 단계를 포함하는 것을 다른 특징으로 한다.The present invention also provides a method of processing a bioelectrical signal in conjunction with an MR image acquisition device, the method comprising measuring a bioelectrical signal from a subject, and modulating the bioelectrical signal measured from the subject into a non-electrical signal And delivering the non-electrical signal.
본 발명에 의하면 MR 영상 획득 과정과 생체 전기 신호 측정 과정 간의 상호 유발 잡음을 차단하여 MR 영상 획득과 동시에 생체 전기 신호를 측정할 수 있다. 특히, 뇌기능 영상(functional magnetic resonance imaging: fMRI)과 생체 전기 신호 예를 들어, GSR(galvanic skin response: 피부 전도 반응) 신호를 동시에 측정함으로써 중추 신경계와 말초 신경계의 반응을 동시에 확인할 수 있다. 이는 다양한 정서 연구에 이용될 수 있으며 이 밖에도 다양한 임상 연구에 활용이 가능하다. According to the present invention, by interfering noise between the MR image acquisition process and the bioelectrical signal measurement process, the bioelectrical signal may be measured simultaneously with the MR image acquisition. In particular, by simultaneously measuring the functional magnetic resonance imaging (fMRI) and the bioelectrical signal, for example, the galvanic skin response (GSR) signal can be confirmed at the same time the response of the central nervous system and the peripheral nervous system. It can be used for a variety of emotional studies and can be used for various clinical studies.
상술한 목적, 특징 및 장점은 첨부된 도면과 관련한 다음의 상세한 설명을 통하여보다 분명해질 것이며, 그에 따라 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 또한 본 발명을 설명함에 있어서 본 발명과 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에 그 상세한 설명을 생략하기로 한다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. The above objects, features and advantages will become more apparent from the following detailed description taken in conjunction with the accompanying drawings, whereby those skilled in the art may easily implement the technical idea of the present invention. There will be. In addition, in describing the present invention, when it is determined that the detailed description of the known technology related to the present invention may unnecessarily obscure the gist of the present invention, the detailed description thereof will be omitted. Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1은 본 발명이 적용되는 생체 전기 신호 측정 시스템의 구성을 나타내는 도면이다. 도시된 바와 같이, 생체 전기 신호 측정 시스템은 변조부(110), 차단부(120)로 구성된다.1 is a view showing the configuration of a bioelectrical signal measuring system to which the present invention is applied. As shown, the bioelectrical signal measuring system includes a
변조부(110)는 피검자로부터 측정된 생체 전기 신호(130)를 MR 영상의 획득 과정에 의해 영향받지 않는 비전기적 신호(140)로 변조하며 차단부 내에 배치된다. 앞에서 설명한 바와 같이 MR 영상 획득 과정에서는 자장(정자장 및 경사자장) 및 RF 펄스 등의 신호가 방출되고, 이러한 신호 즉, 잡음은 생체 전기 신호 측정 시 왜곡을 발생시킨다. 따라서 변조부는 생체 전기 신호를 MR 영상 획득 과정에서 발생하는 자장 및 RF 펄스 등의 잡음에 의해 왜곡되지 않는 비전기적 신호로 변조한다. 이때 변조부는 MR 영상 획득 과정에 의한 영향을 최소화하기 위하여 MR 영상 획득 장치의 마그넷(magnet) 가장자리에 위치될 수 있다. 또한, MR 영상 획득 과정에서 발생하는 진동에 의한 잡음을 최소화하기 위하여 고정될 수 있다. 변조부 내부에 금속성 재료가 사용되는 경우 MR 영상에 영향을 줄 수 있고, 마이크 프로세서와 같은 디지털 소자에 의해 고주파 RF 노이즈를 발생시켜 MR 영상에 왜곡을 유발할 수 있으므로 변조부는 아날로그 소자로 형성될 수 있다.The
차단부(120)는 상기 MR 영상 획득 과정에 의한 잡음(150)을 차단한다. MR 영상 획득 과정에서 발생하는 잡음으로는 자장(정자장 및 경사자장) 및 RF 펄스 등이 있고, 이러한 잡음은 생체 전기 신호(130) 뿐만 아니라 변조부(110) 자체에도 영향을 줄 수 있다. 변조부가 자장에 의해 영향을 받는 물질을 포함하고 있는 경우, 변조 과정 자체에서 왜곡이 발생할 수 있고, 반대로 변조부에 의해 MR 영상에 왜곡이 발생할 수 있다. 따라서 차단부(120)는 MR 영상 획득 과정에서 발생하는 잡음(150) 이 변조부(110)로 유입되는 것을 차단하고, 변조부가 MR 영상을 왜곡하는 것을 차단한다. 예를 들어, 차단부는 잡음을 차단할 수 있는 쉴딩 케이스로 제작될 수 있다. 쉴딩 케이스에 관해서는 도 3에서 상세히 설명한다. 또한 차단부는 생체 전기 신호가 전달되는 리드(lead)를 감싸줌으로써, 리드(lead)로 유입되는 잡음을 차단할 수 있다. 이 밖에도 차단부는 변조부에 전력을 공급하는 전력 공급 장치 등, 생체 전기 신호 측정과 관련된 모든 장비에 사용될 수 있다. 다시 말해 본 발명에서의 차단부는 MR 영상 획득 과정에서 발생하는 잡음이 생체 전기 신호 측정 과정으로 유입되는 것을 차단하는 모든 수단, 장치를 포함한다. 또한 생체 전기 신호 및 생체 전기 신호 측정 장치에 의해 MR 영상이 왜곡되는 것을 방지하기 위한 모든 수단, 장치를 포함한다.The
생체 전기 신호의 예로는 GSR(galvanic skin response: 피부 전도 반응) 신호를 들 수 있고, 비전기적 신호의 예로는 광신호를 들 수 있다. GSR 신호는 전기적 신호의 일종으로 자장의 영향을 받는 신호인 반면, 광신호는 빛을 이용한 비전기적 신호로 자장의 영향을 받지 않는다. 신호의 변조는 여러가지 방법에 의해 이루어질 수 있으며, 그 예로는 펄스 폭 변조(pulse width modulation: PWM) 방식을 들 수 있다. PWM 방식은 당업자에게는 잘 알려진 변조 방법으로 생체 전기 신호의 주파수 대역에 비해 높은 고주파(예를 들어, 10KHz)의 삼각파를 생성하고, 피검자로부터 측정된 생체 전기 신호와 비교하여 구형파의 펄스를 생성하는 방법이다. An example of the bioelectric signal may be a galvanic skin response (GSR) signal, and an example of the non-electrical signal may be an optical signal. The GSR signal is a kind of electrical signal that is affected by the magnetic field, while the optical signal is a non-electrical signal using light and is not affected by the magnetic field. The modulation of the signal may be performed by various methods, for example, pulse width modulation (PWM). The PWM method is a modulation method well known to those skilled in the art and generates a triangular wave having a high frequency (for example, 10 KHz) compared to the frequency band of the bioelectrical signal, and generates a pulse of square wave by comparing with the bioelectrical signal measured from the subject. to be.
따라서 변조부는 피검자로부터 측정한 GSR 신호를 펄스 폭 변조(pulse width modulation: PWM) 방식에 의해 광신호로 변조할 수 있고, 이러한 과정에서 리드, 변조부 등의 생체 전기 신호 측정 시스템의 모든 장비는 차단부를 통해 MR 영상 획득 과정에서 발생하는 잡음의 유입을 차단할 수 있다.Therefore, the modulator may modulate the GSR signal measured from the subject into an optical signal by a pulse width modulation (PWM) method, and in this process, all equipment of the bioelectrical signal measuring system such as a lead and a modulator is blocked. Through this, the influx of noise generated in the MR image acquisition process can be blocked.
생체 전기 신호 측정 시스템은 측정부를 추가로 포함할 수 있다. 측정부는 피검자로부터 생체 전기 신호를 측정하는 것으로, 피검자의 몸에 부착하여 생체 전기 신호를 측정할 수 있다. 측정부는 일반적으로 Ag/AgCl 전극이 사용되지만 유발 잡음을 최소화하기 위하여 카본 전극이 사용될 수 있다. The bioelectrical signal measuring system may further include a measuring unit. The measurement unit measures the bioelectrical signal from the subject, and may be attached to the body of the subject to measure the bioelectrical signal. In the measurement section, Ag / AgCl electrodes are generally used, but carbon electrodes may be used to minimize induced noise.
예를 들어, GSR 신호를 측정하는 측정부는 정 전압원을 이용하여 GSR 신호를 측정한다. 정 전압원은 제너다이오드에 커패시터를 추가하여 리플 현상 없이 일정한 전압을 공급하고, 입력된 정전압은 피부의 컨덕턴스의 변화에 따라 증폭도가 변경되어 출력된다. 이 과정에서 차단주파수 30Hz인 로우 패스 필터를 사용하여 GSR 신호 대역외의 고주파 잡음을 차단하고, 후단 증폭기를 이용하여 광통신 과정에서 발생할 수 있는 광손실을 보상한다. 오프셋 널링(offset nulling) 회로는 후단 증폭기 이전에 연결하여 GSR 신호가 포화 상태가 되는 것을 방지한다. For example, the measuring unit measuring the GSR signal measures the GSR signal using a constant voltage source. The constant voltage source adds a capacitor to the zener diode to supply a constant voltage without ripple, and the input constant voltage is output with the amplification degree changed according to the change in the conductance of the skin. In this process, a low pass filter with a cutoff frequency of 30 Hz is used to cut off high frequency noise outside the GSR signal band, and a post amplifier is used to compensate for optical loss that may occur during optical communication. Offset nulling circuitry connects before the post amplifier to prevent the GSR signal from becoming saturated.
측정부를 통해 측정된 생체 전기 신호는 리드를 통해 변조부로 전달된다. 이때 리드로 유입되는 잡음을 상쇄하기 위하여 꼬인 구조의 리드를 사용할 수 있다. 물론 앞에서 설명한 바와 같이 차단부를 이용하여 리드로 유입되는 잡음을 차단할 수도 있다. 또한 MR 영상 획득 과정에 의한 영향을 차단하기 위하여 리드의 길이를 적당하게 조절할 수 있다. 여기서 MR 영상 획득 과정에 의한 영향은 MR 영상 획득 과정에서 발생하는 자장, RF 펄스뿐만 아니라 MR 영상 획득 장치 마그넷과의 상호 유발 잡음을 포함한다. 만약 리드의 길이가 너무 짧으면 MR 영상 획득 장치 마그넷 과의 상호 유발 잡음이 커질 수 있고, 리드의 길이가 너무 길면 리드로 유입되는 자장의 영향으로 생체 전기 신호에 잡음이 형성될 수 있다. 따라서 본 발명에서는 리드의 길이가 잡음을 최소화될 수 있는 적정 길이로 조절될 수 있도록 한다. 또한 MR 영상 획득 과정에서 발생하는 진동에 의한 잡음을 차단하기 위하여 리드를 고정할 수 있다.The bioelectrical signal measured by the measuring unit is transmitted to the modulator through the lead. In this case, a twisted lead may be used to cancel noise flowing into the lead. Of course, as described above, the blocking unit may block the noise flowing into the lead. In addition, the length of the lead may be appropriately adjusted to block the influence of the MR image acquisition process. Here, the influence of the MR image acquisition process includes not only magnetic fields and RF pulses generated in the MR image acquisition process, but also mutually induced noise with the MR image acquisition device magnet. If the length of the lead is too short, the mutually induced noise with the MR image acquisition device magnet may increase, and if the length of the lead is too long, noise may be formed in the bioelectrical signal due to the magnetic field flowing into the lead. Therefore, in the present invention, the length of the lead may be adjusted to an appropriate length to minimize noise. In addition, the lead may be fixed to block noise caused by vibration generated in the MR image acquisition process.
생체 전기 신호 측정 시스템은 복조부를 추가로 포함할 수 있다. 복조부는 비전기적 신호를 생체 전기 신호로 복원하며 보통 MR room 외부에 위치한다. 변조부에 의해 변조된 비전기적 신호는 복조부로 전달된다. 예를 들어, GSR 신호를 광신호로 변조한 경우에는 LED 또는 광케이블을 이용하여 왜곡 없이 복조부로 전달할 수 있고, 복조부는 로우 패스 필터를 이용하여 광신호를 GSR 신호로 복조할 수 있다. 복조된 GSR 신호는 컴퓨터 등에 저장되어 연구 목적 등으로 사용될 수 있다. 예를 들어, DAQ board 등을 이용하여 컴퓨터에 GSR 신호를 저장하고, 연구 등의 목적으로 GSR 신호가 필요한 경우에는 Matlab 등을 이용하여 컴퓨터에 저장된 신호를 복원하여 사용한다.The bioelectrical signal measuring system may further include a demodulator. The demodulator recovers non-electrical signals into bioelectrical signals and is usually located outside the MR room. The non-electrical signal modulated by the modulator is transferred to the demodulator. For example, when the GSR signal is modulated into an optical signal, the GSR signal may be transmitted to the demodulator without distortion using an LED or an optical cable, and the demodulator may demodulate the optical signal into the GSR signal using a low pass filter. The demodulated GSR signal may be stored in a computer or the like and used for research purposes. For example, the GSR signal is stored in the computer using a DAQ board, and when the GSR signal is needed for research purposes, the signal stored in the computer is restored using Matlab.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 의한 진단 시스템의 구성을 나타내는 도면이다. 도시된 바와 같이, 진단 시스템은 MR 영상 획득 장치(210), 변조부(220) 및 차단부(230)를 포함하는 생체 전기 신호 측정 장치를 포함한다.2 is a view showing the configuration of a diagnostic system according to an embodiment of the present invention. As shown, the diagnostic system includes a bioelectrical signal measuring apparatus including an MR
MR 영상 획득 장치(210)는 MR room 내부에 위치한다. 피검자는 MR 영상 획득 장치의 배드에 위치하고, 배드는 MR 영상 획득 장치 마그넷 안으로 들어가 MR 영상을 획득하게 된다.The MR
생체 전기 신호 측정 장치의 변조부(220)는 피검자로부터 측정된 생체 전기 신호를 변조하며 앞에서 설명한 바와 같이 MR 영상 획득 장치 마그넷의 가장 자리에 위치하여 잡음의 영향을 최소화할 수 있다.The
생체 전기 신호 측정 장치의 차단부(230)는 MR 영상 획득 과정의 영향을 차단하기 위한 것으로 도시된 바와 같이 변조부를 감싸는 형태로 이루어질 수 있다. 또한 이 밖에도 생체 전기 신호 측정 과정과 MR 영상 획득 과정 상호 간의 왜곡을 방지하도록 설치될 수 있다. MR 영상 획득 과정에서 발생하는 잡음이 생체 전기 신호를 왜곡시키는 것과 마찬가지로, 생체 전기 신호 및 변조부 등에 의하여 MR 영상 신호도 왜곡이 발생할 수 있으므로 차단부는 변조부를 잡음으로 부터 차단하는 것뿐만 아니라 MR 영상의 왜곡을 방지하기 위해서도 사용될 수 있다.The blocking
변조된 비전기적 신호 예를 들어, 광신호는 광케이블(240)을 통해 전달될 수 있다. 광케이블을 통해 MR room 외부로 전달된 광신호는 복조부에 의해 다시 생체 전기 신호로 복조된다.The modulated non-electrical signal, for example, the optical signal may be transmitted through the
도 3은 본 발명의 일 실시예에 의한 쉴딩 케이스(shielding case)의 구성을 나타내는 도면이다. 도시된 바와 같이, 쉴딩 케이스(310)는 이중으로 형성될 수 있다.3 is a view showing the configuration of a shielding case (shielding case) according to an embodiment of the present invention. As shown, the shielding
쉴딩 케이스는 외부로부터 잡음(예를 들어, 자장 또는 RF 펄스)을 차단하여 내부의 장치를 보호하기 위한 일종의 보호막이다. 본 발명에서는 쉴딩 케이스를 사용하여 변조부, 전원 공급 장치 등을 GS 영상 획득 과정에서 발생하는 잡음으로부터 보호한다. 쉴딩케이스는 구리 또는 알루미늄으로 만들어지며 이중으로 형성될 수 있다.The shielding case is a kind of protective film for protecting the device inside by blocking noise (for example, magnetic field or RF pulse) from the outside. In the present invention, a shielding case is used to protect a modulator, a power supply, and the like from noise generated during a GS image acquisition process. The shielding case is made of copper or aluminum and can be formed in duplicate.
예를 들어, 쉴딩 케이스의 내부(320)는 알루미늄으로, 외부는 구리로 만들 수 있다. 쉴딩 케이스에 변조부를 넣는 경우, 쉴딩 케이스의 측면에 작은 홀을 만들어 필요한 선이 통과할 수 있도록 한다. 예를 들어, GSR 신호를 광신호로 변조하는 변조부가 쉴딩 케이스 안에 들어가는 경우에는, 피검자로부터 측정된 GSR 신호가 전달되는 리드(340)가 통과하는 홀과, 변조된 광신호가 전달되기 위한 광케이블이 통과하는 홀(350), 그리고 변조부에 전력을 공급하는 전력 공급 리드가 통과하는 홀(360)이 쉴딩 케이스의 측면에 형성된다. 전력 공급 장치로 사용되는 건전지가 변조부와 함께 배치되면 MR 영상 획득 장치 마그넷과의 상호 잡음 유발이 심해지게 된다. 따라서 건전지는 변조부로부터 일정거리 이상을 이격시키고, 쉴딩 케이스 안에 넣어서 MR 영상 장치와의 상호 잡음 유발을 최소화할 수 있다.For example, the inside of the shielding
본 발명의 생체 전기 신호 측정 시스템, 진단 시스템 및 생체 전기 신호 처리 방법의 효과는 다음의 인체를 대상으로 한 실험 결과를 통해 확인이 가능하다. 실험시 생체 전기 신호로는 GSR 신호가 사용되었고, 비전기적 신호로는 광신호가 사용되었다. The effects of the bioelectrical signal measuring system, the diagnostic system, and the bioelectrical signal processing method of the present invention can be confirmed through experimental results of the following human body. In the experiment, GSR signal was used as bioelectrical signal and optical signal was used as non-electrical signal.
3T MRI (FORTE, ISOL Technology, Korea) 환경에서 three-dimensional(3D) magnetization-prepared, rapid-gradient echo (MPRAGE)기법으로 TR/TE/TI 10/5.7/300ms, field of view 220*220*192mm3, matrix size 256*256*128, slice thickness 1.5mm, # of slices 128, flip angle 10°의 imaging parameter를 사용 하여 T1-weighted 영상을 획득하면서 GSR 신호를 계측하였다.TR / TE / TI 10 / 5.7 / 300ms, field of
또한, 뇌의 기능적 및 신경학적 정보를 얻기 위해 Echo planar imaging (EPI) 기법으로 TR/TE 3000/30ms, field of view 240mm, matrix size 64*64mm2, slice thickness 4mm, # of slices 30, flip angle 80°의 image parameter를 사용하여 fMRI 영상을 획득하면서 GSR 신호를 계측하였다. In addition, to obtain functional and neurological information of the brain, the Echo planar imaging (EPI) technique uses TR / TE 3000 / 30ms, field of view 240mm, matrix size 64 * 64mm 2 , slice thickness 4mm, # of slices 30, flip angle The GSR signal was measured while acquiring an fMRI image using an image parameter of 80 °.
도 4는 앞에서 설명한 본 발명의 일 실시예에 의하여 획득한 MR 영상을 나타내는 도면이다. 4 is a diagram illustrating an MR image obtained by an embodiment of the present invention described above.
상단의 이미지(410)는 GSR 신호를 측정하면서 MPRAGE 기법으로 획득한 MR 영상이고, 하단의 이미지(420)는 GSR 신호를 측정하면서 EPI 기법으로 획득한 MR 영상(420)이다. 이를 통해 본 발명에 의하여 GSR 신호를 측정함과 동시에 MR 영상을 획득하여도 왜곡이 발생하지 않음을 확인할 수 있다. The
도 5는 본 발명의 일 실시예에 의한 GSR(Galvanic Skin Response) 신호를 나타내는 도면이다. 5 is a diagram illustrating a galvanic skin response (GSR) signal according to an embodiment of the present invention.
상단의 그래프(510)는 MPRAGE 기법을 사용하여 MR 영상을 획득하는 동안 측정된 GSR 신호이고, 하단의 그래프(520)는 EPI 기법을 사용하여 MR 영상을 획득하는 동안 측정된 GSR 신호이다. 이를 통해 본 발명에 의하여 MR 영상을 획득함과 동시에 GSR 신호를 측정하여도 왜곡 없이 안정하게 GSR 신호를 측정할 수 있음을 알 수 있다.The
이러한 본 발명은 여러 임상 연구에서 활용될 수 있으며 특히, fMRI 영상을 획득함과 동시에 자율 신경계 반응을 측정할 수 있다. 따라서 fMRI를 통해 중추 신경계를, GSR 신호를 통해 말초 신경계의 반응을 동시에 측정하여 다양한 정서 연구에 활용하는 것이 가능해진다. The present invention can be utilized in various clinical studies, and in particular, it is possible to measure autonomic nervous system responses while acquiring fMRI images. Therefore, the central nervous system through fMRI and the peripheral nervous system through the GSR signal can be simultaneously measured and used for various emotional studies.
도 1은 본 발명이 적용되는 생체 전기 신호 측정 시스템의 구성도.1 is a block diagram of a bioelectrical signal measuring system to which the present invention is applied.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 의한 진단 시스템의 구성도.2 is a block diagram of a diagnostic system according to an embodiment of the present invention.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 의한 쉴딩 케이스(shielding case)의 구성도.3 is a block diagram of a shielding case (shielding case) according to an embodiment of the present invention.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 의하여 획득한 MR 영상을 나타내는 도면.4 is a view showing an MR image obtained by an embodiment of the present invention.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 의하여 획득한 GSR(Galvanic Skin Response) 신호를 나타내는 도면. 5 is a diagram illustrating a galvanic skin response (GSR) signal obtained according to an embodiment of the present invention.
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