KR100324728B1 - Center Focused Linear Induced-Current Probe - Google Patents
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Abstract
Description
임의의 대상 매질의 전기전도도, 유전강수 등을 비접촉 방식으로 검출하는 방법 중의 한가지로 일반적인 원형의 송신코일을 이용하여 교류자기장을 매질에 인가하여 매질에 유도전류(와전류)를 발생시키고 유도전류에 의한 2차 자기장을 수신코일에서 검출하는 방식이 사용되고 있다. 또 한가지 방식으로는 한 개의 송수신 코일을 이용하여 금속의 접근 등에 의하여 코일의 인덕턴스의 변화를 발진 주파수의 변화나 발진 진폭의 변화로 검출하는 방식이 사용되고 있다. 이들 두가지 방식에서는 공통적으로 원형의 송신코일을 이용하고 있는데, 원형코일을 사용하면 대상매질에 인가되는 유도전류는 사용되는 송신코일의 반지름보다 큰 원형 전류가 발생하고 송신코일의 중심 축 상에서는 유도전류가 없게 된다. 이러한 특성은 측정의 공간 분해능을 악화시키는 요인이 되고 있고 측정의 정밀도가 떨어지기 때문에 단순히 금속의 존재 유무 등의 검출에만 한정되어 사용되고 있다. 또한 원형의 유도전류에 의하면 대상 매질의 전기전도도나 유전상수의 비 등방적 특성을 검사 할 수 없게 된다. 즉, 대상매질의 전기전도도나 유전상수가 인가되는 유도전기장의 방향에 따라서 다른 값을 갖는 경우는 기존의 장치로는 검출 할 수 없게 된다.One of the methods of non-contact detection of electric conductivity, dielectric precipitation, etc. of any target medium is to apply an alternating magnetic field to the medium using a general circular transmission coil to generate an induced current (eddy current) in the medium, A method of detecting a secondary magnetic field in a receiving coil is used. As another method, a method of detecting a change in inductance of a coil as a change in oscillation frequency or a change in oscillation amplitude by a metal approach or the like using one transmission / reception coil is used. In these two methods, a circular transmission coil is commonly used. When a circular coil is used, an induction current applied to a target medium generates a circular current larger than the radius of the transmission coil used, and an induction current is generated on the central axis of the transmission coil. There will be no. These characteristics are used to limit the spatial resolution of the measurement and to detect the presence or absence of a metal simply because the accuracy of the measurement is inferior. In addition, the circular induction current prevents the inspection of the anisotropic properties of the electrical conductivity and dielectric constant of the target medium. In other words, if the electrical conductivity of the target medium or the dielectric constant has a different value depending on the direction of the induced electric field to be applied, it cannot be detected by the existing apparatus.
본 발명에서는 대상매질의 전기전도도, 유전상수 등의 매우 미세한 변화를 비접촉으로 측정할 수 있는 검출기의 개발이 그 목적이다. 측정의 공간 분해능을 높이기 위해서는 대상매질에 인가되는 유도전류가 송신코일의 중심축 상에서 가장 강도가 클 것이 요구된다. 또한, 대상 매질에서의 미세한 유도전류에 의한 2차 자기장의 변화는 송신코일에서 발생한 자기장 보다 훨씬 미약하기 때문에 2차 자기장을 정밀하게 측정하기 위해서는 송신코일에서 발생한 자기장이 2차 자기장 검출 센서로 직접 인가되는 것을 최소화 해야 한다. 즉, 자기장 검출센서는 유도전류에 의한 2차 자기장만을 효율적으로 검출 할 수 있도록 해야 한다. 또한, 대상매질의 비등방적 특성을 검출하기 위해서는 대상매질에 발생시키는 유도전류를 원형이 아닌 직선형으로 할 필요가 있다. 본 발명은 이와 같은 사항들을 해결하기 위한 송신코일과 2차 자기장 검출센서의 배치에 관한 것이다.In the present invention, the object of the present invention is to develop a detector capable of non-contact measurement of very small changes in electrical conductivity, dielectric constant, and the like of a target medium. In order to increase the spatial resolution of the measurement, it is required that the induced current applied to the target medium has the greatest intensity on the central axis of the transmission coil. In addition, since the change of the secondary magnetic field due to the minute induced current in the target medium is much weaker than the magnetic field generated by the transmission coil, the magnetic field generated by the transmission coil is directly applied to the secondary magnetic field detection sensor in order to accurately measure the secondary magnetic field. Should be minimized. That is, the magnetic field detection sensor should be able to efficiently detect only the secondary magnetic field by the induced current. In addition, in order to detect the anisotropic characteristic of the target medium, it is necessary to make the induced current generated in the target medium linear rather than circular. The present invention relates to an arrangement of a transmission coil and a secondary magnetic field detection sensor to solve these problems.
도 1 - 본 발명에 따른 유도전류 검출기. a- 자기장발생코일, b-2차 자기장 검출부, c-전류의 방향1-Induction current detector according to the present invention. a- magnetic field generating coil, b-second magnetic field detector, c-current direction
도 2 - 본 발명에 따른 실제 제작된 검출기의 사진Figure 2-Photo of the actual fabricated detector according to the present invention
도 3 - 본 발명에 따른 검출기를 이용하여 유도전류량을 검출하기 위한 장치 구성의 예3-Example of apparatus configuration for detecting an amount of induced current using a detector according to the present invention
도 4 - 본 발명의 송신코일에서 발생하는 자기장의 컴퓨터 계산 결과4-Computer calculation result of the magnetic field generated by the transmission coil of the present invention
도 5 - 본 발명의 2차 자기장 검출영역에서의 송신코일에서 발생한 자기장의 컴퓨터 계산 결과5-Computer calculation result of the magnetic field generated in the transmission coil in the secondary magnetic field detection region of the present invention
도 6 - 본 발명의 송신코일에 의하여 대상물에서 발생하는 유도전류밀도의 컴퓨터 계산6-Computer calculation of the induced current density generated in the object by the transmission coil of the present invention
도 7 - 송신코일에 의하여 대상물에서 발생하는 유도전류 밀도의 분포를 위에서 본 것7-A top view of the distribution of induced current density generated in an object by a transmitting coil
도 8 - 송신코일에 의하여 대상물에서 발생하는 유도전류밀도의 크기분포를 3차원 표시8-Three-dimensional display of the size distribution of induced current density generated in an object by a transmitting coil
도 9 - 대상물에서 발생한 유도전류에 의하여 발생한 2차 자기장 분포의 컴퓨터 계산9-Computer calculation of the secondary magnetic field distribution generated by the induced current generated in the object
도 10 - 대상물에서 발생한 유도전류에 의하여 발생한 2차 자기장 분포를 자기장 검출 영역에서 나타낸 것10-The secondary magnetic field distribution generated by the induced current generated in the object in the magnetic field detection region.
도 11 - 본 발명에 따른 검출기를 사람의 뇌 활동을 검출하는 용도로 사용하는 경우를 나타낸 그림11 is a diagram showing a case in which the detector according to the present invention is used for detecting human brain activity
도 12 - 본 발명에 따른 검출기를 실제 사람의 뇌 활동을 검출하는 용도로 사용하기 위하여 검출기를 배치한 사진12-Photograph of a detector arranged to use the detector according to the present invention for the purpose of detecting brain activity of a real person
도 13 - 본 발명에 따른 검출기를 공기중에 두었을 때의 배경잡음Figure 13-Background noise when the detector according to the present invention is placed in air
도 14 - 본 발명에 따른 검출기를 이용하여 비침습적으르 사람의 뇌 신경세포의 자발적 활동을 검출한 그래프14-Graph of detecting spontaneous activity of non-invasive human brain neurons using the detector according to the present invention.
도 15 - 본 발명에 따른 검출기를 이용하여 비침습적으로 사람의 뇌 신경세포 활동 측정 : 손가락 전기자극 받은 경우의뇌 세포 활동 검출 그래프15-Measurement of brain neuron activity in humans in a noninvasive manner using a detector according to the present invention: Brain cell activity detection graph in case of finger electrostimulation
위와 같은 문제점들을 해결하기 위한 본 발명의 검출기는 도-1과 같이 송신코일(a)과 2차 자기장 검출부(b)로 구성되어있다. 2차 자기장 검출부(b)에는 일반적인 코일을 배치하여 사용할 수도 있고, 홀센서(Hall sensor)나 초전도양자간섭소자(SQUID )등을 이용할 수도 있다. 코일이든 홀센서이든 자기장을 검출하는 어떤 센서를 사용하든지 자기장 검출부(b)의 위치가 중요하기 때문에 편의상 본 설명에서는 2차 자기장 검출용으로 코일을 사용하는 경우를 예로써 설명한다. 그러나 코일 외의 일반적인 자기장 센서인 경우도 본 발명의 동일한 효과가 발생함을 미리 언급해둔다. 송신코일(a)은 보통의 원형 코일과는 달리 2개의 반원형의 솔레노이드 형식으로 감겨지며 각각의 송신코일(a)에는 화살표(c)와 같이 교류전류를 서로 반대방향으로 흘린다. 송신코일(a)은 대상매질에 자기장을 인가하는 역할을 한다. 대상 매질에서는 자기장의 시간변화에 의해서 유도전기장이 발생하며 유도전기장은 대상 매질에 유도전류를 형성하게 한다. 이와 같은 송신코일(a)의 구조와 전류에 의하면 송신코일의 중심 축 상에서 가장 강력한 유도전류를 발생시킬 수 있고, 또한 그 모양이 직선형이 된다. 이러한 유도전류는 다시 2차 자기장을 형성한다. 수신코일(b)은 대상물에서 발생한 2차 자기장을 검출한다. 수신코일(b)은 송신코일(a)의 틈새에 배치되어 있다는 점이 중요하다. 이와 같은 수신코일(b)의 배치에 의하여 송신코일(a)로 부터의 직접적인 자기장의 유입을 방지할 수 있고 대상 매질로부터의 2차 자기장 만을 효율적으로 검출 할 수 있다. 실제 제작된 검출기 부분의 사진을 도-2에 보이고 있다. 도-2에서 지름 1.8cm 의 원통의 아래 부분에 송신코일을 감은 모습이 보인다.The detector of the present invention for solving the above problems is composed of a transmission coil (a) and the secondary magnetic field detector (b) as shown in FIG. In the secondary magnetic field detector b, a general coil may be disposed and used, or a Hall sensor, a superconducting quantum interference device SQUID, or the like may be used. Since the position of the magnetic field detection unit (b) is important regardless of whether a coil or a hall sensor is used to detect a magnetic field, the description will be given as an example of using a coil for secondary magnetic field detection for convenience. However, it is mentioned in advance that the same effect of the present invention occurs in the case of a general magnetic field sensor other than the coil. The transmission coil (a) is wound in the form of two semi-circular solenoids unlike ordinary circular coils, and each of the transmission coils (a) flows an alternating current in opposite directions as shown by the arrow (c). The transmission coil a serves to apply a magnetic field to the target medium. In the target medium, the induced electric field is generated by the time change of the magnetic field, and the induced electric field causes the induced current to form in the target medium. According to such a structure and current of the transmission coil a, the strongest induced current can be generated on the central axis of the transmission coil, and the shape thereof becomes straight. This induced current again forms a secondary magnetic field. The receiving coil b detects a secondary magnetic field generated in the object. It is important that the receiving coil b is arranged in the gap of the transmitting coil a. By arranging the receiving coils (b) as described above, it is possible to prevent the direct magnetic field from flowing in from the transmitting coil (a) and to efficiently detect only the secondary magnetic field from the target medium. The photograph of the actual detector part is shown in FIG. In Fig. 2, the transmission coil is wound around the lower part of the cylinder having a diameter of 1.8 cm.
본 발명의 송신코일과 수신코일의 기작을 이해하기 위해서는 코일에서의 전자기장의 분포를 알아야 하며, 이를 위해서 전자기장의 컴퓨터 시뮬레이션의 결과를 도면에 의거하여 상세 설명한다. 먼저 도-4에 송신코일에 교류전류를 흘릴 때 코일주변에서 발생한 자기장의 분포를 보여주고 있다. 이 그림에서 조그만 화살표들이 자기장 벡터를 나타내고 있다. 자기장의 분포에서 주요한 점은 수신코일이 놓이게 되는 송신코일의 틈새에서 자기장이 가장 약하다는 점이다. 본 발명의 수신코일은 대상매질에서 발생한 2차 자기장을 검출함이 목적인데 송신코일에서 직접 자기장이 인가된다면 2차 자기장 측정의정밀도를 낮추게 될 것이다. 그러나 본 발명의 코일구조에서는 수신코일 영역에서 자기장이 가장 악하기 때문에 송신코일에서 수신코일로 직접 인가되는 자기장을 극소화 할 수 있다. 한편 송신코일의 틈새의 수신코일이 있는 영역에서의 자기장을 1000배 확대해서 보면 도-5와 같이 조금의 자기장이 존재한다. 그러나 이 영역의 윗 부분과 아래 부분의 자기장이 서로 방향이 반대이면서 크기가 같음을 알 수 있다. 즉, 수신코일을 지나는 알짜 자기선속은 영이 된다. 이로써 송신코일에서 발생한 자기장은 수신코일에 영향을 주지 않게 된다.In order to understand the mechanism of the transmission coil and the reception coil of the present invention, it is necessary to know the distribution of the electromagnetic field in the coil, and the results of the computer simulation of the electromagnetic field will be described in detail with reference to the drawings. First, FIG. 4 shows a distribution of a magnetic field generated around a coil when an alternating current flows through the transmission coil. In this figure, small arrows represent magnetic field vectors. The main point in the distribution of the magnetic field is that the magnetic field is weakest in the gap of the transmitting coil where the receiving coil is placed. The receiving coil of the present invention aims to detect the secondary magnetic field generated in the target medium. If the magnetic field is directly applied to the transmitting coil, the accuracy of the secondary magnetic field measurement will be lowered. However, in the coil structure of the present invention, since the magnetic field is the worst in the receiving coil region, it is possible to minimize the magnetic field applied directly from the transmitting coil to the receiving coil. On the other hand, when the magnetic field in the region where the receiving coil is located in the gap of the transmitting coil is enlarged 1000 times, there is a little magnetic field as shown in Fig.-5. However, it can be seen that the magnetic fields of the upper and lower portions of this region are opposite in direction and the same magnitude. In other words, the net magnetic flux passing through the receiving coil becomes zero. As a result, the magnetic field generated by the transmitting coil does not affect the receiving coil.
송신코일을 전도성 매질의 근처에 접근시킨 상황에서 매질에서 발생하는 유도전류의 분포를 컴퓨터 계산한 결과를 도-6에 나타내었다. 도-6의 송신코일 아래의 박스가 전도성 매질을 나타낸다. 이때 발생한 전류의 분포에서 가장 특징적인점이 유도전류가 송신코일 바로 밑 부분 즉, 송신코일의 중심 축에서 가장 강력하게 발생한다는 점이고 또한 그 모양이 선형적인 전류라는 점이다. 전류의 분포를 좀더 상세히 보이기 위해서 도-6을 위에서 본 모습을 도-7에 나타내었다. 도-7의 중심 부분에서 전류의 강도가 가장 강력함을 알 수 있다.Fig. 6 shows the results of computer calculations of the distribution of induced currents generated in the medium when the transmitting coil is near the conductive medium. The box under the transmission coil of FIG. 6 shows the conductive medium. The most characteristic feature of the current distribution is that the induced current occurs most strongly under the transmission coil, that is, in the central axis of the transmission coil, and its shape is a linear current. In order to show the distribution of current in more detail, Fig. 6 is shown in Fig. -7. It can be seen that the intensity of the current is the strongest in the central part of FIG.
최종적으로 도-6의 전류 분포에 의하여 발생하는 2차 자기장의 분포를 도-9에 나타내었다. 수신코일에서 검출하는 것이 이와 같은 2차 자기장이다. 2차 자기장의 강도는 매질에서 발생한 유도전류에 비례하여 발생하므로 2차 자기장의 측정에 의해 유도전류의 크기를 알 수 있다. 수신코일 영역에서의 2차 자기장의 분포를 도-10에 보였다. 도-10에서 윗 부분에 그려진 것이 수신코일에서의 2차 자기장 벡터의 분포이다. 도-10에서 아래 부분에 그려진 벡터 분포는 매질의 유도전류를 나타내고 있다.Finally, the distribution of the secondary magnetic field generated by the current distribution of FIG. 6 is shown in FIG. Detection in the receiving coil is such a secondary magnetic field. Since the intensity of the secondary magnetic field is generated in proportion to the induced current generated in the medium, the magnitude of the induced current can be known by measuring the secondary magnetic field. The distribution of the secondary magnetic field in the receiving coil region is shown in FIG. The upper part of Fig. 10 shows the distribution of the secondary magnetic field vector in the receiving coil. The vector distribution drawn at the bottom of Fig. 10 shows the induced current of the medium.
본 발명에 따른 검출코일을 이용하여 유도전류를 측정하기 위한 구동부와 신호수신부의 장치 구성의 예를 도3에 보였다. 크게 송신코일 구동부와 수신코일로부터의 신호수신부로 나뉘어져 있다. 사인파 발생기(1)에서의 사인파 출력을 송신코일(a)을 구동하는 전력증폭기(3)와 위상검출기(2)의 기준신호(reference signal)로 동시에 사용되고 있다. 수신코일(b)에서는 2차 자기장이 전압신호로 변환되어 먼저 사인파발생기(1)의 출력 주파수와 동일한 주파수를 갖는 대역통과필터(5)를 지나 초단증폭기(4)에서 전압증폭을 거친다. 이후 위상검출기(2)에서는 사인파 발생기(1)에서의 신호와 동일한 위상과 90도의 위상 차이가 나는 두 개의 신호로 분리하여 검출한다. 대상 매질의 전기전도도에 의한 유도전류와 유전상수에 의한유도전류 신호의 위상차이가 90도 나는데 위상검출기(2)에서는 이를 분리하여 따로 따로 검출할 수 있다. 저역 통과필터(6)는 위상검출과정에서 나타나는 원래의 구동주파수의 2배에 해당하는 고조파 성분을 제거하기 위한 목적이다. 최종적으로 전압증폭(7)을 거치면 대상매질에서 발생한 유도전류의 진폭에 비례한 출력 전압(8)을 얻게 된다.3 shows an example of a device configuration of a driving unit and a signal receiving unit for measuring induced current using the detection coil according to the present invention. It is largely divided into a transmission coil driver and a signal receiver from a reception coil. The sine wave output from the sine wave generator 1 is simultaneously used as a reference signal of the power amplifier 3 and the phase detector 2 which drive the transmission coil a. In the receiving coil (b), the secondary magnetic field is converted into a voltage signal and first passes through a band pass filter (5) having the same frequency as the output frequency of the sine wave generator (1) and subjected to voltage amplification in the ultra-short amplifier (4). Thereafter, the phase detector 2 separates and detects two signals having the same phase as the signal from the sine wave generator 1 and a phase difference of 90 degrees. The phase difference between the induced current due to the electrical conductivity of the target medium and the induced current signal due to the dielectric constant is 90 degrees, but the phase detector 2 can separate and detect them separately. The low pass filter 6 is for removing harmonic components corresponding to twice the original driving frequency appearing in the phase detection process. Finally, the voltage amplification 7 results in an output voltage 8 proportional to the amplitude of the induced current generated in the target medium.
본 발명에서 중요한 점은 대상매질에 유도전류를 발생시키는 송신코일의 구조이다. 또한 수신코일을 송신코일의 틈새에 배치함으로써 송신코일에서 발생한 자기장은 수신코일에 인가되지 않고 대상매질에서 발생한 2차 자기장 만을 효율적으로 검출할 수 있기 때문에 측정의 정밀도를 크게 향상시킬 수 있다. 또한 앞서 보였듯이 본 발명에 따른 송신코일에 의한 유도전류가 송신코일의 중심축 상에서 그 세기가 가장 강하기 때문에 유도전류 측정의 공간 분해능이 뛰어나다. 또한 발생한 전류의 형태가 선형이기 때문에 발생한 2차 자기장은 본 발명에 따른 수신코일의 배치에 의하여 자속의 손실없이 2차 자기장을 측정할 수 있게 된다. 유도전류가 직선형이기 때문에 검출코일의 방향을 회전시킴에 따라서 대상매질의 전기전도도와 유전상수의 비등방적 특성을 측정할 수 있다.An important point in the present invention is the structure of the transmission coil for generating an induced current in the target medium. In addition, by placing the receiving coil in the gap of the transmitting coil, the magnetic field generated in the transmitting coil is not applied to the receiving coil, and only the secondary magnetic field generated in the target medium can be efficiently detected, thereby greatly improving the measurement accuracy. In addition, as shown above, since the induced current by the transmission coil according to the present invention has the strongest strength on the central axis of the transmission coil, the spatial resolution of the induction current measurement is excellent. In addition, since the generated current has a linear shape, the generated secondary magnetic field can measure the secondary magnetic field without losing magnetic flux by disposing the receiving coil according to the present invention. Since the induced current is linear, as the direction of the detection coil is rotated, the anisotropic characteristics of the electrical conductivity and dielectric constant of the target medium can be measured.
본 발명에 따른 검출기를 이용하여 일반적으로 많이 사용되는 금속탐지기의 용도 및 물성 검사용으로 사용 할 수 있다. 또한 본 발명의 가장 특징적인 효과로는 본 검출기를 이용하여 사람의 뇌 신경세포의 활동을 머리를 절개하지 않는 비침습적인 방법으로 측정하는 용도로 사용 가능하다는 것이다. 사람의 뇌 신경세포 활동 시 전기전도도의 변화와 유전율의 매우 미세한 변화가 생긴다. 이를 머리를 절개하지 않은 상태에서 검출하기 위해서는 검출기가 매우 민감해야 하는데, 본 발명에 따른 검출기를 이용하면 이것을 측정할 수 있다.By using the detector according to the present invention can be used for the purpose and the physical property inspection of metal detectors commonly used. In addition, the most characteristic effect of the present invention is that it can be used for the purpose of measuring the activity of human brain neurons using a non-invasive method of not incision head. In human brain neuron activity, very small changes in electrical conductivity and permittivity occur. The detector must be very sensitive in order to detect it without cutting the head, which can be measured using the detector according to the present invention.
본 발명의 효과의 예로써 사람 뇌의 신경세포의 전도도 변화를 검출한 예를 상세 설명한다. 도-11에 사람의 머리 표면에 배치한 본 발명의 검출기(a)를 개념도로 보여주고 있다. 도-11에서 (a) 검출기를 나타내고 있고, 검출기와 머리의 상대적인 위치를 고정하기 위한 머리 고정대를 보이고 있다. 고정대는 검출기(a)를 적당한 위치에 배치한 후 나사로 조여서 고정하게 되어 있다. 검출기(a)에서의 송신코일은 사람의 뇌 표면에 교류자기장을 인가하여 유도전류를 발생시킨다. 도-12에 본 발명에 따라 실제 제작된 검출기를 사람의 머리에 배치한 사진을 보여주고 있다. 신호 구동부 및 신호수신부는 도-10에서 제시한 것을 사용한다. 먼저 도-13에 검출기를 공기 중에 두었을 때의 배경잡음을 보이고 있다. 가로축은 시간을 나타내고 있다. 표시된 눈금에 5 ms를 곱한 값이 실제 시간이다. 세로측은 도-10의 출력전압(8)을 나타내고 단위는 볼트이다. 도-14는 사람의 머리의 왼쪽 전두엽, 오른쪽 전두엽, 왼쪽 후두염 그리고 오른쪽 후두엽에 검출기를 접근시킨 경우의 검출기의 출력전압을 각각 나타내고 있다. 사람의 뇌의 신경세포는 살아있는 동안은 항상 활동하고 있다. 이런 뇌 신경세포의 활동을 자발활동이라고 부르고 있다. 도-14는 뇌 신경세포의 자발활동을 검출한 것이다. 도-13의 배경잡음과는 명확히 구분되며, 흔히 관측되는 사람의 뇌파와 매우 유사함을 확인 할 수 있다.As an example of the effects of the present invention, an example of detecting changes in the conductivity of nerve cells in the human brain will be described in detail. Fig. 11 shows a conceptual diagram of the detector (a) of the present invention placed on the surface of a human head. In Fig. 11, (a) the detector is shown, and a head holder for fixing the relative position of the detector and the head is shown. The holder is fixed by screwing the detector (a) at an appropriate position. The transmission coil in the detector (a) generates an induced current by applying an alternating magnetic field to the human brain surface. Figure 12 shows a photograph of a detector actually manufactured according to the present invention placed on the head of a person. The signal driver and the signal receiver use those shown in FIG. First, Fig. 13 shows background noise when the detector is placed in the air. The horizontal axis represents time. 5 ms multiplied by the scale displayed is the actual time. The vertical side shows the output voltage 8 in Fig.-10 and the unit is volts. Fig. 14 shows the output voltages of the detectors when the detector approaches the left frontal lobe, right frontal lobe, left laryngitis and right laryngeal lobe of the human head, respectively. Neurons in the human brain are always active as long as they are alive. This activity of brain neurons is called spontaneous activity. Figure 14 shows the detection of spontaneous activity of brain neurons. It is clearly distinguished from the background noise of Fig. -13, and it can be confirmed that it is very similar to the EEG of a person often observed.
추가실험으로써 특정자극에 의해 유발된 뇌의 체성감각 피질(somatosensorycortex)에서의 신경세포 활동을 검출한 예를 보인다. 사람의 경우 체성감각 피질은 좌우 대칭적으로 동일한 위치에 있고 몸의 반대편의 감각정보가 처음으로 도착하는 곳이다. 한편 온몸에 분포되어 있는 감각 수용기로부터의 체성감각 피질의 신경계로의 투사는 몸의 상대적 기하를 유지하면서 사상되는데 이를 somatotopy 라고 부른다.Further experiments show an example of detecting neuronal activity in the somatosensory cortex of the brain caused by specific stimuli. In humans, somatosensory cortex is symmetrically in the same position, where sensory information from the opposite side of the body arrives for the first time. On the other hand, the projection of the somatosensory cortex from the sensory receptors distributed throughout the body to the nervous system is maintained while maintaining the relative geometry of the body, which is called somatotopy.
본 실험에서의 유발신호 검출은 왼손의 엄지손가락에 전기자극을 인가하여 그 반응을 본다. 손가락의 감각 수용기에서의 정보는 신경섬유를 타고 척수를 지나 먼저 뇌의 시상을 경유하여 엄지손가락에 해당하는 대뇌피질 상의 신경세포를 활동 시키게 된다. 따라서 본 발명에 따른 검출기를 이 위치에 배치한 상태에서 손가락 전기 자극을 인가한 후 측정되는 출력신호에는 자극에 동기화 되어있는 신호가 미세하게 혼입되어 나타난다. 통상적으로 유발신호는 자발신호에 비교하여 그 크기가 미세하기 때문에 여러 번의 자극을 주면서 자극 후 일정 시간동안 측정된 신호를 평균 취하여 유발신호를 검출하게 된다. 이 과정에서 자발신호는 사라지게 된다. 본 실험에서도 이와 같은 방법으로 유발신호를 검출하였다. 전기자극은 펄스 형식으로 200ms 동안 왼손 엄지 손가락에 인가된다. 컴퓨터를 이용한 데이터 수집은 먼저 샘플링 시간(sampling time) 1ms로 데이터 수집하다가 200ms 되는 순간 전기자극기의 트리거(trigger ) 입력으로 200ms 지속되는 펄스를 보낸다. 그러면 이 시간 동안 신경자극기의 출력을 통하여 20V, 1kHz의 사각파가 사람의 왼손 엄지손가락에 인가된다. 이 시간 동안은 컴퓨터에서 뇌 전기전도 신호를 받지 않는다. 전기자극이 끝난 직후부터 824개의 데이터를 체성감각영역에서 받게 된다. 시간적으로는824 ms이다. 자극이 30번 정도이면 대략적인 유발신호의 형태가 보이기 시작하며, 본 실험에서는 100번의 전기자극을 주고 전체 데이터를 평균 취하였다. 그 결과를 도-15에 나타내었다. 도-15에서 화살표는 왼손 엄지손가락에 전기자극이 주어진 시점을 나타낸다. 자극이 주어진 후 100ms 에서 피크가 나타나고 있는데, 이는 기존의 뇌파 등에 의한 측정에서의 피크의 출현시간과 동일한 결과이다. 본 발명에 따른 검출기를 이용하여 뇌 신경세포의 활동을 검출할 수 있음을 보여주는 실험결과이다.In this experiment, the trigger signal is detected by applying electric stimulation to the thumb of the left hand. Information from the sensory receptors of the finger will drive nerve fibers through the spinal cord and first through the brain thalamus to activate nerve cells on the cerebral cortex corresponding to the thumb. Therefore, the signal synchronized with the stimulus is minutely mixed in the output signal measured after applying the finger electrical stimulus in a state where the detector according to the present invention is disposed at this position. In general, the induced signal is smaller in magnitude than the spontaneous signal, and thus, the induced signal is detected by taking an average of a signal measured for a predetermined time after the stimulus while giving a plurality of stimuli. In this process, spontaneous signal disappears. In this experiment, the trigger signal was detected by the same method. Electrical stimulation is applied to the thumb of the left hand for 200 ms in pulse form. Data collection using a computer first collects data with a sampling time of 1ms and then sends a pulse that lasts 200ms to the trigger input of the electric stimulator as soon as 200ms. During this time, a square wave of 20 V and 1 kHz is applied to the thumb of the human left hand through the output of the neural stimulator. During this time, the computer does not receive brain electrical conduction signals. Immediately after the electrical stimulation, 824 data are received in the somatosensory area. In time, it is 824 ms. When the stimulus is about 30 times, the approximate shape of the trigger signal is shown. In this experiment, 100 electric stimuli were given and the total data were averaged. The results are shown in Figure 15. In Fig. 15, the arrows indicate the time points at which the left thumb is given an electric stimulus. The peak appears at 100 ms after the stimulus is given, which is the same as the appearance time of the peak in the conventional EEG measurement. Experimental results show that the activity of brain neurons can be detected using the detector according to the present invention.
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- 1998-01-06 KR KR1019980000417A patent/KR100324728B1/en active IP Right Grant
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| KR980003599A (en) | 1998-03-30 |
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