KR101080881B1 - 이이지/엠이지 및 이씨지/엠씨지용 온라인 소스 재구성 - Google Patents
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Abstract
일 실시예에서, 본 발명은 환자로부터 전자기 신호를 수집하도록 사용되는 센서들; 신호 처리 시스템; 및 컴퓨터 시스템을 포함하는 EEG 시스템을 포함한다.이 컴퓨터 시스템은 다수의 실행 쓰레드들을 지원하도록 구성된다. 이 컴퓨터 시스템은 제1 실행 쓰레드, 데이터가 필터링되고 어떤 경우에 평균화되는 측정 모듈을 초기화한다. 전형적으로, 이 데이터는 특정 레이턴시 기간 동안 필터링된다. 데이터가 필터링되어 평균화되면, 이 결과는 제2 실행 스레드에 제공되며, 소스 재구성 모듈은 그 후 시도를 위하여 소스 재구성을 생성하도록 진행한다. 그 후, 이 측정 모듈은 소스 재구성이 대부분 최근 시도인 동안 새로운 시도로부터 새로운 전자기 데이터를 획득하여 처리한다.
전자기 신호, 센서, 신호 처리 시스템, 컴퓨터 시스템, 측정 모듈
Description
본 발명은 일반적으로, 소스 이메징 분야에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 연속적으로 획득된 전자기 신호들에 대해서 온라인 소스 재구성을 수행하는 것에 관한 것이다.
연구자들 및 의사들은 종종 신경 또는 심장 조직에서 전자기 활성 소스를 탐색하여 질병을 진단하거나 작동 패턴들을 결정하고자 하였다. 소스 재구성의 공정은 전형적으로, 이 전자기 활성을 국부화하는데 사용된다. 이 공정은 일반적으로, 뇌전도(EEG), 뇌자도(MEG), 심전도, 또는 심자도(MCG)와 같은 각종 모델러티들(modalities)을 통해서 환자의 신경 또는 심장 조직으로부터 전자기 신호들을 수집하는 것을 포함한다. 그 후, 이 데이터는 저장되고 독립형 컴퓨터 시스템으로 운반되는데, 이 시스템은 소스 재구성을 수행하는데 사용된다.
소스 재구성을 수행하는 이 공지된 방법의 결점들 중 한 가지 결점은 기록되는 전자기 신호들의 품질 표시를 제공하지 못한다는 것이다. 전자기 활성 소스를 결정하는데 여러 변수들이 존재한다. 테스팅의 설정시 에러들 또는 불량한 신호 대 잡음비(SNR)이 소스 재구성 연산에 상33당한 영향을 미칠 수 있다. 획득된 전자기 데이터의 결점들은 수용가능한 소스 재구성을 금지하여, 환자를 반복적으로 테스트하는 것을 필요로 하게 된다. 다수회 테스팅은 절차의 비용을 증가시켜 환자의 부담을 더욱 크게할 수 있다.
따라서, 상대적으로 신뢰성있는 소스 재구성을 생성시킬 수 있는 획득된 전자기 데이터 시험 방법이 종래 기술에 필요로 된다.
본 발명은 소스 재구성 온라인을 수행하는 방법 및 장치를 제공하는 것인데, 여기서 전자기 신호는 획득된 즉시 소스 재구성을 겪는다.
일 실시예에서, 본 발명은 환자로부터 전자기 신호를 수집하도록 사용되는 센서들; 신호 처리 시스템; 및 컴퓨터 시스템을 포함하는 EEG 시스템을 포함한다.이 컴퓨터 시스템은 다수의 실행 쓰레드들을 지원하도록 구성된다.
일 실시예에서, EEG/MEG 센서들은 환자로부터 전자기 신호를 획득하여 이 신호를 신호 처리 시스템에 전송한다. 공지된 방법을 사용하면, 이 신호는 필터링되며, 증폭되며, 컴퓨터 시스템에 의해 수신되는 패킷들로 디지털화 된다.
일 실시예에서, 컴퓨터 시스템은 제1 실행 쓰레드, 데이터가 필터링되고 어떤 경우에 평균화되는 측정 모듈을 초기화한다. 전형적으로, 이 데이터는 특정 레이턴시 기간 동안 필터링된다. 데이터가 필터링되어 평균화되면, 이 결과는 제2 실행 스레드에 제공되며, 소스 재구성 모듈은 그 후 시도를 위하여 소스 재구성을 생성하도록 진행한다. 그 후, 이 측정 모듈은 소스 재구성이 대부분 최근 시도인 동안 새로운 시도로부터 새로운 전자기 데이터를 획득하여 처리한다.
일 실시예에서, 피드백 루프는 전자기 신호를 획득하는 측정 단계와 통신한다. 피드백 루프는 포착 공정의 파라미터들을 제어하여 특정 안정성 기준에 부합된 후 이 측정을 중지한다. 소스 재구성으로부터의 결과들을 사용하면, 테스팅 설정은 수정되어 획득된 전자기 신호의 품질을 증가시킨다.
본 요지의 보호를 용이하게 하고 이해하기 위하여, 이하의 설명과 관련하여 고려되는 도면을 통해서 보호될 요지, 구성 및 동작을 손쉽게 이해하고 인지할 것이다.
도1은 디지털 EEG 셋업으로 온라인 소스 재구성한 예를 도시한 도면.
도2는 다이폴 위치들을 도시한 스캐터 플롯의 예를 도시한 도면.
도1에 도시된 바와 같이, 일 실시예에서, 본 발명은 EEG 시스템(10)과 통합된다. EEG 시스템(10)의 사용은 주로 단지 설명을 위한 것이다. 당업자는 본 발명이 저자기 신호의 티슈 소스를 결정하는 여러가지 애플리케이션들에 손쉽게 적용될 수 있다는 것을 이해할 것이다.
EEG 시스템(10)은 환자로부터 전자기 신호를 획득하는데 사용되는 센서들(12)을 포함한다. 신호 처리 시스템(14)은 전자기 신호를 필터링, 증폭 및 디지털화 한다. 컴퓨터 시스템(16)은 신호 처리 시스템(14)으로부터 수신된 신호를 저장하기 위한 메모리 저장 장치들 및 이 신호들을 처리하기 위한 하나 이상의 프로세서들을 포함한다. 컴퓨터 시스템(16)은 다수의 실행 쓰레드들을 지원하도록 구성된 다. 다수의 실행 쓰레드들은 다른 시퀀스들과 병렬로 실행되는 단일 명령들의 시퀀스를 타임 슬라이싱 또는 멀티프로세싱 중 어느 하나로 표시한다. 근본적으로 독립적인 프로세스들을 실행하는 멀티태스킹과 대조하여, 다수 쓰레드들은 또한 각 쓰레드 간에 직접적으로 정보, 메모리 및 다른 쓰레드들을 공유할 수 있다.
일 실시예에서, 전자기 생리학적인 신호는 다수의 센서들 및 신호 처리 시스템을 포함하는 테스트 셋업을 사용하여 획득된다. EEG/MEG 센서들(12)은 환자로부터 전자기 신호를 획득하여 이 신호를 신호 처리 시스템(14)으로 전송한다. 공지된 방법들을 사용하면, 이 신호는 컴퓨터 시스템(16)에 의해 수신되는 데이터 패킷들을 필터링, 증폭 및 디지털화한다.
일 실시예에서, 측정되고 디지털화된 데이터는 2개의 집적된 쓰레드들 간에 공유된다. 하나의 쓰레드는 소스 재구성 모듈(18)을 포함하는데, 여기서 데이터는 소스 티슈의 위치를 결정하고, 소스 티슈의 그래픽 표현이 발생된다. 호환형 소스 재구성 모듈의 일 예는 Neuroscan 사의 SOURCE®소프트웨어 패키지를 들 수 있다. 제2 쓰레드는 획득된 신호를 분석, 필터링, 매핑 및 그래핑할 수 있는 측정 소프트웨어 모듈(16)을 포함할 수 있다. 호환형 측정 소프트웨어 모듈의 일 예는 SCAN®소프트웨어 패키지이다.
일 실시예에서, 획득된 전자기 데이터는 데이터가 필터링되고 어떤 경우들에 평균화되는 측정 모듈(16)로 초기에 진행한다. 전형적으로, 데이터는 특정 레이턴시 기간 동안 필터링되며, 이 레이턴시 기능은 행해질 테스팅 유형에 좌우된다. SEPs(Samatosensory Evoked Potentials)에서 기간 및 시도 길이는 1초 정도이다. 이 경우에 샘플링 속도(rate)들은 1kHz(1ms 샘플링 시간) 정도이다. 데이터가 필터링되고 평균화되면, 그 결과는 시도를 위한 소스 재구성을 발생시키도록 진행하는 소스 재구성 모듈(18)에 제공된다. 그 후, 이 측정 모듈(16)은 소스 재구성이 가장 최근 시도에 대해서 수행되는 동안 새로운 시도로부터 전자기 신호를 획득하여 처리한다.
소스 재구성을 수행하는 많은 다양한 종래 공지된 방법이 존재한다. 소스 재구성은 전형적으로 단일의 등가 전류 다이폴(ECD), 이동 다이폴, 고정 다이폴, 고정식 다이폴, 또는 리저널 다이폴(regional dipole)과 같은 전자기 활성 유형을 결정하고 전자기 활성의 전자계 분포들을 설명하는 수학식들의 사용을 통해서 활성 소스를 결정하기 위하여 시도하는 모델을 생성하는 것을 포함한다. 이들 모델들은 전형적으로 소스의 위치 및 방향, 전자기 신호들을 픽업하는 센서들의 위치 및 방향 및 볼륨 컨덕터(머리 또는 가슴) 조직의 기하학 및 도전 특성에 좌우된다. 종래 기술에 공지된 여러가지 모델들이 존재하는데, 이들은 3개의 동심원, BEM(Boundary Element Method) 및 FEM(Finite Element Method) 볼륨 컨덕터 모델들을 포함한다.
측정된 데이터는 배경 활성, 환경 및 증폭기 잡음으로 인해 제한된 신호 대 잡음비(SNR)을 나타낸다. 데이터의 잡음 분포는 대부분 있을 수 있는 소스 위치 주위에 소스 공간(Source space)에서 스캐터링된 다이폴 위치들을 야기한다. 이와 같이, 재구성된 다이폴들은 대부분 있을 수 있는 소스 위치들 만을 표시한다.
특정 레이턴시(예를 들어, 손가락/손 자극을 위한 20ms 포스트 자극)에서 온라인 소스 구성을 이용하여, 소스 재구성/안정성에 대한 데이터의 데이터 품질/SNR 이 실시간으로 온라인에서 검사될 수 있는데, 그 이유는 단일 이동 다이폴 소스 재구성(소스 V2 사용)이 최신 PC(~2GHz)상에서 약 3ms 걸리기 때문이다. 집적된 측정/소스 국부화 패키지(SCAN/SOURCE)는 데이터 평균화 한 후 각 측정 기간/시도 후 하나 또는 여러 사전선택된 레이턴스들에서 다이폴들을 재구성할 수 있다. 어떤 예들에서, 수백 및 최대 수천 평균들이 측정들의 SNR을 개선시키는데 필요로 된다. 향상된 연산 수행성능으로 인해, 최적화된 알고리즘들 및 소프트웨어 아키텍쳐(쓰레드들), 뇌전도그래피/심전도그래피(EEG/ECG) 및/또는 심전도그래피/심자도그래피(MEG/MCG)의 온라인 소스 재구성이 가능하게 된다.
소스 재구성 이외에도, 소스 재구성 모듈은 또한 스파이크 검출/이벤트 카운팅(22), SNR 분석(24) 및 해부학적 데이터(26)(도2에 도시된 바와 같음)상에서 이 결과들을 중첩시키는 공지된 절차들을 포함한다. 일 실시예에서, 소스 재구성 모듈은 우선 이벤트 검출(에를 들어 타원형 스파이크들을 검출하기 위함) 또는 특정수의 평균들(예를 들어, 기능적 매핑을 위한 유발전위) 및/또는 SNR 분석을 우선 수행한다. 그 후, 소스 재구성 기능성이 요청되고 그 결과들은 디스플레이 상에 디스플레이 된다(예를 들어, 등가의 전류 다이폴들, 해부학적 영상 데이터에 중첩하는 선택). 선택 결과 분석들이 첨가된다(예를 들어, 타원형 스파이크들(28)을 위한 클러스터 분석 또는 기능적 매핑 결과들을 위한 컨피던스 볼륨 분석)
타원형 스파이크 재구성 절차가 상이한데, 그 이유는 측정된 데이터의 평균화가 발생되지 않기 때문이다). 전형적인 샘플링 율은 200Hz(5ms) 정도이다. 진행중인 EEG의 자동 스파이크 검출/임계화한 후, 다이폴들은 상기와 같이 동일한 이점 들을 지닌 사전선택된 레이턴시 시간/범위를 위한 재구성된 온라인 일 수 있고(소스 재구성이 데이터 손실을 피하도록 하기 위하여 포착/재구성 패키지에 대한 별도의 저 우선순위 쓰레드로서 구현된다) 가속되고 개선된 타원형 포커스 국부화/진단이 가능하게 될 수 있다.
일 실시예에서, 피드백 루프(30)는 전자기 데이터를 포착하는 측정 셋업과 연결된다. 피드백 루프는 포착 공정의 파라미터들을 제어하거나 특정 안정성 기준 또는 SNR이 부합된 후 측정을 중지한다. 온라인 소스 재구성은 확률을 향상시키고 값을 디지털(예를 들어, 신경생리학적인) 측정들에 부가하는데, 그 이유는 측정 셋업 및 데이터 품질뿐만 아니라 대상/환자 조건에 대해서 즉각적인 피드백을 제공한다. 다이폴 위치들의 컨피던스 타원체들 또는 스캐터 플롯들로 인해 증가하는 SNR로 인한 소스 위치의 증가하는 안정성은 감시될 수 있고 대칭 셋업/구성 에러들은은 테스팅 절차 동안 직접 발견될 수 있다.
상술된 설명 및 첨부 도면들의 요지는 예시를 위한 것이지 제한을 위한 것이 아니다. 특정 실시예가 도시되고 설명되었지만, 당업자는 본 출원인의 의도를 벗어남이 없이 각종 수정 및 변경들을 행할 수 있다는 것을 알수 있다. 실제 보호 범위는 이하의 청구범위에서 규정된다.
Claims (24)
- 환자로부터 전자기 생리학적 신호를 획득 및 분석하는 방법으로서,제1 전자기 생리학적 신호를 획득하는 단계와,레이턴시 범위(latency range)에 대한 신호를 필터링하는 단계와,상기 신호에 대한 소스 재구성을 수행하는 단계와,상기 소스 재구성이 상기 제1 전자기 신호에 대해 수행되는 동안 제2 신호에서 소스 재구성을 수행하기 위해 제2 전자기 생리학적 신호를 획득하는 단계를포함하는, 환자로부터 전자기 생리학적 신호를 획득 및 분석하는 방법.
- 제1항에 있어서, 상기 소스 재구성 수행 단계는, 상기 전자기 생리학적 신호를 위한 단일 등가의 전류 다이폴 소스(single equivalent current dipole source)를 연산하는 단계를 포함하는, 환자로부터 전자기 생리학적 신호를 획득 및 분석하는 방법.
- 제1항에 있어서, 상기 소스 재구성을 수행하는 단계는, 상기 전자기 생리학적 신호를 위한 이동 다이폴 소스를 연산하는 단계를 포함하는, 환자로부터 전자기 생리학적 신호를 획득 및 분석하는 방법.
- 제1항에 있어서, 상기 소스 재구성을 수행하는 단계는, 상기 전자기 생리학적 신호를 위한 회전 다이폴을 연산하는 단계를 포함하는, 환자로부터 전자기 생리학적 신호를 획득 및 분석하는 방법.
- 제1항에 있어서, 상기 소스 재구성을 수행하는 단계는, 상기 전자기 생리학적 신호를 위한 리저널 다이폴(regional dipole)을 연산하는 단계를 포함하는, 환자로부터 전자기 생리학적 신호를 획득 및 분석하는 방법.
- 제1항에 있어서, 상기 소스 재구성을 수행하는 단계는, 상기 전자기 생리학적 신호를 위한 고정 다이폴(fixed dipole)을 연산하는 단계를 포함하는, 환자로부터 전자기 생리학적 신호를 획득 및 분석하는 방법.
- 제1항에 있어서, 상기 소스 재구성 수행 단계는, 상기 전자기 생리학적 신호를 위한 소스를 연산하기 위해 동심 구 볼륨 컨덕터 모델(concentric sphere volume conductor model)을 사용하는 단계를 포함하는, 환자로부터 전자기 생리학적 신호를 획득 및 분석하는 방법.
- 제1항에 있어서, 상기 소스 재구성 수행 단계는, 상기 전자기 생리학적 신호를 위한 소스를 연산하기 위해 바운더리 요소 방법(boundary element method)(BEM) 볼륨 컨덕터 모델을 사용하는 단계를 포함하는, 환자로부터 전자기 생리학적 신호를 획득 및 분석하는 방법.
- 제1항에 있어서, 상기 소스 재구성 수행 단계는, 상기 전자기 생리학적 신호를 위한 소스를 계산하기 위해 유한 요소 방법(finite element method)(FEM) 모델을 사용하는 단계를 포함하는, 환자로부터 전자기 생리학적 신호를 획득 및 분석하는 방법.
- 제1항에 있어서, 상기 전자기 생리학적 신호를 위한 소스를 계산하기 위해 상기 필터링된 데이터를 평균화하는 단계를 더 포함하는, 환자로부터 전자기 생리학적 신호를 획득 및 분석하는 방법.
- 제1항에 있어서, 다이폴을 해부학적 영상에 적용하는 단계를 더 포함하는, 환자로부터 전자기 생리학적 신호를 획득 및 분석하는 방법.
- 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 다이폴 위치들의 스캐터 플롯(scatter plot)을 생성하는 단계를 더 포함하는, 환자로부터 전자기 생리학적 신호를 획득 및 분석하는 방법.
- 제1항에 있어서, 획득한 생리학적 데이터의 신호 대 잡음 분석 단계를 더 포함하는, 환자로부터 전자기 생리학적 신호를 획득 및 분석하는 방법.
- 환자로부터 전자기 생리학적 신호의 소스를 획득 및 분석하는 장치로서,전자기 생리학적 신호를 획득하는 센서와,상기 센서와 통신하는 신호 처리 회로와,상기 신호 처리 회로와 통신하고 신호 처리의 다중 병렬 시퀀스(multiple parallel sequence)를 지원하도록 구성된 프로세서로서, 제1 신호 처리 시퀀스는 측정 모듈이고 제2 신호 처리 시퀀스는 소스 재구성 모듈인, 프로세서를포함하는, 환자로부터 전자기 생리학적 신호의 소스를 획득 및 분석하는 장치.
- 제14항에 있어서, 해부학적 데이터에 중첩된 소스 재구성 결과를 보여주는 디스플레이 수단을 더 포함하는, 환자로부터 전자기 생리학적 신호의 소스를 획득 및 분석하는 장치.
- 제14항에 있어서, 상기 센서는 MEG 데이터를 획득하는, 환자로부터 전자기 생리학적 신호의 소스를 획득 및 분석하는 장치.
- 제14항에 있어서, 상기 센서는 EEG 데이터를 획득하는, 환자로부터 전자기 생리학적 신호의 소스를 획득 및 분석하는 장치.
- 제14항에 있어서, 상기 센서는 ECG 데이터를 획득하는, 환자로부터 전자기 생리학적 신호의 소스를 획득 및 분석하는 장치.
- 제14항에 있어서, 상기 센서는 MCG 데이터를 획득하는, 환자로부터 전자기 생리학적 신호의 소스를 획득 및 분석하는 장치.
- 전자기 생리학적 신호를 확인하기 위한 테스트 방법으로서,전자기 생리학적 신호를 획득하는 단계와,상기 전자기 생리학적 신호의 소스 재구성을 수행하는 단계와,테스트 셋업을 수정하기 위해 상기 소스 재구성을 사용하는 단계를포함하는, 전자기 생리학적 신호를 확인하기 위한 테스트 방법.
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 테스트 방법으로서,전자기 생리학적 신호를 획득하는 단계와,상기 전자기 생리학적 신호의 소스 재구성을 수행하는 단계와,새로운 전자기 생리학적 신호의 획득을 수정하기 위해 상기 소스 재구성을 사용하는 단계를포함하는, 테스트 방법.
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