KR101084718B1 - System for measuring motion signal - Google Patents

System for measuring motion signal Download PDF

Info

Publication number
KR101084718B1
KR101084718B1 KR1020100018970A KR20100018970A KR101084718B1 KR 101084718 B1 KR101084718 B1 KR 101084718B1 KR 1020100018970 A KR1020100018970 A KR 1020100018970A KR 20100018970 A KR20100018970 A KR 20100018970A KR 101084718 B1 KR101084718 B1 KR 101084718B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
unit
signal
optical signal
operation signal
acceleration sensor
Prior art date
Application number
KR1020100018970A
Other languages
Korean (ko)
Other versions
KR20110099943A (en
Inventor
정순철
양재웅
Original Assignee
건국대학교 산학협력단
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 건국대학교 산학협력단 filed Critical 건국대학교 산학협력단
Priority to KR1020100018970A priority Critical patent/KR101084718B1/en
Publication of KR20110099943A publication Critical patent/KR20110099943A/en
Application granted granted Critical
Publication of KR101084718B1 publication Critical patent/KR101084718B1/en

Links

Images

Classifications

    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61BDIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/05Detecting, measuring or recording for diagnosis by means of electric currents or magnetic fields; Measuring using microwaves or radio waves 
    • A61B5/055Detecting, measuring or recording for diagnosis by means of electric currents or magnetic fields; Measuring using microwaves or radio waves  involving electronic [EMR] or nuclear [NMR] magnetic resonance, e.g. magnetic resonance imaging
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61BDIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/103Detecting, measuring or recording devices for testing the shape, pattern, colour, size or movement of the body or parts thereof, for diagnostic purposes
    • A61B5/11Measuring movement of the entire body or parts thereof, e.g. head or hand tremor, mobility of a limb
    • A61B5/1116Determining posture transitions
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61BDIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/68Arrangements of detecting, measuring or recording means, e.g. sensors, in relation to patient
    • A61B5/6801Arrangements of detecting, measuring or recording means, e.g. sensors, in relation to patient specially adapted to be attached to or worn on the body surface
    • A61B5/683Means for maintaining contact with the body
    • A61B5/6831Straps, bands or harnesses
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61BDIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/70Means for positioning the patient in relation to the detecting, measuring or recording means
    • A61B5/702Posture restraints

Abstract

본 발명은 동작신호 측정 시스템에 관한 것으로서, MR 영상 획득시 정자계, 시간에 따라 급격하게 변하는 경사자계 및 RF 펄스에 영향을 받지 않으면서, 동시에 MR 영상에 영향을 미치지 않는 동작신호 측정 시스템을 제공함에 그 특징적인 목적이 있다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 다수개의 3축 가속도 센서로 이루어지며, 신체 소정 부위에 고정되어 동작신호를 측정하는 가속도 센서부; 상기 가속도 센서부를 통해 측정된 동작신호를 수신하여 증폭하고, 광 신호로 변조시키는 증폭부; 상기 증폭부에 의해 변조된 광 신호를 MR room 외부로 전송하는 광 신호 전송부; 상기 광 신호 전송부로부터 변조된 광 신호를 입력받아 원래의 신호인 동작신호로 복원하는 복조부; 상기 복조부를 통해 복원된 동작신호를 디지털 값으로 변환하는 DAQ 보드부; 및 상기 가속도 센서부, 증폭부, 광 신호 전송부, 복조부 및 DAQ 보드부로 제어신호를 송신하고, 상기 DAQ 보드부로부터 디지털화된 동작신호를 수신하여 저장 및 표시하는 제어부; 를 포함하는 것을 특징으로 한다.
The present invention relates to a motion signal measuring system, and provides a motion signal measuring system that does not affect an MR image at the same time without being affected by a static magnetic field, a gradient magnetic field rapidly changing with time, and an RF pulse. Has its characteristic purpose.
The present invention for achieving this object is made of a plurality of three-axis acceleration sensor, the acceleration sensor unit is fixed to a predetermined portion of the body to measure the operation signal; An amplifier which receives and amplifies an operation signal measured by the acceleration sensor unit and modulates it into an optical signal; An optical signal transmitter for transmitting the optical signal modulated by the amplifier to an outside of the MR room; A demodulator for receiving a modulated optical signal from the optical signal transmitter and restoring an operation signal which is an original signal; A DAQ board unit for converting an operation signal restored by the demodulator to a digital value; And a control unit for transmitting a control signal to the acceleration sensor unit, the amplifier unit, the optical signal transmitter, the demodulator unit, and the DAQ board unit, and receiving, storing, and displaying the digitized operation signal from the DAQ board unit. Characterized in that it comprises a.

Description

동작신호 측정 시스템{SYSTEM FOR MEASURING MOTION SIGNAL}Motion signal measuring system {SYSTEM FOR MEASURING MOTION SIGNAL}

본 발명은 동작신호 측정 시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 신체에 대한 MR 영상 및 동작신호 획득시, MR 영상과 동작신호 사이에 상호 간섭 작용을 최소화 할 수 있는 동작신호 측정 시스템에 관한 것이다. The present invention relates to a motion signal measuring system, and more particularly, to a motion signal measuring system capable of minimizing mutual interference between an MR image and a motion signal when acquiring an MR image and a motion signal of a body.

신경, 근육, 골격계(Nuro-Musculo-Skeletal System: NMS)의 복합적 조합으로 인간의 동작은 수행된다. 인간의 동작을 연구하기 위해 생체 역학적, 운동 제어적 측면에서의 수많은 연구가 수행되어 왔다. Human operations are performed by a complex combination of nerves, muscles, and skeletal systems (NMS). Numerous studies have been conducted in terms of biomechanical and motor control to study human motion.

근래에는, 뇌기능영상기법(functional Magnetic Resonance Imaging: fMRI)을 이용하여 뇌기능적 측면에서의 연구가 시도되고 있다. In recent years, research on the functional aspects of brain using functional magnetic resonance imaging (fMRI) has been attempted.

초기에는 자기 공명(Magnetic Resonance: MR) 환경이라는 제한적 요인 때문에 동작신호는 획득하지 않고, 주로 동작의 빠르기 등의 단순 변인에 따른 뇌기능 연구가 시도되었다. 예를 들어, 손가락 및 손목의 빠르기를 변화시키는 과제, 양손 엄지손가락의 협응에 관한 과제, 상상에 의한 finger-sequencing 과제 등의 단순 동작과제에 대해 뇌 활성화 영역 및 양의 변화만을 관찰하였다. Initially, due to the limiting factor of the magnetic resonance (MR) environment, a motion signal was not obtained, and a brain function study was mainly performed based on simple variables such as speed of motion. For example, only changes in brain activation area and amount were observed for simple motion tasks such as the task of changing the speed of the fingers and wrist, the task of coordinating the thumb of both hands, and the imaginary finger-sequencing task.

그러나, 이때에는 fMRI 영상 획득과 함께 동작신호를 획득하지 못하였기 때문에 인간의 동작과 뇌 기능사이의 정확한 해석이 이루어지지 못하였다.However, at this time, since the motion signal was not acquired along with the fMRI image acquisition, an accurate interpretation between the human motion and the brain function was not achieved.

최근에는, 동작과 뇌기능 사이의 상호관계 규명을 위하여, fMRI와 동시에 동작신호를 측정하기 위한 시스템 개발에 관한 연구가 진행되고 있다. 수압을 이용한 힘 변환 센서를 사용하여 악력을 측정할 수 있는 시스템이 개발되었다 Recently, in order to investigate the interrelationship between motion and brain function, research has been conducted on the development of a system for measuring motion signals simultaneously with fMRI. A system was developed to measure the grip force using a force transducer using hydraulic pressure.

가속도계(Accelerometer)와 전위차계(Potentiometer)를 이용하여 MR 영상 획득과 동시에, 한 축 방향으로만 손가락 한 개의 움직임을 측정하는 연구가 수행되기도 하였다. In addition to acquiring MR images using an accelerometer and a potentiometer, a study of measuring the movement of one finger only in one axial direction has been conducted.

그러나, 이러한 시스템들은 직접적으로 운동학적 변인을 추출할 수 없었고, 단순 동작의 반복에 대한 움직임의 정확성만을 측정한 한계를 가지고 있었다. However, these systems could not directly extract kinematic variables and had limitations that only measured the accuracy of the movement for repetition of simple movements.

또한, 각속도 센서를 이용하여 한 축 방향으로만 손가락 다섯 개의 움직임에 대한 각속도를 측정하고 jerk 정보를 추출하는 연구도 진행되었다.In addition, a study was conducted to measure the angular velocity of the movement of five fingers only in one axial direction and to extract jerk information using the angular velocity sensor.

그러나, 요레이트(yaw rate) 센서를 사용하여 각속도 정보만을 측정하고, jerk 정보를 추출하였기 때문에 정확도가 떨어졌고 그로 인해 jerk 및 부드러움의 정도와 같은 고급 변인에 따른 뇌 활성화 차이는 규명하지 못하는 한계가 있었다. However, the accuracy was lowered because only the angular velocity information was measured using the yaw rate sensor and the jerk information was extracted. Therefore, the difference in brain activation due to advanced variables such as jerk and softness is limited. there was.

이러한 선행 연구들에서 사용되었던 동작신호 측정센서는 MR 시스템으로부터 많은 노이즈가 야기되었고, 동시에 MR 영상의 질을 저하시키기도 하였다. 또한, 선행연구에서는 한 축만의 동작신호를 측정하여 정확한 운동학적 변인 추출에 한계가 있었다.The motion signal sensor used in these previous studies caused a lot of noise from the MR system and at the same time degraded the MR image quality. In addition, in the previous research, there was a limit in extracting accurate kinematic variables by measuring motion signals of only one axis.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 감안하여 안출된 것으로, MR 영상 획득시 정자계, 시간에 따라 급격하게 변하는 경사자계 및 RF 펄스(pulse)에 영향을 받지 않으면서, 동시에 MR 영상에 영향을 미치지 않는 동작신호 측정 시스템을 제공함에 그 특징적인 목적이 있다. The present invention has been made in view of the above problems, and does not affect the MR image at the same time without being affected by the static magnetic field, the gradient magnetic field and the RF pulse that rapidly change with time when the MR image is acquired. Its purpose is to provide a motion signal measuring system.

이러한 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명은, 동작신호 측정 시스템에 관한 것으로서, 다수개의 3축 가속도 센서로 이루어지며, 신체 소정 부위에 고정되어 동작신호를 측정하는 가속도 센서부; 상기 가속도 센서부를 통해 측정된 동작신호를 수신하여 증폭하고, 광 신호로 변조시키는 증폭부; 상기 증폭부에 의해 변조된 광 신호를 MR room 외부로 전송하는 광 신호 전송부; 상기 광 신호 전송부로부터 변조된 광 신호를 입력받아 원래의 신호인 동작신호로 복원하는 복조부; 상기 복조부를 통해 복원된 동작신호를 디지털 값으로 변환하는 DAQ 보드부; 및 상기 가속도 센서부, 증폭부, 광 신호 전송부, 복조부 및 DAQ 보드부로 제어신호를 송신하고, 상기 DAQ 보드부로부터 디지털화된 동작신호를 수신하여 저장 및 표시하는 제어부; 를 포함하는 것을 특징으로 한다.The present invention for achieving the above technical problem, relates to a motion signal measuring system, consisting of a plurality of three-axis acceleration sensor, is fixed to a predetermined body part acceleration sensor unit for measuring the operation signal; An amplifier which receives and amplifies an operation signal measured by the acceleration sensor unit and modulates it into an optical signal; An optical signal transmitter for transmitting the optical signal modulated by the amplifier to an outside of the MR room; A demodulator for receiving a modulated optical signal from the optical signal transmitter and restoring an operation signal which is an original signal; A DAQ board unit for converting an operation signal restored by the demodulator to a digital value; And a control unit for transmitting a control signal to the acceleration sensor unit, the amplifier unit, the optical signal transmitter, the demodulator unit, and the DAQ board unit, and receiving, storing, and displaying the digitized operation signal from the DAQ board unit. Characterized in that it comprises a.

또한 상기 가속도 센서부는, 벨크로를 이용한 밴드 타입인 것을 특징으로 한다. In addition, the acceleration sensor unit is characterized in that the band type using a Velcro.

또한 상기 증폭부는, 아날로그 소자로 구성되어, 증폭률을 2배 내지 10배까지 가변하는 것을 특징으로 한다.In addition, the amplification unit is composed of an analog element, characterized in that the amplification rate is variable up to 2 to 10 times.

또한 상기 증폭부는, 상기 MR room 내에서 측정된 동작신호와, 동작신호의 주파수 대역에 비해 높은 고주파의 삼각파를 비교하여 구형파의 펄스를 발생시키는 펄스 폭 변조(PWM) 방법을 이용하여, 상기 동작신호를 광 신호로 변조시키는 것을 특징으로 한다.In addition, the amplifying unit, using the pulse width modulation (PWM) method of generating a pulse of the square wave by comparing the operation signal measured in the MR room with a high frequency triangular wave compared to the frequency band of the operation signal, the operation signal It characterized in that the modulated to an optical signal.

또한 상기 가속도 센서부와 증폭부는 리드선을 통해 연결되되, 상기 리드선은, 전자장 생성을 방지하기 위하여, 꼬임형태인 것을 특징으로 한다.In addition, the acceleration sensor unit and the amplification unit is connected through a lead wire, the lead wire, characterized in that the twisted form in order to prevent the generation of the electromagnetic field.

또한 상기 증폭부는, 상기 리드선을 통해 MR 스캐너 magnet의 가장자리에 설치되는 것을 특징으로 한다. The amplification unit may be installed at an edge of an MR scanner magnet through the lead wire.

또한 상기 증폭부와 리드선을 통해 연결되어 전원을 공급하는 전원 공급부; 를 더 포함하는 것을 특징으로 한다. In addition, a power supply unit connected to the amplifier through the lead wire to supply power; It characterized in that it further comprises.

또한 상기 전원 공급부는, 상기 MR room 내부에서 상기 증폭부와 3m 이상 이격되어 설치되는 것을 특징으로 한다. In addition, the power supply, characterized in that installed in the MR room spaced apart from the amplifier 3m or more.

또한 상기 증폭부 및 전원 공급부는, 이중 차폐 케이스 내부에 구비되는 것을 특징으로 한다.In addition, the amplifier and the power supply is characterized in that provided in the double shield case.

또한 상기 이중 차폐 케이스는, 구리로 형성된 외측면과, 알루미늄으로 형성된 내측면이 겹쳐진 구조인 것을 특징으로 한다.In addition, the double shielding case is characterized in that the outer surface formed of copper and the inner surface formed of aluminum overlapped.

또한 상기 광 신호 전송부는, 상기 증폭부에 의해 변조된 광 신호를 입력받아 빛으로 발산하는 발광 다이오드; 및 상기 발광 다이오드로부터 광 신호를 입력받아 외부로 전송하는 광 케이블; 을 포함하는 것을 특징으로 한다.The optical signal transmitter may include a light emitting diode that receives an optical signal modulated by the amplifier and emits light into light; And an optical cable for receiving an optical signal from the light emitting diode and transmitting the optical signal to the outside. Characterized in that it comprises a.

그리고 상기 복조부는, 상기 광 신호 전송부를 통해 입력받은 광 신호를 저역통과필터(Low Pass Filter)를 이용하여 복조함으로써 동작신호로 복원하는 것을 특징으로 한다. The demodulator may demodulate the optical signal received through the optical signal transmitter by using a low pass filter to restore an operation signal.

상기와 같은 본 발명에 따르면, 엄격한 전자기 차폐를 통해 상호 작용잡음을 최소화함으로써, MR 영상 획득과 동시에 jerk 등과 같은 고급 운동학적 변인을 안정적으로 정확히 추출할 수 있는 효과가 있다.According to the present invention as described above, by minimizing the interaction noise through the strict electromagnetic shielding, there is an effect that can stably and accurately extract the advanced kinematic variables such as jerk and at the same time the MR image acquisition.

그리고 본 발명에 따르면, MR 영상을 획득하면서 동시에 안정적으로 동작신호 측정이 가능한 바, 다양한 운동학적 변인과 뇌기능과의 연관관계 연구에 적극적으로 활용될 수 있는 효과도 있다. In addition, according to the present invention, it is possible to stably measure a motion signal while acquiring an MR image, and there is also an effect that can be actively used to study the relationship between various kinematic variables and brain function.

도 1 은 본 발명에 따른 동작신호 측정 시스템을 개념적으로 도시한 전체 구성도.
도 2 는 본 발명에 따른 벨크로를 이용한 밴드 타입의 가속도 센서부가 손가락에 고정된 모습을 보이는 실제 사진도.
도 3 은 본 발명에 따른 꼬임형태를 가지는 가속도 센서부와 증폭부 사이의 리드선을 보이는 일예시도.
도 4 는 본 발명에 따른 동작신호 측정 시스템을 이용하여, MR 영상을 획득하는 동안 측정된 동작신호를 보이는 그래프.
도 5 는 본 발명에 따른 가속도 센서부가 MR 영상에 잡음을 유발하는지를 관찰하기 위해, 가속도 센서를 phantom에 부착한 모습을 보여주는 일예시도.
도 6 은 본 발명에 따른 가속도 센서부가 MR 영상에 왜곡을 유발하지 않음을 보여주는 일예시도.
도 7 은 본 발명에 따른 동작신호 측정 시스템을 통해 동작신호를 측정하면서 획득한 세가지 종류의 MR 영상을 보여주는 일예시도.
도 8 은 EPI 기법을 이용하여 MR 영상을 획득하는 동안, 본 발명에 따른 동작신호 측정 시스템을 통해 측정된 동작신호를 보여주는 그래프.
1 is an overall configuration diagram conceptually showing a motion signal measuring system according to the present invention.
2 is an actual photograph showing a state in which a band type acceleration sensor unit is fixed to a finger using a velcro according to the present invention.
3 is an exemplary view showing a lead wire between an acceleration sensor unit and an amplifying unit having a twisted shape according to the present invention.
4 is a graph showing operation signals measured while acquiring an MR image using the operation signal measuring system according to the present invention;
Figure 5 is an exemplary view showing a state in which the acceleration sensor is attached to the phantom to observe whether the acceleration sensor unit causes noise in the MR image according to the present invention.
6 is an exemplary view showing that the acceleration sensor unit according to the present invention does not cause distortion in the MR image.
7 is an exemplary view showing three types of MR images obtained while measuring the operation signal through the operation signal measuring system according to the present invention.
8 is a graph showing an operation signal measured by an operation signal measuring system according to the present invention while acquiring an MR image using an EPI technique.

본 발명의 구체적 특징 및 이점들은 첨부도면에 의거한 다음의 상세한 설명으로 더욱 명백해질 것이다. 이에 앞서 본 발명에 관련된 공지 기능 및 그 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는, 그 구체적인 설명을 생략하였음에 유의해야 할 것이다.Specific features and advantages of the present invention will become more apparent from the following detailed description based on the accompanying drawings. In the meantime, when it is determined that the detailed description of the known functions and configurations related to the present invention may unnecessarily obscure the subject matter of the present invention, it should be noted that the detailed description is omitted.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 상세하게 설명한다. Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described in detail the present invention.

본 발명에 따른 동작신호 측정 시스템에 관하여 도 1 내지 도 8 을 참조하여 설명하면 다음과 같다. The operation signal measuring system according to the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 8 as follows.

도 1 은 본 발명에 따른 동작신호 측정 시스템(S)을 개념적으로 도시한 전체 구성도로서, 도시된 바와 같이 가속도 센서부(100), 증폭부(200), 전원 공급부(300), 광 신호 전송부(400), 복조부(500), DAQ 보드부(600) 및 제어부(700)를 포함하여 이루어진다. 1 is an overall configuration diagram conceptually showing an operation signal measuring system S according to the present invention, and as shown, an acceleration sensor unit 100, an amplifier unit 200, a power supply unit 300, and an optical signal transmission The unit 400 includes a demodulator 500, a DAQ board unit 600, and a controller 700.

가속도 센서부(100)는 다수개의 3축 가속도 센서(110)로 이루어지며, 신체 소정 부위에 고정되어 동작신호를 측정하는 기능을 수행한다. The acceleration sensor unit 100 is composed of a plurality of three-axis acceleration sensor 110, and is fixed to a predetermined body part to perform a function of measuring the operation signal.

이때, 피검자는 MR 영상을 촬영하기 위해 MR room(10)의 스캐너 내부에 위치하고 있으며, 가속도 센서부(100)는 벨크로(Velcro)를 통해 피검자의 손가락에 고정된다.In this case, the examinee is positioned inside the scanner of the MR room 10 to take an MR image, and the acceleration sensor unit 100 is fixed to the examinee's finger through the Velcro.

본 실시예에서, 상기 가속도 센서부(100)가 손가락에 고정되어 있는 것으로 도시되었으나, 본 발명에 따른 가속도 센서부(100)는 도 2 에 도시된 바와 같이 벨크로(velcro)를 이용한 밴드 타입으로서, 손가락 뿐만 아니라 손목, 발가락, 발목 등 다양한 부위에 고정되어, 동작신호 측정이 가능하다.
In this embodiment, although the acceleration sensor unit 100 is shown as being fixed to the finger, the acceleration sensor unit 100 according to the present invention is a band type using a velcro, as shown in Figure 2, It is fixed to various parts such as wrists, toes, and ankles as well as fingers, and can measure motion signals.

또한, 증폭부(200)는 상기 가속도 센서부(100)를 통해 측정된 동작신호를 수신하여 증폭하고, 광 신호로 변조시키는 기능을 수행한다. In addition, the amplifier 200 receives and amplifies the operation signal measured by the acceleration sensor unit 100, and performs a function of modulating the optical signal.

디지털 소자는 고주파 RF 노이즈를 발생시켜, MR 영상에 잡음을 유발할 수 있다. 이에 따라, 본 발명에 따른 증폭부(200)는 아날로그 소자만으로 증폭회로가 구성되어 있으며, 최적의 이득을 얻을 수 있도록 10배까지 증폭률을 가변할 수 있다. The digital device generates high frequency RF noise, which may cause noise in the MR image. Accordingly, the amplification unit 200 according to the present invention has an amplification circuit composed of only analog elements, and can vary the amplification factor up to 10 times so as to obtain an optimum gain.

상기 증폭부(200)는 MR room(10) 내에서 측정된 동작신호와, 동작신호의 주파수 대역에 비해 높은 고주파(10KHz)의 삼각파를 비교하여 구형파의 펄스를 발생시키는 펄스 폭 변조(Pulse Width Modulation: PWM) 방법을 이용하여 상기 동작신호를 광 신호로 변조시킨다.
The amplification unit 200 compares an operation signal measured in the MR room 10 with a triangular wave having a high frequency (10KHz) compared to a frequency band of the operation signal to generate a pulse of square wave (Pulse Width Modulation) : PWM) modulates the operation signal into an optical signal.

한편, 상기 가속도 센서부(100)와 증폭부(200)는 리드선(lead)(20)을 통해 연결된다. 이때, 리드선(20)은 그 길이가 짧아질 경우 증폭부(200)가 MR 스캐너(30) magnet 중심에 가깝게 되어 동작신호에 유발 잡음이 커질 수 있고, 동시에 MR 영상에 잡음을 유발할 수 있다. On the other hand, the acceleration sensor unit 100 and the amplifier 200 is connected via a lead (lead) (20). In this case, when the length of the lead wire 20 is shortened, the amplifier 200 becomes close to the center of the magnet of the MR scanner 30 so that the induced noise may increase in the operation signal, and at the same time, may cause noise in the MR image.

또한, 리드선(20)의 길이가 길어질 경우에는 리드선(20)에 유기되는 전자장으로 동작신호에 잡음이 형성될 수 있다. 따라서, 상기 증폭부(200)는 MR 영상에 잡음을 생성하지 않으면서, 안정된 동작신호를 측정할 수 있도록 MR 스캐너(30) magnet의 가장자리에 설치된다. In addition, when the length of the lead wire 20 is long, noise may be generated in the operation signal due to the electromagnetic field induced by the lead wire 20. Accordingly, the amplifier 200 is installed at the edge of the magnet of the MR scanner 30 so that a stable operation signal can be measured without generating noise in the MR image.

그리고, 가속도 센서부(100)와 증폭부(200) 사이의 리드선(20)은 꼬임형태(도 3 참조)로서 전자장 생성을 방지하였고, 이러한 리드선(20)은 MR 영상 촬영시 발생되는 진동에 의한 잡음을 최소화하기 위해 특정 위치에 고정된다.
In addition, the lead wire 20 between the acceleration sensor unit 100 and the amplifying unit 200 has a twisted shape (see FIG. 3) to prevent the generation of an electromagnetic field, and the lead wire 20 is caused by vibration generated during MR imaging. It is fixed at a certain position to minimize noise.

또한, 전원 공급부(300)는 상기 증폭부(200)와 리드선(20)을 통해 연결되어 전원을 공급하는 기능을 수행한다. 이때, 전원 공급부(300)는 증폭부(200)와 잡음 유발을 방지하기 위하여, MR room(10) 내부에서 상기 증폭부(200)와 1m 내지 5m 이상 바람직하게, 3m 이상 이격되어 설치된다.
In addition, the power supply unit 300 is connected through the amplifier 200 and the lead wire 20 performs a function for supplying power. In this case, the power supply unit 300 is installed in the MR room 10 to be spaced apart from the amplification unit 200 by more than 1m to 5m, preferably 3m or more in order to prevent the noise from the amplifier 200.

한편, MR 영상 획득과 동시에 동작신호를 측정할 때, 증폭부(200)를 MR room(10) 내부에 설치할 경우, 증폭부(200) 내부의 금속성 재료가 MR 영상에 영향을 끼치고, MR의 자계와 RF 펄스는 동작 측정 회로에 잡음을 유발하게 된다. On the other hand, when measuring the operation signal simultaneously with the MR image acquisition, when the amplification unit 200 is installed in the MR room (10), the metallic material inside the amplification unit 200 affects the MR image, MR field And RF pulses cause noise in the motion measurement circuit.

이러한 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명에서는 상기 증폭부(200)를 포함한 전원 공급부(300)를 구리(외측면)와 알루미늄(내측면)으로 겹쳐진 이중 차폐 케이스 내부에 구비된다.
In order to solve this problem, in the present invention, the power supply unit 300 including the amplification unit 200 is provided inside the double shielding case overlapped with copper (outer side) and aluminum (inner side).

또한, 광 신호 전송부(400)는 상기 증폭부(200)에 의해 변조된 광 신호를 MR room(10) 외부로 전송하는 기능을 수행하는 바, 상기 도 2 에 도시된 바와 같이 상기 증폭부(200)에 의해 변조된 광 신호를 입력받아 빛으로 발산하는 발광 다이오드(Light emmitting diode: LED)(410) 및 상기 발광 다이오드(410)로부터 광 신호를 입력받아 외부로 전송하는 광 케이블(420)을 포함한다.
In addition, the optical signal transmitter 400 transmits the optical signal modulated by the amplifier 200 to the outside of the MR room 10. As shown in FIG. Light Emitting Diode (LED) 410 which receives the optical signal modulated by the light emitting diode 200 and emits light into the light, and an optical cable 420 which receives the optical signal from the LED 410 and transmits it to the outside. Include.

또한, 복조부(500)는 상기 광 신호 전송부(400)로부터 변조된 광 신호를 입력받아 원래의 신호인 동작신호로 복원하는 기능을 수행한다. In addition, the demodulator 500 receives a modulated optical signal from the optical signal transmitter 400 and restores the original signal to an operation signal.

이때, 상기 복조부(500)는 상기 광 신호를 저역통과필터(Low Pass Filter)를 이용하여 복조함으로써 동작신호로 복원한다.
At this time, the demodulator 500 demodulates the optical signal using a low pass filter to restore the optical signal to an operation signal.

또한, DAQ 보드부(600)는 상기 복조부(500)를 통해 복원된 동작신호를 디지털 값으로 변환하는 기능을 수행한다. In addition, the DAQ board unit 600 performs a function of converting the operation signal restored by the demodulator 500 into a digital value.

참고로, DAQ(Data Acquisition)란, 전압, 전류, 온도, 압력, 속도, 가속도, 변위(길이), 토크 등의 아날로그 물리량을 측정하여 그 값을 분석하고나, 그 값을 기준으로 다른 제어를 하고자 할 때, 아날로그 값인 물리량을 디지털 값으로 변환하여 컴퓨터로 인식하도록 하는 과정을 의미한다.
For reference, DAQ (Data Acquisition) is an analog physical quantity measurement such as voltage, current, temperature, pressure, speed, acceleration, displacement (length), torque, etc. In this case, it means a process of converting a physical quantity, which is an analog value, into a digital value to be recognized by a computer.

그리고, 제어부(700)는 상기 가속도 센서부(100), 증폭부(200), 전원 공급부(300), 광 신호 전송부(400), 복조부(500) 및 DAQ 보드부(600)로 제어신호를 송신하고, 상기 DAQ 보드부(600)로부터 디지털화된 동작신호를 수신하여 저장 및 표시하는 기능을 수행한다.
In addition, the control unit 700 controls the control signal to the acceleration sensor unit 100, the amplifier 200, the power supply unit 300, the optical signal transmitter 400, the demodulator 500, and the DAQ board unit 600. Transmits and receives and stores and displays the digitized operation signal from the DAQ board unit 600.

도 4 는 본 발명에 따른 동작신호 측정 시스템을 이용하여, MR 영상을 획득하는 동안 측정된 동작신호를 보이는 그래프로서, 팔의 확장(extention)과 구부림(flexion)(0.5회/초) 동작시 x,y,z축의 동작신호를 300sample/sec로 측정하였다. FIG. 4 is a graph showing an operation signal measured while acquiring an MR image using the operation signal measuring system according to the present invention, x during arm extension and flexion (0.5 times / second) operation; FIG. The operation signals on the y, z axes were measured at 300 samples / sec.

한편, 본 발명에 따른 가속도 센서가 MR 영상에 잡음을 유발하는지를 관찰하기 위해 도 5 에 도시된 바와 같이 가속도 센서를 phantom에 부착한 후 MR 영상을 획득하였다. Meanwhile, in order to observe whether the acceleration sensor according to the present invention causes noise in the MR image, the MR image was obtained after attaching the acceleration sensor to the phantom as shown in FIG. 5.

센서와의 접촉부위를 확인하기 위해서 marker를 부착하였고, marker를 지나는 단면과 그 전후 단면의 phantom 영상을 획득하였다. 3.0 Tesla MR system (FORTE, ISOL Technology, Korea)에서 gradient echo(GE)기법으로 TR/TE 400/7ms, field of view 250mm, matrix 256×256, slice thickness 5mm, # of slices 10, flip angle 90°의 imaging parameters를 사용하여 영상을 획득하였다. 도 6 에 나타낸 바와 같이 센서가 MR 영상에 왜곡을 유발하지 않음을 확인하였다.A marker was attached to confirm the contact area with the sensor, and phantom images of the cross section passing through the marker and the front and rear cross sections were obtained. TR / TE 400 / 7ms, field of view 250mm, matrix 256 × 256, slice thickness 5mm, # of slices 10, flip angle 90 ° by gradient echo (GE) method in 3.0 Tesla MR system (FORTE, ISOL Technology, Korea) Images were acquired using imaging parameters. As shown in FIG. 6, it was confirmed that the sensor did not cause distortion in the MR image.

사람을 대상으로 MR 영상을 획득하면서 동시에 동작신호를 측정하여 상호작용 효과를 관찰하였다. 손목에 가속도 센서를 부착한 후 팔의 extension과 flexion (0.5회/초) 동작을 수행할 때 아래의 세가지 영상기법으로 MR 영상을 획득하면서 동시에 x, y, z축의 동작신호를 측정하였다. Fast spin echo(FSE) 기법으로 TR/TE 800/14ms, field of view 250mm, matrix size 256×256, slice thickness 5mm, # of slices 25, flip angle 90°의 imaging parameters를 사용하여 영상을 획득하였고, Gradient echo(GE) 기법으로 TR/TE 600/7ms, field of view 250mm, matrix size 256×256, slice thickness 5mm, # of slices 25, flip angle 90°의 imaging parameters를 사용하여 영상을 획득하였다. 또한 뇌의 기능적 정보를 얻기 위한 방법인 Echo planar imaging(EPI) 기법으로 TR/TE 3000/35ms, field of view 250mm, matrix size 64×64, slice thickness 5mm, # of slices 10, flip angle 90°의 imaging parameters를 사용하여 영상을 획득하였다. MR images were obtained from humans, and motion signals were measured to observe interaction effects. When the arm extension and flexion (0.5 times / sec) were performed after the accelerometer was attached to the wrist, MR images were acquired using the following three imaging techniques and the motion signals on the x, y, and z axes were measured simultaneously. Images were acquired using fast spin echo (FSE) imaging parameters of TR / TE 800 / 14ms, field of view 250mm, matrix size 256 × 256, slice thickness 5mm, # of slices 25, flip angle 90 °, Gradient echo (GE) method was used to obtain images using TR / TE 600 / 7ms, field of view 250mm, matrix size 256 × 256, slice thickness 5mm, # of slices 25, flip angle 90 °. In addition, Echo Planar Imaging (EPI) is a method for obtaining functional information of the brain.It is TR / TE 3000 / 35ms, field of view 250mm, matrix size 64 × 64, slice thickness 5mm, # of slices 10, flip angle 90 ° Images were acquired using imaging parameters.

도 7 은 본 발명에 따른 동작신호 측정 시스템을 통해 동작신호를 측정하면서 획득한 세가지 종류의 MR 영상을 보여주는 일예시도이다. 상기한 바와 같은 FSE 기법, GE 기법, EPI 기법을 이용하여 획득한 MR 영상으로서, 도시된 바와 같이 영상에 어떠한 왜곡도 발생되지 않았다. 7 is an exemplary view showing three types of MR images obtained while measuring the operation signal through the operation signal measuring system according to the present invention. As an MR image obtained by using the FSE technique, the GE technique, and the EPI technique as described above, no distortion was generated in the image as shown.

도 8 은 EPI 기법을 이용하여 MR 영상을 획득하는 동안, 본 발명에 따른 동작신호 측정 시스템을 통해 측정된 동작신호를 보여주는 그래프로서, 상기 도 3 에 도시된 것과 비교하여 baseline 잡음은 약간 증가하였지만 세 축 방향으로 동작신호를 안정되게 측정할 수 있음을 확인하였다.
FIG. 8 is a graph showing an operation signal measured by an operation signal measuring system according to the present invention while acquiring an MR image using an EPI technique. Although the baseline noise is slightly increased compared to that shown in FIG. It was confirmed that the operation signal can be measured stably in the axial direction.

상술한 구성과 특징적인 기능을 갖는 본 발명에 따른 동작신호 측정 시스템은, 기존과 달리 3축 센서를 이용하여 세 가지 방향의 가속도 측정이 가능하도록 하였고, 이를 통해 공간상에서의 위치, 각도 등의 정보를 얻을 수 있었다. 또한, jerk와 같은 다양한 운동학적 변인을 정확히 추출 할 수 있도록 하였다. The motion signal measuring system according to the present invention having the above-described configuration and characteristic functions enables measurement of acceleration in three directions using a three-axis sensor unlike the conventional method, and thus information such as position and angle in space Could get In addition, various kinematic variables such as jerk can be extracted accurately.

또한, 벨크로(velcro)를 이용한 밴드 타입으로 housing을 하여 손목 뿐만 아니라, 손가락이나 발가락과 같은 부분의 동작 신호 측정도 가능하도록 하였다. In addition, the housing by the band type using a velcro (velcro) to enable not only the wrist, but also the measurement of the operation signal of the finger or toe.

현재 본 시스템은 15채널을 사용하고 있기 때문에, 5개의 손가락에 대해 각각 3축 방향의 정보를 동시에 측정할 수 있다. 그러나, DAQ 보드부의 채널을 확장시킴으로써 동시에 측정할 수 있는 동작신호의 수를 확장할 수 있다. Since the current system uses 15 channels, it is possible to simultaneously measure information about three axes in each of five fingers. However, by extending the channel of the DAQ board, it is possible to extend the number of operation signals that can be measured simultaneously.

본 장치는 MR 영상을 획득하면서 동시에 안정적으로 동작신호를 측정할 수 있다. 그러므로 다양한 운동학적 변인과 뇌기능과의 연관관계 연구에 적극적으로 활용될 수 있을 것으로 기대된다.
The apparatus can measure an operation signal stably while acquiring an MR image. Therefore, it is expected that it can be actively used to study the relationship between various kinematic variables and brain function.

이상으로 본 발명의 기술적 사상을 예시하기 위한 바람직한 실시예와 관련하여 설명하고 도시하였지만, 본 발명은 이와 같이 도시되고 설명된 그대로의 구성 및 작용에만 국한되는 것이 아니며, 기술적 사상의 범주를 일탈함이 없이 본 발명에 대해 다수의 변경 및 수정이 가능함을 당업자들은 잘 이해할 수 있을 것이다. 따라서, 그러한 모든 적절한 변경 및 수정과 균등물들도 본 발명의 범위에 속하는 것으로 간주되어야 할 것이다. As described above and described with reference to a preferred embodiment for illustrating the technical idea of the present invention, the present invention is not limited to the configuration and operation as shown and described as described above, it is a deviation from the scope of the technical idea It will be understood by those skilled in the art that many modifications and variations can be made to the invention without departing from the scope of the invention. Accordingly, all such suitable changes and modifications and equivalents should be considered to be within the scope of the present invention.

100: 가속도 센서부 200: 증폭부
300: 전원 공급부 400: 광 신호 전송부
500: 복조부 600: DAQ 보드부
700: 제어부 110: 3축 가속도 센서
410: 발광 다이오드 420: 광 케이블
10: MR room 20: 리드선
30: MR 스캐너
100: acceleration sensor unit 200: amplification unit
300: power supply unit 400: optical signal transmission unit
500: demodulation unit 600: DAQ board unit
700: control unit 110: three-axis acceleration sensor
410: light emitting diode 420: optical cable
10: MR room 20: Lead wire
30: MR scanner

Claims (12)

MR 영상을 촬영하는 피검자의 동작신호를 측정하는 시스템에 있어서,
다수개의 3축 가속도 센서로 이루어지며, 신체 소정 부위에 고정되어 동작신호를 측정하는 가속도 센서부;
상기 가속도 센서부를 통해 측정된 동작신호를 수신하여 증폭하고, 광 신호로 변조시키는 증폭부;
상기 증폭부에 의해 변조된 광 신호를 MR room 외부로 전송하는 광 신호 전송부;
상기 광 신호 전송부로부터 변조된 광 신호를 입력받아 원래의 신호인 동작신호로 복원하는 복조부;
상기 복조부를 통해 복원된 동작신호를 디지털 값으로 변환하는 DAQ 보드부; 및
상기 가속도 센서부, 증폭부, 광 신호 전송부, 복조부 및 DAQ 보드부로 제어신호를 송신하고, 상기 DAQ 보드부로부터 디지털화된 동작신호를 수신하여 저장 및 표시하는 제어부; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 동작신호 측정 시스템.
In the system for measuring the operation signal of the subject taking the MR image,
An acceleration sensor unit comprising a plurality of three-axis acceleration sensors and fixed to a predetermined part of the body to measure an operation signal;
An amplifier which receives and amplifies an operation signal measured by the acceleration sensor unit and modulates it into an optical signal;
An optical signal transmitter for transmitting the optical signal modulated by the amplifier to an outside of the MR room;
A demodulator for receiving a modulated optical signal from the optical signal transmitter and restoring an operation signal which is an original signal;
A DAQ board unit for converting an operation signal restored by the demodulator to a digital value; And
A control unit which transmits a control signal to the acceleration sensor unit, amplifying unit, optical signal transmitter, demodulator and DAQ board unit, receives, stores and displays the digitized operation signal from the DAQ board unit; Operation signal measurement system comprising a.
제 1 항에 있어서,
상기 가속도 센서부는,
벨크로(velcro)를 이용한 밴드 타입인 것을 특징으로 하는 동작신호 측정 시스템.
The method of claim 1,
The acceleration sensor unit,
Motion signal measuring system characterized in that the band type using a velcro (velcro).
제 1 항에 있어서,
상기 증폭부는,
아날로그 소자로 구성되어, 증폭률을 2배 내지 10배까지 가변하는 것을 특징으로 하는 동작신호 측정 시스템.
The method of claim 1,
The amplification unit,
An operating signal measuring system, comprising an analog element, wherein the amplification rate is varied from 2 to 10 times.
삭제delete 제 1 항에 있어서,
상기 가속도 센서부와 증폭부는 리드선을 통해 연결되는 것을 특징으로 하는 동작신호 측정 시스템.
The method of claim 1,
The acceleration sensor unit and the amplification unit operating signal measuring system, characterized in that connected via a lead wire.
제 5 항에 있어서,
상기 증폭부는, 상기 리드선을 통해 MR 스캐너 magnet의 가장자리에 설치되는 것을 특징으로 하는 동작신호 측정 시스템.
The method of claim 5, wherein
The amplification unit, the operation signal measuring system, characterized in that installed on the edge of the MR scanner magnet through the lead.
제 1 항에 있어서,
상기 증폭부와 리드선을 통해 연결되어 전원을 공급하는 전원 공급부; 를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 동작신호 측정 시스템.
The method of claim 1,
A power supply unit connected to the amplifier and a lead wire to supply power; Motion signal measuring system further comprises.
제 7 항에 있어서,
상기 전원 공급부는,
상기 MR room 내부에서 상기 증폭부와 소정거리 이격되어 설치되는 것을 특징으로 하는 동작신호 측정 시스템.
The method of claim 7, wherein
The power supply unit,
Operating signal measuring system, characterized in that installed in the MR room spaced apart from the amplifier a predetermined distance.
제 7 항에 있어서,
상기 증폭부 및 전원 공급부는, 이중 차폐 케이스 내부에 구비되는 것을 특징으로 하는 동작신호 측정 시스템.
The method of claim 7, wherein
The amplifying unit and the power supply unit, the operation signal measuring system, characterized in that provided in the double shield case.
삭제delete 제 1 항에 있어서,
상기 광 신호 전송부는,
상기 증폭부에 의해 변조된 광 신호를 입력받아 빛으로 발산하는 발광 다이오드; 및
상기 발광 다이오드로부터 광 신호를 입력받아 외부로 전송하는 광 케이블; 을 포함하는 것을 특징으로 하는 동작신호 측정 시스템.
The method of claim 1,
The optical signal transmission unit,
A light emitting diode that receives the optical signal modulated by the amplifier and emits light; And
An optical cable for receiving an optical signal from the light emitting diode and transmitting the optical signal to the outside; Operation signal measuring system comprising a.
제 1 항에 있어서,
상기 복조부는,
상기 광 신호 전송부를 통해 입력받은 광 신호를 저역통과필터(Low Pass Filter)를 이용하여 복조함으로써 동작신호로 복원하는 것을 특징으로 하는 동작신호 측정 시스템.
The method of claim 1,
The demodulation unit,
And a demodulating the optical signal received through the optical signal transmission unit by using a low pass filter to restore the optical signal to an operation signal.
KR1020100018970A 2010-03-03 2010-03-03 System for measuring motion signal KR101084718B1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020100018970A KR101084718B1 (en) 2010-03-03 2010-03-03 System for measuring motion signal

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020100018970A KR101084718B1 (en) 2010-03-03 2010-03-03 System for measuring motion signal

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20110099943A KR20110099943A (en) 2011-09-09
KR101084718B1 true KR101084718B1 (en) 2011-11-22

Family

ID=44952594

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020100018970A KR101084718B1 (en) 2010-03-03 2010-03-03 System for measuring motion signal

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101084718B1 (en)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101239805B1 (en) * 2011-05-23 2013-03-06 건국대학교 산학협력단 5dof motion signal measurement system

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20050107685A1 (en) 2003-11-19 2005-05-19 Derek Seeber Motion sensing MRI local coil

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20050107685A1 (en) 2003-11-19 2005-05-19 Derek Seeber Motion sensing MRI local coil

Also Published As

Publication number Publication date
KR20110099943A (en) 2011-09-09

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6695474B2 (en) Magnetic resonance examination system
CN102026579B (en) Respiratory monitor and monitoring method
Roetenberg Inertial and magnetic sensing of human motion
US7373271B1 (en) System and method for measuring position and orientation using distortion-compensated magnetic fields
US9504445B2 (en) Ultrasound imaging system and method for drift compensation
JP6526026B2 (en) Method and system for determining motion of object
Zhou et al. Inertial sensors for motion detection of human upper limbs
CA2120819A1 (en) Pulsed-dc position and orientation measurement system
FR2915365A1 (en) Living human subject 's electrophysiological signal e.g. electrocardiogram signal, collecting method for e.g. monitoring patient, involves realizing measurement/ determination of characteristics of field at level/proximity of points
CN109788920B (en) Information processing apparatus, information processing method, and program
Andria et al. Development and performance evaluation of an electromagnetic tracking system for surgery navigation
CN107830875A (en) The robot bionic antenna touch sensor and detection method of a kind of controlled shape
KR101084718B1 (en) System for measuring motion signal
Hasan et al. Design and simulation of cost effective wireless EEG acquisition system for patient monitoring
Albert et al. Determining posture from physiological tremor
JP6857367B2 (en) Muscle activity measuring device and muscle activity measuring method
Shirinbayan et al. An MR-compatible gyroscope-based arm movement tracking system
WO2022128124A1 (en) Calibration of positions of eeg electrodes on a subject
KR101239805B1 (en) 5dof motion signal measurement system
Pandya et al. Biomimetic imaging of flow phenomena
EP3328275B1 (en) An orientation tracking device for mri
CN110418599A (en) For measuring the sensor circuit and signal analyzer of internal property
JP2004358271A (en) Blood vessel simulation sensor, pulsimeter, and biological information measuring apparatus
Kim et al. A wireless measurement system for three-dimensional ocular movement using the magnetic contact lens sensing technique
JP5970712B2 (en) Biological information measurement circuit, apparatus, program, and method

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
LAPS Lapse due to unpaid annual fee