KR20070065912A - Ｍｒｉ 촬영시 전기생리학적 신호를 완충하는 방법 및 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 케이블(18)을 통과하는 저출력 임피던스를 갖는, 긴 케이블과 환자 주변의 단위이익 완충증폭기(32)를 사용하여 MRI 촬영시에 탐지된 전기생리학적 신호에 발생하는 전기 장애 문제점을 해결하여, 용량 결합 장애를 상당히 감소시킨다. 수동 저역통과 여과는 MRI 시스템(10)으로부터의 고주파 장애를 감소시키기 위해 완충증폭기(32)에 앞서 결합된다. 상기 완충증폭기는 디지털 신호를 필요로 하지 않고 고주파 신호를 방출하지 않기 때문에, MRI 시스템(10)에 장애를 일으키지 않는다.

MRI, 단위이익 완충증폭기, 전기생리학적 신호

Description

ＭＲＩ 촬영시 전기생리학적 신호를 완충하는 방법 및 장치{METHOD AND APPARATUS FOR BUFFERING ELECTROPHYSIOLOGICAL SIGNALS DURING AN MRI PROCEDURE}

본 발명은 MRI 촬영시 전기생리학적 신호를 완충하는 방법 및 장치에 관한 것이다.

자기공명영상(Magnetic Resonance Imaging, MRI)은 인체의 단면 영상을 촬영하여 상처나 질병을 진단하는데 사용되는 의료기법이다. 일반적인 MRI 시스템은 인체의 자연 자기 특성을 조절하기 위해 강한 방사파 및 원형 자석을 사용할 것이다. 필수적으로, MRI 시스템은 수소원자가 교대로 자기화되어 방사파로 충격을 받게 됨에 따라 수소원자의 공명운동을 체크한다. 질환 또는 상처있는 조직에 있는 수소 상태는 정상조직과는 달라서, 이러한 조직은 일반적인 MRI 촬영시 보다 용이하게 탐지된다.

환자가 자신의 내부 조직 구조에 대한 정보를 얻기 위해 MRI 촬영을 받고 있을 때, 때때로 이것은 전기생리학적 데이터를 얻는 동시에, 더 나아가 환자 진단에 도움을 주거나 환자의 상태를 관찰하는데 유용할 수 있다. 예를 들어, MRI 시스템에 관련하여 뇌파도(electroencephalogram, EEG) 또는 심전도(electrocardiogram, ECG)를 활용하는데 유용할 수 있다. 그러나, 종래의 장치를 통해 전기생리학적 데 이터를 획득하는 것은 MRI 촬영에 오류를 발생시키는 전자파 장해(electromagnetic interference)를 생성할 수 있다. 대신에, MRI 장치는 종래의 접근법을 통해 전송된 전기생리학적 데이터에 오류를 일으키는 전자파 장애를 생성할 수 있다.

예를 들어, 현대 EEG 기기는 일반적으로 컴퓨터로 감시 및 처리하는데 적합한 디지털 형식으로 EEG 파형을 획득하기 위해 고속 디지털 변환신호를 사용한다. 이것은 EEG를 원래 아날로그 신호의 이진법 개념, 일반적으로 8 내지 24 비트로 변환시키는 아날로그 대 디지털 변환기(analog to digital converter)를 필요로 한다. 이러한 이진법 신호는 USB, 병렬 포트(parallel port) 또는 에터넷 포트(ethernet port)와 같은 표준 인터페이스를 통해 컴퓨터에 용이하게 전달된다. 비록 최초 디지털 신호 주파수가 단지 소수의 킬로헤르쯔(kilohertz)라고 할지라도, 디지털 신호는 수십 메가헤르쯔 주파수 범위에서 간섭 고조파(interfering harmonics)를 생성할 수 있는 고속 변환 에지(edge)를 갖는다. 주요 문제점은 이러한 고 고조파수가 MRI 기기 주변에 위치한 장치로 부터 발생되고 영상처리를 방해한다는 점이다. 결과적으로, 컴퓨터 및 종래의 전기화학적 기록과 같은 고주파수 방출의 주요한 소스(source)는 MRI 실 외부에 위치되어야 한다.

기술분야의 종래기술에서는, 만약 환자의 EEG 또는 ECG를 기록하려면, 전극신호는 긴 케이블을 통해서 MRI 실 외부에 위치된 EEG 기기로 보내진다. 그러나, EEG 신호를 위해 긴 케이블을 사용하는 것은 MRI 시스템 또는 주전원 근처의 전자파 장애를 전기생리학적인 신호에 용량결합되게 한다. 이러한 장해 진폭은 상당히 EEG 신호를 감쇠시킨다. 일반적인 EEG 신호는 단지 10 내지 100 마이크로볼트의 피 피크-피크값(peak to peak)이고, 약 250 내지 550 볼트의 피크-피크값 정도를 나타내는 전압을 갖는 주전원 케이블에 의해 쉽게 오염된다.

결과적으로, MRI 촬영 시에 발생된 전자파 방해량을 최소화하는 동시에 환자가 체크되는 방법 및 장치를 필요로 한다.

본 발명의 과제는 MRI 스캔 시에 얻은 환자의 전기생리학적 신호에 대한 완충증폭기(Buffer Amplifier)의 사용에 관한 것이다. 본 발명의 방법 및 장치는 MRI 시스템에 대한 전자파 장해량을 최소화하면서, 전기생리학적 신호에서 MRI 및 주전원 유도된 전자파 장애량을 감소시킨다.

일 실시예에서, 본 발명은 케이블을 관통하는 저 출력 임피던스로 갖는, 환자 근처의 단위이득(unity gain)완충증폭기를 사용하여 긴 전기생리학적 케이블의 전기적 간섭 문제점을 극복하여 용량결합된 장애를 감소시킨다. 수동 저역통과 여과(Passive low pass filtering)는 MRI 시스템으로 부터의 고주파수 장애를 감소시키기 위해 완충증폭기에 앞서서 결합될 수 있다. 완충증폭기는 디지털 신호를 필요로 하지 않으며 고주파 신호를 방출하지 않아서 MRI 시스템을 방해하지 않는다.

MRI를 사용하는 환자를 기록하는 전기생리학적 신호 기록에 대한 전자파 장애는 환자의 근처에 위치된 단위이득 완충증폭기를 사용하여 감소될 수 있다. 완충증폭기의 저출력 임피던스는 긴 케이블이 MRI 기기 또는 주변 주전원 와이어의 용량결합된 간섭이 상당히 감소되어 흐를수 있게 한다. 상기 케이블은 종래의 전기생리학적 기록장치에 연결되는 MRI 실 외부에 이어질 수 있다.

더 나아가, 본 발명은 MRI 실 외부에서 발생하는 전기생리학적 신호의 아날로그를 디지털로 변환할 수 있기 때문에, 본 발명은 MRI 시스템에 대한 전자파 장애량을 감소시킨다. 아날로그를 디지털로 변환하는 과정에 관련된 디지털 신호에 의해 발생된 고주파는 MRI 실 외부에 존재하기 때문에 상기 장애는 감소한다.

보호받고자 하는 본 발명을 용이하게 하고 이해하기 위해서, 본 발명의 실시예를 첨부된 도면에 도시한다. 도면의 관찰로부터, 이하의 상세한 설명과 관련하여 고찰할 때, 본 발명은 보호되어야 하고, 발명의 구성 및 작용 및 본 발명의 많은 이점은 용이하게 이해되어야 하고 고찰되어야 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 블럭도를 도시하는 도면.

도 2는 도 1의 완충증폭기를 도시하는 일 실시예를 나타내는 회로도를 도시하는 도면.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

10: MRI 시스템 12: 차단막 시스템

14: 센서 15: 환자

16: 리드 와이어 17: 완충버퍼시스템

18: 케이블 20: 전기생리학적 기록기

22: 전원 25: 입력포트

26: 출력 포트 30: 저역통과 필터

34: 기능적 증폭기 40: 하우징

도 1 및 도 2에 도시한 바와 같이, 본 발명은 MRI 시스템(10)과, 상기 MRI 시스템(10)을 전자파 장애로부터 차단하는 벽 또는 차단막 시스템(12)를 포함하는 MRI 촬영실에 일반적으로 사용된다. 일 실시예에서, 본 발명은 MRI 촬영을 거치는 환자(15)에 위치하는 복수의 센서/전극(14)을 포함한다. 각각의 센서(14)는 MRI 시스템(10)에 이웃하게 위치되거나, MRI 시스템(10)에 직접 연결되거나, MRI 시스템(10) 옆에 놓여지는 완충증폭 시스템(17)에 리드 와이어(16)를 통해 연결된다. 케이블(18)은 완충증폭시스템(17)과 전기생리학적 기록기(20)와 벽(12)의 맞은 편에 위치된 전원(22) 사이의 통신경로를 제공한다.

일 실시예에서, 전극(14)이 MRI 시스템(10)에 연결되는 반면, 환자(15)는 MRI 시스템(10)의 구멍 내부에 위치된다. 상기 리드 와이어(16)은 전기생리학적 신호를 전극(14)로 부터 완충증폭 시스템(17)의 입력포트(25)에 전달한다. 완충 출력신호는 완충증폭 시스템(17)의 출력 포트(26)에 제공되어, 상기 벽(12)에 있는 포트(27)를 통하는 케이블(18)을 통해서 MRI 실(10)의 외부에 위치된 전기생리학적 기록기(20)로 보내진다. MRI 실의 외부에 위치된 전원(22)는 전력을 완충증폭 시스템(17)에 제공하는 케이블(18)을 통해서 회로에서 완충시스템에 연결된다. 이러한 전원(22)는 한 개 이상의 배터리를 포함할 수 있다.

일 실시예에서, 도 2에 상세히 도시한 바와 같이 완충증폭 시스템(17)은 복수의 저역통과 필터(30) 및 완충증폭기(32)를 포함한다. 입력 포트(25)에 도달한 전기생리학적 신호는 MRI 기기로부터 발생하는 고주파 신호의 진폭을 감소시키기 위해서 수동 RC 필터(30)를 사용하여 저 통과 필터된다. 도시된 두개의 전극 필터(pole filter)는 이러한 용도로 사용될 수 있는 많은 가능한 저 통과 필터 중 하나이다. 본 발명의 기술분야 당업자는 개시된 실시예를 대신하여 공지된 저 통과 필터 실시예를 용이하게 변경할 수 있다.

일 실시예에서, 완충증폭기(32)는 긴 케이블과 같은 큰 용량 부하를 구동할 수 있고 안정한 단위이득이 있는 기능적 증폭기(34)를 포함한다. 바람직하게는, 기능적 증폭기(34) 및 증폭기 시스템(17)의 다른 구성요소는 MRI 기기에서 자기장을 방해하지 않도록 강자성체 물질을 포함하지 않아야 한다. 기능적 증폭기(34)는 가능한 전극 신호의 정확한 재생을 획득할 수 있도록 낮은 바이어스 전류, 저소음 및 저뒤틀림을 가져야 한다. 단위이득을 제공하는 것은 고정밀 레지스터를 사용하지 않고 채널 사이를 매우 정확하게 일치하게 하기 위해서이다. 기능 증폭기(34)로 사용하는데 적합한 기능 증폭기의 예는 아날로스 디바이스사(Analog Device)가 제조한 AD8628ART이다.

일 실시예에서, 완충증폭 시스템(17)은 완충증폭기(30)과 저 통과 필터(32)를 포함하는 하우징(40)을 포함한다. 상기 하우징(40)은 각각의 리드(16)을 일련의 저역통과 필터(30)과 완충증폭기(32)에 결합되게 하는 복수의 입력포트(25)를 포함할 수 있다. 또한 상기 하우징(40)은 별개의 출력포트(26)을 포함하고, 여기서 상기 케이블(18)은 각각의 완충증폭기(32)에 접한다. 상기 완충증폭시스템(17)은 EEG 시스템, 또는 임의의 공지된 전기생리학적 모니터에 결합될 수 있다.

완충증폭기의 출력에서 케이블의 전기용량, 즉 Cs는 증폭기의 불안정성을 방 지하도록 선택되어야 한다. 완충증폭기(32)의 구성요소 Ro, Rf 및 Cf는 공지된 관계식, 즉 Ro Cs < 0.5 Rf Cf를 만족시킴으로써, 케이블의 전기용량, 즉 Cs 존재시 상기 증폭기(32)를 안정화시키도록 선택된다.

상기 증폭기(32)를 안정화시키는 특별한 방법은 중요하지 않다.

앞서 기재된 상세한 설명 및 첨부된 도면에 설명된 사항은 단지 설명을 위한 것이며, 본 발명을 제한하는 것은 아니다. 구체적인 실시예가 도시되고 설명되었으나, 변화 및 변경은 출원인 공헌의 폭 넓은 범위를 벗어나지 않고도 만들 수 있다는 것은 기술분야의 당업자에게 자명할 것이다. 목적하는 실질적 보호 범위는 종래기술에 기초하는 적합한 관점에서 검토될 때 이하의 청구항에서 정의되도록 의도된다.

상기에서 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명은 본 발명은 MRI 촬영시 전기생리학적 신호를 완충하는 방법 및 장치에 사용된다.

Claims (20)

1. MRI 촬영 검사를 받은 환자로부터 전기생리학적 신호를 획득하는 방법에 있어서,

   MRI 촬영 검사를 받은 환자로부터 전기생리학적 신호를 탐지하는 단계;

   MRI 시스템에 이웃하여 위치하는 완충증폭기를 통해 전기생리학적 신호를 송신하는 단계;

   상기 전기생리학적 기록기가 MRI 촬영시에 전자파장애를 생성하지 않도록 MRI 시스템에서 충분히 이격된 거리에 위치한 전기생리학적 기록기에서 완충된 신호를 수신하는 단계를 포함하는 전기생리학적 신호를 획득하는 방법.
2. 제 1항에 있어서, 상기 선택된 주파수 이상의 신호 요소를 제거하기 위해 전기생리학적 신호를 여과하는 단계를 더 포함하는 전기생리학적 신호를 획득하는 방법.
3. 제 1항에 있어서, MRI 촬영시에 전자파장애를 생성하지 않고 전기생리학적 신호를 디지털 신호로 변환하는 단계를 더 포함하는 전기생리학적 신호를 획득하는 방법.
4. 제 1항에 있어서, 상기 완충증폭기는 단위이득을 갖는 전기생리학적 신호를 획득하는 방법.
5. MRI 촬영시에 전기생리학적 신호의 획득 장치에 있어서,

   상기 전기생리학적 신호를 수신하는 입력 포트;

   상기 입력포트와 통신하는 복수의 완충증폭기;

   상기 완충증폭기와 통신하며, MRI 촬영실의 외부에 연장되도록 충분한 길이를 갖는 출력 케이블; 및

   상기 입력 포트와 MRI 시스템에 접한 완충증폭기가 위치되기에 적합한 하우징을 포함하는 전기생리학적 신호의 획득 장치.
6. 제 5항에 있어서, 상기 완충증폭기는 단위이득 기능 증폭기를 포함하는 전기생리학적 신호의 획득 장치.
7. 제 5항에 있어서, 상기 입력 포트와 상기 완충증폭기 사이의 회로에 연결된 저역통과 필터를 더 포함하는 전기생리학적 신호의 획득 장치.
8. 제 7항에 있어서, 상기 저역통과 필터는 수동 RC 필터인 전기생리학적 신호의 획득 장치.
9. 제 5항에 있어서, 상기 완충증폭기는 MRI 촬영실 외부에 위치되기에 적합한 전원장치를 포함하는 전기생리학적 신호의 획득 장치.
10. 제 5항에 있어서, 상기 출력 케이블과 통신하는 전기생리학적 기록기를 더 포함하는 전기생리학적 신호의 획득 장치.
11. 제 10항에 있어서, 상기 전기생리학적 기록기는 EEG 기기인 전기생리학적 신호의 획득 장치.
12. MRI 시스템으로 사용하기 적합한 EEG 시스템에 있어서,

    복수의 센서;

    상기 센서와 통신하는 복수의 완충증폭기; 및

    상기 완충증폭기와 통신하고, MRI 시스템에서 전기생리학적 장애를 생성하지 않도록 MRI 시스템에서 충분히 이격된 거리에 위치하도록 조절된 EEG 기록기를 포함하는 EEG 시스템.
13. 제 12항에 있어서, 상기 완충증폭기용 전원장치를 더 포함하고, MRI 촬영시에 전자파 장애를 생성하지 않도록 상기 전원장치는 상기 완충증폭기에서 충분히 이격되어 위치하도록 조절된 EEG 시스템.
14. 제 12항에 있어서, 상기 센서와 상기 완충증폭기 사이의 회로에 연결된 저역 통과 필터를 더 포함하는 EEG 시스템.
15. 제 12항에 있어서, 상기 완충증폭기는 단위이익 기능증폭기를 포함하는 EEG 시스템.
16. MRI 촬영시에 전기생리학적 신호를 획득하는 방법에 있어서,

    상기 전기생리학적 기록기가 MRI 촬영을 방해하지 않도록 전기생리학적 기록기를 MRI 시스템으로 부터 충분히 이격된 거리에 위치시키는 단계;

    완충증폭시스템을 MRI 유닛에 접하여 위치시키는 단계;

    MRI 촬영을 받은 환자로 부터 전기생리학적 신호를 획득하는 단계; 및

    상기 전기생리학적 신호를 상기 완충 증폭기를 통해 상기 전기생리학적 기록기에 송신하는 단계를 포함하는 MRI 촬영시에 전기생리학적 신호를 획득하는 방법.
17. 제 16항에 있어서, 상기 전기생리학적 신호가 상기 전기생리학적 기록기에 도달하기 전에 상기 전기생리학적 신호를 여과하는 단계를 더 포함하는 MRI 촬영시에 전기생리학적 신호를 획득하는 방법.
18. 제 17항에 있어서, 상기 여과 단계는 상기 전기생리학적 신호 상의 저 통과 필터를 사용하는 단계를 포함하는 MRI 촬영시에 전기생리학적 신호를 획득하는 방법.
19. 제 16항에 있어서, 상기 전원장치가 MRI 시스템에서 전자파장애를 생성하지 않도록 상기 완충증폭기용 전원장치를 상기 완충증폭기에서 충분히 이격된 거리에 위치시키는 단계를 더 포함하는 MRI 촬영시에 전기생리학적 신호를 획득하는 방법.
20. 제 16항에 있어서, MRI 시스템에서 전자파장해를 생성하지 않도록 상기 완충증폭기로부터 충분히 이격된 거리를 갖는 위치에서 상기 전기생리학적 신호를 디지털 신호로 변환하는 단계를 더 포함하는 MRI 촬영시에 전기생리학적 신호를 획득하는 방법.

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