Ch2. The Origin of Biopotentials, Electrocardiograms, a

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창기 국
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1 7.1 THE EEG Electro-Encephalo-Graph: 뇌파 (brain waves) 를측정하는장치 --> see fig. 7.1 뇌파 (brain waves): 오감 (five senses) 과사고활동으로부터발생하는신경의자극에의해, 뇌에위치한신경 들이분극 (polarized) 상태에서탈분극 (depolarization) 하여생기게되는활동전위 (action potential) 의시 간적공간적합을의미 뇌파의용도 : ( 뇌 ) 질환자의뇌파파형이정상인의것과상이한점을이용하여각종질환의진단및치료효 과의판정에이용된다. 주로사용되는진료과는신경과 (neurology), 정신과 (psychiatry), 신경외과 (neurosurgery), 소아과 (pediatrics), 내과 (internal medicine) 이다. 크기 : 실제뇌표면에서의크기는 10mV 정도이지만, 저항이높은 skull 을통해서전달되므로감쇄되어서 1~100 μv 정도의크기를가지게된다. 주파수는 0.5~3000Hz 의저주파성분들로구성된다.

2 기능적부위 : frontal ( 前頭 ) lobes 1), parietal ( 頭頂 ), temporal ( 側頭 ), occipital ( 後頭 ) 각부위별로상이한 EEG 신호를발생한다. 유발전위 (evoked potential): 특정한자극 ( 시각, 청각, 체성감각 ) 에대한반응으로서의뇌파로서, 배경이되는뇌파에비해유발전위의크기가매우작다. 유발전위만을추출하기위해서는가산평균 (averaging) 을이용한다. 가산평균에서는, 배경이되는뇌파는 random noize의성질을지니므로여러차례반복하여더하면 0에가까워지는반면, 유발전위는자극을인가한후동일한시각에동일한파형으로나타나므로가산하면더욱커지는성질을이용한다. 유발전위는일반적인뇌파의용도이외에도뇌와신경의연구에도많이사용된다. ( 참고 : 정순철교수 functional MRI를이용한 brain function의 mapping) 葉 ( 잎엽 )

3 A. EEG Electrods system: 재현성이좋고, 각전극에대한뇌의해부학적부위의대응관계가좋아서많이사용됨. 기본 line의 10%, 20%, 20%, 20%, 20%, 10% 분할 nasion( 鼻根点 )-inion( 후두극 ) line auricular( 外耳孔 ) lines circumference( 원주 ) line 머릿글자 : F: frontal ( 前頭 ) lobe C: Central sulcus ( 중심溝 ( 홈 )) P: parietal ( 頭頂 ) lobe O: occipital ( 後頭 ) lobes Pg: naso-pharyngeal( 鼻咽腔 ) point (pharynx: 인두 ) A: auricular(ear) lobe T: temporal ( 側頭 ) lobe 첨자 : z 는정중부를의미하며, 홀수번호는왼쪽, 짝수번호는오른쪽에위치한다.

4 Fig. 7.2 EEG electrode on the scalp( 頭皮 ) & Montage

5 Electrodes - surface electrode: Ag, Ag-Cl, conductive paste is used to lower the resistance - sphenoidal( 蝶形骨 ) electrode: needle electrode, 감염의위험 - reference electrode: ear lobe 나 nostril 등, negligible brain activity 가검출되는곳에부착 ex) ear clip electrode ( 귓불고정전극 ) - electro-cortico-graphic( 피질뇌파 ) electrode: 식염수에적신면 (cotton) 심지, 뇌수술중에사용 cf) cortex: The outer layer (of gray matter)

7 B. EEG Block-Diagram Fig. 7.4 An EEG block diagram

9 Montage 보편적인 EEG의채널수는 8이나 16인데, 목적에맞추어서이채널수에해당하는전극들만을조합한패턴을말한다. --> see fig. 7.2 대표적인 montage Connection ( 유도법 ) - bipolar connection: 인접한전극두개사이의전압차를측정 - Wilson network (unipolar connection): ECG의경우와마찬가지로저항소자에연결에의해인위적으로 common point( 기준점 ) 를만들고, 이점에서의전위를기준으로하여다른전극의전위를측정하는방법 fig. 7.5 A Wilson Network

10 60Hz interference - 높은 CMRR (80dB: 배이상 ) 의증폭기로 60Hz의동상신호제거 - notch filter를이용 (7.2에서소개 ): most important EEG signals have frequency below 30Hz - shield room (with ferrous metal screen) 이용 shield room Amplifier brain wave source의높은내부저항때문에, 증폭기는다음과같은사양을가져야한다. - 입력임피던스는 10M Ω이상 - gain은 배이상 (1 μv의전압을 1V로증폭하기위해 )

11 Amplifier output: display, tape recorder, computer memory Filter bank: HP, LP, BP ( 측정하려는파의주파수대역에맞추어조절 ) delta: ~4Hz theta: 4~8Hz alpha: 8~13Hz beta: 13Hz~ C. Electro-encephalograms Brain waves의특성 - delta wave (0~4Hz, periodic): 깊은수면이나심각한뇌질환 - theta wave(4~8hz, frontal and temporal lobe): 낙망이나좌절상태 - alpha wave (8~13Hz, occipital lobe): 깨어있는안정상태 (relaxed state: 혼수, 마취, 수면중 ), 눈을뜨면사라짐 - beta wave (13Hz~22Hz, frontal and parietal lobe, 비균일 ): 활발한정신적활동 --> (fig. 7.6참조 )

12 Fig. 7.6 Example EEG waves

13 Abnormal EEG in diagnosis (pathology or artifact) artifact의발생원인 : (Box 1 참조 ) - electrode problems - pysiological interference - electrical interference (e.g. 60Hz noize)

14 D. EEGs in Diagnosis (EEG 를이용한진단 ) 진단적용예 brain death ( 뇌사 ): 지속적인 EEG의부재로판단 brain tumor ( 뇌종양 ), epilepsy ( 간질, 癎 2) 疾 ), multiple sclerosis ( 多發성硬化증 ), sleep disorders ( 수면장애 ) Epilepsy l generalized epilepsy ( 전역간질 ): 뇌전체에서의방전 (in all channels) : grand mal seizures ( 대발작 ) - 근육의단축 (twitch) 과경련 (jerks) 수초에서수분까지도지속됨, 발작후혼수상태에빠지기도함 petit mal seizures ( 소발작 ) - 강한 delta wave가 1~20초정도지속됨, 한차례의급격한경련성근운동을일으키고순간적으로무의식상태에빠지고난후, 하던일을계속 대발작으로진전

15 l partial epilepsy ( 부분간질 ): 뇌의일부 (fewer channels) 에서만방전 ; 부분적인뇌조직의상처, 종기, 파괴된부분과같은손상이원인. 흥분파형이인접영역으로전파되어감. l Jacksonian 발작 - 흥분파형이운동피질영역을지나가면, 근수축이따라서퍼져나감 l psychomotor( 정신운동성 ) 발작 - 일시적기억상실, 분노, 횡설수설, 타인에대한공격등 l Warning of a seizure: 강렬한전기활동이뇌의일정병소 (foci) 에서발생 cf) focus: a center of interest or activity --> pl. foci 예 ) temporal lobe: 이명, occipital: 섬광 (flashes), motor area: 경련 (muscle jerks) l 발작에이르지않는간질의과도적신호의검출 간질의진단및치료 ( 병소제거 ) 에사용 : magnetic tape에기록한후, 60배정도의속도로재생하면서검출 : 뇌파의이상신호 ( 고진폭 burst) 만을검출하여 Memory에저장 ambulatory monitoring

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<31B1E8C1A4B7E6B9DAC1F6BCF6B1E8B9CCBCF72E687770> 정규화된뇌파신호 자극제시상황의뇌파안정상태의뇌파 안정상태의뇌파 EEG 0.4 0.3 0.2 0.1 0 Beta powerspectrum value 감성유발형광고 정보전달형광고 좌측전두엽 우측전두엽 좌측후두엽 우측후두엽 좌측측두엽 우측측두엽 Lobe 0 Theta powerspectrum value 좌측전두엽 우측전두엽 좌측후두엽 우측후두엽 좌측측두엽 우측측두엽