뇌파 측정 인공산물(잡파, 60Hz 노이즈)

 

오랜만에 그 동안의 보드 측정과 기본을 마치고, 다시 뇌파의 기본을 공부하러 돌아왔습니다. 매번 느끼는 거지만 일은 항상 되돌이표 같네요 처음에 했던 고민과 생각들이 나중에 똑같이 나타나는데 그것에 대한 전문성이 늘어가면 갈 수록 더 난해하고 어려워지는것 같습니다. 이제 뇌파 파형을 뽑아 냈으니 진단 및 측정을 위한 뇌파 기본에 대해 다시 정리를 시작해야겠어요 이러다 의대가는거 아닌가 모르겠습니다 에헤 

                                                                                                                                                                               

 

 

지난 번 뉴로피드백을 위한 집중력과 이완력 강화에 대해서 알아보고 오랜만에 다시 전공책을 펼쳤습니다. 컴퓨터공학쪽으로는 풀 수 없는 기본적인 개념을 바로 잡아야 더욱 정확한 결과를 낼 수 있을 것 같습니다. 뭐든 처음 배우는 건 알면 알수록 재미있는 것 같습니다 

인공산물

인공 산물이란 뇌파 기록시 혼입되어 나타나는 뇌파 이외의 전기적인 잡파형을 말합니다. 일반적으로 사용하는 뇌파의 기록법은 뇌 실질로부터 연막, 지주막, 경막, 두개골과 두피를 통과하여 나오는 파를 증폭기를 통해 기록하는데, 이 때, 각종의 인공 산물들이 혼입되어 측정됩니다. 이러한 잡파는 판독에 어려움을 주기도 하고 이상파와의 구별에 곤란한 경우가 있으니 이를 먼저 제거하거나 구별해 낼 수 있는 식안을 가져야 합니다.

기계적인 결함 이외에 인체에서 유래하는 기본적인 인공 산물은 다음과 같습니다.

1. EMG(근전도)

2. ECG(심전도)

----------- 위는 극파 ----------

----------- 아래는 서파 ----------

3. Palse(맥파)

4. 눈 깜빡임

5. 눈 움직임

6. 땀

7. 호흡

8. 몸 움직임

9. 의치

10. 몸 넘김

----------- 그 외 ----------

11. 흐느껴 울기

12. 빨아들이기

13. 씹기

14. 딸꾹질

15. 말하기

어렵습니다. 측정을 하는 도중에 움직이거나 숨을 쉬거나 말을 하거나 눈을 한번이라도 깜빡이지 마라고 할 수도 없는 노릇이니 이러한 파형을 걸러내는 것보다 이런것도 있구나 라고 이해하는 편이 훨씬 빠를 것 같습니다. 시중에 나와있는 상용화 제품들도 자동으로 진단의 결과를 뽑아내지 못하는 이유가 측정자의 몸 움직임이나 눈 깜빡임 정도를 자동으로 체크하고 걸러내는 것이 힘들기 때문은 아닐까 생각하게 됩니다. 어짜피 컴퓨터는 0 아니면 1이라는 숫자 밖에 인식하지 못할 테니까요. 이렇게 무작위로 출력되는 파형을 걸러내기 위해서는 어떤 방법을 취해야할까요? 정말 자동으로 진단을 할 수 있는 시스템은 나올 수 없는 것일까요? 각 각의 인공 산물에 대한 파형의 모습들을 조금 더 자세히 알아보겠습니다.

1. 근전도(EMG)

불수의적으로(무의식적으로) 머리 근육이 움직이는 사람은 어떨까요? 측정하는 사람이 다수이고, 각각의 특성을 모두 기계가 인식하기에는 어려움이 있을 것입니다. 머리 근육이 불수의적으로 움직이는 사람의 뇌파를 측정하면 당연히 근전도에 해당하는 파형이 섞여 나올 것입니다. 아래는 해당 환자(불수의적으로 머리 근육이 움직이는 사람)에 대한 뇌 파형 일부입니다.

위와 같이 근육에는 매우 짧은 전위가 되풀이 됩니다. 만약 근전도가 같은 모양을 갖고 같은 분포를 이루면서 별개의 전위로 되풀이 된다면 극파(뇌전도, 뇌파)를 닮을 수도 있다고 합니다. 그리고 이러한 현상이 강하게 발발한다면 뇌 활동을 기록하는 의미가 없어집니다.(뇌파보다 강한 강도로 측정이 되는 경우)

실제로 두피와 얼굴 근육으로 부터 나온 근육 인공 산물을 주로 전두부와 측두부에서 나타나지만 머리의 어느 부분에 있는 전극에서도 기록이 될 수 있습니다. 하지만 이러한 파형은 사용자의 움직임을 감지할 수 없을 때조차도 근육 인공 산물의 모습과 반복성에 의해 쉽게 알아차릴 수 있습니다. 또한, 쉽게 HFF(고 주파수 필터)를 추가하여 제거할 수도 있습니다.

가장 좋은 방법은 사용자의 긴장을 풀리고 턱을 떨어트리고나 입을 살짝 벌리게 하거나, 측정 위치를 변경함으로서 인공 산물의 정도를 감소시키거나 제거할 수 있습니다.

2. 심전도(ECG)

심장에서 발생하는 전위 변화 역시 신경써야하는 부분입니다. 실제 심전도의 모니터가 없는 경우 심전도의 간헐적 출현은 비정상적 양성 예파나 율동적 델타 활동으로 생각하게 할 수 있습니다. 또한 대부분의 다른 인공 산물과는 달리 ECG는 자세 변화에 의해 제거할 수 없습니다. 단지 전극 접촉 불량으로 인한 경우는 드물기 때문에 접촉 개선이나 전극을 다시 붙임으로써 제거할 수 있습니다. 양쪽 귀를 기준 전극으로 사용하는 경우는 한쪽 귀를 기준 전극으로 사용하는 것보다 심장 박동 인공 산물이 덜 보입니다. 목과 가슴의 쌍극 전극을 기준 몽타주로 사용한 거의 80%의 환자에서 심전도 인공 산물이 제거된 기록을 얻을 수 있습니다.

한 가지 유용한 구별 방법은 파형이 일정한 간격을 가졌다면 심박동(ECG)일 가능성이 있고, 일정하지 않다면 가능성이 적다는 것입니다.

 

위 그림과 같이 ECG와 일직선 상으로 스파이크가 나타나면 인공산물이고, 그렇지 않으면 인공 산물이 아니라고 볼 수 있습니다.

3. 맥파(pulse)

톱날 모양이나 삼각형 모양의 주기적 파형은 전극과 두피사이의 전기적 접촉의 변화 때문에 일어나는 맥파의 결과로서 두피 동맥 위나 근처의 전극에서 일어날 가능성이 높습니다. 이러한 맥파는 전두부와 측두부 전극에서 일어날 가능성이 높은데 이 인공 산물은 아래와 같이 규칙적인 발현으로 알 수 있습니다.

 

이는 심박동 기록과 동시에 기록함으로써 확인할 수 있으며, 맥파 인공 산물이 맥박이 뛰는 동맥으로부터 약간의 거리에 전극을 다시 붙임으로써 제거 됐다면 새로운 전극 위치를 기록지에 표시해야 합니다.

4. 눈 깜빡임, 움직임

눈 깜빡임에 의한 전위 변화는 전두부 전극에서 보이며 눈 움직임 산물은 기록 전극 또는 기록 전극으로 부터 멀리 양성파로서 눈 앞쪽에 나타납니다. 

10-20 기준

눈 깜빡임 : Fp1, Fp2

눈 움직임(수평) : F7, F8

눈 깜빡임(수직 움직임)은 눈을 감았을 때 아래로 눈을 떻을 때 위로 움직이고,

눈 움직임(수평 움직임)의 경우 눈이 수평에서 왼쪽으로 움직인다면 Fp1-F7에서는 올라가고 F7-T3에서는 내려갑니다.

< 쉬운 비교를 위한 10-10, 10-20 EEG Position Map >

5. 발한(땀)

뇌파는 땀에 굉장히 민감하여 땀이 날 때는 파형이 직선으로 나타납니다. 부채질을 해 주거나 온도를 낮춤으로서 발한 인공 산물을 제거해야 합니다.

그 밖에도 아래와 같이 움직임이나 씹기(구강 구조물)에 의한 인공 산물이 발생할 수 있습니다. 

< 움직임에 의한 인공산물 >

< 씹기나 구강 구조물에 의한 인공 산물 >

" 기계로 부터 일어나는 인공 산물(뇌파 60Hz 간섭 노이즈)"

사실 그 동안 60Hz 간섭 노이즈에 대해서 들어는 보았지만, 실제로 책에서 보는건 처음입니다. 잘 알고 넘어가야 될 것 같습니다. 모든 채널에 공통적인 구성의 잘못에 기인한 인공 산물은 60Hz 간섭을 일으키고, 이는 크게 3가지로 추측 할 수 있습니다.

1. 검사실에서 간섭의 강한 힘

2. 뇌파 기계의 접지가 환자와 연결되어 있지 않은 경우

3. 기계의 동력 공급이나 다른 부분의 결합

60Hz 노이즈는 실제 프로그램 제작 시에 아래와 같이 나타 날 수 있습니다.

 

이는 이론 상으로 AC Filter를 사용하여 off 할 수 있지만, 실제로는 그렇게 완벽하게 제거되지는 않는다고 합니다. 개별적 채널에서 일어난 인공 산물은 결합이 있는 채널의 출력과 입력 선택이 계속적으로 독립하여 작동할 때입니다. 

이러한 문제의 원인은 다른 채널과 잘 일치하도록 한 채널의 기준 구조를 바꾸면 됩니다.

예를 들어 만약 60Hz 인공산물이 한 채널에서 나타나면 채널의 증폭기에 문제가 있을 것입니다. 이것은 인공 산물이 나타나지 않는 다른 채널의 증폭기를 문제가 된 채널에 교환해 봄으로써 조사할 수 있습니다.