뇌파계

뇌파계

 

 

두피 뇌파를 측정하는 뇌파 장치는 뇌파 신호를 검출하기 위한 전극 (electrode)과 미약한 뇌파 신호를 증폭하는 증폭기 (amplifier), 측정된 아날로그 (analog) 뇌파를 디지털 (digital) 신호로 변환하는 아날로그-디지털 변환기 (analog to digital converter ; ADC) 등으로 구성된다. 뇌파의 측정은 전극을 통하여 두피 표면의 전위차를 검출하고 측정된 전기적 신호 (μV 단위)를 증폭하며 아날로그 신호를 컴퓨터에 저장하여 분석할 수 있도록 샘플링 (sampling)을 수행하며 이렇게 수집된 신호를 디지털 신호로 변환하는 과 을 통하여 그 과정이 이루어진다.

 

디지털과 아날로그 뇌파 장치

 

아날로그 뇌파 장치의 전극 입력판 (input board)은 환자의 두부전극으로부터 전선을 받는데 전극선택 전환기 (스위치, switch)와 증폭기에 뇌파 신호를 이러한 전선을 통하여 전달한다. 이와는 대조적으로 디지털 뇌파 장치의 입력판은 전극의 선에 의해 뇌파 신호를 받을 뿐만 아니라 컴퓨터와 모니터에 전선을 통하여 뇌파 신호를 보내기 전에 증폭한다.

 

아날로그 뇌파 장치의 입력 선택장치 전환기 (input selector switches)는 각 증폭기에 입력을 위한 전극을 선택하는 데 사용된다. 디지털 뇌파 장치 전극 선택은 소프트웨어 조작에 의해 수행된다. 알려진 전압의 교정파동 (calibration pulse)은 뇌파 전위의 진폭을 측정하고 아날로그 체계의 증폭기와 펜 기록장치의 기능을 확인하는 데 사용된다. 아날로그 뇌파의 생체보정 (bio-calibration)은 두피 대 증폭기 접점 이 적당하게 잘 작동하고 있는 것을 증명하기 위하여 모든 증폭기의 입력에 똑같은 전극쌍 (electrode pair)을 연결함으 로써 수행될 수 있다.

 

디지털 뇌파의 생체보정은 비슷하게 각 기록 채널 내의 똑같은 전극 쌍을 보여줌으로써 수행될 수 있다. 각 채널 뇌파의 기록은 한 개의 차동증폭기 (differential amplifier)의 출력으로 나타난다. 각 차동증폭기는 두 개의 입력단자를 가지고 있다. 뇌파증폭기는 단지 입력단자 사이의 전압차를 증가시킨다 (두 개의 입력 신호에서 나타나는 동일 전압은 증폭되지 않으며 납작한 선으로 출력됨). 뇌파증폭기는 만약 1 번 입력 신호가 2번 신호보다 더욱 음의 값이 된다면 신호가 위로 올라가며, 만약 1번 입력 신호가 2번 신호보다 더욱 양의 값이 된다면 신호를 아래로 향하게 되도록 구성된다. 아날로그 필터 (analog filter)는 선택된 주파수 신호의 진폭을 감소시킨다. 아날로그 뇌파계의 펜 기록 단위는 두피에서 기록된 후 증폭되고 걸러진 전위변화에 의해 조정 된다. 펜은 위아래로 움직이며 수평상태에서 이동한다.

 

아날로그 디지털 변환은 계속적으로 변화하는 전압 (아날로그 신호)을 일련의 분리된 수치로 전환시킨다. 아날로그 신호의 매초당 사용된 디지털 값의 숫자는 샘플링 속도이다. 디지털 신호노출 (digital signal display)은 컴퓨터가 종이나 모니터 스크린에서 읽을 수 있는 출력의 형태를 나타내는 것이다. 디지털필터링 (digital filtering)은 아날로그필터링 (analog filtering)처럼 선택된 주파수 범위 내의 파형을 억 제한다. 몽타주의 재구성은 적용된 몽타주에 다시 변화를 주는 것이다. 디지털 뇌파 자료의 저장 요구사항은 디지털 컴퓨터 체계의 소프트웨어의 설계에 따라 다양하다. 뇌파를 다루는 사람은 전기적 안전을 고려하여 누전, 접지회선, 작고 큰 충격 등에 익숙해야 한다.

 

증폭기

 

마이크로볼트 (μV) 단위 크기의 뇌파 신호를 볼 수 있도록 처리하기 위해서는 신호를 증폭하는 과정이 필요한 데 이를 위해서 증폭기 (amplifier)가 사용된다. 입력 신호 대 출력 신호의 배율은 이득 (gain)이라고 하며 데시벨 (dB) 단위로 나타 낸다. 뇌파증폭기는 신호증폭기능, 잡음제거 기능과 더불어 신호대잡음비 (signal to noise ratio)의 증가를 위한 전자 회로를 가지고 있다. 공통성분제거비 (common mode rejection ratio)는 차동모드 (입력신호 중 원하는 신호)와 공통모드 (입력신호와 접지 간의 신호)의 비율인데 최근 뇌파 장비들은 일반적으로 100 dB의 공통성분제거비를 가진다. 또한 적절한 출력 신호를 얻기 위해서 높은 입력 임피던스가 유지되는 시스템이 필요하다.

 

전극으로부터 얻어진 뇌파 신호는 아날로그 신호로 ADC 를 통하여 일정시간 간격에 따라 표본값이 추출되는 샘플링 과정과 샘플의 디지털 정보 부호화 (encoding) 과정을 거치게 된다. 또한 증폭기에는 아날로그필터가 있는데 고대역통과필터 (high pass filter ; HPF), 저대역통과필터 (low pass filter ; LPF), 대역차단필터 (band reject filter, notch filter)가 사용된다. 고대역필터 (HPF)는 저영역차단필터 (low frequency filter)라고도 하며 느린 파의 진폭을 감소시키며 저주파에서 나타나는 호흡과 같은 잡음 신호를 제거하는 데 사용되며 차단 주파수는 0.1 ~ 0.7Hz가 주로 사용된다. 저대역통과필터 (LPF)는 고영역차단필터 (high frequncy filter)라고도 하며 빠른 파의 진폭을 감소시킨다. 밴드차단 필터는 약 60Hz 파의 진폭을 선택적으로 감소시킨다. 이 필터는 교류장애 필터 또는 alternating current filter (AC 필터)로서 가정용 전원에 의한 교류전기가 뇌파 기록에 섞여 기록되는 교류장애를 제거하는 데 선택적으로 사용된다.