생체전위 (Biopotentials)

생체전위 (Biopotentials)

 

인체에서 생체전위가 생성되는 원리와 이러한 생체전위를 기록하는 원리를 이해하는 것은 수면다원검사를 수행하는 데 필수적이다. 뇌의 뉴런에 의해 생성된 전기적 활동 (생체전위)이 EEG를 생성한다. 안구 운동에 따른 각막 망막 전위의 변화에 ​​의해 생성된 전위는 EOG로 기록된 활동을 생성한다. 근육 세포에 의해 생성된 전기 활동은 EMG 활동을 생성한다. 이러한 생물학적 신호는 두피와 피부에 부착된 전극을 사용하여 신체에서 직접 기록된다.

 

뇌전도 (Electroencephalogram)

 

EEG 기록은 뇌의 전기 신호를 증폭하여 뇌 활동을 그래픽으로 표시한다. 이러한 신호는 뇌의 신경 활동에 의해 생성된다. 수면다원검사의 핵심 측정이다.

뇌파 활동은 측정 가능한 진폭을 갖는 특정 관심 주파수의 여러 가지 정현파 파형의 조합으로 구성된다. 뇌파 주파수는 초당 사이클, 즉 헤르츠 (Hz)로 표현된다. 뇌파 진폭은 마이크로볼트 또는 µV (100만분의 1볼트에 해당하며 매우 작은 신호)로 표시된다.

관심 주파수는 주파수에 따라 델타파 (4Hz 이하), 세타파 (5~7Hz), 알파파 (8~13Hz), 베타파 (13Hz 초과)으로 분류된다. 이러한 주파수는 주파수, 진폭 및 두피의 위치를 ​​기준으로 수면/각성 단계로 분류되는 활동 패턴을 형성한다. 관심 있는 EEG 활동의 대부분은 0.5 ~ 25Hz 내에 있으므로 0.3 ~ 35Hz의 필터 설정으로 기록된다. 이러한 신호의 진폭 범위는 일반적으로 10 ~ 200μV이다. 상당한 증폭이 필요하며 일반적으로 5μV/mm의 감도로 기록된다. 신호의 복잡성으로 인해 최소 200의 샘플링 속도가 필요하며 500Hz의 샘플링 속도에서 가장 잘 녹음된다.

 

Delta waves
Theta waves
Alpha waves
Beta waves

 

안전도 (Electrooculogram)

 

 

안전도 기록은 눈 앞쪽 (각막 : 양성이 높음)과 눈 뒤쪽 (망막 : 음성이 높음) 사이의 작은 전위차를 기반으로 한다. 전극과 관련된 각막과 망막의 위치 변화는 안구 운동으로 기록되는 전위를 생성한다. 수직 및 수평 눈 움직임 모두 EOG 기록 채널에서 측정 가능한 전위를 생성한다.

 

관심 신호에는 0.2~10Hz의 주파수 범위 내에서 발생하는 느리고 빠른 움직임이 모두 포함된다. 이러한 전위는 0.3 ~ 35Hz의 필터 설정과 200Hz의 최소 샘플링 속도에서 가장 잘 기록된다. EOG는 일반적으로 background EEG 활동과 EOG 움직임을 기록하므로 일반적으로 500Hz의 샘플링 속도가 사용된다. 이러한 신호는 EEG 신호와 유사하게 증폭되지만 눈 움직임 자체는 background EEG 활동보다 눈에 띄는 EEG 활동보다 훨씬 더 높은 진폭 (-30 ~ -40밀리볼트) 신호를 생성한다.

 

근전도 (Electromyogram)

 

 

근긴장도와 운동의 척도로서 턱 위 및 아래 근육 (mentalis 및 submentalis  근육)의 신경 활동과 전정강근 근육의 각 아래쪽 근육에서 생성된 전기적 활동으로부터 EMG가 기록된다. 근전도 활동 범위는 15 ~ 90Hz이며 필터 설정은 10 ~ 100Hz로 기록된다. 근전도 신호는 EEG 신호를 기록하는 데 필요한 증폭의 약 절반으로 증폭된다. 증폭은 이 신호에 대해 가변적이며 기본 근긴장도를 기반으로 한다. 자발적인 움직임은 높은 진폭의 신호를 생성한다. EMG 활동을 기록하기 위한 최소 샘플링 속도는 200Hz이지만 매우 빠른 활동의 해상도를 향상하려면 500Hz의 샘플링 속도를 권장한다.

 

심전도 (Electrocardiogram)

 

 

심전도는 심장의 전기적 활동을 기록한다. EKG 신호는 수면다원검사 중에 기록되는 대부분의 다른 생물학적 신호에 비해 고전압 (-60 ~ -90밀리볼트) 신호이며 증폭이 훨씬 덜 필요하다. 이 신호는 종종 다른 녹음 채널, 특히 EEG 및 EOG에서 아티팩트 또는 원치 않는 신호로 나타날 수 있다. EKG는 1 ~ 50Hz 사이의 활동을 포함하는 복잡한 신호이며 이 신호를 구성하는 느린 구성요소와 빠른 구성요소를 모두 수용하기 위해 0.3~70Hz의 필터 설정으로 기록된다. EKG 활동을 기록하기 위한 최소 샘플링 속도는 200Hz이지만, 이 중요한 신호의 해상도를 향상시키려면 500Hz의 샘플링 속도가 선호된다.