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문제 정의
- 따라서 본 논문에서는 이와 같은 자장에 의한 생체신호의 왜곡억제 및 정확한 게이팅 신호를 발생시키는동시에 MR영상에 대한 영향을 최소화시키는 MRI용 심전도 및 혈류 게이팅 시스템을 설계 하였다.
- 본 연구에서는 MR용 심전도 및 혈류 게이팅 시스템을 개발하였다. 개발된 시스템은 비자성인 심전도 전극과 리드를 사용함으로써 철 성분으로 인한 영상의 왜곡을 방지하였다.
- 혈류를 즉정하기 위해 본 연구에서는 광케이블을 이용한 혈류즉정센서를 개발하였다. 일반적인 혈류측정센서는 발광부인 LED와 수광부인 포토다이오드가 손가락이 투입되는 부분에 위치하고 케이블을 이용해 측정모듈로 연결된다.
제안 방법
- MRI용 심전도 회로를 설계하여 심전도 측정 시 신호의 포화를 방지 할 수 있는 모듈을 개발하였다. 또한, 광케이블을 이용한 혈류측정 센서를 설계하여 MRI실내에 존재하는 강한 자장의 영향을 받지 않고 혈류파형을 측정할 수 있는 모듈을 개발하였다.
- 개발된 시스템은 비자성인 심전도 전극과 리드를 사용함으로써 철 성분으로 인한 영상의 왜곡을 방지하였다. 또한, MRI실내의 센서모듈부에 쉴드케이스를 적용하여 미세한 전자기파의 방출을 억제함으로써 MRI에 미치는 잡음의 영향을 방지하였다.
- 샘플링한 데이터는 RS232 통신 포트를 이용해 115200bps의 속도로 ARM92OTProcessor(S3C2410, Samsung, Korea)로 전송된다. 데이터 전송 시 프로토콜은 시작코드로 Oxff를 전송한 다음 순차적으로 혈류신호, 심전도 Lead Ⅰ, Lead Ⅱ, Lead Ⅲ 순으로 데이터를 전송한다. 데이터는 정확한 진단을 목표로 한 것이 아니라 게이팅을 위한 데이터이기 때문에 하위 2bit를 제외한 상위 8bit만을사용하였다.
- 두 번째로, 일반 혈류센서를 이용해 측정한 혈류신호와 본 연구에서 개발된 혈류센서를 이용해 측정한 신호를 비교하였다. 세 번째로, 경사자장에 의한 잡음을 제거하기 위한 적응 잡음제거 알고리즘을 평가하기 위해 필터에 대해 심전도 신호처리 후 게이팅 펄스발생 알고리즘을 사용하여 발생된 게이팅 펄스의 정확도를 평가하였다.
- 측정되 게 된다. 따라서 A/D변환 후 적응신호처리 알고리즘을 사용하여 잡음을 제거하고 게이팅 영상법을 위한 게이팅 펄스를 발생하였다.
- 할 수 있는 모듈을 개발하였다. 또한, 광케이블을 이용한 혈류측정 센서를 설계하여 MRI실내에 존재하는 강한 자장의 영향을 받지 않고 혈류파형을 측정할 수 있는 모듈을 개발하였다.
- 본 연구에서 개발한 MRI용 심전도 및 혈류 게이팅 시스템의 성능을 평가하기 위해 첫 번째로 일반 심전도 회로와 본 연구에서 설계한 회로를 이용해 측정한 심전도 신호를 비교하였다. 두 번째로, 일반 혈류센서를 이용해 측정한 혈류신호와 본 연구에서 개발된 혈류센서를 이용해 측정한 신호를 비교하였다.
- 본 연구에서는 심전도 신호 측정 시 같이 측정되는 강한 경사자장에 의한 잡음을 최소한으로줄이기 위해 8차 50Hz 저역통과필터와 8차 0.05Hz 고역통과 필터를 설계하였다. 그리고 심전도 측정 모듈에서 출력된 3채널의 신호들을 필터모듈의 입력에 연결하고 필터모듈에서 출력된 신호들을 신호 송신 모듈로 전달하였다.
- 본 연구에서는 심전도를 측정하기 위하여 일반적인 심전도 전극을 사용하는 대신 카본으로 제작된 심전도 전극을 사용하였다. 일반전극을 사용할 경우에는 전극에 포함된 철성분으로 인해 정 자장 왜곡의 원인이 되어 영상에 악영향을 미치게 된다[5].
- 두 번째로, 일반 혈류센서를 이용해 측정한 혈류신호와 본 연구에서 개발된 혈류센서를 이용해 측정한 신호를 비교하였다. 세 번째로, 경사자장에 의한 잡음을 제거하기 위한 적응 잡음제거 알고리즘을 평가하기 위해 필터에 대해 심전도 신호처리 후 게이팅 펄스발생 알고리즘을 사용하여 발생된 게이팅 펄스의 정확도를 평가하였다.
- 첫 번째로 센서 모듈부 내부에 있는 9V 건전지 두 개로 구성된 심전도 측정 모듈의 전원이다. 심전도 측정 시 절연증폭기를 사용해 절연시키고 심전도 측정모듈에만 따로 전원을 공급하기 위해서 9V건전지 두 개를 사용해서 ±9V를 공급하였다. 그리고 센서모듈부에서 심전도 측정모듈을 제외한 나머지 모듈들에는 MRI실 외부로부터 AC-DC 변환기 (HTAA-16W-A, Power-One, USA)를 사용해 ±12V를 공급하였다.
- 초단증폭기는 AD620(Analog Devices, USA)을 사용하였으며 Isolation Amplifier HCPL-7840(Agilent, USA)을 사용하여 다른 모듈들과 절연을 시키고 동시에 신호를 전송하였다.
- 용하였다. 필터링 된 데이터를 LCD에 디스플레이하고, QRS Complex를 검출하는 알고리즘을 적용하였다. QRS Complex 검출 알고리즘으로는 LSA(least square acceleration) 기법을 이용하였으며 최종적 으로 게이팅 펄스를 발생시킨다.
대상 데이터
- 총 4채널의 신호(심전도 3채널, 혈류 1채널)를 500Hz, lObit로 샘플링한다. 샘플링한 데이터는 RS232 통신 포트를 이용해 115200bps의 속도로 ARM92OTProcessor(S3C2410, Samsung, Korea)로 전송된다. 데이터 전송 시 프로토콜은 시작코드로 Oxff를 전송한 다음 순차적으로 혈류신호, 심전도 Lead Ⅰ, Lead Ⅱ, Lead Ⅲ 순으로 데이터를 전송한다.
- 그림 5(b)와 (d)는 FSE(fast spin echo)기법을 사용해 MR영상을 촬영 시 측정한 심전도 파형이다. 일반적인 심전도 회로는 AD620의 specification에서 제공하는 회로를 이용하였고, AD 변환은 PIC16F688을 이용한 10bit, 500Hz 샘플링으로 데이터를 획득하였다. 그림의 짙은 구간은 심전도의 QRS Complex를 표시한 것이다.
- A/D 변환부는 PIC16F688(Microchip, USA)을 기반으로 구성되어 있다. 총 4채널의 신호(심전도 3채널, 혈류 1채널)를 500Hz, lObit로 샘플링한다. 샘플링한 데이터는 RS232 통신 포트를 이용해 115200bps의 속도로 ARM92OTProcessor(S3C2410, Samsung, Korea)로 전송된다.
이론/모형
- 필터링 된 데이터를 LCD에 디스플레이하고, QRS Complex를 검출하는 알고리즘을 적용하였다. QRS Complex 검출 알고리즘으로는 LSA(least square acceleration) 기법을 이용하였으며 최종적 으로 게이팅 펄스를 발생시킨다. 데이터를 받아서 알고리즘을 적 용하고 그 출력이 나오는데 소요된 시간은 2ms 이하였다.
- 설계된 하드웨어를 이용해 측정된 결과에 제안한 잡음제거 알고리즘을 적용하여 정확한게이팅 펄스를 발생시키고 그 출력을 MR 게이팅 영상법에 적용할 수 있었다. 향후 개발된 시스템을 MRI 시스템과 연동하여 실제 임상에 적용하기 위한추가적인 보완연구가 필요하다.
- 데이터는 정확한 진단을 목표로 한 것이 아니라 게이팅을 위한 데이터이기 때문에 하위 2bit를 제외한 상위 8bit만을사용하였다. 시리얼 통신 중 일어날 수 있는 에러를 방지하기 위해 순환잉여검사(CRC-: Cycle Redundancy Check) 방법을 사용하였다.
- 우선 PIC프로세서에서 전송받은 심전도 데이터에 섞인 강한 경사자장에 의한 잡음을 제거하기 위해 1Hz~50Hz 대역을 갖는 디지 털 필터와 Adaptive Noise Canceling 알고리즘을 적용하였다. 필터링 된 데이터를 LCD에 디스플레이하고, QRS Complex를 검출하는 알고리즘을 적용하였다.
성능/효과
- 적용한 결과이다. 각각의 신호처리 단계별 결과에 대한 파형을 나타내었으며 최종적으로 게이팅 펄스가 정확히 검출됨을 보여주고 있다.
- 그림 8은 기존 혈류측정센서로 측정된 파형 및 개발된 혈류측정센서 를 이용해 측정한 파형에 신호처리와 게이팅 펄스 알고리즘을 적용한 결과로서 본 연구에서 제안한 알고리즘을 적용함으로 게이팅 펄스가 정확하게 발생됨을 보여주고 있다.
- 개발된 시스템은 비자성인 심전도 전극과 리드를 사용함으로써 철 성분으로 인한 영상의 왜곡을 방지하였다. 또한, MRI실내의 센서모듈부에 쉴드케이스를 적용하여 미세한 전자기파의 방출을 억제함으로써 MRI에 미치는 잡음의 영향을 방지하였다.
- 결과를 보여주었다. 이 결과는 잡음제거 알고리즘을 사용할 경우 심 전도의 QRS Complex 검 출 가능성을 제 시 하는 것으로 평가되었다.
후속연구
- 혈류파형의 결과를 보여준다. 결과를 관찰하면 고주파 펄스나 경사자장에 의한 잡음이 발생하였지만 일반 혈류측정센서로 측정 시와 비교했을 때 간단한 저역통과 필터만으로 깨끗한 파형 획득이 가능할 것으로 예상된다.
- 영상법에 적용할 수 있었다. 향후 개발된 시스템을 MRI 시스템과 연동하여 실제 임상에 적용하기 위한추가적인 보완연구가 필요하다.
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