EEG 기계

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배경

뇌파도(EEG) 기계는 뇌의 전기적 활동의 그림을 만드는 데 사용되는 장치입니다. 그것은 의학적 진단과 신경생물학 연구 모두에 사용되었습니다. EEG 기계의 필수 구성 요소에는 전극, 증폭기, 컴퓨터 제어 모듈 및 디스플레이 장치가 포함됩니다. 제조에는 일반적으로 다양한 구성 요소, 조립 및 최종 포장의 개별 생산이 포함됩니다. 20세기 초반에 처음 개발된 EEG 기계는 계속해서 개선되고 있습니다. 이 기계는 기본적인 뇌 기능과 다양한 신경 질환의 치료 모두에서 광범위하고 중요한 발견으로 이어질 것으로 생각됩니다.

EEG 기계의 기능은 뇌의 신경 세포가 지속적으로 작은 전기 신호를 생성한다는 사실에 달려 있습니다. 신경 세포 또는 뉴런은 신체 전체에 전기적으로 정보를 전달합니다. 그들은 세포막을 가로질러 칼슘, 나트륨 및 칼륨 이온의 확산에 의해 전기 충격을 생성합니다. 사람이 생각하거나 책을 읽거나 텔레비전을 볼 때 뇌의 다른 부분이 자극됩니다. 이것은 EEG로 모니터링할 수 있는 다양한 전기 신호를 생성합니다.

EEG 기계의 전극은 두피에 부착되어 신경에서 생성된 작은 전기 뇌파를 포착할 수 있습니다. 신호가 기계를 통과할 때 표시될 만큼 충분히 크게 만드는 증폭기를 통과합니다. 앰프는 홈 스테레오 시스템의 앰프처럼 작동합니다. 한 쌍의 전극이 채널을 구성합니다. EEG 기계에는 8개에서 40개까지의 채널이 있습니다. 디자인에 따라 EEG 기계는 (검류계로) 종이에 파동 활동을 인쇄하거나 모니터에 표시하기 위해 컴퓨터 하드 드라이브에 저장합니다.

다른 마음 상태가 다른 EEG 표시로 이어진다는 것은 오랫동안 알려져 왔습니다. 각성, 휴식, 수면 및 꿈의 네 가지 마음 상태는 알파, 베타, 세타 및 델타라는 뇌파와 관련이 있습니다. 이러한 뇌파 패턴은 각각 다른 주파수와 진폭을 가지고 있습니다.

EEG 기계는 다양한 목적으로 사용됩니다. 의학에서는 발작 장애, 머리 부상 및 뇌종양과 같은 것을 진단하는 데 사용됩니다. 특별히 설계된 방에서 훈련된 기술자가 EEG 테스트를 수행합니다. 환자는 등을 대고 누워 두피에 16-25개의 전극을 적용합니다. 전극의 출력은 컴퓨터 화면에 기록되거나 움직이는 모눈종이에 그려집니다. 환자는 때때로 깊게 호흡하거나 깜박이는 밝은 빛을 보는 것과 같은 특정 작업을 수행하도록 요청받습니다. 이 기계에서 수집된 데이터는 컴퓨터로 해석될 수 있으며 뇌의 활동에 대한 기하학적 그림을 제공합니다. 이것은 의사에게 뇌 활동 문제가 정확히 어디에 있는지 보여줄 수 있습니다.

연혁

EEG 기계는 1929년 Hans Berger에 의해 세상에 처음 소개되었습니다. 독일 예나 대학의 신경정신과 의사인 Berger는 독일어 용어 elektrenkephalogramm 을 사용했습니다. 뇌에서 생성된 전류의 그래픽 표현을 설명합니다. 그는 수면, 마취, 간질과 같은 뇌의 기능적 상태에 따라 뇌전류가 변한다고 제안했다. 이것들은 신경 생리학이라는 새로운 의학 분야를 만드는 데 도움이 된 혁신적인 아이디어였습니다.

대부분의 경우 Berger 시대의 과학계는 그의 결론을 믿지 않았습니다. Edgar Douglas Adrian과 B. C. H. Matthews의 실험을 통해 그의 결론이 검증될 때까지 5년이 더 걸렸습니다. 이러한 실험 후에 다른 과학자들이 이 분야를 연구하기 시작했습니다. 1936년 W. Gray Walter는 이 기술을 사용하여 뇌종양을 정확히 찾아낼 수 있음을 시연했습니다. Walter는 두피에 붙인 많은 수의 작은 전극을 사용하여 뇌종양이 비정상적인 전기적 활동 영역을 유발한다는 것을 발견했습니다.

수년에 걸쳐 EEG 전극, 증폭기 및 출력 장치가 개선되었습니다. 과학자들은 전극을 놓을 최적의 장소와 상태를 진단하는 방법을 배웠습니다. 그들은 또한 뇌의 전기 지도를 만드는 방법을 발견했습니다. 1957년 Walter는 Toposcope라는 장치를 개발했습니다. 이 기계는 뇌 표면의 지도를 생성하기 위해 EEG 활동을 사용했습니다. 그것은 두개골에 있는 한 쌍의 전극에 연결된 22개의 음극선관을 가지고 있었습니다. 전극은 각 튜브가 다른 뇌 섹션의 활동 강도를 표시할 수 있도록 배열되었습니다. Walter는 이 기계를 사용하여 휴식 상태의 뇌파가 집중력이 필요한 정신적 작업 중에 생성되는 뇌파와 다르다는 것을 입증했습니다. 이 장치는 유용했지만 복잡하고 비싸기 때문에 상업적으로 성공하지 못했습니다. 오늘날 EEG 기계에는 뇌의 전기 지도를 생성할 수 있는 다중 채널, 컴퓨터 저장 메모리 및 특수 소프트웨어가 있습니다.

원자재

EEG 기계의 구성에는 수많은 원료가 사용됩니다. 내부 인쇄 회로 기판은 평평한 수지 코팅 시트입니다. 저항기, 커패시터 및 다양한 유형의 금속, 플라스틱 및 실리콘으로 만든 집적 회로와 같은 전자 부품이 연결되어 있습니다.

전극은 일반적으로 독일 은으로 구성됩니다. 독일 은은 구리, 니켈 및 아연으로 구성된 합금입니다. 그것은 쉽게 갈고 닦을 수 있을 정도로 부드러워서 특히 유용합니다. 스테인리스 스틸(니켈 농도가 더 높음)도 사용할 수 있습니다. 내식성이 더 높지만 드릴링 및 기계 가공이 더 어렵습니다.

접착 테이프는 환자에게 표면 전극을 부착하는 데 사용됩니다. 전기 신호는 피부를 통해 전극으로 약하게 전달되기 때문에 일반적으로 전해질 페이스트 또는 젤이 필요합니다. 이 물질은 피부에 직접 적용됩니다. 피부와 전극 사이에 전도성 브리지를 형성하여 더 나은 신호 전달을 가능하게 하는 데 도움이 되는 라놀린 및 염화물 이온과 같은 화장품 성분으로 구성될 수 있습니다. 폴리테트라플루오로에틸렌(테프론)은 전선 및 각종 전극의 코팅재로 사용됩니다.

디자인

EEG 기계의 기본 시스템에는 데이터 수집, 저장 및 표시가 포함됩니다. 이러한 시스템의 구성 요소에는 전극, 연결 와이어, 증폭기, 컴퓨터 제어 모듈 및 디스플레이 장치가 포함됩니다. 미국에서는 FDA(Food and Drug Administration)가 EEG 기계 제조업체를 위한 생산 제안을 제안했습니다.

EEG 기계에 사용되는 전극 또는 리드는 표면 전극과 바늘 전극의 두 가지 유형으로 나눌 수 있습니다. 일반적으로 바늘 전극은 신체에 직접 주입되기 때문에 더 큰 신호 선명도를 제공합니다. 이것은 피부로 인한 신호 머플링을 제거합니다. 표면 전극의 경우 탭 전극, 링 전극 및 막대 전극과 같은 일회용 모델이 있습니다. 재사용 가능한 디스크와 손가락 전극도 있습니다. 전극은 머리에 직접 배치되는 전극 캡으로 결합될 수도 있습니다.

EEG 증폭기는 뇌의 약한 신호를 출력 장치에 대한 보다 식별 가능한 신호로 변환합니다. 상대적으로 낮은 레벨의 신호를 측정할 때 유용한 차동 증폭기입니다. 일부 설계에서 증폭기는 다음과 같이 설정됩니다. 한 쌍의 전극은 신체의 전기 신호를 감지합니다. 전극에 연결된 전선은 신호를 증폭기의 첫 번째 섹션인 버퍼 증폭기로 전달합니다. 여기에서 신호는 전자적으로 안정화되고 5~10배 증폭됩니다. 차동 전치 증폭기는 10~100배만큼 신호를 필터링하고 증폭하는 라인에 있습니다. 이러한 증폭기를 거친 후 신호는 수백 또는 수천 번 곱해집니다.

환자로부터 직접 신호를 수신하는 증폭기의 이 섹션은 광학 절연기를 사용하여 환자로부터 주 전원 회로를 분리합니다. 분리하면 우발적인 감전의 가능성을 방지할 수 있습니다. 1차 증폭기는 주 전원 회로에 있습니다. 이 전력 증폭기에서 아날로그 신호는 출력에 더 적합한 디지털 신호로 변환됩니다.

뇌는 두개골의 다른 지점에서 다른 신호를 생성하기 때문에 여러 전극이 사용됩니다. EEG 기계의 채널 수는 사용된 전극 수와 관련이 있습니다. 채널이 많을수록 뇌파 그림이 더 자세하게 표시됩니다. EEG 기계의 각 증폭기에는 두 개의 전극이 부착되어 있습니다. 증폭기는 다른 수신 신호를 변환하고 동일한 신호를 취소할 수 있습니다. 이것은 기계의 출력이 실제로 두 전극에 의해 포착된 전기 활동의 차이임을 의미합니다. 따라서 각 전극의 배치는 서로 가까울수록 기록될 뇌파의 차이가 적기 때문에 중요합니다.

EEG 기계에는 다양한 출력 프린터와 모니터를 사용할 수 있습니다. 하나의 일반적인 장치는 검류계 또는 종이 스트립 레코더입니다. 이 장치는 시간이 지남에 따라 EEG 신호의 하드 카피를 인쇄합니다. 컴퓨터 프린터, 광 디스크, 기록 가능한 컴팩트 디스크(CD) 및 자기 테이프 장치를 비롯한 다른 유형의 장치도 사용됩니다. 수집된 데이터는 아날로그이므로 전자 출력 장치를 사용할 수 있도록 디지털 신호로 변환해야 합니다. 따라서 EEG의 1차 회로에는 일반적으로 아날로그-디지털 변환기 섹션이 내장되어 있습니다. 일부 EEG 기계와 함께 제공되는 소프트웨어는 뇌 지도를 만드는 데 사용할 수 있습니다.

다양한 기타 액세서리가 EEG 기계와 함께 사용됩니다. 여기에는 전해 페이스트 또는 젤, 장착 클립, 다양한 센서 및 감열지가 포함됩니다. 수면 연구에 사용되는 EEG 기계에는 코골이 및 호흡 센서가 장착되어 있습니다. 다른 용도에는 헤드폰 및 LED 고글과 같은 감각 자극 장치가 필요합니다. 또 다른 EEG 기계에는 전기 자극기가 장착되어 있습니다.

제조
프로세스

EEG 기계의 여러 부품은 별도로 생산된 다음 포장 전에 1차 제조업체에서 조립합니다. 전극, 증폭기, 저장 및 출력 장치를 포함한 이러한 구성 요소는 외부 제조업체에서 공급하거나 자체적으로 만들 수 있습니다.

전극

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1 EEG 전극은 일반적으로 외부 공급업체로부터 수신되어 설정된 사양을 준수하는지 확인합니다. EEG 기계에 일반적으로 사용되는 전극의 한 유형은 바늘 전극입니다. 이들은 스테인리스 스틸 막대로 만들 수 있습니다. 바는 부드러워질 때까지 가열한 다음 압출하여 이음매 없는 튜브를 형성합니다.

2 그런 다음 튜브를 빼내어 미세한 속이 빈 튜브를 만듭니다. 이 튜브를 원하는 길이로 자른 다음 원뿔 모양으로 날카롭게 하여 한 점을 만듭니다.

3 쉽게 삽입할 수 있도록 튜브를 폴리테트라플루오로에틸렌(테플론) 용액에 통과시켜 매끄러운 내화학성 코팅을 제공합니다. 튜브가 수조에서 나올 때 용매를 증발시키고 코팅이 접착되도록 가온합니다.

4 그런 다음 튜브를 사출 성형기로 만든 플라스틱 어댑터 조각에 기계적으로 넣습니다. 이 조각을 사용하면 개별 포장된 일회용 바늘을 리드선에 연결할 수 있습니다.

5 차폐 리드선에는 기본 장치에 연결할 수 있는 어댑터가 장착되어 있습니다.

내부 전자 장치

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6 앰프와 컴퓨터 제어 모듈은 다른 전자 장비와 마찬가지로 조립됩니다. 전자 구성은 먼저 회로 기판에 인쇄됩니다. 보드는 칩, 커패시터, 다이오드, 퓨즈 및 기타 전자 부품을 손으로 장착하거나 자동화 기계를 통과할 수 있습니다. 이 기계는 라벨링 기계처럼 작동합니다. 그것은 전자 부품의 수많은 스풀과 배치 헤드로 로드됩니다. 컴퓨터가 움직임을 제어한다. 전극이 달린 모자를 쓰고 뇌파 검사를 받고 있는 남성. 기계를 통해 보드. 보드가 구성 요소 스풀 중 하나 아래로 이동하면 배치 헤드가 적절한 위치에서 보드의 전자 부품을 스탬프 처리합니다. 완료되면 보드는 웨이브 솔더링을 위해 다음 단계로 보내집니다.

7 다음 단계에서는 웨이브 솔더링 기계가 전자 부품을 기판에 부착합니다. 보드는 이 기계에 들어갈 때 단락을 유발할 수 있는 오염 물질을 제거하기 위해 플럭스로 세척됩니다.

8 보드는 적외선 열을 사용하여 가열됩니다. 기판의 밑면은 용융 땜납 통 위로 통과됩니다. 솔더는 모세관 작용을 통해 필요한 영역을 채웁니다.

9 보드가 냉각되면 땜납이 굳어지고 전자 장치가 제자리에 고정됩니다. 육안 검사는 일반적으로 이 시점에서 결함이 있는 보드가 거부되었는지 확인하기 위해 수행됩니다.

증폭기

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10 앰프용 전자 기판을 조립하여 하우징에 고정합니다. 이것은 일반적으로 사전 제작된 보드에 조각을 물리적으로 배치하는 라인 작업자가 수행합니다.

11 하우징은 일반적인 사출 성형 공정을 통해 제작된 견고한 플라스틱으로 만들어졌습니다. 이 과정에서 원하는 부품의 반대 모양을 가진 2피스 몰드가 생성됩니다. 용융된 플라스틱을 금형에 주입하고 냉각되면 부품이 형성됩니다. 일부 EEG 모델의 경우 증폭기는 교과서 크기의 별도 상자입니다. 상자의 바깥쪽에는 전극과 컴퓨터 연결선을 꽂는 커넥터가 있습니다.

컴퓨터 제어 상자

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12 EEG 스테이션은 증폭기와 컴퓨터 제어 스테이션으로 구성됩니다. 이 제어 스테이션에는 일반적으로 데스크탑 컴퓨터, 키보드 및 마우스, 컬러 프린터, 비디오 모니터가 있습니다. 이러한 장치는 모두 외부 제조업체에서 생산하고 EEG 제조업체에서 조립합니다.

최종 조립

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13 EEG O 기계의 각 구성 요소를 모아 적절한 금속 프레임에 넣습니다. 이 프로세스는 매우 깨끗한 조건에서 작업하는 라인 작업자에 의해 수행됩니다. 구성 요소가 조립되면 일반적으로 장치를 휴대할 수 있도록 견고한 강철 카트에 올려 놓습니다.

14 그런 다음 완성된 장치는 전극, 컴퓨터 소프트웨어, 인쇄물 및 설명서와 같은 액세서리와 함께 최종 포장에 넣습니다.

품질 관리

제조 공정의 각 단계에서 생산되는 각 EEG 장치의 품질을 보장하기 위해 육안 및 전기 검사가 수행됩니다. 회로 제작은 오염에 민감하기 때문에 조립 작업은 공기 흐름이 제어되는 청정실에서 라인 작업자가 수행합니다. 작업자는 또한 오염 가능성을 줄이기 위해 보푸라기가 없는 옷을 입어야 합니다. 완성된 각 EEG 장치의 기능적 성능도 테스트하여 작동하는지 확인합니다. 이것은 장치의 전원을 켜고 켜고 일련의 표준 테스트를 실행하여 수행됩니다. 실제 사용을 시뮬레이션하기 위해 이러한 테스트는 다양한 수준의 열과 습도에서 수행됩니다.

일반적으로 제조업체는 EEG 기계에 대한 자체 품질 사양을 설정합니다. 그러나 미국 식품의약국(FDA)은 일반적으로 업계에서 채택한 생산 권장 사항을 제공합니다. 다양한 기타 의료 및 정부 기관에서도 표준 및 성능 제안을 제안합니다. 중요하게 고려되는 몇 가지 요소는 표준화된 입력 신호 범위, 교정 신호의 정확도, 주파수 응답 및 기록 기간입니다.

미래

미래에 EEG 기계는 제조 및 응용 분야에서 개선될 것입니다. 제조 관점에서 장치의 내부 전자 장치를 구성하는 구성 요소는 더 작아질 것입니다. 이것은 더 작고 더 휴대 가능한 기계를 허용할 것입니다. 그것은 또한 장치를 덜 비싸게 만들 것입니다. 일부 전문가들은 미래의 응용 프로그램이 개별 소비자가 EEG 기계를 보유하는 것이 바람직할 것이라고 제안하기 때문에 이것은 중요할 것입니다.

제조 개선은 전자 제조의 일반 분야에서 수행된 연구에서 이루어지지만 EEG 기계에 대한 특정 연구는 새로운 용도 및 응용에 중점을 둡니다. 예를 들어, 알츠하이머병을 선별할 수 있는 장치가 최근에 도입되었습니다. 이 기계에는 전극이 장착된 캡이 있습니다. 착용하면 환자의 뇌 활동에 대한 전자 사진을 제공합니다. 이 사진은 건강한 사람의 뇌 활동과 비교하여 차이점을 알 수 있습니다.

EEG 전극에서 수신한 정보를 사용하여 컴퓨터를 제어할 수 있는 유사한 기계가 개발되었습니다. 이 장치를 사용하여 사용자는 전극이 포함된 캡을 착용하고 컴퓨터 화면을 봅니다. 컴퓨터를 사용한 교육 세션 후에 사용자는 생각을 사용하여 화면에서 커서의 움직임을 제어할 수 있게 되었습니다. 이 기술이 완전히 개발된다면 하반신 마비 환자들에게 혁명적인 발전이 될 것입니다. 개별 소비자는 또한 이러한 장치를 사용하여 생각하는 것만으로 가정용 조명, 컴퓨터 및 가전제품을 제어하는 ​​데 도움이 될 수 있습니다.

자세히 알아보기

도서

Fisch, Bruce J. Fisch 및 Spehlmann의 EEG 뇌관. 엘스비어 과학, 1999.

오머, 커크. 화학 기술 백과사전. 권. 1992년 2월 22일.

Webster, J. G. 의료 기기 응용 및 설계. 2판. 1992.

Wong, Peter K. H. 임상 실습의 디지털 EEG. Lippincott Williams &Wilkins, 1995.

기타

Sabbatini, Renato M.E. "뇌 지도 작성." 두뇌와 정신 2001년 11월 15일. .

페리 로마노프스키