Gradient Noise Reduction in EEG Acquired During MRI Scan

MRI와 동시 측정한 뇌전도 신호에서 경사자계 유발잡음의 제거

Purpose : Information about electrical activity inside the brain during fMRl scans is very useful in monitoring physiological function of the patient or locating the spatial position of the activated region in the brain. However, many additional noises appear in the EEG signal acquired during the MRI scan. Gradient induced noise is the biggest one among the noises. In this work, we propose a gradient noise reduction method using the independent component analysis (ICA) method. Materials and Methods : We used a 29-channel MR-compatible EEG measurement system and a 3.0 Tesla MRI system. We measured EEG signals on a subject lying inside the magnet during EPI scans. We selectively removed the gradient noise from the measured EEG signal using the ICA method. We compared the results with the ones obtained with conventional averaging method and PCA method. Results : All the noise reduction methods including the averaging and PCA methods were effective in removing the noise in some extent. However, the proposed ICA method was found to be superior to the other methods. Conclusion : Gradient noise in EEG signals acquired during fMRI scans can be effectively reduced by the ICA method. The noise-reduced EEG signal can be used in fMRI studies of epileptic patients or combinatory studies of fMRI and EEG.

목적: MRI를 촬영하면서 뇌전도 신호를 동시에 측정하는 것은 뇌기능 영상에 있어 매우 필요한 일이다. 그러나 MRI와 동시에 측정한 뇌전도 신호에는 많은 잡음이 유발되는데 이중 가장 심각한 영향을 주는 것은 경사자계에 의해서 유발되는 잡음이다. 경사자계 유발잡음을 ICA를 이용하여 효과적으로 제거하는 방법을 개발하고자 한다. 대상 및 방법: 29채널의 MR-compatible 뇌전도 측정시스템과 3.0 T MRI 시스템을 실험에 사용하였다. 3.0 T MRI 시스템 안에 뇌전도 캡을 쓴 피험자를 놓고 EPI 촬영을 하면서 뇌전도 신호를 측정하였다. 측정된 뇌전도 신호에 대하여 ICA를 적용해 경사자계 유발 잡음을 선택적으로 제거하였다. 제거한 결과를 평균화 방법과 PCA 방법을 사용해 얻은 결과와 비교하였다. 결과: ICA 방법, 평균화 방법 , PCA 방법 모두 경사자계 유발잡음 제거에 있어 일정 부분 효과가 있었다. 그러나 이들 방법들을 상호 비교하였을 때 잡음 제거 결과는 ICA 방법이 평균화 방법과 PCA 방법에 비해 우수하였다. 결론: ICA를 이용하여 경사자계 유발 잡음을 효과적으로 제거할 수 있었다. 잡음이 제거된 뇌전도 신호는 간질환자에 대한 뇌기능영상이나 뇌전도결합 fMRI 촬영에 활용될 수 있을 것이다.