Effects of Gradient Switching Noise on ECD Source Localization with the EEG Data Simultaneously Recorded with MRI

MRI와 동시에 측정한 뇌전도 신호로 전류원 국지화를 할 때 경사자계 유발 잡음의 영향 분석

Purpose : To evaluate the effect of the gradient switching noise on the ECD source localization with the EEG data recorded during the MRI scan. Materials and Methods : We have fabricated a spherical EEG phantom that emulates a human head on which multiple electrodes are attached. Inside the phantom, electric current dipole(ECD) sources are located to evaluate the source localization error. The EEG phantom was placed in the center of the whole-body 3.0 Tesla MRI magnet, and a sinusoidal current was fed to the ECD sources. With an MRI-compatible EEG measurement system, we recorded the multi channel electric potential signals during gradient echo single-shot EPI scans. To evaluate the effect of the gradient switching noise on the ECD source localization, we controlled the gradient noise level by changing the FOV of the EPI scan. With the measured potential signals, we have performed the ECD source localization. Results : The source localization error depends on the gradient switching noise level and the ECD source position. The gradient switching noise has much bigger negative effects on the source localization than the Gaussian noise. We have found that the ECD source localization works reasonably when the gradient switching noise power is smaller than $10\%$ of the EEG signal power. Conclusion : We think that the results of the present study can be used as a guideline to determine the degree of gradient switching noise suppression in EEG when the EEG data are to be used to enhance the performance of fMRI.

목적 : MRI를 촬영하면서 동시에 측정한 뇌전도 신호에 가장 크게 영향을 미치는 것은 경사자계 유발 잡음이다. MRI와 동시에 측정한 뇌전도 신호에서 전류원 국지화를 수행할 때, 경사자계 유발 잡음이 미치는 영향을 분석하고자 한다. 대상 및 방법 : 사람의 머리와 유사하게 만든 뇌전도 팬텀과 MR compatible 뇌전도 측정시스템, 그리고 3.0 Tesla MRI 시스템을 실험에 사용하였다. 3.0 Tesla MRI 시스템 안에 전류원이 설치되어 있는 뇌전도 팬텀을 놓고, EPI 촬영을 하는 동안 뇌전도 신호를 측정하였다. 경사자계의 세기와 전류원의 위치를 조절하면서 뇌전도 신호 측정을 하였고, 측정된 뇌전도 신호에 대하여 전류원 국지화를 수행할 때 나타나는 국지화 오차를 평가하였다. 결과 : 경사자계 유발잡음에 의한 국지화 오차는 경사자계의 세기와 전류원의 위치에 따라 변화하는 것을 관찰하였다. 또한 경사자계 유발잡음이 Gaussian 잡음보다 전류원 국지화에 미치는 영향이 큰 것을 관찰하였으며, 경사자계 유발 잡음의 전력이 뇌전도 신호 전력의 $10\%$ 이하일 때는 전류원 국지화에 미치는 영향이 미미함을 관찰하였다. 결론 : 경사자계 유발 잡음 전력을 뇌전도 신호 전력의 $10\%$ 이하로 줄인다면 MRI를 하면서 동시에 측정한 뇌전도 신호로도 전류원 국지화를 할 수 있음을 알 수 있었다.