EEG의 10-20 시스템

EEG 기술자가 전극 배치를 위해 두피를 측정하는 방법

전극이 피부에 닿기 전에 두개골에서 네 개의 기준점을 손으로 찾아야 합니다. 코의 다리 부분에서 이마와 코가 만나는 작은 함몰 부위인 비근(nasion), 두개골 기저부에서 목과 만나는 뼈 돌출부인 후두골 돌출부(inion), 그리고 각 이도 바로 앞에 위치한 작은 함몰 부위로 왼쪽과 오른쪽에 각각 하나씩 있는 두 개의 이개전점(preauricular points)입니다.

이 네 가지 포인트는 모두 촉진이 가능합니다. 즉, 촉각만으로 찾을 수 있기 때문에 별도의 영상 장비 없이도 시스템이 안정적으로 작동합니다.

이러한 기준점을 확인한 후, 기술자는 두피의 정중선을 따라 유연한 줄자를 대고 머리 앞쪽에서 뒤쪽까지의 곡선을 따라 비근에서 후두골 돌출부까지의 거리를 측정합니다. 이 단일 측정값은 모든 앞뒤 또는 시상(sagittal) 전극 위치의 기준 거리가 됩니다.

이와 별도로 두 이개전점 사이의 거리도 측정하지만, 이번에는 줄자가 머리 정수리의 가장 높은 지점인 정점(vertex)을 통과하여 귀에서 귀로 이어지는 선을 따라갑니다. 이 두 번째 측정은 그리드의 수평 또는 관상(coronal) 축을 정의합니다.

10-20 계통의 기원과 목적

"10-20"이라는 이름은 두 개의 기준 거리가 어떻게 나뉘는지를 나타냅니다. 전극 행은 전체 측정 거리의 10% 또는 20%에 해당하는 간격으로 배치됩니다.

정중선을 따라 비근에서 시작하여 첫 번째 전극 표시는 비근-후두골 돌출부 거리의 10%에 위치하며, 이 지점을 Fpz라고 합니다. 거기에서 각 후속 표시는 선을 따라 20% 더 이동하여 Fz, Cz, Pz로 표시된 위치를 거쳐 최종적으로 후두골 돌출부에서 10% 위에 위치한 Oz에 도달합니다.

이를 모두 더하면 10%에 20%의 네 단계와 마지막 10%를 더해 총 100%가 되며, 이는 비근에서 후두골 돌출부까지의 전체 거리를 설명합니다. 동일한 10% 및 20% 간격 로직이 귀에서 귀로 이어지는 가로선에 적용되고, 머리의 전체 둘레에 다시 적용되어 단순한 두 개의 교차선이 아닌 완전한 그리드를 형성합니다.

EEG 10-20 계통 명명법의 이해

10-20 그리드의 모든 위치는 문자와 숫자로 구성된 이름을 갖습니다.

문자는 해당 두피 위치 아래에 있는 일반적인 뇌 영역을 식별하는 반면, 숫자는 해당 전극이 정중선의 왼쪽 또는 오른쪽으로 얼마나 떨어져 있는지를 나타냅니다. 홀수는 항상 머리의 왼쪽에 표시되고 짝수는 오른쪽에 표시되며, 제로를 의미하는 문자 "z"는 정중선 바로 위에 배치되는 위치를 표시합니다.

지역별 문자는 다음과 같이 분류됩니다.

• 이마 주변과 전전두엽 영역의 가장 앞부분을 표시하는 전전두부(frontopolar)를 나타내는 Fp.

• 이마 뒤쪽의 더 넓은 전두엽 부위를 덮는 전두부(frontal)를 나타내는 F.

• 움직임과 감각에 관여하는 피질 스트립 위에 위치한 중심부(central)를 나타내는 C.

• 두개골의 상부 뒤쪽 영역을 덮는 두정부(parietal)를 나타내는 P.

• 시각 처리 영역 근처의 머리 아주 뒤쪽에 위치한 후두부(occipital)를 나타내는 O.

• 귀 위의 머리 측면을 덮는 측두부(temporal)를 나타내는 T.

• 활성 기록 부위가 아닌 중립 기준점으로 자주 사용되는 귓볼 자체를 의미하는 이개부(auricular)를 나타내는 A.

전체 측정 그리드에 이 라벨링 방식을 적용하면 21개의 전극 부위로 구성된 표준 배열이 생성되며, 이는 여전히 일상적인 임상 EEG의 중추 역할을 합니다.

EEG 전극 배치 10-20 계통 개요

효과적인 EEG 검사를 위해서는 두피의 모든 영역이 적절하게 덮이도록 전극을 신중하게 적용해야 합니다. 관심 있는 상이한 영역에 따라 세션 중에 우선순위를 지정할 전극 하위 그룹이 결정되는 경우가 많습니다.

이러한 특정 그룹을 이해하면 기록 기간 전체에 걸쳐 높은 신호 품질을 유지하는 데 도움이 됩니다.

전두엽(F) 전극

전두엽 전극은 앞뇌 위에 배치되며, 종종 고차원 인지 기능 및 운동 계획과 관련된 활동을 감지하는 데 중요한 역할을 합니다. 이러한 센서를 올바르게 배치함으로써 임상의는 다양한 의식 상태 및 잠재적인 neurophysiological anomalies와 관련된 패턴을 모니터링할 수 있습니다. 이러한 부위는 여러 다양한 진단 시나리오에서 전두엽 기능을 측정하는 데 필수적입니다.

측두엽(T) 전극

측두엽 부위는 머리 측면을 따라 배치되어 언어 처리, 기억 및 감정 조절에 중요한 영역을 덮습니다. 이러한 영역은 두개골 기저부 근처에 위치하기 때문에 턱이나 목의 근육 아티팩트를 피하기 위해 적절한 배치가 필요합니다. 이 정밀한 위치 지정은 측두엽 전기 신호를 검사하는 데 매우 중요합니다.

두정엽(P) 전극

두정엽 센서는 중심溝(central sulcus) 뒤쪽의 두피 상단 및 측면에 위치하여 감각 통합 및 공간 인지에 초점을 맞춥니다. 이러한 전극은 종종 주변 리드와 상호 작용하여 상이한 기능적 뇌 영역 간의 통신에 대한 더 넓은 시야를 제공합니다. 이를 백분율 기반 간격에 따라 배치하면 전두엽 및 후두엽 리드에 대한 공간적 무결성이 유지됩니다.

후두엽(O) 전극

후두엽 리드는 시각 처리 센터 위의 두피 아주 뒤쪽에 배치된 전극으로 구성됩니다. 이러한 노드는 시각적 자극과 눈을 뜨거나 감는 행위에 매우 민감하며, 이는 특징적인 알파 리듬을 생성합니다. 정확한 시각 피질 활동 평가를 위해서는 이러한 전극이 후두골 돌출부에서 10% 위에 위치하도록 정확하게 측정하는 것이 필수적입니다.

10-20 계통이 모든 EEG 몽타주 및 고급 매핑 방법의 기초가 되는 이유

21개의 표준 부위가 표시되면 임상 EEG 기술자는 이들의 하위 집합을 선택하여 소위 "몽타주"를 구축합니다. 몽타주는 단순히 선택된 전극 그룹에서 나오는 전기 신호를 정리하여 보여주는 것입니다.

임상의가 관찰하고자 하는 내용에 따라 상이한 EEG montages가 선택되지만, 이들 모두는 동일한 기본 10-20 그리드에서 파생됩니다. 이러한 공유된 토대는 한 병원의 기술자와 다른 나라의 연구자가 환자의 머리 크기나 모양의 차이에 관계없이 동일한 일반적인 해부학적 영역을 샘플링하고 있음을 보장합니다.

10-20 그리드는 또한 신호 소스를 정밀하게 찾아내는 데 초점을 맞춘 연구 환경과 같이 더 높은 공간 해상도가 요구될 때 사용되는 훨씬 더 상세한 포지셔닝 시스템의 기본 레이어 역할을 합니다. 10-10 계통은 원래 그리드를 더 분할하여 21개 대신 81개의 전극 위치를 생성하고, 10-5 계통은 이러한 분할을 더 확장하여 300개 이상의 가능한 부위를 생성합니다.

밀도가 증가했음에도 불구하고 이 두 확장 계통 모두 동일한 원래의 백분율 기반 로직에 고정되어 있으므로, 오늘날의 연구자는 10-5 계통 전극을 더 오래되고 단순한 10-20 배열을 기반으로 구축된 수십 년간의 임상 문헌과 여전히 연관시킬 수 있습니다.

이 동일한 coordinate framework는 경두개 자기 자극(TMS) 및 경두개 직류 자극(tDCS)을 포함한 비침습적 뇌 자극 기술에서 기본 타겟팅 방법이 되었습니다. 이러한 절차에서 10-20 기준점은 자극 코일이나 전극 패드를 머리 바깥쪽에 물리적으로 배치할 위치를 결정하는 데 사용되며, 해당 두피 위치 아래의 특정 피질 영역 내 활동에 영향을 미치는 것을 목표로 합니다.

두피 기반 타겟팅의 한계에 대해 증거가 말하는 것

10-20 계통이 표시된 두피 지점과 그 아래의 특정 피질 주름 사이에 일대일 대응에 가까운 것을 제공하며, 짧은 교육 후에 이러한 정밀도를 쉽게 달성할 수 있다고 가정하는 경우가 많습니다. 사용 가능한 연구는 더 신중한 그림을 제시합니다.

Rick 등이 수행한 2019년 연구에서는 초보 평가자가 tDCS를 위해 일차 운동 피질을 대략적으로 나타내는 데 사용되는 표준 10-20 부위인 C3 및 C4를 얼마나 신뢰성 있게 찾을 수 있는지 조사했습니다. 공인 신경 진단 기술자로부터 각각 2시간 동안 교육을 받은 두 명의 평가자가 25명의 성인 참가자를 대상으로 이러한 점을 측정했습니다.

그 결과 급내 클래스 계수(intraclass coefficient)를 사용하여 계산된 평가자 간 및 평가자 내 신뢰도는 "낮음에서 보통" 수준에 불과했습니다. 두 명의 상이한 평가자를 비교하든, 상이한 두 날에 동일한 평가자를 비교하든 표시된 점 사이의 절대 거리는 1.0cm 미만으로 유지되었습니다.

그것이 무시할 수 있는 수준으로 보일 수 있지만, 연구 저자들은 특히 병변이나 기타 해부학적 변화로 인해 뇌 구조가 변형된 환자군에서는 1cm 미만의 편차도 임상적으로 중대한 영향을 미칠 수 있다고 경고합니다. 건강한 자원봉사자에게는 무해한 오차 한계가 타겟 자극 치료를 받는 뇌졸중 환자에게도 자동으로 무해한 것은 아닙니다.

또한, Kakisaka et al.의 별도 연구는 다른 종류의 한계를 제기합니다. 연구진은 몇 개의 추가 측두엽 전극과 함께 표준 10-20 배치를 사용하여 기록된 두피 EEG를, 뇌 내부에서 직접 기록하여 발작 활동 감지의 골드 표준 역할을 하는 두개내 기록 및 자성뇌도(MEG)와 비교했습니다.

외측 측두엽 피질에서 기원한 뇌전증 환자의 경우, 두피 EEG는 두개내 기록이 존재를 확인한 스파이크의 0%를 감지한 반면, MEG는 55%를 감지했습니다. 그 설명은 전기적 소스 자체의 방향으로 거슬러 올라갑니다. 스파이크는 두피 표면에 거의 접선 방향 또는 옆 방향으로 정렬된 소스에 의해 생성되었는데, 이는 두피 전극이 포착하기에 적합하지 않은 기하학적 구조입니다.

뇌 깊숙이 자리 잡은 영역인 뇌섬엽(insula)에서 기원한 뇌전증을 가진 두 번째 환자의 경우, 두피 EEG 감도는 44%에 달했고 MEG는 83%에 달했습니다. 이러한 수치는 완벽하게 적용된 10-20 몽타주라 할지라도 측정 오류가 아닌, 신호가 두피에 대해 진행하는 물리적 방향 때문에 실제 전기 활동을 여전히 놓칠 수 있음을 보여줍니다.

종합해 보면, 이러한 결과는 일관된 결론을 가리킵니다. 10-20 계통은 전기생리학을 위한 매우 유용한 공유 언어이지만, 밀리미터 수준의 피질 정밀도나 가능한 모든 신호 소스에 대한 균일한 감도를 보장하도록 설계된 적은 없습니다. 이것의 강점은 실험실 및 연구 간의 재현성과 비교 가능성에 있으며, 실제로 그러한 수준의 정밀도가 요구될 때 개인 맞춤형 brain imaging의 대체물 역할을 하는 데 있지 않습니다.

임상 실무에서 10-20 계통 EEG가 중요한 이유

10-20 계통은 전 세계 신경학자와 연구자들에게 보편적인 언어 역할을 합니다. 해부학적 비례성에 의존하기 때문에 임상가는 몇 주 또는 몇 달 후에 동일한 환자를 대상으로 연구를 안정적으로 반복하여 변화를 모니터링할 수 있습니다. 이러한 시간적 일관성은 공간적 불일치의 간섭 없이 신경학적 상태의 진행을 추적하거나 장기 치료의 효능을 평가하는 데 중요합니다.

단순한 재현을 넘어, 이 아키텍처는 표준화된 전극 위치에 의존하는 고급 수학적 몽타주의 적용을 가능하게 합니다. 이 엄격한 시스템을 통해 데이터가 수집되면 분석가는 신호를 글로벌 전위가 아닌 로컬 전류 밀도에 초점을 맞추는 Laplacian Montage EEG와 같은 상이한 뷰로 변환할 수 있습니다. 이러한 다재다능함 덕분에 구체적인 연구 질문이나 진단 목표에 따라 단일 표준 기록에서 여러 Insight를 도출할 수 있습니다.

또한, 이 시스템은 비정상적인 전기적 뇌 패턴을 식별하는 데 필수적인 규준 데이터베이스(normative databases)의 구축을 용이하게 합니다. 개별 연구를 정제된 인구 표준과 비교함으로써 의료팀은 노이즈와 일차적인 신경학적 징후를 구별할 수 있습니다.

결론

10-20 계통은 진단 환경에서 없어서는 안 될 프레임워크로 남아 있으며, neuroscience에서 신뢰할 수 있고 재현 가능한 뇌 활동 측정에 필요한 구조를 제공합니다. 이러한 표준화된 간격을 고수함으로써 실무자는 세션 및 개인 간에 데이터를 비교할 수 있도록 보장하며, 가공되지 않은 biological signatures와 명확한 임상 Insight 사이의 간극을 좁힙니다.

참고 문헌

1. Rich, T. L., & Gillick, B. T. (2019). Electrode placement in transcranial direct current stimulation—how reliable is the determination of C3/C4?. Brain sciences, 9(3), 69. https://doi.org/10.3390/brainsci9030069

2. Rusjan, P. M., Barr, M. S., Farzan, F., Arenovich, T., Maller, J. J., Fitzgerald, P. B., & Daskalakis, Z. J. (2010). Optimal transcranial magnetic stimulation coil placement for targeting the dorsolateral prefrontal cortex using novel magnetic resonance image‐guided neuronavigation (Vol. 31, No. 11, pp. 1643-1652). Hoboken: Wiley Subscription Services, Inc., A Wiley Company. https://doi.org/10.1002/hbm.20964

3. Kakisaka, Y., Alkawadri, R., Wang, Z. I., Enatsu, R., Mosher, J. C., Dubarry, A. S., ... & Burgess, R. C. (2013). Sensitivity of scalp 10‐20 EEG and magnetoencephalography. Epileptic disorders, 15(1), 27-31. https://doi.org/10.1684/epd.2013.0554

자주 묻는 질문

국제 10-20 계통이란 무엇입니까?

국제 10-20 계통은 두피에 EEG 전극을 배치하여 상이한 사람들과 기록 세션 간에 위치가 일관되도록 하는 표준화된 방법입니다. 고정된 두개골 기준점 사이의 비례 측정을 사용하여 확장 가능한 그리드를 생성함으로써 머리 크기나 모양에 관계없이 동일한 기본 뇌 영역이 샘플링되도록 보장합니다.

10-20 계통으로 전극 위치는 어떻게 결정됩니까?

기술자는 먼저 비근, 후두골 돌출부 및 두 개의 이개전점이라는 네 개의 촉진 가능한 기준점을 찾습니다. 정중선을 따라 그리고 귀 사이에서 이러한 기준점들 사이의 거리를 유연한 줄자로 측정하고, 이 전체 거리의 10% 또는 20% 간격으로 전극 행을 표시합니다.

전극 라벨의 문자와 숫자는 무엇을 의미합니까?

라벨의 문자는 해당 두피 위치 아래의 대략적인 뇌 영역을 나타냅니다 (예: F는 전두엽, C는 중심부, O는 후두엽). 숫자는 전극이 정중선의 왼쪽 또는 오른쪽으로 얼마나 떨어져 있는지를 나타내며, 홀수는 왼쪽, 짝수는 오른쪽, 'z'(제로)는 정중선을 나타냅니다.

10-20 계통이 EEG 비교에 필수적인 이유는 무엇입니까?

모든 실험실이 동일한 측정 규칙을 따르기 때문에 상이한 개인으로부터 또는 동일한 사람으로부터 상이한 날에 기록한 내용이 동일한 일반적인 피질 영역을 샘플링합니다. 이러한 재현성 덕분에 임상의와 연구자가 결과를 신뢰성 있게 비교할 수 있습니다.

10-20 계통은 비침습적 뇌 자극을 어떻게 지원합니까?

경두개 자기 자극(TMS) 및 경두개 직류 자극(tDCS)과 같은 기술은 대략적인 뇌 타겟 위에 코일이나 전극을 배치하기 위해 10-20 기준점을 사용합니다. 예를 들어, 운동 피질을 자극하기 위해 관례적으로 C3 또는 C4 부위가 사용되고, 등외측 전전두엽 피질을 타겟팅하기 위해 F3 또는 F5가 사용될 수 있습니다.

10-20 계통의 알려진 한계는 무엇입니까?

측정 정확도는 평가자의 교육에 따라 달라지며, 부상이나 질병으로 인해 뇌 해부학 구조가 변형된 경우 작은 배치 오류도 중요할 수 있습니다. 또한 두피 전극은 신호가 전파되는 방향 때문에 단순히 옆으로 진행하거나 뇌 깊은 곳에서 발생하는 전기 신호를 놓칠 수 있습니다.

10-10 및 10-5 계통이란 무엇입니까?

더 높은 공간 해상도가 필요한 상황을 위해 원래의 10-20 그리드를 더 조밀하게 확장한 것들입니다. 10-10 계통은 원래 부위를 세분화하여 81개의 전극 위치를 생성하는 반면, 10-5 계통은 이를 더 세분화하여 300개 이상의 위치를 생성하며, 두 계통 모두 동일한 백분율 기반 로직을 기반으로 유지됩니다.

10-20 계통은 모든 뇌 타겟팅 요구 사항에 충분히 정밀합니까?

이 시스템은 일관된 피험자 간 배치를 보장하지만 개별 피질 주름에 대해 밀리미터 수준의 대응을 제공하지는 않습니다. 정확한 타겟팅이 중요한 경우 MRI 가이드 신경 네비게이션이 더 큰 정밀도를 제공하지만, 그러한 도구를 사용할 수 없는 경우에는 10-20 프레임워크가 표준으로 유지됩니다.