Transcript 1. ECG 설계
<MEDICAL INSTRUMENTATION> 4 TEAM (2009103850 류문영, 2009103851 박주원 , 2006200408 마진영,) 1. ECG 설계 * 1단계- 등가신호로 표현 5mV 0V 305mV 300mV 1. ECG 설계 * 2단계- 신호의 증폭 + V+ 3 8 Vcc U1A 2 - 1 V- OUT TL082 신호의 증폭을 위해 차동 증폭기를 바로 달아줄 경 우 Loading Effect 발생하므 로, 4 Vee U2A 4 Vee TL082 - V- 2 + Vcc 8 3 1 V+ OUT ⇒ BUFFER의 사용! 1. ECG 설계 i=0 3 8 Vcc U1A V+ * 2단계- 신호의 증폭 + 2 305mV V- OUT - TL082 1 i1 4 i1 입력 U2A 4 Vee - OUT 3 i1 1 V+ i=0 TL082 V- 2 + R2 R1 1k VB R2 1k VF 8 Vcc 위 양단의 입력 전류 0이고, R1, R2에 흐르는 전류 i1이 모두 같음. VE VF i1 ( R1 2 R2 ) (1 VA 1k Vee 300mV VE 2 R2 )(VA VB ) R1 1. ECG 설계 * 2단계- 신호의 증폭(Non-inverting Amp.) R3 R4 U1A 4 Vee 15배 증폭! - V- TL082 2 3 + 8 Vcc R3 1 4.575V V+ OUT 4.5V 출력 R5 R6 0 *** Inverting Amp사용시 Loading Effect 발생하므로 Non-inverting amp. 를 쓴다! 1. ECG 설계 * 3단계 – High Pass Filter 4.575V 0.075V DC성분의 제거 필요! 4.5V 0V * 심전도 신호의 주파수 대역폭: Band Width = 0.05Hz ~ 100Hz C1 R7 0 전압이득 : 1 Cutoff Frequency: f1 1 0.05HZ 2 R7C1 1. ECG 설계 * 4단계 – Low Pass Filter 0.075V 5V 고주파 차단 & 증폭! 0V C2 R8 0V 전압이득: 67 1 f Cutoff Frequency: 2 2 R C 100HZ R9 9 4 Vee U1A TL082 - V- 2 3 + V+ OUT Vcc 8 0 1 2 Inverting의 경우(일반적 LPF) Loading Effect발생 ⇒ Non-inverting 형태의 LPF사용! 1. ECG 설계 * 완성! C2 1k 1k 4 - 3 + V+ OUT 3 + 4 V- OUT 3 1 R7 R2 1k TL082 - C1 V+ OUT 1k 2 + 1 Vcc Vcc 8 4 - V- 2 TL082 0 TL082 2 R1 U2A U1A 8 1k Vee U1A V+ Vee R2 TL082 Vee R9 Vee 4 - R4 1 V- OUT 2 R8 R3 V- + V+ 3 8 Vcc U1A R3 1 0 1k R4 1k 8 Vcc 0 등가회로 ⇒ Buffer ⇒ Non-inverting Amp. ⇒ HPF ⇒ LPF Loading Effect 방지 증폭(15배) 0.05Hz 이하의 주파수 차단 100Hz 이상의 주파수 차단 및 증폭 2. Electrode M L K Cl- 11 최 외각 전자를 잃어버리려고 함 Na Na Na Na+ + e- + 음극 M 양극 L K 전류의 흐름 전자의 흐름 17 최 외각 전자를 얻으려고 함 Cl Cl + e- Cl- ∴ 이온화 되기 쉽다 2. Electrode 1) Pt 전극 ⓐ E < 2[V] , I = 0 (외부) Eext → Na+ 와 Cl-이동 (용액) e- 이동 (도체,도선) E(external) → charge double layer→ No chemical reaction → (내부) Eint → 전계상태 → I = 0 e- Na + e- Na Cl- Pt+ e- Na Cl- e- Na + Cl- Pt+ Pt- Pt+ Cl + ⓑ E > 2[V] , I > 0 Pt + E (internal) 2H2O + 2eH2↑ + 2OH- 요약 Charge double Layer (CDL) Charge double Layer (CDL) 양극 음극 Pt+ 2H2O → O2↑+ 4H+ + 4e4OH- + 4H+ → 4H20 용액에서 이동 ①Pt 전극은 변하지 않음 ②CDL를 통과하는 전하가 적음 Capacitor ③교류인가 시 용액에서 Na+와 Cl-가 이동해서 CDL의 극성이 변함 ⇒ Polarigable electrode 2. Electrode 전극 – 전해질 경계의 등가회로 Cd Ehc Rs Rd * Ehc = 2V (크다) * Cd가 크고 Rd가 작다. * Rs는 용액의 농도에 따라 결정 농도↑ ⇒ Rs↓ 2. Electrode 2) Ag/AgCl 전극 E > 0.1[V] , I > 0 음극 Na + Na + Na + Ag Na + Na + Na + Na + Na + Na + Na + AgCl Na + Cl- Ag + Cl Ag + Cl Ag + Cl Ag + Cl Ag + Cl Ag + Ag Cl Ag + Cl Ag + Cl Ag + Cl Ag + Cl- Ag + Cl Ag + AgCl 용액에서 이동 AgCl → Ag+ + ClAg+ + e- → Ag 요 약 양극 Cl- + Ag+ → AgCl Ag → Ag+ + e- ①Ag/AgCl 전극변화 ②CDL를 통해 charge(Ag+,Cl-)가 이동 ③교류인가 시 양극/음극 역할이 변경 2. Electrode 전극 – 전해질 경계의 등가회로 Cd↓ Ehc↓ Rs Rs Half cell potential ⇒움직임에 의한 Noise가 비교적 적게 생김 Rd↓ ⇒Non-Polargable electrode Ag/AgCl 전극은 Half cell potential 이 적기 때문에 신체 움직임에 의한 Noise가 적어서 생체 신호 측정 전극에 적절! 3. Chemical Biosensor 1) 임상병리와 해부병리 • 임상병리(Clinical Pathology): 인체의 검체(혈액, 오줌, 체액 등)를 다룬다. • 해부병리(Anatomical Pathology): 장기나 세포, 조직을 육안으로 보거나 현미경으로 본 후 장기의 현재 상태, 질병상태를 진단한다. 3. Chemical Biosensor 2) 체성분 분석 방식 Pointer of care(POC): 개인병원에서 사용. 한 개의 sample을 즉각 처리 시장이 점점 커지고 있다. Centralization : 여러 개의 sample이 모인 후 기계가동 분석처리가 느리지만, 단가가 저렴하다는 장점이 있다. 3. Chemical Biosensor 3) pH 측정 v 왼쪽전극(reference electrode) 은 sample용액에 들어있고, 오른쪽전극은 HCL용액에 들어 있다. HCL용액을 가진 실험관 은 H+-responsive glass membrane 으로 구성되어있다. HCL용액의 H+이온 농도를 아 니깐, PH식에 의해 sample의 H+ 이온 농도를 알 수 있다. 3. Chemical Biosensor 4) PCO2 측정 PH전극과 CO2막을 이용 1. 막 오른쪽의 CO2가 상대적으로 많다면 왼쪽으로 diffusion 2. H+농도가 떨어진다. 3. PH가 낮아진다. sample CO2 V PH=log[HCO3-]-log[K] -log[a]-log[pco2] 3. Chemical Biosensor 5) PO2 측정 O2 막과 정전압 인가 전류측정 sample 음극(Ag/AgCl) 양극(pt전극) +CO2 A 02가 많으면 화학반응이 많 아져(Charge carrier의 생성 이 많아짐) 같은 전압을 걸 어줘도, 전류가 잘 흐른다. 3. Chemical Biosensor 5) PO2 측정 0.7V 전압 인가 : Bias 전압은 1.5V전압을 전압분배를 하여 0.7V를 만든 후, 항상 공급되어야 하기 때문에 Buffer를 사용. 전류측정 : I-V converter를 사용. 3. Chemical Biosensor 6) O2 Saturation 혈중 산소포화도(=Pulse oximetry) Sa O2= HbO 2 *100 (%) Hb 측정방법 1. Invasive method 2.Noninvasive method 혈액샘플 pulse oximetry , 광센서(귓볼,손) 3. Chemical Biosensor 6) O2 Saturation 동맥(artery) : 심장 박동에 의해 밀려나온 혈액을 온몸으로 보내는 혈관 . 산화 Hb (O2 풍족)가 있어 선분홍색이다. 정맥(vein) : 몸의 각 부분에서 혈액을 모아 심장으로 보내는 혈관. O2를 잃어버린 Hb가 있어 검붉은색이다. 3. Chemical Biosensor 7) 빛의 성질 E h* c f c 파장의 길이 = (광속)/ (주파수) 에너지 = 플랑크 상수 * (광속/파장의 길이)