Medical Instrument Team Project Presentation Medical Instrument Team Project Professor. 우응제 Team.7 1등 전현재 남형규 송정용 이혜수 조성준

ECG Measurement System 입력에서 구리선 3개를 뽑아냄 ECG Amplifier ADC uP Display (Analog) (Digital) 전극 “ ionic” Current “ electronic” Current 변환이 일어나는 곳이 전극 ! 도체부착

Equivalent circuit Model Cd1 전극이 붙는 자리 (전극을 피부에 붙이면 DC 전압이 발생 ) Rb1 Rs1 Ec1 Rd1 전극의 재질,크기, 모양에 따라 다르다. Cd2 Rb2 Rs2 Ec2 Rd2 Cd3 Rb3 Rs3 Ec3 Rd3 0V 5mV 심장에서 만들어지는 전압

Stage 1. buffer 차등증폭기를 바로 연결하면 loading effect가 발생하므로 buffer를 우선! Rin 크게 하기 위해 사용 + Vin - - V1 + Amplifier 입력전압

심장에서 만들어지는 전압 Vin = Vecg + Vc = Vp – Vn (Vc 는 En1과 En2의 차) 5mv -5mv Vin = Vecg + Vc = Vp – Vn (Vc 는 En1과 En2의 차) Contact Potential 접촉전압(피부.전극 사이) ~±300mV까지 생길수 있음 0.05~100hz V1 Vin = Vecg + Vc ↕5v If, 1+2R2/R1=1000 ↕5mv 300mv Saturation 되어 출력 x 300v 전극을 붙이고 움직이면 Vc가 변한다.

Stage 2. 차등증폭기 buffer 연결 후, 증폭을 위해 차등증폭기를 달아준다. R1=1K, R2=7K, R3=R4로 설정 V2 15배 증폭! Vin = Vecg + Vc V2 (5v 아래에 있다.) ↕5mv ↕75mv 4.5v 300mv

DC 성분을 없애고 더 증폭 시키기 위해 high pass filter를 사용한다! Stage 3. High pass filter DC 성분을 없애고 더 증폭 시키기 위해 high pass filter를 사용한다! V2 V3 미지수 임의로 지정 (R5=3.3M, C1=1uF) V3 증폭하여야 한다! Signal이 0.05에서 시작 ↕75mv

High pass filter 연결 후, 비반전 Low pass filter를 연결한다. Stage 4. Low pass filter High pass filter 연결 후, 비반전 Low pass filter를 연결한다. R8=1K, R9=69K로 설정 V4 70배 증폭! V4 5.25v

Result 차단 주파수 0.05Hz (high pass) ~ 100Hz (low pass) 범위에서 ECG를 입력 받아 Stage 1~4를 거친 결과를 알아보자! 심장에서 만들어진 전압 최종출력전압 V4 0V 5mV 5.25v 차단 주파수 0.05Hz (high pass) ~ 100Hz (low pass) 범위에서 1000배 이상 증폭된 출력신호를 얻을 수 있다.

전극을 만드는 기본적인 구조 - + C e- I Na+ Cl- 음극 (cathode) 양극 (anode)

Case 1. pt electrode K L M 2 8 1 원래는 18개의 전자가 다 있어야지 stable 한 상태가 되는데 Na 은 최외각에 전자가 1개 밖에 없어서 7 되는데 Cl 은 최외각에 전자가 7개 밖에 없어서

Case 1. pt electrode pt - + I -Q +Q Charge double layer = CDL E

Case 1. pt electrode i) E < 2[v], I = 0 (외부) Eext -> Na과 Cl 이동(용액) 전자 이동(도체,도선) -> Charge double layer -> No chemical reaction -> 내부 Eint -> 전계상쇄 -> I = 0 ii) E > 2[v], I > 0 음극 양극 용액 내 이동 Pt전극<-전원<-양극 Pt전극->전원->음극

Case 1. pt electrode 요약 - pt 전극은 변하지 않음!!! - CDL을 통과하는 전하가 적음!!! -> Capacitor - 교류 인가 시에는 용액에서 Na과 Cl이 이동 CDL의 극성이 변화!!! - 분극 전극(polarization electrode)!!!

Case 1. pt electrode 전극 – 전해질 경계의 등가회로 (=2v for pt) Ehc : Half-cell Potential(HCP)

Case 2. Ag/AgCl electrode - + I Charge double layer = CDL E AgCl

Case 2. Ag/AgCl electrode If) E > 0.1[v], I > 0 음극 양극 용액을 통해서 이동 음극<-전원(전선)<-양극 양극->전원(전선)->음극 Ag 증가 AgCl 감소 Ag 감소 AgCl 증가

Case 2. Ag/AgCl electrode - CDL을 통해서 Charge가 이동. - 교류의 경우에는 양극/음극 역할 변경. - 비분극형 전극(Non-polarization electrode)

Case 2. Ag/AgCl electrode Non-polarization electrode

병리학의 분류 Anatomical Pathology(해부병리) 인체의 각 장기의 형태학. 장기나 세포, 조직을 육안으로 보거나, 현미경으로 본 후 장기의 현재 상태, 질병 상태를 진단 Clinical Pathology(임상병리) 임상병리사는 의사의 지시에 따라 질병의 예방이나 진단, 치료를 돕기 위해 병원에서 환자들의 혈액, 소변, 체액, 조직 등을 이용하여 각종 의학적 검사를 수행하고 분석한다

진단기구의 분류 Centralization Point of care 장점 한 번에 수십 개에서 수백 개의 샘플을 비교 검사 당 단가가 비교적 저렴 진료가 이루어지는 곳에서 혈액 분석 단시간에 결과를 확인 가능(응급실) 단점 초기 설치비용 비쌈 샘플을 모으는데 많은 시간소 요 단시간에 검사 결과를 확인해 야하는 응급실에는 부적합 환자 진료와 동시에 POC설치 위해서 는 공간을 차지 (의료 장소가 커지면서 POC 분야 확대)

Critical-care analytes Blood Gases and Related Parameters Electrolytes Metabolites PO2 Na+ Glucose PCO2 K+ Lactate pH C2+ Creatinine Hematocrit Cl- Urea Totla Hemogrobin SaO2(O2-saturation) 호흡관련 질병 산도,수소원소의 양

pH 측정 V HCl 용액 H+Responsive glass membrane Reference Electrode Sample

Pco2 측정

PO2 측정 i Ag/AgCl 전극 +0.7V- Sample A 전류측정 Sample O2 Membrane Glass coated Pt전극 Cathode Anode

PO2 측정 플래티늄 전극 부근 화학반응 일어나지 않음 물의 전기분해 AgCl 전극 부근 화학반응 일어남 AgCl 생성

산소포화도와 전기적특성의 관계

[참고] Bias Voltage는 어떻게? Buffer의 역할 Voltage Regulator Loading effect 제거 신호의 전달 지연 증폭(gain)은 없음 버퍼 Voltage Regulator

[참고] Current는 어떻게? 계측용 증폭기(IA)이용 V-I Converter이용

SaO2(O2-saturation)혈중 산소 포화도 Pulse eximetry - 총 헤모글로빈과 산화 헤모글로빈의 비율

2가지 측정법 Invasive method 혈액 Sample을 이용한 측정 Non-invasive method Pulse oximetry(맥박산소계측)방법 광센서를 이용한 방법

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