Medical Instrumentation

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1 Medical Instrumentation
5조 : 백진우 (1등) 손지현 서만환 신보미 제출일:

2 - Nerve Cell : Neuron Axon은 Neuron에 따라 없는 것도 있고 짧은 것도 있고 길이가 m 에 이르기도 함. Pulse 형태의 Action Potential(신호) 전달하는 역할

3 - Synapse 1개의 Neuron에 평균 개의 Synapse 구성
Pre-synapse Neurons의 Pre-synapse Potentials 의 합이 문턱치를 초과하면 새로운 Action Potential 발생

4 - Input의 경우 (Sensory nerve)
< Sensory Nerve Cell > 전압신호전달 전압발생 외부자극 (화학성분 소리 빛) 외부자극으로 인해 Sensory Nerve Cell 에서 전압이 발생하고 그 신호가 뉴런을 통해 신호가 전달이 된다.

5 Cochlear Retina Cochlear 에서 주파수 스펙트럼을 만들어 주파수 별로 Action potential
을 발생시킨다. 빛이 들어오면 망막으로 모여서 가시광선대역 전압을 Optic nerve로 보낸다.

6 Spinal cord 가 잘렸을 때 뇌는 받을수 있는 정보(시각 온도 촉감 청각..etc)가 없다
Brain DATA Spinal cord Sensor Spinal cord 가 잘렸을 때 뇌는 받을수 있는 정보(시각 온도 촉감 청각..etc)가 없다 DATA를 진실이 아닌 물리적으로 정보를 입력 가능 센서의 전압을 ADC하고 저장해서 Spinal cord에 연결

7 -Output의 경우 (Motor Nerve)
전압신호전달 뇌(중추신경계)  (운동)뉴런  근육

8 - Membrane : 막 K+ Cl- Na+ Cl- Extracellular Fluid Intracellular Fluid
: 세포막외부 세포 Cl- Na+ K+ Na+ Intracellular Fluid : 세포막내부 K+ Cl- 단백질(Protein) 6.8nm 인지질 (Phospholipid) Inside Outside · 세포 내부 : K+ 多 , Na+ 少 · 세포 외부 : K+ 小 , Na+ 多 · 세포 내부와 외부의 같은 정도의 Cl- 때문에 전기적으로 중성

9 - 세포에서 이온의 이동 Cl- Na+ ATP : 미토콘드리아에서 심장이 박동하여 Na+ - K+ Pump 세포
( ATP  ADP + E ) Na+ 선택적 이온 투과 특성을 갖는 Membrane : 이온을 이동시키는 화학적 에너지 ( Na+ - K+ Pump 작동 ) ATP : 미토콘드리아에서 심장이 박동하여 생긴 산소 + 포도당을 이용해 생성 ATP  ADP 화학반응에서 에너지발생 E를 이용해 확산을 이기며 Na+, K+ 이동 농도 차에 의한 K+ 확산 Resting 상태 ( 휴지기 ) 세포막이 이온을 선택적으로 이동(에너지 소비하여 Na+는 밖으로, K+는 안으로) K+ : 세포막을 통해 농도차에 의해 밖으로 확산 Na+ : 확산이 거의 일어나지 않음 Cl- : 세포 안, 밖의 차이 없어 이동하지 않음 이온이 불균등하게 분포하여 Membrane 바깥쪽은 양전하(+), 안쪽은 음전하(-) : 막 전위 약 -60 ~ -90mV

10 - 막 전위 변화 Resting Potential : 휴지전위 Depolarization : 탈분극 Repolarization : 재분극 VRmp -60mV Hyperpolarization : 과분극 Action Potential : 활동전위 전위(mv) +35mV · Depolarization(탈분극) : 자극을 받아 Na+ Channel 열리고, K+ Channel 닫힌다.  Na+가 세포 안으로 다량 유입되어 전위(V) 값 상승 · Action Potential(활동전위) : Na+ Channel은 열려있고, K+ Channel은 닫혀있는 상태  세포 내부가 상대적으로 (+)전위  약 +30 ~ 40 mV · Repolarization(재분극) : Na+ Channel이 닫히고, K+ Channel이 열리기 시작  K+의 유출로 전위 값 감소하여 분극 상태로 회복 · Hyperpolarization(과분극) : 분극 상태가 지나치게 심한 것  재분극 과정에서 분극 때보다 전위차가 커지는 상태

11 RMP(Resting Membrane Potental)
Diffusion Coulomb Force 세포막 안에는 K가 많고 세포막 밖에는 K 가 적다. Diffusion하고 Coulomb Force가 같아 Equilibrium 될 때 Resting상태 Resting 상태에서 세포막 안의 전압은 아래와 그래프 와 같다.

12 E Field 내에서 이온 이동 (coulomb force에 의한 이동 이동)
+ 전하는 전압이 낮은 쪽으로 - 전하는 전압이 높은 쪽으로 이동 E 는 전압의 기울기 즉, 전압의 올라가는 방향의 반대 방향이다.

13 10V 0V (V는 x만 의존하므로 ) 이 안에Source Charge가 없기 때문에

14 Drift Velocity -용액 안에서는 E Field 생길 때 점도등으로 전하의 이동을 하는 도중에 분자에 부딫치고 충돌에 의한 열에너지로 방출되서 속도가 계속 증가 되지 못하고 평균속도를 가지게 된다. + - -도체에서는 +원자들은 움직이지 못하고 열에 의한 바이브레이션만 가능하다. E Field가 생기면 자유전자는 반대 방향으로 이동하면서 (F=qe=ma) 힘을 받아 가속도 운동을 하는데 원자들에 부딫치면서 충돌에 의한 가속도가를 가지지 못하고 평균속도를 가지게 된다. -도체(구리)에선 온도가 낮으면 바이브레이션이 적어 충돌이 적어져 Vac는 빨라지고 저항은 작아진다. -용액에서는 온도가 올라가면 점도가 줄어들고 이온의 Activity가 늘어나서 Vac가 빨라지고 저항은 작아진다.

15 Flow Density A 부피 [ ] 농도 [s] mole/liter 아보가드로수
부피 [ ] 농도 단위 시간당 단면 A를 지나는 단위면적당 이온의 개수 [s] mole/liter 아보가드로수

16 Diffusion에 의한 이온의 이동 - [s] + -이온의 극성과 상관없이 농도가 높은 곳에서 낮은 곳으로 이동
x [s] + - Diffusion에 의한 이온의 이동 -이온의 극성과 상관없이 농도가 높은 곳에서 낮은 곳으로 이동 -농도가 가장 빠르게 줄어드는 방향으로 확산이 일어난다. Diffusion Constant (확산 상수) ⇒ Mobility와 Diffusion Constant 사이의 관계 T : 절대온도 B : Boltzmann Constant Mobility

17 전체 양전하 이동 량 ⇒ : Faraday Constant : 이상기체 상수

18 RM(Resting Membrane) ⇒ ⇒ ⇒ ⇒ in out [s]in > [s]out 이니 VRMP ≒ -60mV
d + - Electric field Diffusion ⇒ ⇒ K+ 농도 바깥쪽 전압 안쪽 전압 ⇒ ⇒ = 0 [s]in > [s]out 이니 음수가 되어 VRMP ≒ -60mV

19 - Action Potential 측정 - + t Microelectrode IA 세포 Vo VRMP
기준전극 Vo VRMP 세포막을 뚫고 들어가는 순간 (-)가 된다.

20 막 전위가 VT까지 올라가면 Na+ Channel이 열려 세포 내로 유입 Vin이 (-)  (+)
Permeability Vm : membrane potential Depolarization : 탈분극 Repolarization : 재분극 막 전위가 VT까지 올라가면 Na+ Channel이 열려 세포 내로 유입 Vin이 (-)  (+) Membrane 전압이 (+)가 되면 안에 있는 (+) 이온이 다시 밖으로 유출 막 전위 Action Potential VT VRMP Hyperpolarization : 과분극 Stimulus 자극 인가되면 자극에 의해 막 전위 상승

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V V V V V5 V1 V2 V3 V4 V5 이온방향으로 전류가 흐른다 Axon을 타고 Action Potential이 점점 이동하는 것처럼 보인다. 한 지점에서 Action Potential 만들고 나면 그 지점이 바로 옆을 자극하여 Action Potential이 만들어진다.

22 Thanks for your attention!