생체계측 1 우 응 제 교수님 화요일, 목요일 10:30~11:45 전자정보대학 227호 - 7조 -

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1 생체계측 1 우 응 제 교수님 화요일, 목요일 10:30~11:45 전자정보대학 227호 - 7조 -
조영선( 등) 정다운( 등) 홍윤호( 등) 이건우( 등) 정진웅( 등)

2 공학자(기술자 또는 Engineer)란 무엇인가?
경제적 가치를 가지는 유형/무형 제품 및 서비스 고안 설계 및 제작 검증 생산, 유통 과정 사회에 공헌, 개인적 보상

3 일반적인 계측 시스템 ( Generalized Instrumentation System )
측정대상 (measurand) 자연, 인공물 사회, 인간 센서 (sensor) 신호처리 (signal processing) 출력 (output) 처리할 수 있는 형태의 전기 신호 전압, 전류 (간혹 전파, 자장) the five senses중 대개 시각(visual sense), 청각(auditory sense) 촉각(tactile sense) 으로 출력 Ex) 디지털 카메라 : 풍경(빛) => CCD(charge-coupled Device : 빛을 전화로 변환) => 화면 출력 * 모든 계측 기기들은 위의 과정을 따른다.

4 의용 계측 시스템 ( Medical Instrumentation System )
출력(Output) Key pad &Mouse Storage Amplification, filtering, impedance matching, A/D conversion, DSP, etc. Communication 일반 계측 시스템과 의용 계측 시스템의 차이점 : 신호의 근원(Measurand)이 살아 있는 생물로 부터 나오는 조직(tissue) 이나 에너지이다.

5 1. 측정대상 (Measurand) Invasive Noninvasive 목표
Physical quantity, property, or condition that the system measures 접근성: internal, body surface, emanation from the body, or tissue sample 인체내부 접근성이 낮다. 침습적(Usually Invasive) internal 인체표면, 방사에너지, 추출한 조직 접근성이 좋다. 비침습적(Noninvasive) body surface, emanation from the body, or tissue sample 침습적(invasive)인 문제 :인체 표면을 대상(ex. EEG)으로 할 때는 쉽고 몸에 상처 없이 측정할 수 있지만 Biopsy 같이 샘플을 필요로 하는 측정에는 추출에 다소 어려움이 따르고 위험할 수 있다 Invasive Noninvasive 목표 종류: biopotential, pressure, flow, dimensions, displacement, impedance, temperature, and chemical concentration

6 CO= SV * HR Measurand 종류(1)- flow를 이용 Cardiac Output (CO)
☞사람의 심장, 즉 심실에서 1분 동안 방출하는 혈액의 양. unit : liter/min (m3/s)  flow velocity (유속)의 개념 ex) 5 liter/min : 일분 동안 5리터의 혈액이 좌심실에서 대동맥으로 나간다. Stroke volume (SV) ☞ 좌심실 한번 수축 시 좌심실에서 대동맥으로 나오는 혈액의 양 unit : cc, liter  volume의 개념 Heart rate (HR) ☞심장이 혈액을 전신에 보낼 때에 고동치는 속도 unit : beats per minute 횟수(몇 번)의 개념 CO= SV * HR

7 Measurand 종류(2)- Dimension을 이용
MRI, X-ray등 영상신호를 이용하여 크기, 무게 등을 통해 측정하는 방법

8 2. 센서(Sensor) Transducer (sensor) is a device that converts one form of energy to another (electric) : 물리·화학적인 측정량을 전기적 출력으로 변환하는 장치 센서의 조건 Specific – 측정하고자 하는 에너지에만 반응하고 그 외 에너지에 대해서는 반응하지 않아야 한다. (그러나 실제로 100% Specific 인 것은 없다) Minimization of the extracted energy -측정의 과정은 측정대상의 교란을 포함한다- i 전압증폭기 센서 Ex.1-심전도 * 측정 시 전류(i)를 최소화 해야 한다. (측정대상의 변화를 최대한 적게 만들어야 정확하게 측정할 수 있다.) → Ri를 크게 해야 한다.

9 2. 센서(Sensor) Ex.2- Thermistor 경우2) 경우1) 측정 대상 49.5도 50도
- 경우1) 50 ℃의 물체에 20℃의 Thermistor 를 갖다 대자 말자 열전도 현상 (thermal conduction) 일어나 50℃의 물체  약 49.5℃로 온도 감소 20℃의 서미스터  약 49.5℃로 온도 증가 ☞ 측정 대상의 온도가 변해버림 - 경우2) 같은 온도 조건에서 만약 더 큰 Thermistor 를 사용하면 역시 열전도 현상에 의해 50℃의 물체  약 22℃로 온도 감소 20℃의 서미스터  약 22℃로 온도 증가 ☞ 측정 대상의 온도 변화가 더 커지면서 오차도 증가 * 따라서 센서는 측정과정에서 측정대상으로부터 에너지를 흡수하는데 그 과정에서 소모되는 에너지를 최소화해야 오차를 줄일 수 있다. 측정 대상 50도 49.5도 센서 경우2) 경우1) 50도 22도 센서 센서

10 2. 센서(Sensor) Minimally invasive
Thermistor에 관해서(참고자료) - 저항성 온도센서, thermally sensitive resistor의 합성어로서, 온도 변화에 대해서 저항값이 민감하게 변하는 저항기를 말한다. 온도의 변화를 감지 하여 그 변화에 따라 저항값이 변함에 따라 전류의 양이 변화하고 주변회로를 통해 변화하는 전압값이 출력된다. - Thermistor는 온도에 의해 저항이 변하는 양상에 따라 아래의 3가지로 나뉜다. NTC (negative temperature coefficient thermistor) : 온도가 높아지면 저항값이 감소 PTC (positive temperature coefficient thermistor) : 온도가 높아지면 저항값이 증가 CTR (critical temperature resistor) : 특정 온도에서 저항값이 급격히 변화 Minimally invasive : 최소한으로 침습적인, 거의 noninvasive(비침습적)인 것이 좋다. 센서의 구성 Primary sensing element : Sometimes the sensitivity of the sensor can be adjusted over a wide range by altering the primary sensing element. variable conversion element : variable conversion elements need external electric power to obtain a sensor output.

11 감사합니다