Electrode & Biopotential Amp. ECG

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1 Electrode & Biopotential Amp. ECG
<MEDICAL INSTRUMENTATION> Electrode & Biopotential Amp. ECG ( 류문영, 박주원 , 마진영,) 4 TEAM

2 1. ECG 설계 * 1단계- 등가신호로 표현 0V 5mV 300mV 305mV

3 1. ECG 설계 * 2단계- 신호의 증폭 ⇒ BUFFER의 사용!
신호의 증폭을 위해 차동 증폭기를 바로 달아줄 경우 Loading Effect 발생하므로, ⇒ BUFFER의 사용!

4 1. ECG 설계 * 2단계- 신호의 증폭 i=0 300mV 305mV 입력 위 양단의 입력 전류 0이고, R1, R2에 흐르는 전류 i1이 모두 같음.

5 1. ECG 설계 * 2단계- 신호의 증폭(Non-inverting Amp.) 15배 증폭!
출력 *** Inverting Amp사용시 Loading Effect 발생하므로 Non-inverting amp. 를 쓴다!

6 1. ECG 설계 * 3단계 – High Pass Filter DC성분의 제거 필요! * 심전도 신호의 주파수 대역폭:
4.5V 4.575V 0V 0.075V DC성분의 제거 필요! * 심전도 신호의 주파수 대역폭: Band Width = 0.05Hz ~ 100Hz 전압이득 : 1 Cutoff Frequency:

7 1. ECG 설계 * 4단계 – Low Pass Filter 고주파 차단 & 증폭! 전압이득: 67
0V 0.075V 0V 5V 고주파 차단 & 증폭! 전압이득: 67 Cutoff Frequency: Inverting의 경우(일반적 LPF) Loading Effect발생 ⇒ Non-inverting 형태의 LPF사용!

8 1. ECG 설계 * 완성! 등가회로 ⇒ Buffer ⇒ Non-inverting Amp. ⇒ HPF ⇒ LPF
Loading Effect 방지 증폭(15배) 0.05Hz이하의 주파수 차단 100Hz 이상의 주파수 차단 및 증폭

9 2. Electrode Na+ Cl- Na Na+ + e- 최 외각 전자를 잃어버리려고 함 Cl- Cl + e-
K L M 17Cl 양극 음극 Na+ Cl- Na Na+ + e- 최 외각 전자를 잃어버리려고 함 Cl- Cl + e- 최 외각 전자를 얻으려고 함 전자의 흐름 전류의 흐름 ∴ 이온화 되기 쉽다

10 2. Electrode 1) Pt 전극 ⓐ E < 2[V] , I = 0 ⓑ E > 2[V] , I > 0
(외부) Eext → Na+ 와 Cl-이동 (용액) e- 이동 (도체,도선) → charge double layer→ No chemical reaction → (내부) Eint → 전계상태 → I = 0 Pt Pt+ Cl- Na+ e- Charge double Layer (CDL) E(external) E (internal) ⓑ E > 2[V] , I > 0 Pt 음극 양극 2H2O + 2e- H2↑ + 2OH- 4OH- + 4H+ → 4H20 용액에서 이동 2H2O → O2↑+ 4H+ + 4e- 요약 ⇒ Polarigable electrode ①Pt 전극은 변하지 않음 ②CDL를 통과하는 전하가 적음 Capacitor ③교류인가 시 용액에서 Na+와 Cl-가 이동해서 CDL의 극성이 변함

11 2. Electrode 전극 – 전해질 경계의 등가회로 Cd Ehc Rs Rd * Ehc = 2V (크다)
* Cd가 크고 Rd가 작다. * Rs는 용액의 농도에 따라 결정 농도↑ ⇒ Rs↓

12 2. Electrode 2) Ag/AgCl 전극 E > 0.1[V] , I > 0 Ag AgCl 음극 양극
Na+ AgCl Ag+ 음극 양극 AgCl → Ag+ + Cl- Ag+ + e- → Ag Ag → Ag+ + e- 용액에서 이동 Cl- + Ag+ → AgCl 요약 ①Ag/AgCl 전극변화 ②CDL를 통해 charge(Ag+,Cl-)가 이동 ③교류인가 시 양극/음극 역할이 변경

13 Ag/AgCl 전극은 Half cell potential 이 적기 때문에
2. Electrode 전극 – 전해질 경계의 등가회로 Cd↓ Rd↓ Rs Ehc↓ ⇒움직임에 의한 Noise가 비교적 적게 생김 ⇒Non-Polargable electrode Half cell potential Ag/AgCl 전극은 Half cell potential 이 적기 때문에 신체 움직임에 의한 Noise가 적어서 생체 신호 측정 전극에 적절!

14 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.

15 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.

16 3. Chemical Biosensor 3) pH 측정
왼쪽전극(reference electrode)은 sample용액에 들어있고, 오른쪽전극은 HCL용액에 들어있다. HCL용액을 가진 실험관은 H+-responsive glass membrane 으로 구성되어있다. HCL용액의 H+이온 농도를 아니깐, PH식에 의해 sample의 H+이온 농도를 알 수 있다. v

17 3. Chemical Biosensor 4) PCO2 측정 PH전극과 CO2막을 이용 막 오른쪽의 CO2가 상대적으로 많다면
왼쪽으로 diffusion 2. H+농도가 떨어진다. 3. PH가 낮아진다. PH=log[HCO3-]-log[K] -log[a]-log[pco2] sample CO2 V

18 3. Chemical Biosensor 5) PO2 측정 O2 막과 정전압 인가 전류측정 음극(Ag/AgCl) 양극(pt전극)
02가 많으면 화학반응이 많아져(Charge carrier의 생성이 많아짐) 같은 전압을 걸어줘도, 전류가 잘 흐른다. sample + - CO2 A

19 3. Chemical Biosensor 5) PO2 측정 0.7V 전압 인가 : Bias 전압은 1.5V전압을 전압분배를 하여
항상 공급되어야 하기 때문에 Buffer를 사용. 전류측정 : I-V converter를 사용.

20 3. Chemical Biosensor 6) O2 Saturation Sa O2=
혈중 산소포화도(=Pulse oximetry) Sa O2= 측정방법 1. Invasive method 혈액샘플 2.Noninvasive method pulse oximetry , 광센서(귓볼,손)

21 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.

22 3. Chemical Biosensor 7) 빛의 성질 파장의 길이 = (광속)/ (주파수)
파장의 길이 = (광속)/ (주파수) 에너지 = 플랑크 상수 * (광속/파장의 길이)

23 THANK YOU !