Medical Instrumentation 5 2005200602 1 2006200416 2006200418 2009103854

Medical Instrumentation 5조 : 2005200602 서만환 (1등) 2006200416 백진우 2006200418 안성수 2009103854 손지현 2009103856 신보미 제출일: 2011. 3. 22

General Instrumentation System 5개의 감각 중 주로 시각, 청각, 촉각으로 출 력 측정대상 (Measurand) 신호처리( Signal processing) 센서(Sensor) 출력(Output) 전기신호 (전압, 전류, 전하, 자장) 부가장치 -Power supply -Control -Communication -Storage -User interface → 모든 계측 기기는 위의 과정을 따름

측정대상(Measurand) Concept Physical quantity, property, or condition that the system measures Accessibility internal (인체 내부) – invasive (침습적), 접근 성이 낮다. surface(인체표면), emanation from the body(방사에너지), tissue sample(추출한 조직) – noninvasive(비침습적), 접근 성이 좋다. • 종류: biopotential, pressure, flow, dimensions, displacement, impedance, temperature, and chemical concentration

Unit (단위) - Stroke volume(S·V, 박출량) : [cc], [liter] - H·R(Heart Rate) : BPM(beat per minute)=/min - Cardiac output(C·O, 심박출 량) : S·V × H·R [l/min] - Pressure(압력) : F/s [N/m 2 = Pa] - Blood Flow : m 3/min

신호처리(Signal Processing) & 출력 (outputdisplay) & 보조요소(Auxiliary Elements) 신호처리 Analog signal processing Digital signal processing Amplification(증폭), filtering(noise 제거), impedance matching, A/D conversion, DSP, etc. 출력 Visual sense (시각), Auditory sense (청각), Tactile sense (촉각) 보조요소 Power supply, Communication, User interface

Operating Modes 직접 – 간접 방식 (Direct-Indirect Modes) indirect mode( Not accessible ) - cardiac output(심박출량) - X-ray를 이용한 인체 내부 구조의 영상화 - pulmonary volumes(폐활량) 표본화 – 연속 방식 (Sampling and Continuous Modes) - 측정대상의 주파수 성분 : temperature(sampling), ECG(continuous) - 계측의 목적 - 환자의 상태

표본화 – 연속 방식 (Sampling and Continuous Modes) 연속 – 불연속 - 장점 Analog Signal : 정보량이 많다. Digital Signal : noise가 적어 정보처리 에 용이하다. 연속 : t t ∈ R(모든 실수) x축 Y축 연속 연속 Analog Signal 불연속 Continuoustime Signal 불연속 Discrete – time Signal Digital Signal

☞ Analog Signal ☞ Discrete-time Signal V(t) t ☞ Continuous-time Signal V(t) t t ☞ Digital Signal V(t) t 원래 값보다 약간 밑의 값

Sampling(샘플추출) Sampling : 시간 축에서 digital로 바꾸는 과정 Quantigation : 크기 축에서 digital로 바꾸는 과정 V(t) Ts : Sampling interval [s] fs = 1/Ts : Sampling frequency [1/s] = [Hz] t 1초 Ex) Ts = 0. 01 s = 10 ms fs = 100 → 1초에 100번 100개 시간에 대한 크기의 변화가 작다 → 샘플링수가 적어도 된다.

정현파 ( Sine wave ) V(t) = A·sin(2π/T·t) = A·sin(2πft) = A·sinωt V(t) A T(주기) t f = 1/T [Hz] ω = 2πf : Angular frequency (각 주파수)

Fourier Transform Fourier transform을 이용하여 Vi(t) 를 Vi(w)로 변환한다 Fourier transform 공식 Fourier transform Time domain representation v(t) frequency domain representation v(w)

Frequency Spectrum Band width(대역폭 ) (dc component) x축이 0 일때 전압이 값을 갖는 다. 최대 주파수가 정해져 있으 므로 Band. Limited Signal 이다

SNR (Signal-to-Noise Ratio) : 신호 대 잡음 비 Analog Signal 입력 ADC Input Signal Output Signal Vo Vi DRi Ri & △i ni Amplifie r no 에 의해 결정 Input Noise Output Noise DRo Ro & △o 에 의해 결정 신호의 크기 SNR = 잡음의 크기 ( 신호의 크기가 정해져 있으므로 SNR을 줄이기 위해 잡음의 크기를 줄여야한다. ) SNRi ≥ DRi SNRo ≥ DRo

신호의 실효치 (rms : Root Mean Square)

정현파 신호의 경 우, Signal Averaging

* DC 측정의 예 m(t) + n(t) 0 SNR * 정현파 측정의 예 Systematic artifact