본문내용
1. ECG(Electrocardiography) 개요
1.1. ECG의 정의 및 원리
ECG(Electrocardiography)란 사람의 심장활동에 의해 국소적으로 발생하는 전기변화를 기록한 것이다. 심장 근육의 탈분극과 재분극 과정에서 발생한 전기적 신호가 체내 조직을 통해 체표면에 도달하게 되고, 이를 측정하여 기록한 것이 심전도(ECG)이다.
일반적으로 사람의 심장활동을 측정하기 위해 체표면의 특정 부위에 전극을 부착하여 전위차를 유도하고 기록한다. 양손에서 유도된 제1도출(I), 오른손-왼발에서 유도된 제2도출(II), 왼손-왼발에서 유도된 제3도출(III)이 주된 도출법이지만, 단극유도 등의 새로운 도출방법도 시도되고 있다. 이렇게 측정된 신호를 기록하는 장치를 심장[곡선]기록장치라고 한다.
인체심전도의 전형적인 파형에서 P는 심방의 활동, QRS군은 심실의 탈분극, T파는 심실의 재분극에 기초한다. 이러한 ECG 파형은 개인차가 있지만 파형 이상이 심질환 진단에 이용된다. 또한 동물실험에서도 심장의 해부학적 특성에 따라 유사한 전기기록도를 얻을 수 있다.
1.2. ECG의 특징점과 활용
ECG의 특징점과 활용은 다음과 같다.
인체심전도의 전형적인 형에서 P는 심방의 활동, QRST는 심실의 활동에 기초한다. 개인차가 있지만 파형 이상이 심질환 진단에 이용된다. 적출한 동물심장의 심첨부와 심저부에서 그림과 유사한 전기기록도를 얻을 수 있다. 사람 이외의 동물에서는 일반적으로 심장의 해부학적 축과 신체장 축이 인체와 다르기 때문에 심전도를 비교하기 위해서는 전위를 도출한 부위의 차이에 주의해야 한다. 연체동물 등의 근원성 심장심전도는 수축개시 때에 일어나는 빠른 이상성파와 수축 중에 계속되는 느린 단상성파로 이루어진다. 또한 검미류, 갑각류 등의 신경원성 심장의 심전도에서는 진동파를 볼 수 있는데 진동은 박동원 신경절세포의 각방전에 대응한다.
2. ECG 회로 설계
2.1. ECG 회로도 분석
ECG 회로도 분석은 다음과 같다.
현재 사용하고 있는 ECG 회로도의 각 영역마다 어떠한 회로가 들어있고, 그 회로들이 어떤 역할을 하는지 살펴보면 다음과 같다.
TP1회로는 Right leg driver 회로이다. 하지만 실제로 TP1을 통해서 나오는 신호는 회로도를 거치지 않은 신호이기 때문에 들어오는 신호를 그대로 출력한다. 그러나 회로도를 보면 다리에서 들어온 신호가 LPF를 거쳐서 Instrumentation Amplifier에 적용이 된다. 회로도를 계산해보면 컷 주파수가 800Hz인 것을 알 수 있다.
TP2회로는 instrumentation amplifier 회로를 통과하게 된다. 이 회로는 약 21배로 증폭해준다. 실제 실험 결과 약 17배로 증폭된 것을 확인할 수 있었다.
TP3회로는 Notch필터로 구성되어 있다. 스위치를 ON시키면 60Hz를 걸러낸 신호가 출력되고, 스위치를 OFF시키면 반전된 파형이 출력된다.
TP4회로는 HPF로, 스위치를 통해 0.1Hz와 0.3Hz의 컷오프 주파수를 선택할 수 있다.
TP5회로는 반전 증폭회로로, 스위치를 통해 50배와 25배 증폭을 선택할 수 있다.
TP6회로는 LPF로, 스위치를 통해 79.6Hz와 31.84Hz의 컷오프 주파수를 선택할 수 있다.
TP7회로는 LPF와 HPF가 결합된 형태이면서 2배 증폭된 회로이다. HPF는 8Hz, LPF는 16Hz의 컷오프 주파수를 가진다.
TP8회로는 Pulse 신호를 출력하는 회로로, 심박수를 측정하고 LED를 통해 가시적으로 확인할 수 있다.
결과적으로 이 회로는 ECG 신호를 측정하고 증폭, 필터링하여 출력하는 역할을 한다.
2.2. 각 회로 구성 요소의 역할
TP1회로 구성 요소의 역할은 다음과 같다:
TP1회로는 Right leg driver 회로이다. 하지만 실제로는 TP1을 통해서 나오는 신호가 회로도를 거치지 않은 신호이기 때문에 들어오는 신호를 그대로 출력한다. 다리에서 들어온 신호가 LPF를 거쳐서 Instrumentation Amplifier에 적용이 된다. 회로도 계산 결과, LPF의 컷 주파수가 800Hz로 설계되어 800Hz 이상의 주파수가 입력으로 들어오면 전압이 차단되고, 800Hz...
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