생체계측 강의록 Medical instrucmentation#3

1. 생체계측 강의록Medical instrucmentation#3 2010103821 생체의공학과 최준민 제출일 2014.04.01(화)

2. Dynamic Characteristics • Dynamic Characteristics : 동적인 특성 H y(t) x(t)

3. Dynamic Characteristics Laplace transform Algebraic Equation Differential Equation Inverse Laplace transform Response in time Domain Response in S-domain

4. Dynamic Characteristics • Laplace Transform’s example t t t Laplace Laplace Laplace

5. Dynamic Characteristics

6. Dynamic Characteristics

7. Dynamic Characteristics

8. Dynamic Characteristics ①0차 기기 = y(t) 입력과 출력사이의모양 차이X 크기만 달라져! 0차기기 : 출력 = 입력의 상수배 주파수와 관계X (1-k)R kR Vo = x(t) 감쇄기 입력 : x(t) 입력 : x(t) k 출력 : y(t) 출력 : y(t)

9. Dynamic Characteristics • Step Response : transient (과도현상) : 전원을 넣자마자의 상태 • Frequency Response : Steady state → transient 사라짐 전원을 넣고 시간이 오래 지났을 때의 상태 ②1차기기 0차기기 일때에는 입력이 들어가면 바로 출력 1차기기 일 때는 출력이 expotential하게 입력을 따라가는 현상이 나타남 →Transient 현상

10. Dynamic Characteristics • 1차의 경우 : 출력이 입력의 주파수에 따라서 크기가 달라진다. → 주파수 함수를 frequency Response로 표현 → 주파수에 따라서 전달함수를 표현

11. Dynamic Characteristics • 예를 들어 100Hz가 들어오면 다음 수 만큼 출력이 달라진다. log w 0.707 -45° -90° log w 주파수↑ → 출력↓, 주파수↓

12. Distortionless Measurement • 일반적으로 입력이 step 함수 → 출력 step 함수를 원한다. 즉, 왜곡이 없는 함수 → 이상적인 0차기기 H y(t) x(t) Delay time 같은 경우 → A배만큼 커지고 모양이 같다

13. Distortionless Measurement 2 1 1 t t t 2A A A t0 t0 t0 t t t

14. Distortionless Measurement 예)진폭 특성에 의한 왜곡 입력과 모양 다른 왜곡 생김 2 1 1 t t t 3A 2A A A t0 t0 t0 t t t -A

15. Distortionless Measurement • 예)위상 특성에 의한 왜곡 2 1 1 t t t 2A A A t0 2t0 t0 t t t

16. Distortionless Measurement 모든 주파수에 대해 선형적으로 일정 기울기= -tD로 일정

17. Distortionless Measurement 예1) 예2) 신호원의 대역폭 10Hz ~ 100Hz, 무왜곡측정을 위한 주파수 전달함수그려라 Magnitude response는 flat 하며 통과시간이 같아야 무 왜곡! 10Hz~ 100Hz 사이에서 일정 → Flat한 Magnitude response 100Hz 10Hz w 위상지연 위상지연 w 10Hz 100Hz Phase response 는 –tD로 일정하며 위상지연은 주파수가 커짐에 따라 비례하여 커지기 때문에 다음과 같은 그래프를 보인다.

18. Bio Potential (생체전위) 수십 μm 두께 : 수 μm 최대 1m 1) 신경 감각신경 : Dendrite 쪽에 Sensor가 달려있다. 적절한 센서를 통해 외부의 자극들이 신경으로 들어와 뇌로 전달 -> 감각을 느낌 2)신경 운동신경 : 운동중추 끝에 근육이 존재해 그 자극으로 움직인다.

19. Bio Potential Na+ 전해질로 채워진 세포 내외부 Na+ K+ intracellular fluid Cl- Cl- K+ 펌프 세포 내부의 농도차이 →Diffustion발생 ( 골고루 퍼지려고 함) *확산이 일어나는데도 세포 내 외 농도차가 생겨? →세포의 Pump로 인해서 Na+ Extracellular fluid Na+ 3개당 : K+ 1 개의 비율로 펌프

20. Bio Potential ① Cell Neuron Vo ② 세포막 안쪽 : -60mV 여기서 ground 는 extra cellular fluid 에 연결 ①은 extra celluer fluid 영역 이므로 전위차가 생기지 않는다. (ground = extra cellular fluid) t1 -60mV Resting Membrane Potential

21. Bio Potential ① 막이 Insulating Membrane 일 때 이온들이 이동하지 못한다. → i = 0, V = 0 V Insulating Membrane Na+ Na+ Cl- Cl- ② 막이 Permeable Membrane 일 때 1% NaCl 0.1% NaCl V Permeable Membrane : to both Na+, Cl- Na+이온과 Cl-이온모두 움직 일 수 있기 때문에 → i = 0, V = 0 Diffusion은 농도차에 비례하는데 Na+ 가 이동하면 Diffusion으로 인해 Cl- 도 이동하므로 → Net Charge X Na+ Na+ Cl- Cl- 1% NaCl 0.1% NaCl

22. Bio Potential ③ 막이 Semi Premeable Membrane 일 때 V Semi Permeable Membrane : to Na+ 농도차에 의한 확산으로 +차지가 왼쪽으로 이동 (Diffusion) Na+ Diffusion Na+ Cl- + Vrmp - Cl- Diffusion 1% NaCl 0.1% NaCl - - + + - + + + + + + - - + - - - - + + - - + - Electric Field Na+ 의 이동으로 인해 왼쪽이 + 오른쪽이 –가 되면서 Electric field 생긴다.

23. Bio Potential 1)막이 Semi Permeable membrane to Na+ 일 때 현상은 다음과 같다. Diffusion 으로 인해 Na+가 오른쪽으로 이동한다. 2)Diffusion 으로 인해 Electric field가 생겨 왼쪽에서 오른쪽으로 가려는 Coulomb Force가 생긴다. 3)Diffusion의 힘이 초기에 Coulomb force 보다 강하기 때문에 위 과정을 두개의 힘이 같아 질때 까지 반복한다→ 전위차 ↑ 그로 인해 Vrpm이 생성된다.