Biomedical instrumentation 3
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Biomedical Instrumentation 3 주차. 제출일 : 2014.03.30 2011103751 김소연. Index. Ⅰ. Dynamic Characteristics Ⅱ. Laplace Transform Ⅲ. Transfer Function ⅰ. 0 차 기기 ⅱ. 1 차 기기 Ⅳ. Distortionless Measurement Ⅴ. Chap4_Biopotential ⅰ. 신경과 세포 ⅱ . Resting Membrane Potential Ⅵ. 참고 사이트.

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Biomedical Instrumentation 3 주차

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Presentation Transcript


Biomedical instrumentation 3

Biomedical Instrumentation3주차

제출일 : 2014.03.30

2011103751 김소연


Index

Index

Ⅰ. Dynamic Characteristics

Ⅱ. Laplace Transform

Ⅲ. Transfer Function

ⅰ. 0차 기기

ⅱ. 1차 기기

Ⅳ. Distortionless Measurement

Ⅴ. Chap4_Biopotential

ⅰ. 신경과 세포

ⅱ. Resting Membrane Potential

Ⅵ. 참고 사이트


Dynamic characteristics

Ⅰ. Dynamic Characteristics

동 특성이란…?

  • 1) 소자또는 회로의 과도 상태와 관련된 여러 가지 특성

  • 스위치의 개폐시간, 스위칭 회로의 동작시간, 복구시간, 논리회로의 전파시간 등

  • 회로, 시스템 등의 실제 동작을 기술하는 특성

  • 임펄스 응답, 주파수 응답 등


Dynamic characteristics1

Ⅰ. Dynamic Characteristics

H

이 처럼 시스템 등의 실제 동작을 기술하는 특성

⇒ 동 특성(Dynamic Characteristics)


Laplace transform

Ⅱ. Laplace Transform

미분 방정식을 대수 방정식으로 변환하는 테크닉의 하나이다.

Laplace

Transform

Differential

Equation

Algebraic

Equation

Inverse Laplace

Transform

Response

in Time-Domain

Response

in S-Domain


Laplace transform1

Ⅱ. Laplace Transform

라플라스 변환 공식

[예]

1

1

0

0

0


Transfer function

Ⅲ. Transfer Function

전달함수란…?

선형 특성을 갖는 대상의 입력과 출력 사이의 관계를 나타내는 함수이다.

: 전달함수


Transfer function1

Ⅲ. Transfer Function

전달함수를 안다…?

a, b와 s가 몇 차인지 안다.

[예] 를 구하여라

0

+

-


Transfer function2

Ⅲ. Transfer Function

System의 Response…?

Step Response(=Transient Response)

  • 스위치를 on 했을 때 그 순간의 응답

  • Time-Domain으로 해석한다

Steady-state Frequency Response

  • 스위치를 on 한지 오래 지나서 시스템의 안정화된 응답

  • Transient 가 없어졌다고 보는 것

  • 여러 개의 주파수를 입력으로 하여 출력이 어떤지 본다


Transfer function 0

Ⅲ. Transfer Functionⅰ. 0차 기기

출력이 입력의 상수배가 되는 것

위치에 따라 선형적으로 전압이 분배

② 정현파입력

① 스텝입력

0

0

감쇄기. 입출력 모양차이 없다


Transfer function 1

Ⅲ. Transfer Functionⅱ. 1차 기기

서 를 대입

FrequencyTransfer Function

② 정현파입력

① 스텝입력

1

  • Magnitude Response

0.707

1

0

0

0

  • 출력이 바로 그 값을 따라갈 수 없다

  • Transient 현상 발생

-45

-9

  • Phase Response


Distortionless measurement

Ⅳ. Distortionless Measurement

왜곡 이란…?

  • 원 신호 파형의 찌그러짐

  • 신호의 진폭 및 위상 스펙트럼이 원신호 스펙트럼으로부터 변화를 겪는 것

  • 주로 제한 채널 및 주파수 간섭 원 등에 의해 많이 발생한다.

왜곡의 종류

  • 선형 왜곡

  • 입력 신호에 존재하는 주파수 성분 별로 저마다 다른 효과를 주어 야기되는 왜곡

  • - 진폭 왜곡, 위상왜곡이 있다.

  • 비선형 왜곡

  • 입력 신호에 존재하지 않는 주파수 성분에 의한 왜곡


Distortionless measurement1

Ⅳ. Distortionless Measurement

Steady-state 에서 왜곡이 없을 조건

①같은 크기 A배 만큼 증폭

②같은 시간 만큼 지연

1

0

H

0

  • 시간 지연은 근본적으로 피할 수 없다.

  • 같은 시간 만큼 지연 되면 출력으로 부터 입력을 유추할 수 있다.

0

0

-

-


Distortionless measurement2

Ⅳ. Distortionless Measurement

예) 진폭 특성에 의한 왜곡

A

3A

0

0

-A

0

Magnitude Distortion


Distortionless measurement3

Ⅳ. Distortionless Measurement

예) 위상 특성에 의한 왜곡 (시간 지연과 관련)

A

2A

0

0

-A

0

2

Phase Distortion


Distortionless measurement4

Ⅳ. Distortionless Measurement

무 왜곡 측정의 조건

  • 모든신호들이 같은 배수 만큼 증폭

  • 같은 시간 만큼 지연


Distortionless measurement5

Ⅳ. Distortionless Measurement

|)|

왜곡 없는 시스템

크기 : 변하지 않음

K

0

)

위상 : 주파수에 따라 증가

같은 시간 만큼 지연

같은 크기 A배 만큼 증폭

0

기울기=


Chap4 biopotential

Ⅴ. Chap4_Biopotentialⅰ. 신경과 세포

신경 세포

센서

Dendrites

Axon Terminal

Axon

수m

수십m

신경 세포 하나의 길이 ? Up to 1m


Chap4 biopotential1

Ⅴ. Chap4_Biopotentialⅰ. 신경과 세포

신경

  • 감각신경

  • 외부와신체의 여러 부위에서 일어나는 자극을 받아들이는데 관여하는 신경

  • 운동신경

  • 우리 몸의 내부와 외부 세계에서 일어나는 일에 대응하여 움직이는데 관여하는신경


Chap4 biopotential2

Ⅴ. Chap4_Biopotentialⅰ. 신경과 세포

신경

  • 감각신경

센서

소리

센서

헤어셀

전기자극

Rod

Con

전기자극

시신경

청신경

시각 중추

자극

뇌의

신경세포

뇌의

신경세포

들음

[보는 것]

[듣는 것]

  • 운동신경

신경

전기신호

뇌의

운동 중추

움직임

근육


Chap4 biopotential3

Ⅴ. Chap4_Biopotentialⅰ. 신경과 세포

전해질 용액

세포

Intracellular fluid

Extracellular fluid

: 농도 차를 거슬러서 동작

  • ATP를 공급해 주어야 한다

  • Cellular Respiration 을 통해 ATP 생성

: Krebs Cycle in Mitochondria

  • Glucose + → + + ATP


Chap4 biopotential4

Ⅴ. Chap4_Biopotentialⅰ. 신경과 세포

세포가하는 일

  • 세포는 산소를 이용해 Glucose 를 산화시킨다.

  • 그래서 이산화탄소와 물, 에너지를 만들어낸다.

  • 세포막 안과 밖의 이온 농도 차를 유지하는 역할을 한다.

  • 산소는 혈액이 공급해준다.

  • Cellular Respiration 후 생긴 이산화 탄소는 폐의 폐포로 전해져 산소로 Gas change가 되어 다시 산소를 공급하게 된다.


Chap4 biopotential resting membrane potential

Ⅴ. Chap4_Biopotentialⅱ. Resting Membrane Potential

: 두 점 사이의 전위차를 측정하기 위해 사용하는 Probe 같은 것

Microelectrode

1m

+

Amp

-

Cell Neuron

기준전극

에전극 삽입

: +이온과 –이온이 랜덤하게 섞여Charge neutrality 가되었기 때문

(이상적인 전극일 때) 0V

0

: 세포막 안쪽이 밖에 비해 60mV 정도 낮다. (기준:밖)

Resting Membrane Potential(RMP)

-60mV


Chap4 biopotential resting membrane potential1

Ⅴ. Chap4_Biopotentialⅱ. Resting Membrane Potential

④Semipermeable

Membrane(to )

③ Permeable Membrane

(to both and )

① 소금물

②Insulating Membrane

V

V

1%

V

V

0.1%

1%

0.1%

-

+

+

+

-

+

-

-

-

+

-

+

-

-

+

+

V=0

V≠0

V=0

V=0

Net charge flow가 없다

(+ 이온과 –이온이 같이 가기 때문)

이온의 이동이 없다

  • 전하 량을 가진 입자가 있고 이들이 이동해야 전류가 흐른다.

  • 전류가 흘러야 전압강하가 생긴다.

  • 그래서 세포막은 반투막이다!


Chap4 biopotential resting membrane potential2

Ⅴ. Chap4_Biopotentialⅱ. Resting Membrane Potential

세포막

Protein

수mm

Phospholipid

(인지질)

Ion channel

세포막 : 전기적으로 절연체(insulating)

(그래서 구멍을 뚫어 특정 ion만 통과)


Chap4 biopotential resting membrane potential3

Ⅴ. Chap4_Biopotentialⅱ. Resting Membrane Potential

Coulomb Force

: Electric Field 생성

+ E -

④Semipermeable

Membrane(to )

V

+

-

+

-

자세히 보면

-

+

-

+

+

+

-

+

-

+

-

-

-

+

-

+

-

-

+

+

Diffusion

V≠0

Diffusion 힘이 더 세서 Diffusion이 더 많이 일어나면 Electric Field가더 커진다.

+ -

  • Electric Field에 의해 만들어진 Coulomb Force와 Diffusion의 크기가 같아지는 순간(Dynamic equilibrium동적 평형) 발생한 전위차

  • 즉, Charge separation이 생긴 만큼 이 된다.


Chap4 biopotential resting membrane potential4

Ⅴ. Chap4_Biopotentialⅱ. Resting Membrane Potential

를 결정하는 요소

  • 세포막의 안쪽과 바깥쪽의 농도 차 (확산을 얼마나 강하게 하느냐)

  • Membrane이 특정 이온을 얼마나 잘 투과시키는가

  • 즉 Membrane이 이온에 대한 Permeability 정도


Biomedical instrumentation 3

Ⅵ. 참고 사이트

  • 네이버 백과사전

  • http://blog.naver.com/PostView.nhn?blogId=purify918&logNo=120130164926


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