생체 신호 (심전도) (1)

생체 신호 (Biomedical signals)

 

인체는 매우 독특한 방식으로 기능하는 다양한 시스템으로 구성되어 있어 신경계, 심혈관계 및 호흡계와 같은 정상적인 생리적 과정을 보장한다. 생리적 과정의 이상은 인체의 다양한 생리적 신호를 변경하여 질병을 유발하고 병리학적 과정을 유발할 수 있다. 결과적으로 인체의 성능, 건강 및 웰빙에 영향을 미친다. 이러한 생리적 신호의 특성은 인체 내 고유의 물리적, 전기적 또는 생화학적 신호의 형태일 수 있다.

 

생체 신호의 간단한 예는 한 손의 손바닥을 통해 정성적으로 쉽게 감지하거나 온도계를 사용하여 정량적으로 측정할 수 있는 체온이다. 그러나 심부전 및 간질과 같은 복잡한 진단은 심전도 (ECG / EKG) 및 뇌전도 (EEG)와 같은 다양한 평가 방법을 사용하여 추가 신호 분석이 필요하다. 신호는 작고 감쇠되고 노이즈가 있는 센서에 도달한다. 따라서 신호를 증폭하는 데 사용되며 인간 컴퓨터 상호 작용에 사용할 수 있는 증폭기가 필요하다.

 

심전도 (Electrocardiogram)

 

심장은 인체에 필요한 산소와 영양소를 공급하는 혈액을 온몸으로 보내는 근육질 기관이다. 우심방, 좌심방, 우심실, 좌심실의 4개 방으로 나뉜다. 심장 전도 시스템은 다음 구성 요소로 구성된다.

 

동방 결절 (sinoatrial node, SA node): 이것은 상대정맥 입구 근처의 우심방에 위치한다. 이것은 모든 심장 박동을 시작하고 심장 박동수를 결정하는 심장의 자연적인 심장 박동기이다. SA 노드의 전기 자극은 심방 양쪽으로 퍼져 근육이 수축하도록 자극한다.  SA 노드는 성인의 경우 60–100 BPM , 영유아의 경우 100–150 BPM 의 심박수를 생성한다. 방실 결절 (atrioventricular node, AV node) : 이것은 방실 판막 근처의 우심방 반대편에 위치한다. AV 노드는 심실로의 전기 자극 전달을 지연시키는 심실로의 전기 게이트웨이 역할을 한다. 이 지연은 심방이 수축하기 전에 모든 혈액을 심실로 분출하도록 한다.  SA 노드가 실패하면 AV 노드는 "시작"하고 40–60 BPM 의 속도로 일련의 자체적인 임펄스를 생성한다. AV 결절은 SA 결절로부터 신호를 수신하여 방실 다발 (His 다발)로 전달한다. 이 묶음은 심장의 정점을 향해 충동을 전달하는 오른쪽과 왼쪽 묶음 가지로 나뉜다. 그런 다음 신호는 Purkinje 섬유로 전달되어 위쪽으로 회전하여 심실 심근 전체에 퍼진다. AV 노드와 His 묶음이 실패하면 오른쪽 및 왼쪽 묶음 가지와 Purkinje 섬유가 20 - 40BPM의 심장 박동을 생성할 수 있는 자체 충동을 생성한다.

 

심장의 전기적 활동은 심전도 (ECG / EKG)의 형태로 기록될 수 있다. ECG 또는 EKG는 심장의 정상적인 전기 신호를 측정하여 심장마비, 불규칙한 심장 박동 또는 심부전과 같은 심장 문제를 감지한다. ECG의 각 파동 또는 세그먼트는 심장 전기 주기의 특정 이벤트에 해당한다. 심방에 혈액이 가득 차면 SA 노드가 전기 신호를 발사하여 심방을 통해 확산되어 심방이 탈분극되도록 한다. 이것은 ECG 파형의 P파로 표시된다. 심방 수축은 약 100에서 시작된다. P파가 시작된 후 PQ 세그먼트는 SA 노드에서 AV 노드로의 신호 전파 시간을 나타낸다. QRS 복합체는 방실 결절의 발화를 표시하고 심실 탈분극을 나타낸다.

 

(1) Q 파는 심실 중격의 탈분극에 해당한다. (2) R 파는 심실의 주요 질량의 탈분극에 의해 생성된다. (3) S파는 심장 기저부에서 심실 탈분극의 마지막 단계를 나타낸다.

 

ST 분절은 심근 활동 전위의 안정기를 반영한다. 이것은 심실이 수축하고 혈액을 펌프질할 때이다. T파는 심실 이완 직전의 심실 재분극을 나타낸다. 주기는 모든 심박과 함께 반복된다. 심장 전기 주기의 이벤트에 해당하는 ECG 파형의 세그먼트를 보여준다.