본 연구에서는 생체 임피던스의 변화를 계측하여 혈류량의 변화를 추정하기 위한 시스템을 구현하였다. 구현된 시스템은 인위적인 압력을 가하여 압력의 변화에 따른 임피던스의 변화량을 측정할 수 있도록 구성하였으며, 크게 압력 측정부와 4 전극법을 이용한 임피던스 측정부로 구분할 수 있다. 압력 측정부는 반도체식 압력센서와 센서의 출력신호를 처리하기 위한 전자회로부로 구성하였고, 임피던스 측정부는 교류 정전류원 회로와 임피던스 신호의 검출을 위한 락인 증폭기로 시스템을 구성하였다. 구현된 시스템의 성능평가를 위하여 표준저항을 이용한 임피던스 측정부의 특성조사 실험을 수행 하였다. 그리고 실제 실험군을 대상으로 임피던스의 계측을 통한 혈류량 변화 추정실험을 수행하였고, 혈류량 변화와 평균 동맥압을 이용한 혈류 저항비를 추정하였다 그 결과 혈류저항비와 혈류량의 변화는 반비례관계를 명확하게 보여 주었으며, 상관분석을 수행한 결과 상관계수가 -0.96776으로 강한 음의 상관관계를 나타내었다.
본 연구에서는 생체 임피던스의 변화를 계측하여 혈류량의 변화를 추정하기 위한 시스템을 구현하였다. 구현된 시스템은 인위적인 압력을 가하여 압력의 변화에 따른 임피던스의 변화량을 측정할 수 있도록 구성하였으며, 크게 압력 측정부와 4 전극법을 이용한 임피던스 측정부로 구분할 수 있다. 압력 측정부는 반도체식 압력센서와 센서의 출력신호를 처리하기 위한 전자회로부로 구성하였고, 임피던스 측정부는 교류 정전류원 회로와 임피던스 신호의 검출을 위한 락인 증폭기로 시스템을 구성하였다. 구현된 시스템의 성능평가를 위하여 표준저항을 이용한 임피던스 측정부의 특성조사 실험을 수행 하였다. 그리고 실제 실험군을 대상으로 임피던스의 계측을 통한 혈류량 변화 추정실험을 수행하였고, 혈류량 변화와 평균 동맥압을 이용한 혈류 저항비를 추정하였다 그 결과 혈류저항비와 혈류량의 변화는 반비례관계를 명확하게 보여 주었으며, 상관분석을 수행한 결과 상관계수가 -0.96776으로 강한 음의 상관관계를 나타내었다.
In this study, we made the system to measure variation of blood flow using bio-electrical impedance analysis method. The system, which could measure variation of impedance according to pressure change by artificial pressure, consists of pressure measurement and impedance measurement by 4-electrode m...
In this study, we made the system to measure variation of blood flow using bio-electrical impedance analysis method. The system, which could measure variation of impedance according to pressure change by artificial pressure, consists of pressure measurement and impedance measurement by 4-electrode method. Pressure measurement splits into semiconducting pressure sensor and electronic circuit for processing output signal. In addition, impedance measurement splits into constant current source circuit and lock-in amplifier for detection impedance signal. We experimented feature of impedance measurement using standard resistance to evaluate the system characteristic. As well as, we experimented to estimate variation of blood flow by measuring impedance and blood flow resistance ratio using mean arterial pressure and variation of blood flow with experimental group. As result of this study, blood flow resistance ratio and variation of blood flow were definitely in inverse proportion and were -0.96776 as correlation coefficient by correlation analysis.
In this study, we made the system to measure variation of blood flow using bio-electrical impedance analysis method. The system, which could measure variation of impedance according to pressure change by artificial pressure, consists of pressure measurement and impedance measurement by 4-electrode method. Pressure measurement splits into semiconducting pressure sensor and electronic circuit for processing output signal. In addition, impedance measurement splits into constant current source circuit and lock-in amplifier for detection impedance signal. We experimented feature of impedance measurement using standard resistance to evaluate the system characteristic. As well as, we experimented to estimate variation of blood flow by measuring impedance and blood flow resistance ratio using mean arterial pressure and variation of blood flow with experimental group. As result of this study, blood flow resistance ratio and variation of blood flow were definitely in inverse proportion and were -0.96776 as correlation coefficient by correlation analysis.
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문제 정의
본 연구에서는 생체 임피던스의 변화를 계측하여 혈류량의 변화를 추정하기 위한 시스템을 구현하고 구현된 시스템의 성능평가를 위하여 표준저항을 이용한 임피던스 측정부의 특성 조사실험 및 실제 실험군을 대상으로 임피던스의 계측을 통한 혈류량 변화 추정실험을 수행하였다.
본 연구에서는 임피던스의 변화로부터 혈류량의 변화를 추정하기 위하여 다음과 같은 실험대상군을 선정하여 실험을 수행하였다. 실험 대상은 건강한 남성 6명을 선정하였으며, 실험대상자의 평균신장은 172.
제안 방법
먼저 실험을 위하여 피험자의 왼쪽 팔에 커프를 부착하고, 커프의 압력 경로에서 분지된 압력이 압력센서 모듈로 입력되도록 하여 동맥의 맥동 성분을 검출 할 수 있도록 하였으며, 임피던스의 측정을 위하여 피험자의 왼쪽 팔꿈치에서 손목까지 4 개의 전극을 부착하고 왼쪽 팔은 심장의 높이와 일치되도록 하였다.
본 연구에서는 임피던스 변화치에 대응하는 혈류량의 변화치를 관측하기 위하여 교류 정전류 원 회로와 락인 증폭기를 이용한 실수치와 허 수치의 산호를 검출하고 임피던스를 계측하여 이로부터 혈류량을 추정하였으며, 커프를 이용한 압력인가 및 압력측정회로를 이용하여 오실로메트릭 방법에 의한 평균동맥압을 추정하고 혈류량과 평균동맥압을 이용하여 혈류저항비를 추정하였다. 그리고 혈류량과 혈류저항비의 상관관계 분석 결과 음의 상관관계를 보였으며, 상관계수는 -0.
임피던스 변화량을 이용하여 혈류량의 변화치를 추정하였다. 추정된 혈류량 변화치는 측정 대상의 전극 간의 거리와 평균 임피던스에 많은 영향을 받게되며, 체적의 변화는 임피던스의 변화로 측정된다.
증폭하였다. 임피던스 측정부의 설계에 있어 전기 안 전적인 측면을 고려하여 생체와 접촉되는 부분의 전자회로는 배터리 구동으로 동작하도록 구성하였으며, 신호의 결합을 위해서는 포토커플러를 이용한 접지분리 회로를 설계하였다.
정확한.임피던스값을 측정하기 위해서는 교류 정전류 원의 진폭이 일정하고 하모닉 성분이 없어야 하므로, 정밀한 교류 발생파를 얻기 위해서락인 증폭기 (lock-in amplifier, Stanford Research Systems, USA)의 내부 정현파를 교류 정전류 원의 입력신호로 사용하였으며, 연산증폭기의 궤환 전류를 이용한 부동 정전류원 회로를 구성하였다. 정전류원 회로에서는 200 卩厶의 전류와 50 kHz의 주파수를 인가하도록 하였다.
임피던스의 측정을 위하여 커프의 압력을 인가하여 동맥의 폐쇄를 유발시킨 후 서서히 압력을 감소시키면서 임피던스의 변화를 측정하였으며, 압력 센서로부터 검출된 동맥의 맥동성 분이 나타나는 시점과 맥동성분이 최대가 되는 시점 그리고 맥동성분이 사라지는 시점에서의 임피던스를 추출하였으며, 6명의 실험대상자로부터 3회에 걸쳐 반복 측정한 결과를 표 1에 나타내었다.
정전류원의 인가에 따른 임피던스 신호의 검출을 위하여 전압신호를 검출 할 수 있는 차동증폭기를 설계하였으며, 차동증폭기로부터 출력된 신호를 락인 증폭기를 이용하여 증폭하였다. 임피던스 측정부의 설계에 있어 전기 안 전적인 측면을 고려하여 생체와 접촉되는 부분의 전자회로는 배터리 구동으로 동작하도록 구성하였으며, 신호의 결합을 위해서는 포토커플러를 이용한 접지분리 회로를 설계하였다.
대상 데이터
선정하여 실험을 수행하였다. 실험 대상은 건강한 남성 6명을 선정하였으며, 실험대상자의 평균신장은 172.6±5.21 cm이며, 평균체중은 70.75±13.29 kg, 그리고 평균연령은 28.17±17.2 세 였다.
이론/모형
그러나 4 전극 측정법은 전극과 전기장의 왜곡(distortion)을 제거하는데 있어 효과적인 방법이므로 외부 전극에서 정전류원을 구성하여 내부 전극으로 전류를 흘려 보내고, 두 개의 내부 측정 전극 사이의 전압 차를 측정한다. 측정된 전압신호로부터 옴의 법칙을 적용하여 임피던스를 계산 할 수 있다.
혈액의 맥동 성분에 대한 임피던스의 변화량을 측정하기 위해서 4 전극 측정법을 이용하였다. 왜냐 하면 2 전극 측정법에서의 전극 부착 부위의 높은 전류 밀도와 불균일성으로 인해 정확한 측정이 어렵기 때문이다.
성능/효과
그리고 혈류량과 혈류저항비의 상관관계 분석 결과 음의 상관관계를 보였으며, 상관계수는 -0.96776으로 나타났었다,
후속연구
그러나 임피던스를 이용한 혈류량의 변화를 보다 객관화 및 정량화 하기 위한 임피던스 계측 프로토콜 및 혈류량 추정 알고리즘의 보정에 관한 지속적인 연구가 필요하리라 판단된다.
이러한 연구가 지속적으로 수행된다면 가까운 미래에 도래하게될 고령사회에 대비하여 심혈관계 질환의 진단과 치료에 아주 유용한 진단 지표로 활용 가능하리라 사료된다.
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