EKG 기계

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배경

심전도(EKG 또는 ECG)는 심장 근육의 전기적 활동을 그래픽으로 기록하는 장치입니다. 정상 및 비정상 심장 박동을 식별하는 데 사용됩니다. 1900년대 초에 처음 발명된 EKG(독일어 심전도에서 파생됨) 중요한 의료 진단 장치가 되었습니다.

EKG 기계의 기능은 전기 신호를 생성하는 심장의 능력에 달려 있습니다. 심장은 두 개의 펌프를 구성하는 네 개의 방으로 구성되어 있습니다. 오른쪽 펌프는 몸에서 돌아온 혈액을 받아 폐로 펌핑합니다. 왼쪽 펌프는 폐에서 혈액을 가져와 신체의 나머지 부분으로 펌핑합니다. 각 펌프는 두 개의 챔버, 즉 심방과 심실로 구성됩니다. 심방은 들어오는 혈액을 모으고 수축하면 혈액을 심실로 보냅니다. 심실이 수축하면 혈액이 심장에서 펌핑됩니다.

심장의 펌핑 작용은 우심방에 위치한 맥박 조정기 영역 또는 동방결절에 의해 조절됩니다. 세포막을 가로질러 칼슘 이온, 나트륨 이온 및 칼륨 이온의 확산에 의해 이 영역에서 전기 충격이 생성됩니다. 이 이온의 움직임에 의해 생성된 충동은 먼저 심방으로 전달되어 심방을 수축시키고 혈액을 심실로 밀어 넣습니다. 약 150밀리초 후에 충동이 심실로 이동하여 심실을 수축시키고 심장에서 혈액을 펌프질합니다. 충동이 심장의 방에서 멀어지면 이 부분이 이완됩니다.

EKG를 사용하면 의사가 심장의 다양한 위치에서 이러한 충동의 상대 전압을 측정할 수 있습니다. 신체는 우수한 전기 전도체이기 때문에 심전도가 가능합니다. 심장의 한 부분에 전위가 발생하면 특정 부위의 체표면에 전류가 전도된다. 이 영역에 신체에 부착된 전극을 통해 이러한 전류를 측정할 수 있습니다.

EKG로 측정된 전기 신호는 특성화되어 있으며 심장 박동의 다양한 단계를 나타냅니다. 심장이 박동할 때마다 3개의 고유한 EKG 파동이 생성됩니다. 가장 먼저 보이는 펄스를 P파라고 합니다. 이것은 심박 조율기에서 생성된 전기 신호를 측정합니다. 다음 펄스는 가장 큰 신호이며 QRS 컴플렉스라고 합니다. 그래프의 이 부분은 심방의 이완과 심실의 수축에 의해 생성된 전기 신호를 나타냅니다. 주기를 완료하는 것은 심실의 이완 또는 재분극을 의미하는 T 파입니다. 심장 박동의 특징적인 소리는 QRS 콤플렉스와 T파에 해당합니다.

EKG는 유용한 데이터를 제공하고 심장 기능과 관련된 다양한 문제를 감지하는 데 도움이 될 수 있습니다. EKG로 결정할 수 있는 한 가지 기본 결정은 피크 사이의 거리를 측정하여 결정할 수 있는 심박수입니다. 특정 의학적 문제의 진단도 가능합니다. 예를 들어, 고혈압 환자의 경우 QRS 복합체의 진폭이 크게 증가합니다. 신호의 진폭은 신체의 화학 물질 수준과 관련이 있기 때문에 신체의 특정 화학 물질의 균형은 EKG로 감지할 수도 있습니다. 심장의 손상은 Q파의 변형으로도 관찰할 수 있습니다. EKG의 가장 유용한 특성은 부정맥 또는 비정상적인 심장 박동을 감지하고 설명하는 능력입니다. 홀터 모니터로 알려진 EKG 기계는 이러한 감지를 위한 것입니다. 마지막으로 EKG를 사용하여 동맥의 장애를 관찰할 수 있습니다. 이것은 일반적으로 S파와 T파 사이의 함몰된 부분을 찾아 수행됩니다.

연혁

EKG의 개발은 생체 조직의 전자 잠재력을 발견하면서 시작되었습니다. 이 기전력 효과는 1787년 Aloysio Luigi에 의해 처음으로 조사되었습니다. 그의 실험을 통해 그는 살아있는 조직, 특히 근육이 전기를 생성할 수 있음을 보여주었습니다. 그 후 다른 과학자들은 전자 전위에서 이 효과를 연구했습니다. 박동하는 심장의 전자 전위의 변화는 1856년에 이미 관찰되었지만, Willem Einthoven이 끈 검류계를 발명하고 나서야 실용적이고 기능적인 EKG 기계를 만들 수 있었습니다.

끈 검류계는 자기장에 매달린 굵은 끈으로 구성된 장치였습니다. 이 장치에 심장 전류의 힘이 가해지면 줄이 움직이고 이러한 편향이 인화지에 기록됩니다. 최초의 EKG 기계는 1903년에 Einthoven에 의해 소개되었습니다. 그것은 대중적인 장치임이 입증되었고 곧 여러 유럽 국가에서 대규모 제조가 시작되었습니다. 초기 제조업체에는 Edelmann과 Sons of Munich, Cambridge Scientific Instrument Company가 있습니다. EKG는 1909년에 미국으로 가져와서 Hindle Instrument Company에서 제조했습니다.

원래 EKG 기계 설계에 대한 개선은 도입 직후 시작되었습니다. 한 가지 중요한 혁신은 전자석의 크기를 줄이는 것이었습니다. 이것은 기계를 휴대할 수 있게 했습니다. 또 다른 개선 사항은 피부에 직접 부착할 수 있는 전극의 개발이었습니다. 원래 전극은 환자가 많은 양의 염화나트륨 용액이 들어 있는 유리 전극 항아리에 팔과 다리를 담가야 했습니다. 추가 개선 사항에는 전자 신호를 개선하는 증폭기의 통합과 EKG 데이터를 즉시 사용할 수 있도록 하는 직접 필기 도구가 포함되었습니다. 최신 EKG 기계는 이러한 초기 모델과 유사하지만 마이크로일렉트로닉스 및 컴퓨터 인터페이스가 통합되어 더욱 유용하고 강력해졌습니다. 이 최신 기계는 사용이 더 편리하지만 Einthoven이 만든 원래 EKG보다 정확하지는 않습니다.

원자재

EKG 기계는 전극, 연결 와이어, 증폭기, 저장 및 전송 장치로 구성됩니다. EKG 기계에 사용되는 전극 또는 리드는 양극과 단극의 두 가지 유형으로 나눌 수 있습니다. 양극성 사지 리드는 손목과 다리 사이의 전압 차를 기록하는 데 사용됩니다. 이 전극은 왼쪽 다리, 오른쪽 손목 및 왼쪽 손목에 배치되어 심장에서 전기 충격의 삼각형 움직임을 형성하고 기록할 수 있습니다. 바이폴라 리드와 달리 유니폴라 리드는 기준 전극과 부착된 신체 표면 사이의 전압 차이를 기록합니다. 이 전극은 오른쪽과 왼쪽 팔과 오른쪽 다리와 왼쪽 다리에 부착됩니다. 또한, 그들은 가슴의 특정 영역에 배치되고 심장의 전기적 활동의 변화하는 패턴을 보는 데 사용됩니다.

플레이트, 석션, 유체 컬럼, 플렉시블 등 다양한 모델의 전극이 만들어집니다. 플레이트 전극은 스테인리스 스틸, 독일 은 또는 니켈로 구성된 금속 디스크입니다. 그들은 접착 테이프로 피부에 고정됩니다. 흡입 전극은 진공 시스템을 사용하여 제자리에 유지됩니다. 그들은 니켈 또는 은과 염화은으로 설계되었으며 진공을 생성하는 압축기에 부착됩니다. 또 다른 유형의 전극인 유체 기둥 전극은 피부와 직접 접촉하지 않도록 설계되었기 때문에 환자의 움직임에 덜 민감합니다. 유연한 전극은 유아의 EKG 판독에 가장 유용합니다. 가느다란 스텐레스 또는 은선으로 짠 메쉬로 유연한 리드선이 부착되어 있습니다. 전극은 작은 붕대처럼 피부에 부착됩니다.

EKG 증폭기는 신체의 약한 전기 신호를 출력 장치에 대해 더 읽기 쉬운 신호로 변환하는 데 필요합니다. 차동 증폭기는 상대적으로 낮은 레벨의 신호를 측정할 때 유용합니다. EKG 동안 신체의 전기 신호는 전극에서 증폭기의 첫 번째 섹션인 완충 증폭기로 전달됩니다. 여기에서 신호는 5에서 10의 인수로 안정화되고 증폭됩니다. 전자 네트워크가 뒤따르고 단극 리드의 신호가 변환됩니다. 그런 다음 차동 전치 증폭기는 신호를 10~100배까지 필터링하고 증폭합니다.

환자로부터 직접 신호를 수신하는 증폭기 섹션은 광학 절연체에 의해 나머지 EKG 기계의 주 전원 회로에서 분리되어 우발적인 감전 가능성을 방지합니다. 1차 증폭기는 주 전원 회로에 있습니다. 이 전력 증폭기에서 신호는 적절한 장치로의 출력에 적합한 전류로 변환됩니다.

EKG 기계의 가장 일반적인 출력 형식은 종이 스트립 레코더입니다. 이 장치는 시간이 지남에 따라 EKG 신호의 하드 카피를 제공합니다. 컴퓨터, 오실로스코프 및 자기 테이프 장치를 비롯한 많은 다른 유형의 장치도 사용됩니다. 수집된 데이터는 아날로그 형식이므로 대부분의 전자 출력 장치에서 사용하려면 디지털 형식으로 변환해야 합니다. 이러한 이유로 EKG의 기본 회로에는 일반적으로 아날로그-디지털 변환기 섹션이 내장되어 있습니다.

EKG 장치를 완성하려면 다양한 기타 부품이 필요합니다. 신호는 피부를 통해 전극으로 약하게 전달되기 때문에 일반적으로 전해질 페이스트를 사용합니다. 이 페이스트는 피부에 직접 도포됩니다. 이것은 주로 염화물 이온으로 구성되어 피부와 전극 사이에 전도성 브리지를 형성하여 더 나은 신호 전달을 가능하게 합니다. 기타 구성 요소에는 장착 클립, 다양한 센서 및 감열지가 포함됩니다.

제조
프로세스

EKG 기계의 구성 요소는 일반적으로 별도로 제조된 다음 포장 전에 조립됩니다. 전극, 증폭기 및 출력 장치를 포함한 이러한 구성 요소는 외부 제조업체에서 공급하거나 자체적으로 만들 수 있습니다.

전극

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1 EKG 기계에 사용되는 가장 일반적인 전극은 은 및 염화은 전극인데, 이들 전극의 전극 전위는 생물학적 조직에 노출될 때 안정적이기 때문입니다. 전극은 외부 공급업체로부터 공급받아 설정된 사양에 맞는지 확인합니다. 사용되는 전극 유형은 EKG 모델에 따라 다릅니다. 종종 여러 유형의 전극이 하나의 EKG 기계와 함께 제공됩니다. 각 전극에는 기본 장치에 부착할 수 있는 차폐 케이블이 있습니다.

내부 전자 장치

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2 EKG 장치의 전자 부품은 상당히 정교하며 최신 전자 처리 기술을 사용합니다. 증폭기와 출력 장치는 다른 전자 장비와 매우 유사하게 조립됩니다. 전자 구성이 매핑된 보드로 시작합니다. 그런 다음 이 보드는 적절한 칩, 다이오드, 커패시터 및 기타 전자 부품을 적절한 위치에 배치하는 일련의 기계를 통과합니다. 완료되면 납땜을 위해 다음 단계로 보내집니다.

3 전자 부품은 웨이브 납땜기로 기판에 고정됩니다. 이 기계에 들어가는 보드는 먼저 모든 오염 물질을 제거하기 위해 세척됩니다. 그런 다음 보드는 적외선 열을 사용하여 가열됩니다. 기판의 밑면은 모세관 현상을 통해 적절한 지점을 채우는 용융 땜납의 물결 위로 통과됩니다. 보드가 냉각되면 땜납이 굳어 조각이 제자리에 고정됩니다.

디스플레이 장치

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4 디스플레이 장치의 종류에 따라 제조 방법이 다릅니다. 자기 테이프 녹음기 및 종이 프린터와 같은 특정 장치는 외부 제조업체에서 공급할 수 있습니다. 컴퓨터 마이크로프로세서와 같은 다른 구성 요소는 기본 내부 전자 장치와 함께 바로 설계 및 제작할 수 있습니다.

최종 조립

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5 EKG 기계의 구성요소를 조립하고 적절한 금속 프레임에 배치합니다. 그런 다음 완성된 장치는 예비 전극, 인쇄 용지 및 설명서와 같은 액세서리와 함께 최종 포장에 넣습니다. 그런 다음 유통업체와 최종적으로 고객에게 발송됩니다.

품질 관리

제조되는 각 EKG 장치의 품질을 보장하기 위해 전체 생산 공정에서 육안 및 전기 검사가 이루어지며 대부분의 결함이 감지됩니다. 완성된 각 EKG 장치의 기능적 성능을 테스트하여 작동하는지 확인합니다. 이러한 테스트는 과도한 열 및 습도와 같은 다양한 환경 조건에서 수행됩니다.

대부분의 제조업체는 생산하는 EKG 기계에 대해 자체 품질 사양을 설정합니다. 그러나 다양한 의료 기관 및 정부 기관에서 표준 및 성능 권장 사항을 제안했습니다. 중요하게 고려되는 몇 가지 요소는 표준화된 입력 신호 범위, 주파수 응답, 교정 신호의 정확도 및 기록 기간입니다.

미래

앞으로 더 강력하고 개선된 EKG 기계가 개발될 것입니다. 이 기계는 최신 컴퓨터 기술을 활용하여 보다 빠르고 정확한 진단을 제공합니다. 그들은 더 강력하고 태아 심박수와 같은 작은 전자 전위를 측정할 수 있습니다. 그들은 또한 박동하는 심장의 3차원 모델을 구성하는 것을 가능하게 하여 의사에게 더 많은 진단 데이터를 제공할 것입니다. 최근에 EKG 기계를 사용하여 약물의 효능을 결정하는 것과 같이 EKG 기계에 대한 새로운 응용 프로그램을 찾을 수도 있습니다.

최근의 혁신은 EKG 개발의 새로운 방향을 표시할 수 있습니다. 한 회사는 전화로 직접 전송할 수 있는 데이터를 수집하는 휴대용 EKG 모니터를 개발했습니다. 환자는 각 팔 아래에 전극을 놓고 전화기 마우스피스에 송신기를 부착합니다. 신호는 모니터링 센터로 보내지고 컴퓨터는 이를 EKG 판독값으로 변환합니다. 그런 다음 이 정보를 의사에게 전송할 수 있으므로 일부 환자의 심장 문제를 훨씬 더 일찍 감지할 수 있습니다.