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의공학입문이란 의료기술의 발전에 따라 새로운 학문으로 정립된 의공학 입문서로 의공학을 배우는 학생들이 기본적으로 습득해야 할 의학적 용어와 지식, 공학적 개념과 상식을 보여준다. 의공학에 접하는 학생들이 최근에 늘어나고 있기 때문에 중요한 것들만 보여주겠다.
본 글에서는 의공학 세부 전공을 분류하고 생체신호의 특징과 뇌전도에 대해서 설명을 하겠다.
목차
- 의공학 세부 전공
- 생체신호의 특징
- 뇌전도
의공학 세부 전공
1. 생체신호계측 및 처리
- 생체에서 발생하는 신호를 검출, 처리 및 분석하여 진단에 유용한 정보 제공
- 전기적인 신호(심전도, 뇌전도 등)
- 기계적인 신호(혈류속도, 유량 등)
- 생화학적인 변수 (산소포화도, pH 등)
- 의료기기 형태로 의학의 임상 분야에 사용
- 생체 계측공학
2. 의학영상 처리 및 분석
- 컴퓨터의 의학 이용 활발
- 초음파, X선영상, MRI영상,
- 핵의학 영상 및 현미경 영상 등
- 새로운 영상 촬영, 처리 및 분석 방법의 연구 및 개발
- 2차원적, 3차원적, 4차원적 신호
3. 의료기기
- 의공학적 기술을 임상응용 목적으로 기기화 개발
- 핵심적인 기술, 안전성, 신뢰성, 경제성 등 고려
- 고부가가치, 벤처형 산업
4. 모델링 및 시뮬레이션
- 생체현상의 특성분석 및 반응예측
- 알려져 있는 사실과 관측된 결과를 이용하여 모델 설정
- 여러 가지 조건에 대한 반응과 결과를 분석하여
- 실제 생체 시스템의 결과 예측
5. 생체역학
- 생체내의 유체 및 고체에 대하여서 역학적인 분석
- 압력, 속도, 유량의 상관관계 및 기계학적 특성 연구
- 뼈등의 고체에 가해지는 기계적인 스트레스의 추정
6. 생체재료
- 생체의 연조직 및 경조직 대체
- 생체에 삽입하는 기구의 생체내의 접합성 향상
- 인공적인 재료의 개발에 관하여 연구
7. 재활공학
- 기능이 정지된 인체의 기능을 회복
- 근육마비 환자에게 전기자극을 주어 기능 회복
- Functional Electrical Stimulation
- 의수 및 의족에 대한 연구
8. 인공장기
- 어떠한 방법으로도 기능의 회복이 불가능한 경우
- 기관의 기능을 대신할 수 있는 인공적인 생체장기 이식
- 인공심장, 인공판막, 인공신장, 인공와우, 인공망막, 인공췌장 등
9. 의료정보
- 의료정보의 체계적 관리와 처리, 활용
- 생물학 정보처리 및 의학적 활용
- Internet을 통한 정보관리
- 정보통신 신기술 응용
생체신호의 특징
1. 생체시스템 고유의 가변적 특성
- 시변 시스템: 시스템의 특성이 시간에 따라서 변화, 생체시스템은 고유의 가변성을 갖고 있다, 생체시스템 고유 feedback:신경계, 호르몬계, 정신적 상태, 외부로부터 입력되는 여러 가지 형태의 자극
- 생체시스템 계측을 어렵게 만드는 가장 큰 요인
- 재현성 부족: 통계학적 분석, 신호처리등 분석방법 이용
2. 고도의 안전성
- 대부분 인체와 직접 접촉되어 사용
- 접속된 사람들이 신체적 저항력이 약화된 환자
- 혈액, 체액 및 각종 진료 치료제등의 액체성 물질, 전기 전도 특성에 의한 누전 현상, 감전사고, (의료기기에 대한 전기안전 대책 필요)
- 안전성(전기적, 화학적, 기계적)과 신뢰성
3. 측정대상이 대부분 신체 내부
- 측정대상: 신체 내부 현상
- 관혈적 방법(invasive) 사용의 불가피
- 생체 시스템의 특성 변화 유발로 정확한 측정곤란
- 간접적 방법 사용 : 측정과정에서 영향을 미친 요소들의 효과 제거 시뮬레이션 방법 활용
- 고통이나 변화를 최소화하면서, 원하는 생체 변수측정
- 비침습적 또는 비관혈적(noninvasive) 특성 요구
예) 심장의 기능 및 이상을 진단
(1) 청진기를 이용한 환자의 심음을 청진
(2) 심전도 검사
(3) 초음파를 이용하여 심장판막의 운동상태 분석
(4) MRI 등 영상 진단장비 이용
(5) X선의 혈관 조영술 이용
4. 신호의 소진폭, 저주파 특성
- 신호의 진폭이 작고, 주파수가 낮다
5. 이물질에 대한 거부 반응
- 생체 내에서 사용되는 각종 기구 및 재료
뇌전도
1. 대뇌 피질의 전기 활동을 비침습적으로 측정한 것이다.
2. 일반적으로 뇌전도는 두피 전글에서 측정된 두피 뇌전도를 의미한다.
3. 전기 활동 : 대뇌 피질의 신경세포 집단에서 발생한 활동 전위의 합이다.
4. 뇌전도는 비침습적, 연속적으로 대뇌기능을 평가할 수 있는 검사법이다.
뇌의 전기적인 활동을 측정하는 다른 방법이 있다
- 뇌피질전도 : 뇌 표면에 직접 전극을 부착하여 측정한다.
- 심층기록 : 바늘 전극을 뇌에 삽입하여 측정한다.
의공학입문 중에서 의공학 세부 전공 9가지와, 생체신호의 특징 5가지와 뇌전도에 대해서 알아보았다. 특히 전공 9가지는 의공학의 큰 틀이기 때문에 자세히 알아두면 좋다. 그리고 생체 신호는 의료기기와 직접적인 관계가 있기에 중요하다. 뇌전도는 요즘 뇌파가 유행하기 때문에 이것 또한 중요하다.