1. 생체 계측
ㅇ 생체 내에서 발생하는 다양한 생리적 현상을 정량적으로 측정하는 기술 및 방법
ㅇ 생체 신호 : 생체 내 현상의 정량화
- 생체 내의 물리,화학적 변화를 전기적 신호로 변환하여 정량화한 신호
2. 생체 계측 방법 구분
ㅇ 비 침습적 (Non-invasive) : 피부를 관통하지 않음
- 접촉식 : 피부 표면과 직접 접촉
- 비 접촉식 : 적외선, 광학 방식 등 비접촉 방식
ㅇ 침습적 (Invasive) : 외과적 시술을 통해 인체 내부에 센서 삽입
3. 주요 생체 신호 측정법
ㅇ 심전도 (ECG, EKG : Electrocardiography)
- 측정 대상 : 심장의 전기적 활동
- 용도 : 부정맥, 심근경색 등 심장 질환의 진단
- 특징 : 심근 세포의 탈분극·재분극 과정을 파형으로 기록
- 발명자 : 1903년 네덜란드의 Willem Einthoven (1924년 노벨 생리의학상 수상)
ㅇ 근전도 (EMG : Electromyography)
- 측정 대상 : 근육의 전기적 활동
- 용도 : 신경계 및 근육계 이상 진단
- 원리 : 근육 수축,이완 시 발생하는 미세 전기 신호를 전극을 통해 측정
ㅇ 뇌파, 뇌전도 (EEG : Electroencephalography)
- 측정 대상 : 뇌의 전기적 신호
- 용도 : 간질, 수면 장애, 뇌 기능 이상 등 평가
- 특징 : 뇌의 뉴런 활동에 따른 미세 전위 변화를 전극으로 감지
- 발견자 : 1929년 독일의 Hans Berger, 최초로 뇌의 전기적 활동 기록
4. 광 용적 맥파 측정법 (PPG, Photoplethysmography) : (실시간 웨어러블 활용)
ㅇ 원리
- 빛(광)을 이용하여 혈액량의 주기적 변화를 감지함으로써,
- 심박수,호흡률,혈류 변화 등을 측정하는 생체 계측법
ㅇ 측정 과정
- 혈류에 따라 변화하는 피부의 광 흡수율을 센서가 감지
. 맥동 시 혈액량 변화 → 광 흡수 변화 → 전기 신호로 변환 → 맥파 형태의 신호로 표시
ㅇ 용어 유래 : photo (빛) + plethysmo (용적) + graphy (기록)
- 즉, "빛을 이용한 용적 변화의 기록"
ㅇ 역사
- 1937년 Hertzman이 빛의 후방 산란량이 혈류에 따라 달라짐을 발견
- 이를 토대로 혈액량 변화를 측정하는 기술로 발전
ㅇ 측정 방식
- 투과형 PPG : 빛이 인체를 관통하여 반대편에서 감지 (例: 손가락, 발가락, 귓불 등)
- 반사형 PPG : 빛이 피부에서 반사되어 나오는 양을 측정 (例: 손목, 이마 등)
ㅇ 응용 분야
- 웨어러블 기기 (스마트워치, 피트니스 밴드 등)
- 실시간 심박수 및 스트레스 모니터링
5. 바이오 센서 (Biosensor)
ㅇ 생물학적 요소(효소,항체,DNA 등)와 전기적 센서를 결합하여,
- 특정 물질(例: 포도당,바이러스,독소 등)을 정량적으로 감지하는 장치
ㅇ 구성 요소
- 생물학적 인식부 : 특정 물질을 선택적으로 반응시키는 생체 분자
- 변환부 (Transducer) : 반응을 전기 신호로 변환
- 신호 처리부 : 변환된 신호를 분석,출력
ㅇ 작동 원리
- 효소나 항체 등을 막 형태로 고정
- 이에 전극을 붙여, 시료 내 대상 물질과의 반응으로 생긴 신호를 검출
- 전류,전압 변화 등을 통해 농도 계산
ㅇ 응용 예시 : 포도당 센서 (혈당 측정기), 병원체 감지용 면역센서, 환경 독성 물질 검출