의료 애플리케이션에서 작은 ECG 신호 캡처

목표

리드 1의 ECG 신호

심전도(ECG)는 사람의 심장 활동으로 환자의 신체 피부에서 발생하는 작은 전기적 변화를 모니터링하기 위해 의료 업계에서 폭넓게 사용되고 있습니다. 이와 같이 간단한 비침투성 측정으로 다양한 심장 질환을 쉽게 파악할 수 있습니다. 의료 업계에서 진단 전용 장비를 개발할 때에는 설계 및 검증을 위한 정밀 오실로스코프가 필요합니다.

T&M 솔루션

ECG 장비는 일반적으로 사람의 가슴, 팔, 다리에 연결하는 12개의 리드가 있으며, 다른 연결점 사이의 전압을 측정합니다. 이 문서는 왼쪽 팔과 오른쪽 팔 사이의 전압인 신호 리드 1을 예로 들어 설명합니다.

왼쪽 그림은 반복적 심장박동을 나타내는 신호(리드 1)입니다. 이 신호는 주기를 시작하는 P파로 시작하여 QRS 간격으로 이어진 다음 T 파로 종료됩니다. 테스트 엔지니어에게 노이즈가 많은 환경, 리드의 싱글 엔드 연결, 작은 신호 크기는 까다로운 문제입니다. 일반적인 레벨은 1mV 미만이며, 심장박동 신호의 반복 속도는 40비트/분부터 220비트/분(bpm)입니다.

일반적으로 추가 노이즈, 해당 채널의 지연, 오프셋 에러가 있을 경우 신호 증폭을 위해 증폭기가 필요합니다. 하지만 이 경우 신호가 반복되지 않고 중요 정보가 손실될 수 있기 때문에 노이즈 감소를 위해 파형 평균화를 사용할 수는 없습니다. 다이어그램은 비주기적 교란이 포함된 펄스 시퀀스로, 의료진이 특정 질병이 있음을 확인할 수 있습니다.

주기적 ECG 신호의 비주기적 교란
주기적 ECG 신호의 비주기적 교란

일반적 ECG 신호 크기는 <10kHz의 대역폭에서 측정점에 따라 1mV 미만입니다. 오실로스코프에서는 작은 진폭으로 인해 이러한 신호를 직접 캡처 및 분석하기 어렵습니다.

하지만 R&S®RTE 디지털 오실로스코프는 직접적, 심층적 신호 분석을 위한 핵심 기능을 제공합니다.

애플리케이션

자동 설정 실행 후 캡처된 ECG 신호

스크린샷은 표준 셋업에서 R&S®RTE로 캡처한 ECG 신호를 나타냅니다. 이 신호는 노이즈 레벨이 높고 P파와 W파는 거의 보이지 않습니다.

수집한 신호를 향상하기 위해 확대/축소 또는 대역폭 제한 없이 수직 스케일을 500μV/div으로 설정하였습니다. 이 기능은 동급의 모든 오실로스코프 중에서 유일한 기능입니다. 사용된 HD 모드에는 10kHz 대역폭 제한이 적용되었습니다.

이 경우 분해능이 크게 증가하지만 추가 분석을 위해 안정적, 클린 신호 수집을 얻는 데 필요한 트리거 감도도 향상됩니다.

의료 지표를 쉽게 탐지하기 위해 마스크 시험 사용

이 안정적 신호를 사용하여 추가 시험을 수행할 수 있습니다. 예를 들어 마스크 시험은 왜곡된 신호에 나타나는 몇 가지 의료 지표를 쉽게 탐지할 수 있습니다. 특정 지표에 대해 다른 마스크 시험을 적용할 수 있습니다. 스크린샷은 건강한 사람의 ECG 신호와 관련 마스크 시험을 나타냅니다. 신호 추적 주위의 흰색 영역은 허용 가능한 영역입니다. 컬러 영역(상단 및 하단)은 위쪽과 아래쪽의 마스크입니다.

500μV/div 스케일, HD 모드, 마스크 시험을 사용하여 캡처한 ECG 신호

성능 아이콘에서 1frame/s 및 1acquisition/s로 표시된 성능은 60bpm의 심박수를 나타냅니다. 이 셋업에서 수집 시간이 1초80%를 차지하고 남는 처리 시간은 200ms에 불과하지만 R&S®RTE는 모든 펄스를 트리거, 수집, 처리합니다. 이 예는 R&S®RTE의 뛰어난 성능을 보여줍니다.

경쟁사의 최신 고분해능 오실로스코프와 비교

동일한 계측 셋업에서 R&S®RTE를 10비트 고분해능 오실로스코프로 대체했습니다. 아래 스크린샷은 HighRes 모드를 켜고 1mV/div의 최저 수직 분해능으로 측정한 결과입니다.

신호 크기가 트리거 감도보다 작기 때문에 오실로스코프가 신호를 트리거할 수 없습니다. 스크린샷에 이 정보를 표시하기 위해 지속 표시 시간을 몇초로 늘렸으며, 트리거 레벨은 옅은 파란색의 점선으로 표시되어 있습니다. 이전 추적은 그림자로 표시되어 있습니다(1).

디지털 신호 후처리에서 적용된 필터는 대역폭이 충분하지 않음을 나타내며, 측정 셋업에서 스파이크가 필터링되지 않았습니다(2). 숫자 3은 노이즈와 1mV/div의 제한적 수직 스케일을 나타냅니다. 결과적으로 신호의 P파는 거의 보이지 않으며, 노이즈에 묻힙니다.

ECG 신호

요약

R&S®RTE는 ECG 신호와 같이 작은 신호를 분석하는 데 적합하며, 특히 의료 분야에 적합합니다. 프런트엔드는 동급 제품 중 가장 낮은 수직 스케일인 500μV에서 매우 낮은 노이즈 값을 제공합니다. 이 분석은 추가 회로가 필요하지 않으며, HD 모드가 수직 분해능과 트리거 감도를 향상하고 대역 내 노이즈 전력을 줄입니다. 따라서 분석에 중요한 신호 정보를 캡처할 수 있습니다. R&S®RTE는 이 측면에서 경쟁사의 고분해능 오실로스코프보다 뛰어납니다.

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