의공기사 시험에 꼭 나오는 포인트 핵심 요점 정리 6. 의료기기 원리 및 특성

6. 의료기기 원리 및 특성

1절. 진단기기

 

1. E( )G (ECG, EMG, EEG 등)

(1) 심전도(ECG) : 심근의 흥분은 정맥동에서 발생하여 심방, 심실방향으로 전도된다. SA node(동방결절), AV node(방실결절), Bundle of his(방실다발), Purkinje fiber(푸르키녜 섬유)의 순서

 

표준전극법 :

P wave : 심방의 탈분극 0.06~0.1s

기본 파형 : QRS complex : 심실의 탈분극 0.08~0.1s

T wave : 심실의 재분극 0.2s

U wave : 퍼킨지 섬유의 재분극

 

(2) 뇌파도(EEG) : 뇌 신경세포의 활동에 수반되어 생성되는 전기적 변화를 두피로부터 측정하고 기록하는 것이다.

델타파	0.5~4Hz의 낮은 주파수 영역의 신호 정상인의 깊은 수면이나 신생아의 경우 두드러지게 나타난다
세타파	3~8Hz 사이의 주파수 영역의 신호 가벼운 수면과정이나 강한 환경자극에 의해 반응
알파파	8~13Hz 사이의 주파수 영역의 신호 긴장이완과 같은 편안한 상태에서 주로 나타난다. 안정되고 편안할수록 진폭증가 두정부와 후두부에서 가장 크게 기록, 전두부에서 가장 작게 나타난다
베타파	14~30Hz 사이의 주파수 영역의 신호 특정한 항정신성 약제 효과의 결과로 생길 수 있으며 또는 REM수면상태에 나타남
감마파	31~70Hz의 주파수 영역의 신호 강한 집중 시 나타난다

 

(3) 근전도(EMG) : 근세포가 흥분하여 수축작용을 할 때 발생하는 미세 활동전위를 증폭시켜 그래프로 나타내는 것

 

2. 심박출량계

(1) 심박출량 : 심장의 좌심실에서 대동맥으로 밀어내는 1분간의 혈류량, 심방수화 1회 심박출량의 곱으로 계산

(2) Fick’s 법 : 단위시간당 폐에서 동맥혈로 유입되는 산소량은 같은 시간동안 폐를 지나는 혈류량에 동/정맥혈의 산소농도차를 곱한 것과 같다. 단위시간당 산소소비량과 동/정맥혈 산소농도 이용

 

F =

 

(3) 지시약 희석법 : 지시물질(색소)를 주입하고 혈류방향으로 떨어진 위치에서 지시물질의 시간에 대한 농도변화를 측정하여 유량을 측정

(4) 온도희석법 : 저온/식염수를 지시물질로 주입하여 서미스터 등으로 검출하는 방법

(5) RI희석법 : 색소 대신 방사성 동위원소를 지시물질로 주입

(6) 임피던스희석법 : 혈액과 전기저항률이 다른 액체를 주입하여 전기저항 변화를 측정

 

3. 초음파진단기기

(1) 초음파의 물리적 특성 : 반사, 굴절, 산란, 흡수

(2) 초음파 트랜스듀서 : 전기에너지를 음파에너지로, 음파에너지를 전기에너지로 변환해주는 소자

(3) 초음파 영상 촬영 방식

Amplitude mode	단일 초음파 펄스를 매질에 인가한 뒤 반향파 신호를 수평축을 시간축으로 하여 도시하는 방식
Motion mode	인체 내 장기 중 움직이는 것을 검사하는데 쓰이는 방식 A-mode와 같으나 그래프가 아닌 휘도로 나타낸다.
Brightness mode	인체 내부 단면상을 영상으로 보여주는 방식 주로 장기, 태아 등의 형태와 동태 관측 반향파의 크기를 휘도로, 그리고 돌아오는 시간을 도시장치 상의 위치로 대응시켜 영상을 얻음
도플러 영상	초음파 빔이 혈류에 입사될 때 반사파의 주파수는 혈류속도에 따라 달라진다(도플러천이)

 

4. X-선 촬영기기

(1) X선발생원리 : X선관을 이용하여 발생, 가속된 전자를 양극인 타겟에 충돌시킬 때 전자의 운동에너지가 전자파 에너지로 변환되면서 발생, 진단 방사선기기에는 20~150keV의 사이값을 가진다. 주요 성능지표로 관전압(X선관에 인가할 수 있는 최대전압), 관전류(X선관 필라멘트에 인가할 수 있는 최대전류), 초점크기(타겟에 충돌하는 점의 크기, 작을수록 공간해상도 좋아짐)

(2) X선과 물질의 상호작용 : 광전효과, 콤프턴산란

(3) X선디텍터 : 증감지(형광물질, 공간해상도), 영상증배관(섬광체, X선을 가시광선으로), 디텍터

 

5. 혈압계 – 혈압은 동맥혈압을 의미

(1) 측정방법 : 직접/침습적 측정(카테터 사용), 간접/비침습적 측정

(2) 아날로그 혈압계 장점 : 경제적, 이동이 간편, 디지털보다 정확한 측정,

단점 : 기술을 요구, 자율적인 측정 어려움, 청력이 약한 사람불리

(3) 디지털 혈압계 장점 : 에러 표시기능으로 오측정 예방, 스스로 측정 가능, 개인오차 줄임

단점 : 환자의 움직임이 있으면 부정확, 건전지 이용, 고가의 가격

 

6. CT(Computed Tomography)

(1) 기본 원리 : 인체에 투사된 X선은 광전효과, 콤프턴산란으로 감쇠된다. X선을 발생하는 X선관 반대편에 X선을 감지하는 디텍터가 있어 인체를 투과하고 나온 X선의 세기를 감지하여 인체의 횡단면 영상을 획득한다. 이것은 X선 감쇠계수에 영향을 받는다. X선 감쇠계수의 상대값을 CT번호라 하고 물은 0 공기를 1000정도

(2) 특징 : 영상의 크기는 영상의 화소 수, 공간해상도, 대조해상도, 균일도 아티팩트

(3) Helical(spiral CT) : 3차원 영상을 얻기 위해 고안된 CT

 

7. MRI - 자장을 발생하는 커다란 자석 통 속에 인체를 들어가게 한 후 고주파를 발생시켜 신체부위에 있는 수소원자핵을 공명시켜 각 조직에서 나오는 신호의 차이를 측정하여 컴퓨터를 통해 재구성하여, 영상화하는 기술이다.

(1) 핵자기공명현상 : H, C, Na, P등, 수소원자가 정자계에 놓이게 되면 정자계 방향으로 정렬, 핵자기공명 주파수를 라모어(Larmor) 주파수라고 한다. 3T에서 수소의 라모어주파수는 127.7MHz

(2) 스핀격자완화시간, T1 : 수소원자핵이 핵자기공명현상에 의해 높은 에너지 준위로 천이된 뒤 시간이 지나면 다시 원래의 평형 상태로 돌아오는 현상, 스핀격자완화가 진행되는 시간

(3) 스핀스핀완화시간, T2 : 수소원자핵이 핵자기공명현상에 의해 여기되면 고주파코일에 FID신호를 유도한다. FID신호의 감쇠상수를 스핀스핀완화시간

(4) 초전도자석 : 정자계를 만들어주는 역할(0.5~3T), 공간균일도 좋음, 안정성 뛰어남.

(5) Shimming coil : 자계의 균일도를 높이기 위해 추가적으로 쓰이는 코일

(6) 겅사자계 코일 : 자기공명영상을 구성하기 위해서 공간적은 정보를 구분

(7) 고주파 코일 : FID신호를 감지하는 장치

 

8. 환자감시장치 – 환자의 생명유지를 위한 체온, 심박수, 혈압, 심전도 등의 환자상태를 지속적으로 감시하기 위한 기기. 심전도, 호흡수, 혈중산소포화농도, 맥박수, 심박수, 체온측정

 

9. 감마카메라

(1) 핵의학 영상 : 인체에 방사성 동위원소를 투입하고 이 동위원소가 발산하는 방사성을 외부에서 감지하여 방사성 동위원소 분보를 영상으로 얻는 기술

(2) 감마카메라 : 섬광검출기를 2차원적으로 배열한 구조로 구성. 시준기(필터-일정한 방향의 감마선만 섬광체에 전달), 섬광체(감마선->가시광선), 광전자증배관(가시광선->전기신호)

(3) 단광자방출형 단층촬영장치, SPECT : 붕괴하면서 한 개의 감마선 광자를 방출하는 방사성 동위원소의 분포를 단면 영상으로 얻는 기기

 

10. 양전자방출형 단층촬영장치, PET – 양전자를 방출하는 방사성 동위원소를 인체에 주입하고 그 동위원소의 인체 내 분소를 단면 영상으로 촬영하는 기기

 

11. 체열진단기

(1) 적외선 센서 : 광필터, 흑체/흑화막, 초전체/센서. 증폭기/FET로 구성

(2) 체열진단기

 

12. 재택진단기(원격진단기)

(1) 구성 : 화면/대화용 카메라/스피커/마이크, 진단용 확대 카메라, 전자청진기, 심전도

 

13. 임상검사기

(1) 분광광도법 : 파장선택기로 특정한 파장대만을 통과시킨 광선을 시약을 첨가하여 좋은 흡수특성을 갖게 한 시료를 담은 큐벳에 통과시키면 특정 파장의 광선이 시료에 흡수되거나 방출

(2) 염광광도계 : 칼륨, 나트륨, 리튬 등의 검사로 화염이나 불꽃은 원자가 여기상태에서 기저상태로 돌아갈 때 특정 파장의 빛을 방출하는 원리를 이용

 

14. 청력검사기 – 청각검사는 소리에 대해 예민한 정도를, 청력검사는 듣는 능력의 정도를 검사

(1) 가청주파수 : 20~20kHz

(2) 순음역치검사, 어음역치검사, 골도검사

(3) 자극음 : 단락음, 연속음, 주파수 변조음

 

 

2절. 치료기기

 

1. 제세동기

(1) 심정지 : 심정지는 심장이 갑자기 정지하는 현상. 외상이 없을 때 심정지의 원인은 심실세동과 무맥박 심실성 빈맥

(2) 심실세동 : 심실의 빠르고 불규칙한 수축에 의해 심근이 가볍게 떨리면서 분당 300~600회 수축하는 상태

(3) 심실성 빈맥 : 심실의 비정상적 신호 때문에 분당 100회 이상 수축하는 상태

(4) 제세동 : 세동을 종료시키는 것, 심정지 시 사용하는 응급처지법

(5) 제세동기 원리 : 강한 전기 에너지를 이용해 불규칙적인 심근세포들을 동시에 탈분극 시켜 절대적 불응기로 만든 후 동발결절이 회복되어 정상적인 리듬으로 돌아오게 유도. 심실세동의 경우 100~400J, 심장에 직접 시술 시 100J, 심방세동일때는 150J정도, 심실성빈맥은 100J, 심실성빈맥이 보다 불규칙해지면 200J

(6) 자동 제세동기 : 자동으로 심전도 분석, 상태를 진단, 정확도 90%이상, 일반인들도 응급처치를 할 수 있도록 안내해준다.

(7) 이식형 제세동기 : 악성 부정맥 병력이 있는 환자의 체내에 직접 삽입하는 제세동기. 한정 횟수, 낮은 에너지로 전기충격을 심근에 직접 가한다.

 

2. 전기수술기

(1) 외과적 수술과 출혈 : 전기수술기는 수술 시 출혈량을 줄여서 혈액 손실 감소, 효과적인 시야확보가 가능하고 흉터도 많이 남지 않는다.

(2) 인체와 전류

전류의 세기(A)	인체의 반응
0.0001 이상	전류를 감지할 수 있음
0.01~0.1	전류가 느껴지는 곳에서 손을 뗄 수 있음
0.1 이상	통증, 호흡곤란, 어지럼증을 느낌
0.5~1	심실세동 발생
5 이상	화상 발생

(3) 전기수술기의 원리 : 본체, 전극, 대극판으로 구성. 본체에서 전류가 발생해 전극으로 전해지고 전극을 통해 몸으로 전류가 전해지며 전류느 다시 대극판을 통해 본체로 돌아온다.

(4) 전기수술기의 작용 : 절개, 응고, 지혈

전력의 크기	사용분야
낮은 전력 절개 및 응고 시 30W 미만	신경외과, 피부과, 성형외과, 구강외과, 복강경 수술, 정관수술 등
중간 전력 절개 시 30~150W 응고 시 30~70W	일반외과, 정형외과, 흉부외과, 폴립절제술
높은 전력 절개 시 150W 이상 응고 시 70W 이상	요도 경우 절제술(요도를 통한 수술) 종양제거, 유방 절제술, 개흉술

(5) 전기수술기 사용 시 주의사항 : 대극판 사용 시 주의사항(면적을 넓게), 연기, 접지, 전파장해, 화상, 폭발

 

 

3. 페이스메이커

(1) 심장의 페이스메이커 : 동방결절에 의해 심박이 조절, 서맥 발생시 인공페이스메이커 사용

(2) 인공 페이스메이커 : 전기 자극 발생장치인 본체(건전지, 전기회로)와 전극선(심근에 고정)으로 구분

(3) 임시형 페이스메이커 : 체외에서 임시로 장착, 단기적인 심박조율, 서맥이 심한 응급환자

(4) 영구형 페이스메이커 : 영구적으로 이식, 지속적인 심박조율, 전극과 본제 모두 이식

 

4. 방사선 치료기기 – 전리방사선이 생물체에 조사되면 정상 조직은 어느 정도 시간이 지나면 회복하지만 종양 조직은 회복이 불충분하는 것을 이용

(1) 방사선 치료 원리 : 방사선을 받은 세포는 대부분 그 이후의 세포 분열 시 기능장해, 증식 저지가 일어나며 일부는 apoptosis(괴사)라는 과정을 거쳐 죽게 된다.

(2) 저에너지 X선 치료장치 : 관전압 50~120kV정도의 X선을 이용하여 주로 피부질환, 일부 심부 치료에 이용

(3) 코발트-60 원격치료장치 : Co-60에서 발생하는 감마선을 이용하는 장치, 평균 1.25MeV의 에너지

(4) 선형가속장치 : 전자총에서 발생된 전자를 고주전자파에 실어 가속하는 장치, 균등조사에 효과, 투과력이 높고 표면선량이 적어 부작용도 적다.

(5) 베타트론 : 원형궤도상에서 전자를 같은 궤도반경을 회전시키면서 고속으로 가속시키는 장치

(6) 감마 나이프

 

4. 전기자극치료기기 – 인체에 직접 전류를 통하게 함으로써 유용한 생리적 반응을 유발시켜 질병을 치료하는 모든 방법

(1) 간섭전류치료기(ICT) : 두 개 이상의 서로 다른 중주파 전류를 인체 동일 지점에서 교차통전 시켰을 때 간섭현상으로 새로운 저주파전류가 발생한다.

(2) 극초단파 치료기 : 극초단파는 고주파에 속하며 인체의 각 조직을 거의 균등하게 가열하여 효과가 크고 지속성이 좋은 치료기기.