KR100558088B1

KR100558088B1 - Artificial respiration

Info

Publication number: KR100558088B1
Application number: KR1020030091686A
Authority: KR
Inventors: 김종철; 이기영; 권용환; 주정규
Original assignee: 주식회사 멕 아이씨에스
Priority date: 2003-12-15
Filing date: 2003-12-15
Publication date: 2006-03-27
Also published as: KR20050059955A

Abstract

본 발명은 배기유속 및 배기압도 사용자가 가변적으로 제어할 수 있는 배기특성 조정 기능을 갖는 인공호흡 장치를 개시한다. 이를 위해, 본 발명의 환자의 폐로 흡기되는 공기를 공급하는 공급부와, 환자의 폐에서 배기되는 공기의 압력 및 유속을 감지하여 감지신호를 출력하는 배기센서부와, 흡기 및 배기되는 공기의 흐름상태에 따라 흡기 및 배기될 공기의 흐름 특성을 가변적으로 제어하는 흡/배기 조절부 및 흡/배기 조절부의 구동명령에 따라 선택적으로 온/오프되어 배기되는 공기의 양을 조정하는 배기밸브를 구비하고, 흡/배기 조절부는 사용자의 입력치에 따라 배기될 공기의 흐름 특성 제어를 위한 목표치를 계산하고, 감지신호를 피드백받아 목표치와 비교하여 그 차이에 대응하는 제어신호를 출력하는 제어부와, 제어신호를 신호처리하여 구동명령을 출력하는 구동부를 구비합니다.The present invention discloses a ventilator having an exhaust characteristic adjustment function capable of variably controlling the exhaust velocity and the exhaust pressure. To this end, the supply unit for supplying air intake to the lungs of the patient of the present invention, the exhaust sensor unit for detecting the pressure and flow rate of the air exhausted from the lungs of the patient and outputs a detection signal, the flow state of the intake and exhaust air And an exhaust valve for selectively adjusting the amount of air that is selectively turned on and off according to a driving command of the intake / exhaust control unit and the intake / exhaust control unit that variably control the flow characteristics of the intake and exhaust air according to the present invention. The intake / exhaust control unit calculates a target value for controlling the flow characteristics of the air to be exhausted according to a user input value, receives a feedback signal and compares it with the target value, and outputs a control signal corresponding to the difference, and a control signal. It is equipped with a drive unit for signal processing and outputting a drive command.

인공 호흡 장치, 배기압, 배기유속Ventilation device, exhaust pressure, exhaust velocity

Description

Artificial respiration device with adjustable exhaust characteristics {Artificial respiration}

도 1은 종래 일반적인 인공 호흡 장치의 구성을 나타내는 구성도.1 is a block diagram showing the configuration of a conventional general respirator.

도 2a는 일반적인 흡기 압력 곡선(inspiratory pressure curve)을 나타내는 도면.FIG. 2A shows a typical inspiratory pressure curve. FIG.

도 2b는 PCV와 PSV에서 FAP의 크기에 따라 환자에게 공급되는 공기의 압력 및 유속(Flow)의 변화를 나타내는 도면.Figure 2b is a diagram showing the change in the air pressure and flow (Flow) supplied to the patient according to the size of the FAP in PCV and PSV.

도 2c는 종래 흡기 구간 및 배기 구간에서 배기압과 배기유속의 변화모습을 나타내는 도면.Figure 2c is a view showing a change in exhaust pressure and exhaust flow rate in the conventional intake section and exhaust section.

도 3은 본 발명에 따른 인공 호흡 장치의 구성을 간략하게 나타낸 구성도.Figure 3 is a schematic diagram showing the configuration of the respirator according to the present invention.

도 4는 도 3의 공급부(100)와 배기부(200)의 구성을 보다 상세하게 나타낸 구성도.4 is a configuration diagram showing in more detail the configuration of the supply unit 100 and the exhaust unit 200 of FIG.

도 5는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 흡/배기 조절부의 구성을 나타내는 구성도.5 is a configuration diagram showing the configuration of the intake / exhaust control unit according to a first embodiment of the present invention.

도 6은 종래 및 본 발명에 따른 흡기 구간과 배기 구간에서의 배기압 및 배기유속의 변화 모습을 비교하여 나타내는 도면.6 is a view showing a comparison of changes in exhaust pressure and exhaust velocity in an intake section and an exhaust section according to the prior art and the present invention.

도 7은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 흡/배기 조절부의 구성을 나타내는 구성도.7 is a configuration diagram showing the configuration of the intake / exhaust control unit according to a second embodiment of the present invention.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명* Explanation of symbols for the main parts of the drawings

100 : 공급부 110 : 흡기밸브100: supply unit 110: intake valve

120 : 흡기압센서 130 : 흡기유속센서120: intake air pressure sensor 130: intake air flow sensor

140 : 안전밸브 150 : 릴리즈밸브140: safety valve 150: release valve

200 : 배기부 210 : 배기밸브200: exhaust portion 210: exhaust valve

220 : 배기압력센서 230 : 배기유속센서220: exhaust pressure sensor 230: exhaust flow rate sensor

240 : 히터 250 : 필터240: heater 250: filter

300 : 흡/배기 조절부 310,340 : 제어부300: intake / exhaust control unit 310,340: control unit

320 : 에러앰프 330 : 구동부320: error amplifier 330: driver

331 : 펄스폭변조기 332 : 드라이버331: pulse width modulator 332: driver

본 발명은 배기특성 조정 기능을 갖는 인공호흡 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 흡기(Inspiration)시 뿐만 아니라 배기(Expiration)시에도 현재 배기되는 공기의 압력과 유속을 감지하고 이를 기 설정된 목표치와 비교하여 그 차를 이용해 배기되는 공기의 흐름을 가변적으로 제어하여 배기 특성을 향상시킬 수 있는 인공 호흡 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a ventilator having an exhaust characteristic adjustment function, and more particularly, detects the pressure and flow rate of air that is currently exhausted not only at inspiration but also at expiration, and compares it with a preset target value. The present invention relates to a respirator that can improve the exhaust characteristics by variably controlling the flow of exhaust air using the difference.

일반적으로, 인공 호흡 장치는 환자가 회복될 때 까지의 생명 유지를 위해 인위적으로 환자에게 산소 가스를 공급하는 수단으로, 최근에는 인공 호흡을 하는 동안 환자에게 편안함을 유지하면서 압력에 의한 폐포의 상해 및 기도의 구조적인 손상을 최소로 줄이고자 하는 연구를 계속하고 있다.In general, a ventilator is a means of artificially supplying oxygen gas to a patient to maintain life until the patient recovers. In recent years, pressure injury and alveolar injury caused by pressure may be maintained while maintaining comfort for the patient during resuscitation. Research is ongoing to minimize structural damage to the airways.

도 1은 종래 일반적인 인공 호흡 장치의 구성을 나타내는 구성도이다.1 is a configuration diagram showing the configuration of a conventional general respirator.

도 1의 인공 호흡 장치는 산소 용기(11)로부터 배출되는 산소 가스가 출력구를 통해 배출되도록 하는 레귤레이터(12), 레귤레이터(12)와 접속되는 산소 공급관(13), 산소 공급관 상에 설치되어 산소 용기(11)로부터 공급되는 산소량을 단속하는 솔레노이드 밸브(14), 산소 공급관(13)을 지나는 산소의 압력을 감지하기 위한 압력센서(15) 및 압력센서(15)에서 감지된 정보에 따라 솔레노이드 밸브(14)의 온/오프 동작을 제어하는 제어부(16)를 구비한다.The ventilator of FIG. 1 is provided on a regulator 12, an oxygen supply pipe 13 connected to the regulator 12, and an oxygen supply pipe so that oxygen gas discharged from the oxygen container 11 is discharged through an output port. The solenoid valve 14 according to the information detected by the pressure sensor 15 and the pressure sensor 15 for detecting the pressure of the oxygen passing through the oxygen supply pipe 13, the solenoid valve 14 for intermittent the amount of oxygen supplied from the vessel (11) A control unit 16 for controlling the on / off operation of 14 is provided.

도 2a는 일반적인 흡기 압력 곡선(inspiratory pressure curve)을 나타내는 도면이다.Figure 2a is a diagram showing a typical inspiratory pressure curve (inspiratory pressure curve).

도 2a에서, A 구간은 호흡을 시작하기 위해 필요한 작업(work)구간을 나타내며, B 구간은 압력의 상승 속도(rise rate)를 보여주는 구간이다. 그리고, C 구간은 PCV(Pressure Control Ventilation)에서 환자의 노력에도 불구하고 미리 설정된 압력 값을 유지하면서 압력의 오버샷(overshoot)을 방지하기 위한 구간이며, D 구간은 PSV(Pressure Support Ventilation)을 끝내는 흡기 종료 기준(inspiratory termination criteria)를 보여주는 구간이다.In FIG. 2A, section A represents the work section required to start breathing, and section B is the section showing the rise rate of pressure. In addition, section C is a section for preventing pressure overshoot while maintaining a preset pressure value despite the patient's efforts in PCV (Pressure Control Ventilation), and section D finishes PSV (Pressure Support Ventilation). This section shows the inspiratory termination criteria.

흡기 압력 곡선의 PCV 및 PSV에서 흡기 상승(inspiratory rise)을 정확하게 맞출 수 있도록 해주기 위한 것이 FAP(Flow Acceleration Percent)인데, 이러한 FAP를 크게 설정하면 더 빨리 목표로 하는 압력값에 도달되도록 인공 호흡기가 작동한다. 도 2b는 PCV와 PSV에서 FAP의 크기에 따라 환자에게 공급되는 공기의 압력 및 유속(Flow)의 변화를 보여주는 도면이다.The Flow Acceleration Percent (FAP) is designed to accurately match the inspiratory rise in the PCV and PSV of the inspiratory pressure curve, with larger FAPs actuating the ventilator to reach the target pressure faster. do. Figure 2b is a view showing the change in air pressure and flow (Flow) of the air supplied to the patient in accordance with the size of the FAP in PCV and PSV.

그런데, 상술된 종래의 인공 호흡 장치는 환자에게 압력을 가하거나 일정한 볼륨의 공기를 흡입하게 한 후 그 상태를 유지시키는 등의 기능에 맞춰져 있고, 배기에 대해서는 인체에서 나타는 입력 압력 또는 일정 부피에 대해 나타나는 폐 특성인 폐탄성도 및 기도 저하 등에 의해 배기되도록 설계되어 있다.However, the above-described conventional ventilator is adapted to a function such as applying pressure to a patient or inhaling a constant volume of air and then maintaining the state. It is designed to exhaust by waste elasticity, airway lowering, and the like, which are characteristics of the lungs.

즉, 배기시 실질적으로는 여러 원인의 폐 탄성 상태 변화와 이물질 등으로 인한 공기 저항 증/감 등에 의한 유속의 변화는 물론, 복잡한 폐 구조상 부분적 이상의 경우 등 다양한 특성들이 조합되어 배기되는데, 종래의 인공 호흡 장치는 도 2c에서와 같이 흡기 구간의 공기흐름만을 제어할 뿐 배기시의 특성에 대해서는 고려되고 있지 않다.That is, during exhaust, various characteristics such as changes in the flow rate due to changes in the elasticity of the lungs due to various causes and increase / decrease in air resistance due to foreign matters, as well as partial abnormalities in the complex lung structure are combined and exhausted. The breathing apparatus controls only the air flow in the intake section as shown in FIG. 2C, and does not consider the characteristics at the time of exhaust.

따라서, 상술된 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 흡기시 뿐만 아니라 배기시에도 배기되는 공기의 흐름을 가변적으로 조절하여 폐 탄성도 등의 배기 특성차를 균일하게 조정하고 불필요한 이물질 등의 폐기도내에서의 이동을 최소화하는데 있다.Accordingly, an object of the present invention for solving the above problems is to adjust the flow of air that is exhausted not only at the time of intake but also at exhaust to uniformly adjust the exhaust characteristic difference such as waste elasticity and to dispose of unnecessary foreign matters. To minimize movement in the

위와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 인공 호흡 장치는 환자의 폐로 흡기되는 공기를 공급하는 공급부와, 환자의 폐에서 배기되는 공기의 압력 및 유속을 감지하여 그 감지신호를 출력하는 배기센서부와, 흡기 및 배기되는 공기의 흐름상태에 따라 흡기 및 배기될 공기의 흐름 특성을 가변적으로 제어하는 흡/배기 조절부, 및 흡/배기 조절부의 구동명령에 따라 선택적으로 온/오프되어 배기되는 공기의 양을 조정하는 배기밸브를 구비하고, 흡/배기 조절부는 사용자의 입력치에 따라 배기될 공기의 흐름 특성 제어를 위한 목표치를 계산하고, 감지신호를 피드백받아 이를 목표치와 비교하여 그 차이에 대응하는 제어신호를 출력하는 제어부와, 제어신호를 신호처리하여 구동명령을 출력하는 구동부를 구비함을 특징으로 한다.The artificial respiratory apparatus of the present invention for achieving the above object is a supply unit for supplying air to be inhaled into the patient's lungs, the exhaust sensor unit for detecting the pressure and flow rate of the air exhausted from the patient's lungs and outputs the detection signal; , The intake / exhaust control unit that variably controls the flow characteristics of the intake and exhaust air according to the flow state of the intake and exhaust air, and the air that is selectively on / off and exhausted according to the driving command of the intake / exhaust control unit It is provided with an exhaust valve for adjusting the amount, the intake / exhaust control unit calculates a target value for controlling the flow characteristics of the air to be exhausted in accordance with the user input value, and receives the detection signal and compare it with the target value to correspond to the difference And a control unit for outputting a control signal and a driving unit for processing the control signal and outputting a driving command.

이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 3은 본 발명에 따른 인공 호흡 장치의 구성을 간략하게 나타낸 구성도이다.Figure 3 is a schematic diagram showing the configuration of the respirator according to the present invention.

본 발명의 인공 호흡 장치는 공급부(100), 배기부(200) 및 흡/배기 조절부(300)를 구비한다.The ventilator of the present invention includes a supply unit 100, an exhaust unit 200, and an intake / exhaust control unit 300.

공급부(100)는 PCV에서 설정된 흡기 시간 동안 일정 간격으로 일정농도의 산소가 포함된 혼합가스(이하, 공기라 함)를 환자의 폐로 공급한다.The supply unit 100 supplies a mixed gas (hereinafter, referred to as air) containing a certain concentration of oxygen to the patient's lungs at a predetermined interval during the intake time set in the PCV.

이때, 공급되는 공기는 산소가 풍부하고 약물 처리된 적정한 온도와 습도를 유지한다.At this time, the supplied air is oxygen-rich and maintains the proper temperature and humidity treated with the drug.

배기부(200)는 호흡을 통해 환자의 폐에서 나오는 공기를 기 설정된 유속 또는 압력으로 외부로 배기시킨다.The exhaust unit 200 exhausts the air from the lungs of the patient through the respiration to the outside at a predetermined flow rate or pressure.

흡/배기 조절부(300)는 공급부(100)를 통해 흡기되는 공기와 배기부(200)를 통해 배기되는 공기의 흐름 즉 공기압 및/또는 유속이 사용자가 설정한 목표치대로 이루어지도록 조절한다. 즉, 종래에는 흡기되는 공기의 흐름만을 조절하였으나 본 발명에서는 배기되는 공기의 흐름까지 조절할 수 있게 된다.The intake / exhaust adjustment unit 300 adjusts the flow of the air intaked through the supply unit 100 and the air exhausted through the exhaust unit 200, that is, the air pressure and / or the flow rate, to the target value set by the user. That is, in the prior art, only the flow of intake air is regulated, but in the present invention, the flow of exhaust air can be adjusted.

이를 위해, 흡/배기 조절부(300)는 현재 공급부(100)를 통해 흡기되는 공기의 압력(흡기압, Pi)과 유속(흡기유속, Fi) 및 배기부(200)를 통해 배기되는 공기의 압력(배기압, Pe)과 유속(배기유속, Fe)을 센싱하고, 이를 사용자가 설정한 설정한 목표치와 비교하여 그 비교결과에 따라 공급부(100) 및 배기부(200)로 흡기 및 배기되는 공기의 양을 조절함으로써 흡기 및 배기되는 공기의 흐름 특성을 조절한다.To this end, the intake / exhaust control unit 300 is the current of the air exhausted through the pressure (intake pressure, Pi) and the flow rate (intake flow rate, Fi) and the exhaust unit 200 intake air through the supply unit 100 It senses the pressure (exhaust pressure, Pe) and the flow rate (exhaust flow rate, Fe), compares it with the set target value set by the user, and intakes and exhausts the supply unit 100 and the exhaust unit 200 according to the comparison result. By adjusting the amount of air, the flow characteristics of the intake and exhaust air are controlled.

도 4는 도 3의 공급부(100)와 배기부(200)의 구성을 보다 상세하게 나타낸 구성도이다.4 is a configuration diagram showing in more detail the configuration of the supply unit 100 and the exhaust unit 200 of FIG.

공급부(100)는 흡기밸브(110), 흡기압력센서(120), 흡기유속센서(130), 안전밸브(140) 및 릴리즈 밸브(140)를 구비한다.The supply unit 100 includes an intake valve 110, an intake pressure sensor 120, an intake flow rate sensor 130, a safety valve 140, and a release valve 140.

흡기밸브(110)는 흡/배기 조절부(400)의 구동 명령에 따라 온/오프 동작을 수행하여 공급부(100)로 유입되는 공기의 양을 조절한다. 즉, 흡기밸브(110)의 개폐 정도에 따라 단위 시간당 공급부(100)로 흡입되는 공기의 양이 달라지게 되며 이에 따라 공급부(100)에서의 흡기압(Pi)과 흡기유속(Fi)이 기 설정된 목표치와 일치되도록 조절된다.The intake valve 110 adjusts the amount of air introduced into the supply unit 100 by performing an on / off operation according to a driving command of the intake / exhaust control unit 400. That is, the amount of air sucked into the supply unit 100 per unit time varies according to the degree of opening and closing of the intake valve 110. Accordingly, the intake pressure Pi and the intake flow rate Fi in the supply unit 100 are preset. Adjusted to match the target value.

흡기 방법으로는 폐에 가해지는 압력에 관계 없이 기 설정된 용적만큼의 공기를 폐에 공급하는 방법과 기 설정된 공기압력을 정해진 압력치까지 만을 폐로 흡입시켜 폐포를 적당한 압력으로 확장시킴으로써 폐의 모든 부분(폐포)의 찌그러짐을 방지하며 폐의 가스분배를 증진시키는 방법 등이 있다.Inhalation method is to supply the lungs with a predetermined volume irrespective of the pressure applied to the lungs. Prevent alveolar distortion and improve lung gas distribution.

흡기압력센서(120)는 공급부(100)를 통해 환자에게 공급되는 공기의 흡기압(Pi)을 감지하여 그 결과를 흡/배기 제어부(300)로 출력하며, 흡기유속센서(130)는 공급부(100)를 통해 환자에게 공급되는 공기의 흡기유속(Fi)을 감지하여 제어부(300)로 출력한다.The intake pressure sensor 120 detects the intake pressure Pi of the air supplied to the patient through the supply unit 100, and outputs the result to the intake / exhaust control unit 300, and the intake flow rate sensor 130 is supplied to the supply unit ( It detects the intake air velocity (Fi) of the air supplied to the patient through the 100 and outputs to the control unit (300).

안전밸브(140)와 릴리즈 밸브(140)는 흡기되는 공기가 기 설정된 일정 압력이상으로 상승시 공기를 배출시켜 환자에게 지나치게 높은 압력으로 공기가 흡기되지 못하도록 해준다.The safety valve 140 and the release valve 140 discharge the air when the intake air rises above a predetermined predetermined pressure, thereby preventing the air from being inhaled at an excessively high pressure to the patient.

상술된 구성의 공급부(100)는 본 발명의 일 실시예에 불과하며, 환자에게 공기를 공급하기 위한 종래 어떠한 형태의 공기 공급수단도 사용될 수 있다.The supply unit 100 of the above-described configuration is only one embodiment of the present invention, and any type of air supply means for supplying air to the patient may be used.

배기부(200)는 배기밸브(210), 배기압력센서(220), 배기유속센서(230), 히터(240) 및 필터부(250)를 구비한다.The exhaust unit 200 includes an exhaust valve 210, an exhaust pressure sensor 220, an exhaust flow rate sensor 230, a heater 240, and a filter unit 250.

배기밸브(210)는 흡/배기 구동부(300)의 구동 명령에 따라 온/오프 동작을 수행하여 배기부(200)에서 외부로 배기되는 공기의 양을 조절한다. 즉, 배기밸브(210)의 개폐 정도에 따라 단위 시간당 외부로 배기되는 공기의 양을 가변적으로 조절함으로써 전체적으로 배기 비율(용적비율)을 배기 시간 대비 균일하게 해주며, 최대 유속을 낮추어 줌으로써 폐 상태에 따라 불필요한 이물질 등의 폐기도내에서 이동을 적게할 수 있다.The exhaust valve 210 adjusts the amount of air exhausted from the exhaust unit 200 to the outside by performing an on / off operation according to a driving command of the intake / exhaust drive unit 300. That is, by varying the amount of air exhausted to the outside per unit time in accordance with the degree of opening and closing of the exhaust valve 210, the overall exhaust ratio (volume ratio) uniformly compared to the exhaust time, lowering the maximum flow rate to the closed state Therefore, it is possible to reduce the movement within the disposal chart of unnecessary foreign matters.

이러한 배기밸브(210)는 PEEP(Positive End Expiratory Pressure)밸브로 구현되며 솔레노이드형 또는 스텝모터형 등 다양한 형태가 가능하다.The exhaust valve 210 is implemented as a PEEP (Positive End Expiratory Pressure) valve and can be in various forms such as solenoid type or step motor type.

배기압력센서(220)는 배기부(200)를 통해 배기되는 공기의 배기압(Pe)을 감지하여 그 결과를 흡/배기 조절부(300)로 출력하며, 배기유속센서(230)는 배기되는 공기의 배기유속(Fe)을 감지하여 그 결과를 흡/배기 조절부(300)로 출력한다.The exhaust pressure sensor 220 detects the exhaust pressure Pe of the air exhausted through the exhaust unit 200 and outputs the result to the intake / exhaust control unit 300, and the exhaust flow rate sensor 230 is exhausted. Detects the exhaust flow rate of air (Fe) and outputs the result to the intake / exhaust control unit (300).

히터(240)는 배기압력센서(220)와 배기유속센서(230)의 앞단에 설치되어 배기되는 공기에 포함된 습기를 제거한다.The heater 240 is installed in front of the exhaust pressure sensor 220 and the exhaust flow rate sensor 230 to remove moisture contained in the exhaust air.

즉, 본 발명에서는 배기되는 공기의 흐름특성을 제어하기 위해, 현재 배기되는 공기의 흐름(압력(Pe)과 유속(Fe))을 센싱하고 센싱된 값을 피드백받아 신호처리하게 되는데, 이를 위해서는 현재의 배기압(Pe)과 배기 유속(Fe)의 정확한 측정이 필수적으로 필요하다. 그런데, 환자의 호흡에 의해 배기되는 공기에는 수분이 많이 포함되어 있어 이러한 수분으로 인해 배기압력센서(220)와 배기유속센서(230)의 감지능력이 저하될 염려가 있다. 따라서, 히터(240)를 배기압력센서(220)와 배기유속센서(230)의 전단에 구비하여 공기가 각 센서(220, 230)에 도달되기 이전에 그 안에 포함된 수분을 제거해줌으로써 배기압(Pe) 및 배기유속(Fe)에 대한 보다 정확한 감지를 가능하게 할 수 있다.That is, in the present invention, in order to control the flow characteristics of the air to be exhausted, the air flow (pressure (Pe) and the flow rate (Fe)) of the current air is sensed and the sensed value is fed back to process the signal. Accurate measurement of the exhaust pressure Pe and the exhaust flow rate Fe is essentially necessary. By the way, the air exhausted by the patient's breath contains a lot of moisture, there is a concern that the moisture detection capacity of the exhaust pressure sensor 220 and the exhaust flow rate sensor 230 is lowered due to this moisture. Accordingly, the heater 240 is provided at the front of the exhaust pressure sensor 220 and the exhaust flow rate sensor 230 to remove the moisture contained therein before the air reaches the respective sensors 220 and 230. It is possible to enable more accurate detection of Pe) and exhaust flow rate Fe.

필터부(250)는 배기 공기를 필터링하여 환자의 호흡으로 인해 대기중으로 배출될 수 있는 박테리아 같은 세균들을 제거해준다.The filter unit 250 filters the exhaust air to remove bacteria such as bacteria that may be discharged into the atmosphere due to the breathing of the patient.

본 발명은 배기되는 공기에 대해서도 흡기되는 공기와 같이 그 흐름 특성을 제어하고자 하는 것으로, 흡기되는 공기에 대한 흐름 특성 제어는 종래의 그것들과 동일하게 이루어지며, 이하 본 발명에 대한 설명에서는 흡기되는 공기의 흐름제어는 논외(論外)로 하고 배기되는 공기의 흐름제어를 중심으로 설명한다.The present invention intends to control the flow characteristics of the air to be exhausted as intake air, and the flow characteristic control for the intake air is made in the same manner as the conventional ones, in the following description of the present invention The flow control of the air flow is left out of the way, and the flow control of the exhaust air will be described.

도 5는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 흡/배기 조절부의 구성을 나타내는 구성도이다.5 is a configuration diagram showing the configuration of the intake / exhaust control unit according to the first embodiment of the present invention.

본 발명의 제 1 실시예에 따른 흡/배기 조절부(300)는 제어부(310), 에러앰프(320), 및 구동부(330)를 구비한다.The intake / exhaust adjustment unit 300 according to the first embodiment of the present invention includes a control unit 310, an error amplifier 320, and a driver 330.

제어부(310)는 사용자에 의해 설정된 목표치로 배기부(200)를 통해 배기될 공기의 흐름을 제어하기 위한 제어신호를 에러앰프(320)로 출력한다.The controller 310 outputs a control signal to the error amplifier 320 for controlling the flow of air to be exhausted through the exhaust unit 200 at a target value set by the user.

이를 위해, 제어부(310)는 환자의 호흡이 흡기에서 배기로 전환된 후 배기압(Pe)이 0 또는 기 설정된 값(PEEP 값)에 도달되는데 소요되는 시간(배기 시간)을 입력받아, 배기 시간 동안의 배기 비율(용적 비율)이 배기 시간 대비 균일하게 되기 위해서는 어는 정도의 기울기로 배기압(Pe)이 변화되어야 하는지를 계산한다. 또한, 제어부(310)는 배기 시작 후 배기유속이 0이 되는데 소요되는 시간을 입력받아, 해당시간 동안 어느 정도로 최대 배기 유속을 낮추어야 폐기도내에서의 이물질의 이동을 적게할 수 있는지를 계산하고, 계산된 최대 배기 유속에 맞게 배기유속의 안정적으로 변화되도록 하는 변화정도를 계산한다. 배기압 및 배기유속이 0에 도달하는데 소요되는 시간은 환자의 상태에 따라 결정되며, 제어부(310)에서 계산된 값이 목표치가 된다.To this end, the control unit 310 receives a time (exhaust time) for the exhaust pressure Pe to reach zero or a preset value (PEEP value) after the patient's breath is switched from inspiration to exhaust, and the exhaust time In order for the exhaust ratio (volume ratio) to be uniform with respect to the exhaust time, it is calculated to what extent the exhaust pressure Pe should be changed. In addition, the control unit 310 receives the time taken for the exhaust flow rate to become zero after the start of exhaustion, and calculates to what extent the maximum exhaust flow rate must be lowered during the corresponding time to reduce the movement of foreign substances in the waste road, and calculates Calculate the degree of change to ensure a stable change in the exhaust flow rate according to the maximum exhaust flow rate. The time taken for the exhaust pressure and the exhaust velocity to reach zero is determined according to the condition of the patient, and the value calculated by the controller 310 becomes a target value.

에러앰프(320)는 제어부(310)의 출력신호와 센서(220, 230)의 출력신호를 비교하여 그 차에 대응되는 신호를 구동부(330)로 출력한다.The error amplifier 320 compares the output signal of the controller 310 with the output signals of the sensors 220 and 230 and outputs a signal corresponding to the difference to the driver 330.

구동부(330)는 에러앰프(320)의 출력신호를 펄스폭변조(PWM:Pulse Width Modulation) 스위칭 변환하고 변환된 신호에 따라 솔레노이드로 작동되는 배기밸브(210)를 구동시키기 위한 구동 명령을 출력한다.The driver 330 converts an output signal of the error amplifier 320 into pulse width modulation (PWM) switching and outputs a driving command for driving the exhaust valve 210 operated by the solenoid according to the converted signal. .

이러한 구동부(330)는 에러앰프(320)의 출력을 펄스폭변조 스위칭 변환하는 펄스폭변조기(331) 및 펄스폭변조기(331)의 출력에 따라 배기밸브(210)를 구동시키기 위한 구동 명령을 출력하는 드라이버(332)를 구비한다.The driver 330 outputs a driving command for driving the exhaust valve 210 according to the output of the pulse width modulator 331 and the pulse width modulator 331 for pulse width modulation switching conversion of the output of the error amplifier 320. The driver 332 is provided.

도 5의 구성을 갖는 본 발명의 인공 호흡 장치의 동작을 간략하게 설명하면 다음과 같다.Briefly describing the operation of the respirator of the present invention having the configuration of Figure 5 as follows.

우선 사용자는 환자의 상태에 따라 흡기에서 배기로 전환된 후, 배기압(Pe)이 0 또는 PEEP 값까지 도달되는데 소요되는 시간과 배기 유속이 0이 되는데 소요되는 시간을 정하여 입력한다.First, the user switches from intake to exhaust according to the condition of the patient, and then inputs a time required for the exhaust pressure Pe to reach a zero or PEEP value and a time required for the exhaust flow rate to become zero.

그러면, 제어부(310)는 배기 시작 후 설정된 시간 동안 배기 비율(용적 비율)이 설정된 배기 시간 대비 균일하게 되도록 하기 위해서는 배기압(Pe)이 어떻게 변화되어야 하는지를 계산한다. 또한, 제어부(310)는 배기 시작 후 설정된 시간 동안 어느 정도로 최대 배기 유속을 낮추어야 폐기도내에서의 이물질의 이동을 적게할 수 있는지를 계산하고, 최대 배기 유속이 새로 계산된 값이 되도록 하기 위해서는 배기 유속을 어떻게 변화시켜야 하는지를 계산한다.Then, the controller 310 calculates how the exhaust pressure Pe should be changed so that the exhaust ratio (volume ratio) becomes uniform with respect to the set exhaust time during the set time after the start of exhaust. In addition, the control unit 310 calculates how much the maximum exhaust flow rate should be lowered during the set time after the start of exhaust to reduce the movement of foreign matter in the waste road, and in order to make the maximum exhaust flow rate become a newly calculated value. Calculate how to change.

도 6은 종래 및 본 발명에 따른 흡기 구간과 배기 구간에서의 배기압 및 배기유속의 변화 모습을 비교하여 나타내는 도면이다.6 is a view showing a comparison of changes in the exhaust pressure and the exhaust velocity in the intake section and the exhaust section according to the prior art and the present invention.

도 6에서, 실선은 도 2c에서와 같이 종래의 모습을 나타내며, 점선이 제어부(310)에서의 계산에 따라 배기 구간에서 새롭게 공기의 흐름이 제어되는 모습을 나타낸다.In FIG. 6, the solid line shows a conventional state as shown in FIG. 2C, and the dotted line shows a state in which air flow is newly controlled in the exhaust section according to the calculation by the controller 310.

즉, 종래에는 도 2c에서와 같이 흡기 구간에서는 환자의 상태에 따라 흡기되는 공기의 압력과 유속이 기 설정된 수준까지 서서히 증가되도록 조절하고 흡기에 서 배기로 변환된 후에는 별도의 흐름 제어 없이 환자의 자발 호흡에 의해 배기압과 배기유속이 급격하게 변화되었으나, 본 발명에서는 배기압 및 배기유속의 제어에 따라 배기 구간에서도 공기의 배기 특성이 향상됨을 알 수 있다.That is, in the conventional intake section as shown in FIG. 2C, the pressure and flow rate of the intake air are gradually increased to a predetermined level according to the condition of the patient, and after conversion from intake to exhaust, Although the exhaust pressure and the exhaust flow rate are drastically changed by spontaneous breathing, it can be seen that the exhaust characteristics of the air are improved even in the exhaust section according to the control of the exhaust pressure and the exhaust flow rate.

제어부(310)는 도 6의 점선 모양과 같이 배기압(Pe) 및 배기유속(Fe)이 변화되도록 제어하기 위해, 센서(220, 230)를 이용해 현재 배기구(200)를 통해 배기되는 공기의 배기압(Pe)과 배기유속(Fe)를 감지하고 이를 계산된 목표치와 비교하여 목표치대로 제어되고 있는지를 체크한다.The control unit 310 uses the sensors 220 and 230 to control the exhaust pressure Pe and the exhaust flow rate Fe to change as shown by the dotted line in FIG. 6. Atmospheric pressure (Pe) and exhaust flow rate (Fe) are detected and compared with the calculated target value to check whether it is controlled to the target value.

제어부(310)는 만약 목표치와 센서(220, 230)에 의해 감지된 실측치에 오차가 발생하게 되면 그 오차만큼 배기밸브(210)를 통해 배기되는 공기의 양을 조절하여 실측치와 목표치가 서로 일치되도록 제어하게 된다.If an error occurs in the target value and the measured value detected by the sensors 220 and 230, the controller 310 adjusts the amount of air exhausted through the exhaust valve 210 by the error so that the measured value and the target value coincide with each other. Control.

도 7은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 흡/배기 조절부의 구성을 나타내는 구성도이다.7 is a configuration diagram showing the configuration of the intake / exhaust control unit according to a second embodiment of the present invention.

도 5의 구성에서는 에러앰프(320)를 별도로 구비하여 에러앰프(320)에서 제어부(310)의 출력신호 즉 사용자가 설정한 목표치와 센서(220, 230)의 출력신호 즉 실측치를 비교하여 그 차를 펄스폭변조하였으나, 본 실시예에서는 제어부(340)에서 센서(220, 230)의 출력신호를 수신하여 디지털 신호로 변환하고 이를 계산된 목표치와 비교한 후 그 비교 결과를 에러앰프(320)로 출력하여 배기밸브(210)의 구동을 제어한다.In the configuration of FIG. 5, an error amplifier 320 is separately provided, and the error amplifier 320 compares the output signal of the controller 310, that is, the target value set by the user with the output signals of the sensors 220 and 230, and the measured value. In the present embodiment, the control unit 340 receives the output signals of the sensors 220 and 230, converts them into digital signals, compares them with the calculated target values, and then compares the result with the error amplifier 320. Output to control the driving of the exhaust valve (210).

이외의 구성요소들은 도 5에서와 동일하므로 이에 대한 자세한 설명은 생략한다.Since other components are the same as in FIG. 5, a detailed description thereof will be omitted.

상술한 바와 같이, 본 발명의 인공 호흡 장치는 흡기시 뿐만 아니라 배기시에도 배기되는 공기의 흐름을 가변적으로 제어함으로써 배기 되는 공기의 배기 특성을 향상시킬 수 있게 된다.As described above, the ventilator of the present invention can improve the exhaust characteristics of the exhausted air by variably controlling the flow of the exhausted air during intake as well as during exhaust.

Claims

A supply unit for supplying air to be inhaled into the lung of the patient;

An exhaust sensor unit for detecting a pressure and a flow rate of air exhausted from the lung of the patient and outputting a detection signal;

An intake / exhaust control unit variably controlling flow characteristics of the air to be intaken and exhausted according to the flow state of the intake and exhausted air; And

And an exhaust valve selectively on / off according to a driving command of the intake / exhaust control unit to adjust the amount of the exhausted air,

The intake / exhaust control unit

A control unit for calculating a target value for controlling the flow characteristic of the air to be exhausted according to an input value of the user, receiving the detected signal and comparing it with the target value, and outputting a control signal corresponding to the difference;

And a driving unit for signal processing the control signal and outputting the driving command.

The method of claim 1,

A heater for removing moisture of the exhausted air; And

Respiratory apparatus further comprises a filter for removing the bacteria contained in the exhaust air.

The method of claim 1, wherein the intake / exhaust control unit

And an error amplifier for comparing the target value with the detection signal and outputting the control signal corresponding to the difference to the driving unit.

delete

The method of claim 1, wherein the control unit

The degree of change in the exhaust pressure required to obtain an exhaust time required for the exhaust pressure to reach zero or a predetermined value after the exhaust starts from the user, and to make the exhaust ratio (volume ratio) uniform with the exhaust time during the exhaust time. The ventilator, characterized in that for setting the target value.

The method of claim 5, wherein the driving unit

And pulse width modulation switching conversion of the output signal of the controller, and outputting the driving command according to the converted signal.

The method of claim 1, wherein the exhaust valve

Ventilation device characterized in that the PEEP (Positive End Expiratory Pressure) valve.