KR100624337B1

KR100624337B1 - 지속적 기도양압 치료를 위한 양압호흡기

Info

Publication number: KR100624337B1
Application number: KR1020040086052A
Authority: KR
Inventors: 차은종; 오세훈
Original assignee: 차은종; 오세훈
Priority date: 2004-10-27
Filing date: 2004-10-27
Publication date: 2006-09-15
Also published as: KR20060036974A

Abstract

본 발명은 지속적 기도양압 치료를 위한 양압호흡기에 관한 것으로, 본 발명의 목적은 환자가 수면시 자력으로 호흡할 때의 저항을 최소화함으로서 보다 편안한 수면을 유지할 수 있도록 하고, 비정상호흡상태에는 강제로 압력공기를 공급하여 강제 호흡을 할 수 있는 양압호흡기를 제공하는 데에 있다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하는 본 발명은 외기를 도입하여 대기압보다 높은 압력으로 압축공기를 송풍하는 공기발생기와 일정한 압력으로 산소를 공급하는 산소발생기와; 공기발생기 및 산소발생기에서 발생된 공기 및 산소를 적정압력과 적정농도로 혼합하는 혼합기 및 혼합된 공기를 저장하는 저장기; 상기 저장기에 연결되어 환자가 평상호흡상태에 있을 때는 환자의 호흡주기에 따라 공기를 스스로 공급하는 평상공급관과, 환자가 무호흡상태에 돌입하거나 비정상호흡을 실시하는 경우에 정상 호흡시보다는 좀더 높은 압력의 공기를 주기적으로 마스크에 공급하는 비상공급관; 및 외부공기가 유통되는 평상호흡구, 평상공급관에 연결된 평상공급구 및 비상공급관에 연결되는 비상공급구가 구비된 마스크; 환자의 호흡상태를 감시하는 검출 수단과 호흡 분석 수단으로 구성된 것을 특징으로 한다.

양압, CPAP, 코골이, 무호흡증, 지속적기도양압, 양압호흡기

Description

지속적 기도양압 치료를 위한 양압호흡기{Respirator for Continuous Positive Airway Pressure treatment}

도 1은 본 발명의 개략적인 구성을 나타낸 실시예도,

도 2는 본 발명 마스크의 개략적인 구성도,

도 3은 본 발명 호흡검출수단의 한 실시예,

도 4는 본 발명 호흡검출수단의 다른 실시예

도 5는 정상호흡 및 비정상호흡의 비교도이다.

삭제

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

(1) : 산소발생기 (2) : 공기발생기

(5) : 혼합기 (6) : 유량계

(7) : 저장기 (8) : 안전밸브

(9) : 공기센서 (10) : 감압밸브

(11) : 평상공급밸브 (12) : 비상공급밸브

(13) : 마스크 (14) : 평상공급관

(16) : 비상공급관 (17) : 평상호흡구

(17') : 호흡구차단밸브 (19) : 비상공급구

(19') : 호흡구제어밸브 (20) : 제어기

(22) : 호흡 검출 수단 (21) : 호흡 분석 수단

본 발명은 지속적 기도양압 치료를 위한 양압호흡기에 관한 것으로, 자세하게는 환자가 자력으로 호흡할 때의 저항을 최소화하여 편안한 수면을 유지할 수 있도록 하고, 비정상호흡상태에는 강제로 압력공기를 공급하여 강제로 호흡을 할 수 있도록 하는 지속적 기도양압 치료를 위한 양압호흡기에 관한 것이다.

일반적으로 잠이 들면 우리 몸을 구성하고 있는 모든 근육의 긴장이 풀어지게 되는데, 숨구멍주위의 근육도 예외는 아니어서 목젖이나 목안의 근육들도 긴장이 풀어져서 숨구멍이 좁아지게 된다. 대부분의 경우는 잠잘 때 숨구멍이 다소 좁아져도 숨쉬는데 지장이 없지만, 일부 사람들에게서는 좁아진 숨구멍 때문에 숨을 들이마실 때 목젖이 떨리면서 코를 골게 되거나, 심지어는 숨이 아주 막혀 버리는 수면중 무호흡 현상이 나타나게 된다.

이와 같이 수면 중 호흡정지가 계속되면 동맥혈 산소포화도가 심하게 줄어들어 고혈압, 부정맥, 허혈성심장질환, 심부전증, 뇌중풍 등과 같은 순환기질환이 생 기기 쉽다. 또 당뇨병의 원인인 인슐린 부족상태로 발전할 수도 있고 폐질환이나 심장질환이 있는 경우 이를 악화시키는 원인이 될 수 있고, 자는 동안 갑자기 사망하는 돌연사(突然死)의 원인이 되기도 한다. 통계에 따르면 수면무호흡증이 있는 사람은 보통 사람에 비해 고혈압은 2배, 부정맥은 2배, 관상동맥질환은 3배, 뇌혈관질환은 4배, 교통사고는 3∼7배나 발생률이 높다고 한다.

졸음운전은 절대 수면시간 부족이 가장 큰 원인이지만 오래 잤더라도 코골이나 수면무호흡증 때문에 양질의 수면을 취하지 못한 경우도 적지 않다. 특히 수면무호흡증을 동반하는 코골이는 낮 시간 졸음의 가장 큰 원인이 된다. 그래서 대중교통 운전사나 장시간 운전자는 자신과 타인의 안전을 위해서도 코골이에 대한 적절한 치료를 해야 한다.

이러한 증상에 대한 치료방법은 수술적 치료와 지속적 기도양압(CPAP) 치료 등이 대표적인데 이중 지속적 기도양압(CPAP) 치료는 코 위에 밀착되는 마스크를 통하여 잠자는 동안 계속하여 압력을 지닌 공기를 목구멍으로 불어넣어서 기도의 폐쇄를 방지하는 방법이다. 즉, 지속적 기도양압(CPAP) 치료는 'Continuous Positive Airway Pressure(CPAP)'의 약자로 이러한 치료를 도와주는 것이 양압호흡기인데 수면 중에 호흡경로가 막혀서 발생하는 코골음과 수면무호흡 등의 증세를 수면 중 코에 마스크를 쓰고 이를 통해 양압의 공기를 공급받음으로써 원활한 호흡을 유지해 주어 수면무호흡을 사전에 차단하며 치료하는 것으로 비수술적 치료방법 중에 가장 확실하고 효과적인 방법으로 알려져 있다.

이러한 지속적 기도양압(CPAP) 치료의 장점은 정상적인 호흡과 함께 숙면을 취하게 되어 주간의 활발한 활동과 함께 삶의 질이 높아지며 고혈압, 뇌졸중, 심장질환을 예방할 수 있고, 또한 충분한 수면으로 졸음 운전 등 각종 사고를 예방할 수 있다.

이와 같은 양압 호흡기의 종래의 가장 대표적인 장치는 대기가 유입되는 유입관과 상기 유입관에 설치되어 대기의 유입을 단속하는 디멘드 첵밸브, 상기 유입관에 일체로 직교되게 연통 형성되어 산소가스가 공급되는 공급관, 상기 유입관과 직교하는 공급관의 상부에 설치되어 흡기공급을 단속하는 벤틸레이터 첵밸브와, 상기 공급관에 일체로 연통형성된 급습기와, 상기 급습기의 출구측에 Y자형으로 연결형성되어 환자의 기도 내에 가스를 공급하는 흡기관과, 흡기관의 일측에 설치된 배기밸브와, 상기 벨틸레이터 첵밸브의 상방에 위치하는 공급관과 흡기관 사이에 연결된 음압통로와, 상기 음압통로를 단속하는 첵밸브와, 상기 첵밸브를 포함하는 압력감지장치로 구성되어 있다.

이러한 종래의 기계환기장치는, 디멘드 밸브 시스템과 환기장치의 사이클 압력이 압력감지장치에서 감지되고, 환자의 최초 흡기시 음압통로를 통해 음압이 감지되며, 환자의 흡기를 행할 때 발생하는 음압의 의해 디멘드 첵밸브가 개방되고 이후에 비로소 흡기에 필요한 가스가 환자의 폐내에 공급되는 방식이다.

그러나 이러한 종래의 지속적기도양압(CPAP) 치료를 위한 양압호흡기는 환자가 자력으로 호흡하는 시간에도 강제호흡을 하도록 작동됨으로서 비 점막의 자극, 복부팽만 폐기능의 저하등과 같은 단점들이 있고, 기계 소음이 크고 휴대에 불편한 하며 가격이 고가여서 그 필요성에도 불구하고 많은 사람들이 사용하기가 어려운 단점들이 있다.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 환자가 자력으로 호흡할 때의 저항을 최소화함으로서 보다 편안한 수면을 유지할 수 있도록 하고, 비정상호흡상태에는 강제로 압력공기를 공급하여 강제로 호흡을 할 수 있는 양압호흡기제공하는 데에 있다.

본 발명의 다른 목적은 무호흡상태를 정확히 감지하여 오작동으로 인한 환자의 불편이나 사고를 예방하는 데에 있다.

본 발명의 다른 목적은 양압호흡기의 구조를 개선하여 가볍고 휴대하기 용이하는 한편 소음이 적은 양압호흡기를 제공하는데 있다.

본 발명의 다른 목적은 양압호흡기의 구성요소중 하나인 마스크를 환자가 착용시 그 착용감이 거부감을 느끼지 않고 원만히 호흡을 할 수 있는 인체공학적 구조를 가진 마스크를 포함한 양압호흡기를 제공하는데 있다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하고 종래의 결점을 제거하기 위한 양압호흡기를 제공하는 본 발명은 외기를 도입하여 대기압보다 높은 압력으로 압축공기를 송풍하는 공기발생기와 일정한 압력으로 산소를 공급하는 산소발생기;

공기발생기 및 산소발생기에서 발생된 공기 및 산소를 적정압력과 적정농도 로 혼합하는 혼합기 및 혼합된 공기를 저장하는 저장기:

상기 저장기의 공기를 환자가 평상호흡상태에 있을 때 환자의 호흡주기에 따라 공기를 마스크로 공급하는 평상공급관과, 환자가 무호흡상태에 돌입하거나 비정상호흡을 실시하는 경우에는 정상호흡시보다는 좀더 높은 압력으로 주기적으로 마스크에 공급하는 비상공급관;

외부공기가 유통되는 평상호흡구, 평상공급관에 연결된 평상공급구 및 비상공급관에 연결되는 비상공급구가 구비된 마스크;

환자의 호흡상태를 감시하는 검출 수단과 호흡 분석 수단으로 구성된 것을 특징으로 한다.

이하 실시예인 구성과 그 작용을 첨부도면에 연계시켜 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명의 구성을 나타낸 계통도인데, 그 구성을 설명하면 본 장치의 공기 생성부분은 외기를 도입하여 대기압보다 높은 압력으로 압축공기를 송풍하는 송풍기 또는 공기압축기와 같은 공기발생기(2)와 사전에 일정한 압력으로 보관용기내에 산소가 저장되어 있는 산소발생기(1)와 공기발생기(2) 및 산소발생기(1)에서 발생된 공기 및 산소를 혼합기(5)로 보내주는 배관에는 공기 및 산소의 유량 및 압력을 제어할 수 있는 공기제어밸브(4)와 산소제어밸브(3)가 설치되어 있다.

이때 공기발생기의 구동부에는 소음의 감소 및 효율을 높이기 위해 BLDC( Brushless DC)모터와 마찰드라이브 형태의 것을 사용하게 되며, 본 실시예에서는 압축공기를 송풍기로 생산토록 하고 용기내에 저장된 산소를 사용토록 하고 있으나 물론 공기와 산소 중 일부 또는 전부를 용기에 보관된 것을 사용하거나 현장에서 생산할 수 있는 장치를 사용하여도 좋다.

산소발생기(1)와 공기발생기(2)에서 생산된 압축공기와 산소는 혼합기(5)에서 적정압력과 적정농도로 혼합되게 되며, 혼합된 조화공기는 혼합기(5)에 연결된 공기 공급관을 통하여 저장기(7)로 공급되어 저장기에 저장되며 공기공급관에 부착된 유량계(6)를 통하여 그 유량을 계측하게 되고 계측된 유량정보는 제어기에 전달된다.

저장기(7)는 조화공기를 일정한 농도 및 압력으로 보관하는 용기로 안전밸브(8)와 산소 농도센서, 압력센서등으로 이루어진 공기센서(9)가 부착되어 있고 공기센서(9)로 계측된 산소의 농도 조화공기의 압력 등은 제어기(20)로 전달되고 제어기(20)에서 전달된 정보를 기초로 산소발생기, 공기 발생기 및 산소제어밸브, 공기제어밸브를 제어하게 된다.

한편 저장기(7)에는 마스크로 조화공기를 공급하는 평상공급관(14)과 비상공급관(16)이 연결되는데, 평상공급관(14)은 환자가 평상호흡상태에 있을 때 공기를 공급하는 관으로서 감압밸브(10)와 평상공급밸브(11)가 배관 중에 설치되어 있고, 갑압밸브(10)에서 감압이 된 후에 주기적으로 평상공급밸브(11)를 개폐함으로써 환자의 호흡주기에 따라 공기를 마스크(13)로 공급하고, 환자가 무호흡상태에 돌입하거나 비정상호흡을 실시하는 경우에는 시에는 비상공급관(16)에 부착되어 있는 비상공급밸브(12)를 일정한 주기로 개폐함으로서 정상호흡시보다는 좀더 높은 압력으 로 주기적으로 마스크에 공급한다.

마스크는 도2에서 보는 바와 같이 평상공급구, 비상공급구 및 평상호흡구가 설치되는데 환자가 평상호흡시에는 평상호흡구(17)로 외부공기가 유통되므로 자연상태의 호흡과 같이 환자가 자력으로 호흡하게 되며, 다만 평상공급구(15)를 통하여 고농도의 산소가 포함된 조화공기가 공급되어 대기압보다는 약간 높은 압력, 산소 농도의 호흡을 실시하게 됨으로서 좀더 용이한 호흡을 실시하게 된다.

한편 후술하는 호흡분석수단에 의해 환자가 비정상호흡을 실시하거나 무호흡상태에 돌입하게 된 것으로 판명되면 비상공급관(16)에 부착되어 있는 비상공급밸브(12)가 일정한 주기로 개폐함으로서 정상호흡시보다는 좀더 높은 압력으로 주기적으로 조화공기가 마스크(13)에 공급한다. 이때 비상공급구(19)에는 호흡구제어밸브(19')가 설치되어 있고 평상호흡구(17)에는 호흡구차단밸브(17')가 설치되어 있고 이들 밸브는 지래대의 원리와 같이 양자가 힌지로 연결되어 있어 마스크에는 호흡되면 고압의 조화공기의 흐름에 의하여 호흡구제어밸브(19')가 열리게 되고 호흡구제어밸브(19')가 열리게 되면 호흡구차단밸브(17')가 닫히게 되어 마스크내는 상대적으로 높은 압력을 유지하게 됨으로서 환자의 폐에 강제로 조화공기를 불어 넣어주고 일정한 시간이 지나면 비상공급밸브(12)가 닫치게 되어 호흡구제어밸브(19')가 닫치게 되고 호흡구제어밸브(19')가 열려 마스크내의 압력이 대기압과 같아지게 되어 환자의 폐속에 공기가 토출되게 됨으로서 환자가 호흡을 하게 된다.

한편 호흡의 이상유무는 검출 수단(22)과 호흡 분석 수단(21)을 이용하여 검출 및 분석하는데 먼저, 호흡 검출 수단(22)은 스트레인게이지 센서(도시없음), 및 브릿지 회로로 구성되어 있다.(도 3참조) 스트레인게이지 센서는 환자의 가슴이나 과 같이 환자의 호흡에 의해 변화되는 곳에 고정된다. 환자가 호흡을 하게 되면 가슴이나 목의 상대위치가 변화하게 되어 센서에 인장력과 복원력이 교대로 가해지며, 이 힘은 스트레인게이지 센서에 전달된다. 이러한 힘에 의한 센서의 저항변화는 호흡 분석 수단(21)으로 입력되어 디지털 신호로 변환된다.

또는 호흡 검출 수단(22)은 마스크 상 혹은 기류 공급관에 호흡기류센서 및 압력센서를 설치하여 기류신호와 압력신호를 추출하고 증폭회로를 이용하여 적절히 증폭한 후 저역여파회로로 잡음 제거한 후 A/D 변환기로 디지털 정보화할 수도 있다.(도 4 참조)

호흡 분석 수단(21)은 상기의 디지털 호흡 신호를 사전에 입력되어 있는 정상호흡과 비정상호흡 신호의 차이를 분석한다.

도 5에 도시된 바와 같이, 정상호흡에서는 비교적 고른 상태의 신호 그룹이 있고, 비정상호흡에서는 불규칙한 신호가 발생하게 된다. 환자가 뒤척이거나 돌아눕게 되어도 스트레인 센서가 부착된 위치는 변화되지 않으므로 약간의 외란만이 존재할 뿐 신호의 형상은 비슷하므로 정확하게 비정상 호흡상태를 분석할 수 있게 된다.

삭제

본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.

상기와 같은 본 발명은 양압호흡기의 구조가 효율적으로 구성되어 제작단가가 낮아져 대중화가 가능하다는 장점과; 환자의 호흡상태에 따라 작동되는 압력센서와, 수분을 분석하는 습도조절장치와, 미세먼지를 제거하는 필터의 오염상태를 감지하는 장치와, 이러한 구성을 제어하는 제어장치 및 그 제어방법을 가져 환자가 호흡시 과도한 양압이 공급되지 않고, 적절한 습도와 미세먼지가 제거된 공기가 공급되어 편안한 수면을 유지시켜 준다는 장점과; 양압호흡기의 무게가 적어 환자가 휴대하기 용이하다는 장점과; 소음이 적은 모터와 마찰드라이브가 제공되어 양압호흡기의 고질적인 문제인 소음이 50db이하로 낮아져 조용하다는 장점과; 환자가 착용하는 마스크가 인체공학적으로 설계되어 착용시 거부감이 없다는 장점을 가진 유용한 발명으로 산업상 이용이 크게 기대되는 발명이다.

Claims

환자가 자력으로 호흡할 때의 저항을 최소화하여 편안한 수면을 유지할 수 있도록 하고, 비정상호흡상태에는 강제로 압력공기를 공급하여 강제로 호흡을 할 수 있도록 하는 지속적 기도양압 치료를 위한 양압호흡기에 있어서;

외기를 도입하여 대기압보다 높은 압력으로 압축공기를 송풍하는 공기발생기와 일정한 압력으로 산소를 공급하는 산소발생기와; 공기발생기 및 산소발생기에서 발생된 공기 및 산소를 적정압력과 적정농도로 혼합하는 혼합기 및 혼합된 공기를 저장하는 저장기; 상기 저장기에 연결되어 환자가 평상호흡상태에 있을 때 환자의 호흡주기에 따라 공기를 마스크로 공급하는 평상공급관과, 환자가 무호흡상태에 돌입하거나 비정상호흡을 실시하는 경우에 정상호흡시보다는 좀더 높은 압력으로 주기적으로 마스크에 공급하는 비상공급관; 및 외부공기가 유통되는 평상호흡구, 평상공급관에 연결된 평상공급구 및 비상공급관에 연결되는 비상공급구가 구비된 마스크; 환자의 호흡상태를 감시하는 검출 수단과 호흡 분석 수단으로 구성된 것을 특징으로 하는 지속적 기도양압 치료를 위한 양압호흡기.
제 1항에 있어서,

환자의 호흡상태를 감시하는 호흡 검출 수단은 스트레인게이지 센서, 및 브릿지 회로로 구성되며 환자의 가슴이나 목과 같이 환자의 호흡에 의해 변화되는 곳에 설치되는 것을 특징으로 하는 지속적 기도양압 치료를 위한 양압호흡기.
제 1항에 있어서,

환자의 호흡상태를 감시하는 호흡 검출 수단은 마스크 상 혹은 기류 공급관에 호흡기류센서 및 압력센서를 설치하여 기류신호와 압력신호를 추출하여 검출하는 것을 특징으로 하는 지속적 기도양압 치료를 위한 양압호흡기.
제 1항에 있어서 마스크의 비상공급구에는 호흡구제어밸브가 설치되어 있고 평상호흡구에는 호흡구차단밸브가 설치되어 있어 고압의 조화공기의 흐름에 의하여 호흡구제어밸브가 열리게 되고 호흡구제어밸브가 열리게 되면 호흡구차단밸브가 닫히게 되는 것을 특징으로 하는 지속적 기도양압 치료를 위한 양압호흡기.