KR100976721B1 - 압전소자를 사용한 삽입형 제세동기의 전원 공급 장치 및삽입형 제세동기 - Google Patents

압전소자를 사용한 삽입형 제세동기의 전원 공급 장치 및삽입형 제세동기 Download PDF

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Abstract

본 발명은 삽입형 제세동기의 전원공급장치에 관한 것이다. 상기 전원 공급 장치는, 배터리를 구비하는 주전원부; 충전용 전지를 구비하고 압전 소자를 이용하여 상기 충전용 전지를 충전시키는 보조전원부; 상기 보조 전원부의 충전용 전지의 상태에 따라 상기 주전원부 및 상기 보조전원부 중의 하나를 선택하고, 선택된 전원부의 전원을 상기 삽입형 제세동기로 제공하는 전원선택부;를 구비하한다. 상기 보조전원부는, 외부의 진동을 전기 에너지로 변환시켜 출력하는 압전 소자; 상기 압전 소자로부터 발생된 교류 전류를 직류 전류로 변환시키는 정류회로부; 상기 정류 회로부로부터 출력된 직류 전류를 일정값의 직류전압으로 변환시켜 출력하는 컨버터; 및 상기 컨버터로부터 공급되는 전압을 충전시키는 충전용 전지;를 구비한다.
본 발명에 의하여, 삽입형 제세동기의 사용기간을 연장시켜 기기 교체의 횟수를 줄일 수 있게 될 뿐만 아니라, 별도의 배터리 교체 시술 없이도 반영구적으로 사용할 수 있게 된다.
제세동기, 압전소자, 충전, 배터리

Description

압전소자를 사용한 삽입형 제세동기의 전원 공급 장치 및 삽입형 제세동기{Power supply device of defibrillator using a Piezoelectric element and defibrillator having the power supply device}
본 발명은 삽입형 제세동기의 전원 공급 장치에 관한 것으로서, 더욱 구체적으로는 압전소자를 사용하여 반 영구적인 보조 전원을 제공함으로써 별도의 배터리 교환없이 지속적인 전원 공급을 가능하도록 하는 삽입형 제세동기의 전원 공급 장치에 관한 것이다.
국내 60세 이상의 고령인구가 차지하는 비율은 해마다 증가하는 추세이고, 이에 따른 국내 심장 질환자 역시 증가하고 있다. 삽입형 제세동기는 인체에 삽입되어, 돌연사를 초래할 수 있는 심실성 빈맥과 같은 부정맥에 대해 전극을 통해 전기적 충격을 주어 원래의 상태로 돌려놓는 기기이다.
도 1은 종래의 제세동기를 개략적으로 도시한 블록도이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 제세동기(10)는 크게 센서부(100), 액츄에이터(110), 구동회로부(120) 및 상기 센서부, 액츄에이터와 구동회로부로 전원을 공급하는 전원부(130)로 이루어진다. 도 1을 참조하면, 종래의 삽입형 제세동기는 심장의 각 부위에 연결된 센서부 를 통해 심방의 박동과 심실의 박동을 각각 감지한다. 상기 구동회로부는 상기 센서부에 검출된 신호를 통해서 최대 심박수를 판명하여, 부정맥으로 판단되는 신호를 검출할 경우에는 해당 질병에 대한 전기적인 충격을 주기 위한 구동신호를 액츄에이터로 제공한다. 액츄에이터는 상기 구동회로부로부터의 구동신호에 따라 심장의 해당 부위에 전기적 충격을 가한다. 상기 전원부(130)는 상기 구동회로부, 센서부, 액츄에이터로 전원을 공급한다. 이 때 전원부는 체내에 이식해야 하는 특성상 외부로부터 전원을 공급받을 수 없으며, 또한 충전을 할 수 없는 일회성 베터리로 구성되어 있다. 이러한 특징으로 베터리가 모두 방전되면 시술을 통해서 새로운 기기로 교환을 해야만 했다.
기존의 삽입형 제세동기는, 사용자에 대해 가해지는 전기 충격의 횟수에 따라 차이가 있기는 하나, 짧게는 3년에서 길게는 5년의 사용기한을 가진다. 비록 심장 질환자의 대부분이 고연령임을 감안하더라도, 현재 인간의 평균수명을 80세로 보았을 때, 삽입형 제세동기는 약 15년에서 20년 이상의 사용되어야 한다. 따라서, 삽입형 제세동기의 전원부는 배터리 방전으로 인하여 4~6회 이상 주기적으로 교환해야 한다는 문제점을 가지고 있다. 이러한 제세동기의 주기적인 전원 교체는 삽입형 제세동기의 특성상 시술을 통해서 체외로 꺼낸 후 전지를 교환해야 하는데, 이는 환자에게 있어 고통을 유발할 뿐만 아니라 수술로 인한 비용적 부담을 주게 된다.
따라서 본 발명은 배터리의 교체없이 반영구적으로 사용될 수 있는 삽입형 제세동기의 보조 전원을 제안하고자 한다.
전술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은, 압전 소자를 이용하여 체내에서 획득할 수 있는 진동으로부터 전기에너지를 발생시키고 이를 제세동기의 보조전압으로 사용하여 베터리 사용기한을 연장하거나 별도의 배터리 교체 시술 없이 반영구적으로 사용할 수 있도록 하는 제세동기 전원공급장치를 제공하는 것이다.
전술한 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 특징은 센서부, 액츄에이터 및 구동회로부를 갖는 삽입형 제세동기의 전원공급장치에 관한 것으로서, 상기 전원 공급 장치는, 배터리를 구비하는 주전원부; 충전용 전지를 구비하고 압전 소자를 이용하여 상기 충전용 전지를 충전시키는 보조전원부; 상기 보조 전원부의 충전용 전지의 충전 상태에 따라 상기 주전원부 및 상기 보조전원부 중의 하나를 선택하고, 선택된 전원부의 전원을 상기 삽입형 제세동기로 제공하는 전원선택부;를 구비하며,
상기 전원선택부는 상기 보조 전원부의 충전용 전지의 전압을 측정하고 상기 측정된 전압이 상기 구동회로부로 제공되어야할 전압 요구값을 만족하는 경우 상기 보조전원부의 전원을 상기 삽입형 제세동기로 제공하고, 상기 보조전원부의 전압이 상기 전압 요구값을 만족하지 않는 경우 상기 주전원부의 전원을 상기 구동회로부로 제공한다.
전술한 특징을 갖는 전원공급장치의 상기 보조전원부는, 외부의 진동을 전기 에너지로 변환시켜 출력하는 압전 소자; 상기 압전 소자로부터 발생된 교류 전류를 직류 전류로 변환시키는 정류회로부; 상기 정류 회로부로부터 출력된 직류 전류를 일정값의 직류전압으로 변환시켜 출력하는 컨버터; 및 상기 컨버터로부터 공급되는 전압을 충전시키는 충전용 전지;를 구비하며, 상기 압전 소자의 공진주파수는 심장의 박동 주기와 일치되도록 설정되는 것이 바람직하다.
본 발명의 다른 특징에 따른 삽입형 제세동기는, 심장의 박동 여부 및 심박수를 감지하는 센서부; 심장에 전기적 충격을 제공하는 액츄에이터; 상기 센서부로부터 수신되는 신호에 따라 상기 액츄에이터를 구동시키는 구동신호를 제공하는 구동회로부; 및 상기 센서부, 액츄에이터 및 구동회로부를 구동시키기 위한 전원을 제공하는 전원공급장치;를 구비하고,
상기 전원공급장치는, 배터리를 구비하는 주전원부; 충전용 전지를 구비하고 압전 소자를 이용하여 상기 충전용 전지를 충전시키는 보조전원부; 상기 보조 전원부의 충전용 전지의 상태에 따라 상기 주전원부 및 상기 보조전원부 중의 하나를 선택하고, 선택된 전원부의 전원을 상기 삽입형 제세동기의 각 구성요소들로 제공하는 전원선택부;를 구비한다.
전술한 특징의 삽입형 제세동기의 상기 전원선택부는 상기 보조 전원부의 충전용 전지의 전압을 측정하고 상기 측정된 전압이 상기 구동회로부로 제공되어야할 전압 요구값을 만족하는 경우 상기 보조전원부의 전원을 상기 삽입형 제세동기로 제공하고, 상기 보조전원부의 전압이 상기 전압 요구값을 만족하지 않는 경우 상기 주전원부의 전원을 상기 구동회로부로 제공하는 것이 바람직하다.
본 발명에 의하여, 종래의 삽입형 제세동기가 갖는 배터리 교체의 문제점을 해결하고, 삽입형 제세동기의 사용기간을 연장시켜 기기 교체의 횟수를 줄일 수 있게 될 뿐만 아니라, 삽입형 제세동기를 별도의 배터리 교체 작업없이도 반영구적으로 사용할 수 있게 된다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 삽입형 제세동기의 전원공급장치의 구조 및 동작을 구체적으로 설명한다.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 삽입형 제세동기의 전원공급장치의 구조를 개략적으로 도시한 블록도이다. 도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 삽입형 제세동기(20)는 센서부(200), 액츄에이터(210), 구동회로부(220) 및 전원공급장치(30)를 구비한다.
상기 센서부(200)는 심장의 각 부위에 연결되어 심방의 박동과 심실의 박동을 감지한다. 상기 액츄에이터(210)는 상기 구동회로부로부터 제공되는 구동신호에 따라 심장의 각 부위로 전기적 충격을 가한다. 상기 구동회로부(220)는 상기 센서부로부터 제공되는 감지신호를 이용하여 최대 심박수를 검출하며, 이를 통해 부정맥으로 판단되는 경우 해당 질병에 대한 전기적 충격을 하기 위한 구동신호를 액츄에이터로 제공한다. 상기 센서부, 액츄에이터, 및 구동 회로부의 동작에 대하여 개략적으로 설명하였으나, 이들은 당업자에게 널리 알려진 공지의 기술들이며 본 발명의 요지와는 관계가 없으므로 이들에 대한 구체적인 구조 및 동작에 대한 설명은 생략한다.
상기 전원공급장치(30)는 주전원부(300), 보조전원부(310) 및 전원선택부(320)를 구비하며, 상기 전원선택부(320)는 보조전원부의 전압 상태에 따라 상기 주전원부와 보조전원부의 전원 중 하나를 선택하여 상기 구동회로부로 전원을 공급한다. 상기 주전원부(300)는 상기 구동회로부의 각 소자들을 구동시키기에 적합한 전원을 제공하는 배터리(battery)로 이루어진다.
상기 보조 전원부(310)는 압전소자를 이용하여 전원을 생성하여 제공하는 것이다. 도 3은 본 발명에 따른 보조전원부(310)에 대하여 예시적으로 도시한 회로도이다. 도 2 및 도 3을 참조하면, 상기 보조 전원부(310)는 압전 소자(312), 정류회로부(314), 컨버터(316) 및 충전용 전지(318)를 구비한다.
상기 압전 소자(312)는 외부의 진동을 전기에너지로 변환시켜 출력하며, 이때 출력되는 전원은 교류 전류이다. 변형이 일어나면 전압을 발생시키는 압전소자는 특히 외부에서 발생하는 진동이나 주파수에 공진하여 교류의 성질을 가지는 전류를 발생시키는 공진소자를 사용한다. 삽입형 제세동기의 특성상 체내에서 얻을 수 있는 진동과 주파수는 심장의 박동이나 이동이나 움직임, 예컨대 걷기, 팔의 움직임으로 인해 발생하는 진동 등을 통해서 얻을 수 있으며, 이러한 진동과 주파수에 공진할 수 있도록 공진 주파수를 맞추어야 한다. 압전소자의 공진 주파수는 소자의 끝단에 추가적인 질량을 부가하여 주파수 조절이 가능하다. 외부로부터 얻을 수 있는 진동에 맞는 공진 주파수를 가지는 압전 소자를 사용함으로써, 외부에서 얻을 수 있는 기계적인 에너지는 전기 에너지로 바꿀 수 있게 된다.
상기 정류회로부(314)는 상기 압전소자(312)로부터 얻은 교류 특성을 갖는 전기에너지를 직류로 변환시키는 것으로서, 4개의 다이오드를 이용한 브릿지 정류 회로와 상기 브릿지 정류 회로의 출력단에 연결되는 커패시터로 구성될 수 있다.
상기 컨버터(316)는 DC/DC 컨버터로서, 상기 정류회로부(314)에 의해 변환된 직류전류를 삽입형 제세동기의 작동에 필요로 하는 적정 전압으로 바꾸어 출력한다. 상기 충전용 전지(318)는 상기 컨버터(316)로부터 출력되는 DC 전압이 충전된다.
전술한 구성을 갖는 보조 전원부(310)에 의해, 주기적인 외부의 진동에 의해서 발생하는 에너지원은 충전용 전지(318)에 계속 충전된다.
상기 전원 선택부(320)는 보조 전원부의 충전 상태를 확인한 후, 상기 보조 전원부의 충전용 전지가 사전에 설정된 값이상으로 충전된 경우에는 상기 보조 전원부의 충전용 전지의 전원을 제세동기로 제공하고, 상기 보조 전원부의 충전용 전지가 사전에 설정된 값이상으로 충전되어 있지 않은 경우에는 주전원부의 전원을 제세동기로 제공한다. 이때, 사전에 설정되는 값은 제세동기의 센서부, 액츄에이터부 및 구동회로부를 구동하기에 필요한 전압값이 된다.
이상에서 본 발명에 대하여 그 바람직한 실시예를 중심으로 설명하였으나, 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 그리고, 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부된 청구 범위에서 규정하는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
본 발명에 따른 전원공급장치는 삽입형 제세동기에 사용됨으로써, 삽입형 제세동기를 배터리의 교환없이 반영구적으로 사용될 수 있도록 한다.
도 1은 종래의 제세동기를 개략적으로 도시한 블록도이다.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 삽입형 제세동기의 전원공급장치의 구조를 개략적으로 도시한 블록도이다.
도 3은 본 발명에 따른 보조전원부(310)에 대하여 예시적으로 도시한 회로도이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
10, 20 : 삽입형 제세동기
100, 200 : 센서부
110, 210 : 액츄에이터
120, 220 : 구동회로부
130 : 전원부
30 : 전원공급장치
300 : 주전원부
310 : 보조전원부
320 : 전원선택부
312 : 압전 소자
314 : 정류회로부
316 : 컨버터
318 : 충전용 전지

Claims (7)

  1. 센서부, 액츄에이터 및 구동회로부를 갖는 삽입형 제세동기의 전원공급장치에 있어서,
    배터리를 구비하는 주전원부;
    충전용 전지를 구비하고 압전 소자를 이용하여 상기 충전용 전지를 충전시키는 보조전원부;
    상기 보조 전원부의 충전용 전지의 충전 상태에 따라 상기 주전원부 및 상기 보조전원부 중의 하나를 선택하고, 선택된 전원부의 전원을 상기 삽입형 제세동기로 제공하는 전원선택부;
    를 구비하는 것을 특징으로 하는 삽입형 제세동기의 전원 공급 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 전원선택부는 상기 보조 전원부의 충전용 전지의 전압을 측정하고 상기 측정된 전압이 상기 구동회로부로 제공되어야 할 전압 요구값을 만족하는 경우 상기 보조전원부의 전원을 상기 삽입형 제세동기로 제공하고, 상기 보조전원부의 전압이 상기 전압 요구값을 만족하지 않는 경우 상기 주전원부의 전원을 상기 삽입형 제세동기로 제공하는 것을 특징으로 하는 삽입형 제세동기의 전원 공급 장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 보조전원부는,
    외부의 진동을 전기 에너지로 변환시켜 출력하는 압전 소자;
    상기 압전 소자로부터 발생된 교류 전류를 직류 전류로 변환시키는 정류회로부;
    상기 정류 회로부로부터 출력된 직류 전류를 상기 제세동기에서 요구되는 값의 직류전압으로 변환시켜 출력하는 컨버터; 및
    상기 컨버터로부터 공급되는 전압을 충전시키는 충전용 전지;
    를 구비하는 것을 특징으로 하는 삽입형 제세동기의 전원 공급 장치.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 압전 소자의 공진주파수는 심장의 박동 주기와 일치되도록 설정되는 것을 특징으로 하는 삽입형 제세동기의 전원공급장치.
  5. 심방과 심실의 박동을 감지하는 센서부;
    심장에 전기적 충격을 제공하는 액츄에이터;
    상기 센서부로부터 수신되는 신호에 따라 상기 액츄에이터를 구동시키는 구동회로부; 및
    상기 센서부, 액츄에이터 및 구동회로부를 구동시키기 위한 전원을 제공하는 전원공급장치;를 구비하고,
    상기 전원공급장치는,
    배터리를 구비하는 주전원부;
    충전용 전지를 구비하고 압전 소자를 이용하여 상기 충전용 전지를 충전시키는 보조전원부;
    상기 보조 전원부의 충전용 전지의 충전 상태에 따라 상기 주전원부 및 상기 보조전원부 중의 하나를 선택하고, 상기 선택된 전원부의 전원을 상기 삽입형 제세동기로 제공하는 전원선택부;
    를 구비하는 것을 특징으로 하는 삽입형 제세동기.
  6. 제5항에 있어서, 상기 전원선택부는 상기 보조 전원부의 충전용 전지의 전압을 측정하고 상기 측정된 전압이 상기 구동회로부로 제공되어야할 전압 요구값을 만족하는 경우 상기 보조전원부의 전원을 제공하고, 상기 보조전원부의 전압이 상기 전압 요구값을 만족하지 않는 경우 상기 주전원부의 전원을 제공하는 것을 특징으로 하는 삽입형 제세동기.
  7. 제5항에 있어서, 상기 보조전원부는,
    외부의 진동을 전기 에너지로 변환시켜 출력하는 압전 소자;
    상기 압전 소자로부터 발생된 교류 전류를 직류 전류로 변환시키는 정류회로부;
    상기 정류 회로부로부터 출력된 직류 전류를 일정값의 직류전압으로 변환시켜 출력하는 컨버터; 및
    상기 컨버터로부터 공급되는 전압을 충전시키는 충전용 전지;
    를 구비하는 것을 특징으로 하는 삽입형 제세동기.
KR1020080048610A 2008-05-26 2008-05-26 압전소자를 사용한 삽입형 제세동기의 전원 공급 장치 및삽입형 제세동기 KR100976721B1 (ko)

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