KR101276007B1

KR101276007B1 - 자동 흉부 압박 제세동 장치

Info

Publication number: KR101276007B1
Application number: KR1020110078223A
Authority: KR
Inventors: 허남수; 이인건; 이경성; 김동환; 서상엽
Original assignee: 서울과학기술대학교 산학협력단
Priority date: 2011-08-05
Filing date: 2011-08-05
Publication date: 2013-06-19
Also published as: KR20130015898A

Abstract

본 발명은 자동 흉부 압박 제세동 방법 및 그 장치에 관한 것이다. 본 발명에 따르면, 패드부, 흉부 압박기 및 제세동기를 구비한 자동 흉부 압박 제세동 장치를 이용한 자동 흉부 압박 제세동 방법에 있어서, 흉부에 부착된 상기 패드부로부터 신체의 저항값과 ECG 신호를 획득하는 단계와, 상기 ECG 신호로부터 맥박 또는 맥압을 측정하는 단계와, 상기 맥박 또는 맥압이 기 설정된 임계치 미만인 경우, 상기 흉부 압박기를 가동시켜서 흉부 압박을 수행하는 단계와, 상기 제세동기의 초기전압을 상기 저항값을 고려하여 승압시켜서 커패시터에 충전하는 단계, 및 상기 충전된 전압을 상기 패드부를 통해 방전하여 상기 흉부를 제세동하는 단계를 포함하는 자동 흉부 압박 제세동 방법을 제공한다.
상기 자동 흉부 압박 제세동 방법 및 그 장치에 따르면, ECG로 환자의 상태를 파악하고 신체의 저항값을 반영하여 흉부 압박과 제세동의 유기적 연속 활동을 자동으로 수행할 수 있다. 따라서, 전문적인 응급 구조원이 없이도 응급 상황에 신속한 대응이 가능하고 심정지 환자의 생존률을 높일 수 있는 이점이 있다.

Description

자동 흉부 압박 제세동 방법 및 그 장치{Method for automatic chest compression and defibrillation and apparatus thereof}

본 발명은 자동 흉부 압박 제세동 방법 및 그 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 흉부 압박과 제세동을 자동으로 수행할 수 있는 자동 흉부 압박 제세동 방법 및 그 장치에 관한 것이다.

우리나라 전체 사망자 중 10%는 심정지로 목숨을 잃고 있다. 이 가운데 심정지 환자 10명 중 8명이 가정이나 길거리 등에서 갑작스럽게 발병하며, 현장에서 심폐소생술을 즉시 시행하는 사례는 극히 드물어 환자가 사망으로 이어질 확률이 높다. 따라서, 급성 심정지에 대한 빠르고 완벽한 응급구조 및 처치가 그 어느 것보다 중요하다.

이러한 심정지는 누구나 걸릴 수 있는 질환이며 심장의 손상 정도에 따라 혹은 혈관계 능력에 따라 발병 확률이 달라진다. 60대 이상 실버 세대의 경우 혈관계는 물론이고 심장의 활동이 완벽하지 않아 발병률이 매우 높아진다. 따라서, 실버 세대들은 심정지의 위험에 줄곧 노출되어 있으며 만약을 대비하여 완벽한 구조 기기가 주변에 꼭 비치되어 있어야 한다.

심정지 환자들에게는 CPR(심폐소생술 :CardioPulmonary Resuscitation)와 제세동을 신속히 가해주어야 생존률이 높아진다. 만약, 심정지의 발생 시점으로부터 5분 이내에 CPR과 제세동을 수행하지 않으면, 1분당 생존률이 30%이상 감소되며, 10분 이상 지체 시에는 뇌손상이 발생하고, 20분가량 응급조치를 받지 못하면 목숨을 잃을 수밖에 없다.

이에 따라, 체계적이고 포괄적인 CPR 교육을 법으로 제정하여 제세동기를 설치하도록 유도하고 있으나, 이것 만으로는 완벽한 심장정지환자들에 대한 해결책이 될 수 없다.

CPR의 경우는 환자에게 구조자가 45~55kg의 힘을 1분 동안 100회 눌러줘야 하지만 사람이 하기엔 힘이 많이 든다. 그리고, CPR은 전문적이고 주기적으로 교육을 받아야 효과가 있으며, 응급상황에서 빠르게 CPR을 실시하는 구조자가 많이 있을지는 미지수이다. 또한, 노약자들은 전혀 할 수 없는 활동이다.

AED(자동 제세동기)는 150~300J이라는 상당한 전기에너지를 환자에게 가하는 응급처치이나 CPR이 선행되지 않으면 의미가 없다. 그리고, 전기에너지 방전 과정에서 환자에게 접촉할 경우 전기 충격으로 인한 2차 환자가 발생할 수 있는 문제점이 있다.

더욱이, AED는 사전 지식이 없으면 사용하기 매우 힘들며 매우 큰 전기에너지의 사용으로 구조자가 다칠 위험이 있다. 그리고 매우 중요한 것은 CPR과 AED의 연속 활동이다. CPR이 끝난 직후 AED가 실행되고, AED가 실행된 직후 CPR이 실행된다면 환자의 생존확률을 매우 높일 수 있다. 따라서 CPR과 AED를 제어하는 통합된 시스템이 절실히 필요하다.

본 발명은, 흉부 압박과 제세동의 연속 활동을 자동으로 수행할 수 있는 자동 흉부 압박 제세동 방법 및 그 장치를 제공하는데 목적이 있다.

본 발명은, 패드부, 흉부 압박기 및 제세동기를 구비한 자동 흉부 압박 제세동 장치를 이용한 자동 흉부 압박 제세동 방법에 있어서, 흉부에 부착된 상기 패드부로부터 신체의 저항값과 ECG 신호를 획득하는 단계와, 상기 ECG 신호로부터 맥박 또는 맥압을 측정하는 단계와, 상기 맥박 또는 맥압이 기 설정된 임계치 미만인 경우, 상기 흉부 압박기를 가동시켜서 흉부 압박을 수행하는 단계와, 상기 제세동기의 초기전압을 상기 저항값을 고려하여 승압시켜서 커패시터에 충전하는 단계, 및 상기 충전된 전압을 상기 패드부를 통해 방전하여 상기 흉부를 제세동하는 단계를 포함하는 자동 흉부 압박 제세동 방법을 제공한다.

여기서, 상기 맥박 또는 맥압이 상기 임계치 이상인 경우, 알람을 발생시키는 단계를 더 포함할 수 있다.

그리고, 상기 제세동기의 전압을 상기 저항값을 고려하여 승압시킨 후 충전하는 단계는, 상기 자동 흉부 압박 장치에 구비된 전압 변환부를 사용하여, 상기 제세동기의 구동전류에 상기 저항값을 곱하여 상기 제세동기의 초기전압을 결정하는 단계와, 상기 초기전압에 상기 회로의 권선수를 곱하여 상기 초기전압을 1차 승압하는 단계와, 상기 1차 승압된 전압에 상기 저항값에 비례하여 결정되는 듀티비(duty ratio)를 적용하여 상기 초기전압을 2차 승압하는 단계, 및 상기 2차 승압된 전압을 상기 커패시터에 충전하는 단계를 포함할 수 있다.

이때, 상기 2차 승압된 전압(V_OUT)은 아래의 수학식으로 정의될 수 있다.

여기서, V_IN은 상기 초기전압이고, N은 상기 권선수이고, D는 상기 듀티비이다.

그리고, 본 발명은 흉부에 부착되어 신체의 저항값과 ECG 신호를 획득하는 패드부와, 상기 ECG 신호로부터 맥박 또는 맥압을 측정하는 측정부와, 상기 맥박 또는 맥압이 기 설정된 임계치 미만인 경우, 상기 흉부 압박기를 가동시켜서 흉부 압박을 수행하는 흉부 압박기와, 상기 제세동기의 초기전압을 상기 저항값을 고려하여 승압시켜서 커패시터에 충전하는 전압 변환부, 및 상기 충전된 전압을 상기 패드부를 통해 방전하여 상기 흉부를 제세동하는 제세동기를 포함하는 자동 흉부 압박 제세동 장치를 제공한다.

여기서, 상기 자동 흉부 압박 제세동 장치는 상기 패드부, 상기 측정부, 상기 흉부 압박기, 상기 전압 변환부, 상기 제세동기를 내장하는 가방식 케이스를 더 포함할 수 있다. 이때, 상기 흉부 압박기는, 상기 케이스의 관통구를 통해 상기 케이스의 외부로 노출 가능하고 상기 케이스에 눕혀진 신체의 흉부를 감싸는 벨트와, 상기 벨트의 양단부가 각각 감겨져 있는 한 쌍의 캠축, 및 상기 캠축을 정회전 또는 역회전시켜 상기 벨트를 당김 또는 당김 해제하여 상기 흉부에 압박을 가하는 구동원을 포함할 수 있다.

또한, 상기 자동 흉부 압박 제세동 장치는, 상기 맥박 또는 맥압이 상기 임계치 이상인 경우, 알람을 발생시키는 알람부를 더 포함할 수 있다.

본 발명에 따른 자동 흉부 압박 제세동 방법 및 그 장치에 따르면, ECG로 환자의 상태를 파악하고 신체의 저항값을 반영하여 흉부 압박과 제세동의 유기적 연속 활동을 자동으로 수행할 수 있다. 따라서, 전문적인 응급 구조원이 없이도 응급 상황에 신속한 대응이 가능하고 심정지 환자의 생존률을 높일 수 있는 이점이 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 자동 흉부 압박 제세동 장치의 블럭도이다.
도 2는 도 1을 이용한 ECG 신호의 측정, 흉부 압박, 제세동의 순차 반복 진행에 대한 시간 테이블을 나타낸다.
도 3은 도 1을 구현한 장치의 외부 케이스를 나타낸다.
도 4는 도 3의 케이스 뚜껑 부분을 제외한 케이스 내부를 나타내는 사시도이다.
도 5는 도 4의 내부에 장치의 구성요소가 수납된 예를 나타낸다.
도 6은 도 3의 상부에 신체를 눕힌 다음 흉부 압박용 벨트로 흉부를 감싼 상태의 실시예를 나타낸다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 자동 흉부 압박 제세동 방법의 흐름도이다.

그러면 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 자동 흉부 압박 제세동 장치의 구성도이다. 상기 장치는 패드부(110), 측정부(120), 흉부 압박기(130), 전압 변환부(140), 제세동기(150), 알람부(160)를 포함한다.

상기 패드부(110)는 흉부에 부착되어 신체의 저항값과 ECG 신호를 획득하며, 제세동기용으로 제공되는 공지된 다양한 패드가 사용될 수 있다. 상기 저항값은 신체의 크기에 따라 결정된다. 즉, 아이와 어른의 저항값은 달리 측정되며, 아이의 경우 어른에 비해 작은 저항값으로 측정된다.

상기 측정부(120)는 상기 ECG 신호로부터 맥박 또는 맥압을 측정한다. 예를 들어, 상기 획득된 ECG 신호를 5V 크기까지 증폭한 후, 다이오드를 통해 마이너스 전압(-V) 성분을 제거한 다음 다시 3V로 전압 강하시켜서 맥박과 맥압을 측정한다. 여기서, ECG 신호로부터 맥박과 맥압을 측정하는 기술은 기 공지된 다양한 실시예가 적용될 수 있다.

그리고, 상기 흉부 압박기(130)는 상기 맥박 또는 맥압이 기 설정된 임계치(ex, 맥박의 경우 1분당 30회, 맥압의 경우 0.3mV) 미만인 경우 심정지 환자로 판단하여 흉부 압박을 수행하는 부분이다. 흉부 압박은 매 압박시 마다 동일한 주기 및 동일한 시간 동안 일정하게 수행한다.

만약, 맥박 또는 맥압이 임계치 이상인 경우(ex, 맥박이 1분당 60회인 경우)는 정상인으로 판단하고 흉부 압박을 가하지 않는다. 그리고, 알람부(160)에서는 음성, 소리 등을 통해 심정지 환자가 아님을 알리는 알람 신호를 발생시킨다.

상기 전압 변환부(140)는 제세동기(150)의 초기전압을 상기 저항값을 고려하여 승압시켜서 커패시터에 충전하는 역할을 한다. 즉, 제세동은 150J~160J 내외 정도의 상당한 전기에너지를 환자에게 가하는 것으로서 큰 전압이 요구되며 전압의 승압 과정이 별도로 필요하다.

상기 전압 변환부(140)는 플라이백 변환부(flyback Converter)를 사용한다. 전압 승압의 원리는 다음과 같다. 먼저, 상기 제세동기(150)의 구동전류(I)에 상기 저항값(R)을 곱하여 상기 제세동기의 초기전압(V_IN)을 결정한다. 다음, 초기전압(V_IN)에 상기 회로의 권선수(N)를 곱하여 초기전압(V_IN)을 1차 승압한다. 이후, 상기 1차 승압된 전압에 상기 저항값(R)에 비례하여 결정되는 듀티비(duty ratio;D)를 적용하여 상기 초기전압을 2차 승압하여 상기 커패시터에 충전한다.

상기 2차 승압된 최종 전압(V_OUT)은 아래의 수학식 1로 표현될 수 있다.

여기서, D=α×R로 표현될 수 있다. α는 1과 0 사이의 임의의 상수에 해당될 수 있다. 어른일수록 R 값이 커지고, D 값은 R 값에 비례하여 증가한다. 즉, 어른이 아이보다 D 값이 더 크다. 이는 제세동을 위해 어른이 아이보다 더 높은 고전압을 필요로 하는 것과 관계된다.

승압 전압의 계산 예는 다음과 같다. 우선, 플라이백 컨버터에서 1차코일과 2차코일의 비가 9:380이면 N은 42.222이다. 1차측의 V_IN이 24V이면 1차 승압 전압은 1013.33V(=24×42.222V)로 계산된다. 그리고, D를 통해 나머지 2차 승압을 제어하며 D=0.72일 때 V_OUT은 2605.57V로 결정된다.

상기 제세동기(150)는 상기 캐패시터에 충전된 V_OUT 값을 상기 패드부를 통해 방전하여 상기 흉부를 제세동한다. 예를 들어, 약 2600V로 충전된 전압을 3ms 시간동안 환자의 흉부로 방전하여 제세동을 실시한다.

도 2는 도 1을 이용한 ECG 신호의 측정, 흉부 압박, 제세동의 순차 반복 진행에 대한 시간 테이블을 나타낸다. 예를 들어, ECG 신호의 측정은 20초, 흉부 압박은 1분(100회), 제세동은 0.03ms 동안 수행한다. 이러한 사이클은 환자의 상태가 회복될 때까지 반복적으로 재수행한다.

도 3은 도 1을 구현한 장치의 외부 케이스를 나타낸다. 상기 자동 흉부 압박 제세동 장치(100)의 구성요소인 패드부(110), 상기 측정부(120), 상기 흉부 압박기(130), 상기 전압 변환부(140), 상기 제세동기(150)는 가방식 케이스(170)에 내장되는 형태를 갖는다.

이러한 가방식 케이스(170)는 여행용 캐리어와 같이 휴대 및 이동이 용이하도록 연장 가능한 손잡이(171) 그리고 바퀴(172)가 구비된다. 측면에 형성된 관통구(173)는 가방을 닫은 상태에서도 흉부 압박용 벨트가 외부로 빠져나올 수 있게 한 부분이다.

도 4는 도 3의 케이스 뚜껑 부분을 제외한 케이스 내부를 나타내는 사시도이다. 케이스의 뚜껑을 열면 도 4와 같은 케이스 내부가 관찰된다.

도 5는 도 4의 내부에 장치의 구성요소가 수납된 예를 평면도로 나타낸 것이다. 이를 참조하면, 상기 흉부 압박기(130)는, 벨트(131), 캠축(132), 구동원(133)을 포함한다.

먼저, 좌우 한 쌍으로 존재하는 상기 캠축(132)은 상기 벨트(131)의 양단부가 각각 감겨지는 부분이다. 이러한 캠축(132)은 상기 구동원(133)의 동작에 따라 벨트(131)의 감김 또는 풀림이 가능하게 한다.

상기 벨트(131)는 앞서 케이스(170)에 형성된 관통구(173)를 통해 상기 케이스(170)의 외부로 노출이 가능하다. 이에 따라, 상기 벨트(131)는 케이스(170) 위에 눕혀진 신체의 흉부를 감쌀 수 있다. 각 캠축(132)에 감겨진 벨트(131)의 끝 부분은 서로 암수의 벨크로(A) 등을 통해 연결될 수 있으며, 이에 따라 하나로 연결된 형태의 벨트가 신체의 흉부를 단단히 감쌀 수 있다. 물론, 상기 벨크로(A)는 벨트(131)의 끝 부분에만 구비되는 것으로 한정되지 않는다. 즉, 환자별 서로 다른 흉부 사이즈에도 무관하게 사용이 가능하도록, 벨트(131) 상에서 벨크로(A) 부분이 도시된 것보다 더욱 확장되는 형태(ex, 벨트(131)의 길이방향에 대해 더 긴 길이로 확장)로 구비될 수 있고, 이외에도 벨트(131)의 전체 면에 대해 벨크로(A)가 구비되도록 할 수 있다.

또한, 도 5의 경우 2개 벨트의 단부면이 서로 벨크로(A) 등으로 연결되는 형태를 갖지만, 반드시 이러한 예로 한정되지 않는다. 즉, 벨트는 2개로 분리되지 않고 긴 길이의 1개로 구비되고 그 양단부가 두 개의 캠축(132)에 감겨져 있는 형태도 가능할 수 있다.

상기 구동원(133)은 모터 등에 의해 구현되며, 상기 캠축(132)을 정회전 또는 역회전시켜 상기 벨트(131)를 당김 또는 당김 해제하여 상기 흉부에 압박을 가할 수 있다. 벨트(131)가 흉부를 감싸는 형태이므로, 이러한 압박은 흉부의 수축과도 연관된다.

이외에도 케이스(170)의 내부에는, 모터를 제어하는 모터 드라이브, 상기 제세동기, 전원부, 신호 처리를 위한 DSP, ECG 신호로부터 맥압 또는 맥박을 처리하기 위한 ECG 회로(상기 측정부(120)에 해당) 등이 함께 구비된다.

상기 장치(100)를 사용시에는 가방식 케이스(170)를 오픈하여 제세동기(150)의 패드부(110)를 밖으로 꺼내고, 또한 관통홀(173)을 통해 흉부 압박기(130)용 벨트(131)를 빼낸 다음 다시 케이스(170)를 닫아서 사용한다.

도 6은 도 3의 상부에 신체를 눕힌 다음 흉부 압박용 벨트로 흉부를 감싼 상태의 실시예를 나타낸다. 즉, 가방을 닫은 상태에서 신체를 눕힌 다음 좌우 벨트(131)로 흉부를 감싸도록 벨트(131)의 끝을 서로 벨크로 등으로 결합한 것이다. 도 6의 경우, 설명의 편의를 위해 벨크로(A)가 서로 부착된 형태를 생략하여 도시한 것이다. 물론, 벨트(131)의 착용 전에 흉부에는 패드부(110)가 부착되도록 하여, 본 실시예에 따른 흉부 압박 및 제세동을 연속으로 수행할 수 있다.

도 7은 본 발명의 실시예에 따른 자동 흉부 압박 제세동 방법의 흐름도이다. 이는 도 1에 도시된 자동 흉부 압박 제세동 장치(100)를 이용한 것이다.

먼저, 흉부에 부착된 상기 패드부(110)로부터 신체의 저항값과 ECG 신호를 획득한다(S710).

그리고, 상기 ECG 신호로부터 맥박 또는 맥압을 측정한다(S720).

다음, 상기 맥박 또는 맥압을 기 설정된 임계치와 비교한다(S730). 여기서, 상기 맥박 또는 맥압이 기 설정된 임계치 미만인 경우, 상기 흉부 압박기를 가동시켜서 흉부 압박을 수행한다(S740). 만약, 상기 맥박 또는 맥압이 상기 임계치 이상인 경우, 심정지 환자가 아님을 알리는 알람을 발생시킨다(S745).

이후, 상기 제세동기(150)의 초기전압을 상기 저항값을 고려하여 승압시켜서 커패시터에 충전한다(S750). 그리고, 상기 충전된 전압을 상기 패드부(110)를 통해 방전하여 상기 흉부를 제세동한다(S760). 이후에는 다시 S730 단계 이후의 과정을 반복하여, 흉부 압박과 제세동 동작을 연속적으로 자동 수행한다.

상술한 자동 흉부 압박 제세동 방법은 반드시 도 1의 장치를 통해 구현되는 것으로 한정되는 것은 아니며, 즉, 패드부, 흉부 압박기, 제세동기를 구비한 장치라면 무관하게 적용될 수 있다.

이상과 같은 자동 흉부 압박 제세동 방법 및 그 장치에 따르면, ECG로 환자의 상태를 파악하고 신체의 저항값을 반영하여 흉부 압박과 제세동의 유기적 연속 활동을 자동으로 수행할 수 있다. 따라서, 전문적인 응급 구조원이 없이도 응급 상황에 신속한 대응이 가능하고 심정지 환자의 생존률을 높일 수 있는 이점이 있다.

본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.

100: 자동 흉부 압박 제세동 장치 110: 패드부
120: 측정부 130: 흉부 압박기
131: 벨트 132: 캠축
133: 구동부 140: 전압 변환부
150: 제세동기 160: 알람부
170: 가방식 케이스

Claims

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흉부에 부착되어 신체의 저항값과 ECG 신호를 획득하는 패드부;
상기 ECG 신호로부터 맥박 또는 맥압을 측정하는 측정부;
상기 맥박 또는 맥압이 기 설정된 임계치 미만인 경우, 상기 흉부 압박기를 가동시켜서 흉부 압박을 수행하는 흉부 압박기;
상기 맥박 또는 맥압이 상기 임계치 이상인 경우, 알람을 발생시키는 알람부;
제세동기의 초기전압을 상기 저항값을 고려하여 승압시켜서 커패시터에 충전하는 전압 변환부; 및
상기 충전된 전압을 상기 패드부를 통해 방전하여 상기 흉부를 제세동하는 상기 제세동기를 포함하며,
상기 전압 변환부는,
상기 제세동기의 구동전류에 상기 저항값을 곱하여 상기 제세동기의 초기전압을 결정한 다음, 상기 초기전압에 상기 전압 변환부 내의 코일의 권선비를 곱하여 상기 초기전압을 1차 승압한 후, 상기 1차 승압된 전압에 상기 저항값에 비례하여 결정되는 듀티비(duty ratio)를 적용하여 상기 초기전압을 2차 승압하여 상기 커패시터에 충전하고,
상기 2차 승압된 전압(V_OUT)은 아래의 수학식으로 정의되는 자동 흉부 압박 제세동 장치:

여기서, V_IN은 상기 초기전압이고, N은 상기 권선비이고, D는 상기 듀티비로서 D=α×R, α는 0~1 사이의 임의의 상수, R은 상기 저항값이다.
청구항 5에 있어서,
상기 패드부, 상기 측정부, 상기 흉부 압박기, 상기 전압 변환부, 상기 제세동기를 내장하는 가방식 케이스를 더 포함하고,
상기 흉부 압박기는,
상기 케이스의 관통구를 통해 상기 케이스의 외부로 노출 가능하고 상기 케이스에 눕혀진 신체의 흉부를 감싸는 벨트;
상기 벨트의 양단부가 각각 감겨져 있는 한 쌍의 캠축; 및
상기 캠축을 정회전 또는 역회전시켜 상기 벨트를 당김 또는 당김 해제하여 상기 흉부에 압박을 가하는 구동원을 포함하는 자동 흉부 압박 제세동 장치.
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