KR101317927B1 - 산소 공급 장치 및 방법 - Google Patents

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Abstract

산소 공급 장치는, 산소를 저장하는 산소 탱크, 상기 산소 탱크로부터 피공급자에게 공급되는 산소의 양을 가변적으로 조절할 수 있도록 형성되는 가변 유량 밸브를 포함하는 아웃렛 밸브 유닛, 상기 피공급자의 호흡 압력을 검출하여 해당하는 압력 신호를 출력하는 압력 센서, 그리고 상기 압력 센서의 신호를 기초로 상기 피공급자에게 공급되는 산소의 양이 조절되도록 상기 아웃렛 밸브 유닛의 작동을 제어하는 제어 유닛을 포함한다. 상기 제어 유닛은 상기 압력 신호, 그리고 미리 설정된 복수의 산소 공급 모드 중 선택되는 산소 공급 모드를 기초로 상기 아웃렛 밸브 유닛의 작동을 제어한다. 그리고 상기 제어 유닛은 상기 피공급자에게 처방된 산소의 공급 유량인 처방유량(Qp)과 목표 평균 소모유량(Qs)을 입력받으며 상기 입력된 처방유량과 목표 평균 소모유량의 비율로 산출되는 산출 절감율(Qp/Qs)의 크기에 따라 상기 복수의 산소 공급 모드 중 어느 하나의 산소 공급 모드를 선택하고 상기 선택된 산소 공급 모드에 따라 산소가 공급되도록 상기 아웃렛 밸브 유닛을 제어한다.

Description

산소 공급 장치 및 방법{Device and method for supplying oxygen}
본 발명은 산소를 공급하는 산소 공급 장치 및 방법에 관한 것이다.
인구의 급속한 노령화, 대기 오염 및 흡연 등에 의해 폐 질환 환자와 호흡 기능 장애 환자가 급속하게 증가하고 있다. 이러한 폐 질환 환자 및 호흡 기능 장애 환자의 호흡 보조를 위해 산소를 공급하는 장치가 사용되고 있으며, 특히 만성폐쇄성폐질환(COPD, chronic obstructive pulmonary disease) 치료에는 산소 치료가 거의 유일하고 효과적인 치료 방법이다.
산소 치료란 호흡 기능 장애 환자 등에게 대기 중의 산소 농도보다 높은 농도의 산소를 공급함으로써 폐 속 FIO2(Fraction of inspired oxygen) 증대를 도모하여 혈중 산소 포화도 하락을 방지하는 치료를 의미하여, 종래에 산소 치료에 사용되는 산소 공급 방식으로 CFO(Continuous flow oxygen) 방식과 간헐적 산소 공급 방식(DOD, Demand oxygen delivery)이 있다.
CFO 방식은 일정한 산소를 지속적으로 환자에게 공급하는 방식으로서 환자에게 산소가 불필요한 시점에도 산소 공급이 이루어지므로 상당한 양의 산소가 낭비되는 문제가 있으며, 간헐적 산소 공급 방식은 환자가 숨을 들이쉬는 시점을 감지하여 높은 유량의 산소를 짧은 시간 동안 공급하는 방법으로서 산소 절감 효과는 크지만 급격하게 유입되는 산소로 인해 환자가 거부감이나 불편함으로 느낄 수 있는 문제가 있어 장시간 및 수면 시 사용이 어려운 문제가 있다.
본 발명은 전술한 바와 같은 문제점들을 해결하기 위해 창출된 것으로서, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 산소 낭비를 줄이면서도 환자의 거부감이나 불편함을 최소화할 수 있는 산소 공급 패턴을 구현할 수 있는 산소 공급 장치 및 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 실시예에 따른 산소 공급 장치는, 산소를 저장하는 산소 탱크, 상기 산소 탱크로부터 피공급자에게 공급되는 산소의 양을 가변적으로 조절할 수 있도록 형성되는 가변 유량 밸브를 포함하는 아웃렛 밸브 유닛, 상기 피공급자의 호흡 압력을 검출하여 해당하는 압력 신호를 출력하는 압력 센서, 그리고 상기 압력 센서의 신호를 기초로 상기 피공급자에게 공급되는 산소의 양이 조절되도록 상기 아웃렛 밸브 유닛의 작동을 제어하는 제어 유닛을 포함한다. 상기 제어 유닛은 상기 압력 신호, 그리고 미리 설정된 복수의 산소 공급 모드 중 선택되는 산소 공급 모드를 기초로 상기 아웃렛 밸브 유닛의 작동을 제어한다. 그리고 상기 제어 유닛은 상기 피공급자에게 처방된 산소의 공급 유량인 처방유량(Qp)과 목표 평균 소모유량(Qs)을 입력받으며 상기 입력된 처방유량과 목표 평균 소모유량의 비율로 산출되는 산출 절감율(Qp/Qs)의 크기에 따라 상기 복수의 산소 공급 모드 중 어느 하나의 산소 공급 모드를 선택하고 상기 선택된 산소 공급 모드에 따라 산소가 공급되도록 상기 아웃렛 밸브 유닛을 제어한다.
상기 제어 유닛은 상기 압력 센서의 신호를 기초로 상기 피공급자의 시간에 따른 호흡 압력을 예측하여 호흡 패턴을 산출하고 산소 공급이 제어되는 과정에서 상기 산출된 호흡 패턴을 보정할 수 있다. 그리고 상기 제어 유닛은, 상기 절감율의 하한치 및 상한치 사이의 값을 가지는 제1 절감율 및 제2 절감율을 기준으로, 상기 산출 절감율이 상기 하한치 보다 크며 상기 제1 절감율 이하인 경우에 제1 산소 공급 모드를 선택하고, 상기 산출 절감율이 상기 제1 절감유보다 크고 상기 제2 절감율 이하인 경우 제2 산소 공급 모드를 선택하며, 상기 산출 절감율이 상기 제2 절감율보다 크고 상기 상한치 이하인 경우 제3 산소 공급 모드를 선택할 수 있다.
상기 제어 유닛은, 상기 제1 산소 공급 모드가 선택된 경우, 들숨 진행 중 상기 입력된 처방유량이 공급되도록 상기 아웃렛 밸브 유닛을 제어하던 상태에서, 실시간으로 검출되는 들숨 최고압력 시점에서 공급 산소 유량이 기저유량이 되도록 하는 밸브 신호로 상기 아웃렛 밸브 유닛을 제어하고 그 상태가 실시간으로 검출되는 날숨 시작 시점까지 유지되도록 제어하는 제1 제어 과정, 상기 날숨 시작 시점부터 다음 들숨 시작 시점까지 공급 산소 유량이 상기 기저유량부터 상기 처방유량까지 점차로 증가하도록 상기 아웃렛 밸브 유닛을 제어하는 제2 제어 과정, 그리고 상기 다음 들숨 시작 시점부터 다음 들숨 최고압력 시점까지 상기 입력된 처방유량이 공급되도록 상기 아웃렛 밸브 유닛을 제어하는 제3 제어 과정을 차례로 수행할 수 있다.
상기 기저유량은 한 호흡 주기 동안 공급 산소의 평균 유량이 상기 입력된 목표 평균 소모유량이 되도록 하는 값으로 산출될 수 있다.
상기 공급 산소의 평균 유량은 한 호흡 주기 동안의 전체 유량을 한 주기 시간으로 나누어서 산출될 수 있으며, 상기 전체 유량은 상기 제1 제어 과정에서 상기 아웃렛 밸브의 작동에 의해 실제 공급되는 유량이 상기 입력된 처방유량에서 상기 기저유량까지 점차로 감소하는 과도 과정 중 공급되는 유량을 포함시켜 산출될 수 있다.
상기 제어 유닛은 상기 제2 제어 과정에서 상기 공급 산소 유량이 S형 커브(S-shaped curve)를 따라 점차로 증가하도록 상기 아웃렛 밸브 유닛을 제어할 수 있다.
상기 제어 유닛은, 상기 들숨 최고압력 시점에서 상기 호흡 패턴을 보정하며 상기 보정된 호흡 패턴에 기초하여 상기 기저유량을 산출하여 상기 제1 제어 과정을 수행할 수 있고, 상기 날숨 시작 시점에서 상기 보정된 호흡 패턴을 다시 보정하며 상기 보정된 호흡 패턴에 기초하여 상기 산출된 기저유량을 보정하여 상기 제2 제어 과정을 수행할 수 있다.
상기 제어 유닛은, 상기 제2 제어 과정을 수행하는 중 날숨 최저압력 시점에서 상기 호흡 패턴을 다시 보정하며, 상기 날숨 최저압력 시점에서 보정된 호흡 패턴에 의해 산출되는 다음 들숨 시작 시점까지 상기 제2 제어 과정을 수행하고, 그리고 나서 상기 보정된 호흡 패턴에서 얻어지는 다음 들숨 시작 시점부터 다음 들숨 최고압력 시점까지 상기 제3 제어 과정을 수행할 수 있다.
상기 제어 유닛은, 상기 제2 산소 공급 모드가 선택된 경우, 들숨 진행 중 상기 입력된 처방유량이 공급되도록 상기 아웃렛 밸브 유닛을 제어하던 상태에서, 실시간으로 검출되는 들숨 최고압력 시점에서 산소 공급이 이루어지지 않도록 상기 아웃렛 밸브 유닛을 제어하고 그 상태가 산소 공급재개 시점까지 유지되도록 제어하는 제1 제어 과정, 상기 산소 공급재개 시점부터 다음 들숨 시작 시점까지 공급 산소 유량이 상기 처방유량까지 점차로 증가하도록 상기 아웃렛 밸브 유닛을 제어하는 제2 제어 과정, 그리고 상기 다음 들숨 시작 시점부터 다음 들숨 최고압력 시점까지 상기 입력된 처방유량이 공급되도록 상기 아웃렛 밸브 유닛을 제어하는 제3 제어 과정을 차례로 수행할 수 있다.
상기 산소 공급재개 시점은 한 호흡 주기 동안의 공급 산소의 평균 유량이 상기 입력된 목표 평균 소모유량이 되도록 하는 시점으로 산출될 수 있다.
상기 공급 산소의 평균 유량은 한 호흡 주기 동안의 전체 유량을 한 주기 시간으로 나누어서 산출될 수 있으며, 상기 전체 유량은 상기 제1 제어 과정에서 상기 아웃렛 밸브의 작동에 의해 실제 공급되는 유량이 상기 입력된 처방유량에서 "0"까지 감소하는 과도 과정 중 공급되는 유량을 포함시켜 산출될 수 있다.
상기 제어 유닛은 상기 제2 제어 과정에서 상기 공급 산소 유량이 S형 커브(S-shaped curve)를 따라 점차로 증가하도록 상기 아웃렛 밸브 유닛을 제어할 수 있다.
상기 호흡 패턴은 상기 제어 유닛에 의하여 산소 공급이 제어되는 과정 중 실제로 검출된 압력을 이용하여 파악된 날숨 시작 시점에서 보정될 수 있고, 상기 산소 공급재개 시점은 상기 날숨 시작 시점에서 보정된 호흡 패턴을 기초로 산출될 수 있다.
상기 제어 유닛은, 상기 산출된 산소 공급재개 시점과 상기 보정된 호흡 패턴에서의 날숨 최저압력 시점을 비교하여 상기 산소 공급재개 시점이 상기 날숨 최저압력 시점 이전인 경우, 상기 산출된 산고 공급재개 시점부터 산소 공급이 재개되도록 상기 아웃렛 밸브 유닛을 제어할 수 있다.
상기 제어 유닛은, 상기 산출된 산소 공급재개 시점과 상기 보정된 호흡 패턴에서의 날숨 최저압력 시점을 비교하여 상기 산소 공급재개 시점이 상기 날숨 최저압력 시점 이후인 경우, 날숨 최저압력 시점에서 상기 호흡 패턴을 보정하고 상기 보정된 호흡 패턴을 기초로 상기 산소 공급재개 시점을 다시 산출하고 상기 산출된 산소 공급재개 시점부터 산소 공급이 재개되도록 상기 아웃렛 밸브 유닛을 제어할 수 있다.
상기 제어 유닛은, 상기 날숨 최저압력 시점에서 산출된 산소 공급재개 시점이 상기 날숨 최저압력 시점 이전인 경우 산소 공급이 상기 날숨 최저압력 시점에서 바로 재개되도록 상기 아웃렛 밸브 유닛을 제어하고, 상기 날숨 최저압력 시점에서 산출된 산소 공급재개 시점이 상기 날숨 최저압력 시점 이후인 경우 산소 공급이 이루어지지 않는 상태를 유지하다가 상기 산출된 산소 공급재개 시점에서 산소 공급이 재개되도록 상기 아웃렛 밸브 유닛을 제어할 수 있다.
상기 아웃렛 밸브 유닛은 펄스 형태의 유량 프로파일을 가지는 산소를 공급하는 온-오프 밸브를 더 포함할 수 있다. 그리고 상기 제어 유닛은, 상기 제3 산소 공급 모드가 선택된 경우, 날숨 진행 중 산소 공급재개 시점까지 산소 공급이 이루어지지 않도록 상기 아웃렛 밸브를 제어하는 제1 제어 과정, 상기 산소 공급재개 시점부터 다음 들숨 시작 시점까지 공급 산소 유량이 목표 산소유량까지 점차로 증가하도록 상기 아웃렛 밸브 유닛을 제어하는 제2 제어 과정, 그리고 들숨 시작 시점에서 펄스 형태의 유량 프로파일을 가지는 산소가 공급되도록 상기 아웃렛 밸브 유닛을 제어하는 제3 제어 과정을 차례로 수행할 수 있다.
상기 산소 공급재개 시점은 상기 호흡 패턴에서 얻어지는 다음 들숨 시작 시점으로부터 미리 설정된 시간 이전의 시점으로 설정될 수 있고, 상기 목표 산소유량은 상기 제2 제어 과정에서 공급되는 산소의 유량과 상기 제3 제어 과정에서 펄스 형태로 공급되는 산소 유량의 합에 의해 산출되는 한 주기 총 공급 산소의 평균 유량이 상기 입력된 목표 평균 소모유량과 동일하게 되도록 하는 값으로 산출될 수 있다.
상기 호흡 패턴은 날숨 최저압력 시점에서 보정되고, 상기 목표 산소유량은 상기 날숨 최저압력 시점에서 보정된 호흡 패턴을 기초로 산출될 수 있다.
상기 아웃렛 밸브 유닛의 가변 유량 밸브는 공급 산소 유량을 가변적으로 조절할 수 있는 비례제어밸브를 포함할 수 있다.
상기 아웃렛 밸브 유닛의 가변 유량 밸브는 복수의 온-오프 밸브의 조합에 의해 공급되는 산소의 양을 가변적으로 조절할 수 있도록 구성될 수 있다.
상기 산출된 호흡 패턴은 이전의 복수의 호흡 패턴에서 추출된 파라미터에 가중치를 적용하여 산출되는 파라미터를 기초로 도출될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 산소 공급 방법은 산소 탱크에 저장된 산소를 피공급자에게 공급하는 방법이며, 상기 피공급자에게 처방된 산소의 공급 유량인 처방유량(Qp)과 목표 평균 소모유량(Qs)을 입력받는 단계, 상기 피공급자의 호흡 압력을 검출하는 단계, 상기 검출된 호흡 압력을 기초로 상기 피공급자에게 공급되는 산소 유량을 제어하는 단계를 포함한다. 상기 제어 단계는 상기 입력된 처방유량과 목표 평균 소모유량의 비율로 산출되는 산출 절감율(Qp/Qs)의 크기에 따라 복수의 산소 공급 모드 중 어느 하나의 산소 공급 모드를 선택하고 상기 선택된 산소 공급 모드에 따라 산소가 공급되도록 제어한다.
본 발명의 실시예에 따른 산소 공급 장치는, 산소를 저장하는 산소 탱크, 상기 산소 탱크로부터 피공급자에게 공급되는 산소의 양을 가변적으로 조절할 수 있도록 형성되는 가변 유량 밸브를 포함하는 아웃렛 밸브 유닛, 상기 피공급자의 호흡 압력을 검출하여 해당하는 압력 신호를 출력하는 압력 센서, 그리고 상기 압력 센서의 신호를 기초로 상기 피공급자에게 공급되는 산소의 양이 조절되도록 상기 아웃렛 밸브 유닛의 작동을 제어하는 제어 유닛을 포함한다. 상기 제어 유닛은 상기 압력 신호, 상기 피공급자에게 처방된 산소의 공급 유량인 처방유량(Qp), 그리고 목표 평균 소모유량(Qs)을 기초로 상기 아웃렛 밸브 유닛의 작동을 제어한다. 그리고 상기 제어 유닛은 한 주기 동안 공급되는 산소의 총 유량의 평균값이 상기 입력된 목표 평균 소모유량과 같아지도록 상기 아웃렛 밸브 유닛의 작동을 제어한다.
상기 제어 유닛은 상기 처방유량(Qp)과 상기 목표 평균 소모유량(Qs)의 비율로 산출되는 산출 절감율(Qp/Qs)의 크기에 따라 복수의 산소 공급 모드 중 어느 하나의 산소 공급 모드를 선택하고 상기 선택된 산소 공급 모드에 따라 산소가 공급되도록 상기 아웃렛 밸브 유닛을 제어할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 산소 공급 방법은 산소 탱크에 저장된 산소를 피공급자에게 공급하는 방법이며, 상기 피공급자에게 처방된 산소의 공급 유량인 처방유량(Qp)과 목표 평균 소모유량(Qs)을 입력받는 단계, 상기 피공급자의 호흡 압력을 검출하는 단계, 그리고 상기 검출된 호흡 압력을 기초로 상기 피공급자에게 공급되는 산소 유량을 제어하는 단계를 포함하고, 상기 제어 단계에서 상기 호흡 압력, 상기 피공급자에게 처방된 산소의 공급 유량인 처방유량(Qp), 그리고 목표 평균 소모유량(Qs)을 기초로 상기 산소 탱크로부터 상기 피공급자에게 공급되는 산소의 양을 가변적으로 조절할 수 있도록 형성되는 가변 유량 밸브를 포함하는 아웃렛 밸브 유닛의 작동을 제어하되, 상기 제어 단계에서 한 주기 동안 공급되는 산소의 총 유량의 평균값이 상기 입력된 목표 평균 소모유량과 같아지도록 제어한다.
상기 제어 단계에서 상기 처방유량과 상기 목표 평균 소모유량의 비율로 산출되는 산출 절감율(Qp/Qs)의 크기에 따라 복수의 산소 공급 모드 중 어느 하나의 산소 공급 모드를 선택하고 상기 선택된 산소 공급 모드에 따라 산소가 공급되도록 제어할 수 있다.
본 발명에 의하면, 산소 낭비를 줄이면서도 환자의 거부감이나 불편함을 최소화할 수 있는 산소 공급 패턴을 구현할 수 있으며 나아가 사용 시 폐 속 FIO2의 대등성을 유지하여 신뢰성을 확보할 수 있다.
도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 산소 공급 장치의 개략적인 블록도이다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 산소 공급 장치의 개략적인 블록도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 산소 공급 방법에서 호흡 패턴의 예측 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 4 내지 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 산소 공급 방법에서 제1 내지 제3 산소 공급 모드를 각각 설명하기 위한 도면이다.
이하에서 본 발명의 실시예를 첨부된 도면을 참조로 상세히 설명한다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 산소 공급 장치는 산소를 공급하는 산소 탱크(10)를 포함한다.
산소 탱크(10)는 피공급자(예를 들어, 환자)에게 공급될 산소를 저장한다. 필요에 따라 산소 탱크(10)의 출구에는 배출되는 산소의 압력을 조절할 수 있는 압력 조절기(pressrue regulator)(11)가 배치될 수 있다.
한편, 산소 공급 장치는 산소 탱크(10)로부터 피공급자에게 공급되는 산소의 유량을 조절하기 위한 아웃렛 밸브 유닛(outlet valve unit)(20)을 구비한다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 아웃렛 밸브 유닛(20)은 피공급자에게 공급되는 산소의 유량을 가변적으로 조절할 수 있도록 형성되는 가변 유량 밸브(21, 23)를 포함할 수 있다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 한 실시예에 따르면 가변 유량 밸브(21)는 복수의 온-오프 밸브(21a, 21b, 21c, 21d)의 조합에 의해 구성될 수 있다. 예를 들어, 복수의 온-오프 밸브(21a, 21b, 21c, 21d)는 온 시에 서로 다른 유량이 흐르도록 허용하는 밸브일 수 있으며, 이러한 복수의 온-오프 밸브(21a, 21b, 21c, 21d) 중 하나 이상을 조합하여 온 시킴으로써 피공급자에게 공급되는 산소의 유량이 가변적으로 조절될 수 있다.
한편, 도 2를 참조하면, 가변 유량 밸브(23)는 비례제어 밸브로 구현될 수 있다. 비례제어 밸브(23)는 입력되는 제어 신호에 따라 유량을 가변적으로 조절할 수 있는 밸브이다.
나아가, 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 아웃렛 밸브 유닛(20)은 펄스 형태의 유량 프로파일을 가지는 산소를 공급하는 온-오프 밸브(25)를 더 포함할 수 있다.
가변 유량 밸브(21, 23)는 가변하는 유량 프로파일의 산소를 공급하는 경우 사용될 수 있으며, 온-오프 밸브(25)는 펄스 형태의 유량 프로파일을 가지는 산소를 공급하기 위해 사용될 수 있다.
압력 센서(30)는 피공급자의 호흡 압력을 검출하여 해당하는 압력 신호를 출력한다. 압력 센서(30)는 피공급자의 호흡 압력에 노출될 수 있는 지점에 설치될 수 있으며, 예를 들어 산소를 피공급자에게 공급하기 위한 관로 내에 설치될 수 있다.
제어 유닛(40)은 압력 센서(30)의 압력 신호를 기초로 피공급자에게 공급되는 산소의 양이 조절되도록 아웃렛 밸브 유닛(20)의 작동을 제어한다. 이를 위해 제어 유닛(40)은 압력 센서(30)의 신호를 입력받을 수 있도록 압력 센서(30)에 전기적으로 연결될 수 있으며, 또한 아웃렛 밸브 유닛(20)을 제어하기 위한 제어 신호를 출력할 수 있도록 아웃렛 밸브 유닛(20)에 전기적으로 연결될 수 있다.
제어 유닛(40)는 마이크로 프로세서(micro processor), 메모리 그리고 관련 하드웨어와 소프트웨어를 포함할 수 있다. 마이크로 프로세서는 이하에서 설명할 본 발명의 실시예에 따른 산소 공급 방법을 수행하도록 프로그램될 수 있으며 메모리에는 산소공급 방법을 수행하기 위한 각종 데이터가 저장될 수 있다.
그리고 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 아웃렛 밸브 유닛(20)을 구성하는 각 밸브는 연결 관로에 의해 산소 탱크(10) 및 피공급자에게 연결될 수 있으며, 아웃렛 밸브 유닛(20)의 작동에 의해 산소 탱크(10)의 산소가 연결 관로를 통해서 선택적으로 피공급자에게 공급될 수 있다.
이하에서 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 산소 공급 장치의 구체적인 작동 방식 및 그에 의해 수행될 수 있는 본 발명의 실시에에 따른 산소 공급 방법에 대해서 상세히 설명한다.
본 발명의 실시예에 따르면, 처방 유량(Qp)과 목표 평균 소모 유량(Qs)을 입력 인자로 하여 종래의 CFO 방식과 유사한 FIO2의 대등성을 확보하면서 원하는 산소 절감율(Qp/Qs)을 도모하도록 작동할 수 있도록 하되, 피공급자에게 편안함을 주는 산소 공급 패턴을 구현할 수 있다.
제어 유닛(40)은 압력 센서(30)로부터 수신한 압력 신호, 그리고 미리 설정된 복수의 산소 공급 모드 중 선택되는 산소 공급 모드를 기초로 아웃렛 밸브 유닛(20)의 작동을 제어한다.
이때, 제어 유닛(40)은 피공급자에게 처방된 산소의 공급 유량인 처방 유량(Qp)과 목표 평균 소모 유량(Qs)을 입력받으며, 입력된 처방 유량과 목표 평균 소모 유량의 비율인 입력된 절감율(Qp/Qs)의 크기에 따라 복수의 산소 공급 모드 중 어느 하나의 산소 공급 모드를 선택하고, 선택된 산소 공급 모드에 따라 산소가 공급되도록 아웃렛 밸브 유닛(20)을 제어한다. 즉, 제어 유닛(40)은 처방 유량(Qp)과 목표 평균 소모 유량(Qs)을 입력되면 그 입력된 값으로 절감율(saving ratio)(Qp/Qs)을 계산할 수 있으며, 계산된 절감율을 기초로 복수의 산소 공급 모드 중 어느 하나를 선택하게 된다.
여기서, 처방 유량은 산소 피공급자(예를 들어, 환자)의 병변에 따라 적정한 FIO2를확보하기 위한 필요한 CFO 방식의 유량(예를 들어, liter/min)을 의미하며 의사의 처방에 의한 산소 공급 유량을 의미한다.
한편, 제어 유닛(40)은 압력 센서(30)의 압력 신호를 기초로 피공급자의 시간에 따른 호흡 압력을 예측하여 호흡 패턴을 산출하고 산소 공급이 제어되는 과정에서 산출된 호흡 패턴을 보정한다. 예를 들어, 제어 유닛(40)은 산소 공급이 제어되는 과정 중 실제로 검출된 압력을 이용하여 특정 시점(예를 들어, 들숨 최고압력 시점, 날숨 시작 시점, 날숨 최저압력 시점 등)을 파악할 수 있으며, 파악된 시점이 예측된 호흡 패턴의 해당 시점과 차이가 있는 경우 예측된 호흡 패턴을 차이가 나는 시간 간격만큼 시프트(shift)함으로써 예측된 호흡 패턴을 보정할 수 있다. 제어 과정 중 호흡 패턴을 보정하고 그에 기해 다시 제어를 수행함으로써 보다 정확한 유량 공급이 가능해진다.
그리고 제어 유닛(40)은 절감율의 하한치 및 상한치 사이의 값을 가지는 제1 절감율 및 제2 절감율을 기준으로 산소 공급 모드를 선택할 수 있다. 여기서 절감율의 하한치는 "1"을 의미하며 절감율이 하한치인 "1" 이하인 경우는 통상의 CFO 방식에 해당한다고 볼 수 있으며, 절감율의 상한치는 그 값보다 큰 경우에는 통상의 DOD 방식으로 볼 수 있으며 예를 들어 상한치는 3.8로 설정될 수 있다.
제어 유닛(40)은 입력된 처방 유량(Qp)과 목표 평균 소모 유량(Qs)으로부터 산출되는 산출 절감율(saving ratio)(Qp/Qs)이 상기한 절감율의 하한치 및 상한치 사이의 값을 가지는 제1 절감율과 제2 절감율을 기준으로 어느 범위에 속하는지 여부에 따라 복수의 산소 공급 모드 중 어느 하나를 선택할 수 있으며, 예를 들어 산출 절감율이 절감율 하한치보다 크며 제1 절감율 이하인 경우에 제1 산소 공급 모드를 선택할 수 있으며, 산출 절감율이 제1 절감율보다 크고 제2 절감율 이하인 경우 제2 산소 공급 모드를 선택할 수 있고, 산출 절감율이 제2 절감율보다 크고 절감율 상한치 이하인 경우 제3 산소 공급 모드를 선택할 수 있다. 이때, 예를 들어, 제1 절감율은 1.7로 설정될 수 있으며 제2 절감율은 3.3으로 설정될 수 있다.
이하에서 첨부된 도 3을 참조하여 호흡 패턴의 예측 방법에 대해서 설명하고, 첨부된 도 4 내지 도 6을 참조하여 제1 내지 제3 산소 공급 모드에 대해 상세히 설명한다.
도 3을 참조하면, 점선으로 표시된 파라미터 리니어 모델(parameter linear model)을 통해 한 주기의 예측 호흡 패턴이 도출될 수 있다. 예측 호흡 패턴은 실시간 호흡(real time breathing) 패턴과 유사하게 도출될 수 있다. 이때, 도 3에 도시된 바와 같이, 9개의 파라미터를 이용하여 호흡 패턴이 예측될 수 있으며, 들숨 개시 시점(t0), 들숨 최고압력 시점(t1), 들숨 최고압력(PH), 들숨 종료 시점(t2), 날숨 개시 시점(t3), 날숨 최저압력 시점(t4), 날숨 최저압력(PL), 날숨 최저압력의 25%에 도달하는 시점(t5), 그리고 날숨 종료 시점(t6)이 9개의 파라미터로 사용될 수 있다. 예를 들어, 들숨 최고압력 시점, 날숨 최저압력 시점은 실제로 압력 센서(30)에 의해 검출되는 압력 신호를 기초로 도출될 수 있다.
이때, 산출된 호흡 패턴은 직전 호흡 패턴에서 추출된 파라미터에 가중치를 적용하여 산출되는 파라미터를 기초로 도출될 수 있다. 예를 들어, 호흡 패턴은 직전의 3회의 호흡 패턴에서 추출된 파라미터에 가중치를 부여하여 산출되는 파라미터로 도출될 수 있으며, 예를 들어 바로 직전 주기 호흡 패턴의 파라미터에 0.5의 가중치를 부여하고 다시 그 이전의 주기의 호흡 패턴의 파라미터에 0.3의 가중치를 부여하고 다시 그 이전의 주기의 호흡 패턴의 파라미터에 0.2의 가중치를 부여한 후 가중치가 부여된 세 개의 파라미터를 더하여 예측되는 호흡 패턴의 파라미터로 사용할 수 있다. 이러한 방식으로 가중치를 적용하여 9개의 파라미터를 모두 구함으로써 "◆"로 표시된 여섯 개의 지점이 결정되며, 이 6개의 지점과 다음 주기의 들숨 개시 시점(t7)을 연결함으로써 한 주기의 호흡 패턴이 도출된다. 이 경우 구간 ①이 들숨(inhalation) 구간이고, 구간 ②가 휴지 기간(rest period)이고, 구간 ③이 날숨(exhalation) 구간이 된다.
이와 같은 방식으로 직전의 호흡 주기의 파라미터를 이용하여 다가올 호흡 주기의 호흡 패턴을 예측할 있으며, 이를 기반으로 이하에서 설명할 산소 공급 모드의 제어가 수행될 수 있다.
그리고 산소 공급 모드의 제어가 이루어지는 동안 실시간으로 호흡 패턴의 보정이 이루어질 수 있는데, 제어 과정 중에 압력 센서(30)에 의해 실시간으로 검출되는 호흡 압력을 이용하여 소정 시점에서 보정이 이루어질 수 있다. 예를 들어, 실시간으로 검출되는 들숨 최대압력 시점, 들숨 종료 시점, 날숨 최저압력 시점에서 보정이 이루어질 수 있으며, 해당 시점의 실시간 압력과 시간을 기준으로 하여 호흡 패턴의 해당 파라미터를 시프트함으로써 보정이 이루어질 수 있다.
먼저, 도 4를 참조하여 제1 산소 공급 모드에 따른 산소 공급 제어에 대해서 설명한다. 제1 산소 공급 모드는 위에서 언급한 제1 내지 제3 산소 공급 모드 중 절감율이 가장 낮은 경우이다. 도 4는 비례제어 밸브를 이용하여 산소 유량을 제어하는 경우이며, 도 4에서 세로 축은 공급 산소 유량을 나타내고 가로 축은 시간을 나타낸다. 그리고 비례제어 밸브를 제어하기 위한 밸브 신호(valve signal)와 그에 따른 산소 유량(discharged oxygen flow)이 나타나 있다. 밸브 신호 및 그에 따른 산소 유량은 해당 밸브의 규격에 따라 미리 설정된 값으로 록업 테이블(look-up table)로 저장될 수 있다. 한편, 복수의 온-오프 밸브의 조합에 의해 공급 산소 유량을 가변적으로 제어하는 경우에는, 온-오프 밸브의 조합에 의해 얻어지는 유량 중 목표로 하는 공급 산소 유량에 가장 근사하는 값이 되도록 온-오프 밸브를 제어할 수 있다.
제어 유닛(40)은 제1 내지 제3 제어 과정(C11, C12, C13)을 차례로 수행한다.
먼저, 제1 제어 과정(C11)은 들숨 진행 중인 들숨 최고압력 시점부터 시작되며, 제어 유닛(40)은 들숨 최고압력 시점 이전부터 들숨 최고압력에 도달하는 시점까지 입력된 처방 유량이 공급되도록 아웃렛 밸브 유닛(20)을 제어하던 상태에 있었다.
제어 유닛(40)은, 제1 제어 과정(C11)에서, 들숨 진행 중 입력된 처방 유량이 공급되도록 아웃렛 밸브 유닛(20)을 제어하던 상태에서, 실시간으로 검출되는 들숨 최고압력 시점에서 공급 산소 유량이 기저유량이 되도록 하는 밸브 신호로 아웃렛 밸브 유닛(20)을 제어하고 그 상태가 날숨 시작 시점까지 유지되도록 제어한다. 즉, 공급 산소 유량이 기저 유량이 되도록 하는 미리 설정된 밸브 신호에 의해 아웃렛 밸브 유닛(20)이 제어된다. 이 경우, 도 4에 밸브 신호의 개시 시점과 공급 산소 유량이 기저 유량이 되는 시점 사이에 시간 간격(tf)이 존재하는 것은 밸브 제어 신호에 의해 아웃렛 밸브 유닛(20)이 작동된 후 공급 산소 유량이 처방 유량에서 기저 유량까지 감소하는 과도 과정이 있기 때문이며 이는 해당 밸브를 이용한 실험적 방법으로 고유하게 결정될 수 있는 값이다. 이에 따라 도 4에 도시된 바와 같이 들숨 최고압력 시점에서 아웃렛 밸브 유닛(20)이 공급 산소 유량이 기저 유량이 되도록 하는 밸브 신호로 제어되며, 그에 따라 실제 공급 산소 유량이 처방 유량에서부터 점차로 감소하여 일정한 과도 시간(tf)이 지난 후에 목표하는 기저 유량에 도달하게 되고 이 상태가 날숨 개시 시점까지 유지된다.
그리고 나서, 제어 유닛(40)은 제2 제어 과정(C12)에서, 날숨 시작 시점부터 다음 들숨 시작 시점까지 공급 산소 유량이 기저 유량부터 처방 유량까지 점차로 증가하도록 아웃렛 밸브 유닛(20)을 제어한다.
이때, 공급 산소 유량이 S형 커브(S-shaped curve)를 따라 점차로 증가하도록 제어될 수 있다. S형 커브는 로지스틱 함수(logistic function)이라고도 하며 주로 성장곡선을 나타낼 때 많이 사용된다. 예를 들어, 로지스틱 함수는
Figure 112011095317348-pat00001
의 식으로 나타날 수 있으며, 여기서 파라미터 a, b를 적절히 선택함으로써 곡선의 형태가 결정될 수 있고, t가 0으로 근접할 때 거의 0에 가까운 값을 가지며 t가 증가할 수도록 k 값에 수렴하게 된다.
이와 같이 날숨 시작 시점부터 들숨 시작 시점까지 공급 산소 유량이 S형 커브를 따라 완만하게 증가하도록 함으로써, 들숨 시작 시점에서 처방 유량의 산소를 공급하면서도 환자의 불편함을 최소화할 수 있다.
이때, 기저 유량은 한 호흡 주기 동안의 공급 산소의 평균 유량이 입력된 목표 평균 소모유량이 되도록 하는 값으로 산출될 수 있다. 구체적으로, 공급 산소의 평균 유량은 한 호흡 주기 동안의 전체 공급 유량을 한 주기 시간으로 나누어서 산출될 수 있다. 이때, 전체 유량은 제2 제어 과정에서 아웃렛 밸브의 작동에 의해 실제 공급되는 유량이 처방 유량에서 기저 유량까지 점차로 감소하는 과도 과정 중에 공급되는 유량을 포함시켜 산출될 수 있다. 이에 따라 보다 정확한 유량 제어가 가능하다.
그리고 나서, 제3 제어 과정(C13)에서, 제어 유닛(40)은 다음 들숨 시작 시점부터 다음 들숨 최고압력 시점까지 입력된 처방 유량(Qp)이 공급되도록 아웃렛 밸브 유닛(20)을 제어한다. 도 4에 도시된 바와 같이, 제3 제어 과정(C13)에서 비례제어 밸브(23)는 처방 유량(Qp)이 공급되는 밸브 신호에 의해 제어될 수 있으며, 그에 따라 처방 유량에 해당하는 산소 유량이 공급된다.
이러한 제어 과정이 수행되는 과정에서 복수의 시점(Correction #1, #2, #3)에서 호흡 패턴의 보정이 이루어지고 보정된 호흡 패턴에 기초해서 공급 산소 유량 제어가 이루어질 수 있다. 호흡 패턴의 보정은 위에서 설명한 방식으로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 호흡 패턴 보정은 들숨 최고압력 시점인 보정 시점(Correction #1), 날숨 시작 시점인 보정 시점(Correction #2), 그리고 날숨 최저압력 시점인 보정 시점(Correction #3)에서 이루어질 수 있다. 이를 기초로, 제어 유닛(40)은 들숨 최고압력 시점에서 보정된 호흡 패턴에 기초하여 기저 유량을 산출하여 제1 제어 과정을 수행할 수 있고, 날숨 시작 시점에서 호흡 패턴을 다시 보정하여 보정된 호흡 패턴에 기초하여 기저 유량을 다시 계산하고 이를 이용하여 제2 제어 과정을 수행할 수 있다. 그리고 제어 유닛(40)은 제2 제어 과정을 수행하는 중에 날숨 최저압력 시점에서 호흡 패턴을 다시 보정하고 보정된 호흡 패턴을 기초로 기저 유량을 다시 보정하여 보정된 기저 유량으로 제2 제어 과정의 나머지 과정을 수행할 수 있다.
이와 같은 방식으로 기저 유량을 산출하여 제1 산소 공급 모드가 수행될 수 있는데 기저 유량을 산출하는 것을 수식으로 나타내 보면 다음과 같다.
먼저 "Correction #1"의 보정 시점에서 이루어진 보정에 의한 호흡 패턴을 기초로 기저 유량이 산출되고 그에 따라 제1 제어 과정이 수행되는데, 이때 기저 유량은 한 주기의 평균 소모 유량이 입력된 목표 평균 소모 유량(Qs)과 같다는 관계를 이용하여 산출될 수 있다.
먼저, 평균 소모 유량은 다음 식으로 산출될 수 있다.
[식1]
(평균 소모 유량)=(전체 부피)/(전체 시간)=(그래프 면적)/(한 주기 시간)
여기서 "그래프 면적/한 주기 시간"이 목표 평균 소모 유량과 동일하다는 관계를 식으로 표현하면 다음의 식과 같다.
[식2]
Figure 112011095317348-pat00002
여기서, Qi ,1은 "Correction #1" 시점에서 보정된 기저 유량이고, ttot ,1은 "Correction #1" 시점에서 보정된 한 호흡 주기이며, tf는 밸브 유량이 처방 유량에서 기저 유량까지 감소하는 데 소요되는 과도 시간이고, Δt1은 "Correction #1" 시점에서 보정된 유량 상승 시간(즉, 날숨 시작 시점부터 다음 들숨 시작 시점까지의 시간)이고, ΔT1 ,1은 "Correction #1" 시점에서 보정된 들숨 시작 시점부터 들숨 최고압력 시점까지의 시간이다.
이 식2를 기저 유량에 대해 정리하면 다음 식3과 같다.
[식3]
Figure 112011095317348-pat00003
그리고 나서 "Correction #2"의 보정 시점에서 다시 보정이 이루어지고 얻어진 호흡 패턴을 기초로 기저 유량이 다시 산출되고 그에 따라 제2 제어 과정이 수행되며, 이때 기저 유량은 위와 동일한 방식으로 산출될 수 있다.
따라서 "Correction #2" 시점에서 산출되는 기저 유량은 다음 식4와 같다.
[식4]
Figure 112011095317348-pat00004
여기서, Qi ,2는 "Correction #2" 시점에서 보정된 기저 유량이고, ttot , 2은 "Correction #2" 시점에서 보정된 한 호흡 주기이며, tf는 밸브 유량이 처방 유량에서 기저 유량까지 감소하는 데 소요되는 과도 시간이고, Δt2는 "Correction #2" 시점에서 보정된 유량 상승 시간(즉, 날숨 시작 시점부터 다음 들숨 시작 시점까지의 시간)이고, ΔT1 ,2는 "Correction #2" 시점에서 보정된 들숨 시작 시점부터 들숨 최고압력 시점까지의 시간이다.
이에 따라 제2 제어 과정에서는 "Correction #2" 시점에서 보정된 기저 유량(Qi ,2)에서부터 유량을 점차로 증가시키게 된다.
그리고 나서 "Correction #3" 시점에서 다시 호흡 패턴의 보정에 의해 보정된 파라미터가 산출되며, 제어 유닛(40)은 "Correction #3" 시점에서 보정된 호흡 패턴에 의해 산출되는 다음 들숨 시작 시점까지 제2 제어 과정을 수행하고, 그리고 나서 이때 산출된 다음 들숨 시작 시점부터 다음 들숨 최고압력 시점까지 처방 유량이 공급되도록 아웃렛 밸브 유닛(20)을 제어한다.
그리고 나서 제어 유닛(40)은 "Correction #3" 시점에서 보정된 호흡 패턴에 의해 산출되는 다음 들숨 시작 시점부터 들숨 최고압력 시점까지 처방 유량이 공급되도록 아웃렛 밸브 유닛(20)을 제어한다.
제어 유닛(40)은 이러한 제어 과정을 반복하면서 산소 공급이 제어되도록 한다.
다음으로, 도 5를 참조하여 제2 산소 공급 모드에 따른 산소 공급 제어에 대해서 설명한다. 제2 산소 공급 모드는 위에서 언급한 제1 내지 제3 산소 공급 모드 중 절감율이 중간인 경우이다.
제어 유닛(40)은 제1 내지 제3 제어 과정(C21, C22, C23)을 차례로 수행한다.
먼저, 제1 제어 과정(C21)은 들숨 진행 중인 들숨 최고압력 시점부터 시작되며, 제어 유닛(40)은 들숨 최고압력 시점 이전부터 들숨 최고압력에 도달하는 시점까지 입력된 처방 유량이 공급되도록 아웃렛 밸브 유닛(20)을 제어하던 상태에 있었다.
제어 유닛(40)은, 제1 제어 과정(C21)에서, 들숨 진행 중 입력된 처방 유량이 공급되도록 아웃렛 밸브 유닛(20)을 제어하던 상태에서, 실시간으로 검출되는 들숨 최고압력 시점에서 산소 공급이 이루어지지 않도록 하는 밸브 신호로 아웃렛 밸브 유닛(20)을 제어하고 그 상태가 산소 공급재개 시점(t0)까지 유지되도록 제어한다. 이 경우, 도 5에 밸브 신호의 개시 시점과 공급 산소 유량이 "0"이 되는 시점 사이에 시간 간격(tf)이 존재하는 것은 밸브 제어 신호에 의해 아웃렛 밸브 유닛(20)이 작동된 후 공급 산소 유량이 처방 유량에서 "0"까지 감소하는 과도 과정이 있기 때문이며 이는 해당 밸브를 이용한 실험적 방법으로 고유하게 결정될 수 있는 값이다. 이에 따라 도 5에 도시된 바와 같이 들숨 최고압력 시점에서 아웃렛 밸브 유닛(20)이 공급 산소 유량이 "0"이 되도록 하는 밸브 신호로 제어되며, 그에 따라 실제 공급 산소 유량이 처방 유량에서부터 점차로 감소하여 일정한 과도 시간(tf)이 지난 후에 목표하는 "0"에 도달하게 되고 이 상태가 산소 공급재개 시점까지 유지된다.
그리고 나서, 제어 유닛(40)은 제2 제어 과정(C22)에서, 산소 공급재개 시점(t0)부터 다음 들숨 시작 시점까지 공급 산소 유량이 "0"에서부터 처방 유량까지 점차로 증가하도록 아웃렛 밸브 유닛(20)을 제어한다. 이때, 제1 제어 모드에서와 유사하게, 공급 산소 유량이 S형 커브(S-shaped curve)를 따라 점차로 증가하도록 제어될 수 있다.
이때 산소 공급재개 시점은 한 호흡 주기 동안의 공급 산소의 평균 유량이 입력된 목표 평균 소모유량과 같아지도록 하는 시점으로 산출될 수 있다. 예를 들어, 공급 산소의 평균 유량은 한 호흡 주기 동안의 전체 공급 유량을 한 주기 시간으로 나누어서 산출될 수 있다. 이때, 전체 유량은 제1 제어 과정에서 아웃렛 밸브의 작동에 의해 실제 공급되는 유량이 처방 유량에서 "0"까지 점차로 감소하는 과도 과정 중에 공급되는 유량을 포함시켜 산출될 수 있다. 이에 따라 보다 정확한 유량 제어가 가능하다.
그리고 나서, 제3 제어 과정(C23)에서, 제어 유닛(40)은 다음 들숨 시작 시점부터 다음 들숨 최고압력 시점까지 입력된 처방 유량(Qp)이 공급되도록 아웃렛 밸브 유닛(20)을 제어한다. 도 5에 도시된 바와 같이, 제3 제어 과정(C23)에서 비례제어 밸브(23)는 처방 유량(Qp)이 공급되는 밸브 신호에 의해 제어될 수 있으며, 그에 따라 처방 유량에 해당하는 산소 유량이 공급된다.
이러한 제어 과정이 수행되는 과정에서 복수의 시점(Correction #1, #2, #3)에서 호흡 패턴의 보정이 이루어지고 보정된 호흡 패턴에 기초해서 공급 산소 유량 제어가 이루어질 수 있다. 예를 들어, 제1 제어 모드와 유사하게, 호흡 패턴 보정은 들숨 최고압력 시점(Correction #1), 날숨 시작 시점(Correction #2), 그리고 날숨 최저압력 시점(Correction #3)에서 이루어질 수 있다. 이에 따라, 제어 유닛(40)은 날숨 최저압력 시점(Correction #3)에서 이루어진 보정에 의해 얻어지는 호흡 패턴의 파라미터를 기초로 제3 제어 과정을 수행할 수 있다.
이와 같은 방식으로 제2 산소 공급 모드가 수행될 수 있으며, 제2 산소 공급 모드의 내용 및 산소공급 재개 시점을 산출하는 방식에 대해서 설명한다.
먼저, 제어 유닛(40)은 실시간으로 검출되는 들숨 최고압력 시점에서 공급 산소 유량이 "0"이 되도록 아웃렛 밸브 유닛(20)을 제어한다. 즉, 아웃렛 밸브 유닛(20)이 들숨 최고압력 시점에서 닫히도록 제어된다. 들숨 최고압력 시점에서 호흡 패턴이 보정될 수 있다.
그리고 날숨이 시작되는 시점("Correction #2")에서 다시 호흡 패턴이 보정되며, 산소 공급재개 시점은 날숨 시작 시점에서 보정된 호흡 패턴을 기초로 산출될 수 있다. 이때 산소 공급재개 시점은 한 주기의 평균 소모 유량이 입력된 목표 평균 소모 유량(Qs)과 같다는 관계를 이용하여 산출될 수 있다.
먼저, 위에서 설명한 평균 소모 유량을 구하는 식1 및 식2를 도 5에 적용하면 다음의 식 5와 같다.
[식5]
Figure 112011095317348-pat00005
여기서, ttot ,2는 "Correction #2" 시점에서 보정된 한 호흡 주기이며, tf는 공급 산소 유량이 처방 유량에서 "0"까지 감소하는 데 소요되는 과도 시간이고, Δt2는 "Correction #2" 시점에서 보정된 유량 상승 시간(즉, 산소 공급재개 시부터(t 0)부터 다음 들숨 시작 시점까지의 시간)이고, ΔT1 ,2는 "Correction #2" 시점에서 보정된 다음 들숨 시작 시점부터 다음 들숨 최고압력 시점까지의 시간이다.
이 식5를 유량 상승 시간에 대해 정리하면 다음 식6과 같다.
[식6]
Figure 112011095317348-pat00006
산소 공급재개 시점(t0)은 보정된 호흡 패턴에서 얻어지는 다음 들숨 시작 시점에서 식 6에 의해 산출되는 유량 상승 시간(Δt2)을 빼서 산출될 수 있다.
제어 유닛(40)은 이와 같이 산출된 산소 공급재개 시점과 "Correction #2" 시점(t4)에서 보정된 호흡 패턴에서 얻어지는 날숨 최저압력 시점을 비교할 수 있으며, 비교 결과 산소 공급재개 시점(t0)이 날숨 최저압력 시점(t4) 이전인 경우 산출된 산소 공급재개 시점부터 산소 공급이 재개(즉, 제2 제어 과정의 시작)되도록 할 수 있다.
반면에, 산출된 산소 공급재개 시점(t0)과 "Correction #2" 시점에서 보정된 호흡 패턴에서 얻어지는 날숨 최저압력 시점(t4)의 비교 결과, 산소 공급재개 시점이 날숨 최저압력 시점 이후인 경우, 제어 유닛(40)은 날숨 최저압력 시점(t4)인 보정 시점(Correction #3)에서 호흡 패턴을 다시 보정하고 보정된 호흡 패턴을 기초로 산소 공급재개 시점을 다시 산출하고 산출된 산소 공급재개 시점부터 산소 공급이 재개(즉, 제2 제어 과정의 시작)되도록 할 수 있다.
"Correction #3"에서 보정된 호흡 패턴을 기초로 산소 공급재개 시점을 산출하는 것은 위와 유사한 방식으로 진행될 수 있으며, 식 5와 유사하게 평균 소모 유량이 입력된 목표 평균 소모유량과 같다는 관계식은 다음의 식 7과 같다.
[식7]
Figure 112011095317348-pat00007
여기서, ttot , 3는 "Correction #3" 시점에서 보정된 한 호흡 주기이며, tf는 공급 산소 유량이 처방 유량에서 "0"까지 감소하는 데 소요되는 과도 시간이고, Δt3는 "Correction #3" 시점에서 보정된 유량 상승 시간(즉, 산소 공급재개 시부터(t 0)부터 다음 들숨 시작 시점까지의 시간)이고, ΔT1 , 3는 "Correction #3" 시점에서 보정된 다음 들숨 시작 시점부터 다음 들숨 최고압력 시점까지의 시간이다.
이 식7을 유량 상승 시간에 대해 정리하면 다음 식8과 같다.
[식8]
Figure 112011095317348-pat00008
산소 공급재개 시점(t0)은 보정된 호흡 패턴에서 얻어지는 다음 들숨 시작 시점에서 식 8에 의해 산출되는 유량 상승 시간(Δt3)을 빼서 산출될 수 있다.
그리고 제어 유닛(40)은 날숨 최저압력 시점에서 다시 산출된 산소 공급재개 시점(t0)과 날숨 최저압력 시점(t4)을 비교하며, 비교 결과 산소 공급재개 시점이 날숨 최저압력 시점 이전인 경우 산소 공급이 날숨 최저압력 시점에서 바로 재개되도록 아웃렛 밸브 유닛(20)을 제어하고, 비교 결과 산소 공급재개 시점이 날숨 최저압력 시점 이후인 경우 산소 공급이 이루어지지 않는 상태를 유지하다가 산출된 산소 공급재개 시점에서 산소 공급이 재개(즉, 제2 제어 과정의 개시)되도록 아웃렛 밸브 유닛(20)을 제어할 수 있다.
제어 유닛(40)은 산소 공급재개 시점에서 산소 공급이 다시 이루어지도록 한 후 공급 산소 유량을 점차로 증가시켜 다음 들숨 시작 시점까지 처방 유량에 도달하도록 제어하여 제2 제어 과정을 수행한다.
그리고 제어 유닛(40)은 다음 들숨 시작 시점부터 다음 들숨 최고압력 시점까지 산소가 처방 유량과 동일한 유량으로 계속 공급되도록 제어하여 제3 제어 과정을 수행한다.
다음으로, 도 6을 참조하여 제3 산소 공급 모드에 따른 산소 공급 제어에 대해서 설명한다. 제3 산소 공급 모드는 위에서 언급한 제1 내지 제3 산소 공급 모드 중 절감율이 가장 큰 경우이다.
제어 유닛(40)은 아웃렛 밸브 유닛(20) 중 펄스 형태의 유량 프로파일을 가지는 산소를 공급할 수 있는 비례제어 밸브(21, 23) 및 온-오프 밸브(25)를 제어하여 제3 산소 공급 모드가 수행될 수 있다. 도 6에서 밸브 신호 1은 비례제어 밸브(21, 23)의 구동을 제어하기 위한 신호이고 밸브 신호 2는 온-오프 밸브(25)의 구동을 제어하기 위한 신호이다.
제어 유닛(40)은 제1 내지 제3 제어 과정(C31, C32, C33)을 차례로 수행한다.
제어 유닛(40)은, 제1 제어 과정(C31)에서, 날숨 진행 중 산소 공급재개 시점(t0)까지 산소 공급이 이루어지지 않도록 아웃렛 밸브(20)를 제어한다.
그리고 나서, 제어 유닛(40)은 제2 제어 과정(C32)에서, 산소 공급재개 시점(t0)부터 다음 들숨 시작 시점까지 공급 산소 유량이 "0"에서부터 일정량(ΔQ) 증가하여 목표 산소유량까지 점차로 증가하도록 아웃렛 밸브 유닛(20)을 제어한다. 이때, 제2 제어 과정에서, 공급 산소 유량이 S형 커브(S-shaped curve)를 따라 점차로 증가하도록 제어될 수 있다.
이때 산소 공급재개 시점은 다음 들숨 시작 시점으로부터 미리 설정된 시간(Δt)만큼 앞서는 시점으로 설정될 수 있다. 예를 들어, 미리 설정된 시간은 0.5초로 설정될 수 있다. 그리고 목표 산소유량은 제2 제어 과정에서 공급되는 산소의 유량과 제3 제어 과정에서 펄스 형태로 공급되는 산소 유량의 합에 의해 산출되는 한 주기 총 공급 산소의 평균 유량이 입력된 목표 평균 소모유량이 되도록 하는 값으로 산출될 수 있다.
그리고 나서, 제3 제어 과정(C33)에서, 제어 유닛(40)은 들숨 시작 시점에서 펄스 형태의 유량 프로파일을 가지는 산소가 공급되도록 아웃렛 밸브 유닛(20)을 제어한다.
이러한 제어 과정이 수행되는 과정에서 복수의 시점(Correction #1, #2, #3)에서 호흡 패턴의 보정이 이루어지고 보정된 호흡 패턴에 기초해서 공급 산소 유량 제어가 이루어질 수 있다. 예를 들어, 제1 제어 모드와 유사하게, 호흡 패턴 보정은 들숨 최고압력 시점(Correction #1), 날숨 시작 시점(Correction #2), 그리고 날숨 최저압력 시점(Correction #3)에서 이루어질 수 있다. 이에 따라, 제어 유닛(40)은 날숨 최저압력 시점(Correction #3)에서 이루어진 보정에 의해 얻어지는 호흡 패턴의 파라미터를 기초로 제2 제어 과정을 수행할 수 있다.
이와 같은 방식으로 제3 산소 공급 모드가 수행될 수 있으며, 제3 산소 공급 모드의 내용 및 산소공급 재개 시점을 산출하는 방식에 대해서 설명한다.
먼저, 제1 제어 과정에서, 제어 유닛(40)은 날숨 과정 중 산소가 공급되지 않도록 아웃렛 밸브 유닛(20)을 제어한다. 이때, 도 6에 도시된 바와 같이, 한 호흡 주기의 시작인 날숨 최고압력 시점에서부터 제2 제어 과정이 시작되는 시점까지 산소 공급이 이루어지지 않도록 할 수 있다.
날숨 최저압력 시점인 보정 시점(Correction #3)에서 호흡 패턴이 보정되며, 산소 공급재개 시점은 이때 보정된 호흡 패턴의 파라미터 중 하나인 다음 들숨 시작 시간 등을 이용하여 목표 산소유량을 산출할 수 있다.
이때 제2 제어 과정의 목표 산소유량은 한 주기의 평균 소모 유량이 입력된 목표 평균 소모 유량(Qs)과 같다는 관계를 이용하여 산출될 수 있다.
먼저, 위에서 설명한 평균 소모 유량을 구하는 식1 및 식2를 도 6에 적용하면 다음의 식 9와 같다.
[식9]
Figure 112011095317348-pat00009
여기서, ttot , 3는 "Correction #3" 시점에서 보정된 한 호흡 주기이며, Δt는 "Correction #3" 시점에서 보정된 다음 들숨 시작 시점과 산소 공급재개 시점 사이의 시간 간격으로 미리 설정되는 값(예를 들어, 0.5초)이며, VDOD는 온-오프 밸브(25)를 통해 펄스 형태로 공급되는 산소의 부피(처방 유량에 따라 세팅된 값)이고, ΔQ는 제2 제어 과정에서 유량 "0"에서부터 목표 산소유량까지 증가하기 위해 필요한 산소 유량 증가치(즉, 목표 산소유량이 ΔQ와 동일한 값임)이다. 여기서 VDOD는 처방 유량의 크기를 고려하여 적절히 선택된 값이며, 통상 간헐적 산소 공급 방법에서 설정되는 산소 부피보다 약간 작도록 설정될 수 있다.
위 식9를 산소 유량 증가치(ΔQ)에 대해 정리하면 다음 식10과 같다.
[식10]
Figure 112011095317348-pat00010
목표 산소유량은 목표 산소 유량 증가치와 동일한 값이므로 식 10으로부터 얻어질 수 있다.
이와 같이 제2 제어 과정에서 공급 산소 유량은 산소 공급재개 시점부터 점차로 증가되어 다음 들숨 시작 시점에서 목표 산소유량에 도달한다. 이때 제어 유닛(40)은 밸브 신호 1을 출력하여 비례제어 밸브(21, 23)의 구동을 제어함으로써 제2 제어 과정에서 공급 산소 유량이 점차로 증가하도록 할 수 있다.
그리고 나서 제어 유닛(40)은 들숨 시작 시점에서 펄스 형태의 산소 공급이 이루어지도록 하여 제3 제어 과정을 수행한다. 이때, 제어 유닛(40)은 밸브 신호 2를 출력하여 온-오프 밸브(25)의 구동을 제어함으로써 제3 제어 과정에서 펄스 형태의 산소 공급이 이루어지도록 할 수 있다.
한편, 본 발명의 실시예에 따르면, 비례제어 밸브(21, 23)가 동일한 유량의 산소를 지속적으로 공급하도록 제어함으로써 종래의 CFO 방식을 구현할 수도 있으며, 또한 온-오프 밸브(25)만을 구동하여 펄스 형태의 산소 공급이 이루어지도록 하여 종래의 DOD 방식을 구현할 수도 있다.
이상에서 본 발명의 실시예를 설명하였으나, 본 발명의 권리범위는 이에 한정되지 아니하며 본 발명의 실시예로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 용이하게 변경되어 균등한 것으로 인정되는 범위의 모든 변경 및 수정을 포함한다.
10: 산소 탱크
20: 아웃렛 밸브 유닛
21, 23: 가변 유량 밸브
25: 온-오프 밸브
30: 압력 센서
40: 제어 유닛

Claims (27)

  1. 산소를 저장하는 산소 탱크,
    상기 산소 탱크로부터 피공급자에게 공급되는 산소의 양을 가변적으로 조절할 수 있도록 형성되는 가변 유량 밸브를 포함하는 아웃렛 밸브 유닛,
    상기 피공급자의 호흡 압력을 검출하여 해당하는 압력 신호를 출력하는 압력 센서, 그리고
    상기 압력 센서의 신호를 기초로 상기 피공급자에게 공급되는 산소의 양이 조절되도록 상기 아웃렛 밸브 유닛의 작동을 제어하는 제어 유닛을 포함하며,
    상기 제어 유닛은 상기 압력 신호, 그리고 미리 설정된 복수의 산소 공급 모드 중 선택되는 산소 공급 모드를 기초로 상기 아웃렛 밸브 유닛의 작동을 제어하고,
    상기 제어 유닛은 상기 피공급자에게 처방된 산소의 공급 유량인 처방유량(Qp)과 목표 평균 소모유량(Qs)을 입력받으며 상기 입력된 처방유량과 목표 평균 소모유량의 비율로 산출되는 산출 절감율(Qp/Qs)의 크기에 따라 상기 복수의 산소 공급 모드 중 어느 하나의 산소 공급 모드를 선택하고 상기 선택된 산소 공급 모드에 따라 산소가 공급되도록 상기 아웃렛 밸브 유닛을 제어하는 산소 공급 장치.
  2. 제1항에서,
    상기 제어 유닛은 상기 압력 센서의 신호를 기초로 상기 피공급자의 시간에 따른 호흡 압력을 예측하여 호흡 패턴을 산출하고 산소 공급이 제어되는 과정에서 상기 산출된 호흡 패턴을 보정하며,
    상기 제어 유닛은, 상기 절감율의 하한치 및 상한치 사이의 값을 가지는 제1 절감율 및 제2 절감율을 기준으로, 상기 산출 절감율이 상기 하한치 보다 크며 상기 제1 절감율 이하인 경우에 제1 산소 공급 모드를 선택하고, 상기 산출 절감율이 상기 제1 절감유보다 크고 상기 제2 절감율 이하인 경우 제2 산소 공급 모드를 선택하며, 상기 산출 절감율이 상기 제2 절감율보다 크고 상기 상한치 이하인 경우 제3 산소 공급 모드를 선택하는 산소 공급 장치.
  3. 제2항에서,
    상기 제어 유닛은, 상기 제1 산소 공급 모드가 선택된 경우,
    들숨 진행 중 상기 입력된 처방유량이 공급되도록 상기 아웃렛 밸브 유닛을 제어하던 상태에서, 실시간으로 검출되는 들숨 최고압력 시점에서 공급 산소 유량이 기저유량이 되도록 하는 밸브 신호로 상기 아웃렛 밸브 유닛을 제어하고 그 상태가 실시간으로 검출되는 날숨 시작 시점까지 유지되도록 제어하는 제1 제어 과정,
    상기 날숨 시작 시점부터 다음 들숨 시작 시점까지 공급 산소 유량이 상기 기저유량부터 상기 처방유량까지 점차로 증가하도록 상기 아웃렛 밸브 유닛을 제어하는 제2 제어 과정, 그리고
    상기 다음 들숨 시작 시점부터 다음 들숨 최고압력 시점까지 상기 입력된 처방유량이 공급되도록 상기 아웃렛 밸브 유닛을 제어하는 제3 제어 과정을 차례로 수행하는 산소 공급 장치.
  4. 제3항에서,
    상기 기저유량은 한 호흡 주기 동안 공급 산소의 평균 유량이 상기 입력된 목표 평균 소모유량이 되도록 하는 값으로 산출되는 산소 공급 장치.
  5. 제4항에서,
    상기 공급 산소의 평균 유량은 한 호흡 주기 동안의 전체 유량을 한 주기 시간으로 나누어서 산출되며,
    상기 전체 유량은 상기 제1 제어 과정에서 상기 아웃렛 밸브의 작동에 의해 실제 공급되는 유량이 상기 입력된 처방유량에서 상기 기저유량까지 점차로 감소하는 과도 과정 중 공급되는 유량을 포함시켜 산출되는 산소 공급 장치.
  6. 제3항에서,
    상기 제어 유닛은 상기 제2 제어 과정에서 상기 공급 산소 유량이 S형 커브(S-shaped curve)를 따라 점차로 증가하도록 상기 아웃렛 밸브 유닛을 제어하는 산소 공급 장치.
  7. 제3항에서,
    상기 제어 유닛은, 상기 들숨 최고압력 시점에서 상기 호흡 패턴을 보정하며 상기 보정된 호흡 패턴에 기초하여 상기 기저유량을 산출하여 상기 제1 제어 과정을 수행하고,
    상기 날숨 시작 시점에서 상기 보정된 호흡 패턴을 다시 보정하며 상기 보정된 호흡 패턴에 기초하여 상기 산출된 기저유량을 보정하여 상기 제2 제어 과정을 수행하는 산소 공급 장치.
  8. 제7항에서,
    상기 제어 유닛은, 상기 제2 제어 과정을 수행하는 중 날숨 최저압력 시점에서 상기 호흡 패턴을 다시 보정하며, 상기 날숨 최저압력 시점에서 보정된 호흡 패턴에 의해 산출되는 다음 들숨 시작 시점까지 상기 제2 제어 과정을 수행하고, 그리고 나서 상기 보정된 호흡 패턴에서 얻어지는 다음 들숨 시작 시점부터 다음 들숨 최고압력 시점까지 상기 제3 제어 과정을 수행하는 산소 공급 장치.
  9. 제2항에서,
    상기 제어 유닛은, 상기 제2 산소 공급 모드가 선택된 경우,
    들숨 진행 중 상기 입력된 처방유량이 공급되도록 상기 아웃렛 밸브 유닛을 제어하던 상태에서, 실시간으로 검출되는 들숨 최고압력 시점에서 산소 공급이 이루어지지 않도록 상기 아웃렛 밸브 유닛을 제어하고 그 상태가 산소 공급재개 시점까지 유지되도록 제어하는 제1 제어 과정,
    상기 산소 공급재개 시점부터 다음 들숨 시작 시점까지 공급 산소 유량이 상기 처방유량까지 점차로 증가하도록 상기 아웃렛 밸브 유닛을 제어하는 제2 제어 과정, 그리고
    상기 다음 들숨 시작 시점부터 다음 들숨 최고압력 시점까지 상기 입력된 처방유량이 공급되도록 상기 아웃렛 밸브 유닛을 제어하는 제3 제어 과정을 차례로 수행하는 산소 공급 장치.
  10. 제9항에서,
    상기 산소 공급재개 시점은 한 호흡 주기 동안의 공급 산소의 평균 유량이 상기 입력된 목표 평균 소모유량이 되도록 하는 시점으로 산출되는 산소 공급 장치.
  11. 제10항에서,
    상기 공급 산소의 평균 유량은 한 호흡 주기 동안의 전체 유량을 한 주기 시간으로 나누어서 산출되며,
    상기 전체 유량은 상기 제1 제어 과정에서 상기 아웃렛 밸브의 작동에 의해 실제 공급되는 유량이 상기 입력된 처방유량에서 "0"까지 감소하는 과도 과정 중 공급되는 유량을 포함시켜 산출되는 산소 공급 장치.
  12. 제10항에서,
    상기 제어 유닛은 상기 제2 제어 과정에서 상기 공급 산소 유량이 S형 커브(S-shaped curve)를 따라 점차로 증가하도록 상기 아웃렛 밸브 유닛을 제어하는 산소 공급 장치.
  13. 제10항에서,
    상기 호흡 패턴은 상기 제어 유닛에 의하여 산소 공급이 제어되는 과정 중 실제로 검출된 압력을 이용하여 파악된 날숨 시작 시점에서 보정되고,
    상기 산소 공급재개 시점은 상기 날숨 시작 시점에서 보정된 호흡 패턴을 기초로 산출되는 산소 공급 장치.
  14. 제13항에서,
    상기 제어 유닛은, 상기 산출된 산소 공급재개 시점과 상기 보정된 호흡 패턴에서의 날숨 최저압력 시점을 비교하여 상기 산소 공급재개 시점이 상기 날숨 최저압력 시점 이전인 경우, 상기 산출된 산고 공급재개 시점부터 산소 공급이 재개되도록 상기 아웃렛 밸브 유닛을 제어하는 산소 공급 장치.
  15. 제13항에서,
    상기 제어 유닛은, 상기 산출된 산소 공급재개 시점과 상기 보정된 호흡 패턴에서의 날숨 최저압력 시점을 비교하여 상기 산소 공급재개 시점이 상기 날숨 최저압력 시점 이후인 경우, 날숨 최저압력 시점에서 상기 호흡 패턴을 보정하고 상기 보정된 호흡 패턴을 기초로 상기 산소 공급재개 시점을 다시 산출하고 상기 산출된 산소 공급재개 시점부터 산소 공급이 재개되도록 상기 아웃렛 밸브 유닛을 제어하는 산소 공급 장치.
  16. 제15항에서,
    상기 제어 유닛은, 상기 날숨 최저압력 시점에서 산출된 산소 공급재개 시점이 상기 날숨 최저압력 시점 이전인 경우 산소 공급이 상기 날숨 최저압력 시점에서 바로 재개되도록 상기 아웃렛 밸브 유닛을 제어하고, 상기 날숨 최저압력 시점에서 산출된 산소 공급재개 시점이 상기 날숨 최저압력 시점 이후인 경우 산소 공급이 이루어지지 않는 상태를 유지하다가 상기 산출된 산소 공급재개 시점에서 산소 공급이 재개되도록 상기 아웃렛 밸브 유닛을 제어하는 산소 공급 장치.
  17. 제2항에서,
    상기 아웃렛 밸브 유닛은 펄스 형태의 유량 프로파일을 가지는 산소를 공급하는 온-오프 밸브를 더 포함하고,
    상기 제어 유닛은, 상기 제3 산소 공급 모드가 선택된 경우,
    날숨 진행 중 산소 공급재개 시점까지 산소 공급이 이루어지지 않도록 상기 아웃렛 밸브를 제어하는 제1 제어 과정,
    상기 산소 공급재개 시점부터 다음 들숨 시작 시점까지 공급 산소 유량이 목표 산소유량까지 점차로 증가하도록 상기 아웃렛 밸브 유닛을 제어하는 제2 제어 과정, 그리고
    들숨 시작 시점에서 펄스 형태의 유량 프로파일을 가지는 산소가 공급되도록 상기 아웃렛 밸브 유닛을 제어하는 제3 제어 과정을 차례로 수행하는 산소 공급 장치.
  18. 제17항에서,
    상기 산소 공급재개 시점은 상기 호흡 패턴에서 얻어지는 다음 들숨 시작 시점으로부터 미리 설정된 시간 이전의 시점으로 설정되고,
    상기 목표 산소유량은 상기 제2 제어 과정에서 공급되는 산소의 유량과 상기 제3 제어 과정에서 펄스 형태로 공급되는 산소 유량의 합에 의해 산출되는 한 주기 총 공급 산소의 평균 유량이 상기 입력된 목표 평균 소모유량과 동일하게 되도록 하는 값으로 산출되는 산소 공급 장치.
  19. 제17항에서,
    상기 호흡 패턴은 날숨 최저압력 시점에서 보정되고, 상기 목표 산소유량은 상기 날숨 최저압력 시점에서 보정된 호흡 패턴을 기초로 산출되는 산소 공급 장치.
  20. 제1항에서,
    상기 아웃렛 밸브 유닛의 가변 유량 밸브는 공급 산소 유량을 가변적으로 조절할 수 있는 비례제어밸브를 포함하는 산소 공급 장치.
  21. 제1항에서,
    상기 아웃렛 밸브 유닛의 가변 유량 밸브는 복수의 온-오프 밸브의 조합에 의해 공급되는 산소의 양을 가변적으로 조절할 수 있도록 구성되는 산소 공급 장치.
  22. 제2항에서,
    상기 산출된 호흡 패턴은 이전의 복수의 호흡 패턴에서 추출된 파라미터에 가중치를 적용하여 산출되는 파라미터를 기초로 도출되는 산소 공급 장치.
  23. 산소 탱크에 저장된 산소를 피공급자에게 공급하는 산소 공급 방법으로서,
    상기 피공급자에게 처방된 산소의 공급 유량인 처방유량(Qp)과 목표 평균 소모유량(Qs)을 입력받는 단계,
    상기 피공급자의 호흡 압력을 검출하는 단계,
    상기 검출된 호흡 압력을 기초로 상기 피공급자에게 공급되는 산소 유량을 제어하는 단계를 포함하되,
    상기 제어 단계는 상기 입력된 처방유량과 목표 평균 소모유량의 비율로 산출되는 산출 절감율(Qp/Qs)의 크기에 따라 복수의 산소 공급 모드 중 어느 하나의 산소 공급 모드를 선택하고 상기 선택된 산소 공급 모드에 따라 산소가 공급되도록 제어하는 산소 공급 방법.
  24. 산소를 저장하는 산소 탱크,
    상기 산소 탱크로부터 피공급자에게 공급되는 산소의 양을 가변적으로 조절할 수 있도록 형성되는 가변 유량 밸브를 포함하는 아웃렛 밸브 유닛,
    상기 피공급자의 호흡 압력을 검출하여 해당하는 압력 신호를 출력하는 압력 센서, 그리고
    상기 압력 센서의 신호를 기초로 상기 피공급자에게 공급되는 산소의 양이 조절되도록 상기 아웃렛 밸브 유닛의 작동을 제어하는 제어 유닛을 포함하며,
    상기 제어 유닛은 상기 압력 신호, 상기 피공급자에게 처방된 산소의 공급 유량인 처방유량(Qp), 그리고 목표 평균 소모유량(Qs)을 기초로 상기 아웃렛 밸브 유닛의 작동을 제어하되,
    상기 제어 유닛은 한 주기 동안 공급되는 산소의 총 유량의 평균값이 상기 입력된 목표 평균 소모유량과 같아지도록 상기 아웃렛 밸브 유닛의 작동을 제어하는 산소 공급 장치.
  25. 제24항에서,
    상기 제어 유닛은 상기 처방유량(Qp)과 상기 목표 평균 소모유량(Qs)의 비율로 산출되는 산출 절감율(Qp/Qs)의 크기에 따라 복수의 산소 공급 모드 중 어느 하나의 산소 공급 모드를 선택하고 상기 선택된 산소 공급 모드에 따라 산소가 공급되도록 상기 아웃렛 밸브 유닛을 제어하는 산소 공급 장치.
  26. 산소 탱크에 저장된 산소를 피공급자에게 공급하는 산소 공급 방법으로서,
    상기 피공급자에게 처방된 산소의 공급 유량인 처방유량(Qp)과 목표 평균 소모유량(Qs)을 입력받는 단계,
    상기 피공급자의 호흡 압력을 검출하는 단계, 그리고
    상기 검출된 호흡 압력을 기초로 상기 피공급자에게 공급되는 산소 유량을 제어하는 단계를 포함하고,
    상기 제어 단계에서 상기 호흡 압력, 상기 피공급자에게 처방된 산소의 공급 유량인 처방유량(Qp), 그리고 목표 평균 소모유량(Qs)을 기초로 상기 산소 탱크로부터 상기 피공급자에게 공급되는 산소의 양을 가변적으로 조절할 수 있도록 형성되는 가변 유량 밸브를 포함하는 아웃렛 밸브 유닛의 작동을 제어하되,
    상기 제어 단계에서 한 주기 동안 공급되는 산소의 총 유량의 평균값이 상기 입력된 목표 평균 소모유량과 같아지도록 제어하는 산소 공급 방법.
  27. 제26항에서,
    상기 제어 단계에서 상기 처방유량과 상기 목표 평균 소모유량의 비율로 산출되는 산출 절감율(Qp/Qs)의 크기에 따라 복수의 산소 공급 모드 중 어느 하나의 산소 공급 모드를 선택하고 상기 선택된 산소 공급 모드에 따라 산소가 공급되도록 제어하는 산소 공급 방법.
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