KR102331005B1 - 소형 인공호흡 장치 - Google Patents

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Abstract

소형 인공호흡 장치가 개시된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 소형 인공호흡 장치는, 외부 공기를 흡입하여 최대 200~250lpm 유량 및 최대 50~70cmH20 토출공기압을 갖도록 토출하는 블로워; 상기 블로워의 토출단에 연결되며, 사용자 측으로 외부 공기가 공급되는 공급유로; 산소 가스를 흡입하여 상기 공급유로로 30psi 미만의 상기 산소 가스를 공급하는 산소가스 흡입부와, 상기 산소가스 흡입부로부터 흡입되는 산소가스의 농도를 측정하는 산소가스 농도측정센서와, 상기 산소가스의 상기 공급유로로의 공급을 선택적으로 차단하는 on/off 밸브를 포함하는 산소가스 공급부; 및 사용자로부터 배출된 가스를 외부로 배출하는 가스 배출부;를 포함하며, 상기 가스 배출부는 상기 블로워의 토출공기압에 대응하여 개폐정도가 제어된다. 본 발명에 의하면, 내부 구조를 단순화하여 전체적으로 경박단소화됨으로써 응급구조 환경, 가정 환경에서 사용되는 이동식 소형 인공호흡 장치가 제공된다.

Description

소형 인공호흡 장치{SMALL ARTIFICIAL RESPIRATION APPARATUS}
본 발명은 소형 인공호흡 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 응급구조환경이나 가정환경에서 별도의 가스 공급 시스템 없이 사용 가능한 소형 인공호흡 장치에 관한 것이다.
인공 호흡기는 환자가 스스로 호흡하기 어려운 상황이나 폐질환 등의 질병으로 인해 자가 호흡의 불편을 겪는 상황에서 생명 유지를 위해 환자에게 가스를 공급하는 수단이다. 최근 COVID-19와 같은 팬더믹 현상으로 인해 소형화된 보급형 인공호흡기의 수요가 늘고 있는 추세이다.
인공 호흡기는 환자의 호흡 치료용으로도 사용되며, 이동을 목적으로 하되 가능한 치료 범위를 축소하여 개발된 블로워형 인공 호흡장치가 주류를 이루고 있다.
종래의 압력 조절 방식의 인공 호흡기는 솔레노이드 밸브와 압력 센서, 차압 센서를 포함하는 빠른 응답의 압력 조절 방식으로서, 일정 압력의 산소 및 공기를 혼합하는 블랜딩(blending) 탱크와 블랜딩 탱크의 혼합 가스를 일정 압력으로 출력하는 압력 조절용 탱크를 포함하는 공압 블록 시스템과, 이러한 압력 조절용 탱크에서 출력된 혼합 가스를 일정 압력 및 유속으로 환자에게 제공하는 압력 조절 부재와, 환자로부터 배출되는 공기를 외부로 배출하기 위한 배출부재로 구비된다. 그러나 이러한 시스템은 산소와 공기의 일정 비율로 혼합하기 위한 구조로서 매우 크고, 컴프레서 방식을 사용함으로 인해 부피가 매우 크며, 산소와 공기를 혼합하는 블랜딩 탱크와 혼합 가스를 일정 압력으로 유지하기 위해 저장하는 압력 조절용 탱크의 크기가 매우 커서 제품이 전체적으로 무겁고 크다는 단점이 있다.
이에 따라 대한민국 공개특허 제10-2012-0111398호에서는, 일정 압력의 산소를 블랜딩 탱크로 공급하여 제품의 크기 및 제조 공정을 간소화할 수 있도록 한 인공 호흡기가 개시된다. 구체적으로, 외부로부터 공급되는 산소를 레귤레이팅한 후 기 설정된 일정 압력 및 유량으로 출력하고, 상기 일정 압력 및 유량의 산소와 외부로부터 공급되는 공기를 혼합하여 혼합 가스를 출력하는 혼합 가스 생성부재와, 상기 혼합 가스 생성 부재의 혼합 가스를 강제 배출하고 배출된 일정 압력 및 유량의 혼합 가스를 환자에게 제공하는 혼합 가스 공급 부재와, 환자로부터 배출된 가스를 외부로 배출하는 가스 배출 부재와, 외부로부터 공급되는 공기압으로 상기 가스 배출 부재의 구동을 단속하는 가스 배출 제어 부재를 포함하는 인공호흡기를 제공하여, 일정 압력의 산소를 공기가 저장된 블랜딩 탱크로 공급하여 혼합함에 따라 기존의 압력 조절용 탱크를 제거할 수 있어 공압 블록 시스템의 구조가 매우 간소화되어 제품에 대해 경박 단소화할 수 있게 된다.(도 1 참조)
그러나, 본 선행문헌도 레귤레이터와 블랜딩 탱크, 공기제어부재 등을 구비하여야 하는 바, 경박 단소화에 한계가 있다.
정리하면, 블로워형 인공 호흡장치는, 블로워에 의해 외부로부터 공기를 흡입하여 배출하는 블로워와, 블로워의 토출구에 체결되어 유량을 측정하고 압력을 측정하는 구조와, 이를 거쳐 연결호스를 통해 환자의 폐로 공기를 유입시키고, 환자가 내뱉은 공기를 다시 연결호스를 통해 배출하는 출구와 그 출구를 제어하는 블록으로 구성된다. 또한, 산소 가스를 사용하기 위해서 고압, 고유량의 산소 가스를 공급받아 레귤레이터를 통해 압력을 낮추고 밸브로 산소 가스의 유량을 제어하는 산소 공급 구조를 갖는다.
특히 이러한 산소 공급 구조 및 배출밸브 제어 구조 등에 의해 인공호흡기의 내부 구조가 복잡해지고, 무게가 무거워지며 제품의 전체 크기가 다소 커지는 불편함이 존재한다.
대한민국 공개특허 제10-2012-0111398호(2012.10.10) "인공 호흡 장치" 대한민국 공개특허 제10-2012-0111405호(2012.10.10) "인공 호흡기의 블로워 구동 장치" 대한민국 공개특허 제10-2016-0080705호(2016.07.08) "2단 원심 블로워를 가지는 인공호흡기"
본 발명의 일 실시예에 따른 소형 인공호흡 장치는, 응급구조 환경, 가정 환경에서 사용되는 이동식 소형 인공호흡 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한 본 발명의 일 실시예에 따른 소형 인공호흡 장치는, 내부 구조를 단순화하여 전체적으로 경박단소화됨으로써 휴대가 편리한 소형 인공호흡 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 소형 인공호흡 장치는, 외부 공기를 흡입하여 최대 200~250lpm 유량 및 최대 50~70cmH20 토출공기압을 갖도록 토출하는 블로워; 상기 블로워의 토출단에 연결되며, 사용자 측으로 외부 공기가 공급되는 공급유로; 산소 가스를 흡입하여 상기 공급유로로 30psi 미만의 상기 산소 가스를 공급하는 산소가스 흡입부와, 상기 산소가스 흡입부로부터 흡입되는 산소가스의 농도를 측정하는 산소가스 농도측정센서와, 상기 산소가스의 상기 공급유로로의 공급을 선택적으로 차단하는 on/off 밸브를 포함하는 산소가스 공급부; 및 사용자로부터 배출된 가스를 외부로 배출하는 가스 배출부;를 포함하며, 상기 가스 배출부는 상기 블로워의 토출공기압에 대응하여 개폐정도가 제어된다.
여기서, 상기 블로워는 모터와 임펠러를 포함하며 PWM신호를 통해 제어될 수 있다.
여기서, 상기 공급유로 내부의 유량을 측정하는 유량센서와, 공기압을 측정하는 압력센서를 더 포함하며, 상기 가스 배출부는, 가스 배출부재와, 상기 토출공기압에 대응하여 개폐정도가 제어되는 배출밸브를 포함할 수 있다.
삭제
여기서, 상기 배출밸브는, 호기말양압이 구현되도록 제어될 수 있다.
본 발명의 실시예들에 의하면 적어도 다음과 같은 효과가 있다.
본 발명에 따른 소형 인공호흡 장치에 의하면, 응급구조 환경, 가정 환경에서의 사용에 적합한 경박단소화된 소형 인공호흡 장치가 제공된다.
또한, 외부 공기를 흡입하는 블로워는 최대 200~250lpm 토출유량 및 최대 50~70cmH20 토출공기압을 갖도록 제어됨으로써, 별도의 다른 구성없이 사용자에게 외부 공기를 가스 공급부를 통해 직접 공급할 수 있어 부가적인 구성이 불필요하며 전체적으로 단순화되며 작고 가벼워질 수 있다.
또한 본원발명의 구성을 통해 산소가스를 레귤레이팅하는 레귤레이터가 불필요하며, 흡입된 산소가스의 압력에 따라 제어되는 밸브가 불필요하며 on/off밸브로 대체될 수 있어, 구성이 보다 간단하며 전체적으로 단순화되며 작고 가벼워질 수 있다.
또한 블로워로부터 토출되는 토출공기압을 통해 배출밸브가 제어됨으로써 보다 경박단소화될 수 있다.
본 발명에 따른 효과는 이상에서 예시된 내용에 의해 제한되지 않으며, 더욱 다양한 효과들이 본 명세서 내에 포함되어 있다.
도 1은 종래의 인공호흡 장치의 장치도
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 소형 인공호흡 장치의 장치도
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 소형 인공호흡 장치의 블로워의 제어 설명도이다.
본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예를 도면에 예시하고 이에 대해 상세하게 설명한다. 본 발명의 효과 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예를 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
설명에 앞서 상세한 설명에 기재된 용어에 대해 설명한다. 이하의 실시예에서, 제1, 제2 등의 용어는 한정적인 의미가 아니라 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하는 목적으로 사용되었다. 따라서, 이하에서 언급되는 제1 구성요소는 본 발명의 기술적 사상 내에서 제2 구성요소일 수도 있음은 물론이다. 또한, 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 또한, '포함하다' 또는 '가지다' 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 의미하는 것이고, 하나 이상의 다른 특징들 또는 구성요소가 부가될 가능성을 미리 배제하는 것은 아니다.
또한, 도면에서는 설명의 편의를 위하여 구성 요소들이 그 크기가 과장 또는 축소될 수 있다. 예컨대, 도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로, 본 발명이 반드시 도시된 바에 한정되지 않는다.
이하, 본 발명에 따른 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 동일하거나 대응하는 구성요소는 동일한 도면 부호를 부여하고 이에 대해 중복되는 설명은 생략한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 소형 인공호흡 장치는, 내부 구조를 단순화하여 전체적으로 경박단소화됨으로써 응급구조 환경, 가정 환경에서 사용되는 이동식 소형 인공호흡 장치에 관한 것이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 소형 인공호흡 장치의 장치도이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 소형 인공호흡 장치(1000)는, 블로워(100)와, 산소 공급부(200)와, 가스 공급부(300)와, 가스 배출부(400) 및 제어부(500)를 포함한다.
블로워(100)는 사용자인 환자 즉 자가호흡이 힘든 인공호흡 대상자에게 인공호흡을 위한 외부 공기를 공급하기 위한 구성이다. 블로워(100)는 회전축을 중심으로 팬(임펠러)를 회전시켜 공기를 불어넣는 송풍기일 수 있다. 즉, 블로워(100)는 모터의 회전축에 장착된 팬을 통해 외부의 공기를 강제로 흡입하여 후술하는 가스 공급부(300)로 공급하는 구성이다.
블로워(100)의 모터는 BLDC모터일 수 있으며, 제어부(500)에 의해 PWM(Pulse Width Modulation)신호가 조절됨으로써 속도가 제어될 수 있다. 블로워(100)의 PWM 제어에 의해 가스 공급부(300)를 통해 공급되는 가스의 양 및 압력이 제어된다.
한편, 블로워(100)는 최대 200~250lpm 토출유량 및 최대 50~70cmH20 토출공기압을 갖도록 제어된다. 즉, 블로워(100)가 강제로 흡입하여 가스 공급부(300)로 토출하는 외부 공기는 최대 200~250lpm 토출유량 및 최대 50~70cmH20 토출공기압의 범위를 갖는다.
최대200~250lpm의 토출유량 및 최대 50~70cmH20 토출공기압을 갖도록 블로워(100)가 구동/제어됨으로써, 별도의 다른 구성없이 사용자에게 외부 공기를 가스 공급부(300)를 통해 직접 공급할 수 있다. 이를 통해 부가적인 구성이 불필요하여, 전체적으로 단순화되며 작고 가벼워질 수 있다.
산소 공급부(200)는 사용자에게 선택적으로 산소 가스를 공급하기 위한 구성이다.
산소 공급부(200)는 산소가스 흡입부(210)와, on/off 밸브(220) 및 산소가스 농도측정센서(230)를 포함한다.
산소가스 흡입부(210)는 산소 탱크 등이 연결되어 산소를 공급받는 구성이다. 산소가스 흡입부(210)는 공지의 구성일 수 있다.
산소가스는 인공호흡 시 사용자에게 반드시 공급되어야 하는 것은 아니며 산소가 필요한 경우에만 공급된다. 산소가스는 선택적으로 공급되며, 공급될 때 적절한 산소농도를 가지며 공급되어야 한다.
산소농도 측정센서(230)는 산소가스 흡입부(210)를 통해 공급되는 산소가스의 농도를 측정하며, on/off 밸브(220)를 제어한다. 즉, 산소가스의 공급이 필요한 경우 on/off 밸브(220)를 개방하여 산소가스의 흡입되도록 하며, 만일 흡입된 산소가스의 농도가 설정치를 벗어나는 경우에는 on/off 밸브(220)를 제어한다.
산소 공급부(200)는 가스 공급부(300)의 공급유로(310)로 산소 가스가 공급된다. 즉, 산소 공급부(200)의 산소 공급관로(240)의 말단은 공급유로(310)에 연결된다. 다시 말해, 산소 공급관로(240)는 블로워(100)의 후단 즉 토출단에 연결된다.
사용자의 상태에 따라 산소가스만 공급이 필요한 상황이 있을 수 있다. 즉, 외부공기 없이 산소가스만 공급되는 경우에는 블로워(100)의 작동이 요구되지 않는다. 따라서 on/off 밸브(220)의 개폐만으로 사용자에게 산소가스를 공급할 수 있다.
즉, 본원발명은 산소 공급부(200)의 산소 공급관로(240)의 말단이 블로워(100)의 후단에 연결됨으로써, 블로워(100)의 구동 없이 산소가스만 사용자에게 공급할 수 있는 추가 기능을 갖게된다.
정리하면, 본원발명은 산소가스 흡입부(210)를 통해 산소탱크로부터 30psi 미만의 저압, 저유량 산소가스가 바로 공급되므로, 산소가스를 레귤레이팅하는 레귤레이터의 구성이 요구되지 않는다. 또한, 흡입된 산소가스의 압력에 따라 제어되는 솔레노이드 밸브가 요구되지 않고, on/off 밸브(220)가 산소가스의 공급여부만 결정할 수 있다. 즉, 본원발명은 공지의 인공호흡장치와는 달리, 산소가스를 공급하는 구성에서 레귤레이터와 솔레노이드 밸브 및 산소가스 압력측정센서가 요구되지 않아, 전체적으로 단순화되며 작고 가벼워질 수 있다. 또한, 외부공기의 공급 없이 산소가스만 사용자에게 공급할 수도 있다.
가스 공급부(300)는 사용자에게 외부 공기 또는 산소가스 또는 이들의 혼합가스를 공급하기 위한 구성이다. 가스 공급부(300)는 공급유로(310)와, 유량센서(320)와 압력센서(330)를 포함한다.
공급유로(310)는 블로워(100)의 토출단에 연결되며 사용자 측으로 가스가 공급되는 구성이다.
공급유로(310)를 유동하는 외부 공기 또는 산소가스 또는 혼합가스는 유량센서(320)에 의해 유량이 센싱되며 압력센서(330)를 통해 압력이 센싱된다. 이러한 센싱정보는 제어부(500)로 전송되며, 제어부(500)는 센싱정보로부터 블로워(100)를 제어한다. 또한, 제어부(500)는 센싱정보로부터 사용자의 호흡 정보를 분석한다.
가스 배출부(400)는 사용자로부터 배출된 가스를 외부로 배출하는 구성이다.
가스 배출부(400)는 가스 배출부재(410)와 배출밸브(420)를 포함한다.
가스 공급부(300)를 통해 사용자에게 가스가 공급되어 사용자가 들숨을 한 후 날숨을 하면 날숨의 가스는 가스 배출부재(410)를 통해 배출된다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 소형 인공호흡 장치의 블로워의 제어 설명도이다.
이 때, 가스 배출부재(410)는 배출밸브(420)에 의해 개폐정도가 제어됨으로써 가스가 배출되는데, 배출밸브(420)는 블로워(100)에서 토출된 가스의 토출공기압을 통해 제어된다. 배출밸브(420)는 가스 배출부재(410)에서의 압력이 호기말양압(PEEP)이 유지되도록 제어하며, 호기말양압이 유지되는지 여부는 호기 압력센서(430)를 통해 센싱된다.
블로워(100)는 상술한 바와 같이 토출유량과 토출공기압 범위를 갖도록 제어하는데, 사용자의 들숨 때에는 상대적으로 큰 압력을 갖도록 하며, 날숨 때에는 상대적으로 작은 압력을 갖도록 하는데, 날숨 때 호기말양압이 유지되도록 한다.
들숨 때와 날숨 때의 압력 차를 갖도록 블로워(100)가 PWM제어되며, 블로워(100)의 제어에 의한 토출공기압의 차이만큼 배출밸브(420)의 개폐정도가 제어된다. 다시 말해, 블로워(100)가 구동되면 배출밸브(420)는 개방된 상태를 유지하는데, 블로워(100)의 제어 즉 토출공기압의 크기에 따라 배출밸브(420)의 개방정도가 제어된다.
블로워(100)로부터 토출되는 토출공기압을 통해 배출밸브(420)가 제어됨으로써 보다 경박단소화될 수 있다.
제어부(500)는 상술한 구성들을 제어하는 구성이다.
먼저, 제어부(500)는 블로워(100)의 구동을 제어한다. 블로워(100)에 전원이 공급되어 구동되면 제어부(500)는 블로워(100)의 PWM제어를 수행한다. PWM제어를 통해 사용자의 들숨과 날숨에 대응하여 토출유량 및 토출공기압을 갖도록 제어된다. 즉, 날숨 때 호기말양압이 유지되는 토출공기압을 갖도록 제어되며, 들숨 때는 호기말양압보다 큰 토출공기압을 갖도록 제어한다.
한편, 유량센서(320)와 압력센서(330)로부터 센싱된 토출유량 및 토출공기압은 제어부(500)로 전송되어, 블로워(100)의 제어 및 사용자의 호흡정보 분석에 이용된다.
한편, 사용자에게 산소가스의 공급이 필요한 경우 제어부(500)는 on/off 밸브(220)를 개방시키며, 흡입되는 산소가스의 농도를 산소가스 농도측정센서(230)서로부터 수신한다. 흡입된 산소가스의 농도가 기 저장된 설정치를 벗어나는 경우에는 제어부(500)는 on/off 밸브(220)를 제어한다.
만일 사용자에게 외부공기 없이 산소가스만 필요한 경우 제어부(500)는 블로워(100)는 구동시키지 않으며 on/off 밸브(220)만 개방시킨다.
한편, 배출밸브(420)는 블로워(100)에서 토출된 가스의 토출공기압을 통해 제어되는데, 이 때 가스 배출부재(410)에서의 압력이 호기말양압이 유지되도록 한다. 호기말양압의 유지여부는 호기 압력센서(430)를 통해 압력이 센싱되어 제어부(500)로 전송됨으로써 모니터링된다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 의하면, 내부 구조를 단순화하여 전체적으로 경박단소화됨으로써 응급구조 환경, 가정 환경에서 사용되는 이동식 소형 인공호흡 장치가 제공된다.
본 발명에서 모든 예들 또는 예시적인 용어(예를 들어, 등등)의 사용은 단순히 본 발명을 상세히 설명하기 위한 것으로서 청구범위에 의해 한정되지 않는 이상 상기 예들 또는 예시적인 용어로 인해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다. 또한 해당 기술 분야의 통상의 기술자는 다양한 수정, 조합 및 변경이 부가된 청구범위 또는 그 균등물의 범주 내에서 설계 조건 및 팩터(factor)에 따라 구성될 수 있음을 알 수 있다.
따라서, 본 발명의 사상은 상기 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니되며, 후술하는 청구범위 뿐만 아니라, 이 청구범위와 균등한 또는 이로부터 등가적으로 변경된 모든 범위는 본 발명의 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.
1000 : 소형 인공호흡 장치
100 : 블로워 200 : 산소 공급부
210 : 산소가스 흡입부 220 : on/off 밸브
230 : 산소가스 농도측정센서 240 : 산소 공급관로
300 : 가스 공급부 310 : 공급유로
320 : 유량센서 330 : 압력센서
400 : 가스 배출부 410 : 가스 배출부재
420 : 배출밸브 430 : 호기 압력센서
500 : 제어부

Claims (5)

  1. 외부 공기를 흡입하여 최대 200~250lpm 유량 및 최대 50~70cmH20 토출공기압을 갖도록 토출하는 블로워;
    상기 블로워의 토출단에 연결되며, 사용자 측으로 외부 공기가 공급되는 공급유로;
    산소 가스를 흡입하여 상기 공급유로로 30psi 미만의 상기 산소 가스를 공급하는 산소가스 흡입부와, 상기 산소가스 흡입부로부터 흡입되는 산소가스의 농도를 측정하는 산소가스 농도측정센서와, 상기 산소가스의 상기 공급유로로의 공급을 선택적으로 차단하는 on/off 밸브를 포함하는 산소가스 공급부; 및
    사용자로부터 배출된 가스를 외부로 배출하는 가스 배출부;를 포함하며,
    상기 가스 배출부는 상기 블로워의 토출공기압에 대응하여 개폐정도가 제어되는 소형 인공호흡 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 블로워는 모터와 임펠러를 포함하며 PWM신호를 통해 제어되는 소형 인공호흡 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 공급유로 내부의 유량을 측정하는 유량센서와, 공기압을 측정하는 압력센서를 더 포함하며,
    상기 가스 배출부는, 가스 배출부재와, 상기 토출공기압에 대응하여 개폐정도가 제어되는 배출밸브를 포함하는 소형 인공호흡 장치.
  4. 삭제
  5. 제3항에 있어서,
    상기 배출밸브는, 호기말양압이 구현되도록 제어되는 소형 인공호흡 장치.
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