KR102543402B1 - Hyperbaric oxygen chamber that prevents barotrauma - Google Patents

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Abstract

환자의 귀에 장착되고 환자의 고막을 향해 소리를 발생시키며 환자의 고막으로부터 반사되는 소리의 크기로부터 고막의 상태를 측정하는 프로브를 포함하는 고압산소챔버를 제공한다. 본 발명에 따르면 고막의 상태를 객관적으로 평가하여 의료 사고를 방지할 수 있다. 또한 안전하면서도 높은 효율로 고압산소챔버 치료를 수행할 수 있다.Provided is a hyperbaric oxygen chamber including a probe mounted on a patient's ear, generating sound toward the patient's eardrum, and measuring the state of the eardrum from the level of sound reflected from the patient's eardrum. According to the present invention, medical accidents can be prevented by objectively evaluating the state of the eardrum. In addition, hyperbaric oxygen chamber treatment can be performed safely and with high efficiency.

Description

바로트라우마를 방지하는 고압산소챔버{HYPERBARIC OXYGEN CHAMBER THAT PREVENTS BAROTRAUMA}Hyperbaric oxygen chamber to prevent barotrauma {HYPERBARIC OXYGEN CHAMBER THAT PREVENTS BAROTRAUMA}

본 발명은 고압산소챔버에 관한 것이다. 상세하게, 본 발명은 내부 압력이 자동으로 제어되어 바로트라우마를 방지하는 고압산소챔버에 관한 것이다.The present invention relates to a hyperbaric oxygen chamber. Specifically, the present invention relates to a hyperbaric oxygen chamber in which internal pressure is automatically controlled to prevent barotrauma.

고압산소치료는 고압산소챔버를 이용하여 대기압보다 압력이 두 배 이상 높은 압력 상태에서 환자에게 100%산소를 공급하는 치료법이며 잠수병, 공기 색전증, 가스 중독, 상처 치료, 화상 치료 등에 주로 사용된다. 하지만 고압산소치료 시 가압환경에서 외이와 중이의 압력차로 인해 중이 바로트라우마가 발생할 수 있다. 중이 바로트라우마가 발생하면 경중에 따라 가벼운 통증부터 충혈, 출혈이 발생할 수 있으며 심한 경우에 고막이 파열될 수 있다. 중이 바로트라우마를 예방하기 위해 나잘 스프레이의 사용, 가압 속도를 매우 천천히 하는 방법 등을 시행하였다. 하지만 이러한 방법은 완전히 중이 바로트라우마를 예방할 수 없으며 가장 큰 문제점으로 치료 시 중이 바로트라우마의 발생을 의료인이 환자와 대화를 통해 환자의 주관적인 느낌에 의존하여 판단할 수밖에 없다는 것이다. 또한 기존의 고압산소챔버의 자동압력제어 시스템은 환자의 상태를 고려하지 않고 치료 테이블에 의존하여 압력이 제어되었다. 따라서 치료시 중이 바로트라우마의 발생 유무를 객관적으로 판단하고 환자 상태에 따라 가압정도를 변화시킬 수 있는 환자맞춤형 치료 시스템이 필요하다.Hyperbaric oxygen therapy uses a hyperbaric oxygen chamber to supply 100% oxygen to the patient at a pressure that is more than twice the atmospheric pressure. However, middle ear barotrauma may occur due to the pressure difference between the outer ear and the middle ear in a pressurized environment during hyperbaric oxygen therapy. When middle ear barotrauma occurs, light pain, congestion, and bleeding may occur depending on the severity, and in severe cases, the eardrum may rupture. In order to prevent middle ear barotrauma, the use of a nasal spray and a very slow pressure method were implemented. However, these methods cannot completely prevent middle ear barotrauma, and the biggest problem is that the medical personnel cannot help but judge the occurrence of middle ear barotrauma during treatment, depending on the subjective feeling of the patient through conversation with the patient. In addition, the existing automatic pressure control system of the hyperbaric oxygen chamber did not consider the patient's condition and controlled the pressure depending on the treatment table. Therefore, there is a need for a patient-specific treatment system capable of objectively determining whether middle ear barotrauma has occurred during treatment and changing the degree of pressurization according to the patient's condition.

대한민국 등록특허 제10-0561209호(2006.03.08. 등록)Republic of Korea Patent No. 10-0561209 (registered on March 8, 2006)

본 발명의 기술적 과제는 환자가 바로트라우마 현상을 겪지 않도록 고압산소챔버의 압력을 자동으로 제어함에 있다.A technical problem of the present invention is to automatically control the pressure of the hyperbaric oxygen chamber so that the patient does not experience a barotrauma phenomenon.

상기한 과제를 해결하기 위해 본 발명은 환자의 귀에 장착되고 환자의 고막을 향해 소리를 발생시키며 환자의 고막으로부터 반사되는 소리의 크기로부터 고막의 상태를 측정하는 프로브를 포함하는 고압산소챔버를 제공한다.In order to solve the above problems, the present invention provides a hyperbaric oxygen chamber including a probe mounted on the patient's ear, generating sound toward the patient's eardrum, and measuring the state of the eardrum from the size of the sound reflected from the patient's eardrum. .

본 발명에 따르면 고막의 상태를 객관적으로 평가하여 의료 사고를 방지할 수 있다.According to the present invention, medical accidents can be prevented by objectively evaluating the state of the eardrum.

본 발명에 따르면 안전하면서도 높은 효율로 고압산소챔버 치료를 수행할 수 있다.According to the present invention, hyperbaric oxygen chamber treatment can be performed safely and with high efficiency.

도 1은 본 발명에 따른 고압산소챔버를 간략히 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명에 따른 고압산소챔버의 자동제어 시스템을 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명에 따른 프로브가 환자의 귀에 삽입된 상태를 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 프로브를 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명에 따른 MCU 모듈을 나타낸 것이다.
도 6은 본 발명에 따른 스피커 구동회로를 나타낸 것이다.
도 7은 본 발명에 따른 마이크 구동회로를 나타낸 것이다.
도 8은 본 발명에 따른 자동 압력 제어 프로그램의 인터페이스를 나타낸 것이다.
도 9는 본 발명에 따른 자동 압력 제어 방법을 나타낸 순서도이다.
도 10은 어드미턴스 계산과 중이 압력 추정 알고리즘을 나타낸 순서도이다.
도 11은 MCU 모듈의 동작 방법을 나타낸 순서도이다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 어드미턴스(admittance) 측정 결과를 나타낸 그래프이다.
도 13은 본 발명의 다른 실시예에 따른 어드미턴스(admittance) 측정 결과를 나타낸 그래프이다.
도 14는 발살바 호흡시 어드미턴스의 변화 패턴을 나타낸 그래프이다.
도 15는 침 삼키기시 어드미턴스의 변화 패턴을 나타낸 그래프이다.
1 is a schematic diagram showing a hyperbaric oxygen chamber according to the present invention.
2 is a diagram showing an automatic control system for a hyperbaric oxygen chamber according to the present invention.
3 is a view showing a state in which a probe according to the present invention is inserted into a patient's ear.
4 is a diagram showing a probe according to an embodiment of the present invention.
5 shows an MCU module according to the present invention.
6 shows a speaker driving circuit according to the present invention.
7 shows a microphone driving circuit according to the present invention.
8 shows an interface of an automatic pressure control program according to the present invention.
9 is a flowchart illustrating an automatic pressure control method according to the present invention.
10 is a flowchart illustrating an admittance calculation and middle ear pressure estimation algorithm.
11 is a flowchart illustrating a method of operating an MCU module.
12 is a graph showing admittance measurement results according to an embodiment of the present invention.
13 is a graph showing admittance measurement results according to another embodiment of the present invention.
14 is a graph showing a change pattern of admittance during Valsalva breathing.
15 is a graph showing a change pattern of admittance during saliva swallowing.

본 명세서에서 사용되는 용어에 대해 간략히 설명하고, 본 발명의 일 실시예에 대해 구체적으로 설명하기로 한다. 본 명세서에서 사용되는 용어는 본 발명에서의 기능을 고려하면서 가능한 현재 널리 사용되는 일반적인 용어들을 선택하였으나, 이는 당 분야에 종사하는 기술자의 의도 또는 판례, 새로운 기술의 출현 등에 따라 달라질 수 있다. 또한, 특정한 경우는 출원인이 임의로 선정한 용어도 있으며, 이 경우 해당되는 발명의 설명 부분에서 상세히 그 의미를 기재할 것이다. 따라서 본 명세서에서 사용되는 용어는 단순한 용어의 명칭이 아닌, 그 용어가 가지는 의미와 본 발명의 전반에 걸친 내용을 토대로 정의되어야 한다.Terms used in this specification will be briefly described, and an embodiment of the present invention will be described in detail. The terms used in this specification have been selected from general terms that are currently widely used as much as possible while considering the functions in the present invention, but these may vary depending on the intention of a person skilled in the art, precedent, or the emergence of new technologies. In addition, in a specific case, there is also a term arbitrarily selected by the applicant, and in this case, the meaning will be described in detail in the description of the invention. Therefore, the term used in this specification should be defined based on the meaning of the term and the overall content of the present invention, not simply the name of the term.

이하, 첨부된 도면을 통해 본 발명에 따른 실시예를 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, embodiments according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 발명에 따른 고압산소챔버를 간략히 나타낸 도면이다. 본 발명에 따른 고압산소챔버는 챔버, 프로브, MCU 모듈, 급기 밸브, 배기 밸브 및 제어부를 포함한다.1 is a schematic diagram showing a hyperbaric oxygen chamber according to the present invention. A hyperbaric oxygen chamber according to the present invention includes a chamber, a probe, an MCU module, an air supply valve, an exhaust valve, and a controller.

챔버는 환자가 내부로 들어가서 고압 산소 치료를 받기위한 구성이다. 이를 위해 챔버는 내부에 환자가 위치할 수 있는 공간이 형성되는 밀폐 용기 구조로 형성되며, 출입구가 구비될 수 있다. 바람직하게, 챔버는 원통형태로 구비될 수 있다. 이에 따라 챔버의 외부와 내부의 압력 차이를 견디는 내압 성능이 향상될 수 있다. 또한, 챔버 내부에는 침대 또는 의자 중 적어도 하나가 구비될 수 있다.The chamber is a configuration for a patient to enter and receive hyperbaric oxygen treatment. To this end, the chamber is formed of a closed container structure in which a space in which a patient can be located is formed, and an entrance may be provided. Preferably, the chamber may be provided in a cylindrical shape. Accordingly, pressure resistance performance to withstand a pressure difference between the outside and the inside of the chamber may be improved. In addition, at least one of a bed or a chair may be provided inside the chamber.

프로브는 고막의 상태를 측정하기 위해 소리를 발생시키고 반사되는 소리를 입력받는 구성이다. 상세하게, 프로브는 환자의 귀에 장착되고, 환자의 고막을 향해 소리를 발생시키며 환자의 고막으로부터 반사되는 소리의 크기를 입력받는다. 후술하는 제어부는 입력받은 소리의 크기에 기초하여 고막의 상태를 측정한다. 이에 대하여는 도 2를 참조하여 상세히 후술하도록 한다.The probe is a component that generates sound and receives the reflected sound to measure the state of the eardrum. In detail, the probe is mounted on the patient's ear, generates sound toward the patient's eardrum, and receives the magnitude of the sound reflected from the patient's eardrum. The control unit, which will be described later, measures the state of the eardrum based on the received sound level. This will be described later in detail with reference to FIG. 2 .

MCU 모듈은 상기 프로브와 전기적으로 연결되어 프로브에서 발생되는 소리를 제어하고 프로브로부터 반사되는 소리를 입력받는 구성이다.The MCU module is a component that is electrically connected to the probe to control sound generated by the probe and receive sound reflected from the probe.

제어부는 상기 MCU 모듈에서 입력된 소리의 크기에 기반하여 고막의 상태를 추정하며, 이에 따라 챔버 내부 압력의 제어 신호를 생성하는 구성이다. 제어부는 하나 이상의 범용 컴퓨터 또는 특수 목적 컴퓨터를 이용하여 구현될 수 있다. 처리장치는 운영 체제(OS) 및 상기 운영 체제 상에서 수행되는 하나 이상의 소프트웨어 애플리케이션을 수행할 수 있다. 또한, 처리 장치는 소프트웨어의 실행에 응답하여, 데이터를 접근, 저장, 조작, 처리 및 생성할 수도 있다.The control unit is configured to estimate the state of the eardrum based on the loudness of the sound input from the MCU module, and to generate a control signal for pressure inside the chamber accordingly. The control unit may be implemented using one or more general purpose computers or special purpose computers. A processing device may run an operating system (OS) and one or more software applications running on the operating system. A processing device may also access, store, manipulate, process, and generate data in response to execution of software.

급기 밸브는 상기 제어 신호에 따라 챔버에 연결된 급기로를 개방하거나 차단시키는 구성이다. 즉, 급기 밸브가 개방되면 챔버 내부로 공기가 유입되어 챔버 내부의 압력이 상승한다.The air supply valve is configured to open or block the air supply connected to the chamber according to the control signal. That is, when the air supply valve is opened, air flows into the chamber and the pressure inside the chamber rises.

배기 밸브는 상기 제어 신호에 따라 챔버에 연결된 배기로를 개방하거나 차단시키는 구성이다. 즉, 배기 밸브가 개방되면 챔버 내부의 공기가 외부로 배출되어 챔버 내부의 압력이 감소한다.The exhaust valve opens or closes an exhaust passage connected to the chamber according to the control signal. That is, when the exhaust valve is opened, the air inside the chamber is discharged to the outside, and the pressure inside the chamber decreases.

도 2는 본 발명에 따른 고압산소챔버의 자동제어 시스템을 나타낸 도면이다.2 is a diagram showing an automatic control system for a hyperbaric oxygen chamber according to the present invention.

고압산소챔버의 자동제어 시스템은 도 2와 같이 PID컨트롤에 의해 제어된다. 치료가 시작되면 급기, 배기 Solenoid valve가 개방되고, 치료 테이블의 압력 값이 PID제어기의 SP로 제시된다. 압력센서를 통해 챔버 내부의 압력 값을 얻어 PID제어기의 PV로 제시하고 PID연산을 통해 MV값을 얻어내어 급기, 배기 Proportion valve를 제어함으로써 챔버의 자동제어가 동작한다.The automatic control system of the hyperbaric oxygen chamber is controlled by PID control as shown in FIG. When the treatment starts, the air supply and exhaust solenoid valves are opened, and the pressure value of the treatment table is presented as the SP of the PID controller. The pressure value inside the chamber is obtained through the pressure sensor, presented as the PV of the PID controller, and the MV value is obtained through PID operation to control the supply and exhaust proportion valves, thereby automatically controlling the chamber.

고압산소챔버를 이용하여 고압산소치료 시 압력을 가압하는 과정에서 신체 내부에 존재하는 기관들의 세포 내부와 외부의 압력차이로 인해 바로트라우마(barotrauma)가 발생한다. 바로트라우마란 압력을 뜻하는 baros와 손상을 뜻하는 trauma의 합성어로 정의된다. 고압산소치료 시 발생하는 바로트라우마는 외이 바로트라우마(External auditory canal barotrauma), 중이 바로트라우마(Middle ear barotrauma), 내이 바로트라우마(Inner ear barotrauma), 부비강 바로트라우마(Sinus barotraum), 폐의 바로트라우마(Lung barotrauma), 치아바로트라우마(Teeth barotrauma)가 존재한다. 그 중 가장 빈번하게 발생하는 것이 외이와 중이간의 압력평형이 이루어지지 않아 발생하는 중이 바로트라우마이다. 중이 바로트라우마가 발생하게 되면 환자는 가벼운 통증부터 난청, 출혈이 발생할 수 있고 심한 경우에는 고막 파열에 이를 수 있다. 이관(Eustachian Tube)을 개방하여 외이와 중이간의 압력평형을 이룸으로써 중이 바로트라우마를 방지할 수 있는데 압력평형을 이루기 위한 방법으로는 토인비(Toynbee) 호흡법, 발살바(Valsalva) 호흡법, 프렌젤(Frenzel) 법, 로우리(Lowry )법, 애드몬즈 테크닉(Edmonds Technique), 침 삼키기, 하품하기 등이 존재한다.Barotrauma occurs due to a difference in pressure between the inside and outside of the cells of organs present in the body in the process of pressurizing the pressure during hyperbaric oxygen treatment using a hyperbaric oxygen chamber. Barotrauma is defined as a compound word of baros meaning pressure and trauma meaning damage. The barotrauma that occurs during hyperbaric oxygen therapy is external auditory canal barotrauma, middle ear barotrauma, inner ear barotrauma, sinus barotrauma, and lung barotrauma. Lung barotrauma) and tooth barotrauma (Teeth barotrauma) exist. Among them, the most frequent occurrence is middle ear trauma, which occurs when the pressure balance between the outer ear and the middle ear is not achieved. When middle ear barotrauma occurs, the patient may experience mild pain, hearing loss, bleeding, and in severe cases, eardrum rupture. Middle ear barotrauma can be prevented by opening the Eustachian Tube to equalize the pressure between the outer ear and the middle ear. Methods to achieve pressure equalization include Toynbee breathing, Valsalva breathing, and Frenzel. ) method, Lowry method, Edmonds Technique, swallowing, and yawning.

고압산소치료 시 발생하는 중이 바로트라우마를 예방하기 위해 기존의 방법으로 나잘 스프레이의 사용, 압력평형을 위한 호흡법의 숙련 등이 있다. 하지만 치료 도중 중이 바로트라우마의 판단은 환자와 의료인의 대화에 의존하기 때문에 적절한 예방조치를 취하더라도 중이 바로트라우마가 발생할 위험성은 여전히 존재한다. 따라서 치료중 실시간으로 고막의 상태를 직접 모니터링 함으로써 환자의 느낌에 의존하는 것이 아닌 객관적으로 중이 바로트라우마를 판단하는 방법이 필요하다.Conventional methods to prevent middle ear barotrauma that occur during hyperbaric oxygen therapy include the use of nasal spray and breathing techniques for pressure equalization. However, since the judgment of middle ear barotrauma during treatment depends on the conversation between the patient and the medical staff, the risk of middle ear barotrauma still exists even if appropriate precautions are taken. Therefore, there is a need for a method for objectively determining middle ear barotrauma rather than relying on the patient's feelings by directly monitoring the condition of the eardrum in real time during treatment.

따라서 본 발명은 프로브를 통해 객관적으로 바로트라우마를 판단하는 것을 특징으로 한다. 즉, 프로브를 통해 고막의 어드미턴스를 측정하여 고막의 상태를 파악한다. 어드미턴스란 임피던스의 역수로써 전류가 흐르기 쉬운 정도를 나타내고 어드미턴스의 수치가 높을수록 전류는 잘 흐르게 되는 성질을 뜻하며 단위는 mho를 사용한다.Therefore, the present invention is characterized by objectively determining barotrauma through a probe. That is, the state of the eardrum is determined by measuring the admittance of the eardrum through the probe. Admittance is the reciprocal of impedance and indicates the degree to which current flows easily. The higher the value of admittance, the easier current flows. The unit is mho.

프로브는 고막에 검사음을 제시할 수 있는 스피커, 고막으로부터 반사되는 소리를 입력받을 수 있는 마이크로 구성되어있다. 스피커는 226Hz의 단일음을 출력하며 단일음은 외이의 공기 입자를 진동시킨다. 고막은 진동에 공명하여 소리를 수용하고, 흡수되지 못한 소리는 반사되어 마이크로 입력된다. 외이의 압력에 따라 고막은 외이방향 및 중이방향으로 휘어지게 된다. 고막은 휘어짐 정도에 의존하여 흡수하는 소리의 양과 반사하는 소리의 양이 변하게 되는데 이 때 스피커로부터 출력된 단일음은 음압, 마이크로 입력된 반사음은 음속(volume velocity)이 된다. 이렇게 얻어진 음압과 음속을 이용하여 압력변화에 따른 고막의 어드미턴스를 측정할 수 있다.The probe is composed of a speaker capable of presenting test sounds to the eardrum and a microphone capable of receiving sound reflected from the eardrum. The speaker outputs a single sound at 226 Hz, and the single sound causes the air particles in the outer ear to vibrate. The eardrum resonates with the vibration to receive the sound, and the unabsorbed sound is reflected and input into the microphone. According to the pressure of the outer ear, the eardrum is bent in the direction of the outer ear and the middle ear. Depending on the degree of bending of the eardrum, the amount of sound absorbed and the amount of reflected sound change. The admittance of the eardrum according to the change in pressure can be measured using the obtained sound pressure and sound velocity.

도 3은 본 발명에 따른 프로브가 환자의 귀에 삽입된 상태를 나타낸 도면이다.3 is a view showing a state in which a probe according to the present invention is inserted into a patient's ear.

본 발명에 따른 프로브는 스피커(222) 및 마이크(223)를 포함하는 것을 특징으로 한다.The probe according to the present invention is characterized in that it includes a speaker 222 and a microphone 223.

스피커(222)는 MCU 모듈로부터 검사음에 대한 전기 신호를 전달받아, 소리로 변환시켜 검사음을 발생시키는 구성이다. 상세하게, 스피커는 환자의 외이(external ear)에 삽입되어 고막(ear drum) 방향을 향해 소리를 발생시키도록 구비된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 스피커의 출력 주파수 범위는 200Hz에서 5.5kHz이며 이는 개발한 시스템에서 발생시키는 226Hz를 출력할 수 있는 범위이다. 최대 출력 음압은 127dB이며, 모든 주파수대역에서 고른 출력 능력을 보장한다.The speaker 222 receives an electrical signal for the test sound from the MCU module and converts it into sound to generate the test sound. In detail, the speaker is inserted into the external ear of the patient and is provided to generate sound toward the ear drum. The output frequency range of the speaker according to an embodiment of the present invention is 200 Hz to 5.5 kHz, which is a range capable of outputting 226 Hz generated by the developed system. The maximum output sound pressure is 127dB, and even output capability is guaranteed in all frequency bands.

마이크(223)는 고막으로부터 반사된 소리를 전기 신호로 변환하는 구성이다. 상세하게, 마이크는 환자의 외이에 삽입되어 고막 방향을 수음 방향으로 한다. 이에 따라, 마이크는 고막으로부터 반사된 소리를 전기 신호로 변환하여 MCU 모듈로 전달한다. 본 발명의 일 실시예에 마이크의 입력 주파수 범위는 20Hz에서 10kHz이며 이는 고막을 통해 반사되는 226Hz 단일음을 입력받기에 충분한 주파수 범위이다.The microphone 223 is a component that converts sound reflected from the eardrum into an electrical signal. In detail, the microphone is inserted into the outer ear of the patient, and the direction of the eardrum is the direction of sound pickup. Accordingly, the microphone converts the sound reflected from the eardrum into an electrical signal and transmits it to the MCU module. In one embodiment of the present invention, the input frequency range of the microphone is 20 Hz to 10 kHz, which is a frequency range sufficient to receive a single 226 Hz sound reflected through the eardrum.

또한, 프로브에는 외이의 압력을 챔버 내부의 압력과 동일하게 하기 위한 통로(224)가 구비될 수 있다. 통로(224)를 통해 챔버 내부 및 외이로 공기가 이동함으로써 외이의 압력이 챔버 내부의 압력과 동일하게 맞춰진다. 또한, 챔버에는 압력 센서가 구비될 수 있다. 챔버 내부의 압력을 측정함으로써 외이의 압력을 알 수 있다.In addition, the probe may be provided with a passage 224 for equalizing the pressure in the outer ear with the pressure inside the chamber. By moving air through the passage 224 into the chamber and into the outer ear, the pressure in the outer ear equalizes the pressure inside the chamber. Also, the chamber may be equipped with a pressure sensor. By measuring the pressure inside the chamber, the pressure in the outer ear can be determined.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 프로브를 나타낸 도면이다. 바람직한 실시예로서, 프로브는 헤드셋(head-set)의 형태로 구비될 수 있다. 상세하게, 프로브는 밴드(band, 21) 및 이어 패드(ear-pad, 22)를 포함하는 헤드셋의 형태로 구비되고, 상기 마이크 및 스피커는 헤드셋이 귀에 접하는 면으로부터 돌출(221)되어 환자의 외이에 삽입될 수 있다. 이에 따라 프로브가 환자들에게 익숙한 형태로 구비됨으로써 착용법에 대한 안내가 용이해지는 효과가 있다.4 is a diagram showing a probe according to an embodiment of the present invention. As a preferred embodiment, the probe may be provided in the form of a headset (head-set). In detail, the probe is provided in the form of a headset including a band 21 and an ear-pad 22, and the microphone and speaker protrude 221 from the surface of the headset in contact with the ear to the outside of the patient. can be inserted into it. Accordingly, since the probe is provided in a form familiar to patients, there is an effect of facilitating guidance on how to wear the probe.

도 5는 본 발명에 따른 MCU 모듈을 나타낸 것이다.5 shows an MCU module according to the present invention.

MCU 모듈은 프로브와 4극 Aux케이블을 통해 신호를 상호 교환할 수 있다. 상세하게, 프로브의 스피커로 검사음을 전송하며, 마이크를 통해 반사된 소리를 전기 신호로 전송받는다. 획득한 마이크 신호를 제어부로 전송한다.The MCU module can exchange signals through a probe and a 4-pole Aux cable. In detail, the inspection sound is transmitted to the speaker of the probe, and the sound reflected through the microphone is transmitted as an electrical signal. The acquired microphone signal is transmitted to the controller.

전체 시스템의 제어 및 연산을 위해 32bit microprocessor인 ARM-Cortex M3코어를 사용한 STM32F103RCT6을 사용하여 제어부를 구성하였다. 제어부는 시스템의 상태를 알려주는 LED부, 제어부와 통신을 위한 UART부, 스피커와 마이크를 구동하기 위한 음향부로 구성하였다. 또한 프로브의 스피커, 마이크와 신호 교환을 위해 4극 이어폰 단자인 FC6818을 이용하였다.For the control and operation of the entire system, the control unit was configured using the STM32F103RCT6, which uses an ARM-Cortex M3 core, a 32-bit microprocessor. The control unit consists of an LED unit that informs the status of the system, a UART unit for communication with the control unit, and a sound unit for driving the speaker and microphone. In addition, a 4-pole earphone terminal, FC6818, was used for signal exchange with the speaker and microphone of the probe.

스피커 구동의 경우 도 6의 스피커 구동회로를 이용하여 스피커를 제어한다. 음향부는 MCU의 DAC(Digital to analog converter)을 이용하여 스피커 구동회로의 DAC 입력단에 주파수 226Hz, 진폭 0-2.5V의 정현파 신호를 인가한다. 이때 STM32F103RCT6의 DAC 해상도는 12bit이다. 0에서 2.5V의 진폭을 가지는 정현파는 스피커를 구동하기에 큰 전압이므로, OPAMP 전압 분배 회로를 이용하여 0에서 100mV로 전압을 낮춘다. 진폭이 낮아진 정현파 신호는 스피커 내부의 콘덴서를 진동시켜 음압을 발생시킨다.In case of driving the speaker, the speaker is controlled using the speaker driving circuit of FIG. 6 . The acoustic unit applies a sine wave signal having a frequency of 226 Hz and an amplitude of 0-2.5 V to the DAC input terminal of the speaker driving circuit using a digital to analog converter (DAC) of the MCU. At this time, the DAC resolution of STM32F103RCT6 is 12bit. Since a sine wave with an amplitude of 0 to 2.5V is a high voltage to drive a speaker, the voltage is reduced from 0 to 100mV by using the OPAMP voltage divider circuit. A sinusoidal signal with a lowered amplitude vibrates the condenser inside the speaker to generate sound pressure.

마이크 구동의 경우 도 7의 마이크 구동회로를 이용한다. 마이크로 입력된 공간속도는 전압으로 변환되어 마이크 구동회로에 입력된다. 마이크의 진폭은 0-1.3V이다. 이때 226Hz 신호의 최대 진폭은 132mV이다. MCU의 ADC(Analog to digital converter) 핀의 입력 범위는 0-3.3V이며 별다른 증폭 및 필터링 없이 ADC 하는 것이 가능하나, 해상도를 최대로 변환하기 위해 마이크 구동회로를 이용하여 마이크 신호의 DC offset을 1.65V로 재설정한 뒤 226Hz의 신호만 25배 증폭하게 된다. 증폭된신호는 MCU의 ADC핀에 입력되어 PC로 전송한다.In case of driving the microphone, the microphone driving circuit of FIG. 7 is used. The space velocity input into the microphone is converted into a voltage and input to the microphone driving circuit. The amplitude of the microphone is 0-1.3V. At this time, the maximum amplitude of the 226Hz signal is 132mV. The input range of ADC (Analog to digital converter) pin of MCU is 0-3.3V and it is possible to perform ADC without any special amplification or filtering. After resetting to V, only the 226Hz signal is amplified by a factor of 25. The amplified signal is input to the ADC pin of the MCU and transmitted to the PC.

MCU 모듈로부터 고막의 어드미턴스 값을 획득하고, 획득한 값을 이용하여 자동 압력제어 알고리즘을 구현하기 위해 윈도우 프로그램 LabView2010(National Instruments, USA)기반의 프로그램을 직접 개발하여 도 8과 같이 구성하였다. 프로그램의 설명은 다음과 같다.In order to acquire the admittance value of the eardrum from the MCU module and implement an automatic pressure control algorithm using the obtained value, a program based on the Windows program LabView2010 (National Instruments, USA) was directly developed and configured as shown in FIG. 8. The description of the program is as follows.

① : X축은 시간, Y축은 압력인 그래프로 써 치료 과정에 따라 챔버 내부의 실제 압력을 그래프로 표시한다.①: X-axis is time, Y-axis is pressure, and the actual pressure inside the chamber is displayed as a graph according to the treatment process.

② : 챔버의 실제 압력과 PID알고리즘에 의해 챔버의 압력이 도달해야하는 Sep Point를 표시한다.② : Displays the actual pressure of the chamber and the Sep Point that the pressure of the chamber must reach by the PID algorithm.

③ : 제어부로써 치료의 시작과 종료를 위한 버튼이 있다. 또한 Serial통신을 위하여 Port를 설정해주고, 피험자의 이름을 입력하고, 피험자의 고막 어드미턴스의 최대값과 최소값을 측정하고 알고리즘에 적용될 Threshold 값을 계산하여 입력한다.③ : As a control unit, there are buttons for starting and ending treatment. Also, set the port for serial communication, enter the subject's name, measure the maximum and minimum values of the subject's eardrum admittance, and calculate and input the threshold value to be applied to the algorithm.

④ : 왼쪽과 오른쪽의 중이의 압력을 추정하여 그래프로 표시한다.④ : The left and right middle ear pressure is estimated and displayed as a graph.

⑤ : 현재 챔버 내부의 실제 압력과 추정된 중이의 압력을 이용하여 외이와 중이간의 압력차이를 계산하여 그래프로 표시한다.⑤ : Using the actual pressure inside the current chamber and the estimated middle ear pressure, the pressure difference between the outer and middle ear is calculated and displayed as a graph.

⑥ : 측정되는 고막의 어드미턴스를 실시간으로 그래프로 표시한다.⑥ : The measured admittance of the eardrum is displayed as a graph in real time.

도 9는 본 발명에 따른 자동 압력 제어 방법을 나타낸 순서도이며, 도 10은 어드미턴스 계산과 중이 압력 추정 알고리즘을 나타낸 순서도이다.9 is a flowchart illustrating an automatic pressure control method according to the present invention, and FIG. 10 is a flowchart illustrating an admittance calculation and middle ear pressure estimation algorithm.

자동 압력 제어 방법(이하, 1번 프로세스)은 PID제어기 속도에 의존하여 1Hz로 동작하고, 중이 압력 추정 알고리즘(이하, 2번 프로세스)은 MCU 모듈에서 데이터를 송신하는 속도에 의존하므로 7232Hz의 속도로 동작한다. 두 프로세스는 유기적으로 동작하며 Middle ear pressure는 추정된 중이의 압력, Chamber pressure는 측정된 챔버의 실제 압력으로써 Global변수로 사용된다.The automatic pressure control method (hereinafter referred to as process No. 1) operates at 1Hz depending on the speed of the PID controller, and the middle ear pressure estimation algorithm (hereinafter referred to as process No. 2) depends on the speed of transmitting data from the MCU module and operates at a rate of 7232Hz. It works. The two processes operate organically, and middle ear pressure is the estimated middle ear pressure, and chamber pressure is the actual pressure of the measured chamber, which is used as a global variable.

치료가 시작되면 1번 프로세스에서 MCU 모듈로 start 명령을 하달한다. start명령을 수신한 MCU 모듈은 도 11과 같이 동작한다. MCU 모듈로부터 Data를 입력받은 2번 프로세스는 Fixed point digital IIR filter를 취하여 배열에 저장한다. 설계된 digital filter는 2차 226Hz peak filter이며, 이때 Q-factor는 50이다. 디지털 필터링을 통해 226Hz 이외의 성분은 모두 제거되고 필터링 된 데이터의 배열이 1024개에 이르게 될 경우 1024 point FFT를 취하여 226Hz의 파워를 계산하고 파워 값을 이용하여 고막의 어드미턴스 값을 획득한다. 어드미턴스 값이 치료 시작 전에 설정해준 Threshold값보다 높으면 압력평형이 이루어진 상태로 판단하고 변수 Middle ear pressure에 현재 챔버의 압력 값인 Chamber Pressure를 대입한다. 획득한 어드미턴스 값이 Threshold값보다 낮으면 압력평형이 이루어지지 않았다고 판단하고 별다른 동작없이 2번 프로세스의 처음으로 돌아간다. 1024의 샘플을 얻어 최초의 음향어드미턴스를 계산한 뒤에는 MCU 모듈로부터 획득한 신호를 25% 오버랩하여 1번 프로세스가 종료될 때까지 반복한다.When treatment starts, process 1 issues a start command to the MCU module. The MCU module receiving the start command operates as shown in FIG. 11 . Process 2, which receives data from the MCU module, takes a fixed point digital IIR filter and stores it in an array. The designed digital filter is a 2nd order 226Hz peak filter, with a Q-factor of 50. When all components other than 226Hz are removed through digital filtering and the array of filtered data reaches 1024, the power of 226Hz is calculated by taking 1024 point FFT, and the admittance value of the eardrum is obtained using the power value. If the admittance value is higher than the threshold value set before the start of treatment, it is judged that the pressure is balanced, and the chamber pressure, the pressure value of the current chamber, is substituted for the variable middle ear pressure. If the acquired admittance value is lower than the Threshold value, it is judged that the pressure equilibrium has not been achieved and returns to the beginning of process 2 without any special action. After obtaining 1024 samples and calculating the first acoustic admittance, the signal acquired from the MCU module is overlapped by 25% and repeated until process 1 is completed.

압력평형을 판단하기 위한 Threshold값은 치료 전 환자의 고막 어드미턴스의 최대값과 최소값을 측정하여 두 값 사이의 40%의 해당하는 값으로 한다. 이 값은 알고리즘 개발단계에서 실험을 통해 다음과 같은 이유에 근거하여 결정하였다.The threshold value for determining the pressure balance is the value corresponding to 40% between the maximum and minimum values of the patient's eardrum admittance before treatment. This value was determined based on the following reasons through experiments in the algorithm development stage.

1. 외부환경의 압력이 계속 상승하기 때문에 침 심키기와 같은 압력평형법을 시행했을 때 고막의 상태가 100% 회복되지 않아 어드미턴스 값이 최대값까지 상승하지 않고 약 50~60%만 회복되는 현상이 발생했다.1. The condition of the eardrum does not recover 100% when pressure equalization methods such as needle insertion are performed because the pressure of the external environment continues to rise, and the admittance value does not rise to the maximum value, but only about 50 to 60% is recovered. this happened

2. 고막이 외부압력에 의해 중이방향으로 휘어 있는 상태에서 발살바 호흡법을 시행하게 되면 오히려 부비강과 중이의 압력이 외부압력보다 높게 되어 고막이 외이 방향으로 휘어지게 되는 경우가 있다. 2번 프로세스를 통하여 고막의 어드미턴스를 계산하여 얻는 데이터는 1초에 약 10개이다. 고막이 발살바 호흡을 통해 안쪽에서 바깥쪽 방향으로 변화함에도 불구하고, 순식간에 변화하기 때문에 고막의 어드미턴스 값이 약 40%까지 측정되었다. 만약 Threshold가 40%보다 높은 상태라면 압력평형이 이루어졌음에도 불구하고, 여전히 압력 불평형 상태가 유지된다.2. If Valsalva breathing is performed while the eardrum is bent toward the middle ear due to external pressure, the pressure in the sinuses and middle ear is higher than the external pressure, and the eardrum may bend toward the outer ear. The data obtained by calculating the admittance of the eardrum through the process No. 2 is about 10 per second. Although the eardrum changes from the inside to the outside through Valsalva respiration, it changes in an instant, so the admittance value of the eardrum was measured to be about 40%. If the threshold is higher than 40%, the pressure balance is still maintained even though the pressure is equalized.

개발된 시스템은 치료를 시작하기 전에 치료대기 프로세스에서 챔버의 압력을 압력센서를 통해 얻어오고 있으며, 치료가 시작되어 1번 프로세스가 동작하면 치료대기 프로세스는 종료된다. 이 때 측정된 챔버의 압력이 SP의 초기 값으로 입력되며 일반적으로 1ata의 값을 갖는다. 압력센서를 통해 치료 중 챔버의 현재 압력인 Chamber Pressure를 획득하여 PID제어기에 사용하기 위한 변수 PV에 대입한다. 현재 압력인 PV와 2번 프로세스 연산을 통하여 추정된 Middle ear pressure를 이용하여 외이와 중이의 압력차이인 DP(Difference Pressure)를 계산할 수 있다. Hold Flag는 DP의 값이 0.04을 초과하면 true가 되며 SP를 변화시키지 않음으로 압력이 유지되고 있음을 의미하고 초기 값은 false이다. Hold Flag가 false라면 가압이 되고 있는 상태이므로 DP의 값을 0.04와 비교하여 압력의 유지 또는 가압을 결정한다. 이미 외이와 중이의 압력차인 DP가 0.04를 초과하여 Hold Flag가 true인 상황이라면 DP의 값을 0.02와 비교하여 0.02 미만이 되면 압력 불평형이 해소됐다고 판단하고 Hold Flag는 false가 되며 기존 SP값에 0.002만큼 증가한 값을 대입하여 압력을 증가시킨다.In the developed system, the pressure of the chamber is obtained through the pressure sensor in the treatment waiting process before starting treatment, and when the treatment starts and process 1 operates, the treatment waiting process ends. At this time, the pressure of the chamber measured is input as the initial value of SP and generally has a value of 1ata. Chamber Pressure, the current pressure of the chamber during treatment, is acquired through the pressure sensor and substituted into the variable PV for use in the PID controller. DP (Difference Pressure), the pressure difference between the outer ear and the middle ear, can be calculated using the PV, which is the current pressure, and the middle ear pressure estimated through the second process operation. Hold Flag becomes true when the value of DP exceeds 0.04, and it means that the pressure is maintained by not changing SP, and the initial value is false. If the Hold Flag is false, pressurization is in progress, so the DP value is compared with 0.04 to determine whether to maintain or pressurize the pressure. If DP, the pressure difference between the outer ear and the middle ear, already exceeds 0.04 and the Hold Flag is true, the DP value is compared with 0.02, and if it is less than 0.02, it is determined that the pressure imbalance is resolved, the Hold Flag becomes false, and the existing SP value is 0.002. Increase the pressure by substituting the increased value by

이전의 연산 결과에 따라 결정되어 있는 SP와 PV를 PID제어기를 통해 연산함으로써 MV를 얻어내고 출력하여 비례제어밸브를 제어함으로써 챔버의 압력을 조절한다.By calculating the SP and PV determined according to the previous calculation result through the PID controller, the MV is obtained and output to control the proportional control valve to adjust the pressure in the chamber.

챔버의 실제 압력인 PV가 치료를 위해 도달해야하는 desired pressure 이상이 되면 가압이 완료되었다고 판단하고 MCU 모듈로 stop명령을 하달하며 알고리즘은 종료된다. 알고리즘은 오른쪽 귀와 왼쪽 귀에 각각 적용되며 양 귀 중 한쪽귀의 압력평형이 시행되지 않더라도 알고리즘은 적용된다.When PV, the actual pressure of the chamber, exceeds the desired pressure that must be reached for treatment, it is determined that pressurization is completed, a stop command is issued to the MCU module, and the algorithm is terminated. The algorithm is applied to the right ear and the left ear, respectively, and the algorithm is applied even if pressure equalization of one ear is not performed.

환자가 챔버 내부에 위치된 후, 챔버의 압력을 조절하며 어드미턴스를 측정하였다. 0.002ata/sec의 속도로 압력이 상승하도록 고압산소챔버는 자동 동작하게 된다. 이 때 환자는 자발적으로 압력평형을 꾸준히 시행한다. 챔버의 압력이 1.1ata에 도달하게 되면 압력평형이 이루어질 수 있는 행위를 금지하고 압력 불평형 상태를 유지하도록 지시한다. 압력 불평형 상태를 유지함으로써 중이와 외이의 압력차이가 0.04ata이상 되었을 때 챔버의 압력이 유지됨을 확인 후 압력평형 시행을 지시한다. 챔버 압력이 1.2ata에 도달하였을 때 위와 같은 과정을 반복하고, 1.3ata에 도달하면 측정을 종료하고, 대기압으로 복귀한다.After the patient was positioned inside the chamber, admittance was measured while adjusting the pressure of the chamber. The hyperbaric oxygen chamber automatically operates so that the pressure rises at a rate of 0.002 ata/sec. At this time, the patient voluntarily performs pressure equalization continuously. When the pressure in the chamber reaches 1.1 ata, actions that can achieve pressure equilibrium are prohibited and instructions are given to maintain the pressure equilibrium state. By maintaining the pressure equilibrium state, when the pressure difference between the middle ear and the outer ear reaches 0.04 ata or more, after confirming that the pressure in the chamber is maintained, pressure equalization is instructed. When the chamber pressure reaches 1.2 ata, the above process is repeated, and when it reaches 1.3 ata, the measurement ends and returns to atmospheric pressure.

도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 어드미턴스(admittance) 측정 결과를 나타낸 그래프이다. 각각, 도 12의 a는 챔버내부의 압력, 도 12의 b는 우측 귀의 압력차이, 도 12의 c는 우측 귀의 어드미턴스, 도 12의 d는 좌측 귀의 압력차이, 도 12의 e는 좌측 귀의 어드미턴스를 나타낸다. 각 그래프의 가로축은 시간을 나타낸다. 본 실시예에서 환자는 발살바 호흡법을 실시하였다.12 is a graph showing admittance measurement results according to an embodiment of the present invention. 12a is the pressure inside the chamber, b of FIG. 12 is the pressure difference of the right ear, c of FIG. 12 is the admittance of the right ear, d of FIG. 12 is the pressure difference of the left ear, and e of FIG. 12 is the admittance of the left ear. indicate The horizontal axis of each graph represents time. In this example, the patient performed the Valsalva breathing method.

압력불평형이 시작되는 지점부터 외이와 중이의 압력차이가 0.04ata가 될 때까지 가압이 지속되고 외이와 중이의 압력차이가 0.04ata가 되어 압력이 유지되는 것을 관찰할 수 있다.From the point where the pressure imbalance begins, pressurization continues until the pressure difference between the outer ear and the middle ear reaches 0.04 ata, and it can be observed that the pressure is maintained when the pressure difference between the outer ear and the middle ear reaches 0.04 ata.

도 13은 본 발명의 다른 실시예에 따른 어드미턴스(admittance) 측정 결과를 나타낸 그래프이다. 각각, 도 13의 a는 챔버내부의 압력, 도 13의 b는 우측 귀의 압력차이, 도 13의 c는 우측 귀의 어드미턴스, 도 13의 d는 좌측 귀의 압력차이, 도 13의 e는 좌측 귀의 어드미턴스를 나타낸다. 각 그래프의 가로축은 시간을 나타낸다. 본 실시예에서 환자는 침 삼키기를 실시하였다.13 is a graph showing admittance measurement results according to another embodiment of the present invention. 13, a is the pressure inside the chamber, b in FIG. 13 is the pressure difference in the right ear, c in FIG. 13 is the admittance in the right ear, d in FIG. 13 is the pressure difference in the left ear, and e in FIG. 13 is the admittance in the left ear. indicate The horizontal axis of each graph represents time. In this example, the patient performed saliva swallowing.

압력불평형이 시작되는 지점부터 외이와 중이의 압력차이가 0.04ata가 될 때까지 가압이 지속되고 외이와 중이의 압력차이가 0.04ata가 되어 압력이 유지되는 것을 관찰할 수 있다.From the point where the pressure imbalance begins, pressurization continues until the pressure difference between the outer ear and the middle ear reaches 0.04 ata, and it can be observed that the pressure is maintained when the pressure difference between the outer ear and the middle ear reaches 0.04 ata.

도 14는 발살바 호흡시 어드미턴스의 변화 패턴을 나타낸 그래프이다.14 is a graph showing a change pattern of admittance during Valsalva breathing.

발살바 호흡법을 이용하여 압력평형을 수행하게 되면 폐의 공기가 부비동과 이관에 공기를 공급한다. 이관에 유입되는 공기로 인해 외부 압력에 의해 중이 방향으로 휘어져 있던 고막은 외이 방향으로 휘어진다. 이 때 고막은 100% 회복상태를 거쳐 외이 방향으로 휘어지지만 어드미턴스 값은 최대까지 상승하지 않는다. 이는 어드미턴스를 연산하는 과정에서 25%의 오버랩만을 사용하기 때문에 데이터를 연산하여 얻는 속도보다 고막의 변화가 더 빠름으로 인해 발생하는 데이터 유실 때문인 것으로 사료된다. 하지만 알고리즘을 통해 순간적으로 상승하는 부분을 압력평형 시점으로 판단할 수 있으며, 가압상태를 지속하게 된다. 발살바 호흡법을 수행한 직후에 고막의 어드미턴스 값은 최소가 된다. 고막의 어드미턴스 값만을 이용해서는 고막의 휘어진 방향을 알 수 없기 때문에 시스템은 고막의 상태를 압력 불평형 상태로 판단한다. 하지만 직전에 압력평형이 이루어졌기 때문에 챔버의 압력이 계속 상승함으로써 외이 방향으로 휘어진 고막은 다시 내이 방향으로 천천히 휘어지게 되어, 도 14와 같은 패턴을 나타내게 된다. 챔버의 압력은 1초에 0.002ata씩 증가하고, 발살바 호흡 직후부터 다음 압력평형시점 판단까지 10초 이내이기 때문에 추정된 외이와 중이의 압력차는 0.04ata 이하이다.When pressure equalization is performed using the Valsalva technique, air from the lungs supplies air to the sinuses and eustachian tubes. The eardrum, which had been bent in the direction of the middle ear by external pressure due to air flowing into the ear tube, is bent in the direction of the outer ear. At this time, the eardrum goes through a 100% recovery state and bends in the direction of the outer ear, but the admittance value does not rise to the maximum. This is considered to be due to data loss caused by the change in the eardrum being faster than the speed obtained by calculating data because only 25% overlap is used in the process of calculating admittance. However, through the algorithm, the momentary rising part can be determined as the pressure equilibrium point, and the pressurized state is maintained. Immediately after performing the Valsalva breathing method, the admittance value of the eardrum is minimal. Since the curved direction of the eardrum cannot be determined using only the admittance value of the eardrum, the system determines that the eardrum is in a pressure imbalance state. However, since the pressure equilibrium was achieved immediately before, the pressure in the chamber continues to rise, so that the eardrum bent in the direction of the outer ear slowly bends in the direction of the inner ear again, showing a pattern as shown in FIG. 14 . The pressure in the chamber increases by 0.002 ata per second, and since it takes less than 10 seconds from immediately after Valsalva respiration to the judgment of the next pressure equilibrium, the estimated pressure difference between the outer ear and the middle ear is less than 0.04 ata.

도 15는 침 삼키기시 어드미턴스의 변화 패턴을 나타낸 그래프이다.15 is a graph showing a change pattern of admittance during saliva swallowing.

침 삼키기를 수행하게 되면 순간적인 근육의 움직임으로 인해 이관이 짧은 시간동안 개방되어 중이 공간으로 외부 공기가 유입된다. 이관을 통하여 중이 공간으로 공기를 강하게 밀어 넣는 발살바 호흡법과는 달리 침 삼키기는 이관이 순간적으로 개방되는 동안 외부 공기가 자연스럽게 유입되는 것이기 때문에 고막이 100% 회복되지 않으며 사람에 따라 약 50~60%의 회복률을 보인다. 실제로 침 삼키기를 수행한 피험자의 어드미턴스를 측정했을 때 어드미턴스 값의 최대치는 더 높은 값을 갖는다. 하지만 알고리즘의 Threshold를 하기의 수학식 1과 같이 어드미턴스의 최대값과 최소값의 40%로 설정함으로써 압령평형 시점으로 판단할 수 있다.When saliva swallowing is performed, the eustachian tube is opened for a short time due to instantaneous muscle movement, and external air is introduced into the middle ear space. Unlike Valsalva breathing, which forcefully pushes air into the middle ear space through the eustachian tube, saliva swallowing allows outside air to flow naturally while the eustachian tube is momentarily opened, so the eardrum does not recover 100%, and depending on the person, about 50-60% of the recovery occurs. show a recovery rate. When the admittance of a subject who actually performed saliva swallowing was measured, the maximum value of the admittance value had a higher value. However, by setting the threshold of the algorithm to 40% of the maximum and minimum values of admittance as shown in Equation 1 below, it can be determined as the point of force equilibrium.

[수학식 1][Equation 1]

Figure 112020135410897-pat00001
Figure 112020135410897-pat00001

Threshold값을 어드미턴스의 최대, 최소값의 40%로 설정하게 되면 알고리즘을 통해 압력평형이라고 판단한 지점이 이미 실제 외이와 중이의 압력차는 사람에 따라 약 0.005ata ~ 0.015ata가 된다. 하지만 알고리즘에서는 그 지점의 압력차를 0ata로 추정하고 그 지점부터 0.04ata가 증가하면 압력을 유지하도록 되어있다. 이 때 실제 외이와 중이의 압력차는 0.045ata ~ 0.055ata로 예측할 수 있고, 중이 바로트라우마의 초기 증상이 발생하는 압력차는 0.08ata이므로 알고리즘의 안전성이 확보된다.If the Threshold value is set to 40% of the maximum and minimum values of the admittance, the point at which the algorithm determines that the pressure is equal is already the actual pressure difference between the outer ear and the middle ear, depending on the person, about 0.005ata ~ 0.015ata. However, in the algorithm, the pressure difference at that point is estimated as 0 ata, and the pressure is maintained when 0.04 ata increases from that point. At this time, the actual pressure difference between the outer ear and the middle ear can be predicted as 0.045 to 0.055 ata, and the pressure difference at which the initial symptoms of middle ear barotrauma occur is 0.08 ata, so the safety of the algorithm is secured.

상기한 본 발명의 바람직한 실시예는 예시의 목적으로 개시된 것이고, 본 발명에 대해 통상의 지식을 가진 당업자라면 본 발명의 사상과 범위 안에서 다양한 수정, 변경 및 부가가 가능할 것이며, 이러한 수정, 변경 및 부가는 상기의 특허청구 범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이다.The preferred embodiments of the present invention described above have been disclosed for illustrative purposes, and those skilled in the art with ordinary knowledge of the present invention will be able to make various modifications, changes and additions within the spirit and scope of the present invention, and such modifications, changes and additions will be considered to fall within the scope of the above claims.

본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서, 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하므로, 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니다.Those skilled in the art to which the present invention pertains can make various substitutions, modifications, and changes without departing from the technical spirit of the present invention. is not limited by

10: 챔버
20: 프로브 30: MCU 모듈
40: 제어부
50: 급기 밸브 60: 배기 밸브
222: 스피커 223: 마이크
10: chamber
20: probe 30: MCU module
40: control unit
50: air supply valve 60: exhaust valve
222: speaker 223: microphone

Claims (6)

바로트라우마를 방지하는 고압산소챔버에 있어서,
환자의 귀에 장착되고 환자의 고막을 향해 소리를 발생시키며 환자의 고막으로부터 반사되는 소리의 크기를 측정하는 프로브;
상기 프로브와 전기적으로 연결되어 프로브에서 발생되는 소리 발생 동작을 제어하고 프로브로부터 반사되는 소리를 입력받는 MCU 모듈;
상기 MCU 모듈에서 입력받은 소리의 크기에 기초하여 고막의 상태를 추정하고, 이에 기초하여 챔버 내부 압력의 제어 신호를 생성하는 제어부;
상기 제어 신호에 따라 챔버에 연결된 급기로를 개방하거나 차단시키는 급기 밸브; 및
상기 제어 신호에 따라 챔버에 연결된 배기로를 개방하거나 차단시키는 배기 밸브를 포함하고,
상기 프로브는,
환자의 외이에 삽입되어 고막 방향을 수음 방향으로 하는 마이크; 및
환자의 외이에 삽입되어 고막 방향을 향하여 소리를 발생시키는 스피커;를 포함하며,
상기 제어부는 상기 스피커에서 발생된 소리의 에너지 레벨과 고막으로부터 반사되어 마이크에 수신된 소리의 에너지 레벨에 기반하여 어드미턴스(admittance)를 측정하여 고막의 상태를 추정하고,
추정된 고막의 상태에 기초하여 중이 압력과 챔버의 내부 압력의 차이값을 추정하며,
상기 차이값이 최소가 되는 지점을 압력 평형 상태로 판단하고,
상기 스피커의 출력 주파수 범위는 200Hz에서 5.5kHz이고,
상기 마이크의 입력 주파수 범위는 20Hz에서 10kHz이며,
상기 프로브는,
헤드셋(head-set)의 형태로 구비되어 환자의 귀에 착용되며,
상기 마이크 및 스피커는 헤드셋이 귀에 접하는 면으로부터 돌출되어 환자의 외이에 삽입되고,
상기 제어부는,
상기 압력 평형 상태에 도달한 경우 상기 급기 밸브에 개방 제어 신호를 전송하며,
추정된 상기 차이값이 0.04ata에 도달한 경우 상기 급기 밸브에 차단 제어 신호를 전송하고,
상기 제어부는,
측정된 상기 어드미턴스의 최대값과 최소값의 차이에 대한 소정의 비율인 값을 threshold 값으로 결정하고,
상기 threshold 값이 나타나는 시점을 압력 평형 상태로 판단하고,
상기 소정의 비율은 40%인 것을 특징으로 하는 고압산소챔버.
In the hyperbaric oxygen chamber for preventing barotrauma,
a probe mounted on the patient's ear, generating sound toward the patient's eardrum, and measuring the magnitude of sound reflected from the patient's eardrum;
an MCU module electrically connected to the probe to control a sound generating operation generated by the probe and receiving sound reflected from the probe;
a control unit for estimating the state of the eardrum based on the volume of sound received from the MCU module and generating a control signal for pressure inside the chamber;
an air supply valve opening or blocking an air supply passage connected to the chamber according to the control signal; and
An exhaust valve that opens or blocks an exhaust path connected to the chamber according to the control signal,
The probe is
a microphone inserted into the patient's outer ear and directed toward the eardrum as a sound pickup direction; and
It includes; a speaker inserted into the outer ear of the patient and generating sound toward the eardrum;
The control unit estimates the state of the eardrum by measuring admittance based on the energy level of the sound generated by the speaker and the energy level of the sound reflected from the eardrum and received by the microphone;
Estimating a difference between the middle ear pressure and the internal pressure of the chamber based on the estimated state of the eardrum;
The point where the difference value is minimum is determined as a pressure equilibrium state,
The output frequency range of the speaker is 200 Hz to 5.5 kHz,
The input frequency range of the microphone is 20 Hz to 10 kHz,
The probe is
It is provided in the form of a headset (head-set) and worn on the patient's ear,
The microphone and speaker protrude from the surface of the headset in contact with the ear and are inserted into the outer ear of the patient,
The control unit,
Sending an open control signal to the air supply valve when the pressure equilibrium is reached;
Sending a cut-off control signal to the air supply valve when the estimated difference value reaches 0.04 ata;
The control unit,
A value that is a predetermined ratio to the difference between the maximum and minimum values of the measured admittance is determined as a threshold value;
The time point at which the threshold value appears is determined as a pressure equilibrium state,
The high-pressure oxygen chamber, characterized in that the predetermined ratio is 40%.
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