KR20060104845A - 인공 호흡기의 호흡 유량 계측 장치 및 방법 - Google Patents

Abstract

압력과 부피를 이용하여 신속하고 간단하게 호흡 유량을 계측할 수 있도록 한 인공호흡기의 호흡 유량 계측 장치 및 방법이 개시되어 있다. 이러한 본 발명은, 호흡관의 중간에 설치된 스크린 캡의 양측으로부터 공급된 압력을 감지하는 압력 센서와, 상기 스크린 캡이 설치된 통로의 단면적을 감지하는 위치 센서와, 상기 압력 센서와 위치 센서로부터 공급된 압력 차 및 단면적을 통해 부피를 산출하고 산출된 압력 및 부피를 기초로 호흡관의 내부 압력을 조절하기 위한 제어 신호를 발생하고, 상기 압력 및 부피에 대응되는 호흡관의 내부 압력 변화를 화면에 표시하도록 처리하는 마이크로 프로세서를 포함한다.

인공호흡기, 호흡유량, 스크린, 차압력센서

Description

인공 호흡기의 호흡 유량 계측 장치 및 방법{apparatus and method for measuring flow of artificial respirator}

도 1은 본 발명에 따른 인공호흡기의 호흡 유량 계측 장치의 구성을 보인 도이다.

도 2는 본 발명에 따른 인공 호흡기의 호흡 유량 계측 과정을 보인 흐름도이다.

< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >

11 : 스크린 캡 13 : 압력센서

15 : 위치 센서 30 : 마이크로 프로세서

31 : 부피 연산부 33 : 메모리부

35 : 제어부 50 : 표시부

본 발명은 인공 호흡기의 호흡 유량 계측 장치 및 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 인공 호흡관 내의 압력 및 부피를 기초로 호흡기의 상태 및 배기 상태를 분석함으로써, 인공 호흡기의 상태 분석 및 동작 특성을 신속하고 간단하게 인식할 수 있도록 한 인공 호흡기의 호흡 유량 계측 장치 및 방법에 관한 것이다.

일반적으로 인공호흡기는 호흡질환의 보조 및 치료를 주기능으로 하는 인공호흡기와 환자 전신 또는 부분 마취시 환자의 호흡관리를 주목적으로 하는 마취기 용 인공호흡기로 분류되고, 호흡질환의 보조 및 치료를 주 기능으로 하는 인공 호흡기를 이용한 폐활량 검사는 사람의 호흡에 의한 폐의 용적 변화 신호를 연속적으로 기록한 후, 이를 분석하여 제반 매개 변수를 산출하여 제시함으로써 호흡기 관련 질환의 진단을 보조하는 임상 검사이다.

이러한 호흡질환의 보조 및 치료를 주기능으로 하는 인공 호흡기 및 마취기 용 인공 호흡기는 통상 모두 수축과 이완을 통해 환자에게 가스를 공급하는 벨로우즈와, 이 벨로우즈를 탈거 및 고정시키는 수단과, 이 벨로우즈를 수축·이완시키는 수단, 환자의 호흡시 내부의 압력이 일정 이상 상승하게 되면 개폐되어 내부의 압력을 조절하는 수단 및 상기와 같은 구성 요소 전반을 제어하는 제어부를 기본적으로 포함하고, 이러한 벨로우즈를 수축·이완시키는 수단에 의해 벨로우즈가 수축과 이완을 하게 되면 설정한 양만큼의 가스가 공급된다.

환자의 호흡시 내부의 압력이 일정 이상 상승하면 개폐되어 가스 공급기에서 들어오는 일정한 양의 가스 유입량에 비례하여 잉여 가스를 외부로 배출하고 환자에게 가스가 공급될 시 안전을 위하여 설정 이상의 압력이 가해졌을 경우 외부로 가스를 배출시키는 것이다.

전술한 압력조절 수단은 환자의 호기시 벨로우즈가 가스를 공급하기 위해 수축되는 경우 가스 공급로 내의 압력이 증가하면 증가된 압력을 저하시키기 위해 외 부로 가스를 배출한다.

환자의 흡기시에는 벨로우즈가 수축하게 되고, 이에 따라 가스 공급기에서 공급된 가스는 가스 공급로 따라 환자에게 흡입된다. 반면, 환자의 호기시에는 벨로우즈가 이완하게 되고, 이에 따라 환자의 호기 가스는 가스 공급로를 통해 벨로우즈의 내부로 유입된다.

한편, 다시 환자의 흡기시에는 벨로우즈 내부의 가스가 가스 공급로를 통해 가스 공급기에서 새로이 들어오는 가스와 혼합되어 가스 공급로를 통해 환자에게 호흡된다.

전술한 바와 같이 작용 관계에서 환자의 호기시 벨로우즈가 가스를 공급하기 위해 수축되는 경우가 발생하여 가스 공급로 내의 압력이 증가하면 증가된 압력을 저하시키기 위해 솔레노이드 밸브가 열려 가스를 배출하게 된다.

한편, 환자의 흡기시 벨로우즈가 이완되는 경우가 발생하여 가스 공급로 내의 압력이 일정 이하로 저하되면 외기를 유입되게 한다.

이러한 벨로우즈를 이용한 기존의 인공 호흡기에 있어, 호흡관 내부의 압력 조절이 벨로우즈의 수축 및 이완으로 이루어지므로, 압력 변화에 대한 벨로우즈의 응답 속도가 느리고, 호흡 변화에 대한 호흡관 내부의 압력 변화를 표시할 수 없는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 창작된 것으로서, 그 목적은 호흡기 중앙에 설치된 스크린 캡의 양측에서 얻어진 압력 및 부피를 기 초로 호흡 유량을 계측을 계측한 후 그 계측 결과에 따라 호흡관의 압력을 제어함으로써, 호흡 변화에 대한 압력의 응답 속도가 빠르고, 호흡 변화에 따른 흡기 및 배기 동작 특성을 신속하고 빠르게 사용자에게 인식시킬 수 있는 인공 호흡기의 호흡 유량 계측 장치 및 방법을 제공하고자 하는 것이다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 제1 관점에 있어 인공 호흡기의 호흡 유량 계측 장치는,

호흡관에 흐르는 유량을 계측하고, 계측 결과에 따라 호흡관 내부의 압력을 조절하는 인공호흡기에 있어서,

상기 호흡관의 중간에 설치된 스크린 캡의 양측으로부터 공급된 압력을 감지하는 압력 센서와,

상기 스크린 캡이 설치된 통로의 단면적을 감지하는 위치 센서와,

상기 압력 센서와 위치 센서로부터 공급된 압력 차 및 단면적을 통해 부피를 산출하고 산출된 압력 및 부피를 기초로 호흡관의 내부 압력을 조절하기 위한 제어 신호를 발생하고, 상기 압력 및 부피에 대응되는 호흡관의 내부 압력 변화를 화면에 표시하도록 처리하는 마이크로 프로세서를 포함하고,

상기 마이크로 프로세서는 상기 압력 센서와 위치 센서로부터 공급된 압력 차 및 단면적을 통해 부피를 산출하여 부피 연산부와, 상기 부피 연산부의 부피 정보 및 압력 센서의 압력 정보를 일시 저장하는 메모리부와, 상기 부피 연산부로부터 공급되는 압력 및 부피에 따라 호흡 유량을 산출하고 산출된 호흡 유량에 따른 호흡관 내부의 흡기 및 배기 압력을 조절하기 위한 제어 신호를 발생하며 압력 정 보 및 부피 정보에 대응되는 호흡관 내부의 압력 변화를 화면에 표시되도록 처리하는 제어부를 포함한다.

또한, 본 발명에 따른 인공 호흡기의 호흡 유량 계측 장치는, 호흡관의 가스 성분 중 산소량을 검출하여 호흡관의 가스 성분을 조절하기 위해, 호흡관에 포함된 산소량을 감지하는 산소 센서를 더 포함한다.

또한, 본 발명의 제2 관점에 따른 인공 호흡기 제어 방법은,

a) 스크린 캡의 양측 압력을 감지하여 압력 차 정보를 연산하는 단계;

b) 상기 스크린 캡에 설치된 호흡관의 단면적을 감지하는 단계;

c) 상기 a) 단계의 압력 차 정보와 상기 b) 단계의 단면적 정보를 이용하여 부피 정보를 산출하는 단계;

d) 상기 a) 단계의 압력 정보 및 상기 c) 단계의 부피 정보를 통해 호흡관 내부의 호흡 유량을 계측하여 호흡관의 흡기 및 배기 압력을 조절하기 위한 제어 신호를 발생하는 단계; 및

e) 상기 d) 단계의 압력 정보 및 부피 정보에 대응되는 호흡관 내부의 압력 변화를 화면에 표시되도록 처리한 후 화면에 표시하는 단계로 구비하고,

또한, f) 상기 d) 단계의 압력 정보 및 부피 정보와 계측된 호흡 유량 값과 계측된 호흡 유량 값를 근거로 호흡관의 흡기 및 배기 압력 조절 상태를 저장하는 단계를 더 포함한다.

본 발명에 의하면, 스크린 캡의 양측으로부터 공급되는 압력과 스크린 캡이 설치된 통로의 단면적으로부터 산출된 부피를 기초로 호흡관 내부의 흡기 및 배기 유량을 측정하고, 압력 및 부피 정보에 대응되는 상기 호흡관 내부의 압력 변화를 화면에 표시함으로써, 간단하고 신속하게 호흡 변화에 대한 응답 속도를 향상시킬 수 있고, 압력 및 부피 정보에 대응되는 상기 호흡관 내부의 압력 변화를 화면으로 표시하여 사용자에게 인식시킬 수 있게 된다.

이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 인공 호흡기에 대하여 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 인공 호흡기의 호흡 유량 계측 장치의 구성을 보인 도로서, 본 발명에 따른 인공 호흡기의 호흡 유량 계측 장치는, 도 1에 도시된 바와 같이, 호흡관의 중앙에 설치되는 스크린 캡(11: screen cap)과, 스크린 캡(11)의 양측에 설치되는 압력 센서(13)와, 스크린 캡(11)이 설치되는 위치의 단면적을 감지하는 위치 센서(15)로 구비되는 감지부와, 상기 감지부의 출력측에 접속되는 마이크로 프로세서(30)와, 상기 마이크로 프로세서(30)의 출력측에 접속되는 표시부(50)로 구비된다.

상기 스크린 캡(11)은 상기 호흡관으로 흐르는 공기의 유선을 안정시키는 그물망 형태를 가진다.

상기 마이크로 프로세서(30)는 수신된 감지부(10)의 압력 정보 및 단면적 정보를 디지털 신호 변환한 후 디지털 데이터의 압력 정보 및 단면적 정보에 따라 부피 정보를 산출하는 부피 연산부(31)와, 상기 부피 연산부(31)의 부피 정보 및 압력 정보로 산출된 압력 차 정보를 일시 저장하는 메모리부(33)와, 상기 부피 연산 부(31)의 부피 정보 및 압력 차 정보를 기초로 호흡관 내부의 유량을 측정하고, 그 측정 결과에 따라 호흡관의 흡기 및 배기 압력을 제어하는 제어 신호를 발생하고, 상기 압력 및 부피 정보에 대응되는 흡기 및 배기 압력 변화를 화면에 표시하도록 처리한 후 상기 표시부(50)로 공급하도록 제어하는 제어부(35)를 포함한다.

상기 표시부(50)는 제어부(35)의 제어에 의해 처리된 화면을 표시하도록 구비된다.

이와 같이 구비된 본 발명의 실시 예에 따른 인공 호흡기의 호흡 유량 계측 장치에 있어서, 우선, 압력 센서(13), 위치 센서(15)로부터 공급되는 스크린 캡(11)의 양측 압력 정보와 상기 스크린 캡(11)이 장착된 호흡관 위치의 단면적 정보가 상기 마이크로 프로세서(30)에 공급된다.

상기 마이크로 프로세서(30)의 부피 연산부(31)는 수신된 압력 정보 및 단면적 정보를 기초로 부피 정보를 산출한다. 즉, 상기 스크린 캡(11)의 양측 압력 정보(P1, P2)로부터 압력 차(v)를 산출하고, 위치 센서(15)의 단면적 정보(S)와 상기 압력차((v)의 곱은 부피 정보(V)에 비례한다. 따라서, 상기 비례 상수(K)를 이용하면, 상기 부피 정보(V)는 다음 식 1을 만족한다.

부피 정보(V) = K x S x v... 식 1

상기의 과정을 통해 산출된 부피 정보와 압력 정보는 제어부(35)로 공급되고, 상기 제어부(35)는 부피 정보 및 압력 정보를 기초로 호흡관 내부의 호흡 유량을 산출하고, 이 측정된 호흡 유량에 따라 호흡관의 흡기 및 배기 압력을 제어하는 제어 신호를 발생한다. 상기 제어 신호는 솔레노이드 밸브 등의 액츄에이터(미도시 됨)로 공급되어 호흡관의 흡기 및 배기 압력을 제어한다. 이때 상기 부피 정보 및 압력 정보는 메모리부(33)에 일시 저장된다.

한편, 상기 마이크로 프로세서의 제어부(35)는 상기 압력 및 부피 정보에 대응되는 흡기 및 배기 압력 변화를 화면에 표시하도록 처리한 후 상기 표시부(50)로 공급한다.

상기 표시부(50)는 상기 제어부(35)의 제어에 의해 출력된 압력 및 부피 정보에 대응되는 흡기 및 배기 압력 변화를 화면에 표시한다.

본 발명의 실시 예에서는, 압력 및 부피 정보를 이용하여 호흡 유량만을 계측하도록 구비되어 있으나, 호흡 관 내부의 가스 성분을 분석하여 호흡관 가스 성분을 조절하기 위해, 산소 센서를 포함하는 다수의 센서들이 상기 호흡관에 더 구비될 수도 있다.

도 2는 도 1에 도시된 마이크로 프로세서의 동작 과정을 보인 흐름도이다. 상기 마이크로 프로세서(30)는 상기 압력 센서(13)로부터 공급되는 스크린 캡((11)의 양측 압력을 수신하여(단계 101) 두 압력 센서(13) 간의 압력 차 정보를 산출한다(103).

한편, 상기 마이크로 프로세서(30)는 상기 위치 센서(15)로부터 공급된 상기 스크린 캡(11)이 설치된 위치의 호흡관의 단면적을 수신하고(단계 105), 수신된 호흡관의 단면적과 상기 단계(103)으로부터 산출된 압력차 정보로부터 부피를 연산한다(단계 107),

상기 압력 차 정보 및 부피 정보를 기초로 산출된 호흡관의 호흡 유량에 따 라 호흡관 내부의 압력을 조절하기 위한 제어 신호를 발생한다(단계 109). 상기 제어 신호에 따라 호흡관 내부의 흡기 및 배기의 압력이 조절된다.

상기 마이크로 프로세서(30)는 상기 단계(103)의 압력 차 정보와 단계(107)의 부피 정보를 마이크로 프로세서(30)의 메모리부(33)에 저장한 후(단계 111), 상기 압력차 정보 및 부피 정보에 대응되는 호흡관 내부의 압력 변화를 화면에 표시되도록 처리하여 표시부(50)를 통해 표시한다(단계 113).

이상 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 인공 호흡기의 호흡 유량 계측 장치 및 방법은, 호흡 유량을 압력 및 부피를 통해 측정되므로, 호흡 유량에 대한 측정이 정확하고, 호흡 유량의 측정이 소프트웨어적으로 이루어지므로, 호흡관 내의 상태 변화에 대한 호흡관 압력 변화의 응답 속도가 빠르고, 부피 및 압력에 대응되는 호흡관 내부의 압력 변화를 화면으로 표시할 수 있는 효과를 얻는다.

이와 같이 본 발명이 속하는 기술 분야의 당업자는 본 발명의 그 기술적 사상이나 필수적 특징으로 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로, 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며, 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허 청구범위 의해 나타내어지며, 특허 청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

Claims (5)

1. 호흡관에 흐르는 유량을 계측하고, 계측 결과에 따라 호흡관 내부의 압력을 조절하는 인공호흡기에 있어서,

   상기 호흡관의 중간에 설치된 스크린 캡의 양측으로부터 공급된 압력을 감지하는 압력 센서와,

   상기 스크린 캡이 설치된 통로의 단면적을 감지하는 위치 센서와,

   상기 압력 센서와 위치 센서로부터 공급된 압력 차 및 단면적을 통해 부피를 산출하고 산출된 압력 및 부피를 기초로 호흡관의 내부 압력을 조절하기 위한 제어 신호를 발생하고, 상기 압력 및 부피에 대응되는 호흡관의 내부 압력 변화를 화면에 표시하도록 처리하는 마이크로 프로세서를 포함하는 것을 특징으로 하는 인공호흡기의 호흡 유량 계측 장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 마이크로프로세서는,

   상기 압력 센서와 위치 센서로부터 공급된 압력 차 및 단면적을 통해 부피를 산출하여 부피 연산부와,

   상기 부피 연산부의 부피 정보 및 압력 센서의 압력 정보를 일시 저장하는 메모리부와,

   상기 부피 연산부로부터 공급되는 압력 및 부피에 따라 호흡 유량을 산출하고 산출된 호흡 유량에 따른 호흡관 내부의 흡기 및 배기 압력을 조절하기 위한 제 어 신호를 발생하며 압력 정보 및 부피 정보에 대응되는 호흡관 내부의 압력 변화를 화면에 표시되도록 처리하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 인공호흡기의 호흡 유량 계측 장치.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 호흡관의 가스 성분 중 산소량을 검출하여 호흡관의 가스 성분을 조절하기 위해, 호흡관에 포함된 산소량을 감지하는 산소 센서를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 인공호흡기의 호흡 유량 계측 장치.
4. a) 스크린 캡의 양측 압력을 감지하여 압력 차 정보를 연산하는 단계;

   b) 상기 스크린 캡에 설치된 위치의 호흡관의 단면적을 감지하는 단계;

   c) 상기 a) 단계의 압력 차 정보와 상기 b) 단계의 단면적 정보를 이용하여 부피 정보를 산출하는 단계;

   d) 상기 a) 단계의 압력 정보 및 상기 c) 단계의 부피 정보를 통해 호흡관 내부의 호흡 유량을 계측하여 호흡관의 흡기 및 배기 압력을 조절하기 위한 제어 신호를 발생하는 단계; 및

   e) 상기 d) 단계의 압력 정보 및 부피 정보에 대응되는 호흡관 내부의 압력 변화를 화면에 표시되도록 처리한 후 화면에 표시하는 단계로 구비하는 것을 특징으로 하는 인공호흡기의 호흡 유량 계측 방법.
5. 제4항에 있어서, f) 상기 d) 단계의 압력 정보 및 부피 정보와 계측된 호흡 유량 값과 계측된 호흡 유량 값를 근거로 호흡관의 흡기 및 배기 압력 조절 상태를 저장하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 인공호흡기의 호흡 유량 계측 방법.

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