KR20070108241A - 공기 팽창식 매트리스 구성을 유지하기 위한 시스템 및방법 - Google Patents

Abstract

환자의 지지 및 안락함을 충족하는 공기 팽창식 매트리스 구성을 유지하기 위한 시스템 및 방법이 제공된다. 적외선 조사 레벨들이 개별적 또는 그룹별 팽창된 매트리스 챔버들 내에서 측정된다. 적외선 센서들 사이의 혼선을 막기위해 챔버들 및 영역들을 모니터링하는 데 있어서 교차 조사 방법이 수행된다. 제어기 네트워크 프로토콜들을 이용하는 네트워크 구성에 구축된 분배 마이크로 프로세서 제어기들은 조립 시스템에 필요한 배선과 연결부들을 줄인다. 재봉 및/또는 RF 웰딩과 같은 다양한 매트리스 쿠션 구조 기술들이 특정한 형태들의 IR 반투명, 투명, 또는 반사 물질을 이용하여 개개의 챔버를 생성하기 위해 사용된다. 시스템의 쿠션들 및 공기 주머니들의 구조는 필요한 크고 작은 공기 손실 품질을 가진 다양한 형식을 가진 직물들의 사용을 포함한다. 제어 시스템들 및 이러한 제어 시스템들과 관련한 방법론들을 포함하는 전체 매트리스 조립체는 지속적으로 안락한 환자 지지면을 유지하는 독특한 방법을 제공한다. 시스템을 프로그래밍하고 시스템의 작동에 대한 정보를 다운로딩하는 소형 장치의 사용이 또한 예상된다. 매트리스의 머리, 몸통, 및 발 쿠션 구성품들과 관련한 특정한 쿠션 구조 설계들이 본 발명의 제어 성능들(센서들 및 공기 흐름 레귤레이터들)을 이용해 특정적으로 작동하도록 수행된다.

공기 팽창식 매트리스, 매트리스 챔버, 적외선 교차 조사, 네트워크 프로토콜, 쿠션 구조 설계

Description

공기 팽창식 매트리스 구성을 유지하기 위한 시스템 및 방법{System and method for maintaining air inflatable mattress configuration}

본 발명은 치료용 침대와 매트리스 시스템 및 그 시스템들의 기능을 유지시키는 방법에 관한 것이다. 더욱 상세하게는, 본 발명은 네트워크 센서 및 제어 모듈들을 적절히 배치하여 공기 팽창식 매트리스의 구성 및 특성을 제어하기 위한 향상된 시스템들 및 방법들에 관한 것이다.

의료 장비에 사용되는 공기 팽창식 매트리스와 관련하여 많은 문제점들이 있다. 이러한 공기 매트리스들은 치료를 위한 목적으로 설계되고 침대에 의한 종기 발생 및 장기간 침대에 누워 있음으로 해서 생기는 그와 유사한 악영향을 줄이기 위해 매트리스 내에서 공기압을 변화시키는 제어 시스템들뿐만 아니라 크고 작은 공기 손실 직물 덮개를 포함한다. 일반적인 공기 매트리스는 환자를 충분히 고정시킬 정도로 견고해야 하는 한편, 충분한 연성과 탄성을 가지고 있어 환자에게 편안함을 제공해야 한다. 그리고 치료를 위해 공기 매트리스 내의 압력을 변화시키면, 매트리스 전면에 걸친 매트리스 베이스에서부터 환자를 들어올리는 것이 힘들어질 수도 있다. 만약, 어떤 이유에서든 환자가 더 딱딱한 매트리스 베이스가 구비된 매트리스 면에 접촉한다면, "보토밍(bottoming)"이라는 바람직하지 않고 불편한 결과 를 초래할 것이다.

치료용 매트리스 등의 팽창 상태를 유지하도록 설계된 제어 시스템은 매트리스 전면에 걸쳐 환자의 무게에 의해 가해지는 전체 평균 힘과 더불어 환자가 매트리스 면의 어떤 단일점에 가할 수도 있는 힘에 있어서의 의미있는 변화도 고려해야한다. 한 점의 힘은 환자가 침대에 올라가거나 내려가면서 환자의 손 또는 발, 팔꿈치 또는 무릎을 매트리스의 한 점에 가할 때 발생한다. 일반적으로, 팽창 가능한 매트리스 내의 압력 측정과 밀접한 관계를 가지는 제어시스템은 다양한 상황에서 환자의 "보토밍"을 막을 수 없다.

매트리스의 구성을 유지하기 위해 팽창 가능한 격실의 수를 증가시키는 시도들이 있었는데, 이 격실들 중 어느 하나가 부분적으로 큰 힘을 받더라도 이웃하는 격실이 환자를 지탱하여 "보토밍" 발생을 막을 수 있다. 격실의 수를 증가시킨 매트리스의 문제점은 각각의 격실이 팽창시스템에 따로따로 연결되어야 하고 적용될 수 있는 제어 전자공학에 의해 따로따로 모니터링되어야 한다는 것이다. 이러한 매트리스들은 일반적으로 각각 팽창할 수 있도록 매트리스의 길이를 따라 뻗어 있는 광범위하고 복잡한 공기도관들, 전기도관들 및 팽창식 플랫폼(platform)을 구비하는 제어 시스템들을 포함한다. 이러한 시스템들의 크기, 비용, 복잡성, 및 유지관리는 모두 중요한 고려 대상이 되고 있다.

System and Methods for Mattress Control in Relation to Patient Distance(양수인 KCI Licensing, Inc.)이라는 제목으로 Wise 등에게 양도된 미국 특허 번호 6,560,804는 환자와 팽창식 공기 매트리스 상에 있는 기준점 사이의 거 리를 감지하고 모니터링하며 이러한 거리 변화에 기초한 공기 공급을 제어하는 시스템 및 방법을 설명한다. 환자의 거리를 제어하기 위한 장치는 헤테로다인 근접 검파기, 힘반응 거리 감지기, 및 광반응 감지기를 포함한다. 미국 특허 번호 6,560,804의 개시된 전체 내용은 본 명세서에서 상호 참조로서 포함된다.

환자에게 편안함을 제공하기 위해 특정한 높이에서 공기 팽창식 매트리스의 팽창을 유지하는 다양한 다른 시도가 있어 왔다.

본 발명에 따른 시스템은 환자를 충분히 지지하고 편안함을 제공하는 공기 팽창식 매트리스 구성 유지를 위해 전체 시스템 및 방법을 함께 제공하는 다양하고 독특한 시스템 특성 및 각각의 요소들을 포함한다. 독특한 본 발명의 전체 시스템과 더불어, 종래 기술에서 나타난 문제점들을 해결하고 시스템과 관련된 독특한 추가적인 구성품들, 요소들, 및 방법론들이 또한 존재한다. 일반적으로, 다음의 개시된 내용은 본 발명에 있어서 하기의 독특한 특성들 및 요소들에 초점을 맞출 것이다.

(1) 개개의 챔버 또는 그룹(group)으로 이루어진 챔버에서의 적외선 조사.

(2) 적외선 센서들 사이에서 혼선을 줄이기 위해 번갈아 작용하는 방들과 영역들에 대한 상호 교차 조사 및 모니터링.

(3) 조립 시스템에 필요한 배선과 연결부들을 줄이기 위해 네트워크 프로토콜을 이용하는 네트워크 구성 상에 구축된 분산형 마이크로 프로세서 제어기들의 사용.

(4) 특정한 형식의 IR 반투명, 투명, 또는 반사 물질을 이용하는 개개의 챔버들을 형성하기 위한 재봉 및/또는 RF 웰딩(welding)과 같은 다양한 쿠션 및 공기 주머니 구조 기술의 사용.

(5) 매트리스 시스템 내의 다양한 구성품들의 구조에서 낮은 공기 손실 품질을 가지는 고어텍스(Gortex) 형식의 직물 사용.

(6) 제어 시스템들, 이러한 제어 시스템들과 관련한 방법론, 및 적절한 팽창 형태의 유지를 향상시키는 전체적인 능력을 포함하는 전체 매트리스 조립체.

(7) 데이터의 업로드와 다운로드, 시스템 프로그래밍, 및 시스템 작동에 대한 정보의 다운로드를 위한 소형 무선 통신 장치의 사용.

(8) 시스템의 센서 및 제어부의 작동을 증진하는 매트리스의 머리 쿠션부, 몸통 쿠션부, 및 발 쿠션부와 관련된 특정한 쿠션 구조 설계들.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 공기 흐름부, 공기 흐름 도관, 및 공기 흐름 연결부들을 개략적으로 도시한 블록도.

도 2는 본 발명의 전체 시스템에 대한 주 전자 신호 연결부뿐만 아니라 주 공기 흐름 연결부들 둘 다를 개략적으로 도시한 블록도.

도 3은 본 발명의 매트리스 블록도 및 센서 신호부를 상세하게(시스템 레벨) 도시한 전자 개념도.

도 4는 본 발명의 매트리스 제어기 및 이와 관련한 드라이버들 및 입력부들을 상세하게(시스템 레벨) 도시한 전자 블록도.

도 5는 본 발명의 스텝퍼(stepper) 밸브 제어기(쿠션 제어) 부분들을 상세하게(시스템 레벨) 도시한 전자 블록도.

도 6은 본 발명의 매트리스 시스템의 제어기 중간층의 하면을 도시한 사시도.

도 7은 본 발명의 매트리스 시스템의 제어기 중간층의 하면을 도시한 평면도.

도 8은 본 발명의 시스템에 대한 매트리스 제어기 덮개를 상세하게 도시한 사시도.

도 9는 본 발명의 시스템에 대한 스텝퍼 밸브(쿠션) 제어기 덮개를 상세하게 도시한 사시도.

도 10A 및 도 10B는 본 발명의 시스템에 대한 몸체 쿠션 매트리스부를 도시한 사시도(상면 및 하면).

도 11A 및 도 11B는 본 발명의 시스템에 대한 발 쿠션 매트리스부를 도시한 사시도(상면 및 하면).

도 12A 및 도 12B는 본 발명의 시스템에 대한 머리 쿠션 매트리스부를 도시한 사시도(상면 및 하면).

도 13은 IR 반사면들의 배치를 보여주는 본 발명의 시스템에 대한 몸체 쿠션 매트리스부의 다른 실시예를 도시한 분해 사시도.

도 14는 본 발명의 시스템에 대한 IR 수신기/송신기(즉, 센서/에미터(emitter))부를 자세하게 도시한 평면도.

도 15는 본 발명의 시스템에 대한 매트리스, 센서, 및 제어부를 개략적으로 도시한 단면도.

도 16은 종래의 병원 침대 프레임에 장착한 본 발명의 시스템을 도시한 사시도.

도 1에 도시된 개략도를 참조하여 본 발명의 시스템에 대한 개요에 대해 논의한다. 시스템의 이러한 개요에서, 매트리스 구성품들은 시스템의 다양한 제어 구성품들과 관련되고 상호 연결되어 도시된다. 다양한 실시예에서, 송풍기 상자(10)는 흡입구에서 먼지 필터(14)와 결합된 송풍기 팬(12) 및 시스템의 도관들을 지나가기 전에 압력 변환기(16)와 결합되어 히터부(18)를 지나가는 출구를 포함할 수 있다. 송풍기 상자(10)의 출구는 동일한 커넥터 장치(아래에 더 상세히 설명됨) 안에 있는 전기 연결부(미도시)뿐만 아니라 공기 연결부의 매니폴드와 결합하는 호스 커넥터(20)을 통과하여 설치된다. 다양한 실시예에서, 호스 커넥터(20)는 단품 또는 여러부품을 가진 커넥터일 수 있고 스프링, 래치(latch) 등의 다양한 부품들을 포함할 수 있다. 호스 커넥터(20)는 분배 블록(22)과 짝을 이루어 연결되는데, 분배 블록은 세 개의 분리된 도관을 통해 송풍기 상자(10)로부터 공기 흐름을 분배한다. 제 1 도관(24)은 몸체 쿠션(30)과 관련된 두 개의 비례 제어 밸브(26, 28)에 연결된다. 제 2 도관(32)은 발 쿠션(42)과 관련된 비례 제어 밸브(38, 40)뿐만 아니라 머리 쿠션(36)과 관련된 비례 제어 밸브(34)에 연결된다. 언급된 비례 제어 밸브들 각각은 신속 배기 커넥터(44)를 이용해 해당하는 쿠션에 연결된다.

머리 쿠션(36)은 아래에 상세히 설명된 바와 같이 단일 챔버 장치(예를 들어, 단일 팽창식 챔버)이다. 단일 챔버는 신속 배기 커넥터(44)에 의해 비례 제어 밸브(34)로 연결된다. 몸체 쿠션(30)은 치료를 목적으로 압축 공기 챔버를 번갈아 작용시키는 상호 배치된 챔버를 가진 다중 챔버 장치(예를 들어, 이중 팽창식 챔버)이다. 두 개의 분리된 챔버는 신속 배기 커넥터(44)에 의해 각각의 비례 제어 밸브(26, 28)에 연결된다. 발 쿠션(42)은 몸체 쿠션(30)과 거의 같은 구조의 다중 챔버 장치(예를 들어, 이중 팽창식 챔버)이고 신속 배기 커넥터(44)에 의해 비례 제어 밸브(38, 40)에 각각 연결된 두 개의 상호 배치된 챔버에 결합된다. 본 발명의 시스템에 있어서 쿠션 구성품의 각각의 특수한 구조는 아래에 더 상세히 설명된다.

본 발명의 기본 구조와 기능의 일부를 형성하는 머리 쿠션(36), 몸통 쿠션(30), 및 발 쿠션(42)의 공기압 제어에 대해 아래에서 보다 더 상세하게 설명된다. 그러나, 일반적으로 이러한 세 개의 쿠션 구성품은 디지털 신호 네트워크에 의해 서로 연결될 뿐만 아니라 컴퓨터 실행 명령, 예를 들어, 치료를 위한 공기 팽창 압력 및 요법들을 가진 프로그램 명령들 및/또는 알고리즘들을 포함하는 마이크로 프로세서 또는 마이크로 제어기의 작동 하에서 비례 제어 밸브의 전자 제어 및/또는 송풍기 속도 제어에 의해 팽창된 상태로 유지된다.

다양한 실시예에서, 제 3의 공기 도관이 제공될 수 있다. 도 3에 도시된 실시예와 같이, 제 3의 공기 도관을 포함하는 실시예에서, 공기 도관은 분배 블록(22)에서 나와 본 발명의 매트리스 시스템과 관련한 남아있는 공기 주머니들에 공기를 보낸다. 이러한 공기 도관(46)은 두 개의 도관(48, 50)으로 갈라지는 데, 도관(48)은 회전 공기주머니들(54, 56)을 번갈아 팽창시키거나 수축시키는 스텝퍼 작동 방향 제어 밸브(52)로 간다. 방향 제어 밸브(52)는 스텝퍼 모터(51)에 의해 작동된다. 공기는 방향 제어 밸브(52)로부터 CPR 스위치(61)에 의해 모니터링되는 수동 CPR 배기 블록(62)을 통과하는 두 개의 도관(58, 60)을 통해 분배된다. 각각의 도관들(58, 60)이 각각의 회전 공기주머니(54, 56)에 연결될 때, 압력 변환기(64, 66) 및 신속 배기 커넥터(44)와 결합한다. 회전 공기주머니(54, 56)는 일반적으로 번갈아 팽창하고 회전 제어 밸브(52)에 의해 제어되어 환자를 한 쪽에서 다른 쪽으로 회전시키는 식으로 하나의 회전 공기주머니가 팽창하고 다른 회전 공기주머니가 수축한다. 아래에 상세하게 설명되는 바와 같이, 회전 공기 주머니는 매트리스 시스템을 따라 길이 방향을 가지기 때문에 이러한 회전이 가능하다.

도 1을 다시 참조하여, 다양한 실시예에서, 공기 도관(46)에 의해 분배 블록(22)으로부터 연장된 공기 도관(50)은 작동 솔레노이드(68)를 통과한 후 CPR 배기 블록(62)을 통과할 수 있다. 공기 도관(50)은 배기 블록(62)으로부터 연속하여 압력 변환기(70) 및 신속 배기 커넥터(44)를 통과하고 MRS(mattress replacement system) 공기주머니(72)를 팽창시키도록 한다. MRS 공기 주머니(72)에는 솔레노이드(74)에 의해 대기압의로의 벤트(vent)가 구비된다. 다양한 실시예에서, 발포 쿠션 또는 매트리스가 사용될 수 있고 MRS(72) 및 이와 관련한 구성품과 대체가능하다. 이러한 실시예에서, 예를 들어, 공기 도관(50)과 같은 구성품은 삭제할 수 있다.

위에서 설명한 송풍기 상자(10)는 본 발명의 매트리스 시스템이 놓이는 침대의 발판에 장착된 사용자 인터페이스 장치에 일반적으로 결합된다. 이러한 사용자 인터페이스 장치에는 시스템 프로그래밍 및 작동과 관련된 몇몇 전자 장치들, 예를 들어 CAN(controller area network) 노드들 및 그 외 회로가 포함된다. 도 2를 참조하여 본 발명의 시스템과 관련한 제어 구성품의 개요를 설명하고 도 1과 관련해서 위에서 설명한 전체적인 공기 역학적 도면이 부분적으로 반복된다. 도 2에서, 왼쪽 회전 공기주머니(54), 오른쪽 회전 공기주머니(56), 발 쿠션(42), 몸통 쿠션(30), 머리 쿠션(36), 및 MRS 공기 주머니(72)에 궁극적으로(이 도면에서 도시되지 않은 다양한 다른 매니폴드 커넥터를 관통하기는 하지만) 팽창 공기를 제공하는 기능을 하는 송풍기 팬(12)을 포함하는 송풍기 상자(10)가 다시 도시된다. 송풍기 상자(10)에 도시된 전기 연결부들은 데이터 I/O 장치(101), 예를 들어 바람직한 실시예에서 터치스크린 기능을 가진 LCD 디스플레이를 포함하는 UDI(user data interface), GUI(graphical user interface) 등의 연결부뿐만 아니라 송풍기 팬(12)으로부터 나온 공기를 데우는 기능을 하는 히터(18)를 작동시키는데 필요한 전력을 포함한다. 또는, 사용자 인터페이스(100)에서 나온 전기/전자 연결부들은 전력 연결부(102) 및 커뮤니케이션 연결부(104)를 포함하는 것으로 도시된다. 앞서 나타난 바와 같이, 이러한 전기/전자 연결부들은 위에서 논의된 바와 같은 호스 커넥터 조립체(20)를 통해 유지되어 송풍기 상자에서 매트리스 조립체로 가는 전기/전자 연결부를 형성한다.

매트리스 조립체(105) 자체는 사용자 인터페이스(100)로부터 전력 및 커뮤니 케이션 신호 둘 다를 수신하는 매트리스 제어기(106)와 결합한다. 같은 전력 및 커뮤니케이션 배선들은 본 발명의 매트리스 시스템의 세 개의 쿠션 구성품 각각에 관련된 스텝퍼 밸브 제어기들에 차례로 릴레이된다. 이러한 제어기들은 "네트워크 노드들"로서 구축되고 스텝퍼 밸브 제어기(108)(발 쿠션(42)과 관련된), 스텝퍼 밸브 제어기(110)(몸통 쿠션(30)과 관련된), 및 스텝퍼 밸브 제어기(112)(머리 쿠션(36)과 관련된)를 포함한다. 각각의 이들 스텝퍼 밸브 제어기들은 쿠션의 팽창을 통제하는 제어 밸브들뿐만 아니라 각각이 붙어있는 쿠션과 관련한 적외선 수신기 둘 다에 직접적으로 연결된다. 예를 들어, 스텝퍼 밸브 제어기(108)는 적외선 수신기(114)로부터 신호를 받아 밸브(38, 40)을 제어하여 발 쿠션(42)의 적절한 팽창을 유지한다. 또한, 스텝퍼 밸브 제어기(110)는 제어 밸브(26, 28)뿐만 아니라 적외선 수신기(116, 118, 120, 및 122)와 관계하고 각각의 적외선 수신기는 몸통 쿠션(30)과 관계한다. 마지막으로, 스텝퍼 밸브 제어기(112)는 머리 쿠션(36)과 각각 관계하는 적외선 수신기(124) 및 제어 밸브(34)와 연결된다. 이렇게 얽힌 제어기의 네트워크 구조로 인해 다른 쿠션 구조 및 기능에서 요구될 수 있는 바와 같이 커넥터(113)에 추가적으로 제어기들을 설치하는 것이 가능하고, 그 제어기들을 스텝퍼 밸브 제어기들(108, 110, 112)을 포함한 다양한 지점에 위치시킬 수 있다.

도 2를 참조하여, 좌측 회전 공기주머니(54) 및 우측 회전 공기주머니(56)는 도 2의 점선으로 도시된 방향 제어 밸브(52)의 프로그램된 작동에 의해 매트리스 제어기(106)로부터 각각 제어된다. 또한, MRS 공기 주머니(72)의 팽창은 MRS 클램프(clamp) 솔레노이드(68) 및 MRS 벤트(vent) 솔레노이드(74)의 프로그램된 작동을 이용한 매트리스 제어기(106)에 의해 제어된다. 바람직한 실시예에서, 회전 공기주머니들이 앞서 설명한 회전 기능을 다양하게 수행하는 동안 전체 매트리스 시스템을 견고하게 유지하기 위해 MRS 공기 주머니가 다양한 방식으로 팽창될 수 있다. 앞서 논의된 바와 같이, 몇몇 실시예에서, 발포형 쿠션 또는 매트리스가 적용되어 매트리스 제어기가 발포 매트리스를 제어할 필요가 없을 수도 있다.

다양한 실시예에서, 매트리스 제어기는 많은 다른 구조를 가질 수 있다. 예를 들어, 매트리스 제어기는 여기에서 논의된 바와 같이 MRS 공기 주머니를 이용하는 실시예에서 MRS 벤트 솔레노이드를 포함할 수 있다. 도 3을 참조하여, 본 발명의 매트리스 시스템에 대한 제어 중간층의 제어기 네트워크가 더 상세하게 도시된다. MRS 벤트 솔레노이드(74) 및 MRS 클램프 솔레노이드(68)뿐만 아니라 회전 공기주머니들과 관련한 스텝퍼 작동 방향 제어 밸브(52)에 직접적인 제어 연결부들을 갖는 매트리스 제어기(106)가 도시된다. 또한, 매트리스 제어기(106)는 각각의 적외선 송신기들(130, 132, 134, 136, 138, 140)(바람직한 실시예에서 여섯개)에 전력을 공급(및 조사)하는 기능을 한다. 이러한 IR 송신기들은 바람직한 실시예에서 IR LED(light emitting diode)들이고 지정된 3 KHz 신호주파수에서 일제히 작동하며, 다른 주파수들은 고려중에 있다. 매트리스 제어기(106)는 각도 센서 입력(142), 온도 센서 입력(144), 및 측면 레일 위치 센서 입력(146)으로부터 입력 신호 데이터를 또한 수신한다. 수동 CPR 스위치(148)는 앞서 설명한 CPR 배기 블록(62)과 관련한다. 압력 입력 연결부(150)는 앞서 설명한 압력 게이지(16)로부터 나온 공기 역학적 공기압 측정을 수신한다.

다양한 실시예에서, 매트리스 제어기(106)는 전력 전압 리턴 라인뿐만 아니라 네트워크 송수신 신호 라인을 포함하는 네트워크 연결부(152)를 위한 기본 네트워크 노드를 형성한다. 이러한 네트워크 연결부(152)는 네트워크 노드(108, 110, 112)로서 앞서 언급된 각각의 스텝퍼 밸브 제어기들을 통해서 분배된다. 로컬 네트워크 상의 노드들로서 다시 작용하는 이러한 마이크로 제어기들은 발 쿠션(42), 몸통 쿠션(30), 및 머리 쿠션(36)과 각각 관련된 적외선 수신기(114, 116, 118, 120, 122, 124)에서부터 나온 입력을 각각 수신한다. 이러한 각각의 제어기들은 차례로 작동하여 앞서 설명된 비례 제어 밸브에 연결된 스텝퍼 모터를 제어한다. 이러한 스텝퍼 모터들은 발 쿠션(42)의 제어 밸브(40)와 관련한 스텝퍼 모터(126), 발 쿠션(42)의 제어 밸브(38)와 관련한 스텝퍼 모터(128), 몸통 쿠션(30)의 제어 밸브(28)와 관련한 스텝퍼 모터(130), 몸통 쿠션(30)의 제어 밸브(26)와 관련한 스텝퍼 모터(132), 및 머리 쿠션(36)의 제어 밸브(34)와 관련한 스텝퍼 모터(134)를 포함한다.

각각의 스텝퍼 밸브 제어기들(108, 110, 112)은 매트리스 제어기(106)의 네트워크 연결 또는 사용자 인터페이스 장치(100)에 다시 연결되는 것에 의존하지 않고 이들 각각의 쿠션에 대한 적절한 팽창을 독립적으로 유지할 수 있는 프로그램된 제어기들이다. 각각의 스텝퍼 밸브 제어기는 아래에서 상세히 설명되는 바와 같이 CAN(controller area network) 프로토콜에 따라 네트워크 노드로서 작용한다. 이러한 네트워크 구조는 그렇지 않을 경우 매트리스 쿠션에 의한 "보토밍"을 야기할 수 있는 환자의 움직임에 반응할 때에도 전체로서의 시스템의 작동을 향상시키는 기능 을 하고 매트리스 시스템 구성품들의 적절한 팽창에 대한 고효율의 유지 관리를 제공한다. 본 발명의 도시된 바람직한 실시예들에서 각각의 마이크로 제어기들은 H8/3687N 형식의 마이크로 제어기 IC 또는 그 동등물에 의해 만족될 수 있다.

다양한 실시예들에서, 네트워크 구조는 다양한 CAN 노드들, 구성들, 및 프로토콜들을 포함할 수 있다. 몇몇 실시예들에서 각각의 스텝퍼 밸브 제어기들 및 다른 제어기들(예를 들어, 그 중에서도 매트리스 제어기 및 다양한 밸브 제어기들)은 지정된 어드레스(address) 점퍼들에 의해 네트워크 상의 노드들로서 각각 취급될 수 있다. 다른 실시예들에서 노드들은 동적으로 어드레스될 수 있다. 몇몇 실시예들에서 CAN 노드들은 특정한 순서로 연결될 수 있고 특정한 순서로 어드레스될 수 있다. 예를 들어, 일 실시예에서, CAN 노드들은 다음의 순서로 연결될 수 있다: GUI(네트워크 슈퍼바이저(supervisor)), BC(blower controller), MC(mattress controller), FVC(foot valve controller), BVC(body valve controller), 및 HVC(head valve controller). 다양한 제어기들은 같은 기능 또는 다른 기능들을 가진 유사한 제어기들을 포함할 수 있고 앞서 설명한 것들에만 국한되지 않는다는 것은 해당 기술 분야의 당업자에게는 명백하다. 예를 들어, 송풍기 제어기는 송풍기, 팬, 또는 압축된 유체의 다른 소스(source)로부터 나온 공기 흐름률을 제어하는 제어기를 포함할 수 있다. 다양한 실시예들에서, 동적 어드레싱(addressing)은 모든 노드들이 동적 어드레싱을 준비하도록 하는 GUI 노드에 의해 네트워크 상에 보내진 브로드캐스트(broadcast) 메세지를 이용해서 시작할 수 있다. 하나의 노드가 이러한 메세지를 수신했을 때, 그 노드는 노드 식별 메세지를 이용해 응답하는데, 이것 은 각각의 보드(board) 형식에 주어진 식별 번호이다. 예를 들어, 다양한 실시예들에서 BC 노드는 1의 식별 번호를 가질 수 있고, MC 노드는 2의 식별 번호를 가질 수 있으며, VC 노드는 3의 식별 번호를 가질 수 있다. GUI 노드는 식별 번호를 되돌려 주는 각각의 노드에 네트워크 어드레스를 할당한다. 몇몇 실시예들에서, 연속 파워업 시퀀스(sequential power-up sequence)는 또한 동적 어드레싱 과정에 의해 수행될 수 있다. 예를 들어, 몇몇 실시예들에서, 동적 어드레싱이 시작될 때, 전력이 GUI 노드, BC 노드, MC 노드, 및 FVC 노드에 공급될 수 있다. BC 노드, MC 노드, 및 FVC 노드가 전력을 공급 받고 어드레스를 받은 후, FVC 노드는 전력을, 네트워크 상에서 어드레스가 없는 유일한 VC(valve controller) 노드인 BVC 노드에 릴레이한다. GUI는 이 노드와 다른 VC 노드를 구별할 수 있을 것이다. 어드레스를 받은 BVC 노드는 네트워크 상에서 어드레스가 없는 유일한 VC 노드인 HVC 노드에 전력을 릴레이한다. HVC가 어드레스를 받았을 때, 네트워크는 정상 사용 상태가 된다.

도 4는 마이크로 제어기 및 제어기와 관련한 다양한 입력들 및 출력들에 대한 마이크로 제어기의 연결을 보여주면서 매트리스 제어기(106)에 대해 더 상세하게 도시한다. CPR 스위치 연결부들(148), 각도 센서 연결부(142), 온도 센서 연결부(144), 공기 역학적 압력 센서 연결부(150), 및 측면 레일 센서 입력들(146)은 O/G 입력들에 포함된다. 도 4에 도시된 매트리스 제어 회로는 마이크로 제어기 및 각각의 부속 구성품들의 작동에 전력을 공급하는 전압 레귤레이터(160)와 또한 결합된다.

마이크로 제어기(106)의 출력들은 앞서 논의된 바와 같이 일제히 적외선 송신기들에 전력을 공급하고 구동시키는 3 KHz 파형 드라이버(162)를 포함한다. 마이크로 제어기는 MRS 벤트 솔레노이드 및 클램프 솔레노이드를 관리하기 위한 솔레노이드 드라이버들(164, 166)을 제어하는 출력 신호들을 또한 포함한다. 마지막으로, 마이크로 제어기(106)는 회전 공기 주머니들을 팽창시키고 수축시키는 스텝퍼 작동 방향 제어 밸브를 제어하기 위한 스텝퍼 모터 드라이버(168)를 작동시킨다. 앞서 언급한 바와 같이, 연결된 마이크로 제어기(106)는 CAN 상에 노드를 형성하고 매트리스 제어기 장치는 CAN 네트워크 프로토콜 회로(170) 및 CAN 트랜스시버 회로(172)를 유지한다.

다양한 실시예들에서, 스텝퍼 제어기는 많은 다른 구성들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 몇몇 실시예들에서, 스텝퍼 제어기는 하나 이상의 스텝퍼 드라이버 회로를 포함할 수 있다. 다른 실시예들에서, 스텝퍼 제어기는 필터링, 버퍼링, 및 게인(gain)을 위한 회로를 포함할 수 있다. 스텝퍼 제어기의 몇몇 실시예들에서, 제어기로부터 나와 하나 이상의 바람직한 기능에 기반될 수 있는 회로가 포함되거나 생략될 수 있다. 도 5에 도시된 실시예는 일반적인 스텝퍼 밸브 제어기의 상세한 도면을 나타낸다. 이 도면은 본 발명의 매트리스 시스템의 바람직한 실시예에서 세 개의 쿠션들 각각에 관련해서 위치한 세 개의 스텝퍼 밸브 제어기 중 하나의 일반적인 예를 나타낸다. 네 개의 IR 센서와 관련한 네 개의 입력 데이터 신호를 이용하는, 몸통 쿠션과 관련한 스텝퍼 밸브 제어기(110)가 이 예에서 사용된다. 마이크로 제어기(110)의 입력들은 도시된 바와 같은 각각의 적외선 센서들로부터 버퍼링 되고 필터링된 입력들을 포함한다. 마이크로 제어기에 의해 적절하게 모니터링되도록 버퍼/필터 회로(180, 182, 184, 186)는 각각의 IR 센서로부터 나온 아날로그 신호들을 조절한다. 스텝퍼 밸브 제어기는 전압 레귤레이터(202)에 또한 결합되어 제어기 회로의 구성품에 전력을 공급한다.

마이크로 제어기(110)(각각의 스텝퍼 밸브 제어기에서와 같이)에서부터 나온 출력들은 특정한 스텝퍼 밸브 제어기를 조절하는 두 개의 비례 제어 밸브의 스텝퍼 드라이버 회로들(188, 190)을 위한 출력 신호들을 포함한다. 이러한 드라이버들은 마이크로 제어기가 두 개의 비례 제어 밸브의 조건이나 상태에 대해 피드백을 명령하도록 하는 전류 모니터링 시스템(192, 194)을 통해 작동한다. 앞서 나타난 바와 같이, 각각의 마이크로 제어기 노드들은 네트워크 상에서 다른 제어기 노드들과 구별되도록 설정하는 어드레스 구성 회로(196)를 가진다. 각각의 마이크로 제어기 회로는 네크워크 전체에 걸쳐 커뮤니케이션을 유지하는 CAN 트랜스시버 회로(200) 및 CAN 프로토콜 회로(198)를 또한 포함한다.

CAN(controller area network)은 원래 자동차에 적용하기 위해 1980년대 초에 개발된 시리얼 버스(serial bus) 시스템이다. CAN 프로토콜은 1993년에 ISO 11898-1로서 국제적으로 표준화되었고 일곱 개의 레이어 ISO/OSI 기준 모델 중 데이터 링크 레이어(layer)를 포함한다. 다양한 반도체 제조자로부터 하드웨어 형태로 사용가능한 CAN은 두 개의 커뮤니케이션 서비스인 메세지 전송(데이터 프레임 전송) 및 메세지 요청(원거리 전송 요청, RTR)을 제공한다. CAN 회로는 특정한 프로그래밍없이 에러 시그널링(signalling) 및 잘못된 프레임들의 자동 재전송과 같 은 다른 모든 서비스들을 자동적으로 수행하게 된다.

CAN 제어기는 프린터 또는 타자기와 비교될 수 있는데 CAN 사용은 본 적용에서처럼 의사소통할 언어/문법 및 말/단어를 정의해야만 한다. 그러나, CAN은 다중 마스터 체계를 제공하는데, 이것은 앞서 언급한 바와 같이 본 발명의 팽창 유지 대상물의 작동에 있어서 중요한 특성이 있는 여분의 지능형 시스템을 구축하도록 한다. 하나의 네트워크 노드가 손상되더라고 그 네트워크는 여전히 작동할 수 있다. CAN은 송신기가 버스 상에서 모든 장치에 정보를 동시에 전달할 수 있는 브로드캐스트 커뮤니케이션을 또한 제공한다. 따라서, 본 발명의 사용자 인터페이스를 통한 프로그래밍은 시스템 전체를 통한 요법 변경에 영향을 줄 수 있는 방식으로 CAN 상의 각각의 제어기 노드들에 분배될 수 있다. 모든 수신 장치들은 메세지를 읽고 그 메세지가 그 수신 장치들과 관련이 있는 지를 결정한다. 이것은 시스템 내의 모든 장치들이 같은 정보를 사용하기 때문에 데이터 보전성(data integrity)을 보증한다. CAN은 또한 정교한 에러 검출 메카니즘들을 제공하고 잘못된 메세지들을 재전송한다.

도 6 및 도 7을 참조하여 앞서 확인되고 논의된 다양한 제어 구성품들의 물리적 배치들을 설명한다. 도 6 및 도 7은 본 발명의 매트리스 시스템에 결합된 제어 중간층의 하면을 각각 도시하는 사시도와 평면도이다. 이러한 도면들은 매트리스 시스템을 뒤집어서 MRS 공기 주머니 및 회전 공기주머니들을 제거했을 경우 도시된 바와 같이 지정된 구성품들의 위치들을 반영한다(이러한 전체적인 구조는 아래 도 15에서 더 상세하게 설명된다). 제어기 중간층은 본 발명의 다양한 제어 구 성품들이 위치한 발포 코어(212)를 둘러싸고 있는 연성벽을 가진 덮개(210)로 주로 구성된다. 매트리스 제어기(106)는 스텝퍼 밸브 제어기들(108, 110, 112)처럼 도시된 바와 같이 위치한다. 스텝퍼 밸브 제어기들은 각각의 담당 쿠션 구성품에 근접하도록 위치한다. 하나를 제외한 모든 IR 송신기들이 일제히 적절한 위치에 서로 연결된 채로 도시되어 있다. 도 6 및 도 7에서 IR 송신기들(132, 134, 136, 138, 140)이 적절한 위치에 도시되어 있다. 제어기(106) 상의 한 쪽에 송신기의 위치를 잡도록 위치한 IR 송신기 창(131)을 보여주기 위해 IR 송신기(130)는 제거되었다.

도 6 및 도 7에는 IR 센서들이 제어 중간층의 반대쪽에 더욱 상세하게 도시되어 있다. 개개의 쿠션들 속의 IR 센서 창들은 아래에 더욱 상세하게 설명된다. 각각의 발, 몸통, 머리 쿠션 구성품들과 관련하여 위치한 센서 창들(115, 117, 119, 121, 123, 125)이 도 6 및 도 7에 도시되어 있다. 머리 쿠션과 관련된 공기 흐름 입구 커넥터들(214), 몸통 쿠션과 관련된 커넥터들(216, 218), 및 발 쿠션과 관련된 커넥터들(220, 222)이 적절한 쿠션 구성품들과 또한 관련되어있다. 공기 흐름을 세 개의 더 작은 도관으로 분리해서 분배하고 이어서 쿠션들 및 매트리스 구성품들에 분배하는 단일 대형 공기 흐름 호스(미도시)를 수용하도록 위치한 매니폴드(22)가 도시되어있다. 도 6 및 도 7에서 모든 공기 흐름 도관들은 명료한 이해를 위해 제거되었다. 매니폴드(22)에서부터 두 개의 공기 흐름 도관이 스텝퍼 밸브 제어기(108, 110, 112)와 연결되어 매트리스 쿠션들에 필요한 공기 흐름을 제공한다. 제 3의 공기 흐름 도관이 매니폴드(22)에서부터 매트리스 제어기(106)로 연결되는데, 여기서 필요한 공기 흐름이 앞서 설명된 바와 같이 회전 공기주머니들 및 주 MRS 공기 주머니에 제공된다.

도 6 및 도 7에서 다양한 제어 구성품들 사이의 대부분의 전기/전자 연결부들 또한 명료한 이해를 위해 제거되었다. 예외적으로, 중간층의 한 변을 따라 각각의 IR 송신기들을 함께 연결하는 두 개의 배선을 가진 연결부는 도시되어 있다. 정상 작동에서 제 6 IR 송신기(130)가 창(131) 위에 위치할 것이고 또한 도시된 두 개의 배선을 가진 회로에 연결될 것이다. 도 2를 참조로 하여 앞서 언급한 바와 같이 구성품들 사이의 추가적인 전기/전자 연결부들이 존재할 것이다. 더욱이, 도 3 내지 도 5에 걸쳐 도시되고 설명된 바와 같이 제어기 덮개 내의 배선 접속된 네트워크 연결부들이 또한 존재할 것이다.

도 8을 참조하여 매트리스 제어기(106) 및 덮개를 간략히 설명한다. 다양한 전자장치 및 전자기계 제어장치들이 매트리스 덮개 제어기에 포함된다. 공기 흐름 소스는 도관(46)에 의해 도관(48) 및 도관(50)에 공기를 공급한다. 도관(48)은 스텝퍼 모터(51)에 의해 구동되는 스텝퍼 작동 방향 제어 밸브(52)에 공기 흐름을 제공한다. 스텝퍼 작동 방향 제어 밸브(52)는 회전 공기주머니들에 도관 연결부(58, 60)를 통해 필요한 공기 흐름을 제공한다.

도관(50)은 덮개로부터 MRS 공기 주머니로 가는 공기 흐름을 교대로 조절하는 솔레노이드 밸브(68) 및 벤트 관통 솔레노이드 밸브(74)에 공기 흐름을 제공한다. 방향 제어 밸브(52)뿐만 아니라 각각의 솔레노이드 밸브(68, 74)는 앞서 설명한 제어기 회로(매트리스 제어기에 대한)가 제공되는 PC 보드(230)에 전기적으로 연결된다. 마이크로 제어기 IC는 PC 보드(230) 상에 또한 위치하여 전체적으로 제 어기 코어를 형성한다. 앞서 논의된 전기/전자 연결부들은 명료한 이해를 위해서 도 8에서 일반적으로 도시되지 않았지만, 포트들을 통해서 덮개 안으로 들어가는데, 어떤 것들은 덮개의 측면들에 도시된 바와 같이 수밀 구조를 가진다. 리드(lid)(미도시)로 인해 유체들이 벽을 가진 덮개에 일반적인 상황에서는 전혀 새어들어올 수 없게 된다.

도 9를 참조하여 매트리스 제어기와 함께 작동하고 앞서 설명된 바와 같이 매트리스 쿠션들에 조절된 공기 흐름을 제공하는 스텝퍼 밸브 제어기들의 대표적인 예를 간략히 설명한다. 도 9에서, 시스템의 몸통 쿠션(30)의 요구 사항에 맞는 기능을 하는 스텝퍼 밸브 제어기(110)가 일 예로서 도시되었다. 나머지 두 개의 스텝퍼 밸브 제어기들은 구조에 있어서 동일하거나 도시된 예의 작동 구성품의 반을 포함하는 것으로 이해된다. 도 9에서, 스텝퍼 모터 구동 비례 제어 밸브(26, 28)가 도시되어 있다. 상기 장치로 가는 공기 흐름 소스가 덮개의 한 쪽 매니폴드(22)에서부터 나오는 소스를 나타내는 "22 로부터"에 도시되어있다. 제어 밸브들로부터 나오는 공기의 흐름은 덮개의 마주보는 면들 상에 있는 지정된 커넥터들에 의해 몸통 쿠션(30)으로 향한다. 각각의 제어 밸브들(26, 28)은 제어기 회로가 제공되는 PC 보드(240)에 전기적으로 연결된다. 여기서 다시 덮개 안과 덮개의 들어오고 나오는 부분 둘 다에 있는 전기/전자적 연결부들(배선들)은 명료한 이해를 위해 생략되어 있다. 밸브 작동을 제어하는 것은 시스템의 작동과 관련한 전체 밸브 노이즈를 줄이려는 노력으로 밸브들의 개폐율을 모니터링하는 것을 포함한다. 게다가, 스텝퍼 모터들의 제어는 제어 신호의 에러 체크에 의한 전류의 모니터링과 관련한다. 세 개의 스텝퍼 밸브 제어기 덮개들 내의 PC 보드들은 근본적으로 동일하고 설치 시 동적으로 어드레스될 때 네트워크 상에서 구분된다. 시스템 네트워크의 분배 프로세싱 구조때문에, 진보적으로 시스템 상의 각각의 노드들/제어기들에 전력을 공급하고 활성화시키는 것은 가능하다. 이것은 시스템의 초기 작동 및 이후의 유지관리를 크게 향상시킨다. 진단 작동 모드 또한 분배된 네트워크의 이러한 측면들을 향상시킨다.

이제 도 10 내지 도 13을 참조하여 본 발명의 매트리스 대체 시스템과 관련한 쿠션들의 구조 및 구성을 설명한다. 도 10A 및 도 10B는 본 발명의 시스템 몸통 쿠션(30)의 일반적인 구조를 도시한다. 앞서 도 1에 도시된 바와 같이, 몸통 쿠션은 일반적으로, 침대에 누워만 지내는 환자를 위한 종래의 치료방법으로서 쿠션에 번갈아 파동 공기 흐름을 제공하도록 두 개의 상호 배치된 챔버로 구성된다. 이러한 챔버들은 쿠션 전체에 걸쳐 평행한 일반적인 상자 모양의 채널들을 포함하는 구조를 가진다. 몸통 쿠션(30)의 상면이 도 10A에 도시되고 상호 배치된 채널들의 구성이 도시된 직물의 이은 자리들에 의해 나타난다. 공기 흐름 입구 커넥터들(216, 218)이 도 10B(쿠션의 하면)에 도시되어 있는데 여기서 공기 흐름 입구 커넥터들은 정렬되어 앞서 논의된 제어 중간층 상의 이들 각각의 연결부들과 연결된다.

몸통 쿠션(30)은 해당 기술 분야에 일반적으로 알려진 바와 같이 공기 팽창 시스템에 대한 공기 흐름 "출구"를 제공하는 다양한 고 및/또는 저 공기 손실 직물들에서 선택하여 구성된다. 쿠션은 "뒤집힌 상태의" 재봉 기술을 이용해 일반적으로 구성된 후 이은 자리의(도 10A에 도시된) 초기의 개구부를 통해 "겉면이 나오도 록"한다. 본 발명의 매트리스 쿠션들은 앞서 나타낸 바와 같이 재봉될 수 있고 해당 기술 분야에서 알려진 바와 같이 RF(radio frequency) 웰딩에 의해 형성될 수도 있다. 완성된 쿠션은 매트리스 대체 시스템 덮개 재료 상에 있는 지정된 지퍼 구성품들(또는 유사한 부착 수단)에 의해 매트리스 대체 시스템의 자기 위치에 유지된다.

도 11A 및 도 11B는 발 쿠션(42)의 구조를 개시하는데, 몸통 쿠션(30)처럼, 두 개의 상호 배치된 챔버로 구성된다. 공기 흐름 커넥터들(220, 222)이 도 11B(쿠션의 하면)에 도시되어 있다. 발 쿠션(42)를 위한 구조 기술은 몸통 쿠션(30)에 대해 앞서 설명한 것과 동일하다.

도 12A 및 도 12B는 몸통 쿠션(30) 및 발 쿠션(42)의 구조와는 다른 머리 쿠션(36)의 구조를 개시한다. 머리 쿠션(36)은 번갈아 수행되는 챔버 가압 요법을 하도록 설계되지 않고, 따라서 도 12B(쿠션의 하면)에 도시된 바와 같은 단일 공기 흐름 입구 커넥터(214)를 구비한 단일 챔버 구조를 가진다. 평행한 "채널들"은 역시 재봉 또는 합체되어 평평한 쿠션 구조를 유지하는 도 12A에 도시된 것과 같은 쿠션이 되지만, 이러한 "채널들" 사이에는 내부 공기 흐름이 제공되어 통합된 내부 챔버를 이룬다.

도 13을 참조하여 IR 센서를 이용해 쿠션에 대한 IR 조사 측정을 향상시키기 위해 IR 반사면을 통합하는 쿠션 내부 구조의 한 가지 방식을 간략히 설명한다. 예를 든 이러한 쿠션 구조에서, 쿠션(250)은 명료한 이해를 위해 도면에서 분리되어 도시된 직물 상자 덮개(256) 및 상면(252)으로 만들어진다. 이러한 구조에서 구분 되는 중요한 특성은 쿠션 사이에 형성된 상자 모양의 채널들의 특정한 내부면들 상에 있는 IR 반사면(254a, 254b, 254c(해당 기술 분야에서 다양하게 알려진))의 배치이다. 이러한 식으로, 쿠션의 분리된 부분들은 IR 조사의 핵심이 되고(이로 인해, 시스템은 더 큰 팽창을 요구할 수 있는 쿠션의 일부를 더 잘 확인하게 된다), 쿠션의 IR 조사된 부분 사이의 혼선을 막는데 도움이 된다. 이러한 특성들은 아래에서 더욱 상세하게 논의되는 IR 센서들의 적절한 폴링(polling) 형식으로 결합되는 경우, 수정된 팽창 압력들을 필요로 할 수도 있는 쿠션 부의 더 정밀한 지시를 제공하게 된다. 도 13에 도시된 쿠션의 챔버 구조가 도 10 내지 도 12에 도시된 챔버 구조와 다소 다름에도 불구하고 상자 모양 채널들의 내부벽들에 전략적으로 위치한 IR 반사면의 원리는 용이하게 적용될 수 있다.

도 14는 본 발명의 시스템에 대한 대표적인 IR 송신기/센서 장치를 상세하게 도시한 평면도이다. IR 장치의 설계 대상은 IR 송신기로서 또는 IR 센서로서 기능하도록 구성될 수 있는 단일 구조체이다. 제어 중간층 덮개 재료(210) 내에 있는 창(135) 위로 위치하도록 도시된 IR 송신기(134)가 도 14에서 일 예로 사용된다. 송신기(134)는 중간층 덮개의 재료에 재봉될 수 있고 웰딩될 수 있는 유연한 폴리머 시트 재료(폴리 우레탄과 같은)로 구성된 포켓(260)에 위치한다. 포켓(260)은 IR 송신기(134)를 유지시키고 위치시킬만한 크기이다. 마감 재료(262)는 장치를 유지시키는 포켓(260)의 입구 전체에 걸쳐서 위치한다. IR 송신기 자체 구조가 바람직한 실시예에서 일반적으로 방수 덮개를 가진 것처럼 마감 수단(262)이 방수 될 필요는 없다. 후크(hook) 및 고리 형식의 재료로 마감 수단(262)을 적절하게 구성 할 수 있다.

IR 송신기/센서(134)는 관련된 쿠션 챔버로 향하는 IR 조사를 위해 적어도 한 면이 투명한 사출 성형된 딱딱한 플라스틱 덮개를 포함할 수 있다. IR LED(274) 및/또는 IR 센서(276)가 위치하는 PC 보드(272)가 딱딱한 플라스틱 덮개 내에 위치한다. 다양한 IR 광원들(일반적으로 고체 상태의 LED 장치들) 및 IR 센서들은 상업적으로 이용가능하고 본 발명의 시스템과 함께 사용하기에 적절하다. 바람직한 실시예에서 사용되는 IR 센서들과 관련한 회로는 이들 출력의 선형 영역(일반적으로 포화영역)에서 센서들을 작동하도록 구성되고 센서를 선형 영역에 두는 자동 게인 조절과 결합한다. 이러한 식으로, 조사 레벨들과 센서 출력 사이의 더 정밀하고 직접적인 관계가 이루어진다. 이러한 접근은 이전 접근들에서 놓칠 수 있는 모니터링되는 매트리스 쿠션 챔버의 더 작은 움직임들(조사 레벨에서 더 작은 변화들)에 대해 특히 중요하다.

더욱이, 수신되고 모니터링되는 IR 주파수 밴드를 짧게 하는 본 발명의 바람직한 실시예에서 광학 필터들이 사용되어진다. 이러한 밴드폭이 좁아짐으로 해서 광학 자동 게인 조절은 센서들을 앞서 설명한 바와 같이 그 출력의 선형 영역에 두게 한다.

앞서 설명된 IR 송신기들을 구동하기 위한 시스템의 회로가 장치들을 일제히 구동함에도 불구하고 대안적인 방법으로, 챔버들 사이의 "혼선" 효과를 좀 더 피하도록 뱅크(bank) 별로 송신기들을 구동하고 대응하는 센서들을 폴링(polling)할 수도 있다. 동시에 인접한 챔버들로 향하는 센서/송신기 쌍들의 동시 폴링을 피하는 것은 이러한 혼선(하나의 송신기로부터 나온 빛은 다른 송신기/센서 쌍에서 나온 센서에 의해 픽업된다)을 감소시키거나 없애는 역할을 할 것이다.

도 15를 참조하여 본 발명의 시스템이 팽창 챔버 내에서 IR 조사 측정을 이용하여 챔버 높이의 감소로 그 높이를 다시 올리기 위한 팽창 압력이 언제 증가되는 지를 구하는 방식을 설명한다. 도 15는 본 발명의 시스템 공기 주머니 구성품들의 층을 이룬 배열을 또한 설명한다. 매트리스 대체 시스템의 작동 원리들이 원래의 장치 제조를 위한 설계를 즉시 바꿀 수 있음에도 불구하고 기존의 병원 침대 구조물들 등에 위치시키고자 한다. 대체가능한 환경에서 시스템은 시스템 덮개(210)에 의해 부분적으로 둘러싸여 있는 MRS 공기 주머니(72)를 포함한다. 회전 공기 주머니들(54, 56)은 덮개(210)에 의해 또한 감싸져 있고, 바람직한 실시예에서, 덮개(210)에 통합된 보조 덮개들 내에서 또한 위치하고 유지된다. 다양한 공기 주머니들, 제어 구성품들, 케이블들, 및 공기 흐름 도관들을 위치시키고 유지시킬 필요가 있기 때문에 덮개(210) 내에 다양한 구획들 및 보조 덮개들이 형성될 수 있다. 이러한 구획들은 함께 재봉되거나 웰딩될 수 있거나 지퍼 또는 후크 및 고리 부착 면들을 이용해 서로 탈부착이 가능한 재질부들로 구성될 수 있다. 재봉되어 덮개로 들어가고 버클들 및 타이(tie)들에 의해 단단히 묶인 끈들이 시스템의 다양한 구성품들을 제자리에 위치시키고 유지하도록 또한 이용될 수 있다.

도 15에는 매트리스 시스템의 중간을 지나 침대 상의 한 면에서 다른 면으로 절단된 시스템의 제어 중간층의 단면이 또한 도시된다. 이 위치에서, 쿠션의 한 쪽에 위치한 IR 송신기(134) 및 맞은 편에 위치한 IR 센서(118)를 구비한 몸통 쿠 션(30)이 도시된다. 스텝퍼 밸브 제어기(108)(몸통 쿠션(30)의 팽창을 담당하는)와 같이 매트리스 제어기(106)(IR 송신기들을 구동하는 회로를 유지하는)가 도시된다. 발포 중간층 코어 재질(212)이 또한 단면도로 도시된다. 대체 매트리스 시스템과 관련하여 침대에 위치하는 바와 같이 시스템의 외부 구성품들, 즉 디스플레이(101)를 구비한 송풍기 상자(10) 및 주 공기 흐름 도관(280)이 점선으로 도시된다.

IR 센서 시스템의 작동은 단순히 조준된 IR 빔 선 상에서 챔버 내의 조사 레벨을 측정하도록 구성된다. 따라서 IR 송신기 및 IR 센서의 방향은 서로 마주보지 않고 오히려 전체적인 챔버를 향한다. 도 15에 도시된 쿠션(30)(쿠션(30)의 하나 이상의 침대를 가로지르는 상자 모양의 채널) 내에서 빛의 경로는 챔버 내에서 IR의 방향, 분산, 및 내부 반사 및 IR 센서의 수신 상태를 나타낸다. 이것으로부터 쿠션의 상부 평면의 매우 미미한 변화들이 어떻게 센서에서 수신된 조사 레벨의 감소를 야기할 것인지를 알 수 있다. 팔꿈치 또는 다른 좁게 집중된 압력이 쿠션의 바깥면에 가해지는 경우에 일어날 수 있는 것과 같이 평면에서의 의미있는 변화들은 센서에서 수신되는 전체 조사 레벨에서 더욱 의미 심장한 변화를 야기할 것이다. 이런 식으로 표면 이동 정도 및 "보토밍"의 위험에 대한 더 정밀한 판단이 이루어질 수 있다. 따라서, 앞서 설명된 제어기들 및 공기 팽창 밸브들에 대한 그것들의 직접적인 연결뿐만 아니라 IR 센서들의 뱅크에 대한 그것들의 직접적 연결은 매트리스 시스템의 어떤 특정한 부위에서의 증가된(또는 감소된) 팽창 압력들에 대한 더 즉각적이고 적절한 반응을 제공하도록 구성된다.

마지막으로 도 16을 참조하여 본 발명의 시스템이 표준 병원 침대 등에 위치 될 수 있는 방식을 간략히 설명한다. 도 16에서 침대(290)는 본 발명의 송풍기 상자 덮개(10)가 놓여지는 발판 패널(284)을 구비하는 구조이다. 일반적인 매트리스가 놓이는 것과 같은 방식으로 침대(290) 상에 위치한 매트리스 대체 시스템(282)이 도시된다. 클램프(286)는 송풍기 상자가 발판 패널(284)에 유지 고정되도록 조절가능하게 송풍기 상자(10)에 연결된 딱딱한 패널이다. 송풍기 상자 덮개(10)는 침대에 붙이거나 떨어지기 용이하게 하는 인간 공학적인 손잡이(288)에 결합된다. 주 공기 흐름 도관은 송풍기 상자(10)를 매트리스 시스템(282)의 중간층과 관련한 매니폴드(22)(도 16에서는 도시되지 않음)에 연결시킨다. 앞서 언급한 바와 같이, 송풍기 상자 및 제어 중간층 안에 있는 필수적인 전기/전자 케이블들 및 연결부들은 추가적인 연결부들을 필요없도록 하기 위해 주 공기 흐름 도관 구조 안으로 결합된다. 바람직한 실시예에서, 공기 흐름 도관(280)은 시스템의 밸런스(balance)로부터 송풍기 상자를 신속하게 분리할 수 있는 신속 분리 커플링(281)을 포함한다. 전력 코드(292)는 본 발명의 시스템에 있는 모든 전기 전자 구성품들을 구동하는데 필요한 AC 전력을 공급한다.

다양한 제어기 장치들이 시스템에 결합되어 근접(저전력) RF 신호를 이용해 커뮤니케이션하도록 구성될 수 있는 무선 데이터 통신 장치(296)가 도 16에 또한 도시된다. 다양한 캘리브레이션들(calibration), 요법들, 파라미터 설정들과 같은 것들이 본 시스템의 마이크로 제어기들에 프로그램될 필요가 있을 수 있음을 인지할 경우, 다양한 제어기들의 설정을 변경하는 수단을 제공하는 이러한 근접 데이터 통신 장치들을 이용하는 것은 유익하다. 도 8 및 도 9에 도시된 제어기 덮개들과 관련하여 설명된 PC 보드들은 근접 휴대용 장치를 이용하여 이러한 데이터를 앞뒤로 전송하도록 하는데 필요한 무선 통신 트랜스시버 회로를 포함할 수 있다. 본 발명의 바람직한 실시예에서 사용되는 네트워크 프로토콜(CAN 프로토콜)은 휴대용 장치를 네트워크 상에 분리된 식별 노드로 만듦으로서 무선으로 또한 이용될 수 있다. 그렇게 되면 휴대용 장치는 개개의 제어기들에 프로그램된 파라미터들을 재설정하도록 작동할 수 있고/또는 IR 센서들에 의해 측정된 쿠션 움직임뿐만 아니라 모니터된 다양한 압력 및 온도 변화에 반응하여 시간에 대한 제어기의 성능과 관련한 이력 데이터를 수신하거나 다운로드할 수 있다.

본 발명이 상기 바람직한 실시예들과 관련하여 설명되었음에도 불구하고 이러한 설명들이 단순히 본 발명을 한정하는 것으로 해석되어서는 안된다. 특정한 종래의 환자 지지 구조물들 또는 병원용 침대 구조물들에 적합할 수 있는 본 발명의 변경은 해당 기술 분야의 당업자들에게는 명백하다. 기존의 침대 구조물들에 부합하는, 크기, 심지어 구성과도 관련된 이러한 변경들은 본 발명의 사상과 범위를 벗어나지 않는다.

Claims (10)

1. 복수개의 팽창 가능한 챔버를 포함하는 매트리스;

   상기 복수개의 팽창가능한 챔버의 일 면에 근접해서 위치한 복수개의 송신기;

   상기 복수개의 팽창가능한 챔버의 일 면에 근접해서 위치한 복수개의 수신기; 및

   서로 커뮤니케이션하고 상기 복수개의 송신기 및 복수개의 수신기들과 커뮤니케이션하는 복수개의 CAN(controller area network) 노드를 가지는 네트워크를 포함하는 것을 특징으로 하는 환자의 지지를 제어하는 환자 지지 시스템.
2. 제1항에 있어서,

   상기 네트워크는 동적 어드레싱(addressing) 시스템을 포함하는 것을 특징으로 하는 환자의 지지를 제어하는 환자 지지 시스템.
3. 제2항에 있어서,

   상기 동적 어드레싱 시스템은 연속 파워업(sequential power-up) 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 환자의 지지를 제어하는 환자 지지 시스템.
4. 제1항에 있어서,

   상기 매트리스의 복수개의 팽창 가능한 챔버들은:

   제 1 팽창 가능한 챔버를 가지는 머리부;

   제 3 팽창 가능한 챔버와 상호 배치되는 제 2 팽창 가능한 챔버를 가지는 몸통부; 및

   제 5 팽창 가능한 챔버와 상호 배치되는 제 4 팽창 가능한 챔버를 가지는 발부를 포함하고, 여기서 각각의 머리부, 몸통부, 및 발부들은 그 각각과 연결되는 적어도 하나의 제어 밸브를 가지는 것을 특징으로 하는 환자의 지지를 제어하는 환자 지지 시스템.
5. 제4항에 있어서,

   상기 복수개의 송신기 중 하나는 상기 복수개의 수신기 중 하나와 쌍을 이루고, 상기 쌍들 중 적어도 하나는 적어도 하나의 팽창가능한 챔버와 연관되고, 각각의 쌍들은 상호 교차 구성으로 빛 에너지를 전송하고 수신하도록 구성되고, 상기 상호 교차 구성에 의해 인접하는 챔버들의 쌍들이 빛 에너지를 실제적으로 같은 시간에 전송하고 수신하지 않도록 교번하는 챔버들의 각 쌍들이 빛 에너지를 실제적으로 같은 시간에 전송하고 수신하는 것을 특징으로 하는 환자의 지지를 제어하는 환자 지지 시스템.
6. 제1항에 있어서,

   상기 환자 지지 시스템은 상기 매트리스의 복수개의 팽창 가능한 챔버 및 상 기 네트워크와 커뮤니케이션하는 압축 유체 소스(source)를 더 포함하며, 상기 소스는 상기 복수개의 수신기 중 적어도 하나에 의해 수신된 데이터에 따라 상기 복수개의 팽창 가능한 챔버의 팽창을 제어하도록 작동 가능한 것을 특징으로 하는 환자의 지지를 제어하는 환자 지지 시스템.
7. 팽창 가능한 챔버;

   상기 팽창 가능한 챔버의 일 면에 근접해서 위치한 송신기;

   상기 팽창 가능한 챔버의 상기 면에 근접해서 위치한 수신기; 및

   상기 팽창 가능한 챔버에 근접해서 위치하고 상기 송신기 및 수신기와 커뮤니케이션하는 CAN 회로를 가진 밸브 제어기를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
8. 제7항에 있어서,

   상기 장치는 상기 밸브 제어기와 커뮤니케이션하는 압축 유체 소스를 더 포함하며, 상기 소스는 상기 수신기에 의해 수신된 데이터에 따라 상기 팽창 가능한 챔버의 팽창을 제어하도록 작동 가능한 것을 특징으로 하는 장치.
9. 팽창 가능한 챔버에 적외선을 전송하는 단계;

   상기 전송된 적외선을 팽창 가능한 챔버로부터 수신하는 단계;

   CAN(controller area network)에 부분적으로 기초하고, 수신된 적외선의 광 강도와 동적 광 강도 문턱값의 차이가 있는 지를 판단하는 단계; 및

   상기 CAN에 부분적으로 기초하고, 차이점이 존재할 경우 상기 팽창하는 챔버 안으로 들어가는 공기 흐름률을 조절하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
10. 반사하는 내부 및 광 전송부를 가지고, 그 위에 있는 환자를 지지하는 팽창가능한 챔버;

    상기 광 전송부에 근접해서 위치한 적외선 송신기;

    상기 광 전송부에 근접해서 위치한 적외선 수신기; 및

    상기 적외선 송신기 및 상기 적외선 수신기와 커뮤니케이션하고 CAN회로를 가지는 마이크로 제어기를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.

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