KR20160072913A - 좌심방과 좌심실의 혈액공급 및 순환방식을 채용한 압력피드백 제어기반 인공맥상파 시뮬레이터 및 인공맥상파 재현방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 폐쇄순환 혈액공급 및 순환방식을 채용한 인공맥상파 시뮬레이터 및 인공맥상파 재현방법에 대한 것이다. 보다 상세하게는, 인공맥상파 재현 장치에 있어서, 맥유동을 발생시키는 좌심실 모사부; 상기 좌심실 모사부에 유체를 공급하고 폐쇄순환(closed circulation)순환 기능을 갖는 좌심방 모사부; 및 상기 좌심실 모사부에 의해 전달된 맥유동을 압력파형으로 전달하는 맥상파 전달부를 포함하는 것을 특징으로 하는 폐쇄순환 혈액공급 및 순환방식을 채용한 인공맥상파 시뮬레이터에 관한 것이다.

Description

좌심방과 좌심실의 혈액공급 및 순환방식을 채용한 압력피드백 제어기반 인공맥상파 시뮬레이터 및 인공맥상파 재현방법{Radial pulsation simulator with blood circulatory method of left atrium and left ventricle and method for simulating radial pulsation based on pressure feedback}

본 발명은 좌심방과 좌심실의 혈액공급 및 순환방식을 채용한 압력피드백 제어기반 인공맥상파 시뮬레이터 및 인공맥상파 재현방법에 대한 것으로, 특히 심혈관계의 다양한 질환을 표현하는 다양한 맥상파 패턴을 재현할 수 있는 시스템에 관한 것이다.

맥박은 한의학적으로 28가지의 맥으로 분류될 수 있다. 도 1a는 28가지 맥의 종류를 나타낸 표를 도시한 것이다. 혈액이 인체를 순환하면서 측정되는 맥상파는 도 1a에 도시된 바와 같이, 현재 한의학적으로 부맥, 홍맥, 긴맥, 뇌맥, 세맥, 신맥, 대맥, 규맥, 삭맥, 침맥, 실맥, 유맥, 완맥, 동맥, 대맥, 촉맥, 복맥, 미맥, 약맥, 지맥, 장맥, 활맥, 현맥, 혁맥, 삽맥, 허맥, 결맥, 단맥으로 구별될 수 있다.

도 1b는 종래 맥상파 시뮬레이터(1)의 사시도를 도시한 것이고, 도 1c는 종래 맥상파 시뮬레이터(1)의 부분 사시도, 도 1d는 종래 맥상파 시뮬레이터(1)의 일구성인 모형팔(2)의 사시도, 도 1e는 종래 맥상파 시뮬레이터(1)의 모형팔(2)에 유압을 제공하는 공급호스 부분의 부분 사시도를 도시한 것이다. 이 장치는 피스톤과 실린더, 그리고 피스톤을 선형 운동시키는 모터를 활용하여 순환유체를 개회로 제어(Open-Loop Control)를 통해 맥상파를 만들고자 하였다. 하지만, 좌심방의 역할을 해주는 장치가 없어 유체의 순환이 인체와 다른 방식으로 이루어지고, 또한 개회로 제어를 함으로 다양한 심혈관계의 질환을 표현하는 압력패턴은 생성할 수 없다는 문제가 존재한다.

종래, 실제 심장의 혈류와 유사한 형태를 재현시키고자 하는 유압 장치들이 존재한다. 도 2a는 종래 유압식 혈류 구동장치(3)의 사시도를 도시한 것이고, 도 2b는 도 2a의 A부분의 단면도, 도 2c는 도 2a의 B부분의 내부를 나타낸 사시도를 도시한 것이다.

도 2a 내지 도 2b에 도시된, 종래 유압식 혈류 구동장치(3)는 로터리 모터와 슬라이더 크랭크(Slider-Crank) 구조를 이용한 심장모사 펌프로 개발되었으나, 소음과 잔진동이 심하고, 힘과 속도가 연결(Coupled)되어 있어 정밀 변위 제어가 어려워 이 장치 또한 다양한 심혈관계의 질환을 표현하지 못하는 문제점을 가지고 있으며, 볼 체크 밸브(Ball Check Valve)를 사용하여 난류가 발생되는 문제점이 존재한다.

또한, 도 3a는 종래 동맥 훈련 손목기구(4)의 사시도를 도시한 것이고, 도 3b는 종래 동맥 훈련 손목기구(4)의 인공피부와 동맥 튜브가 내장된 손목 모형의 사시도를 도시한 것이며, 도 3c는 종래 동맥 훈련 손목기구(4)의 유압구동장치의 내부를 나타낸 평면도를 도시한 것이고, 도 3d는 도 3c의 C부분의 사시도를 도시한 것이다.

도 3a 내지 도 3d에 도시된 바와 같이, 종래 동맥 훈련 손목기구(4)는 DC 기어드 모터(DC Geared Motor)와 슬라이더 크랭크 구조를 이용한 것으로 동맥혈관을 찾아 주사기를 삽입하는 간호사 트레이닝용으로 개발되었으나, 소음 및 잔진동의 문제가 존재하며, 힘과 속도가 연결(Coupled)되어 있어 정밀 변위 제어가 어려워 또한 다양한 심혈관계의 질환을 표현하지 못하는 문제점을 가지고 있다.

그리고, 도 4a는 종래 유압식 혈류 구동시스템(5)의 구동부(좌측)와 메인 컨트롤러(우측)의 사시도를 도시한 것이고, 도 4b는 종래 유압식 혈류 구동시스템(5)의 구동부와 스텝모터 측의 확대 사시도를 도시한 것이다.

이러한 도 4a 및 도 4b에 도시된 유압식 혈류 구동시스템(5)은 스텝모터와 타이밍벨트 및 리드 스크류를 적용한 것으로 유체의 정밀 토출 및 제어를 위해 개발되어 정밀 변위 및 힘 제어가 가능하고 소음, 진동, 열전달 효과를 최소화하였으나, 유체의 토출속도가 느려 심장의 혈류 등을 모사하기에는 부적합한 단점을 가지고 있다.

혈압계에 내장된 압력지시계(혈압센서)의 불확도를 평가하여 혈압 측정의 신뢰도를 향상시킬 수 있는 시스템의 필요에 따라, 공압으로 인체에서 발생되는 압력 파형의 저장 및 재현 할 수 있는 Non-Invasive Blood Pressure Monitor Analyzer가 FLUKE사에서 개발되었다. 도 5a는 종래 FLUKE 사에서 개발한 공압식 혈압 구동시스템의 내부 구성을 나타낸 사시도를 도시한 것이고, 도 5b는 종래 FLUKE 사에서 제작한 공압식 혈압 구동시스템의 구성을 나타낸 블록도를 도시한 것이다.

또한, 도 6a는 종래 표준과학연구원 질량힘센터에서 제작한 공압식 혈압 구동시스템의 사시도를 도시한 것이고, 도 6b는 종래 표준과학연구원에서 제작한 공압식 혈압 구동시스템의 구성을 나타낸 블록도를 도시한 것이다. 그리고, 도 7a, 도 7b 및 도 7c는 종래 표준과학연구원 의료융합측정표준센터에서 제작한 공압식 혈압 구동시스템의 사시도를 도시한 것이다. 위와 같은 공압식 혈압 구동 시스템은 피스톤을 왕복 운동시켜 공기의 압력진동을 생성하여 사람의 팔에서 발생하는 압력진동을 모사하여 압력계를 교정할 수 있는 비교값을 하는데 사용된다.

그러나, 이러한 공압식 혈압구동시스템은 동맥혈관에서 발생하는 압력진동을 모사하기 위해서 개발된 것이다. 공기는 압축성이기 때문에, 비압축성인 혈액이 흐르며 생성하는 반사파 및 혈류의 느낌을 표현하기에 부적합하여 팔목의 촉진용인 맥상파 재현장치에 적용하기는 적합하지 않은 문제점이 존재한다.

대한민국 등록특허 제0912115호 대한민국 등록특허 제1428532호 대한민국 공개 특허 제2009-0121458호 대한민국 공개 특허 제2005-0117825호 대한민국 등록 특허 제585848호 대한민국 공개 특허 제2014-0109187호 대한민국 공개 특허 제2009-0121459호

상기의 특허문헌을 포함하는 종래의 장치는 피스톤과 실린더, 그리고 피스톤을 선형 운동시키는 모터를 활용하여 좌심실의 기능을 구현하여 맥유동 내지 맥상파를 만들려는 시도를 하였다. 하지만, 사람의 맥유동 내지 맥상파는 좌심실의 기능 뿐 만 좌심방의 기능도 중요하다. 좌심방은 양압과 음압을 교번하여 발생함으로 좌심실로 동맥혈을 보내고 다시 폐정맥으로부터 동맥혈을 공급받는 역할을 하여, 인체 내에서 폐쇄순환(closed circulation)으로 이루어지도록 한다. 종래의 특허문헌에서는 이러한 좌심방의 기능이 배제되어 있어 인체와 유사한 다양한 혈류의 흐름을 만들기가 어려웠다.

또한, 맥유동을 직접적으로 만드는 좌심실 내의 압력이 중요한 요소인데, 종래의 특허문헌에서는 압력값의 피드백을 사용하지 않고, 단순히 개회로 제어(open-loop control) 방식을 채용함으로, 다양한 심혈관계의 질환을 표현할 수 있는 맥유동 내지 맥상파의 압력패턴을 만들 수 없는 한계를 가지고 있었다.

따라서 본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 일실시예에 따르면, 실제 심장의 좌심방, 좌심실, 대동맥, 요골동맥들의 기능을 모사한, 좌심방모사부, 좌심실모사부, 대동맥모사부, 요골동맥 모사부를 구비하게 됨으로써, 실제 심장의 구동원리를 그대로 적용하여 맥상파를 재현할 수 있는 폐쇄순환방식을 따른 좌심방과 좌심실의 혈액공급 및 순환방식을 채용한 인공맥상파 시뮬레이터 및 인공맥상파 재현방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

또한, 본 발명의 일실시예에 따르면, 압력측정부가 실시간으로 좌심실 내의 압력을 측정하여 좌심방 리니어구동부와 좌심실 리니어구동부를 피드백 제어하게 됨으로써, 실제 심장과 같이, 좌심방수축, 왼방실막판 closes, 좌심실 정적수축, 대동맥판 opens, 방출, 대동맥판 closes, 좌심실 정적이완, 왼방실막판 opens, 급속충진, 심장정지기의 순환과정을 모사하여 구동될 수 있는 폐쇄순환 혈액공급 및 순환방식을 채용한 인공맥상파 시뮬레이터 및 인공맥상파 재현방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

그리고, 본 발명의 일실시예 따르면, 실제 심장의 좌심방과 좌심실 사이에 존재하는 왼방실막판과, 좌심실의 토출단에 존재하는 대동맥판 기능을 하는 삽입체크밸브와 방출체크밸브를 구비하게 됨으로써, 실제 심장에서 토출되는 혈액과 유사하게 토출되어 순환될 수 있는 폐쇄순환방식을 따른 좌심방과 좌심실의 혈액공급 및 순환방식을 채용한 압력피드백 제어기반 인공맥상파 시뮬레이터 및 인공맥상파 재현방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

또한, 본 발명의 일실시예에 따르면, 대동맥모사부와 요골동맥모사부를 갖고, 좌심실 내의 압력을 피드백 제어하면서, 좌심방 리니어구동부를 제어하여, 실제 음압효과를 준비, 생성, 발생하도록 할 수 있는 폐순환 혈액공급 및 순환방식을 채용한 인공맥상파 시뮬레이터 및 인공맥상파 재현방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

그리고, 본 발명의 일실시예에 따르면, 좌심방 모사부, 좌심실 리니어 구동부를 지지하는 댐퍼부의 댐핑계수보다, 좌심실실린더와 요골동맥모사부를 지지하는 댐퍼부의 댐핑계수를 더 작게 하여 사용자에게 입력파형을 전달하게 되는 요골동맥모사부로 잔진이 전달되지 않도록 하는 방진구조를 갖는 폐순환 혈액공급 및 순환방식을 채용한 인공맥상파 시뮬레이터 및 인공맥상파 재현방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

한편, 본 발명에서 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

본 발명의 제1목적은, 인공맥상파 재현 장치에 있어서, 맥유동을 발생시키는 좌심실 모사부; 상기 좌심실 모사부에 순환유체를 공급하고 폐쇄순환(close circulation) 기능을 갖는 좌심방 모사부; 및 상기 좌심실 모사부에 의해 전달된 맥유동을 압력파형으로 전달하는 맥상파 전달부를 포함하는 것을 특징으로 하는 인공맥상파 재현 장치로서 달성될 수 있다.

또한, 상기 맥상파전달부는 대동맥모사부와 요골동맥모사부로 분기되어 구성되고, 상기 좌심방모사부에 의해 상기 좌심실 모사부로 전달된 순환유체는 상기 좌심실 모사부에서 토출되어 일부는 대동맥모사부를 통해 좌심방모사부 측으로 유입되고 나머지는 상기 요골동맥모사부로 유입되어 압력파형을 전달하고 상기 좌심방모사부 측으로 유입되어 순환되는 것을 특징으로 할 수 있다.

그리고, 상기 좌심실 모사부는, 상기 좌심방 모사부에서 배출된 순환유체가 내부로 유입되는 유입단과, 피스톤의 이동에 의해 상기 순환유체가 토출되는 토출단을 갖는 좌심실 실린더; 상기 피스톤을 구동시키는 좌심실 리니어구동부; 및 상기 유입단 일측에 구비되는 왼방실막판 기능을 하는 삽입체크밸브와, 상기 토출단 일측에 구비되는 대동맥판 기능을 하는 방출체크밸브를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.

또한, 상기 방출체크밸브는 개방압력을 제어할 수 있는 가제어성 밸브로 구성되며, 상기 방출체크밸브의 개방압력은 상기 삽입체크밸브의 개방압력보다 큰 것을 특징으로 할 수 있다.

그리고, 상기 좌심방 모사부는, 순환유체가 상기 좌심실모사부 측으로 배출되는 배출구와, 상기 맥상파전달부에서 토출된 순환유체가 유입되는 유입구를 가지며, 순환유체가 저장되는 순환유체수조; 피스톤 이동에 의해 상기 순환유체수조로 내의 양압과 음압을 조절할 수 있는 공압을 공급하는 좌심방실린더; 및 상기 좌심방 실린더 내의 피스톤을 구동시키는 좌심방 리니어구동부를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.

또한, 상기 좌심방모사부의 배출구와 상기 좌심실모사부의 유입단 사이를 연결하는 연결관과, 상기 좌심실모사부의 토출단과 상기 맥상파 전달부 사이를 연결하는 배출관과, 상기 배출관 일측과 좌심방모사부 사이에 연결된 하행대동맥모사관과, 요골동맥모사부와 상기 좌심방모사부의 유입구 사이를 연결하는 순환관을 포함하고, 상기 요골동맥모사부는 상기 토출관과 상기 순환관 사이에 구비되어 상기 좌심실모사부에서 토출되는 순환유체에 의해 압력파형을 전달하는 전달용 소프트 튜브로 구성되는 것을 특징으로 할 수 있다.

그리고, 상기 전달용 소프트 튜브의 높이 및 텐션 중 적어도 어느 하나를 조절하는 튜브 조절부를 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.

본 발명의 제2목적은, 인공맥상파 재현 방법에 있어서, 좌심방모사부의 순환유체수조에 저장된 순환유체가 공압에 의해 연결관으로 배출되는 단계; 삽입체크밸브에 의해 단방향으로 상기 순환유체가 좌심실모사부의 좌심실실린더로 제 1특정압력까지 유입되는 단계; 좌심실 리니어 구동부에 의해 피스톤이 이동되어 상기 좌심실실린더 내의 순환유체를 가압하는 단계; 상기 좌심실실린더 내의 압력이 제1특정압력보다 큰 제2특정압력을 초과하여 맥유동을 형성하며 방출체크밸브를 통해 상기 순환유체가 배출관으로 토출되는 단계; 상기 좌심실 모사부에 의해 전달된 맥유동을 요골동맥모사부가 압력파형으로 전달되는 단계; 및 상기 요골동맥모사부에서 배출된 순환유체가 순환관을 통해 상기 순환유체수조 내로 유입되어 순환되는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 인공맥상파 재현 방법으로서 달성될 수 있다.

또한, 상기 제1특정압력은 1 mmHg 이상 ~ 50 mmHg 미만이고, 상기 제2특정압력은 50 이상 ~ 100 mmHg미만인 것을 특징으로 할 수 있다.

그리고, 상기 요골동맥모사부는, 상기 배출관과 순환관 사이에 구비되어 상기 좌심실모사부에서 토출되는 순환유체에 의해 압력파형을 전달하는 전달용 소프트 튜브를 포함하고, 튜브조절부가 상기 전달용 소프트 튜브의 높이 및 텐션 중 적어도 어느 하나를 조절하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.

본 발명의 제3목적은, 인공맥상파 재현 시스템에 있어서, 앞서 언급한 제 1목적에 따른 인공맥상파 재현 장치; 상기 인공맥상파 재현장치의 좌심실 모사부의 일구성인 좌심실 실린더 내의 압력을 실시간으로 측정하는 압력측정부; 및 상기 압력측정부에서 측정된 압력값을 기반으로, 인공맥상파 재현 장치의 좌심실 리니어 구동부와, 좌심방 리니어 구동부의 구동을 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 인공맥상파 재현 시스템으로서 달성될 수 있다.

또한, 상기 좌심방 모사부와 상기 좌심실 모사부는 상기 맥상파 전달부에 잔진이 전달되지 않도록 방진구조를 갖는 것을 특징으로 할 수 있다.

그리고, 요골동맥모사부로 유입되는 순환유체의 압력을 실시간으로 측정하는 요골동맥모사부 유압측정부; 상기 요골동맥모사부 유압측정부에서 측정된 측정값을 기반으로 압력파형을 디스플레이하는 디스플레이부; 및 순환관 일측에 구비되어 압력파형의 크기를 조절하는 조절 밸브; 중 적어도 어느 하나를 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.

본 발명의 제4목적은, 앞서 언급한 제3목적의 인공맥상파 재현 시스템을 이용한 좌심방모사부의 순환유체수조의 양압과 음압을 고려한 인공맥상파 재현 방법에 있어서, 순환유체수조의 배기밸브를 개방하고, 제어부가 좌심방 리니어구동부와 좌심실 리니어구동부를 구동시켜, 좌심방실린더 내의 피스톤과 좌심실실린더 내의 피스톤을 후진배치시키고, 배기밸브를 닫는 제1단계; 좌심방실린더 내의 피스톤을 전진 이동시켜, 좌심방모사부의 순환유체수조에 저장된 순환유체가 양압의 공압에 의해 연결관으로 배출되고, 삽입체크밸브에 의해 단방향으로 상기 순환유체가 좌심실모사부의 좌심실실린더로 제1특정압력까지 유입되는 제2단계; 상기 배기밸브를 개방하고, 좌심방실린더 내의 피스톤을 전진배치시켜 음압효과를 준비하는 제3단계; 좌심실 리니어 구동부에 의해 좌심실실린더 내의 피스톤이 전진이동되어 상기 좌심실실린더 내의 순환유체를 가압하는 제4단계; 상기 좌심실실린더 내의 압력이 제1특정압력보다 큰 제2특정압력을 초과하여 맥유동을 형성하고, 상기 순환유체가 토출관으로 토출되는 제5단계; 좌심방실린더 내의 피스톤을 후진 이동시켜 음압효과를 생성하여 순환유체가 대동맥모사부와, 요골동맥모사부를 거쳐 순환유체수조로 유입되는 제6단계; 및 상기 제1단계 내지 제6단계를 반복하는 제7단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 양압과 음압효과를 고려한 인공맥상파 재현 방법으로서 달성될 수 있다.

또한, 상기 제2단계 및 제6단계에서, 좌심실압력측정부에서 측정된 압력값을 기반으로 제어부가 좌심방 리니어구동부의 구동을 피드백제어하고, 상기 제4단계 및 제5단계에서, 좌심실압력측정부에서 측정된 압력값을 기반으로 제어부가 좌심실 리니어구동부의 구동을 피드백 제어하는 것을 특징으로 할 수 있다.

그리고, 제어부는 측정된 압력값에 기반하여 좌심실 리니어구동부의 피스톤의 이동속도를 제어하여, 특정 압력의 파형을 만드는 것을 특징으로 할 수 있다.

그리고, 상기 제어부가 방출체크밸브의 개방압력을 조절하는 단계; 요골동맥모사부 유압측정부가 요골동맥모사부로 유입되는 순환유체의 압력을 실시간으로 측정하는 단계; 디스플레이부가 상기 요골동맥모사부 유압측정부에서 측정된 측정값을 기반으로 압력파형을 디스플레이하는 단계; 및 상기 제어부가 상기 순환관 일측에 구비된 조절밸브를 제어하여 상기 압력파형의 크기를 조절하는 단계; 중 적어도 어느 하나를 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.

본 발명의 일실시예에 따르면, 실체 심장의 좌심방, 좌심실, 대동맥, 요골동맥들의 기능을 모사한, 좌심방모사부, 좌심실모사부, 대동맥모사부, 요골동맥 모사부를 구비하게 됨으로써, 실제 심장의 구동원리를 그대로 적용하여 맥상파를 재현할 수 있는 효과를 갖는다.

또한, 본 발명의 일실시예에 따르면, 압력측정부가 실시간으로 좌심실 내의 압력을 측정하여 좌심방 리니어구동부와 좌심실 리니어구동부를 피드백 제어하게 됨으로써, 실제 심장과 같이, 좌심방수축, 왼방실막판 closes, 좌심실 정적수축, 대동맥판 opens, 방출, 방출밸브 closes, 좌심실 정적이완, 삽입밸브 opens, 급속충진, 심장정지기의 순환과정을 모사하여 구동될 수 있는 효과를 갖는다.

그리고, 본 발명의 일실시예 따르면, 실제 심장의 좌심방과 좌심실 사이에 존재하는 왼방실막판과, 좌심실의 토출단에 존재하는 대동맥판 기능을 하는 삽입체크밸브와 방출체크밸브를 구비하게 됨으로써, 실제 심장에서 토출되는 혈액과 유사하게 토출되어 순환될 수 있는 효과를 갖는다.

또한, 본 발명의 일실시예에 따르면, 대동맥모사부와 요골동맥모사부를 갖고, 좌심실 내의 압력을 피드백 제어하면서, 좌심방 리니어구동부를 제어하여, 실체 음압효과를 준비, 생성, 발생하도록 할 수 있는 효과를 갖는다.

그리고, 본 발명의 일실시예에 따르면, 좌심방 모사부, 좌심실 리니어 구동부를 지지하는 댐퍼부의 댐핑계수보다, 좌심실실린더와 요골동맥모사부를 지지하는 댐퍼부의 댐핑계수를 더 작게 하여 사용자에게 압력파형을 전달하게 되는 요골동맥모사부로 잔진이 전달되지 않도록 하는 효과를 갖는다.

한편, 본 발명에서 얻을 수 있는 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 일 실시예를 예시하는 것이며, 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술적 사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석 되어서는 아니 된다.
도 1a는 28가지 맥의 종류를 나타낸 표,
도 1b는 종래 맥상파 시뮬레이터의 사시도,
도 1c는 종래 맥상파 시뮬레이터의 부분 사시도,
도 1d는 종래 맥상파 시뮬레이터의 일구성인 모형팔의 사시도,
도 1e는 종래 맥상파 시뮬레이터의 모형팔에 공압을 제공하는 공급호스 부분의 부분 사시도,
도 2a는 종래 유압식 혈류 구동장치의 사시도,
도 2b는 도 2a의 A부분의 단면도,
도 2c는 도 2a의 B부분의 내부를 나타낸 사시도,
도 3a는 종래 동맥 훈련 손목기구의 사시도,
도 3b는 종래 동맥 훈련 손목기구의 인공피부와 동맥 튜브가 내장된 손목 모형의 사시도,
도 3c는 종래 동맥 훈련 손목기구의 유압구동장치의 내부를 나타낸 평면도,
도 3d는 도 3c의 C부분의 사시도,
도 4a는 종래 유압식 혈류 구동시스템의 구동부와 메인 컨트롤어의 사시도,
도 4b는 종래 유압식 혈류 구동시스템의 구동부와 스텝모터 측의 확대 사시도,
도 5a는 종래 FLUKE 사에서 제작한 공압식 혈압 구동시스템의 내부 구성을 나타낸 사시도,
도 5b는 종래 FLUKE 사에서 제작한 공압식 혈압 구동시스템의 구성을 나타낸 블록도,
도 6a는 종래 표준과학연구원 질량힘센터에서 제작한 공압식 혈압 구동시스템의 사시도,
도 6b는 종래 표준과학연구원에서 제작한 공압식 혈압 구동시스템의 구성을 나타낸 블록도
도 7a, 도 7b 및 도 7c는 종래 표준과학연구원 의료융합측정표준센터에서 제작한 공압식 혈압 구동시스템의 사시도,
도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 인공맥상파 재현 시스템의 구성도,
도 9a는 본 발명의 일실시예에 따른 인공맥상파 재현 시스템의 평면도,
도 9b는 본 발명의 일실시예에 따른 좌심방 모사부의 측면도,
도 9c는 본 발명의 일실시예에 따른 좌심실 모사부의 측면도,
도 9d는 본 발명의 일실시예에 따른 요골동맥 모사부의 측면도,
도 10a는 심장 작동에 대한 대동맥 뿌리쪽 압력과, 좌심실 내 압력, 좌심방 내압력, 좌심실 부피를 나타낸 그래프,
도 10b는 인체 심장의 각 부분을 표시한 모식도,
도 10c는 좌심방수축, 좌심실 정적수축, 방출, 정적이완, rapid inflow, 심장정지기 각각이 지속되는 시간을 정리한 표,
도 11은 심장정지기, 완방실막판 close, 좌심실 정적수축, 대동맥판 open, 방출, 대동맥판 close, 정적이완, 왼방실막판 open이 진행됨에 따른, 좌심실 내의 압력과 부피 그래프(좌측 그래프) 및 좌심실 내의 압력과 부피 그래프,
도 12는 인체의 심장, 상향 대동맥, 쇄골하 동맥, 하행 흉부 대동맥류, 폐동맥을 나타낸 모식도,
도 13a는 close된 대동맥판의 사시도,
도 13b는 opene된 대동맥판의 사시도,
도 14a는 close된 왼방실막판의 사시도,
도 14b는 open된 왼방실막판의 사시도,
도 15는 본 발명의 일실시예에 따른 방진구조를 갖는 좌심방모사부의 측단면도,
도 16은 본 발명의 일실시예에 따른 방진구조를 갖는 좌심실모사부와 맥상파전달부의 측단면도,
도 17은 본 발명의 일실시예에 따른 인공맥상파 재현 방법의 흐름도,
도 18은 본 발명의 일실시예에 따른 제어부의 신호흐름을 나타낸 블록도,
도 19는 본 발명의 일실시예에 따른 음압효과를 고려한 인공맥상파 재현 방법의 흐름도를 도시한 것이다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 쉽게 실시할 수 있는 실시예를 상세히 설명한다. 다만, 본 발명의 바람직한 실시예에 대한 동작 원리를 상세하게 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다.

또한, 도면 전체에 걸쳐 유사한 기능 및 작용을 하는 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 사용한다. 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 연결되어 있다고 할 때, 이는 직접적으로 연결되어 있는 경우뿐만 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고, 간접적으로 연결되어 있는 경우도 포함한다. 또한, 어떤 구성요소를 포함한다는 것은 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라, 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.

< 인공맥상파 재현 시스템>

이하에서는 본 발명의 일실시예에 따른 인공맥상파 재현 시스템(100)의 구성 및 기능에 대해 설명하도록 한다. 도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 인공맥상파 재현 시스템(100)의 구성도를 도시한 것이다. 그리고, 도 9a는 본 발명의 일실시예에 따른 인공맥상파 재현 시스템(100)의 평면도를 도시한 것이고, 도 9b는 본 발명의 일실시예에 따른 좌심방모사부(10)의 측면도를 도시한 것이고, 도 9c는 본 발명의 일실시예에 따른 좌심실모사부(40)의 측면도를 도시한 것이다. 그리고, 도 9d는 본 발명의 일실시예에 따른 요골동맥 모사부(70)의 측면도를 도시한 것이다.

본 발명의 일실시예에 따른 인공맥상파 재현 시스템(100)은 전체적으로, 도 8에 도시된 바와 같이, 좌심방모사부(10), 좌심실모사부(40) 그리고 맥상파전달부를 포함하여 구성됨을 알 수 있다. 또한, 본 발명의 일실시예에 따른 맥상파전달부는 도 8에 도시된 바와 같이, 대동맥모사부(60)와 요골동맥모사부(70)로 구성됨을 알 수 있다.

본 발명의 일실시예에 따른 인공맥상파 재현시스템(100)은 기존 혈류구동장치와 달리, 실제 심장의 작동, 동작 원리를 그대로 모사하여 구성되게 된다. 즉, 좌심실모사부(40)는 실제 심장의 좌심실을 모사하여 맥유동을 발생시키게 되며, 좌심방모사부(10)는 이러한 좌심실모사부(40)에 유체를 공급하게 되고, 요골동맥모사부(70)는 좌심실모사부(40)에 의해 전달된 맥유동을 압력파형으로 전달하게 된다.

따라서, 좌심방모사부(10)에 의해 좌심실모사부(40)로 전달된 유체는 좌심실 모사부(40)에서 토출되어 대동맥모사부(60)와 요골동맥모사부(70)로 유입되고 좌심방모사부(10) 측으로 토출되어 순환되게 된다.

보다 구체적으로, 본 발명의 일실시예에 따른 좌심방모사부(10)는, 도 8 및 도 9b에 도시된 바와 같이, 좌심방 리니어구동부(20)와, 좌심방실린더(11) 및 순환유체수조(14) 등을 포함하여 구성될 수 있음을 알 수 있다.

본 발명의 일실시예에 따른 순환유체수조(14)는 도 8 및 도 9b에 도시된 바와 같이, 내부에 순환유체가 저장되며 순환유체가 좌심실모사부(40) 측으로 배출되는 배출구(15)와, 요골동맥모사부(70)에서 토출된 순환유체가 유입되는 유입구(16)를 가지며, 또한, 대동맥모사부(60)를 거친 순환유체가 유입되는 유입관(19)을 가지고, 좌심방 리니어 구동부(20)에 의해 설정된 주기에 따라 공압을 제공받게 된다.

좌심방실린더(11)는 내부에 구비된 좌심방피스톤(12) 이동에 의해 순환유체수조(14)로 공압을 공급하게 된다. 또한, 좌심방 리니어구동부(20)는 이러한 좌심방실린더(11) 내의 피스톤(12)을 구동시키게 된다. 이러한 좌심방 리니어구동부(20)의 첫번째 기능은 순환유체수조(14)에 저장된 순환유체를 좌심실모사부(40) 측으로 토출시키는 것이고, 두번째 기능은 후에 설명되는 바와 같이, 음압효과를 생성하여, 대동맥모사부(60)와 요골동맥모사부(70)를 거친 순환유체를 다시 순환유체수조(14)로 유입시키기 위한 기능을 수행하게 된다.

좌심방 리니어구동부(20)는 도 8 및 도 9b에 도시된 바와 같이, 스텝모터(21), 볼 스크류(23) 및 스텝모터(21)와 볼 스크류(23)를 연결하는 올담 커플러(22,oldham coupler)를 포함하여 구성될 수 있음을 알 수 있다. 따라서, 스텝모터(21)의 구동으로 볼 스크류(23)가 왕복이동을 하면서, 좌심방 피스톤(12)을 왕복 이동시키게 되며, 좌심방 실린더(11) 내의 피스톤(12)이 왕복 이동하면서 순환유체수조(14)의 순환유체에 공압을 제공하게 된다.

따라서, 순환유체수조(14) 내의 순환유체는 특정주기로 공급되는 공압에 의해 순환유체가 배출구(15)를 통해 배출되게 된다.

본 발명의 일실시예에 따른, 좌심실 모사부(40)는 도 8 및 도 9c에 도시된 바와 같이, 좌심실실린더(41), 좌심실 리니어구동부(50)를 포함하여 구성될 수 있음을 알 수 있다. 또한, 순환유체수조(14)에서 배출된 순환유체는 좌심실실린더(41) 내로 유입되게 되며, 좌심실실린더(41)는 좌심방모사부(10)에서 배출된 순환유체가 내부로 유입되는 유입단(45)과, 좌심실피스톤(44)의 이동에 의해 순환유체가 토출되는 토출단(46)을 갖는다. 그리고, 순환유체수조(14)의 배출구(15)와 좌심실실린더(41)의 유입단(45) 사이에는 연결관(30)이 연결되게 된다.

또한, 좌심실실린더(41) 내의 피스톤(44)은 좌심실 리니어구동부(50)에 의해 구동되며, 본 발명의 일실시예에 따른 좌심실 리니어구동부(50)는 도 8 및 도 9c에 도시된 바와 같이, 좌심실 스텝모터(51), 엔코더(52), 올담 커플러(53, oldham coupler), 볼스크류(54) 등을 포함하여 구성될 수 있다.

즉, 좌심실 스텝모터(51)의 구동에 의해 올담 커플러(53)에 연결된 볼 스크류(53)가 왕복 이동되게 되면서, 좌심실실린더(41) 내의 피스톤(44)이 이동시키면서 좌심실실린더(41) 내의 순환유체를 압축시키게 된다.

본 발명의 일실시예에 따른 좌심실 리니어구동부(50)는 하나의 구체적인 실시에를 제시한 것일 뿐, 설정된 주기, 속도로 좌심실실린더(41) 내의 피스톤(44)을 구동시킬 수 있는 구성이라면 이하에서 제시되는 실시예에 권리범위를 한정하여 해석하여서는 아니될 것이다.

본 발명의 일실시예에 따른 좌심실실린더(41)는 실제 심장의 좌심실을 모사한 것으로 핵심적으로 왼방실막판(Mitral Valve)을 모사한 삽입체크밸브(42)와 대동맥판(Aortic Valve)을 모사한 방출체크밸브(43)를 포함하여 구성되게 된다.

후에 설명되는 바와 같이, 실제 심장의 왼방실막판은 순환유체를 좌심방에서 좌심실 측으로만 유동되게 하며 개방압력(open pressure)이 약 5 mmHg정도에 해당하며, 대동맥판은 순환유체를 좌심실에서 토출되는 측으로만 유동되게 하며 개방압력(open pressure)이 약 80 mmHg정도에 해당한다.

동일하게 도 8 및 도 9c에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 좌심실실린더(41)의 유입단(45) 일측에는 삽입체크밸브(42)가 구비되게 되며, 토출단(46) 일측에는 방출체크밸브(43)가 구비되게 됨을 알 수 있다. 방출체크밸브(43)의 개방압력은 삽입체크밸브(42)의 개방압력보다 크며, 본 발명의 일실시예에 따른 방출체크밸브(43)는 개방압력을 제어할 수 있는 가제어성 밸브로 구성되게 된다. 따라서, 후에 설명되는 바와 같이, 제어부(110)에 의해 방출체크밸브(43)의 개방압력은 사람별 또는 질환별로 모사하여 조절되어질 수 있다.

따라서, 순환유체수조(14)에서 배출된 순환유체는 삽입체크밸브(42)의 개방압력을 초과한 경우 좌심실실린더(41) 내로 유입되게 되며, 좌심실 리니어구동부(50)에 의해 좌심실실린더(41) 내의 압력이 방출체크밸브(43)의 개방압력을 초과하게 되는 경우, 맥유동을 형성하며 토출단(46)을 통해 순환유체가 맥상파전달부의 대동맥모사부(60) 측으로 토출되게 된다.

또한, 본 발명의 일실시예에 따른 인공맥상파 재현 시스템(100)은 도 8 및 도 9a에 도시된 바와 같이, 연결관(30)은 순환유체수조(14)의 배출구(15)와 좌심실실린더(41)의 유입단(45) 사이를 연결하게 된다. 그리고, 좌심실실린더(41)의 토출단(46)은 대동맥모사부(60)의 배출관(61)과 연결되며 배출관(61)은 하행대동맥 모사관(62)과 요골동맥모사부유입관(63)으로 분기되기 된다. 따라서, 좌심실실린더(41)에서 토출된 순환유체는 도 8에 도시된 바와 같이, 대동맥모사부(60)의 배출관(61)으로 유입되고, 배출관(61)으로 유입된 순환유체는 하행대동맥모사관(62)과 요골동맥모사부유입관(63)으로 분기되게 되고, 하행대동맥모사관(62)으로 유입된 순환유체는 순환유체수조(14)로 유입되고, 요골동맥모사부유입관(63)으로 유입된 순환유체는 요골동맥모사부(70)를 통과하며 압력파형을 사용자에게 전달하게 된다.

실체 인체는 대동맥을 흐르게 유압이 음압에 의해 제공되게 된다. 본 발명의 일실시예에 따른 인공맥상파 재현시스템(100)은 이러한 음압효과를 부여하기 위해, 좌심방 리니어구동부(20)를 제어하여, 순환유체수조(14)에 팽창압을 제공하게 함으로써, 대동맥모사부(60)와 요골동맥모사부(70)를 거쳐 순환유체수조(14)로 유입될 수 있는 유압을 제공하게 된다. 이러한 작동원리는 후에 상세히 설명하도록 한다.

본 발명의 일실시예에 따른 요골동맥모사부(70)는 좌심실모사부(40)에 의해 생성된 맥유동을 전달받아 사용자에게 압력파형을 전달하게 된다. 구체적으로 본 발명의 일실시에에 따른 요골동맥모사부(70)는 도 8 및 도 9d에 도시된 바와 같이, 소프트 튜브(71)와 지지부(73), 튜브조절부(72), 매드니튜드(magnitude) 조절용 밸브(74), 손목거치용 패드(75) 등으로 포함하여 구성될 수 있음을 알 수 있다.

본 발명의 일실시예에 따른 소프트 튜브(71)는 혈관과 같은 기능을 하며, 손가락으로 소프트 튜브(71)를 접촉한 사용자에게 맥상파를 제공하게 된다. 이러한 소프트 튜브(71)는 도 8 및 도 9a에 된 바와 같이, 요골동맥모사부유입관(63)과 순환관(80) 사이에 구비되어 좌심실모사부(40)에서 토출되는 순환유체에 의해 압력파형을 전달하게 됨을 알 수 있다.

또한, 지지부는 요골동맥모사부유입관(63)의 끝단과 순환관(80)의 끝단을 지지하게 된다. 그리고, 본 발명의 일실시예에 따른 튜브 조절부(72)에 의해 소프트 튜브(71)를 상하로 이동시켜 높이를 조절하게 되며, 소프트 튜브(71)를 인장시켜 텐션을 조절할 수 있어, 사람별, 질환별 등에 부합되도록 제어할 수 있게 된다. 또한, 본 발명의 일실시예에 따른 요골동맥모사부(70)의 순환관(80) 일측에는 매그니튜드 조절밸브(74)가 구비되어, 압력파형의 매그니튜드를 조절할 수 있도록 구성될 수 있다.

따라서, 이러한 인공맥상파 재현 시스템(100)에 의해, 좌심방 리니어구동부(20)에 의해 순환유체수조(14)로 공압(압축력)이 제공되게 되며, 좌심방모사부(10)의 순환유체수조(14)에 저장된 순환유체가 공압에 의해 연결관(30)으로 배출되게 된다.

그리고, 연결관(30) 내의 유압이 삽입체크밸브(42)의 개방압력을 초과하게 되면, 순환유체가 좌심실모사부(40)의 좌심실실린더(41) 내로 유입되게 된다. 그리고, 좌심실 리니어 구동부(50)에 의해 피스톤(44)이 이동되어 좌심실실린더(41) 내의 순환유체를 가압하게 되고, 좌심실실린더(41) 내의 압력이 방출체크밸브(43)의 개방압력을 초과하게 되면 맥유동을 형성하면서 순환유체가 대동맥모사부(60)의 배출관(61)으로 토출되게 된다.

앞서 언급한 바와 같이, 방출체크밸브(43)의 개방압력은 삽입체크밸브(42)의 개방압력보다 크며, 삽입체크밸브(42)의 개방압력은 1 mmHg ~ 10 mmHg(바람직하게는 약 5 mmHg)이고, 방출체크밸브(43)의 개방압력은 제어부(110)에 의해 조절될 수 있으며, 50 mmHg ~ 100 mmHg(바람직하게는 약 80 mmHg)정도의 범위를 갖는다.

그리고, 방출체크밸브(43)를 통해 토출된 순환유체는 후에 설명되는 바와 같이, 좌심방모사부(10)의 좌심방실린더(11) 내의 피스톤(12)이 후방으로 구동되게 되면서, 순환유체수조(14) 내에 공기를 좌심방실린더(11) 내로 유입시켜, 순환유체를 하행대동맥 모사관(62)을 거쳐 순환유체수조(14)로 순환시키기 위한 유압과, 요골동맥모사부유입관(63)과 요골동맥모사부(70)를 거쳐 순환관(80)을 통해 순환유체수조(14)로 순환유체를 순환시키기 위한 유압을 제공하여, 실제 인체의 음압효과를 발생시키게 된다.

또한, 순환유체가 요골동맥모사부(70)로 유입되면서, 좌심실모사부(40)에 의해 전달된 맥유동이 요골동맥모사부(70)에서 압력파형으로 전달되게 된다.

그리고, 요골동맥모사부(70)에서 배출된 순환유체는 순환관(80)을 통해 순환유체수조(14) 내로 유입되어 순환되게 된다.

또한, 본 발명의 일실시예에 따른 인공맥상파 재현 시스템(100)은 압력측정부를 포함하여, 인공맥상파 재현장치의 좌심실모사부(40)의 일구성인 좌심실 실린더(41)에서 배출되는 순환유체의 압력을 실시간으로 측정하게 된다. 즉, 좌심실실린더(41)에서 토출관으로 토출되는 순환유체의 압력을 측정하게 된다.

구체적으로 본 발명의 일실시예에 따른 압력측정부는 도 8에 도시된 바와 같이, 좌심실압력측정부(90)와 요골동맥모사부 유압측정부(91)로 구성될 수 있다. 따라서, 좌심실압력측정부(90)는 좌심실실린더(41) 내의 압력을 실시간으로 측정하게 되며, 요골동맥모사부 유압측정부(91)는 요골동맥모사부(70)로 유입되는 유압을 실시간으로 측정하게 된다.

그리고, 후에 설명되는 바와 같이, 제어부(110)는 좌심실 압력측정부(90)에서 측정된 압력값을 기반으로, 인공맥상파 재현 시스템(100)의 좌심실 리니어 구동부(50)를 제어하여 좌심실실린더(41) 내의 압력과 토출압력을 조절할 수 있고, 방출체크밸브(43)의 개방압력을 조절할 수 있게 되며, 제어부(110)는 순환관(80) 일측에 구비된 조절밸브(74)를 제어하여 압력파형의 매그니튜드를 조절하게 된다.

또한, 요골동맥모사부 유압측정부(91)에서 측정된 압력을 기반으로 요골동맥모사부(70)로 인가되는 압력파형을 디스플레이부에 의해 모니터링할 수 있고, 이러한 압력파형을 기반으로 제어부(110)가 좌심실 리니어 구동부(50)를 제어하여 좌심실실린더(41) 내의 압력과 토출압력을 조절할 수 있고, 방출체크밸브(43)의 개방압력을 조절할 수 있게 되며, 제어부(110)는 순환관(80) 일측에 구비된 조절밸브(74)를 제어하여 압력파형의 매그니튜드를 조절하여 원하는 압력파형을 생성할 수 있다.

이하에서는 본 발명의 일실시예에 따른 인공맥상파 재현 시스템(100)이 실제 심장와 유사한 방식으로 설계되어 있음을 설명하도록 한다. 도 10a는 심장 작동에 대한 대동맥 뿌리쪽 압력과, 좌심실 내 압력, 좌심방 내압력, 좌심실 부피를 나타낸 그래프를 도시한 것이다. 도 10b는 인체 심장의 각 부분을 표시한 모식도를 도시한 것이다.

도 10c는 좌심방수축, 좌심실 정적수축, 방출, 정적이완, rapid inflow, 심장정지기 각각이 지속되는 시간을 정리한 표를 도시한 것이다. 그리고, 도 11은 심장정지기, 완방실막판 close, 좌심실 정적수축, 대동맥판 open, 방출, 대동맥판 close, 정적이완, 왼방실막판 open이 진행됨에 따른, 좌심실 내의 압력과 부피 그래프(좌측 그래프) 및 좌심실 내의 압력과 부피 그래프를 도시한 것이다.

또한, 도 12는 인체의 심장, 상향 대동맥, 쇄골하 동맥, 하행 흉부 대동맥류, 폐동맥을 나타낸 모식도, 도 13a는 close된 대동맥판의 사시도, 도 13b는 open된 대동맥판의 사시도를 도시한 것이다. 그리고 도 14a는 open된 왼방실막판의 사시도를 도시한 것이고, 도 14b는 close된 왼방실막판의 사시도를 도시한 것이다.

도 10a, 도 10b, 도 10c 및 도 11에 도시된 바와 같이, 좌심방수축, 삽입밸브(왼방실막판) closes, 좌심실 정적수축, 방출밸브(대동맥판) opens, 방출, 방출밸브 closes, 좌심실 정적이완, 삽입밸브 opens, 급속충진, 심장정지기를 1싸이클로 하여 순환되게 됨을 알 수 있다.

본 발명의 일실시예에 따른 인공맥상파 재현 시스템(100)은 이러한 실제 심장의 동작방법과 동일한 과정을 재현하게 됨으로써 실제 사람의 맥상파와 동일한 인공맥상파를 재현할 수 있게 된다.

이하에서 본 발명의 일실시예에 따른 인공맥상파 재현 시스템(100)의 방진구조의 구성에 대해 설명하도록 한다. 도 15는 본 발명의 일실시예에 따른 방진구조를 갖는 좌심방모사부(10)의 측단면도를 도시한 것이다. 그리고, 도 16은 본 발명의 일실시예에 따른 방진구조를 갖는 좌심실모사부(40)와 맥상파전달부의 측단면도를 도시한 것이다.

본 발명의 일실시예에 따른 인공맥상파 재현시스템(100)은, 좌심방모사부(10)와 좌심실모사부(40)에 의해 요골동맥모사부(70)에 잔진이 전달되지 않도록 방진구조를 갖게 된다.

구체적으로, 도 15에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 좌심방리니어구동부(20)의 스텝모터(21)와 좌심방실린더(11) 및 순환유체수조(14)는 좌심방모사부 베이스(25) 상에 고정설치되게 되고, 이러한 좌심방모사부 베이스(25)는 좌심방 하이댐퍼(26)에 의해 지지면에 설치되게 된다. 좌심방 하이댐퍼(26)는 후에 설명되는 바와 같이, 좌심실실린더(41)를 지지하는 댐퍼부와, 요골동맥모사부(70)를 지지하는 댐퍼부의 댐핑계수보다 큰 댐핑계수로 구성되게 된다.

도 16에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 좌심실 리니어구동부(50)(50)의 스텝모터(51)와 볼 스크류(54)는 좌심실 리니어구동부 베이스(47)에 고정되고, 이러한 베이스(47)는 지지면 상에 하이 댐퍼(48)에 의해 지지되며, 반면, 좌심실실린더(41)와 요골동맥모사부(70)는 하이 댐퍼(48)보다 댐핑계수가 작은 로우 댐퍼(49)에 의해 지지되게 됨을 알 수 있다.

따라서, 좌심방모사부(10)와 좌심실 리니어 구동부(50)의 스텝모터(51)와 볼 스크류(54)를 지지하는 댐퍼부의 댐핑계수보다, 좌심실실린더(41)와 요골동맥모사부(70)를 지지하는 댐퍼부의 댐핑계수를 더 작게 구성하게 됨으로써, 좌심방모사부(10)와 좌심실모사부(40)는 요골동맥모사부(70)에 잔진이 전달되지 않는 구조를 가지게 된다.

이하에서는 본 발명의 일실시예에 따른 인공맥상파 재현방법에 대해 설명하도록 한다. 도 17은 본 발명의 일실시예에 따른 인공맥상파 재현 방법의 흐름도를 도시한 것이다. 그리고, 도 18은 본 발명의 일실시예에 따른 제어부(110)의 신호흐름을 나타낸 블록도를 도시한 것이다.

본 발명의 일실시예에 따른 인공맥상파 재현 방법은 앞서 언급한 인공맥상파 재현 시스템(100)의 작동방법에 해당한다.

먼저, 좌심방모사부(10)의 순환유체수조(14)에 저장된 순환유체가 공압에 의해 연결관(30)으로 배출되게 된다(S1). 즉, 리니어구동부(20)의 스텝모터(21)의 구동으로 볼 스크류(23)에 의해 좌심방실린더(11) 내의 피스톤(12)이 도 8 기준으로 좌측에서 우측으로 이동되면서, 호스(13)에 의해 공기가 순환유체수조(14)로 공급되면서 순환유체가 순환유체수조(14)에서 연결관(30)으로 배출되게 된다(S2).

그리고, 삽입체크밸브(42)에 의해 단방향으로 순환유체가 좌심실모사부(40)의 좌심실실린더(41)로 제1특정압력까지 유입되게 된다(S3).

다음으로, 좌심실 리니어구동부(50)에 의해 피스톤(44)이 이동되어 좌심실실린더(41) 내의 순환유체를 가압되게 된다. 즉, 좌심실 리니어구동부(50)의 스텝모터(51)의 구동으로 좌심실실린더(41) 내의 피스톤(44)이 도 8에 도시된 것을 기준으로 좌측에서 우측으로 이동되면서, 좌심실실린더(41) 내의 순환유체를 가압하게 된다(S4).

그리고, 좌심실실린더(41) 내의 압력이 방출체크밸브(43)의 개방압력을 초과하여 맥유동이 형성되면, 방출체크밸브(43)를 통해 순환유체가 배출관(61)을 통해 대동맥모사부(60)와 요골동맥모사부(70) 측으로 유입되게 된다(S5).

이때, 음압효과를 발생시키기 위해, 좌심방실린더(11) 내의 피스톤(12)을 우측에서 좌측으로 이동시켜, 좌심실실린더(41)에서 토출된 순환유체가 대동맥모사부(60)와 요골동맥모사부(70)를 거쳐 다시 순환유체수조(14)로 순환될 수 있는 유압을 제공하게 된다.

따라서, 좌심실실린더(41)에서 토출된 순환유체는 대동맥모사부(60)의 배출관(61)에서, 하행대동맥모사관(62)과 요골동맥모사부유입관(63)으로 분기되고, 하행대동맥모사관(62)으로 유입된 순환유체는 순환유체수조(14)로 유입되어 순환되고, 요골동맥모사부유입관(63)으로 유입된 순환유체는 소프트튜브(71)로 유입되어 사용자에게 압력파형을 전달하고, 순환관(80)에 의해 다시 순환유체수조(14)로 유입되어 순환되게 된다.

또한, 이러한 과정에서, 좌심실압력측정부(90)는 좌심실 실린더(41) 내의 압력을 실시간으로 측정하게 되며, 제어부(110)는 도 18에 도시된 바와 같이, 좌심실압력측정부(90)에서 측정된 압력값을 기반으로, 좌심실 리니어 구동부(50)와 좌심방 리니어 구동부(20)의 구동을 제어하게 된다. 또한, 제어부(110)는 방출체크밸브(43)의 개방압력을 조절할 수 있다.

그리고, 요골동맥모사부 유압측정부(91)는 요골동맥모사부(70)로 유입되는 순환유체의 압력을 실시간으로 측정하게 되고, 디스플레이부는 이러한 요골동맥모사부 유압측정부(91)에서 측정된 값을 기반으로 압력파형을 디스플레이할 수 있으며, 제어부(110)는 이러한 압력파형을 모니터링하여, 좌심실 리니어 구동부(50)와 좌심방 리니어 구동부(20)의 구동을 제어하게 된다. 또한, 제어부(110)는 순환관(80) 일측에 구비된 조절밸브(74)를 제어하여 압력파형의 크기를 조절할 수 있다.

이하에서는 실체 인체의 음압효과를 모사한 인공맥상파 재현 방법에 대해 설명하도록 한다. 보다 구체적으로 음압효과를 모사하기 위한 좌심방리니어구동부(20)의 구동방법과 좌심실 리니어구동부(50)의 구동방법에 대해 설명하도록 한다. 도 19는 본 발명의 일실시예에 따른 음압효과를 고려한 인공맥상파 재현 방법의 흐름도를 도시한 것이다.

먼저, 맥상파를 생성하기 위한 초기치를 설정하게 된다(S10). 즉, 순환유체수조(14)의 상단에 구비된 솔레노이드 배기밸브(17)를 개방하여 순환유체수조(14) 내의 공압을 제거되는 상태에서, 좌심방리니어 구동부(20)의 스텝모터(21)를 구동시켜, 좌심방실린더(11) 내의 피스톤(12)을 정위치(도 8에 도시된 것을 기준으로 좌측 끝단으로 이동)시키고, 좌심실리니어 구동부(50)의 스텝모터(51)를 구동시켜, 좌심실실린더(41) 내의 피스톤(44)을 정위치(도 8에 도시된 것을 기준으로 좌측 끝단으로 이동)시킨 후, 솔레노이드 배기밸브(17)를 닫게 된다.

그리고, 좌심방 리니어구동부(20)의 구동으로 좌심방실린더(11) 내의 피스톤(12)이 전진(도 8에 도시된 것을 기준으로 좌측에서 우측으로)하게 되면서, 순환유체가 순환유체수조(14)에서 좌심실실린더(41) 측으로 유동되게 된다(S20). 이러한 좌심방실린더(11) 내의 피스톤(44) 이동은 좌심실 내의 압력이 제1특정압력(구체적 실시예에서는 10mmHg 이상)을 초과할 때까지 지속되게 된다(S30). 이때, 좌심실 압력측정부(90)는 실시간으로 좌심실 내의 압력을 측정하여, 측정값을 제어부(110)로 전송하며 제어부(110)는 이러한 측정값을 기반으로 좌심방 리니어구동부(20)를 피드백 제어하게 된다.

좌심실 내의 압력이 특정압력을 초과하게 되는 경우, 제어부(110)는 좌심방 리니어 구동부(20)의 구동을 정지시키고(S40), 음압효과를 준비하게 된다(S50).

음압효과를 준비하는 과정은 도 19에 도시된 바와 같이, 순환유체수조(14)의 솔레노이드 배기밸브(17)를 개방시키고, 좌심방 리니어구동부(20)를 구동시켜 좌심방실린더 (11)내의 피스톤(12)을 전진배치(도 8에 도시된 것을 기준으로 우측 끝단)시키고, 배기밸브(17)를 닫게 된다.

그리고, 좌심실 리니어구동부(50)를 구동시켜, 좌심실실린더(41) 내의 피스톤(44)을 전진이동시키게 된다(S60). 이러한 구동 단계는 맥유동이 발생될 때까지 지속되게 된다(S70). 이러한 과정에서 좌심실 압력측정부(90)는 실시간으로 좌심실 내의 압력을 측정하게 되고, 제어부(110)는 이러한 측정값을 기반으로 좌심실 리니어구동부(50)를 제어하여 피스톤(44)의 전진속도를 조절하게 된다.

좌심실피스톤(44)이 전진되면서, 좌심실 내의 압력이 방출체크밸브(43)의 개방압력을 초과하게 되면, 순환유체가 대동맥모사부(60)와 요골동맥모사부(70) 측으로 토출되게 되고, 제어부(110)는 좌심실 리니어구동부(50)의 구동을 정지시키게 된다(S80).

그리고, 제어부(110)는 좌심방 리니어구동부(20)를 구동시켜, 좌심방실린더(11) 내의 피스톤(12)을 후진시켜 음압효과를 생성(S90)하여, 순환유체가 순환될 수 있는 유압을 제공하게 된다.

즉, 좌심방실린더(11) 내의 피스톤(12)이 우측에서 좌측으로(후진) 이동되면서, 좌심실실린더(41)에서 토출된 순환유체가 대동맥모사부(60)와 요골동맥모사부(70)를 거쳐 다시 순환유체수조(14)로 순환될 수 있는 유압을 제공하게 된다.

따라서, 좌심실실린더(41)에서 토출된 순환유체는 대동맥모사부(60)의 배출관(61)에서, 하행대동맥모사관(62)과 요골동맥모사부유입관(63)으로 분기되고, 하행대동맥모사관(62)으로 유입된 순환유체는 순환유체수조(14)로 유입되어 순환되고, 요골동맥모사부유입관(63)으로 유입된 순환유체는 소프트튜브(71)로 유입되어 사용자에게 압력파형을 전달하고, 순환관(80)에 의해 다시 순환유체수조(14)로 유입되어 순환되게 된다.

이러한 S10 내지 S90의 과정을 순환, 반복하게 되면서, 폐쇄순환 혈액공급 및 순환방식을 채용하여 맥상파를 재현 생성하게 된다.

한편, 본 발명은 또한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로서 구현하는 것이 가능하다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 컴퓨터 시스템에 의해 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록장치를 포함한다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체의 예로는 ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플로피 디스크, 광데이터 저장장치 등이 있으며, 또한 케리어 웨이브(예를 들어 인터넷을 통한 전송)의 형태로 구현되는 것도 포함한다. 또한, 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템에 분산되어, 분산방식으로 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드가 저장되고 실행될 수 있다. 그리고, 본 발명을 구현하기 위한 기능적인(functional) 프로그램, 코드 및 코드 세그먼트들은 본 발명이 속하는 기술분야의 프로그래머들에 의해 용이하게 추론될 수 있다.

또한, 상기와 같이 설명된 장치 및 방법은 상기 설명된 실시예들의 구성과 방법이 한정되게 적용될 수 있는 것이 아니라, 상기 실시예들은 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 구성될 수도 있다.

1:종래 맥상파 시뮬레이터
2:모형팔
3:유압식 혈류구동장치
4:동맥 훈련 손목기구
5:유압식 혈류구동 시스템
6:모형 심장
7:왼방실막판
8:대동맥판
10:좌심방모사부
11:좌심방실린더
12:좌심방 피스톤
13:호스
14:순환유체수조
15:배출구
16:유입구
17:솔레노이드 배기밸브
19:유입관
20:좌심방 리니어구동부
21:좌심방 스텝모터
22:좌심방 올담커플러
23:좌심방 볼 스크류
25:좌심방모사부 베이스
26:좌심방 하이댐퍼
30:연결관
40:좌심실모사부
41:좌심실실린더
42:삽입체크밸브
43:방출체크밸브
44:좌심실 피스톤
45:유입단
46:토출단
47:좌심실 리니어구동부 베이스
48:좌심실 하이댐퍼
49:로우댐퍼
50:좌심실 리니어 구동부
51:좌심실 스텝모터
52:엔코더
53:좌심실 올담 커플러
54:좌심실 볼 스크류
60:대동맥모사부
61:배출관
62:하행대동맥모사관
63:요골동맥모사부 유입관
70:요골동맥모사부
71:소프트 튜브
72:튜브조절부
73:지지부
74:매그니튜드 조절밸브
75:손목거치용 패드
80:순환관
90:좌심실 압력측정부
91:요골동맥모사부 유압측정부
100:인공맥상파 재현 시스템
101:상용 솔레노이드 밸브
102:생체모사펌프
103:광학용 아이리스밸브
104:대형 아이리스밸브
110:제어부
200:마이크로 아이리스 밸브
210:아이리스부
211:조절부재
212:조절유닛
220:제1프레임
221:제1포트
230:제2프레임
231:제2포트
240:아이리스 구동부

Claims (19)

1. 인공맥상파 재현 장치에 있어서,
   맥유동을 발생시키는 좌심실 모사부;
   상기 좌심실 모사부에 순환유체를 공급하고 폐쇄순환(Closed Circulation)순환 기능을 갖는 좌심방 모사부; 및
   상기 좌심실 모사부에 의해 전달된 맥유동을 압력파형으로 전달하는 맥상파 전달부를 포함하는 것을 특징으로 하는 인공맥상파 재현 장치.
   
2. 제 1항에 있어서,
   상기 맥상파전달부는 대동맥모사부와 요골동맥모사부로 분기되어 구성되고,
   상기 좌심방모사부에 의해 상기 좌심실 모사부로 전달된 순환유체는 상기 좌심실 모사부에서 토출되어 일부는 대동맥모사부를 통해 좌심방모사부 측으로 유입되고 나머지는 상기 요골동맥모사부로 유입되어 압력파형을 전달하고 상기 좌심방모사부 측으로 유입되어 순환되는 것을 특징으로 하는 인공맥상파 재현 장치.
   
3. 제 2항에 있어서,
   상기 좌심실 모사부는,
   상기 좌심방 모사부에서 배출된 순환유체가 내부로 유입되는 유입단과, 피스톤의 이동에 의해 상기 순환유체가 토출되는 토출단을 갖는 좌심실 실린더;
   상기 피스톤을 구동시키는 좌심실 리니어구동부; 및
   상기 유입단 일측에 구비되는 왼방실막판 기능을 하는 삽입체크밸브와, 상기 토출단 일측에 구비되는 대동맥판 기능을 하는 방출체크밸브를 포함하는 것을 특징으로 하는 인공맥상파 재현 장치.
   
4. 제 3항에 있어서,
   상기 방출체크밸브는 개방압력을 제어할 수 있는 가제어성 밸브로 구성되며,
   상기 방출체크밸브의 개방압력은 상기 삽입체크밸브의 개방압력보다 큰 것을 특징으로 하는 인공맥상파 재현 장치.
   
5. 제 2항에 있어서,
   상기 좌심방 모사부는,
   순환유체가 상기 좌심실모사부 측으로 배출되는 배출구와, 상기 맥상파전달부에서 토출된 순환유체가 유입되는 유입구를 가지며, 순환유체가 저장되는 순환유체수조;
   피스톤 이동에 의해 상기 순환유체수조 내의 양압과 음압을 조절할 수 있는 공압을 공급하는 좌심방실린더; 및
   상기 좌심방 실린더 내의 피스톤을 구동시키는 좌심방 리니어구동부를 포함하는 것을 특징으로 하는 인공맥상파 재현 장치.
   
6. 제 2항에 있어서,
   상기 좌심방모사부의 배출구와 상기 좌심실모사부의 유입단 사이를 연결하는 연결관과, 상기 좌심실모사부의 토출단과 상기 맥상파 전달부 사이를 연결하는 배출관과, 상기 배출관 일측과 좌심방모사부 사이에 연결된 하행대동맥모사관과, 요골동맥모사부와 상기 좌심방모사부의 유입구 사이를 연결하는 순환관을 포함하고,
   상기 요골동맥모사부는 상기 토출관과 상기 순환관 사이에 구비되어 상기 좌심실모사부에서 토출되는 순환유체에 의해 압력파형을 전달하는 전달용 소프트 튜브로 구성되는 것을 특징으로 하는 인공맥상파 재현 장치.
   
7. 제 6항에 있어서,
   상기 전달용 소프트 튜브의 높이 및 텐션 중 적어도 어느 하나를 조절하는 튜브 조절부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 인공맥상파 재현 장치.
   
8. 인공맥상파 재현 방법에 있어서,
   좌심방모사부의 순환유체수조에 저장된 순환유체가 공압에 의해 연결관으로 배출되는 단계;
   삽입체크밸브에 의해 단방향으로 상기 순환유체가 좌심실모사부의 좌심실실린더로 제 1특정압력까지 유입되는 단계;
   좌심실 리니어 구동부에 의해 피스톤이 이동되어 상기 좌심실실린더 내의 순환유체를 가압하는 단계;
   상기 좌심실실린더 내의 압력이 제1특정압력보다 큰 제2특정압력을 초과하여 맥유동을 형성하며 방출체크밸브를 통해 상기 순환유체가 배출관으로 토출되는 단계;
   상기 좌심실 모사부에 의해 전달된 맥유동을 요골동맥모사부가 압력파형으로 전달되는 단계; 및
   상기 요골동맥모사부에서 배출된 순환유체가 순환관을 통해 상기 순환유체수조 내로 유입되어 순환되는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 인공맥상파 재현 방법.
   
9. 제 8항에 있어서,
   상기 제1특정압력은 1 mmHg이상 ~ 50 mmHg미만이고,
   상기 제2특정압력은 50 mmHg이상 ~ 100 mmHg 미만인 것을 특징으로 하는 인공맥상파 재현 방법.
   
10. 제 9항에 있어서,
    상기 요골동맥모사부는, 상기 배출관과 순환관 사이에 구비되어 상기 좌심실모사부에서 토출되는 순환유체에 의해 압력파형을 전달하는 전달용 소프트 튜브를 포함하고,
    튜브조절부가 상기 전달용 소프트 튜브의 높이 및 텐션 중 적어도 어느 하나를 조절하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 인공맥상파 재현 방법.
    
11. 컴퓨터에 의해 판독가능하며,
    제 8항 내지 제 9항 중 어느 한 항에 따른 인공맥상파 재현방법을 실행시키는 프로그램이 기록된 기록매체.
    
12. 인공맥상파 재현 시스템에 있어서,
    제 1항 내지 제 7항 중 어느 한 항에 따른 인공맥상파 재현 장치;
    상기 인공맥상파 재현장치의 좌심실 모사부의 일구성인 좌심실 실린더 내의 압력을 실시간으로 측정하는 압력측정부; 및
    상기 압력측정부에서 측정된 압력값을 기반으로, 인공맥상파 재현 장치의 좌심실 리니어 구동부와, 좌심방 리니어 구동부의 구동을 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 인공맥상파 재현 시스템.
    
13. 제 12항에 있어서,
    상기 좌심방 모사부와 상기 좌심실 모사부는 상기 맥상파 전달부에 잔진이 전달되지 않도록 방진구조를 갖는 것을 특징으로 하는 인공맥상파 재현 시스템.
    
14. 제 12항에 있어서,
    요골동맥모사부로 유입되는 순환유체의 압력을 실시간으로 측정하는 요골동맥모사부 유압측정부;
    상기 요골동맥모사부 유압측정부에서 측정된 측정값을 기반으로 압력파형을 디스플레이하는 디스플레이부; 및
    순환관 일측에 구비되어 압력파형의 크기를 조절하는 조절 밸브; 중 적어도 어느 하나를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 인공맥상파 재현 시스템.
    
15. 제 12항의 인공맥상파 재현 시스템을 이용한 좌심방 모사부의 순환유체수조의 양압과 음압효과를 고려한 인공맥상파 재현 방법에 있어서,
    순환유체수조의 배기밸브를 개방하고, 제어부가 좌심방 리니어구동부와 좌심실 리니어구동부를 구동시켜, 좌심방실린더 내의 피스톤과 좌심실실린더 내의 피스톤을 후진배치시키고, 배기밸브를 닫는 제1단계;
    좌심방실린더 내의 피스톤을 전진 이동시켜, 좌심방모사부의 순환유체수조에 저장된 순환유체가 양얍의 공압에 의해 연결관으로 배출되고, 삽입체크밸브에 의해 단방향으로 상기 순환유체가 좌심실모사부의 좌심실실린더로 제1특정압력까지 유입되는 제2단계;
    상기 배기밸브를 개방하고, 좌심방실린더 내의 피스톤을 전진배치시켜 음압효과를 준비하는 제3단계;
    좌심실 리니어 구동부에 의해 좌심실실린더 내의 피스톤이 전진이동되어 상기 좌심실실린더 내의 순환유체를 가압하는 제4단계;
    상기 좌심실실린더 내의 압력이 제1특정압력보다 큰 제2특정압력을 초과하여 맥유동을 형성하고, 상기 순환유체가 토출관으로 토출되는 제5단계;
    좌심방실린더 내의 피스톤을 후진 이동시켜 음압효과를 생성하여 순환유체가 대동맥모사부와, 요골동맥모사부를 거쳐 순환유체수조로 유입되는 제6단계; 및
    상기 제1단계 내지 제6단계를 반복하는 제7단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 양압과 음압효과를 고려한 인공맥상파 재현 방법.
    
16. 제 15항에 있어서,
    상기 제2단계 및 제6단계에서, 좌심실압력측정부에서 측정된 압력값을 기반으로 제어부가 좌심방 리니어구동부의 구동을 피드백제어하고,
    상기 제4단계 및 제5단계에서, 좌심실압력측정부에서 측정된 압력값을 기반으로 제어부가 좌심실 리니어구동부의 구동을 피드백제어하는 것을 특징으로 하는 양압과 음압효과를 고려한 인공맥상파 재현 방법.
    
17. 제 16항에 있어서,
    제어부는 측정된 압력값에 기반하여 좌심실 리니어구동부의 피스톤의 이동속도를 제어하여, 특정 압력의 파형을 만드는 것을 특징으로 하는 양압과 음압효과를 고려한 인공맥상파 재현 방법.
    
18. 제 17항에 있어서,
    상기 제어부가 방출체크밸브의 개방압력을 조절하는 단계;
    요골동맥모사부 유압측정부가 요골동맥모사부로 유입되는 순환유체의 압력을 실시간으로 측정하는 단계;
    디스플레이부가 상기 요골동맥모사부 유압측정부에서 측정된 측정값을 기반으로 압력파형을 디스플레이하는 단계; 및
    상기 제어부가 상기 순환관 일측에 구비된 조절밸브를 제어하여 상기 압력파형의 크기를 조절하는 단계; 중 적어도 어느 하나를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 양압과 음압효과를 고려한 인공맥상파 재현 방법.
    
19. 컴퓨터에 의해 판독가능하며,
    제 15항에 따른 양압과 음압효과를 고려한 인공맥상파 재현 방법을 실행시키는 프로그램이 기록된 기록매체.

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