KR20190120053A - 환자의 욕창 방지를 위한 의료장치의 침대 매트 제어 수행방법과 이를 위한 의료장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 환자의 욕창 방지를 위한 의료장치의 침대 매트 제어 수행방법과 이를 위한 의료장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 환자의 욕창을 방지하기 위하여 환자가 누워 있는 침대의 부위별 높낮이 제어를 통하여 환자의 체위를 자연스럽게 변경할 수 있도록 하여 신체에 가해지는 압력을 분산하는 방법과, 이를 구현하는 의료장치에 관한 것이다.
본 발명에 의하면, 간호사, 간병인 등이 직접 환자의 몸을 움직여줄 필요없이도 자동으로 환자의 신체에 가해지는 압력을 분산시키거나 주기적으로 그 체위를 변화를 주도록 함으로써, 상시 누워있는 환자의 욕창을 방지하고, 간호조무사 혹은 간병인의 노동적 고충을 덜어주는 의료장치를 제공한다.

Description

환자의 욕창 방지를 위한 의료장치의 침대 매트 제어 수행방법과 이를 위한 의료장치{Method for controlling the bed-mat for preventing pressure sore of patients and medical apparatus therefor}

본 발명은 환자의 욕창 방지를 위한 의료장치의 침대 매트 제어 수행방법과 이를 위한 의료장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 환자의 욕창을 방지하기 위하여 환자가 누워 있는 침대의 부위별 높낮이 제어를 통하여 환자의 체위를 자연스럽게 변경할 수 있도록 하여 신체에 가해지는 압력을 분산하는 방법과, 이를 구현하는 의료장치에 관한 것이다.

고령화 시대에서 가장 많이 발병하는 질병 중 하나는 욕창이다. 거동이 불편하거나 불가능한 사람들이 장시간 동일한 체위로 누워있을 경우, 압력과 습기에 의해서 욕창이 발생하는데, 이는 사전 예방이 철저하다면 피할 수 있는 증상이다. 사전에 욕창을 방지하기 위해서는 간호조무사 또는 간병인의 역할이 절대적으로 필요하며 노동력이 많이 요구되는 일이다.

욕창(Bedsore)은 좁게는 피부, 넓게는 피부 및 그 하단 조직에 발생하는 국소적 궤양이다. 압력이 가해지는 조직을 통과하는 혈류의 양이 줄어듦에 따라 산소 및 영양소의 공급이 부족해지고, 결과적으로 해당 조직의 대사에 이상이 생기며 발생한다. 이에 더해 뼈로 인한 압력, 혹은 압력과 조합된 마찰이 반복적으로 가해짐에 따라 궤양이 생긴 인체 조직에 물리적인 타격이 가해지며 발생한 직간접적 손상이 생기기도 한다. 또한 오염으로 인한 감염이나 높은 온도 및 습도는 욕창을 악화시키는 대표적 요인으로 꼽힌다.

욕창은 대개 뇌성마비 환자 등 사고나 질환으로 인하여 몸을 스스로 움직이지 못하는 환자나 신경계의 이상으로 인해 피부 감각을 느낄 수 없게 된 환자들에게 발생하며, 이외에도 말초동맥질환의 합병증으로 일어나기도 한다.

누운 자세에서 바닥과 접촉하는 경우가 잦은 엉치뼈, 꼬리뼈, 뒤꿈치, 고관절, 천골 주위에서 자주 발생하며, 팔꿈치, 무릎, 족관절, 머리뼈 주위에서도 흔히 발견된다. 이외에도 환자의 골격적 특성이나 자세의 차이에 따라 뼈가 튀어나와있는 신체 부위는 모두 욕창이 일어날 수 있다.

욕창 환자의 다수는 몸을 스스로 움직이지 못하며, 때문에 욕창의 예방 및 치료를 위해서는 간병인이 일정 시간마다 환자의 체위를 바꿔주는 작업을 수행해야만 한다. 이는 신체의 특정 부위에 압력이 지속적으로 가해지는 것을 막아줄 뿐만 아니라, 온도, 습도 등으로 인한 악화나 오염으로 인한 2차 감염을 방지한다.

매트리스를 개선하는 것 역시 욕창 방지에 큰 도움이 되는데, 일반적인 매트리스에 비해 신체의 곡선을 잘 추종하는 구조와 재질을 사용한다. 우레탄 폼, 액체를 이용한 매트리스 등이 대표적이나, 지나치게 푹신한 매트리스는 척추를 비롯한 근골격계통에 부담을 줄 수 있기 때문에 선택에 주의가 요구된다.

욕창이 발생한 경우 대부분은 위의 방법과 더불어 정기적/지속적 약물치료를 통해 증상과 2차 감염을 완화시키나, 악화될 경우 수술적 치료가 요구된다. 일반적으로 욕창 및 주변 조직을 제거하고 피부 이식을 진행하거나 압력의 원인이 되는 뼈를 깎는 등의 방법을 사용한다.

본 발명은 요양시설에서 장기 입원 환자의 욕창을 방지하기 위해 많은 간호 인력이 투입되는 문제, 그리고 이에 따른 경제적 비용과 노동력 소모를 해결하고자 개발되었다. 욕창을 방지하기 위해 주기적으로 환자의 체위를 변경하는 행위는 간호원들의 체력적 부담을 증대시킬 뿐만 아니라, 환자의 체중이 육중하거나, 체위 변경 행위가 과도하게 반복되는 경우 간호원들의 부상을 초래할 수 있다는 내용을 현장 조사에서 확인할 수 있다. 본 발명은 욕창을 예방하는 침대를 구현하여 욕창 환자뿐만 아니라 간호조무사 혹은 간병인의 노동적 고충을 덜어주는 목적을 지니고 있다.

도 1은 종래의 욕창 방지 침대를 도시한 도면이다.

도 1(a)는 소어베드(sorbed)로서, 일자형 셀(Cell)들을 나란히 배열하여 수직 운동이 가능하도록 설계되었다. 각각을 구동하여 신체의 압박 부위를 주기적으로 바꿔줌으로써 동적인 체위 변경 없이도 욕창을 어느 정도 방지할 수 있다는 점에서 이점을 가진다. 또한 각각을 모듈화하는 것이 가능하여 비용 및 수리/관리 면에서 유리하다. 그러나 상대적으로 가격이 비싸고 소음이 크며, 좌우로 기울이는 작업을 수행할 수 없다는 점이 보완되어야 한다.

도 2(b)는 기울임 침대(tilting bed)로서, 침대 전체를 축에 고정하고, 이를 기준으로 좌우로 기울이는 운동이 가능하도록 설계되었다. 간병인으로 하여금 상대적으로 적은 힘과 에너지만 사용해서 환자의 체위를 변경할 수 있도록 한다는 점에서 이점을 가진다. 그러나 안전성에 대한 개선이 필요하며, 압력 분산 작업을 수행할 수 없다는 약점이 존재한다.

KR 10-1630381 B1

본 발명은 이와 같은 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로서, 간호사, 간병인 등이 직접 환자의 몸을 움직여줄 필요없이도 자동으로 환자의 신체에 가해지는 압력을 분산시키거나 주기적으로 그 체위를 변화를 주도록 함으로써, 상시 누워있는 환자의 욕창을 방지하고, 간호조무사 혹은 간병인의 노동적 고충을 덜어주는 의료장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

이와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 환자의 욕창 방지를 위한 의료장치는, 높낮이를 독립적으로 제어 가능한 다수개의 매트; 상기 매트의 높낮이를 조절하는 매트 하부 구조물; 상기 매트의 높낮이 조절시 상기 상기 매트 하부 구조물을 구동하는 구동부; 및 상기 구동부의 구동을 제어하는 제어부을 포함한다.

상기 환자의 욕창 방지를 위한 의료장치는, 상기 매트의 높낮이 조절을 위한 사용자 입력을 수신하는 사용자 인터페이스부를 더 포함하고, 상기 제어부는 상기 사용자 인터페이스부를 통한 입력에 따라 상기 각 매트의 높낮이를 조절하도록 제어할 수 있다.

상기 매트의 높낮이 조절은, 사용자의 입력에 따라 각 매트별 또는 특정 매트 집합별로 높낮이 조절이 가능할 수 있다.

상기 환자의 욕창 방지를 위한 의료장치는, 각 매트별로 높이가 특정 높이로 지정되어 전체 매트가 특정한 형태를 이루는 모드(이하 '매트 높낮이 모드'라 한다)가 다수 저장된 저장부를 더 포함하고, 상기 사용자 인터페이스부는, 사용자로부터 상기 저장부에 저장된 다수의 매트 높낮이 모드 중, 특정 매트 높낮이 모드를 입력받는 것이 가능하며, 상기 제어부는, 상기 입력된 매트 높낮이 모드에 따라 각 매트의 높낮이를 조절하도록 제어할 수 있다.

상기 사용자 인터페이스부는, 사용자로부터 상기 저장부에 저장된 매트 높낮이 모드 중, 특정한 복수의 매트 높낮이 모드가 순차적으로 진행되도록 하는 시퀀스 모드를 입력받는 것이 가능하며, 상기 제어부는, 상기 입력된 시퀀스 모드의 매트 높낮이 모드 순서에 따라 각 매트의 높낮이를 순차적으로 조절하도록 제어할 수 있다.

상기 사용자 인터페이스부는, 상기 입력된 시퀀스 모드에 의해 순차적으로 진행되는 각 매트 높낮이 모드의 유지시간을 입력받는 것이 가능하며, 상기 제어부는, 상기 입력된 시퀀스 모드에 의해 순차적으로 진행되는 각 매트 높낮이 모드 순서에 따라, 상기 입력된 각 매트 높낮이 모드의 유지시간이 경과하면 다음 매트 높낮이 모드로 전환하도록 제어할 수 있다.

상기 환자의 욕창 방지를 위한 의료장치는, 각 매트별 높이가 주기적으로 변화되어 전체 매트의 형태가 주기적으로 변화되는 모드(이하 '가변 매트 모드'라 한다)가 하나 이상 저장된 저장부를 더 포함하고, 상기 사용자 인터페이스부는, 사용자로부터 상기 저장부에 저장된 가변 매트 모드 중, 특정 가변 매트 모드를 입력받는 것이 가능하며, 상기 제어부는, 상기 입력된 가변 매트 모드에 따라 각 매트의 높낮이를 주기적으로 조절하도록 제어할 수 있다.

본 발명의 다른 측면에 따르면, 환자의 욕창 방지를 위한 의료장치가 매트 제어를 수행하는 방법은, (a) 높낮이를 독립적으로 제어 가능한 다수개의 매트의 제어를 위한 입력을 수신하는 단계; 및 (b) 상기 입력에 따라 각 매트의 높낮이를 조절하는 단계를 포함한다.

상기 단계(a) 이전에, (a0) 높낮이를 독립적으로 제어 가능한 다수개의 매트의 제어를 위한 사용자 인터페이스 화면을 제공하는 단계를 더 포함하고, 상기 단계(a)에서는 상기 사용자 인터페이스 화면에서 사용자에 의해 선택된 매트 제어 입력을 수신할 수 있다.

상기 사용자 인터페이스 화면에는, 사용자가 높낮이 조절을 각 매트별 또는 특정 매트 집합별로 할 수 있는 인터페이스가 제공되고, 상기 단계(b)에서는, 사용자의 입력에 의해 선택된 매트별 또는 특정 매트 집합의 높낮이를 조절할 수 있다.

상기 사용자 인터페이스 화면에는, 각 매트별로 높이가 특정 높이로 지정되어 전체 매트가 특정한 형태를 이루는 모드(이하 '매트 높낮이 모드'라 한다)가 다수 제공되고, 상기 단계(b)에서는, 상기 다수의 매트 높낮이 모드 중, 사용자의 입력에 의해 선택된 매트 높낮이 모드에 따라 각 매트의 높낮이를 조절할 수 있다.

상기 사용자 인터페이스 화면에는, 상기 매트 높낮이 모드 중, 특정한 복수의 매트 높낮이 모드가 순차적으로 진행되도록 하는 시퀀스 모드가 하나 이상 제공되고, 상기 단계(b)에서는, 사용자의 입력에 의해 선택된 시퀀스 모드의 매트 높낮이 모드 순서에 따라 각 매트의 높낮이를 순차적으로 조절할 수 있다.

상기 사용자 인터페이스 화면에는, 상기 입력된 시퀀스 모드에 의해 순차적으로 진행되는 각 매트 높낮이 모드의 유지시간을 입력받는 인터페이스가 제공되며, 상기 단계(b)에서는, 상기 입력된 시퀀스 모드에 의해 순차적으로 진행되는 각 매트 높낮이 모드 순서에 따라, 상기 입력된 각 매트 높낮이 모드의 유지시간이 경과하면 다음 매트 높낮이 모드로 전환시킬 수 있다.

상기 사용자 인터페이스 화면에는, 각 매트별 높이가 주기적으로 변화되어 전체 매트의 형태가 주기적으로 변화되는 모드(이하 '가변 매트 모드'라 한다)가 하나 이상 제공되고, 상기 단계(b)에서는, 사용자에 의해 입력된 가변 매트 모드에 따라 각 매트의 높낮이를 주기적으로 조절할 수 있다.

본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 환자의 욕창 방지를 위한 의료장치의 매트 제어를 수행하기 위한 컴퓨터 프로그램은, 비일시적 저장 매체에 저장되며, 프로세서에 의하여, (a) 높낮이를 독립적으로 제어 가능한 다수개의 매트의 제어를 위한 입력을 수신하는 단계; 및 (b) 상기 입력에 따라 각 매트의 높낮이를 조절하는 단계가 실행되도록 하는 명령을 포함한다.

상기 단계(a) 이전에, (a0) 높낮이를 독립적으로 제어 가능한 다수개의 매트의 제어를 위한 사용자 인터페이스 화면을 제공하는 단계가 실행되도록 하는 명령을 더 포함하고, 상기 단계(a)에서는 상기 사용자 인터페이스 화면에서 사용자에 의해 선택된 매트 제어 입력을 수신할 수 있다.

본 발명에 의하면, 간호사, 간병인 등이 직접 환자의 몸을 움직여줄 필요없이도 자동으로 환자의 신체에 가해지는 압력을 분산시키거나 주기적으로 그 체위를 변화를 주도록 함으로써, 상시 누워있는 환자의 욕창을 방지하고, 간호조무사 혹은 간병인의 노동적 고충을 덜어주는 의료장치를 제공하는 효과가 있다.

도 1은 종래의 욕창 방지 침대를 도시한 도면.
도 2는 욕창이 발병할 가능성이 높은 환자들을 돌볼 경우의 욕창 방지 매뉴얼의 일 실시예를 도시한 도면.
도 3은 본 발명에 따른 욕창 방지 침대 및 구성요소들의 일 실시예를 도시한 도면.
도 4는 본 발명에 따른 욕창 방지 침대의 높낮이가 부분적으로 변경 가능하게 하는 기능을 단계별로 나타낸 도면.
도 5는 본 발명에 따른 욕창 방지 침대의 하나의 셀(cell)을 도시한 도면.
도 6은 실제 환자의 체위 변경을 예시하는 도면.
도 7은 도 6의 각 체위에서의 본 발명에 따른 욕창 방지 침대의 동작 메커니즘을 나타내는 도면.
도 8은 그와 같은 동작 메커니즘의 일 실시예에 따라 누운 환자의 자세가 변경되는 경우를 나타내는 모식도.
도 9는 도 7의 동작 메커니즘에 따라 구현된 본 발명에 따른 욕창 방지 침대 동작의 일 실시예를 나타내는 도면.
도 10은 평상시 환자의 피부에 가해지는 압력을 분산시키기 위한 본 발명에 따른 욕창 방지 침대의 동작의 일 실시예를 도시한 도면.
도 11은 4x4 세그먼트를 가진 본 발명에 따른 욕창 방지 침대의 일 실시예로서의 형태를 도시한 도면.
도 12는 본 발명에 따른 욕창 방지 침대의 높이를 변화시키는 경우의 단차 조절을 설명하기 위한 도면.
도 13은 본 발명에 따른 욕창 방지 침대의 셀(cell) 구조물에 걸리는 하중을 분석하기 위한 도면.
도 14는 본 발명에 따른 욕창 방지 침대의 상판의 두께를 결정하기 위해 하중을 분석하는 도면.
도 15는 본 발명에 따른 욕창방지 침대를 일 실시예로서 프로토타입으로 제작한 부품 및 조립된 cell의 모습을 나타낸 도면.
도 16은 침대를 기울이는(tilting) 경우, 환자를 움직이는 힘의 감소량을 분석하기 위한 도면.

이하 첨부된 도면을 참조로 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

도 2는 욕창이 발병할 가능성이 높은 환자들을 돌볼 경우의 욕창 방지 매뉴얼의 일 실시예를 도시한 도면이다.

간호 인력의 환자 체위 변경 행위를 수월하게 하고자, 형상이 변경되는 침대에 대한 것이며, 인체의 압력 분포을 고려해 설계된 소프트웨어는 간호 인력에 의한 환자 체위 변경 조건에서 간호 인력을 보조함과 동시에, 평 와병 환경에서 환자의 피부에 가해지는 압력의 분산을 돕는다.

본 발명의 일 실시예로서, 4x4셀로 구획된 침대 메트리스는 독립적으로 제어되며, 링크와 리니어 모터의 기구학적인 동작으로 상승/하강 운동을 구현한다. 본 프로젝트의 프로토타입에서는 아두이노와 모터 드라이버를 통해 12V DC 전력을 리니어 모터에 개별적으로 전달함으로써, 소프트웨어의 명령에 따라 동작하도록 설계하였다.

다수의 피실험자가 제품을 실사용하며 테스트하였고, 평 환경에서 압력 분산 모션을 구동하는 것으로도 상당한 안락함을 느끼었다. 더하여, 요양시설에서 수행하는 체위 변경 행위를 그대로 모사해 본 바, 수치적 분석에서 입증된 바와 같이 현저히 적은 힘으로 체위 변경을 수행할 수 있었다.

도 2는 실제 욕창이 발병할 소지가 높은 환자를 돌볼 경우의 매뉴얼을 토대로 본 발명의 욕창방지 침대를 사용했을 때 간호사, 간호조무사, 간병인이 참고하고 이용할만한 매뉴얼의 실시예이다. 기존에는 2시간씩 오른쪽과 왼쪽 옆 방향으로 체위(Scissor Position)를 변경해줘야 하며, 그것이 끝난 4시간 후에는 정자세(Supine Position)로 자세를 틀어줘야 한다. 그리고 다시 두시간 후에 옆 방향으로 체위를 돌려주어야 한다. 하지만, 본 발명의 욕창방지 침대는 자동 압력분산이 가능하기 때문에 정자세로 누웠을 때 2시간이 아닌, 도 2와 같이 4시간까지 같은 자세로 유지하여도 괜찮다. 이로써 욕창을 예방하는 동시에 간병인의 역할도 줄여 주는 효과를 볼 수 있다. 환자의 체위를 변경할 때에도 간병인의 노동력이 감소한다. 옆 방향 자세에서 정자세, 혹은 정자세에서 옆 방향 자세로 체위 변경을 해야 할 경우, 침대가 네 가지 step에 맞춰서 cell의 높낮이를 조절하여 원활한 시행을 가능케 한다.

욕창 환자의 간호에는 다음의 두 작업이 반드시 포함되어야 한다.

1. 일정 시간마다 반복되어야 하는 체위 변경 작업

2. 체위를 유지하고 있을 때 압력을 분산하는 작업

첫번째 작업은 현재 전적으로 간호사의 노동력에 의존하고 있다. 약 2시간 주기로 욕창 환자의 체위를 변경해야 하는데, 적게는 혼자, 많게는 두 명의 간호사가 욕창 환자의 무게를 지탱하며 수행해야 하기 때문에 육체적으로 매우 힘든 작업이다. 또한 간호사의 수면 시간에는 이러한 체위 변경 작업을 수행할 수 없기에 간호사 간의 교대제가 요구된다. 특히 환자 대비 간호사의 수가 충분하지 않은 경우 이러한 문제점은 더욱 커진다.

두번째 작업은 욕창 환자가 바닥으로부터 받는 압력이 특정 부위에 집중되어 욕창이 악화되는 것을 방지하기 위한 것이다. 그러나 간호사에 의해 실시간으로 이러한 압력 분산이 이루어지는 것은 현실적으로 불가능하며, 때문에 압력 분산 매트 등의 간접적이며 불충분한 방법을 통해 수행되고 있다.

욕창 환자를 담당하는 간호사에 따르면, 이러한 작업들이 자동화되거나 노동의 질적/양적 측면에서 개선되는 것이 시급하다고 한다. 이러한 이유로 본 발명은 잠재적 고객의 이러한 요구를 침대 구조와 기능의 개선으로 달성하는 것에 초점을 맞추었다.

도 3은 본 발명에 따른 욕창 방지 침대 및 구성요소들의 일 실시예를 도시한 도면이다.

욕창환자 체위변경 시 간호사 업무보조 및 환자의 몸에 가해지는 압력의 분산이라는 두 목적의 해결을 위하여 4 by 4 cell 구조를 가진 침대를 최종적으로 설계하게 되었으며 각 cell의 구조 및 부품은 도 3(a)와 같다.

각 셀은 두 개의 X자 링크에 의해 지지되며, 사용된 Linear motor의 출력은 1000N, maximum stroke는 약 15cm이다. 상판과 하판은 460mm×190mm이며, 하판을 부착할 철판은 1850mm×775mm 크기로 제작되었고 상응하는 크기와 높이에 맞추어 링크에 사용될 알루미늄 bar, 슬라이더와 세 종류의 브라켓을 주문 및 제작하였다. 총 16개의 cell을 침대 위에 조립한 결과는 도 3(b)과 같다.

15cm의 모터 가동범위로 cell의 높이 단차를 안전한 제어가 가능한 범위에서 상하 약 15cm로 구현할 수 있었으며 각 cell 당 최대 약 50kg 정도의 하중을 버틸 수 있었다. 또한 두 개의 X자 링크를 좌우로 사용함으로써 측면에서 가해지는 힘에도 버틸 수 있다. 각 cell은 다른 cell과 독립적으로 넓은 철판에 부착되었기에 고장이 생기거나 조정이 필요한 cell만 별도로 해체하여 수리할 수 있다는 장점이 있다. 각 cell을 독립적으로 제어하기 위해서 Arduino와 Motor drive, 300W Power supply를 사용하였다. 이와 같은 제어를 통해 결과적으로 침대 표면을 원하는 모양대로 쉽게 변형할 수 있어 간호사의 업무 보조를 위해 고안한 체위변경 4가지 Mode와 압력분산을 위한 Loop를 구현할 수 있었다.

표 1은 본 발명을 실시함에 있어서, 일 실시예로서의 목표 데이터이고, 표 2는 일 실시예로서의 제한 조건을 나타낸다.

Objective Name	Priority	Method of Measurement (units)	Optimization	Target	Result
가격	2	침대를 구성하는 데 지원된 총 비용 (만원)	Minimize	< 400	< 300
Degree of Freedom	5	# of directions of free translational/rotational motion ()	Hit Target	2	1
크기	4	병실 침대 규격 (cm)	Hit Target	< 1900 x 900	1850 x 775
Cell의 개수	3	가격과 비교 했을 때 침대를 구성하는 최적의 cell 개수	Maximize	> 10	16
Actuator의 개수	1	가격과 비교 했을 때 침대를 구성하는 최적의 actuator 개수	Minimize	< 10	16
Stroke의 높이	4	환자를 tilting할 때 올라갈 cell의 높이 (cm)	Hit Target	20	15
기울임 각도	2	환자를 tilting할 때 형성되는 바닥의 각도	Hit Target	15	14.74

Objective Name	Method of Measurement (units)	Limits
소음	소음 측정계 (dB)	< 50
안정성	사이드 레일을 부착함으로써 환자가 낙상하는 것을 방지한다.	-
한 cell의 각도	침대가 환자를 tilting하는 것을 도와줄 때 cell의 각도 (deg)	< 30
한 cell이 견딜 수 있는 압력	가장 무게를 많은 받을 때 (흉부 무게), cell이 견딜 수 있는 최대 압력 (kPa)	< 0.87

도 4는 본 발명에 따른 욕창 방지 침대의 높낮이가 부분적으로 변경 가능하게 하는 기능을 단계별로 나타낸 도면이고, 도 5는 본 발명에 따른 욕창 방지 침대의 하나의 셀(cell)을 도시한 도면이다.

욕창 방지 침대를 위한 핵심 기능은 침대의 높낮이가 부분적으로 변경 가능해야 한다는 것이다. 그 기능을 단계별로 구분하면 가장 먼저 침대의 구역이 나뉘어야 한다. 그 다음에 나뉘어진 침대의 구역을 높이고 낮출 만한 장치가 있어야 한다. 그리고 변경된 높이를 유지해주면 욕창 방지를 위한 기능이 구현된다고 볼 수 있다.

도 4와 같이 침대의 높낮이를 부분적으로 변경하기 위해선 세 단계로 구분할 수 있다. 기능을 실현하기 위해 MORPHOLOGICAL CHART를 이용했다. Subfunction으로는 침대의 높낮이 조절 방법과 동력원이었다. 첫 번째는 모터를 이용하여 침대 바닥이 일정한 직사각형 크기로 나누고 그것을 올리는 것이었고 두 번째는 침대 바닥에 구를 설치하여 그 위에 설치된 매트리스를 굴리는 방법이었고 세 번째는 침대 바닥에 케이블을 여러 개 설치해서 각 케이블을 조이고 푸는 방법으로 매트리스의 높낮이를 조절하는 것이었다. 투자비용 대비 성능을 생각한 결과 첫 번째 방법을 이용하기로 하였다.

가장 먼저 일정한 면적으로 나눈 셀을 어떻게 높이고 낮출 것인가를 결정했다. 리니어 모터의 축에 직접 판을 붙이는 방법을 생각했지만 그 방법은 수평 힘에 약하고 판과 축 사이의 결합이 강하지 않아서 토크에 굉장히 약할 수 있었다. 안정적인 구조를 만들고자 Scissors lift를 이용하기로 했다. 일반적으로 공사현장에서 많이 볼 수 있는 리프트의 형태로 링크를 X자로 배치하여 리니어 모터를 이용해 링크에 힘을 가하는 것이다. 그러면 슬라이더 위의 링크가 미끄러지면서 링크 사이의 각도가 바뀌며 셀의 높낮이가 바뀌는 것이다. 그러나 셀 하나에 X자 링크를 하나만 사용하게 된다면 Shear force에 굉장히 취약할 것이라 생각해서 셀 하나당 두 개의 X자 링크를 사용하여 더 안정적인 구조를 만들기로 했다.

그 후 침대 밑의 구간을 총 몇 개의 셀로 나눌 것인가를 결정하기로 했다. 가장 초기에는 셀의 수가 많으면 많을수록 resolution이 높기 때문에 최대한 많이 하기로 생각하고 4*5=20개로 만들려고 했다. 그러나 리니어 모터와 침대를 직접 주문한 결과 수치 문제로 그렇게 할 수가 없었다. 모터의 길이가 약 300mm였고 가동범위까지 생각하게 되면 침대 크기인 1950*850mm안에 최대 16개의 셀을 만들 수 있었다. 일정한 크기로 셀을 만드는 이유는 두 가지가 있었다. 첫 번째로 디자인을 하나로 고정하게 되면 대량생산을 하게 되면 제작비용이 크게 감소하기 때문에 경제적인 측면에서 유리하기 때문이다. 두 번째로는 침대 밑에 배치해서 사용하는 셀 중 하나라도 고장이 나게 되면 고장난 셀 하나만 제거하고 수리해서 다시 배치하면 되기 때문에 나중에 유지, 보수라는 측면에서도 유리하다.

위의 사항들을 고려하여 가장 일반적인 Scissors lift의 이미지를 찾아 필요한 부품들을 생각해봤다. 셀 하나를 기준으로 부품 수를 고려했다.

제한된 비용과 시간을 생각하면 필요한 부품들을 모두 주문하여 직접 조립하는 것이 가장 효율적이라고 생각했다. 도 5의 사진에서 검은 동그라미는 브라켓을 설치할 부분이고 빨간 동그라미는 체결할 핀이다. 링크가 고정한 부분을 기준으로 회전 운동을 해야하기 때문에 링크의 고정은 핀으로 하고 핀을 고정하기 위해서 'ㄷ'자 모양의 브라켓을 사용하기로 했다. 링크끼리의 고정도 역시 회전운동이 가능해야하기 때문에 핀을 사용하기로 했다. 링크가 미끄러지기 위한 부분, 즉 슬라이더는 저렴한 기성제품을 알아본 결과 책상 서랍에 사용되는 양방향 슬라이더가 가장 적합했다. 일반적으로 모터는 이미지와 같이 사선으로 배치하여 모터의 힘에 따른 셀의 높낮이가 선형적으로 변하게 한다. 그러나 우리의 제품에서는 저렴한 모터를 사용하기 때문에 모터 출력이 제품에 충분히 전달될 수 있도록 지면과 평행하게 배치하도록 했다. 따라서 모터는 이미지와 달리 검은 화살표 방향으로 가동하도록 배치한다.

위 셀을 16개 만들어서 침대 아래에 배치하게 되면 셀 간의 고정이 되지 않아 셀끼리 간섭이 날 수 있다. 따라서 셀의 위치를 고정해줄 수 있는 것이 필요했다. 그 방안으로 큰 철판에 작은 셀의 하판을 체결하여 셀을 고정하기로 했다. 셀 간의 적절한 배치를 하게 되면 간섭이 생길 일도 없을 것이며 셀을 교체할 때 큰 철판과 셀 하판간의 체결만 해체하면 되기 때문에 좋은 방법이라 생각했다.

위의 사항들을 고려하여 필요한 부품들은 표 3과 같다.

필요 부품	개수
브라켓	9
긴 나사봉	1
짧은 핀	7
고정용 키	7
링크 바	4
링크 고정용 핀, 키	2
리니어 레일	4
상판, 하판	1
큰 철판	1

도 6은 실제 환자의 체위 변경을 예시하는 도면이고, 도 7은 도 6의 각 체위에서의 본 발명에 따른 욕창 방지 침대(100)의 동작 메커니즘을 나타내는 도면이고, 도 8은 그와 같은 동작 메커니즘의 일 실시예에 따라 누운 환자의 자세가 변경되는 경우를 나타내는 모식도이며, 도 9는 도 7의 동작 메커니즘에 따라 실제로 구현된 본 발명에 따른 욕창 방지 침대(100) 동작의 일 실시예를 나타내는 도면이다.

본 발명은 환자의 욕창 방지를 위해 간호 인력을 보조하고, 환자 신체에 가해지는 압력을 줄이기 위한 제품을 제작하기 위한 것으로서, 구현하고자 하는 동작과 구현하기 위한 메커니즘이 규명될 필요가 있다. 발명의 가장 큰 동기는 현장에서 체위 변경 작업에 간호 인력들이 느끼는 부담을 실제로 느끼게 되면서부터이다. 따라서, 본 제품의 주 기능은 체위 변경 시, 준비된 시스템이 인체공학적 단차를 인가함으로써 간호 행위를 보조하는 것이다. 도 6은 촬영한 실제 환자 체위 변경의 예시이다.

도 7은 도 6의 각 step의 체위에서의 본 발명에 따른 욕창 방지 침대(100)의 동작 메커니즘을 나타내는 도면으로서, 침대 매트리스 각 cell의 색깔은 흰 박스 내에 표시한 바와 같이 특정 높이(파란색)을 0mm로 하여 이로부터의 높이가 얼마나 되는 cell인지를 나타낸다. 도 8은 그와 같은 동작 메커니즘의 일 실시예에 따라 누운 환자의 자세가 변경되는 경우를 나타내는 모식도이며, 도 9는 도 7의 매트리스가 실제 구현된 예를 사진으로 나타낸 도면이다. 이로써 16개로 분할된 각 매트리스 셀이 다양하게 높이 조절이 됨으로써 환자의 체위에 따른 가장 적절한 매트리스 형태를 이루게 된다. 도 7 및 도 8에서 좌우측은 하나의 매트로 구성되어 총 10개의 매트가 동작하는 실시예를 도시하였으나, 좌우측 매트 역시 중간 2열 매트들과 같이 각각 4개의 매트로 구성되어 도 9와 같이 총 16개의 매트로 구성되도록 할 수도 있다. 이러한 매트의 갯수는 필요에 맞게 구성할 수 있다.

또한 도 7에서는 각 매트들의 하부구조물(120)의 구조를 편의상 생략하고 도시하였으나, 이러한 하부구조물(120)에 대하여는 도 3, 도 5, 도 9 내지 도 11, 도 13 내지 16에 자세히 도시되어 있다.

이하에서는 전술한 욕창 방지 침대(100)를, '환자의 욕창 방지를 위한 의료장치(100)'로 칭하기로 한다.

이와 같은 환자의 욕창 방지를 위한 의료장치(100)는, 전술한 바와 같이 높낮이를 독립적으로 제어 가능한 다수개의 매트(110), 매트(110)의 높낮이를 조절하는 매트 하부 구조물(도 3, 도 5, 도 9 내지 도 11, 도 13 내지 16 참조), 매트의 높낮이 조절시 매트 하부 구조물(120)을 구동하는 구동부(미도시) 및, 구동부의 구동을 제어하는 제어부를 포함한다.

매트 하부 구조물(120)은, 일 실시예로서 도 3을 참조하여 전술한 바와 같은 X자 링크 등이 될 수 있으나 반드시 이와 같은 형태에 한정되지는 않으며, 각 매트의 높낮이를 조절하는 기능을 하는 구조이면 어떤 형태라도 가능하다.

매트 하부 구조물(120)을 구동하는 구동부는, 도 3을 참조하여 전술한 바와 같은 모터 등이 될 수 있다.

제어부는 각 매트 하부의 각 구동부의 구동을 제어하여, 상황에 따라 적절한 매트 하부 구조물(120)이 동작하도록 제어하여, 각 매트의 높낮이를 제어함으로써 전체 매트로 이루어지는 욕창 방지 침대가 상황에 따라 특정한 형상을 이루도록 한다. 제어부는 비일시적 매체에 컴퓨터 프로그램으로서 저장되어 있으며, 환자의 욕창 방지를 위한 의료장치(100) 구동시에 수행되어, 이하에서 설명하는 다양한 매트 높낮이 조절을 제어하게 된다.

이와 같인 제어부의 제어는, 사용자가 인터페이스를 통한 제어 입력을 받아 수행될 수 있다. 환자의 욕창 방지를 위한 의료장치(100)는 이를 위하여 사용자 인터페이스부를 더 구비할 수 있다. 사용자 인터페이스를 통하여 사용자가 필요한 전체 매트들의 높낮이를 설정하면, 제어부가 그에 따라 각 매트의 높낮이 제어를 수행하게 된다.

이와 같은 인터페이스는 다양한 방식으로 이루어질 수 있으며 이하에서 다양한 사용자 인터페이스에 의한 욕창방지 침대(100)의 매트 높낮이 조절에 대하여 설명하기로 한다.

사용자 인터페이스는 물리적 버튼으로 제공될 수도 있다. 예를 들어 16개의 매트로 구성된 욕창방지용 침대의 경우 각 매트별 선택 버튼, 상하조절 버튼 등이 구비되어 사용자가 누른 버튼에 따라 각 매트가 올라가거나 내려가는 방식이다.

그러나 더 바람직하게는 이와 같은 사용자 인터페이스가 디스플레이 화면으로 제공되어, 사용자의 입력에 의해 전체 매트들의 높낮이를 설정할 수 있도록 할 수 있다. 이 경우 사용자 인터페이스부는 비일시적 매체에 컴퓨터 프로그램으로서 저장되어 있으며, 환자의 욕창 방지를 위한 의료장치(100) 구동시에 수행되어, 디스플레이 화면에 이하에서 설명하는 다양한 사용자 인터페이스를 제공하게 된다.

이와 같이 화면상에서 각 매트별 높낮이 조절 방식에는 먼저 사용자가 인터페이스 화면에서 각 매트별 또는 특정 매트 집합별로 높낮이를 설정할 수 있다.

또는 사용자 인터페이스부는, 각 매트별로 높이가 특정 높이로 지정되어 전체 매트가 특정한 형태를 이루는 모드(이하 '매트 높낮이 모드'라 한다)를 사용자 인터페이스 화면에 제공할 수 있다. 예를 들어 도 7 또는 도 8에서 각 step, 즉 step 1, 2, 3, 4가 각각 하나의 매트 높낮이 모드를 구성하도록 하고, 사용자 인터페이스 화면에 각 모드 중 하나를 선택할 수 있도록 제공하며, 사용자는 그 모드들 중 하나를 선택하여 제어부에 의해 그와 같은 매트 높낮이 조절이 이루어지게 되는 것이다. 즉, 하나의 모드에서는 각 매트들의 높낮이가 설정되어 있고, 이에 따라 사용자는 각 매트별로 높낮이 조절을 할 필요없이 그 모드만 선택하면 그에 따라 각 매트들이 동작하여 침대면이 특정한 형태로 형성되는 것이다.

이 경우, 환자의 욕창 방지를 위한 의료장치(100)는, 그와 같은 다수의 매트 높낮이 모드가 다수 저장된 저장부를 더 포함할 수 있다.

전술한 바와 같은 시퀀스 모드의 선택 화면에는, 사용자가 편리하게 알아보도록 각 매트 높낮이 모드에서의 각 매트의 높낮이 형태를 그래픽으로 표현하여 보여줄 수 있다.

또는 사용자 인터페이스부는, 사용자로부터 상기 저장부에 저장된 매트 높낮이 모드 중, 특정한 복수의 매트 높낮이 모드가 순차적으로 진행되도록 하는 시퀀스 모드를 입력받는 것이 가능하고, 이 경우 제어부는, 입력된 시퀀스 모드의 매트 높낮이 모드 순서에 따라 각 매트의 높낮이를 순차적으로 조절하도록 제어한다.

예를 들어 도 7 또는 도 8에서 step 1, 2, 3, 4가 순차적으로 진행되는 시퀀스 모드를 설정할 수 있다.

이 경우 사용자 인터페이스부는, 입력된 시퀀스 모드에 의해 순차적으로 진행되는 각 매트 높낮이 모드의 유지시간을 설정하는 화면을 제공할 수 있고, 사용자는 각 모드의 유지시간을 설정 입력할 수 있다.

예를 들어 도 7 또는 도 8에서 사용자는 step 1은 1시간, step 2는 2시간, step 3는 2시간 step 4는 1시간으로 시퀀스 모드를 설정 입력할 수 있고, 각 step에서 유지시간이 경과하면 제어부는, 시퀀스 모드에 의해 순차적으로 진행되는 각 매트 높낮이 모드 순서에 따라, 다음 매트 높낮이 모드로 전환하도록 제어하는 것이다.

이 경우, 환자의 욕창 방지를 위한 의료장치(100)의 저장부는, 하나 이상의 시퀀스 모드를 저장할 수 있다.

전술한 바와 같은 시퀀스 모드의 선택 화면에는, 사용자가 편리하게 알아보도록 각 시퀀스 모드에서 순차 진행되는 매트 높낮이 모드를 그래픽으로 표현하여 보여줄 수 있다.

또는 사용자 인터페이스부는 각 매트별 높이가 주기적으로 변화되어 전체 매트의 형태가 주기적으로 변화되는 모드(이하 '가변 매트 모드'라 한다)를 인터페이스 화면에 제공할 수 있다. 전술한 매트 높낮이 모드가, 설정된 각 매트의 높이가 그대로 유지되는 정적 매트 모드라면, 가변 매트 모드는 그 모드 내에서 각 매트들의 높이가 주기적으로 변화되어 전체 침대면의 형태가 주기적으로 변화하는 모드라고 할 수 있다. 사용자로부터 인터페이스 화면에 제공된 가변 매트 모드 중 하나를 선택하고, 이 경우 제어부는, 입력된 가변 매트 모드에 따라 각 매트의 높낮이를 주기적으로 조절하도록 제어한다. 환자의 욕창 방지를 위한 의료장치(100)의 저장부는, 하나 이상의 가변 매트 모드를 저장할 수 있다.

도 10은 평상시 환자의 피부에 가해지는 압력을 분산시키기 위한 본 발명에 따른 욕창 방지 침대의 동작의 일 실시예를 도시한 도면이다.

체위 변경 시, 간호인력을 보조하는 기능 외에도 평상시 환자의 피부에 가해지는 압력을 분산시킬 수 있는 방향으로도 설계를 진행하였다. 아래 도식의 Loop 1은 신체 전반에 대해 주기적으로 압력을 분산시켜주는 것으로, 16개의 배치된 셀들이 서로 교차하여 움직인다. Loop 2는 엉덩이와 머리 등 압력이 집중될 수 있는 부위에 단차를 주어 근육이나 피부에 가해질 수 있는 피로를 해소시키고자 하였다.

도 11은 4x4 셀(cell) 세그먼트를 가진 본 발명에 따른 욕창 방지 침대의 일 실시예로서의 형태를 도시한 도면이다.

도 10에서 설정된 작동 계획을 달성하기 위해, 도 5의 개념을 바탕으로 세부 설계를 확정지었다. 기본적으로 Autocad를 통해 부품을 설계하였으며, 표준 부속이 존재하는 경우 이를 그대로 활용하고 자했다. 또한, 가공된 부품을 실제 조립하는 과정에서 뒤늦게 설계 오류를 발견하는 것을 방지하고자 Solidworks를 통해 조립 및 동작까지 시뮬레이션 하였다.

도 11의 (a)와 (b)는 레일 위에 브라켓을 통해 체결된 링크들이 Segmented Plate를 정상적으로 상하 운동시키는 모습이고, 도 11의 (c)는 이러한 Segment 16개가 종합되어 침대 전체를 구성한 모습을 나타낸다.

도 12는 본 발명에 따른 욕창 방지 침대의 높이를 변화시키는 경우의 단차 조절을 설명하기 위한 도면이다.

- Stroke Length Decision

본 발명의 욕창 방지 침대에서 가장 중요한 부분이 단차 조절이다. 단차 조절을 통하여 환자를 안전하게 기울일 때 간호사의 노동력을 크게 줄여 도움이 될 수 있다. 우리는 최적의 단차를 5cm으로 정하였고, 총 3단계로 조절할 수 있어 최대 15cm의 단차를 줄 수 있도록 목표를 정했다. 따라서 목표 단차를 맞추기 위해 모터 Stroke의 길이를 결정하는 것이 중요하다.

원하는 단차를 얻도록 Stroke Length를 결정하기 위해 위의 그림과 같이 기저 높이를 7cm로 잡아 모터와 위판의 간섭이 없도록 하였고, 모터의 길이가 24.5cm인 것을 고려해 10cm정도 튀어나왔을 때인 35cm을 Base 길이로 설정하였다 (모터 구동 시 12cm를 넘어서면 구동이 불안정해지는 것을 고려하여 최대치를 10cm까지로 설정함). 따라서 피타고라스의 정리에 의해 대각선 링크의 길이 L이 정해지며, 링크의 길이를 상수로 설정하여 각각의 단차에 따른 Stroke Length를 계산할 수 있었다. 링크의 길이와 15cm 단차를 주기 위해 계산된 Stroke값은 아래와 같다.

따라서, Stroke가 7.586cm보다 크다면 15cm의 단차 제어가 가능하다는 결과가 나온다. 결과적으로, 우리는 Maximum Stroke를 8cm로 설정하여 설계를 진행하였다.

도 13은 본 발명에 따른 욕창 방지 침대의 셀(cell) 구조물에 걸리는 하중을 분석하기 위한 도면이다.

- Free Body Diagram(FBD)

도 13의 (a)는 cell 구조물의 측면도, 도 13의 (b)는 cell 구조물의 평면도이다.

가장 좋지 않은 Case를 생각하여 그 경우에도 cell 구조물이 버틸 수 있도록 설계하는 것을 목적으로 하였다. 슬라이더의 브라켓이 가장 안쪽에 위치하였을 때 300N(약 60kg 체중)의 힘이 한쪽 끝에 작용하는 경우를 최악의 경우로 가정하였다.

슬라이더, 즉 Roller가 위치한 부분이 아닌 다른 교차점들은 모두 Pin으로 고정하기로 하였으므로, Free Body Diagram(FBD)을 통해 각 Pin에 걸리는 하중을 분석한다면 이 하중을 견딜 수 있도록 Pin을 결정하는 것과 Link의 두께 등을 결정할 수 있다. FBD는 도 13의 (c)와 같다.

이 FBD에서 가장 중요하게 결정해야 할 부분이 Pin에 가해지는 힘을 계산하는 것이므로, 최종 목표는 Fx와 Fy, 그리고 Ry2를 결정하는 것이다. 아래의 계산식에 따라서 세 값이 정해진다.

결과적으로, Force equilibrium과 Momentum equilibrium 관계식들을 통하여 각각의 Pin에 가해지는 Reaction force들을 구할 수 있었다.

- Pin diameter decision

링크 간, 링크와 브라켓 간 결합을 위하여 중요하게 결정되어야 할 조건 중 하나가 Pin diameter이다. 위의 FBD 해석에서, 아래쪽 Pin이 약 388.9N의 부하를 견뎌야 하고, 중앙 Pin이 약 477.8N의 부하를 견뎌야 한다는 것을 수식적으로 계산하였다. 또한, 아래의 표 4를 통해 Stainless steel의 Yield strength가 20.5MPa라는 것을 파악할 수 있었다.

일반적으로, Pin diameter는 아래의 수식에 의하여 결정된다.

따라서 표에 제시된 Yield strength값과 Pin에 가해지는 부하를 대입하면, 각각의 Pin에 대응하는 Diameter 값을 계산할 수 있다. 계산된 Diameter는 아래와 같으며, 순서대로 아래쪽 핀, 중앙 Pin의 Diameter이다.

따라서 아래쪽과 중앙 Pin의 Diameter는 6.47, 7.169mm로 계산되었지만, Safety factor를 고려하여 Pin diameter는 각각 8, 10mm로 설계하였다.

도 14는 본 발명에 따른 욕창 방지 침대의 상판의 두께를 결정하기 위해 하중을 분석하는 도면이다.

- Top plate thickness decision

마지막으로 상판의 두께를 정해야 한다. 이전에 가정했던 최악의 경우를 생각하여 Cell의 상판 오른쪽 끝부분에 600N의 하중이 가해지는 경우를 분석하기로 했으며, Maximum shear force와 Maximum bending moment값을 계산하였다. 그 결과 Maximum shear force의 경우는 600N이었으며 Maximum bending moment값은 48Nm로 계산되었다.

처음에는 Cell의 무게를 고려하여 상판의 재질을 알루미늄으로 제작하기로 설계하였으며 알루미늄의 카탈로그를 살펴본 결과 Yield strength값이 150~200MPa라는 것을 확인하였다. 구조적 안전성을 위하여 알루미늄의 Yield strength값은 100MPa로 가정하여 아래의 계산식에 대입하였다.

왼쪽의 식은 Bending moment에 대응할 때 필요한 두께를 계산한 식이며, 오른쪽은 Shear stress에 상응하는 식이다. 각각의 결과를 종합할 때, 알루미늄 판의 두께가 3.79mm 이상이면 600N의 하중이 최악으로 가해져도 구조적으로 안전하다는 것을 알 수 있다. 하지만, 이후에 알루미늄으로 제작할 때 가공 비용이 무척 비싸다는 점과 시간이 오래 걸린다는 점을 고려하여 철판으로 설계를 변경하였고, 같은 방법으로 계산하였을 때 철판 두께가 2.3mm면 충분하다는 결론을 얻어 2.3mm로 설계를 변경하였다.

최종 목표는 욕창 환자의 간병을 위하여 체위 변경을 돕고 동시에 압력 분산도 가능하게 하는 욕창 방지 침대를 만드는 것이다. 그 목표를 달성하기 위하여 체위 변경을 위한 4단계 모드와, 압력 분산을 가능하게 하는 2가지 루프를 만들었다. 따라서 세 가지 종류의 Verification을 계획해 보았으며 아래와 같다.

1. 사람들에게 직접 시연이나 체험을 통해 Survey를 받고, 의견이나 만족도를 통계적으로 조사하는 것

목적: 실제 사람에게 적용되었을 때 도움이 될지를 직관적으로 판단하기 위하여

필요장비: 본 발명의 욕창방지 침대 프로토타입 제품, Survey를 위한 설문지, 낙상을 방지하기 위한 안전 장비 (매트, 침대 사이드 레일 등)

2. 체위 변경을 위한 모드에서 환자를 정상위에서 측위로 뒤집을 때 필요한 힘이 줄어들었는지 측정하는 것

목적: 간병인의 노동력을 줄이는 목적을 달성하였는지 정량적으로 판단하기 위하여

필요장비: 용수철 저울 or Force sensor(Specification: maximum 1000kgf), 담요

3. 압력 분산을 위한 루프를 작동시켰을 때 실제로 환자의 압력이 분산되었는지를 확인해보는 것

목적: 욕창 환자의 체압을 주기적으로 변화시켜 욕창 발병 확률을 낮추고, 간병인이 욕창 환자를 간호하는 주기를 늘릴 수 있는지 판단하기 위하여

필요장비: Computer simulation program(ANSYS, ABAQUS 등), Pressure sensor

위의 세 가지 Verification 방법 중 가장 중요한 것은 1번의 실제 체험이다. 실제로 사람에게 적용되었을 때 유익할지 판단하는 가장 직관적인 잣대이며, 확실한 방법이다. 실제로 본 발명의 제품이 체위 변경에 도움이 된다는 것을 확인하였다.

도 15는 본 발명에 따른 욕창방지 침대를 일 실시예로서 프로토타입으로 제작한 부품(a) 및 조립된 cell(b)의 모습을 나타낸다.

도 15(a)는 프로토타입에 사용된 부품들이다. 가장 왼쪽에 있는 것은 각 Cell의 아래판과 위판을 담당하는 철판이다. 아래에서 설명하겠지만 철판에는 부품들을 볼트로 체결하기 위한 구멍들이 뚫려져있다. 큰 철판(1950*850) 위에 4X4 형태로 철판들이 위에 얹어지게 된다. 그리고 이어서 시계방향으로 순서대로 설명하자면 첫 번째는 슬라이더다. 슬라이더는 그 위에 브라켓이 붙어 Cell의 높이를 변화시키는 주요 구동 부품 중 하나이다. 슬라이더는 양 방향으로 미끄러질 수 있어서 구동 범위 8cm를 주기 위해서 문제가 없는 슬라이더를 구하였다. 두 번째는 브라켓들이다. 브라켓들은 리니어 모터, 링크를 슬라이더와 철판과 연결시켜주는 역할을 한다. 브라켓들과 부품들은 긴 볼트로 너트와 와셔를 이용하여 연결한다. 세 번째는 링크이다. Cell의 무게가 주어졌을 때 주요 응력을 받는 곳이 링크이기 때문에 링크는 튼튼하게 설계되어야 한다. 특히나 가장 큰 응력은 링크 가운데에 작용하기 때문에 링크는 가운데 부분이 더 두껍게 설계하였다. 마지막으로는 리니어모터이다. 리니어 모터는 링크들에 힘을 가해주어 링크의 움직임을 일으켜 Cell의 높이를 변경하게끔 하는 원동력 제공의 역할을 한다. 이 모든 부품들은 볼트로 체결한다.

도 15(b)는 주어진 부품들을 조립하여 만든 각 Cell의 모습이다. 우선 철판에 구멍을 뚫어야 했다. 브라켓, 슬라이더, 리니어모터 그리고 큰 철판을 볼트와 너트로 체결하기 위해 볼트가 들어갈 구멍들을 뚫었고 배치를 통해 위 Cell을 만들었다. 링크는 X자 모양으로 체결되어 한 쪽만 고정되고 한 쪽은 슬라이더에 연결되어 자유롭게 움직일 수 있게 되었다. 따라서 고정된 한 쪽에 대해서 회전 운동을 하는 형식이 되어 Cell의 높이는 변한다. 리니어모터는 아두이노에 의해 제어된다. 300W Power Supply에 의해 모터에 전력이 공급되고 Motor Driver에 의해 아두이노의 코드는 진행된다. 이 아두이노를 통해 여러 가지 모드를 구현할 수 있게 된다.

도 16은 침대를 기울이는(tilting) 경우, 환자를 움직이는 힘의 감소량을 분석하기 위한 도면이다.

우선 실제 사람을 올려보고 사람을 tilting 해보았다. 확실히 침대가 평평할 때 보다는 침대가 기울어졌을 때 사람을 tilting하는 것이 체감상 확실히 편했다. 그래서 드는 힘이 얼마나 줄어드는지 실험적으로 구해보고 싶었으나 장력을 측정하는 도구가 없는 바람에 우리는 실험적이 아닌 이론적인 감소값을 구해보았다. 우선 침대가 tilting 되었을 때 얼마나 기울어지는지 측정해보았다. 아래 그림이 최대 tilting 각도를 측정하기 위한 사진이다. 그 결과 14.74도가 침대가 기울어지는 최대 각도임을 확인하였다.

그 후 우리는 침대에 누워 있는 사람을 모델링하였다. 사람의 신체를 침대에서 보았을 때 직사각형이라고 가정하고 사람이 직사각형을 돌릴 때 드는 힘은 사람의 신체에 수직으로 작용한다고 가정한다.

위 그림과 같이 모델링한다. 물체가 매트리스(회색 직사각형)에 뒤집어지는 순간은 수직항력 N=0이 되는 순간이라고 한다. 또한 물체를 뒤집을 때 필요한 힘 F는 신체에 항상 수직하게 작용한다고 가정하고 신체의 중력은 무게중심에 작용한다. 힘이 얼마나 줄어들었는지 확인하기 위해 Fixed 점에 대한 모멘트 평형 식을 구해보면,

i) Original Bed (평평할 때)

ii) 본 발명의 욕창방지 침대

∴ Force 19% less

힘의 분석에 이어 두 번째로 Testing 한 것은 신체를 뒤집을 때 필요한 일의 양이 얼마나 줄어드는지 확인하는 것이었다.

- 일의 양을 구하는 식

- 모델링에서 회전에 따른 힘 F를 구하는 식

을 연립하여 일의 양을 구한다.

i) Original Bed (평평할 때)

ii) 본 발명의 욕창방지 침대

평평할 때와 Tilting 되었을 때 신체를 뒤집는데 필요한 일의 양 차이는

∴ Work 35% Less

100: 환자의 욕창 방지를 위한 의료장치
110: 매트
120: 매트 하부 구조물

Claims (16)

1. 환자의 욕창 방지를 위한 의료장치로서,
   높낮이를 독립적으로 제어 가능한 다수개의 매트;
   상기 매트의 높낮이를 조절하는 매트 하부 구조물;
   상기 매트의 높낮이 조절시 상기 상기 매트 하부 구조물을 구동하는 구동부; 및
   상기 구동부의 구동을 제어하는 제어부
   을 포함하는 환자의 욕창 방지를 위한 의료장치.
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 매트의 높낮이 조절을 위한 사용자 입력을 수신하는 사용자 인터페이스부
   를 더 포함하고,
   상기 제어부는 상기 사용자 인터페이스부를 통한 입력에 따라 상기 각 매트의 높낮이를 조절하도록 제어하는 것
   을 특징으로 하는 환자의 욕창 방지를 위한 의료장치.
3. 청구항 2에 있어서,
   상기 매트의 높낮이 조절은,
   사용자의 입력에 따라 각 매트별 또는 특정 매트 집합별로 높낮이 조절이 가능한 것
   을 특징으로 하는 환자의 욕창 방지를 위한 의료장치.
4. 청구항 2에 있어서,
   각 매트별로 높이가 특정 높이로 지정되어 전체 매트가 특정한 형태를 이루는 모드(이하 '매트 높낮이 모드'라 한다)가 다수 저장된 저장부
   를 더 포함하고,
   상기 사용자 인터페이스부는,
   사용자로부터 상기 저장부에 저장된 다수의 매트 높낮이 모드 중, 특정 매트 높낮이 모드를 입력받는 것이 가능하며,
   상기 제어부는,
   상기 입력된 매트 높낮이 모드에 따라 각 매트의 높낮이를 조절하도록 제어하는 것
   을 특징으로 하는 환자의 욕창 방지를 위한 의료장치.
5. 청구항 4에 있어서,
   상기 사용자 인터페이스부는,
   사용자로부터 상기 저장부에 저장된 매트 높낮이 모드 중, 특정한 복수의 매트 높낮이 모드가 순차적으로 진행되도록 하는 시퀀스 모드를 입력받는 것이 가능하며,
   상기 제어부는,
   상기 입력된 시퀀스 모드의 매트 높낮이 모드 순서에 따라 각 매트의 높낮이를 순차적으로 조절하도록 제어하는 것
   을 특징으로 하는 환자의 욕창 방지를 위한 의료장치.
6. 청구항 5에 있어서,
   상기 사용자 인터페이스부는,
   상기 입력된 시퀀스 모드에 의해 순차적으로 진행되는 각 매트 높낮이 모드의 유지시간을 입력받는 것이 가능하며,
   상기 제어부는,
   상기 입력된 시퀀스 모드에 의해 순차적으로 진행되는 각 매트 높낮이 모드 순서에 따라, 상기 입력된 각 매트 높낮이 모드의 유지시간이 경과하면 다음 매트 높낮이 모드로 전환하도록 제어하는 것
   을 특징으로 하는 환자의 욕창 방지를 위한 의료장치.
7. 청구항 2에 있어서,
   각 매트별 높이가 주기적으로 변화되어 전체 매트의 형태가 주기적으로 변화되는 모드(이하 '가변 매트 모드'라 한다)가 하나 이상 저장된 저장부
   를 더 포함하고,
   상기 사용자 인터페이스부는,
   사용자로부터 상기 저장부에 저장된 가변 매트 모드 중, 특정 가변 매트 모드를 입력받는 것이 가능하며,
   상기 제어부는,
   상기 입력된 가변 매트 모드에 따라 각 매트의 높낮이를 주기적으로 조절하도록 제어하는 것
   을 특징으로 하는 환자의 욕창 방지를 위한 의료장치.
8. 환자의 욕창 방지를 위한 의료장치가 침대 매트 제어를 수행하는 방법으로서,
   (a) 높낮이를 독립적으로 제어 가능한 다수개의 매트의 제어를 위한 입력을 수신하는 단계; 및
   (b) 상기 입력에 따라 각 매트의 높낮이를 조절하는 단계
   를 포함하는 환자의 욕창 방지를 위한 의료장치의 침대 매트 제어 수행방법.
9. 청구항 8에 있어서,
   상기 단계(a) 이전에,
   (a0) 높낮이를 독립적으로 제어 가능한 다수개의 매트의 제어를 위한 사용자 인터페이스 화면을 제공하는 단계
   를 더 포함하고,
   상기 단계(a)에서는 상기 사용자 인터페이스 화면에서 사용자에 의해 선택된 매트 제어 입력을 수신하는 것
   을 특징으로 하는 환자의 욕창 방지를 위한 의료장치의 침대 매트 제어 수행방법.
10. 청구항 9에 있어서,
    상기 사용자 인터페이스 화면에는,
    사용자가 높낮이 조절을 각 매트별 또는 특정 매트 집합별로 할 수 있는 인터페이스가 제공되고,
    상기 단계(b)에서는,
    사용자의 입력에 의해 선택된 매트별 또는 특정 매트 집합의 높낮이를 조절하는 것
    을 특징으로 하는 환자의 욕창 방지를 위한 의료장치의 침대 매트 제어 수행방법.
11. 청구항 9에 있어서,
    상기 사용자 인터페이스 화면에는,
    각 매트별로 높이가 특정 높이로 지정되어 전체 매트가 특정한 형태를 이루는 모드(이하 '매트 높낮이 모드'라 한다)가 다수 제공되고,
    상기 단계(b)에서는,
    상기 다수의 매트 높낮이 모드 중, 사용자의 입력에 의해 선택된 매트 높낮이 모드에 따라 각 매트의 높낮이를 조절하는 것
    을 특징으로 하는 환자의 욕창 방지를 위한 의료장치의 침대 매트 제어 수행방법.
12. 청구항 11에 있어서,
    상기 사용자 인터페이스 화면에는,
    상기 매트 높낮이 모드 중, 특정한 복수의 매트 높낮이 모드가 순차적으로 진행되도록 하는 시퀀스 모드가 하나 이상 제공되고,
    상기 단계(b)에서는,
    사용자의 입력에 의해 선택된 시퀀스 모드의 매트 높낮이 모드 순서에 따라 각 매트의 높낮이를 순차적으로 조절하는 것
    을 특징으로 하는 환자의 욕창 방지를 위한 의료장치의 침대 매트 제어 수행방법.
13. 청구항 12에 있어서,
    상기 사용자 인터페이스 화면에는,
    상기 입력된 시퀀스 모드에 의해 순차적으로 진행되는 각 매트 높낮이 모드의 유지시간을 입력받는 인터페이스가 제공되며,
    상기 단계(b)에서는,
    상기 입력된 시퀀스 모드에 의해 순차적으로 진행되는 각 매트 높낮이 모드 순서에 따라, 상기 입력된 각 매트 높낮이 모드의 유지시간이 경과하면 다음 매트 높낮이 모드로 전환시키는 것
    을 특징으로 하는 환자의 욕창 방지를 위한 의료장치의 침대 매트 제어 수행방법.
14. 청구항 9에 있어서,
    상기 사용자 인터페이스 화면에는,
    각 매트별 높이가 주기적으로 변화되어 전체 매트의 형태가 주기적으로 변화되는 모드(이하 '가변 매트 모드'라 한다)가 하나 이상 제공되고,
    상기 단계(b)에서는,
    사용자에 의해 입력된 가변 매트 모드에 따라 각 매트의 높낮이를 주기적으로 조절하는 것
    을 특징으로 하는 환자의 욕창 방지를 위한 의료장치의 침대 매트 제어 수행방법.
15. 환자의 욕창 방지를 위한 의료장치의 침대 매트 제어를 수행하기 위한 컴퓨터 프로그램으로서,
    비일시적 저장 매체에 저장되며, 프로세서에 의하여,
    (a) 높낮이를 독립적으로 제어 가능한 다수개의 매트의 제어를 위한 입력을 수신하는 단계; 및
    (b) 상기 입력에 따라 각 매트의 높낮이를 조절하는 단계
    가 실행되도록 하는 명령을 포함하는 환자의 욕창 방지를 위한 의료장치의 침대 매트 제어를 수행하기 위한 컴퓨터 프로그램.
16. 청구항 16에 있어서,
    상기 단계(a) 이전에,
    (a0) 높낮이를 독립적으로 제어 가능한 다수개의 매트의 제어를 위한 사용자 인터페이스 화면을 제공하는 단계
    가 실행되도록 하는 명령을 더 포함하고,
    상기 단계(a)에서는 상기 사용자 인터페이스 화면에서 사용자에 의해 선택된 매트 제어 입력을 수신하는 것
    을 특징으로 하는 환자의 욕창 방지를 위한 의료장치의 매트 제어를 수행하기 위한 컴퓨터 프로그램.

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