KR20190130164A - 호흡 정보 취득 장치 및 호흡 정보 취득 방법 - Google Patents

Abstract

복수의 흡착통을 전환하여 사용하는 PSA 식 산소 농축 장치에 사용되는 호흡 정보 취득 장치에 있어서, 상기 PSA 식 산소 농축 장치로부터 환자에게 산소가 공급되고 있는 상태의 산소 공급 경로 내의 주기적인 압변동인 제 1 압력과, 상기 PSA 식 산소 농축 장치로부터 환자에게 산소가 공급되지 않는 상태의 상기 산소 공급 경로 내의 주기적인 압변동인 제 2 압력을 계측하는 호흡 정보 취득 수단과, 상기 제 1 압력과 상기 제 2 압력의 위상을 맞추는 위상 확인 수단과, 상기 위상을 맞춘 상태로, 상기 제 1 압력과 상기 제 2 압력의 차분을 산출하는 차분 처리 수단을 구비한 호흡 정보 취득 장치.

Description

호흡 정보 취득 장치 및 호흡 정보 취득 방법

본 발명은, PSA 식 산소 농축 장치에 사용되는 호흡 정보 취득 장치 및 호흡 정보 취득 방법에 관한 것이다.

종래, 천식, 폐색성 만성 폐질환 등의 호흡기 질환 환자에 대한 하나로서 산소 요법이 이루어지고 있다. 이것은, 산소 가스나 산소 농축 가스를 환자에게 흡입시키는 요법이다. 최근에는, 환자 QOL 향상을 목적으로 자택이나 시설 등에서 산소 흡입을 하는 재택 산소 요법 (HOT : Home Oxygen Therapy) 이 주류를 이루고 있으며, 산소 공급원으로는 산소 농축 장치가 주로 사용되고 있다.

산소 농축 장치란, 공기 중에 존재하는 약 21 ％ 의 산소를 농축시켜 배출하는 장치이다. 산소 농축 장치의 대부분은 압력 변동 흡착식 (이하, PSA 식 : Pressure Swing Adsorption) 이 일반적으로 사용된다 (이하, PSA 식 산소 농축 장치를 단순히 산소 농축 장치라고 적는다).

PSA 식 산소 농축 장치에서는, 질소 가스를 선택적으로 흡착하는 흡착제가 충전된 실린더에 공기를 넣어, 가감압을 반복함으로써 농축 산소 가스를 생성한다. 이 구조에 의해, 산소 농축 장치는 환자에게 연속적으로 고농도 산소 가스를 제공할 수 있다.

재택 산소 요법을 받는 환자의 주된 질환은 만성 폐색성 폐질환 (이하, COPD : Chronic Obstructiｖe Pulmonary Disease) 이다. COPD 란 기관지의 협착이나 폐포 벽의 파괴에 의해, 기침·담이나 노작시 호흡 곤란의 증상을 나타내는 불가역성 질환이다.

COPD 의 증상이 악화되면 숨이 차거나 호흡수의 증가가 관찰되어, COPD 의 급성 증악이라고 불리는 「안정기의 치료 변경 혹은 추가가 필요한 상태」까지 증상이 악화되기도 한다. COPD 의 급성 증악이 일어나면 입원하는 케이스가 많고, 호흡 부전에 빠지거나 생명의 위기에 직면하기도 한다. 또, 퇴원할 수 있다고 해도 입원 이전보다 안정기의 증상이 악화되어, 입퇴원을 반복하는 것도 드문 일이 아니다.

그러므로, COPD 급성 증악이 입원할 정도까지 증상이 악화되기 전에 조기 치료를 실시하는 일이 매우 중요하고, 재택 산소 요법에 있어서 환자의 호흡 정보는 환자의 병태를 파악하는 데에 매우 유익한 정보원이 된다.

한편, 환자는 의사가 진단한 처방 유량에 따라서 농축 산소 가스를 흡입하는 일도 매우 중요하다. 그러나, 수면시에 캐뉼라가 어긋나거나, 작업중에 튜브가 빠지거나 함으로써 올바르게 산소 흡입하지 못하는 일이 자주 일어나, 산소 농축 장치가 운전 중이더라도 환자 자신이 무언가의 이유로 의도적으로 캐뉼라를 빼기도 한다. 어쨌든, 산소 농축 장치가 운전하고 있어도 환자가 산소 흡입하지 못하는 상황은 환자의 병태 악화를 초래할 위험성이 있다.

따라서, 산소 농축 장치 운전 중에 산소 농축기 내부에서 환자의 호흡 정보를 취득할 수 있으면, 종래의 일반적인 산소 농축 장치와 비교하여 사용감이 바뀌지 않고 환자의 호흡 정보를 취득할 수 있을 뿐만 아니라, 산소 농축 장치와 환자가 산소 공급 튜브로 연결되어 있는 것이나 환자의 사용 실태를 확인할 수 있기 때문에, 매우 유용한 수단이다.

일본 공개특허공보 평6-190045호 일본 공개특허공보 2001-286566호 일본 공개특허공보 평7-96035호 일본 공개특허공보 2015-85191호 일본 공표특허공보 2011-518016호

산소 농축 장치 운전 중에 환자의 호흡 정보를 취득하는 방법으로서, 특허문헌 1, 특허문헌 2 에 나타내고 있는 바와 같이 산소 농축 장치와 환자가 장착하고 있는 캐뉼라까지의 사이에 호흡 계측용 미차압 센서를 장착하여 산소 흡입 중의 환자 호흡압을 계측하는 방법이 있다. 그러나, 본원 발명자들이 예의 검토를 실시한 결과, 차압 측정계에 부가되는 압력 변동에는 농축 산소 가스 생성시의 가감압에 수반하는 압력 변동이 포함되는 것이 분명해졌다. 산소 농축 장치는 앞에 서술한 바와 같이 PSA 식 동작 방법으로 되어 있고, 그에 수반하여 공급 산소 유량도 변동되고 있기 때문에, 산소 공급 경로 내에서는 PSA 에 수반하는 압변동이 상시 발생하고 있다. 그 때문에, 단순히 미차압 센서로 환자 호흡압을 계측하는 환경에서는, PSA 에 수반하는 압변동을 베이스로 환자 호흡압이 검출되게 되어, 환자의 호흡 정보를 양호한 정밀도로 취득할 수 없다. 특히 이것은, 연장 튜브를 추가했을 때나 3.0 L/분 이상 유량 범위에서는, 환자 호흡 정보의 취득이 불가능해진다.

또, 특허문헌 3, 특허문헌 4 에 있어서는, 미차압 센서로 산소 흡입 중의 환자 호흡압을 계측한 후, 얻어진 호흡압 데이터를 소프트 처리하여 환자 호흡 정보를 구하는 방법이 있다. 그러나, 이들 종래 기술에 있어서는 환자 호흡압에 중첩되어 있는 PSA 에 수반하는 압변동을 고려하고 있지 않기 때문에, 환자의 호흡 정보를 양호한 정밀도로 취득할 수 없다.

한편, 특허문헌 5 에 있어서는 얻어진 호흡압 데이터를 주파 해석하여 호흡 정보를 취득하는 방법이 기록되어 있다. 그러나, 주파수 해석에서는 호흡 성분과 PSA 에 수반하는 압변동 성분의 분리가 어려워, 정밀도가 나쁘다는 결점이 있다.

이상으로부터, 산소 농축 장치 운전 중에 환자의 호흡 정보를 취득하기 위해서는, 환자 호흡압을 계측한 데이터로부터 환자 호흡 성분과 PSA 에 수반하는 압변동 성분을 분리할 필요가 있다.

본 발명자는, 이러한 지금까지의 산소 농축 장치 운전 중에 환자의 호흡 정보를 취득하는 방법에 있어서의 전술한 과제를 해결하기 위해서 예의 연구한 결과, 본 발명에 도달하였다.

즉 본 발명은, 복수의 흡착통을 전환하여 사용하는 PSA 식 산소 농축 장치에 사용되는 호흡 정보 취득 장치에 있어서, 상기 PSA 식 산소 농축 장치로부터 환자에게 산소가 공급되고 있는 상태의 산소 공급 경로 내의 주기적인 압변동인 제 1 압력과, 상기 PSA 식 산소 농축 장치로부터 환자에게 산소가 공급되지 않는 상태의 상기 산소 공급 경로 내의 주기적인 압변동인 제 2 압력을 계측하는 호흡 정보 취득 수단과, 상기 제 1 압력과 상기 제 2 압력의 위상을 맞추는 위상 확인 수단과, 상기 위상을 맞춘 상태로, 상기 제 1 압력과 상기 제 2 압력의 차분을 산출하는 차분 처리 수단을 구비한 호흡 정보 취득 장치이다.

상기 위상 확인 수단은, 상기 제 1 압력의 압변동의 1 주기분의 데이터와 상기 제 2 압력의 압변동의 1 주기분의 데이터를 산출하여 위상을 맞추는 수단이어도 된다.

상기 위상 확인 수단은, 상기 제 1 압력과 상기 제 2 압력의 피크압을 검출하고, 피크압의 위상을 맞추는 수단이어도 된다.

상기 산소 공급 경로 내에, 상기 PSA 식 산소 농축 장치로부터 상기 환자에 대한 산소 공급을 허가 또는 차단하는 전환 밸브를 구비하고 있어도 된다.

상기 호흡 정보 취득 수단은 미차압 센서를 구비하고, 상기 산소 공급 경로 내의 임의 점과 일정 압의 양단에서 차압을 계측해도 된다.

본 발명은 또, 복수의 흡착통을 전환하여 사용하는 PSA 식 산소 농축 장치로부터 환자에게 산소가 공급되고 있는 상태의 산소 공급 경로 내의 주기적인 압변동인 제 1 압력과, 상기 PSA 식 산소 농축 장치로부터 환자에게 산소가 공급되지 않는 상태의 상기 산소 공급 경로 내의 주기적인 압변동인 제 2 압력을 계측하는 호흡 정보 취득 처리와, 상기 제 1 압력과 상기 제 2 압력의 위상을 맞추는 위상 확인 처리와, 상기 위상을 맞춘 상태로, 상기 제 1 압력과 상기 제 2 압력의 차분을 산출하는 차분 처리를 구비한 호흡 정보 취득 방법이다.

본 발명에 의하면, 산소 농축 장치 운전 중에 환자 호흡 성분과 PSA 에 수반하는 압변동 성분을 분리하여 환자의 호흡 정보를 취득할 수 있다.

도 1 은 실시형태 1 에 관련된 산소 농축 장치의 구성을 나타내는 도면이다.
도 2 는 실시형태 1 에 관련된 환자의 호흡 정보를 취득하는 형태를 나타내는 도면이다.
도 3 은 연속류 1 LPM·연장 튜브를 10 m 추가한 조건에 있어서의, 환자 호흡 정보를 포함한 압데이터를 나타내는 도면이다.
도 4 는 연속류 1 LPM·연장 튜브를 10 m 추가한 조건에 있어서의, 미리 기록해 둔 PSA 압데이터를 나타내는 도면이다.
도 5 는 연속류 1 LPM·연장 튜브를 10 m 추가한 조건에 있어서의, 차분 처리 후의 환자 호흡 정보를 나타내는 도면이다.
도 6 은 연속류 3 LPM·연장 튜브를 10 m 추가한 조건에 있어서의, 환자 호흡 정보를 포함한 압데이터를 나타내는 도면이다.
도 7 은 연속류 3 LPM·연장 튜브를 10 m 추가한 조건에 있어서의, 미리 기록해 둔 PSA 압데이터를 나타내는 도면이다.
도 8 은 연속류 3 LPM·연장 튜브를 10 m 추가한 조건에 있어서의, 차분 처리 후의 환자 호흡 정보를 나타내는 도면이다.
도 9 는 실시형태 1 에 관련된 처리를 나타낸 플로우 차트이다.

이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시형태를 설명한다.

[실시형태 1 의 하드웨어 구성]

도 1 을 사용하여 본 실시형태에 관련되는 PSA 식 산소 농축 장치의 구성을 설명한다.

PSA 식 산소 농축 장치 (1) 는, PSA 식 산소 농축 장치 (1) 의 외부로부터 공기를 넣어 농축 산소 가스를 생성하는 산소 생성부 (11) 를 구비한다.

산소 장치 외부로부터 산소 생성부 (11) 에 넣어진 공기는 컴프레서 (111) 로 압축되고, 제 1 전환 밸브 (112) 를 통하여 실린더 (113) 에 보내진다. 제 1 전환 밸브 (112) 는, 복수의 실린더 (113) 의 어느 것과 컴프레서 (111) 를 연통함으로써 실린더 (113) 에 압축 공기를 보냄과 함께, 그 밖의 실린더를 대기에 개방시킨다. 실린더 (113) 에는 질소 가스를 선택적으로 흡착하는 흡착제가 충전되어 있다. 실린더 (113) 를 통과한 압축 공기는 질소 가스 농도가 저하되어, 농축 산소 가스가 된다. 농축 산소 가스는 제 2 전환 밸브 (114) 를 통하여 농축 산소 버퍼 탱크 (115) 에 저장된다. 제 2 전환 밸브 (114) 는 복수의 실린더 (113) 의 어느 것과 농축 산소 버퍼 탱크 (115) 를 연통 또는 차단한다.

산소 생성부 (11) 는, 제 1 전환 밸브 (112) 에 의해 컴프레서 (111) 와 복수의 실린더 (113) 의 어느 것을 연통시킴과 함께, 제 2 전환 밸브 (114) 에 의해 그 컴프레서 (111) 와 연통한 실린더 (113) 와 농축 산소 버퍼 탱크 (115) 를 연통시킨다. 따라서, 컴프레서 (111) 와 복수의 실린더 (113) 의 어느 것과 농축 산소 버퍼 탱크 (115) 가 연통되고, 생성된 농축 산소 가스가 농축 산소 버퍼 탱크 (115) 에 공급된다. 한편, 컴프레서 (111) 와 연통하지 않는 실린더 (113) 는, 제 2 전환 밸브 (114) 에 의해 농축 산소 버퍼 탱크 (115) 와 차단된 상태로, 제 1 전환 밸브 (112) 를 통하여 대기 개방된다. 이로써, 실린더 (113) 내가 감압되고, 흡착제에 흡착된 질소 가스를 산소 농축 장치 외부로 방출시킨다.

통상, 실린더 (113) 에 압축 공기가 보내진 다음은, 제 1 전환 밸브 (112) 에 의해 그 컴프레서 (111) 와 차단된 상태가 되어 대기 해방된다. 반대로, 대기 해방되어 있던 실린더 (113) 는, 제 1 전환 밸브 (112) 에 의해 그 컴프레서 (111) 에 연결되고, 산소 압축의 과정으로 이행한다. 이와 같이, 제 1 전환 밸브 (112) 에 의해 복수의 실린더 (113) 가 교대로 압축과 대기 해방을 반복함으로써, 연속적으로 농축 산소 가스를 공급할 수 있다.

농축 산소 생성에 수반하는 실린더 (113) 내부의 압력 변화는 매우 크기 때문에, 실린더 (113) 의 전환에 수반하여, 실린더 (113) 하류의 산소 가스 유로 중의 압력에는 주기적인 압력 변동이 생긴다. 농축 산소 버퍼 탱크 (115) 에 저장된 농축 산소 가스는 조절 압력 밸브 (116) 에 의해 그 압력 변동이 감쇠되도록 조정된다.

산소 생성부 (11) 로 압력 조정된 농축 산소 가스는, 컨트롤 밸브 (121) 와 유량계 (122) 로 이루어지는 산소 유량 제어부 (12) 로 산소 유량이 제어되고, 가습기 (101) 를 통하여 산소 공급구 (13) 로부터 산소 농축 장치 밖으로 공급된다. 또한, 산소 유량 제어부 (12) 에 있어서 컨트롤 밸브 (121) 와 유량계 (122) 는 어느 쪽이 유로의 상류에 구비되어 있어도 되고, 또 산소 유량 제어부 (12) 에는 그 밖의 구성이 포함되어 있어도 상관없다. 산소 농축기 (1) 는 가습기 (101) 를 구비하지 않는 구성으로 할 수도 있다.

도 2 는 본 발명의 실시형태의 일례를 모식적으로 나타낸 것으로, 환자의 호흡 정보를 취득하는 형태의 일례이다.

산소 농축 장치 (1) 로 생성된 산소는, 연장 튜브 (2), 코 캐뉼라 (3) 를 경유하여 환자에게 공급된다. 한편, 환자는 산소 흡입 중에도 항상 호흡을 하고 있어, 환자의 호흡에 따라 생기는 압변화가 코 캐뉼라 (3) 나 연장 튜브 (2), 산소 농축 장치 (1) 에 전파된다.

본 실시형태에 있어서는, 환자의 호흡압을 취득하기 위해, 산소 공급 경로 내에 호흡 정보 취득 수단 (4) 을 접속한다. 도 2 에서는, 일례로서 호흡 정보 취득 수단 (4) 이 연장 튜브에 접속되는 경우를 나타낸다. 단, 호흡 정보 취득 수단 (4) 은 가습기 (101) (산소 농축 장치 (1) 가 가습기 (101) 를 구비하지 않는 경우에는 산소 유량 제어부 (12)) 와 코 캐뉼라 (3) 의 사이에 접속되어 있으면 된다. 또 호흡 정보 취득 수단 (4) 은 산소 농축 장치 (1) 의 내부에 설치되어 있어도 되고, 산소 농축 장치 (1) 와는 별체로 산소 농축 장치 (1) 의 외부에 설치되어 있어도 된다.

본원 발명자들이 예의 검토를 실시한 결과, 조절 압력 밸브 (116) 에 의해 압력 변동을 감쇠한 후라도, 호흡 정보 취득 수단 (4) 에 부가되는 압력 변동에는 농축 산소 가스 생성시의 가감압에 수반하는 압력 변동이 포함되는 것이 분명해졌다. 이 농축 산소 가스 생성시에 생기는 압력 변동의 진폭은 호흡 압력의 진폭에 비해 크고, 또 호흡 압력의 진폭도 산소 유로를 통과하는 것에 의한 압손으로 저하되기 때문에, 호흡 정보 취득 수단 (4) 으로 계측되는 압력으로부터 직접 환자의 호흡 압력 파형을 계측하기는 곤란하다.

이 과제를 해결하기 위해 본 실시형태에 있어서는, 호흡 정보 취득 수단 (4) 은, 오리피스 (5) 와, 미차압 센서 (6) 와, 제어부 (7) 를 구비한다.

미차압 센서 (6) 의 일단은 연장 튜브 (2) 에 형성된 산소 공급 경로 내의 분기점에 접속되어 있다. 즉 미차압 센서 (6) 의 일단에는, 농축 산소 가스 생성시의 가감압에 수반하는 압력 변동과 환자의 호흡 압력의 쌍방을 포함하는 산소 공급 경로 내의 압력이 직접 입력되고 있다. 미차압 센서 (6) 와 산소 공급 경로의 분기점의 사이에는 대기에 연통하는 대기 연통로가 형성되어 있고, 대기 연통로에는 제 3 전환 밸브 (8) 가 형성되어 있다. 제 3 전환 밸브 (8) 는 가변 유량 밸브로, 그 유량을 조정함으로써 미차압 센서 (6) 에 공급되는 압력을 조정한다.

미차압 센서 (6) 의 타단은, 오리피스 (5) 를 통하여 산소 공급 경로에 접속되어 있다. 환자의 호흡압은 통상 ±10 ∼ 100 Pa 정도이기 때문에, 호흡 정보 취득 수단 (4) 으로 호흡압을 취득하기 위해서는 미차압 센서 (6) 는 레인지 ±100 Pa 정도의 센서를 사용하는 것이 바람직하다. 산소 농축 장치로부터 산소가 공급되고 있는 상황에서는, 산소 공급에 의한 공급압이 항상 생기고 있어, 이것은 1 LPM 에서도 300 Pa 정도 존재한다. 그 때문에 미차압 센서 (6) 의 타단을 대기 해방시킨 상태로, 상기 서술한 바와 같이 미차압 센서 (6) 의 일단을 산소 공급 경로에 접속하면, 미차압 센서 (6) 의 레인지를 오버해 버린다. 그 때문에, 오리피스 (5) 경유 후의 압을 미차압 센서 (6) 의 타단에 인가함으로써, 환자의 호흡 정보를 포함한 압을 미차압 센서 (6) 의 레인지 범위 내로 취득하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 서술한 바와 같이 미차압 센서 (6) 의 타단에는 미차압 센서 (6) 의 레인지를 오버하지 않을 정도의 압력이 인가되고 있으면 되고, 그 방법은 본 실시형태의 예에 한정되지 않는다.

미차압 센서 (6) 에는 제어부 (7) 가 접속되어 있다. 제어부 (7) 는 입출력 인터페이스와 제 1 메모리와 제 2 메모리와 CPU (중앙 연산 장치) 를 구비한다. 제어부 (7) 는 미차압 센서 (6) 로 검출된 환자의 호흡 정보를 포함한 압을 수취하여 기록하고, 후술하는 처리를 실행함으로써 환자의 호흡 정보를 취득한다. 또한, 제 1 메모리와 제 2 메모리는 별체의 메모리여도 되고, 단일의 메모리 상을 가상적으로 분할한 것이어도 된다.

연장 튜브 (2) 의, 산소 공급 경로의 분기점보다 하류측에는, 제 4 전환 밸브 (9) 가 형성되어 있다. 제 4 전환 밸브는 차단 밸브로, 코 캐뉼라 (3) 에 대한 산소 공급을 허가 또는 차단한다.

[실시형태 1 에서 실시되는 처리의 원리]

도 2 에 나타내는 구성을 사용하여 코 캐뉼라 (3) 로부터 환자 호흡 모델의 호흡압 (호기압 : 30 Pa, 흡기압 : -50 Pa, BPM 20 회) 을 인가하고, 호흡 정보를 취득한 데이터를 사용하여, 본 실시형태에서 실시되는 처리의 원리에 대하여 설명한다.

연속류 1 LPM (litter per minute : 리터/분), 호흡 정보 취득 수단 (4) 의 하류측에 연장 튜브 (2) 를 10 m 접속했을 때에 취득한 데이터군을 도 3, 도 4, 도 5 에 나타낸다. 연속류란, 농축 산소 가스 공급 방식의 하나로, 연속적으로 일정 유량의 농축 산소 가스를 공급하는 방식이다. 도 3 은 환자의 호흡 정보와 산소 농축 장치의 PSA 압데이터를 포함한 압데이터를 나타내고 있고, 그 중 계측 개시부터 0 ∼ 약 15 초의 기간은 환자 호흡압을 인가하지 않고 산소 농축 장치의 PSA 압만을 계측하는 시간대의 데이터로 되어 있다.

도 4 는 미리 취득하여 기억 매체에 기록해 둔 산소 농축 장치의 PSA 압데이터를 나타내고 있다. 여기서 산소 농축 장치에 의한 PSA 압이란, 상기 서술한 PSA 식 산소 농축 장치에 의해 산소를 생성할 때에 발생하는 PSA 식 산소 농축 장치의 흡착통 주기에 수반하는 주기적인 압변화이다. 따라서, PSA 압의 파형의 주기는 산소 농축 장치의 흡착통 전환 주기와 일치하고 있다.

도 4 에 나타내는 바와 같이, PSA 압의 진폭은 20 Pa 정도로 되어 있다. 도 3 에 있어서는, PSA 압에 대하여 환자 호흡압이 중첩되어 있는데, 이 조건에서는 환자 호흡 모델의 호흡압보다 PSA 압이 상대적으로 크기 때문에, 환자 호흡 모델의 호흡압은 PSA 압에 의해 지워져 버려 관찰할 수 없다. 그래서 본원 발명자들은 예의 검토를 거듭하여, 환자 호흡 모델의 호흡압을 얻기 위해서 도 3 의 성분으로부터 도 4 의 성분을 소프트웨어 상에서 뺌으로써 PSA 압성분만을 제거하는 방법을 고안하였다.

양자의 위상이 맞은 상태로, 소프트웨어로 차분 처리를 한 결과를 도 5 에 나타낸다. 또한 차분 처리란, 임의 시각에 있어서의 양 데이터의 차이를 계산하는 처리이다. 상기 서술한 바와 같이, 0 ∼ 약 15 초까지의 시간은 환자 호흡 모델의 호흡압을 인가하고 있지 않고, 산소 농축 장치가 운전하고 있는 상태이기 때문에, 특징적인 파형은 볼 수 없다. 한편, 약 15 초 이후에는 진폭 약 20 Pa 의 주기적인 압변동을 관측할 수 있다. 즉, 환자 호흡 모델의 호흡압을 검출할 수 있다. 이와 같이, 소프트 차분 처리를 실시함으로써, 산소 농축 장치로부터 코 캐뉼라와 연장 튜브 10 m 를 통하여 산소를 연속적으로 1 LPM 흡입하고 있는 상황하에 있어서도 환자의 호흡 정보가 취득 가능하다.

연속류 3 LPM, 호흡 정보 취득 수단의 하류측에 연장 튜브 10 m 를 접속했을 때에 취득한 데이터군을 도 6, 도 7, 도 8 에 나타낸다.

도 6 은 도 3 과 마찬가지로 환자의 호흡 정보와 산소 농축 장치의 PSA 압데이터를 포함한 압데이터를 나타내고 있고, 그 중 계측 개시부터 0 ∼ 약 10 초의 기간은 환자 호흡압을 인가하지 않고 산소 농축 장치의 PSA 압만을 계측하는 시간대의 데이터로 되어 있다.

도 7 은 미리 취득하여 기억 매체에 기록해 둔 산소 농축 장치의 PSA 압데이터를 나타내고 있다. 도 7 과 도 4 와 비교하여 파형의 형이 변화하고 있는 것은, 농축 산소를 생성할 때의 흡착재로 질소를 흡탈착하는 구동 사이클이, 생성되는 산소 공급 유량마다 상이하기 때문이다.

도 3 과 마찬가지로, 도 6 에 있어서도, PSA 압에 대하여 환자 호흡 모델의 호흡압이 중첩되어 있는데, 그 조건에서도 환자 호흡 모델의 호흡압보다 PSA 압이 상대적으로 크기 때문에, 환자 호흡 모델의 호흡압은 PSA 압에 의해 지워져 버려 관찰할 수 없다. 도 5 와 마찬가지로, 양 데이터의 위상을 맞춘 상태로 차분 처리한 결과를 도 8 에 나타낸다. 도 5 와 마찬가지로, 호흡압이 인가되고 있는 측정 개시 약 10 초 이후부터 주기적으로 보여지고 있는 진폭 20 Pa 정도의 압변동을 관측할 수 있다. 즉, 환자 호흡 모델의 호흡압을 검출할 수 있다. 이와 같이, 상기 서술한 방법에 의하면, 연장 튜브를 10 m 추가하거나, 공급 산소 유량을 3 LPM 으로 하거나 한 조건에 있어서도 양호한 정밀도로 환자의 호흡 정보를 취득할 수 있는 것을 알 수 있다.

[실시형태 1 에서 실시되는 처리]

스텝 S1 에 있어서, 산소 농축 장치 (1) 의 전원을 ON 으로 하면, 산소 농축 장치 (1) 는 운전을 개시하고 농축 산소 가스의 공급을 개시한다. 동시에, 제어부 (7) 는, 산소 공급 경로 내의 압데이터인 차압 센서 (6) 의 계측치를 수취하여 기록을 개시한다. 또한, 제어부 (7) 는 계측 개시 (전원 ON) 부터의 시간의 카운트를 개시하여 스텝 S2 로 진행된다. 본 실시형태에 있어서는, 산소 공급 경로 내의 압으로부터, 도 4 및 도 7 에 나타낸 데이터에 상당하는 환자 호흡 정보를 포함하지 않는 PSA 압데이터를 취득한다. 구체적으로는, 스텝 S2 에 있어서, 스텝 S1 에 있어서의 산소 공급 경로 내에 관련된 압데이터의 계측을 개시한 후, 소정 시간이 경과했는지의 여부를 판단한다. 소정 시간은, 적어도 PSA 압주기의 1 주기분의 압데이터를 취득하는 것이 가능한 정도의 길이로 설정된다. 여기서, 환자의 호흡 주기는 통상 3 초 정도, 길어도 6 초 정도이다. PSA 압주기가 6 초 이상인 경우에는, PSA 압의 1 주기분의 측정 데이터에는 적어도 1 주기분 이상의 환자 호흡 정보가 포함된다. 한편, PSA 압주기가 6 초 미만인 경우에는, PSA 압의 1 주기분의 측정 데이터에 1 주기분 이상의 환자 호흡 정보가 포함되지 않기 때문에, 소정 시간은 6 초 이상이 바람직하다.

또한, PSA 압데이터는 전원 ON 으로 할 때마다 계측하지 않고, 미리 제어부 (7) 의 메모리에 기록해 둔 소정치를 사용하는 것도 가능하다. 그러나, 산소 농축 장치 (1) 의 사용에 수반하는 흡착재의 경년 열화가 일어났을 경우, 질소의 흡착량은 열화에 따라 감소한다. 그러면, 본래 흡착되어 있어야 할 질소가 실린더 내에 기체로서 존재하게 되므로, 실린더 내의 기체압이 증가하고, 결과적으로 PSA 압도 높아져가는 것으로 생각된다. 따라서 예를 들어 산소 농축 장치의 출하 전에 설정한 PSA 압데이터의 소정치는, 경년 열화 후의 실제의 PSA 압데이터와의 사이에 괴리가 생긴다. 그러면 후 공정에서 차분 처리를 했을 때에, PSA 압데이터의 괴리분이 노이즈가 되어, 산출되는 호흡 정보의 정밀도가 저하될 가능성이 있다. 그 때문에, PSA 압데이터는 전원 ON 으로 할 때마다 매회 계측하는 것이 바람직하다.

스텝 S2 에 있어서 소정 시간이 경과되지 않았다고 판단된 경우에는, 스텝 S3 으로 진행되어, 제 4 전환 밸브 (9) 를 닫고 제 3 전환 밸브 (8) 를 개방한다. 이 때, 제 3 전환 밸브 (8) 의 개도는, 연장 튜브 (2) 와 코 캐뉼라 (3) 를 합친 압력 손실분이 되는 소정 개도로 하는 것이 바람직하다. 그 소정 개도는 연장 튜브의 길이에 따라 복수의 소정 개도 중에서 선택하는 것으로 할 수도 있다. 제 4 전환 밸브 (9) 를 닫음으로써, 미차압 센서 (6) 는 환자에 대한 산소 공급이 차단된다. 따라서, 산소 공급 경로 내의 압으로부터, 환자 호흡 정보를 포함하지 않는 PSA 압데이터를 계측할 수 있다.

그 후 스텝 S4 에 있어서, 산소 공급 경로 내의 압데이터를 제어부 (7) 의 제 1 메모리와 제 2 메모리에 저장한다. 또한, 전환 밸브의 밸브 개도가 안정된 후에 데이터 취득하는 것이 신뢰성이 있는 데이터를 취할 수 있기 때문에, 계측 개시부터 일정 시간, 예를 들어 0.1 초 이상 경과하고 나서 데이터 취득을 개시해도 된다. 제어부 (7) 는, 산소 공급 경로 내에 관련된 압데이터의 계측을 개시한 후, 소정 시간이 경과할 때까지는 스텝 S3 및 스텝 S4 의 처리를 반복한다. 즉, 적어도 PSA 압주기의 1 주기분의 압데이터를 포함하는 기간, 환자 호흡 정보를 포함하지 않는 PSA 압데이터를 제 1 메모리와 제 2 메모리에 기록한다.

스텝 S2 에 있어서 소정 시간이 경과되었다고 판단된 경우, 처리는 스텝 S5 로 진행되어, 제 3 전환 밸브 (8) 를 닫고 제 4 전환 밸브 (9) 를 완전히 개방한다. 이로써, 환자에 대한 산소 공급을 개시한다. 그리고 이 이후는, 미차압 센서 (6) 의 계측치는 환자의 호흡 정보를 포함하게 된다.

그 후, 스텝 S6 에 있어서 산소 공급 경로 내에 관련된 압데이터를 제 1 메모리에 저장한다.

스텝 S7 에 있어서, 스텝 S8 의 차분 처리에 앞서, 제 1 메모리에 저장되어 있는 데이터와 제 2 메모리에 저장되어 있는 데이터의 위상을 확인하고, 필요한 경우에는 위상을 맞추는 위상 확인 처리를 실시한다.

상기 서술한 본 실시형태에서 실시되는 처리의 원리 설명에 있어서는, 도 3 과 도 4 의 데이터는 위상이 맞은 상태인 것을 전제로 하여 설명하였다. 그러나, 실제는 도 3 과 도 4 의 데이터는 각각 취득한 타이밍이 상이한 경우가 있고, 그 경우는 두 개의 데이터의 위상이 상이하다. 위상이 상이한 상태로 차분 처리를 하면, 위상이 어긋난 부분이 노이즈가 되어 출력되고, 최종적으로 호흡 정보 취득시의 정밀도가 떨어져 버린다. 그 때문에, 소프트웨어 상에서 차분 처리를 하기 위해서는 양자의 위상이 맞은 것을 확인할 필요가 있다. 여기서, 두 개의 데이터의 위상이 맞은 상태란, 제어부 (7) 로 계측한 양 데이터의 압피크 (극대치) 를 나타내고 있는 시간 데이터 성분이 일치하고 있는 상태이다. 위상이 맞지 않을 경우, 위상을 맞추는 방법으로는, 양 데이터의 PSA 압피크치를 같게 하는 방법이나, 양 데이터의 압파형을 시간 미분하여 계측압의 시간 변화가 큰 지점에서 시간 데이터 성분을 같게 하는 방법 등이 있다.

본 실시형태에 있어서는, 우선, 제어부 (7) 는 제 1 메모리에 저장되어 있는 데이터로부터 PSA 압주기의 1 주기분마다 데이터를 취출한다. 구체적으로는, 제 1 메모리에 저장되어 있는 압데이터의 피크 (극대치) 와 다음 피크의 시간 간격이 PSA 압주기의 1 주기분에 상당하기 때문에, 제 1 메모리에 저장되어 있는 데이터의 피크를 각각 검출하고, 피크와 다음 피크의 시간 간격을 구하여, 피크와 다음 피크의 시간 간격마다 데이터를 취출한다. 또한, 상기 서술한 바와 같이 계측 개시부터 일정 시간 경과한 데이터가 신뢰성이 높기 때문에, 계측 개시부터 일정 시간 경과할 때까지의 데이터는 이용하지 않는 것으로 해도 된다. 이것은 제 2 메모리에 저장되어 있는 데이터에 대해서도 동일하다. 한편, 제어부 (7) 는 제 2 메모리에 저장되어 있는 데이터로부터, 동일한 방법으로 PSA 압주기 1 주기분의 데이터인 PSA 압주기 데이터를 취출한다.

스텝 S8 에 있어서, 스텝 S7 에서 위상을 맞춘 PSA 압주기의 1 주기분마다 취출된 제 1 메모리에 저장되어 있는 데이터와 제 2 메모리에 저장되어 있는 데이터로부터 취출된 PSA 압주기 데이터와의 차분 처리를 실시한다. 이로써, PSA 압주기의 1 주기분의 환자 호흡 정보를 갖는 데이터가 얻어진다.

또한, 위상 확인 처리 및 차분 처리는 PSA 압주기의 1 주기분의 데이터 길이로 실행할 필요는 없고, 제 1 메모리에 저장되어 있는 데이터로부터 PSA 압주기의 소정 횟수 주기분마다 데이터를 취출함과 함께, 제 2 메모리에 저장되어 있는 데이터로부터 취출된 PSA 압측정 데이터를 소정 횟수 주기분 이어 맞춘 데이터를 작성하고, 양 데이터를 사용하여 차분 처리에 사용하는 PSA 압데이터를 작성할 수도 있다.

스텝 S9 에 있어서, 스텝 S8 에 있어서 취득한 환자 호흡 정보를 갖는 데이터를 해석하여 환자 호흡 정보, 예를 들어 호흡의 강약이나 호흡 빈도를 취득한다. 또한, 각각의 PSA 압주기의 1 주기분의 환자 호흡 정보를 갖는 데이터를 이어 맞추면, 전원 ON 으로부터의 전기간에 관한 환자의 호흡 정보를 갖는 데이터를 얻을 수 있어, 이것을 사용하여 평균적인 호흡의 강도나 사용 시간 내에 있어서의 호흡수를 취득할 수 있다.

스텝 S10 에 있어서, 산소 농축 장치의 전원이 OFF 인지의 여부를 판단한다. 스텝 S10 에 있어서, 산소 농축 장치의 전원이 OFF 라고 판단되지 않는 경우에는, 스텝 S5 로 되돌아와, 스텝 S6 내지 스텝 S9 의 처리를 반복한다.

스텝 S10 에 있어서, 산소 농축 장치의 전원이 OFF 라고 판단된 경우에는, 그 플로우 차트를 종료한다.

이상 설명한 바와 같이, 본 실시형태에 의하면, 산소 농축 장치 운전 중에 환자 호흡압을 계측한 데이터로부터 환자 호흡 성분과 PSA 에 수반하는 압변동 성분을 분리하여 환자의 호흡 정보를 취득할 수 있다.

1 : 산소 농축 장치
11 : 산소 생성부
12 : 산소 유량 조정부
13 : 산소 공급구
111 : 컴프레서
112 : 전환 밸브
113 : 실린더
114 : 전환 밸브
115 : 농축 산소 버퍼 탱크
116 : 조절 압력 밸브
121 : 컨트롤 밸브
122 : 유량계
101 : 가습기
2 : 연장 튜브
3 : 코 캐뉼라
4 : 호흡 정보 취득 수단
5 : 오리피스
6 : 미차압 센서
7 : 제어부
8 : 제 3 전환 밸브
9 : 제 4 전환 밸브

Claims (6)

1. 복수의 흡착통을 전환하여 사용하는 PSA 식 산소 농축 장치에 사용되는 호흡 정보 취득 장치에 있어서,
   상기 PSA 식 산소 농축 장치로부터 환자에게 산소가 공급되고 있는 상태의 산소 공급 경로 내의 주기적인 압변동인 제 1 압력과, 상기 PSA 식 산소 농축 장치로부터 환자에게 산소가 공급되지 않는 상태의 상기 산소 공급 경로 내의 주기적인 압변동인 제 2 압력을 계측하는 호흡 정보 취득 수단과,
   상기 제 1 압력과 상기 제 2 압력의 위상을 맞추는 위상 확인 수단과,
   상기 위상을 맞춘 상태로, 상기 제 1 압력과 상기 제 2 압력의 차분을 산출하는 차분 처리 수단을 구비한, 호흡 정보 취득 장치.
2. 상기 위상 확인 수단은, 상기 제 1 압력의 압변동의 1 주기분의 데이터와 상기 제 2 압력의 압변동의 1 주기분의 데이터를 산출하여 위상을 맞추는 수단인, 호흡 정보 취득 장치.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
   상기 위상 확인 수단은, 상기 제 1 압력과 상기 제 2 압력의 피크압을 검출하고, 피크압의 위상을 맞추는 수단인, 호흡 정보 취득 장치.
4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 산소 공급 경로 내에, 상기 PSA 식 산소 농축 장치로부터 상기 환자에 대한 산소 공급을 허가 또는 차단하는 전환 밸브를 구비하는, 호흡 정보 취득 장치.
5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 호흡 정보 취득 수단은 미차압 센서를 구비하고, 상기 산소 공급 경로 내의 임의 점과 일정 압의 양단에서 차압을 계측하는, 호흡 정보 취득 장치.
6. 복수의 흡착통을 전환하여 사용하는 PSA 식 산소 농축 장치로부터 환자에게 산소가 공급되고 있는 상태의 산소 공급 경로 내의 주기적인 압변동인 제 1 압력과, 상기 PSA 식 산소 농축 장치로부터 환자에게 산소가 공급되지 않는 상태의 상기 산소 공급 경로 내의 주기적인 압변동인 제 2 압력을 계측하는 호흡 정보 취득 처리와,
   상기 제 1 압력과 상기 제 2 압력의 위상을 맞추는 위상 확인 처리와,
   상기 위상을 맞춘 상태로, 상기 제 1 압력과 상기 제 2 압력의 차분을 산출하는 차분 처리를 구비한, 호흡 정보 취득 방법.

Images