KR20230096490A - 호흡 분석 및 훈련 장치 - Google Patents
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Abstract
호흡 분석 및 훈련 장치는 몸체부, 및 호흡 제어부를 포함한다. 상기 몸체부는 내부에 호기 또는 흡기가 유동되며 센서가 위치하는 내부공간을 형성한다. 상기 호흡 제어부는 상기 내부공간에 삽입되는 탄성가이드, 및 상기 탄성 가이드에 개폐가능하도록 연결되는 체크 밸브를 포함한다. 호기 상태에서 상기 체크 밸브는 개방되어 외부로 호기가 유출되며, 흡기 상태에서 상기 체크 밸브는 폐쇄되며 상기 탄성가이드는 소정의 탄성력을 제공하여 호흡 훈련이 수행된다.
Description
본 발명은 호흡 분석 및 훈련 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 만성 호흡기 환자를 포함한 사용자의 지속적인 호기 성능을 검사하여 호흡 상태를 분석함과 동시에, 호흡 활동을 통한 호흡 재활을 유도할 수 있는 호흡 분석 및 훈련 장치에 관한 것이다.
만성폐쇄성 폐질환이나 천식과 같은 만성 호흡기 환자의 경우 지속적인 호기 성능의 검사가 필요하며, 이에 따라 다양한 호흡기 환자용 호기 성능 검사 장치가 개발되고 있다.
예를 들어, 대한민국 등록특허 제10-1817752호의 경우, 호흡기 질환의 모니터링을 위하여 복합가스 환경에서 복합센서를 사용하여 호흡기체를 분석하는 장치를 개시하고 있으며, 대한민국 등록특허 제10-2239294호의 경우, 프로포폴 농도 측정시스템에 관한 기술로, 환자의 호기로부터 센싱 신호를 획득하여 프로포폴 농도를 측정하는 시스템을 개시하고 있다.
그 외에도, 다양한 호기를 바탕으로 한 호흡기체의 분석에 관한 장치들이 개발되고 있다.
그러나, 종래 개발되고 있는 호기 성능 검사장치는 단순히 호기를 이용하여 필요한 정보를 센싱하는 검사 기능만 구현되는 것으로, 실제 만성 호흡기 환자의 경우 호기 성능의 검사뿐만 아니라 호흡 훈련도 필요하지만, 이러한 호흡 훈련에는 적용되지 못하는 한계가 있다.
물론, 호흡 훈련을 수행할 수 있는 별도의 호흡기 훈련 장치들도 개발되고는 있으나, 이 역시 호흡 훈련 기능만 구현되는 것으로, 호기를 통한 검사 기능은 동시에 구현하지 못하는 한계가 있다.
이에, 진단과 치료를 동시에 수행하는 자가 관리 치료 및 훈련 기능을 복합적으로 구현할 수 있는 다목적 스마트 헬스 케어 기술의 일환으로, 호흡 검사 및 훈련 장치가 복합적으로 수행될 수 있는 복합 장치에 대한 개발의 필요성이 증가하는 상황이다.
이에, 본 발명의 기술적 과제는 이러한 점에서 착안된 것으로 본 발명의 목적은 만성 호흡기 환자를 포함한 사용자의 지속적인 호기 성능을 검사하여 호흡 상태를 분석함과 동시에, 호흡 활동을 통한 호흡 재활을 유도함으로써, 진단과 치료를 하나의 장치를 통해 동시에 구현하여 사용자의 편의성을 향상시킬 수 있는 호흡 분석 및 훈련 장치를 제공하는 것이다.
상기한 본 발명의 목적을 실현하기 위한 일 실시예에 의한 호흡 분석 및 훈련 장치는 몸체부, 및 호흡 제어부를 포함한다. 상기 몸체부는 내부에 호기 또는 흡기가 유동되며 센서가 위치하는 내부공간을 형성한다. 상기 호흡 제어부는 상기 내부공간에 삽입되는 탄성가이드, 및 상기 탄성 가이드에 개폐가능하도록 연결되는 체크 밸브를 포함한다. 호기 상태에서 상기 체크 밸브는 개방되어 외부로 호기가 유출되며, 흡기 상태에서 상기 체크 밸브는 폐쇄되며 상기 탄성가이드는 소정의 탄성력을 제공하여 호흡 훈련이 수행된다.
일 실시예에서, 상기 센서는 압력센서를 포함하며, 상기 압력센서는, 상기 호기 상태에서 상기 체크 밸브가 개방되어 외부로 유출되는 호기의 속도를 측정할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 센서는 아세톤 센서를 포함하며, 상기 아세톤 센서는, 상기 흡기 상태에서 상기 체크 밸브가 폐쇄되어 상기 내부공간에 밀폐되어 체류하는 흡기의 농도를 측정할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 호흡 제어부는, 상기 탄성 가이드의 일 끝단에 결합되는 밸브 고정부를 더 포함하며, 상기 체크 밸브는 상기 밸브 고정부의 중앙에 형성되는 돌출부 상에 고정되어, 호기 또는 흡기에 따라 상기 밸브 고정부와 이격 또는 밀착될 수 있다.
일 실시예에서, 상기 몸체부는, 상기 센서가 위치하는 제1 몸체, 및 상기 제1 몸체에 결합되며 상기 호흡 제어부가 내부에 위치하는 제2 몸체를 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 제2 몸체는, 상기 제1 몸체와 연결되는 부분에 형성되며, 제1 내경을 갖는 제1 가이드, 및 상기 제1 내경보다 큰 제2 내경을 갖는 제2 가이드를 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 호흡 제어부는, 상기 탄성 가이드의 타 끝단에 결합되는 오링(O-ring)을 더 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 오링은, 호기 상태에서는 상기 제1 가이드의 내면 상에 밀착되어 위치하며, 흡기 상태에서는 상기 제2 가이드 측으로 위치하여, 상기 제1 몸체와 연결되는 부분에 상기 흡기가 통과하는 소정의 공간이 형성될 수 있다.
일 실시예에서, 상기 탄성 가이드의 외주면을 따라 탄성부가 고정되며, 상기 탄성부는, 상기 흡기 상태에서 상기 흡기에 따라 상기 탄성 가이드가 이동하는 경우, 상기 탄성 가이드에 소정의 부하를 제공할 수 있다.
일 실시예에서, 사용자의 흡기 상태를 고려하여, 상기 탄성부가 제공하는 부하를 가변시킬 수 있다.
일 실시예에서, 상기 몸체부의 일 측에 고정되며, 사용자의 호흡기가 위치하는 호흡부, 및 상기 몸체부의 하부에 결합되며, 사용자가 쥐는 손잡이부를 더 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 몸체부는, 상기 몸체부에 결합되며, 내부에 상기 호흡 제어부가 위치하는 중앙 커버부, 상기 중앙 커버부에 결합되는 결합부, 및 상기 결합부의 외측에 결합되며, 호기를 외부로 유출시키는 외부 커버부를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예들에 의하면, 호기 또는 흡기에 대하여 센서를 통해 필요한 정보를 획득하는 것은 물론, 체크 밸브의 개방 상태가 호기 또는 흡기에 따라 제어됨으로서, 호흡 훈련도 동시에 수행할 수 있다.
특히, 호기 상태에서는 체크 밸브가 개방되어 자유로운 호기의 유출이 가능하지만, 흡기 상태에서는 체크 밸브가 폐쇄되며 소정의 탄성력이 제공됨으로써, 흡기에 대한 저항력이 제공되어, 사용자가 흡기근에 대한 호흡 훈련을 수행할 수 있다.
이 경우, 상기 흡기에 대한 저항력은, 상기 탄성력을 제공하는 탄성부를 통해 제공될 수 있으며, 탄성 조절부를 통해 상기 탄성부의 스프링 상수를 가변시킴으로써, 다양한 사용자의 흡기근의 상태에 따라 적절한 호흡 훈련을 제공할 수 있다.
또한, 호기 상태에서는 원활한 호기의 유출을 위해 오링이 제2 몸체의 제1 가이드 상에 위치하여 측부 방향으로의 호기의 유출을 밀폐시키지만, 흡기 상태에서는 체크 밸브의 밀폐로 중앙부를 따른 흡기의 유입은 차단되지만 오링이 제2 몸체의 제2 가이드 측에 위치하여 측부 방향으로의 소정의 유입 공간을 형성할 수 있고, 이를 통해 흡기근에 대한 호흡 훈련에 대한 저항력을 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 호흡 분석 및 훈련 장치를 도시한 사시도이다.
도 2는 도 1의 호흡 분석 및 훈련 장치를 도시한 분해 사시도이다.
도 3은 도 2의 분해 사시도의 단면을 도시한 단면 분해 사시도이다.
도 4는 도 1의 호흡 분석 및 훈련 장치에서 호기 상태를 도시한 내부 단면도이다.
도 5는 도 1의 호흡 분석 및 훈련 장치에서 흡기 상태를 도시한 내부 단면도이다.
도 6a 내지 도 6c는 도 1의 호흡 분석 및 훈련 장치에서 탄성부의 탄성력 변화에 따른 흡기 압력의 변화를 도시한 그래프들이다.
도 2는 도 1의 호흡 분석 및 훈련 장치를 도시한 분해 사시도이다.
도 3은 도 2의 분해 사시도의 단면을 도시한 단면 분해 사시도이다.
도 4는 도 1의 호흡 분석 및 훈련 장치에서 호기 상태를 도시한 내부 단면도이다.
도 5는 도 1의 호흡 분석 및 훈련 장치에서 흡기 상태를 도시한 내부 단면도이다.
도 6a 내지 도 6c는 도 1의 호흡 분석 및 훈련 장치에서 탄성부의 탄성력 변화에 따른 흡기 압력의 변화를 도시한 그래프들이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 실시예들을 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다. 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다.
상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
본 출원에서, "포함하다" 또는 "이루어진다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하고자 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 호흡 분석 및 훈련 장치를 도시한 사시도이다. 도 2는 도 1의 호흡 분석 및 훈련 장치를 도시한 분해 사시도이다. 도 3은 도 2의 분해 사시도의 단면을 도시한 단면 분해 사시도이다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 실시예에 의한 호흡 분석 및 훈련 장치(10, 이하 호흡 장치라 함)는 몸체부(100), 호흡부(200), 호흡 제어부(300) 및 손잡이부(400)를 포함한다.
상기 몸체부(100)는 전체적으로 호기 또는 흡기가 유동되는 상기 호흡 장치(10)의 몸체를 형성하며, 상기 몸체부(100)의 내부에는 상기 호흡 제어부(300)가 위치한다.
상기 호흡부(200)는 상기 몸체부(100)의 일 끝단에 결합되며, 내부는 별도의 구조물이 없는 개방된 중공 구조를 가지며, 사용자가 호흡기를 밀착시켜 호기 또는 흡기를 수행한다. 즉, 사용자는 상기 호흡부(200)에 입을 댄 상태에서, 호기 또는 흡기를 수행하며, 이를 통해 상기 호기 또는 흡기는 상기 몸체부(100)의 내부로 유입 또는 유출된다.
구체적으로, 상기 몸체부(100)는 제1 몸체(110), 제2 몸체(120), 중앙 커버부(130), 결합부(140) 및 외부 커버부(150)를 포함한다.
상기 제1 몸체(110)는 내부는 중공인 내부 공간(111)이 형성되는 실린더 형상으로, 일 측에는 상기 호흡부(200)가 결합된다.
상기 제1 몸체(110)의 하면(112)에는 후술되는 상기 손잡이부(400)가 결합되는 것으로, 상기 손잡이부(400)는 상기 제1 몸체(110)의 연장방향에 대하여 사선 방향으로 결합될 수 있다. 그리하여, 사용자가 손으로 상기 호흡 장치(10)를 쥔 상태에서 호기 또는 흡기를 보다 편한 자세로 수행할 수 있다.
상기 제1 몸체(110)의 하면(112) 상에는 제1 및 제2 고정부들(113, 114)이 형성되는데, 상기 제1 고정부(113)를 관통하여는 후술되는 제1 센서(412)가 고정되어 위치하며, 상기 제2 고정부(114)를 관통하여는 후술되는 제2 센서(413)가 고정되어 위치한다.
그리하여, 상기 제1 및 제2 센서들(412, 413)은 상기 내부공간(111) 측으로 위치하여, 상기 내부공간(111) 상에서 유동되거나 머무르는 호기 또는 흡기에 대하여 필요한 정보를 획득한다.
상기 제2 몸체(120)는 상기 제1 몸체(110)의 타 측에 결합되는 것으로, 상기 제1 몸체(110)와 유사하게 내부에는 내부공간(121)이 형성되는 중공 실린더 구조를 가진다.
이 경우, 상기 제2 몸체(120)의 일 끝단, 즉 상기 제1 몸체(110)와 결합되는 부분에는 제1 내경을 가지는 제1 가이드(123) 및 제2 내경을 가지는 제2 가이드(124)가 형성된다.
상기 제1 가이드(123)는 제1 내경을 가지는 원형 프레임 형상일 수 있으며, 상기 제2 몸체(120)의 연장 방향을 따라 소정 길이 연장된다.
상기 제2 가이드(124)는 상기 제1 가이드(123)로부터 추가로 연장되며, 상기 제1 내경보다 큰 제2 내경을 가지는 원형 프레임 형상일 수 있다.
즉, 상기 제2 가이드(124)의 내경이 상기 제1 가이드(123)의 내경보다 크므로, 상대적으로 상기 제2 몸체(120)의 일 끝단은 끝부분으로 갈수록 내경이 확장된 상태로 형성된다.
나아가, 상기 제1 및 제2 가이드들(123, 124)은 상기 제2 몸체(120)의 일 구성부분으로서, 상기 제2 몸체(120)의 형성과 함께 일체로 형성된다.
상기 중앙 커버부(130)는, 상기 제2 몸체(120)의 타 측에 결합되는 것으로, 마찬가지로 내부는 중공인 내부공간(131)이 형성되는 중공 실린더 형상을 가진다.
이 경우, 상기 중앙 커버부(130)는 일 측에 연결 돌출부(132)가 형성되어, 상기 제2 몸체(120)의 타 측에 형성되는 연결 홈부(122)에 삽입되며, 상기 제2 몸체(120) 및 상기 중앙 커버부(130)가 서로 연결될 수 있다.
또한, 상기 중앙 커버부(130)는 투명 또는 반투명한 재질로 형성될 수 있으며, 이에 따라 내부에 위치하는 상기 호흡제어부(300)의 동작 상태를 식별할 수 있다.
즉, 상기 호흡제어부(300)는 상기 중앙 커버부(130) 및 상기 제2 몸체(120)의 내측에 삽입되어 위치하며, 호기 또는 흡기에 따라 작동되는데, 이러한 상기 호흡 제어부(300)의 작동상태가 상기 중앙 커버부(130)를 통해 외부에서 식별될 수 있어, 상기 호흡 제어부(300)의 정확한 작동 여부가 판단될 수 있다.
상기 결합부(140)는 상기 중앙 커버부(130)의 타 측에 결합되는 것으로, 상기 호흡제어부(300)가 내부에 위치하는 경우, 상기 호흡제어부(300)에 대한 고정상태를 유지한다.
이 경우, 상기 결합부(140) 역시, 상기 중앙 커버부(130)와 동일하게 투명 또는 반투명 재질로 형성될 수 있으며, 이를 통해 내부에서 동작하는 상기 호흡제어부(300)의 동작이 모니터링 될 수 있다.
상기 외부 커버부(150)는 상기 결합부(140)에 고정되며, 상기 호흡 장치(10)의 타 끝단을 커버한다.
이 경우, 상기 외부 커버부(150)는 상기 호흡 장치(10)의 가장 외측 커버에 해당되며, 중앙은 외측으로 개방된 형상으로서, 상기 외부 커버부(150)를 통해 공기가 유출되거나 공기가 유입될 수 있다.
즉, 호기 또는 흡기 상태에 따라 상기 외부 커버부(150)를 통해 공기가 유출되거나, 상기 외부 커버부(150)를 통해 공기가 유입될 수 있다.
한편, 본 실시예에서는, 상기 몸체부(100)를 구성하는 세부 구성요소들로서, 제1 몸체(110), 제2 몸체(120), 중앙 커버부(130), 결합부(140) 및 외부 커버부(150)가 각각 별개의 구성요소로서 서로 결합되는 것을 예시하여 설명하였다.
그러나, 상기 몸체부(100)를 구성하는 상기 구성요소들은 서로 구별되지 않으며 하나의 일체된 형상으로 내부 공간을 형성하도록 형성될 수도 있으며, 2개 이상의 상기 구성요소들이 결합되어 일체화한 형상으로 형성될 수도 있다.
예를 들어, 상기 제1 및 제2 몸체들(110, 120)이 일체로 형성될 수 있으며, 상기 중앙 커버부(130), 상기 결합부(140) 및 상기 외부 커버부(150)가 일체로 형성될 수 있다. 나아가, 이러한 일체로 형성되는 조합은 다양하게 선택될 수 있다.
상기 호흡 제어부(300)는 사용자의 호흡 상태에 따라 동작이 가변되어, 사용자의 호흡을 제어하는 것으로, 전체적으로는 상기 몸체부(100)의 내부에 위치한다.
예를 들어, 상기 호흡 제어부(300)는 상기 제2 몸체(120), 상기 중앙 커버부(130) 및 상기 결합부(140)에 걸쳐 내부에 위치할 수 있다.
보다 구체적으로, 상기 호흡 제어부(300)는 탄성 가이드(310), 고정유닛(320), 밸브 고정부(330), 체크 밸브(340), 오링(O-ring)(350) 및 홀더부(360)를 포함한다.
상기 탄성 가이드(310)는 상기 몸체부(100)의 내부에서 소정의 스트로크를 가지면서 상기 몸체부(100)의 연장방향을 따라 이동하는 것으로, 상기 탄성 가이드(310)의 이동을 통해 호기 상태 및 흡기 상태에서의 호흡 분석이나 호흡 훈련을 제어하게 된다.
구체적으로, 상기 탄성 가이드(310)는 일 방향으로 연장되는 실린더 형상을 가지며, 내부에 구비되는 가이드 몸체(316) 외에, 탄성 조절부(311), 가이드 내부(312), 연장부(313), 끝단부(314) 및 탄성부(315)를 포함한다.
상기 가이드 몸체(316)는 일부는 상기 탄성 가이드(310)의 내부에 위치하고 일부는 상기 탄성 가이드(310)의 외부로 노출되어 위치하는 것으로, 소정의 스트로크를 가지면서 상기 몸체부(100)의 연장방향을 따라 이동한다.
상기 가이드 몸체(316)가 상기 탄성 가이드(310)의 내부 및 외부에서 소정의 스트로크를 가지며 이동함에 따라, 상기 탄성 가이드(310)의 내측에는 소정의 공간인 가이드 내부(312)가 형성된다. 이 경우, 상기 가이드 내부(312)의 공간 역시, 상기 가이드 몸체(316)의 이동에 따라 가변될 수 있다.
즉, 상기 가이드 몸체(316)가 상기 탄성 가이드(310)의 외측, 즉 상기 끝단부(314) 측으로 노출되는 길이가 증가하면 상기 가이드 내부(312)의 공간은 증가하고, 상기 가이드 몸체(316)가 노출되는 길이가 감소하면 상기 가이드 내부(312)의 공간은 감소하게 된다.
상기 연장부(313)는 상기 가이드 몸체(316)를 관통하여 연장되는 것으로, 일 끝단에는 후술되는 상기 고정유닛(320)이 고정되며, 타 끝단에는 상기 끝단부(314)가 형성되어, 상기 끝단부(314) 상에는 상기 오링(350)이 고정된다.
즉, 상기 가이드 몸체(316)의 타 끝단에는 상기 오링(350)이 고정된다. 따라서, 상기 가이드 몸체(316)가 소정의 스트로크를 가지며 이동하게 되면, 상기 오링(350)의 위치가 가변되어 상기 제2 몸체(120) 상에서 그 위치가 가변하게 된다.
상기 탄성 조절부(311)는 상기 탄성 가이드(310)의 외면 상에 나사산 형상으로 형성되는 것으로, 상기 탄성 조절부(311)가 위치하는 상기 제2 몸체(120)의 내주면 또는 상기 중앙 커버부(130)의 내주면 상에 형성되는 나사산(미도시)과 스크류 결합하게 된다.
그리하여, 상기 탄성 가이드(310)는 상기 제2 몸체(120) 및 상기 중앙 커버부(130) 상에 결합되는 상태로 위치하게 된다.
상기 탄성부(315)는 상기 탄성 조절부(311)에 일 끝단이 위치하고, 상기 끝단부(314)에 타 끝단이 위치하도록 상기 탄성 가이드(310)의 외주면, 즉 상기 가이드 몸체(316)의 외주면 상에 고정된다.
이 경우, 상기 탄성부(315)는 소정의 탄성력을 가지는 것으로, 상기 탄성부(315)가 가지는 탄성력에 의해 상기 가이드 몸체(316)는 상기 탄성 가이드(310) 상에 일정 길이만큼 외부, 즉 상기 끝단부(314) 방향으로 연장된 상태를 유지하게 된다.
즉, 상기 탄성부(315)의 탄성력이 증가하면 상기 가이드 몸체(316)에서, 상기 탄성 조절부(311)와 상기 끝단부(314) 사이에 작용하는 탄성력이 증가하므로, 상기 가이드 몸체(316)가 외부로 연장되는 길이는 증가하게 되며, 이와 달리, 상기 탄성부(315)의 탄성력이 감소하게 되면 상기 가이드 몸체(316)가 외부로 연장되는 길이는 감소하게 된다.
나아가, 일정한 탄성력을 가지는 탄성부(315)가 상기 가이드 몸체(316)에 일정한 탄성력을 제공하여, 상기 가이드 몸체(316)가 상기 탄성 가이드(310)의 외부로 노출되는 길이가 일정하게 유지되는 상태이더라도, 상기 탄성 조절부(311)가 상기 제2 몸체(120) 및 상기 중앙 커버부(130)에 나사결합을 유지한 상태이므로, 상기 탄성 조절부(311)와의 상기 나사결합을 변경함으로써, 상기 탄성부(315)의 탄성력을 제어할 수 있다.
즉, 상기 탄성 가이드(310)를 상기 제2 몸체(120) 및 상기 중앙 커버부(130) 상에서 회전시키면, 상기 탄성 조절부(311)의 나사결합 상태가 가변되고, 이에 따라 상기 탄성 가이드(310)의 외부로 노출되는 상기 가이드 몸체(316)의 노출 길이가 가변된다. 이에, 상기 가이드 몸체(316)의 외부에 고정되는 상기 탄성부(315)의 길이도 가변되므로, 결국 상기 탄성부(315)의 탄성력이 가변될 수 있다.
이상과 같이, 상기 탄성부(315)의 탄성력을 가변시킴으로써, 후술되는 흡기 상태에서의 사용자의 서로 다른 흡기력을 고려하여, 해당 사용자의 호흡 능력에 부합하는 호흡 훈련을 수행할 수 있다.
상기 고정유닛(320)은 상기 연장부(313)와 상기 밸브 고정부(330) 사이를 고정시키는 것으로, 이를 통해 상기 밸브 고정부(330)는 상기 가이드 몸체(316)와 결합 및 고정된다.
그리하여, 상기 밸브 고정부(330)는 상기 가이드 내부(312)의 공간상에 위치하게 되며, 상기 가이드 몸체(316)가 소정의 스트로크를 가지며 이동하는 경우 동시에 이동하게 된다.
상기 체크 밸브(340)는 상기 밸브 고정부(330)의 외면상에 고정되는 것으로, 상기 밸브 고정부(330)의 중앙으로부터 돌출되는 돌출부(331) 상에 상기 체크 밸브(340)의 중앙부가 고정된다.
상기 체크 밸브(340)는 상기 밸브 고정부(330)에 중앙이 고정되는 것으로, 상기 밸브 고정부(330)와 함께 상기 가이드 내부(312) 상에서 소정의 스트로크를 가지면서 이동한다.
또한, 상기 체크 밸브(340)는, 후술하겠으나, 호기가 제공되는 경우 상기 밸브 고정부(330)에 대하여 가장자리 부분이 이격되면서 호기가 통과하는 유로를 형성하지만, 흡기가 제공되는 경우 상기 밸브 고정부(330)와 밀착하여 흡기가 통과하는 유로를 차단하게 된다.
상기 오링(O-ring)(350)은 상기 끝단부(314)에 고정되는 것으로, 상기 탄성 가이드(310)가 상기 제2 몸체(120)의 내부에 위치하는 경우, 상기 제2 몸체(120)와의 사이를 밀폐시킨다.
이 경우, 상기 오링(350)은 상기 가이드 몸체(316)가 소정의 스트로크를 가지면서 상기 탄성 가이드(310)에 대하여 이동하는 경우, 동시에 이동하게 되며, 이에 따라, 상기 제2 몸체(120)의 제1 가이드(123)와 제2 가이드(124)에서 그 위치가 가변될 수 있다.
이러한 상기 오링(350)의 위치 가변은, 호기 또는 흡기 상태에 따라 가변되는 것으로, 상세한 위치 가변 상태는 후술한다.
상기 홀더부(360)는 상기 탄성 가이드(310)의 전단, 즉 상기 탄성 조절부(311) 측을 커버하는 것으로, 상기 탄성 가이드(310)의 외측을 커버하는 구조체이다.
상기 손잡이부(400)는 사용자가 상기 호흡 장치(10)를 사용하는 경우 손으로 쥐는 것으로, 상기 몸체부(100)의 연장 방향에 대하여 사선 방향으로 결합된다.
구체적으로, 상기 손잡이부(400)는 상부 손잡이(410) 및 하부 손잡이(420)를 포함한다.
상기 상부 손잡이(410)는 상측에 결합면(411)이 형성되어, 상기 결합면(411)은 상기 제1 몸체(110)의 외주면인 하면(112) 상에 결합된다.
이 경우, 상기 상부 손잡이(410)의 내부에는 제1 센서(412) 및 제2 센서(413)가 구비되며, 상기 제1 센서(412)는 상기 제1 고정부(113)에 고정되며 상기 제1 몸체(110)의 내부공간(111)으로 위치하고, 상기 제2 센서(413)는 상기 제2 고정부(114)에 고정되며 상기 제1 몸체(110)의 내부공간(111)으로 위치한다.
이 경우, 상기 제1 센서(412)는 예를 들어, 압력센서로서 상기 내부공간(111)을 통과하는 호기 또는 흡기의 압력을 바탕으로, 호기 속도 또는 흡기 속도를 측정할 수 있다. 다만, 후술하겠으나, 본 실시예에서는 흡기시에는 상이 내부공간(111)에 공기가 정체된 상태이므로, 실질적으로 상기 제1 센서(412)는 상기 내부공간(111)을 통과하는 호기의 속도를 측정할 수 있다.
또한, 상기 제2 센서(413)는 예를 들어, 아세톤 센서로서 상기 내부공간에 위치한 호기 또는 흡기의 농도를 측정할 수 있다. 다만, 후술하겠으나, 본 실시예에서는 흡기시에 상기 내부공간(111)에 공기가 정체된 상태이므로, 상기 제2 센서(413)를 통해 상기 흡기시의 공기의 농도를 보다 효과적이고 정확하게 측정할 수 있으며, 아세톤 농도를 측정하여, 예를 들어 케톤 다이어트 또는 당뇨 등의 검사를 위한 데이터를 측정할 수 있다.
상기 하부 손잡이(420)는 상기 상부 손잡이(410)와 결합되는 것으로, 내부에는 전원부(421)가 구비되어, 상기 제1 및 제2 센서들(412, 413)의 구동을 위해 필요한 전원을 공급한다.
한편, 본 실시예의 경우, 상기 손잡이부(400)가 상부 및 하부 손잡이들(410, 420)이 서로 결합되는 구조를 예시하였으나, 하나의 구조로 일체로 형성될 수도 있다.
이하에서는, 상기 호흡 장치(10)에서 호기 상태 및 흡기 상태에서의 내부 구조의 변화에 대하여 설명한다.
도 4는 도 1의 호흡 분석 및 훈련 장치에서 호기 상태를 도시한 내부 단면도이다.
도 4를 참조하면, 사용자가 상기 호흡부(200)를 통해 호기, 즉 날숨을 제공하면, 화살표로 도시된 바와 같이, 상기 호기는 상기 제1 몸체(11)의 내부공간(111)을 통과하여 상기 탄성 가이드(310)로 제공된다.
이 경우, 상기 탄성 가이드(310)는 소정의 탄성력을 유지하며 상기 제2 몸체(120) 및 상기 중앙 커버부(130)에 고정된 상태이며, 상기 호기의 제공에 따라 상기 밸브 고정부(330) 상에 고정되는 상기 체크 밸브(340)는 측부가 개방된다.
이와 같이, 상기 체크 밸브(340)가 개방됨에 따라, 화살표로 표시된 바와 같이 상기 탄성 가이드(310)의 내부를 통해 유동하는 호기는 상기 개방부를 통해 유출되며, 최종적으로는 상기 외부 커버부(150)의 중앙을 통해 외부로 유출된다.
한편, 이러한 호기 상태에서, 상기 오링(350)은 상기 제1 가이드(123) 상에 위치하며, 상기 오링(350)은 제1 내경을 가지는 상기 제1 가이드(123)의 내면 상에 밀착되어 위치한다. 이에 따라, 상기 제1 가이드(123)와 상기 오링(350) 사이에는 공기가 통과할 수 있는 공간이 사라지며 밀폐된다.
나아가, 이러한 상기 호기의 유동과정에서, 상기 호기의 유동을 방해하는 구조는 없으므로, 유입된 호기는 자연스럽게 상기 호흡 장치(10)의 외부로 유출된다.
한편, 이러한 상기 호기의 자연스러운 유동에 따라, 상기 호기의 속도는 상기 제1 센서(412)에서 측정할 수 있으며, 상기 호기 속도에 대한 측정 결과를 바탕으로 사용자의 호흡 상태, 특히 날숨의 상태에 대한 정보를 획득할 수 있다.
도 5는 도 1의 호흡 분석 및 훈련 장치에서 흡기 상태를 도시한 내부 단면도이다.
도 5를 참조하면, 사용자가 상기 호흡부(200)를 통해 흡기, 즉 들숨을 제공하면, 화살표로 도시된 바와 같이, 상기 흡기는 상기 탄성 가이드(310)의 내부를 통과하는 것이 제한된다.
즉, 상기 밸브 고정부(330)에 고정된 상기 체크 밸브(340)는 상기 호기가 제공됨에 따라 상기 밸브 고정부(330)에 밀착되며, 이에 따라 상기 호흡 제어부(300)의 내측으로 호기는 통과하지 못하게 된다.
이상과 같이 상기 호흡 제어부(300)의 내측으로의 공기의 유동이 제한되므로, 사용자는 흡기를 제공하는 경우, 보다 큰 흡기를 제공하여야 하며, 이를 통해 사용자의 흡기근에 대한 훈련이 자연스럽게 수행된다.
특히, 상기 호흡 제어부(300)에서, 흡기가 제공되어 상기 호흡 제어부(300)에 상기 화살표 방향, 즉 상기 호흡부(200) 방향으로의 힘이 제공되면, 상기 가이드 몸체(316)는 상기 호흡부(200) 방향으로 이동하게 된다(점선 화살표 참조).
즉, 상기 탄성부(315)의 탄성력에 의해 상기 가이드 몸체(316)의 위치가 고정된 상태이지만, 상기 탄성부(315)의 탄성력보다 큰 호흡력이 상기 점선 화살표 방향으로 제공된다면, 상기 가이드 몸체(316)는 상기 호흡부(200) 방향으로 이동할 수 있다.
이러한 과정에서, 상기 호흡력은 상기 탄성부(315)의 탄성력보다 크게 인가되어야 하므로, 결국 사용자의 호흡근에 대한 훈련이 수행될 수 있다.
나아가, 앞서 설명한 바와 같이, 상기 탄성부(315)의 탄성력은 다양하게 조절될 수 있으므로, 사용자의 호흡근의 근력 수준에 부합하도록 훈련을 수행할 수 있다. 즉, 상기 탄성부(315) 자체를 스프링 계수가 다른 탄성부(315)로 교환할 수도 있으며, 상기 제2 몸체(120) 및 상기 중앙 커버부(130)의 내면을 따라 나사 결합된 상기 탄성 조절부(311)의 나사 결합 상태를 조절함으로써, 상기 탄성부(315)의 탄성력을 조절할 수 있다.
이 경우, 상기 탄성 조절부(311)의 결합 상태를 조절하여, 상기 가이드 몸체(316)가 상기 탄성 가이드(310)의 외부로 노출되는 길이를 증가시키는 경우 상기 흡기가 유도되는 방향으로 작용하는 상기 탄성부(315)의 탄성력은 감소할 수 있다. 이와 달리, 상기 가이드 몸체(316)가 상기 탄성 가이드(310)의외부로 노출되는 길이를 감소시키는 경우 상기 흡기가 유도되는 방향으로 작용하는 상기 탄성부(315)의 탄성력은 증가할 수 있다.
이상과 같이, 상기 탄성부(315)로부터 인가되는 탄성력의 가변이 가능하며, 이에 따라 사용자의 호흡근의 근력 수준에 부합하는 호흡 훈련의 수행이 가능하게 된다.
한편, 이러한 흡기 상태에서, 상기 가이드 몸체(316)가 상기 호흡부(200) 방향으로 이동하게 되면 상기 오링(350)도 상기 제1 가이드(123)에서 상기 제2 가이드(124)의 위치로 이동하게 된다.
이 경우, 상기 제2 가이드(124)의 내경은 상기 제1 가이드(123)의 내경보다 크므로, 상기 오링(350)이 상기 제2 가이드(124)에 위치한다면, 도시된 바와 같이, 상기 오링(350)과 상기 제2 가이드(124) 사이에는 소정의 공간이 형성된다.
따라서, 상기 흡기 상태에서, 상기 외부 커버부(150)를 통해 외부로부터 흡입되는 공기는 상기 호흡 제어부(300)와 상기 몸체부(100) 사이의 좁은 공간을 통해 유동되며, 상기 오링(350)과 상기 제2 가이드(124) 사이의 공간으로 인입되어 상기 제1 몸체(110)의 내부공간(111) 상에 머무르게 된다.
다만, 상기 흡기 상태에서 상기 공기가 유동되는 공간은 매우 좁은 것으로, 사용자는 지속적인 호흡근의 사용을 통해 흡기 상태를 유지하여야만 상기 공기의 유동을 유도할 수 있게 된다.
또한, 사용자가 흡기를 중단하면, 상기 가이드 몸체(316)는 탄성부(315)의 탄성력에 의해 원위치로 회복되며, 이에 따라 상기 오링(350)은 다시 상기 제1 가이드(123) 상에 위치하여 공기 유동 공간은 밀폐된다.
이상과 같이, 사용자가 흡기를 중단하여 공기 유동 공간이 밀폐되면, 결국 흡입된 공기는 상기 제1 몸체(110)의 내부공간(111) 상에 머무르게 되며, 이렇게 공기가 머무르는 상태에서, 상기 제2 센서(413)를 통해 상기 공기의 농도에 관한 정보를 획득할 수 있다.
특히, 상기 내부공간(111) 상에 머무르는 공기는, 별도의 공기 유출부가 없으므로, 상대적으로 오랜 시간 밀폐된 공간에 머무르게 되며, 이에 따라 상기 제2 센서(413)를 통한 정보 획득의 정확성이 보다 향상될 수 있다.
이상과 같이, 본 실시예에 의한 상기 호흡 장치(10)를 통해서는, 호기 과정 및 흡기 과정에서 서로 다른 정보를 획득하여 호흡 분석을 수행할 수 있는 것은 물론, 특히, 흡기 과정에서 상기 호흡 제어부(300)의 구동을 유도함으로써 호흡근의 훈련도 동시에 수행할 수 있다.
도 6a 내지 도 6c는 도 1의 호흡 분석 및 훈련 장치에서 탄성부의 탄성력 변화에 따른 흡기 압력의 변화를 도시한 그래프들이다.
즉, 도 6a 내지 도 6c는 탄성부의 탄성력이 가변됨에 따라, 호기와 흡기를 수행하는 경우의 압력의 변화정도를 측정한 결과를 나타낸다.
이에, 도 6a 내지 도 6c를 참조하면, 상기 탄성부(315)의 탄성력이 증가할수록 사용자의 호흡 과정에서의 압력은 더욱 증가하는 것을 확인할 수 있으며, 결국 사용자는 보다 크게 흡기근을 동작하여야 함을 확인할 수 있다.
따라서, 사용자의 흡기근의 상태를 고려하여, 해당 사용자에게 적합한 탄성력을 바탕으로, 사용자에게 부합하는 최적의 훈련을 유도할 수 있다.
상기와 같은 본 발명의 실시예들에 의하면, 호기 또는 흡기에 대하여 센서를 통해 필요한 정보를 획득하는 것은 물론, 체크 밸브의 개방 상태가 호기 또는 흡기에 따라 제어됨으로서, 호흡 훈련도 동시에 수행할 수 있다.
특히, 호기 상태에서는 체크 밸브가 개방되어 자유로운 호기의 유출이 가능하지만, 흡기 상태에서는 체크 밸브가 폐쇄되며 소정의 탄성력이 제공됨으로써, 흡기에 대한 저항력이 제공되어, 사용자가 흡기근에 대한 호흡 훈련을 수행할 수 있다.
이 경우, 상기 흡기에 대한 저항력은, 상기 탄성력을 제공하는 탄성부를 통해 제공될 수 있으며, 탄성 조절부를 통해 상기 탄성부의 스프링 상수를 가변시킴으로써, 다양한 사용자의 흡기근의 상태에 따라 적절한 호흡 훈련을 제공할 수 있다.
또한, 호기 상태에서는 원활한 호기의 유출을 위해 오링이 제2 몸체의 제1 가이드 상에 위치하여 측부 방향으로의 호기의 유출을 밀폐시키지만, 흡기 상태에서는 체크 밸브의 밀폐로 중앙부를 따른 흡기의 유입은 차단되지만 오링이 제2 몸체의 제2 가이드 측에 위치하여 측부 방향으로의 소정의 유입 공간을 형성할 수 있고, 이를 통해 흡기근에 대한 호흡 훈련에 대한 저항력을 제공할 수 있다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
10 : 호흡 분석 및 훈련 장치
100: 몸체부 110 : 제1 몸체
120 : 제2 몸체 130 : 중앙 커버부
140 : 결합부 150 : 외부 커버부
200 : 호흡부 300 : 호흡 제어부
310 : 탄성 가이드 320 : 고정유닛
330 : 밸브 고정부 340 : 체크 밸브
350 : 오링 360 : 홀더부
400 : 손잡이부 410 : 상부 손잡이
420 : 하부 손잡이
100: 몸체부 110 : 제1 몸체
120 : 제2 몸체 130 : 중앙 커버부
140 : 결합부 150 : 외부 커버부
200 : 호흡부 300 : 호흡 제어부
310 : 탄성 가이드 320 : 고정유닛
330 : 밸브 고정부 340 : 체크 밸브
350 : 오링 360 : 홀더부
400 : 손잡이부 410 : 상부 손잡이
420 : 하부 손잡이
Claims (12)
- 내부에 호기 또는 흡기가 유동되며 센서가 위치하는 내부공간을 형성하는 몸체부; 및
상기 내부공간에 삽입되는 탄성가이드, 및 상기 탄성 가이드에 개폐가능하도록 연결되는 체크 밸브를 포함하는 호흡 제어부를 포함하고,
호기 상태에서 상기 체크 밸브는 개방되어 외부로 호기가 유출되며, 흡기 상태에서 상기 체크 밸브는 폐쇄되며 상기 탄성가이드는 소정의 탄성력을 제공하여 호흡 훈련이 수행되는 호흡 분석 및 훈련 장치. - 제1항에 있어서,
상기 센서는 압력센서를 포함하며,
상기 압력센서는, 상기 호기 상태에서 상기 체크 밸브가 개방되어 외부로 유출되는 호기의 속도를 측정하는 것을 특징으로 하는 호흡 분석 및 훈련 장치. - 제1항에 있어서,
상기 센서는 아세톤 센서를 포함하며,
상기 아세톤 센서는, 상기 흡기 상태에서 상기 체크 밸브가 폐쇄되어 상기 내부공간에 밀폐되어 체류하는 흡기의 농도를 측정하는 것을 특징으로 하는 호흡 분석 및 훈련 장치. - 제1항에 있어서, 상기 호흡 제어부는,
상기 탄성 가이드의 일 끝단에 결합되는 밸브 고정부를 더 포함하며,
상기 체크 밸브는 상기 밸브 고정부의 중앙에 형성되는 돌출부 상에 고정되어, 호기 또는 흡기에 따라 상기 밸브 고정부와 이격 또는 밀착되는 것을 특징으로 하는 호흡 분석 및 훈련 장치. - 제1항에 있어서, 상기 몸체부는,
상기 센서가 위치하는 제1 몸체; 및
상기 제1 몸체에 결합되며 상기 호흡 제어부가 내부에 위치하는 제2 몸체를 포함하는 것을 특징으로 하는 호흡 분석 및 훈련 장치. - 제5항에 있어서, 상기 제2 몸체는,
상기 제1 몸체와 연결되는 부분에 형성되며, 제1 내경을 갖는 제1 가이드, 및 상기 제1 내경보다 큰 제2 내경을 갖는 제2 가이드를 포함하는 것을 특징으로 하는 호흡 분석 및 훈련 장치. - 제6항에 있어서, 상기 호흡 제어부는,
상기 탄성 가이드의 타 끝단에 결합되는 오링(O-ring)을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 호흡 분석 및 훈련 장치. - 제7항에 있어서, 상기 오링은,
호기 상태에서는 상기 제1 가이드의 내면 상에 밀착되어 위치하며,
흡기 상태에서는 상기 제2 가이드 측으로 위치하여, 상기 제1 몸체와 연결되는 부분에 상기 흡기가 통과하는 소정의 공간이 형성되는 것을 특징으로 하는 호흡 분석 및 훈련 장치. - 제1항에 있어서,
상기 탄성 가이드의 외주면을 따라 탄성부가 고정되며,
상기 탄성부는, 상기 흡기 상태에서 상기 흡기에 따라 상기 탄성 가이드가 이동하는 경우, 상기 탄성 가이드에 소정의 부하를 제공하는 것을 특징으로 하는 호흡 분석 및 훈련 장치. - 제9항에 있어서,
사용자의 흡기 상태를 고려하여, 상기 탄성부가 제공하는 부하를 가변시키는 것을 특징으로 하는 호흡 분석 및 훈련 장치. - 제1항에 있어서,
상기 몸체부의 일 측에 고정되며, 사용자의 호흡기가 위치하는 호흡부; 및
상기 몸체부의 하부에 결합되며, 사용자가 쥐는 손잡이부를 더 포함하는 호흡 분석 및 훈련 장치. - 제1항에 있어서, 상기 몸체부는,
상기 몸체부에 결합되며, 내부에 상기 호흡 제어부가 위치하는 중앙 커버부;
상기 중앙 커버부에 결합되는 결합부; 및
상기 결합부의 외측에 결합되며, 호기를 외부로 유출시키는 외부 커버부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 호흡 분석 및 훈련 장치.
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| KR1020210186011A KR102613921B1 (ko) | 2021-12-23 | 2021-12-23 | 호흡 분석 및 훈련 장치 |
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN117883068A (zh) * | 2024-03-15 | 2024-04-16 | 南方医科大学南方医院 | 一种防止交叉感染的呼吸分析和呼吸功能训练装置一体机 |
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2021
- 2021-12-23 KR KR1020210186011A patent/KR102613921B1/ko active IP Right Grant
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