KR20240030804A - 호흡 측정 및 훈련 겸용 장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 사람의 호흡을 구성하는 호기와 흡기 중에서 호기에 의해 호흡 데이터를 측정하고 흡기에 의해 호흡근 훈련을 할 수 있도록 개발된 호흡 측정 및 훈련 겸용 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 호흡 측정 및 훈련 겸용 장치는, 사용자의 호흡 공기가 통과하는 유류관이 형성되고, 상기 유류관의 내부에 호기를 통한 공기의 압력과 호기 내에 함유된 기체 성분을 측정하는 센서가 장착된 본체 바디; 상기 본체 바디의 유류관 후방에 연통되도록 결합되고, 내부에 공기 유통을 단속적으로 개폐하는 공기 유통 밸브를 포함하는 연결관; 상기 연결관의 후방에 연통되도록 결합되고, 외부로부터 공기가 유입되는 공기 벤트홀이 형성되며, 내부에 상기 연결관의 내부까지 전후진될 수 있도록 흡기 난이도 조절 모듈이 장착되는 후단 장착관;을 포함하고, 상기 흡기 난이도 조절 모듈은, 사용자의 흡기 과정에서 전후진되면서 상기 연결관의 내부에 마련된 상기 공기 유통 밸브를 개폐하면서 흡기 압력을 선택적으로 해제하는 슬라이더와, 흡기 압력이 해제되면 상기 슬라이더를 원래 위치로 복귀시키는 복원 스프링과, 호흡근 훈련 단계를 조절하기 위해 상기 복원 스프링의 압축 또는 신장 정도를 연속적으로 조절하는 조절구를 포함한다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 호흡 측정 및 훈련 겸용 장치는, 사용자의 호흡 공기가 통과하는 유류관이 형성되고, 상기 유류관의 내부에 호기를 통한 공기의 압력과 호기 내에 함유된 기체 성분을 측정하는 센서가 장착된 본체 바디; 상기 본체 바디의 유류관 후방에 연통되도록 결합되고, 내부에 공기 유통을 단속적으로 개폐하는 공기 유통 밸브를 포함하는 연결관; 상기 연결관의 후방에 연통되도록 결합되고, 외부로부터 공기가 유입되는 공기 벤트홀이 형성되며, 내부에 상기 연결관의 내부까지 전후진될 수 있도록 흡기 난이도 조절 모듈이 장착되는 후단 장착관;을 포함하고, 상기 흡기 난이도 조절 모듈은, 사용자의 흡기 과정에서 전후진되면서 상기 연결관의 내부에 마련된 상기 공기 유통 밸브를 개폐하면서 흡기 압력을 선택적으로 해제하는 슬라이더와, 흡기 압력이 해제되면 상기 슬라이더를 원래 위치로 복귀시키는 복원 스프링과, 호흡근 훈련 단계를 조절하기 위해 상기 복원 스프링의 압축 또는 신장 정도를 연속적으로 조절하는 조절구를 포함한다.
Description
본 발명은 호흡 측정 및 훈련 겸용 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 사람의 호흡을 구성하는 호기와 흡기 중에서 호기에 의해 호흡 데이터를 측정하고 흡기에 의해 호흡근 훈련을 할 수 있도록 개발된 호흡 측정 및 훈련 겸용 장치에 관한 것이다.
만성 폐쇄성 폐질환(COPD) 환자, 폐 절제 수술을 받은 환자 등에게 폐 기능을 향상시키기 위한 다양한 프로그램이 적용된다. 이 중에서 약물을 이용한 폐 기능 치료 방법은 폐 기능을 일시적으로 향상시킬 수는 있으나 그 효과가 제한적일 뿐만 아니라 약물 과다로 인한 부작용이 나타나기도 한다. 따라서, 최근에 폐 기능을 향상시키는 호흡근 훈련 방법이 주목받고 있다.
호흡근 훈련 방법은 앞서 언급한 폐 질환 환자뿐만 아니라 충분한 유산소 운동을 하지 못하는 현대인의 건강을 관리하는 프로그램으로도 주목받고 있다. 즉, 꾸준히 호흡근 훈련을 해주면, 혈압을 낮추고 폐, 심장의 근육을 강화시키며 뇌 인지 능력도 향상시킬 수 있다는 연구 결과가 발표되고 있다. 호흡근 훈련 방법은 기류를 제한하는 휴대용 장치를 통해 숨을 들이마시는 과정을 힘들게 함으로써 흡기에 활용되는 근육을 강화시켜 주는 방법이다.
국내 등록특허 제2326251호(발명의 명칭: 스마트 폐활량 훈련 시스템, 등록공고 일자: 2021.12.01)에는 마우스피스를 구비하여 흡기 및 호기에 따라 공기를 유입 및 배출하여 호흡 데이터를 측정하고, 이 호흡 데이터를 통해 사용자의 노력성 폐활량(FVC: Forced Vital Capacity)을 측정하여 훈련할 수 있도록 해주는 시스템이 개시되어 있다. 다만, 이 시스템에 따르면 호흡 데이터를 측정하는 휴대용 장치는 호흡 훈련 기능은 구비되지 않아 호흡근 훈련이 단순히 디스플레이 장치를 통해 제공되는 앱을 통해서만 진행된다.
국내 공개특허 제2021-0013243호(발명의 명칭: 호흡 훈련 장치 및 이를 이용한 호흡 훈련 제공방법 및 시스템, 공개일자: 2021.08.10)에는 사용자의 호흡에 의해 발생되는 공기가 유입되어 이동되도록 내부에 유로가 형성되는 본체와, 사용자의 호흡에 따른 호기 또는 흡기를 센싱하는 센서부와, 상기 개구부에 탈착 가능하도록 결합되되, 하부로 연장되어 형성된 유통관에 하나 이상의 공기 배출홀이 형성되고, 상기 공기 배출홀이 외부로 노출되는 갯수의 조절이 가능하도록 결합되는 마우스 피스를 포함하는 호흡 훈련 장치가 개시되어 있다. 이 호흡 훈련 장치는 사용자의 폐 기능 상태에 따라 숨을 들이마시는 것을 어렵게 만드는 단계의 조절을 단순히 공기 배출홀의 노출 개수로만 단속적으로 제어하도록 되어 있다.
따라서, 보다 효과적인 호흡근 훈련을 수행하기 위해서는 호흡 측정 및 훈련을 하나의 휴대 장치로 수행할 수 있을 뿐만 아니라, 호흡근 훈련 시에 흡기 난이도의 조절을 연속적으로 할 수 있는 장치의 개발이 필요한 실정이다.
본 발명은 이러한 필요성을 충족시키기 위해 개발된 것으로서, 사람의 호흡 중에서 호기의 압력을 통해 폐활량을 측정하고 호기 내에 함유된 기체 성분을 분석하는 측정 기능과 흡기의 난이도를 조절하여 호흡근 훈련을 효과적으로 수행할 수 있도록 해주는 훈련 기능을 동시에 포함하는 호흡 측정 및 훈련 겸용 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 호흡 측정 및 훈련 겸용 장치는, 사용자의 호흡 공기가 통과하는 유류관이 형성되고, 상기 유류관의 내부에 호기를 통한 공기의 압력과 호기 내에 함유된 기체 성분을 측정하는 센서가 장착된 본체 바디; 상기 본체 바디의 유류관 후방에 연통되도록 결합되고, 내부에 공기 유통을 단속적으로 개폐하는 공기 유통 밸브를 포함하는 연결관; 상기 연결관의 후방에 연통되도록 결합되고, 외부로부터 공기가 유입되는 공기 벤트홀이 형성되며, 내부에 상기 연결관의 내부까지 전후진될 수 있도록 흡기 난이도 조절 모듈이 장착되는 후단 장착관;을 포함하고, 상기 흡기 난이도 조절 모듈은, 사용자의 흡기 과정에서 전후진되면서 상기 연결관의 내부에 마련된 상기 공기 유통 밸브를 개폐하면서 흡기 압력을 선택적으로 해제하는 슬라이더와, 흡기 압력이 해제되면 상기 슬라이더를 원래 위치로 복귀시키는 복원 스프링과, 호흡근 훈련 단계를 조절하기 위해 상기 복원 스프링의 압축 또는 신장 정도를 연속적으로 조절하는 조절구를 포함할 수 있다.
또한, 상기 본체 바디의 유류관 전방에 탈착 가능하게 삽입되고, 사용자가 입으로 물고 호흡할 수 있는 마우스 피스를 포함할 수 있다.
또한, 상기 공기 유통 밸브는 상기 연결관의 내면에 제1 직경을 갖는 개방 관통부와 상기 제1 직경보다 작은 제2 직경을 갖는 폐쇄 관통부를 포함하고, 상기 슬라이더는 그 선단이 상기 폐쇄 관통부를 통과할 때는 상기 폐쇄 관통부의 내면과 밀착되어 상기 후단 장착관으로부터 외부 공기가 상기 본체 바디의 유류관으로 유통되는 것을 차단하고, 그 선단이 상기 개방 관통부를 통과할 때는 상기 개방 관통부 내면과 이격되어 상기 후단 장착관으로부터 외부 공기가 상기 본체 바디의 유류관으로 유통되도록 구성될 수 있다.
또한, 상기 슬라이더는 그 선단에 상기 폐쇄 관통부의 내면과의 밀착력을 높이기 위해 오링이 장착될 수 있다.
또한, 상기 슬라이더는 일정 길이는 갖는 통체로 형성되고, 상기 통체의 전방 외면에는 상기 복원 스프링에 끼워지는 스프링 장착부가 마련되며, 상기 통체의 후방 외면에는 상기 조절구가 회전 가능하게 결합될 수 있도록 상기 통체의 외면에 나사산이 형성되는 스프링 조절부가 마련될 수 있다.
또한, 상기 복원 스프링은 상기 슬라이더의 스프링 장착부가 끼워진 상태에서 그 전단이 상기 연결관의 내면에 형성된 제1 고정 단턱에 장착되고, 그 후단은 상기 조절구의 제2 고정 단턱에 의해 장착될 수 있다.
또한, 상기 조절구는 중공의 원통형으로 형성되고, 상기 슬라이더의 스프링 장착부가 끼워진 상기 복원 스프링을 덮은 형태로 상기 슬라이더에 삽입 장착될 수 있다.
또한, 상기 조절구는 상기 슬라이더의 스프링 조절부에 형성된 나사산을 따라 회전되어 상기 연결관의 공기 유통 밸브로부터 가장 멀리 떨어진 지점으로 이동된 상태에서 상기 복원 스프링은 탄성 바이어스 되지 않은 원래 길이로 장착되고, 상기 조절구가 상기 슬라이더의 스프링 조절부에 형성된 나사산을 따라 회전되어 상기 연결관의 공기 유통 밸브로부터 가장 가까운 지점으로 이동된 상태에서 상기 복원 스프링은 가장 크게 압축된 길이로 장착되도록 구성되어, 상기 조절구의 위치에 따라 상기 복원 스프링의 압축 정도에 따른 흡기 압력의 조절이 연속적으로 이루어질 수 있도록 구성될 수 있다.
또한, 상기 본체 바디에는 손잡이부가 착탈 가능하게 형성되고, 상기 손잡이부에는 상기 본체 바디에 장착된 센서로부터 입력되는 데이터를 처리하는 컨트롤러와 상기 센서 및 컨트롤러에 전원을 공급하는 배터리가 내장될 수 있다.
본 발명에 따른 호흡 측정 및 훈련 겸용 장치는 하나의 휴대 장치로서 호흡 훈련에 필요한 호흡 데이터를 측정하고 이에 따라 호흡 훈련 강도를 조절하면서 호흡근 훈련을 실시할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면 호흡 데이터에 있어서 폐활량의 척도가 되는 호기 압력을 측정하고, 호기 내에 포함된 여러가지 기체 성분을 분석함으로써 사용자의 폐 건강 상태를 종합적으로 분석할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면 복원 스프링의 탄성력을 연속적으로 조절할 수 있도록 구성함으로써 호흡근 훈련 시에 흡기 압력을 연속적으로 제어하여 보다 효과적인 호흡근 훈련이 가능하도록 해준다.
도 1은 본 발명에 따른 호흡 측정 및 훈련 겸용 장치의 사시도.
도 2는 호흡 측정 및 훈련 겸용 장치의 분리 상태도.
도 3은 호흡 측정 및 훈련 겸용 장치의 분해 사시도.
도 4는 호흡 측정 및 훈련 겸용 장치의 단면도.
도 5는 도 4의 부분 확대도.
도 6 내지 도 8은 호흡 측정 및 훈련 겸용 장치의 흡입력 조절 단계를 나타낸 도면.
도 9는 호흡 측정 및 훈련 겸용 장치의 흡입 전 상태를 나타낸 도면.
도 10은 호흡 측정 및 훈련 겸용 장치의 흡입 후 상태를 나타낸 도면.
도 2는 호흡 측정 및 훈련 겸용 장치의 분리 상태도.
도 3은 호흡 측정 및 훈련 겸용 장치의 분해 사시도.
도 4는 호흡 측정 및 훈련 겸용 장치의 단면도.
도 5는 도 4의 부분 확대도.
도 6 내지 도 8은 호흡 측정 및 훈련 겸용 장치의 흡입력 조절 단계를 나타낸 도면.
도 9는 호흡 측정 및 훈련 겸용 장치의 흡입 전 상태를 나타낸 도면.
도 10은 호흡 측정 및 훈련 겸용 장치의 흡입 후 상태를 나타낸 도면.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 명세서에 개시된 실시 예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 유사한 구성요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 또한, 본 명세서에 개시된 실시 예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 명세서에 개시된 실시 예의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
본 출원에서, "포함한다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 호흡 측정 및 훈련 겸용 장치에 대하여 상세히 설명한다.
도 1 및 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 호흡 측정 및 훈련 겸용 장치의 사시도이다. 호흡 측정 및 훈련 겸용 장치(100)는 크게 호흡 측정 및 훈련을 실시하는데 필요한 구성요소를 포함하는 본체부(300)와 이 본체부(300)의 하단에 착탈 가능하게 결합되는 손잡이부(200)를 포함한다.
상기 손잡이부(200)는 본체부(300)에 장착된 센서로부터 입력되는 호흡 관련 데이터를 처리하는 컨트롤러(미도시)와 상기 센서 및 컨트롤러에 전원을 공급하는 배터리(미도시)가 내장될 수 있다. 상기 손잡이부(200)는 상하로 긴 바 형태로 구성되고, 단면은 사용자가 손으로 잡기 편하도록 원통형 또는 다각형으로 구성될 수 있다. 상기 손잡이부(200)의 전면에는 사용자가 장치를 구동하는데 사용하는 제어 버튼(210) 및 장치의 작동 상태를 표시하는 디스플레이(220)가 추가로 구비될 수 있다. 또한, 상기 손잡이부(200)의 후면에는 상기 본체부(300)와의 분리할 때 사용되는 분리 버튼(230)이 구비될 수 있다.
이와 같이, 손잡이부(200)는 제어에 필요한 기본 구성요소가 내장되고 본체부(300)를 필요에 따라 착탈 가능하도록 구성되어 있기 때문에, 본 발명에 따른 휴대용 호흡근 훈련 모듈뿐만 아니라 다양한 의료용 모듈, 예를 들어 체온 측정 모듈, 혈당 측정 모듈, 비염 치료 모듈, 네뷸라이져 모듈, 초음파 치료 모듈 등을 선택적으로 부착하여 편리하게 사용할 수 있다.
상기 본체부(300)는 사람의 호흡을 구성하는 호기와 흡기 중에서 호기에 의해 호흡 데이터를 측정하고 흡기에 의해 호흡근 훈련을 할 수 있도록 해주는 다양한 구성요소를 포함한다.
즉, 상기 본체부(300)는 사용자의 호흡 공기가 통과하는 유류관(314)이 형성되고, 상기 유류관(314)의 내부에 호기를 통한 공기의 압력과 호기 내에 함유된 기체 성분을 측정하는 센서가 장착된 본체 바디(310)와, 상기 본체 바디(310)의 유류관(314) 전방에 탈착 가능하게 삽입되고, 사용자가 입으로 물고 호흡할 수 있는 마우스 피스(320)와, 상기 본체 바디(310)의 유류관(314) 후방에 연통되도록 결합되고, 내부에 공기 유통을 단속적으로 개폐하는 공기 유통 밸브를 포함하는 연결관(330)과, 상기 연결관(330)의 후방에 연통되도록 결합되고, 외부로부터 공기가 유입되는 공기 벤트홀이 형성되며, 내부에 상기 연결관(330)의 내부까지 전후진될 수 있도록 흡기 난이도 조절 모듈이 장착되는 후단 장착관(340)을 포함한다.
도 3 내지 도 5를 참조로 본 발명의 일 실시예에 따른 호흡 측정 및 훈련 겸용장치의 본체부(300)의 구성요소를 보다 상세히 설명한다. 도 3은 호흡 측정 및 훈련 겸용 장치의 분해 사시도이고, 도 4는 호흡 측정 및 훈련 겸용 장치의 주요 구성을 나타내는 단면도이며, 도 5는 도 4 중 "A" 부분을 확대 도시한 단면도이다.
상기한 바와 같이, 본체부(300)는 크게 본체 바디(310), 마우스 피스(320), 연결관(330), 후방 장착관(340)으로 구성되고, 상기 연결관(330) 및 후방 장착관(340)의 내부에는 호흡근 훈련을 할 수 있도록 흡기 압력을 조절하는 흡기 난이도 조절 모듈이 설치된다.
상기 본체 바디(310)는 바디의 상부에 수평하게 연장된 유류관(314)이 형성된다. 이 유류관(314)은 사용자가 호흡을 할 때 호흡 공기가 통과하는 유로를 형성한다. 이 유류관(314)의 내부에는 호흡 데이터를 측정할 수 있는 여러 종류의 센서가 장착된다. 상기 본체 바디(310)의 하부에는 상기 센서와 연결되는 커넥터(311)를 통해 상기 손잡이부(200)의 컨트롤러와 연결된다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 도 4에 도시된 바와 같이 호흡 공기 내의 케톤 농도를 측정할 수 있는 케톤 센서(312)와 호기의 기체 압력을 측정하는 압력 센서(313)가 설치될 수 있다.
본 발명의 일 실시예서는 호흡 데이터를 측정하는 센서로서 케톤 센서와 압력 센서만을 예를 들어 설명하고 있으나, 본 발명의 기술 사상은 이에 한정되지 않으며 호기 공기 내에 포함된 이산화탄소, 일산화탄소, 황화수소 등의 휘발성 황화합물, 에탄올 등의 휘발성 유기 화합물 등을 측정하는 다양한 센서가 장착되는 것도 모두 포함한다 할 것이다.
상기 케톤 센서(312)에 의해 측정되는 호흡 공기 내의 케톤 농도(보다 정확하게는 아세톤 농도)는 인체의 체지방 분해 속도와 연관이 있어, 최근에 다이어트의 진행 상태를 확인하는 방법으로 호기 내의 케톤 농도를 측정하는 방법이 사용되고 있다. 인체의 에너지원은 탄수화물, 단백질, 지방 순이며, 체내에 탄수화물 또는 단백질이 부족하면 지방을 분해하여 에너지를 얻게 되는데 이 때 지방이 분해되면서 케톤(Ketone)이라는 유기화합물이 생성되고, 인체 내에 케톤이 다량으로 존재하여 에너지원으로 사용될 수 있는 상태를 케토시스(Ketosis)라고 한다. 케토시스 상태에서는 체지방이 계속하여 분해되어 체중 감량이 이루어진다.
케톤의 측정은 피를 뽑아 혈액 속에 생성되는 케톤의 농도를 직접 측정하는 방법과 호흡을 통해 측정한 아세톤의 수치를 이용하여 간접적으로 케톤의 농도를 측정하는 방법이 있다. 본 발명의 호흡 측정은 후자의 방법을 사용한 것이다. 아세톤의 수치, 케톤 농도 및 체지방 분해 속도와의 관련성은 아래 표 1에 기재된 바와 같다.
| 아세톤 농도 (ppm) |
케톤 농도 (mmol/L) |
체지방 분해속도 |
| 1.0 ~ 1.9 | 0.1 ~ 0.2 | 체지방의 변화가 없는 상태 |
| 2.0 ~ 3.9 | 0.3 ~ 0.4 | 평균 시간당 2g 정도의 약한 체지방 분해가 진행되는 상태 |
| 4 ~ 9.9 | 0.5 ~ 1 | 평균 시간당 5g 정도의 중간 체지방 분해가 진행되는 상태 |
| 10 ~ 39 | 1.5 ~ 3.5 | 평균 시간당 10g 정도의 강한 체지방 분해가 진행되는 상태 |
| 4 ~ 6 | 추가적인 체지방 분해는 없지만, 암 예방 등 건강 증진 효과가 발생하는 단계 |
압력 센서(313)는 호기 동안에 발생하는 기체의 압력을 측정한다. 호흡은 외부로부터 산소를 체내로 흡입하여 세포로 운반하고 그 세포가 산소를 소비하여 대사를 시행한 후 발생한 이산화탄소를 체외로 배출하는 과정을 말한다. 이 때, 외부를 공기를 폐 세포로 들여 마시는 것을 흡기라 하고, 이는 외늑간근 등의 수축으로 주도되기 때문에 능동적 운동이다. 가스 교환이 완료된 폐 세포내 공기를 외부로 내보는 것을 호기라 하고, 이는 흡기에 의해 수축되었던 근육들이 이완되는 과정으로 진행되기 때문에 수동적 운동이 된다.
흡기의 경우 호흡근을 사용하는 능동적 운동 과정이므로, 본 발명의 호흡 훈련은 흡기 과정에서 사용되는 호흡근의 단련하여 폐활량을 증가시킬 수 있도록 해주는 것이다. 호기의 경우 폐 내에서 가스 교환이 완료된 공기를 외부로 배출하는 과정이므로, 호기 과정에서 배출되는 공기에는 여러 가지 성분을 포함하고 있어 이 호기 공기를 분석하면 인체, 특히 호흡기 계통의 건강 상태를 체크할 수 있다.
호기 과정에서 얻을 수 있는 가장 기본적인 호흡 데이터는 호기 공기의 압력을 통해 확인되는 폐활량이다. 폐활량 측정에서 가장 많이 사용되는 진단변수가 노력성(강제) 폐활량(FVC, Forced Vital Capacity)인데, 이는 최대 흡기 이후에 힘 있게 내쉴 수 있는 공기의 총량을 의미하며, 통상 남자는 4.0, 여자는 2.8 이상을 나타낸다.
폐활량을 측정하는 방법은 호식 및 흡식 과정의 공기를 실린더 등에 담으면서 기계적 변화를 기록지에 기록하는 방법(Volume Spirometer)과 호식 및 흡식 시의 공기의 속도 변화를 공기의 압력의 변화나 기타 센서를 이용하여 전기적 신호로 바꾸어 기류와 용적으로 측정하는 방법(Flow Spirometer)이 있다. 본 발명의 호흡 측정은 후자의 방법을 사용한 것이다. 본 발명의 일 실시예에서는 호기 공기의 압력 변화를 측정하여 폐활량을 계산하는 방식을 채택하고 있으나, 본 발명의 기술 사상은 이에 한정되지 않으며, 호기의 공기 속도를 측정하거나 공기의 압력변화에 따른 자기력을 측정하는 등을 다양한 방법을 모두 포함한다 할 것이다.
상기 마우스 피스(320)는 본체 바디(310)의 유류관(314) 전방에 탈착 가능하게 삽입되어 사용자가 입으로 물고 호흡할 수 있도록 설치된다. 상기 마우스 피스(320)는 복수의 사용자가 각자의 마우스 피스(320)를 사용할 수 있도록 본체 바디(310)에 탈착 가능하게 설치되는 것이 바람직하다. 도 3에서는 마우스 피스(320)의 중공의 원통관 형태로 도시되어 있으나, 사용자가 입에 물기 적합하도록 다양한 형태로 만들어질 수 있다. 상기 마우스 피스(320)가 본체 바디(310)의 유류관(314) 내에 삽입되면 마우스 피스(320)와 본체 바디(310)의 유류관(314)이 서로 연통하여 호흡 공기가 유통되는 하나의 유로관을 형성한다.
상기 연결관(330)은 본체 바디(310)의 유류관(314) 후방에 연통되도록 결합되고, 내부에 공기 유통을 단속적으로 개폐하는 공기 유통 밸브가 형성된다. 이 공기 유통 밸브는 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 연결관의 내면에 제1 직경(d1)을 갖는 개방 관통부(332)와 이 개방 관통부(332)의 후방에 연속적으로 형성되고 상기 제1 직경(d1)보다 작은 제2 직경(d2)을 갖는 폐쇄 관통부(331)를 포함한다. 이 2개의 서로 다른 직경을 갖는 개방 관통부(332)와 폐쇄 관통부(331)는 상기 흡기 난이도 조절 모듈의 슬라이더(350)가 전후진하는 것과 연동하여 본체 바디(310)의 유류관(314) 내부로 외부 공기가 유입되는 것을 제어하는 밸브 역할을 수행한다.
사용자가 호흡 훈련을 위해 공기를 들이마시는 흡기를 수행하면 본체 바디(310)의 유류관(314) 내부에 음압이 걸리면서 상기 슬라이더(350)을 앞으로 전진하게 된다. 이 때 슬라이더(350)의 선단에 장착된 오링(380)이 폐쇄 관통부(331)의 내면과 마찰되면서 저항력이 발생한다. 이 과정에서 호흡근의 강화 훈련이 진행된다. 슬라이더(350)가 일정 거리(L) 이상을 전진하게 되면 공기 유통 밸브가 개방되면서 외부 공기가 본체 바디(310)의 유류관(314) 내부로 유입되고, 그 결과 음압이 해제되면서 호흡근 강화 훈련이 종료된다. 사용자가 흡기를 멈추면 슬라이더(350)는 복원 스프링(380)의 복원력에 의해 원래 위치로 복귀한다. 이러한 흡기를 통한 호흡근 훈련 과정에서 장치의 작동 관계는 도 9 및 도 10을 참조로 상세히 후술하기로 한다.
상기 후단 장착관(340)은 연결관(330)의 후방에 연통되도록 결합되고, 외부로부터 공기가 유입되는 공기 벤트홀(343)이 형성되며, 내부에 연결관(330)의 내부까지 전후진될 수 있도록 흡기 난이도 조절 모듈이 장착된다.
상기 흡기 난이도 조절 모듈은, 사용자의 흡기 과정에서 전후진되면서 연결관(330)의 내부에 마련된 공기 유통 밸브를 개폐하면서 흡기 압력을 선택적으로 해제하는 슬라이더(350)와, 흡기 압력이 해제되면 상기 슬라이더(350)를 원래 위치로 복귀시키는 복원 스프링(370)과, 호흡근 훈련 단계를 조절하기 위해 상기 복원 스프링(370)의 압축 또는 신장 정도를 연속적으로 조절하는 조절구(360)를 포함한다.
또한, 상기 슬라이더(350)는 그 선단이 상기 폐쇄 관통부(332)를 통과할 때는 상기 폐쇄 관통부(332)의 내면과 밀착되어 상기 후단 장착관(340)으로부터 외부 공기가 상기 본체 바디의 유류관(314)으로 유통되는 것을 차단하고, 그 선단이 상기 개방 관통부(331)를 통과할 때는 상기 개방 관통부(331) 내면과 이격되어 상기 후단 장착관(340)으로부터 외부 공기가 상기 본체 바디의 유류관(314)으로 유통되도록 해준다.
이 때, 상기 슬라이더(350)는 그 선단에 상기 폐쇄 관통부(332)의 내면과의 밀착력을 높이기 위해 오링(380)이 장착된다. 상기 오링(380)은 폐쇄 관통부(332)와의 밀착력을 높여 공기 유통 밸브가 폐쇄된 때에 기밀성을 향상시켜 줄 뿐만 아니라, 폐쇄 관통부(332)와의 마찰력을 높여 호흡근 훈련할 때 흡기에 의해 슬라이더(350)가 전진할 때에 그 저항력을 높여준다.
상기 슬라이더(350)는 일정 길이는 갖는 통체로 형성되고, 상기 통체의 전방 외면에는 상기 복원 스프링에 끼워지는 스프링 장착부가 마련되며, 상기 통체의 후방 외면에는 상기 조절구가 회전 가능하게 결합될 수 있도록 상기 통체의 외면에 나사산이 형성되는 스프링 조절부(351)가 마련된다.
이 때, 복원 스프링(370)은 슬라이더(350)의 스프링 장착부가 끼워진 상태에서 그 전단이 상기 연결관(330)의 내면에 형성된 제1 고정 단턱(333)에 장착되고, 그 후단은 상기 조절구(360)의 제2 고정 단턱(361)에 의해 장착된다. 그 결과 상기 복원 스프링(370)은 상기 조절구(360)가 슬라이더(350)의 스프링 조절부(351)에 형성된 나사산을 따라 회전하면서 전후진될 때 상기 연결관(330)과 조절구(360)의 사이에서 압축되거나 신장된다.
상기 복원 스프링(370)은 탄성 바이어스 되지 않은 상태, 즉 원래 자신의 길이 그대로 있는 상태보다 복원 스프링(370)이 압축되거나 신장된 때에 변형을 위한 가해져야 하는 힘의 크기가 변화한다. 예를 들어, 복원 스프링(370)이 원래 길이보다 더 압축된 상태에서 그 길이를 신장시키기 위해서는 탄성 바이어스되지 않는 원래 길이 상태에서 그 길이를 신장시키는 것보다 더 큰 힘이 필요하다. 반대로, 복원 스프링(370)이 원래 길이보다 더 신장된 상태에서 그 길이를 더 신장시키기 위해서는 탄성 바이어스되지 않은 상태에서 그 길이를 신장시키는 것보다 더 작은 힘이면 충분하다.
이러한 스프링 탄성력의 변화 원리를 이용하여 슬라이더(350)에 장착되는 복원 스프링(370)의 길이를 조절함으로써 호흡근 훈련 단계의 강도를 적절히 조절할 수 있다. 상기 조절구(360)는 중공의 원통형으로 형성되고, 상기 슬라이더(350)의 스프링 장착부가 끼워진 상기 복원 스프링(370)을 덮은 형태로 상기 슬라이더(350)에 삽입 장착된다.
본 발명의 특징적 기술구성 중 하나는 복원 스프링(370)의 탄성력을 연속적으로 조절할 수 있도록 구성함으로써 호흡근 훈련 시에 흡기 압력을 연속적으로 제어하여 보다 효과적인 호흡근 훈련이 가능하도록 해줄 수 있다는 것이다. 이러한 기술 효과는 상기 복원 스프링(370)의 장착 길이를 상기 조절구(360)에 의해 연속적으로 변화될 수 있도록 함으로써 달성된다.
이러한 복원 스프링(370)의 탄성력 조절 단계를 도 6 내지 도 8을 참조로 상세히 설명한다.
먼저, 도 6에서 보듯이 상기 조절구(360)는 슬라이더(350)의 스프링 조절부(351)에 형성된 나사산을 따라 회전되어 상기 연결관(330)의 공기 유통 밸브로부터 가장 멀리 떨어진 지점으로 이동된 상태에서는, 상기 복원 스프링(370)이 탄성 바이어스 되지 않은 원래 길이로 장착된다. 이 때 복원 스프링(370)의 탄성 복원력은 제일 낮아서 가장 쉬운 단계의 호흡근 훈련을 수행할 수 있다.
도 7에서 보듯이 상기 조절구(360)는 슬라이더(350)의 스프링 조절부(351)에 형성된 나사산을 따라 회전되어 상기 연결관(330)의 공기 유통 밸브로부터 중간 지점으로 이동된 상태에서는, 상기 복원 스프링(370)이 일부 압축된 길이로 장착된다. 이 때 복원 스프링(370)의 탄성 복원력은 중간 정도이어서 중간 단계의 호흡근 훈련을 수행할 수 있다.
마직막으로, 도 8에서 보듯이 상기 조절구(360)가 상기 슬라이더(350)의 스프링 조절부(351)에 형성된 나사산을 따라 회전되어 상기 연결관(330)의 공기 유통 밸브로부터 가장 가까운 지점으로 이동된 상태에서는, 상기 복원 스프링(370)이 가장 크게 압축된 길이로 장착되도록 구성된다. 이 때 복원 스프링(370)의 탄성 복원력은 제일 높아서 제일 힘든 단계의 호흡근 훈련을 수행할 수 있다.
도 9 및 도 10를 참조로 본 발명에 따라 흡기를 통한 호흡근 훈련 과정에서 장치의 작동 상태를 상세히 설명한다.
도 9는 호흡 측정 및 훈련 겸용 장치의 흡입 전 상태를 나타낸 도면이다. 현재 상기 조절구(360)는 도 8에 도시된 바와 같이 상기 연결관(330)의 공기 유통 밸브로부터 가장 가까운 지점으로 이동된 상태이므로, 복원 스프링(370)의 탄성 복원력이 제일 높아서 제일 힘든 단계의 호흡근 훈련을 수행할 수 있는 상태이다. 이 상태에서 사용자가 아직 호흡근 훈련을 위해 흡입을 하지 않으면, 상기 복원 스프링(370)은 최대로 압축된 상태를 유지하고, 상기 슬라이더(350)의 선단에 장착된 오링(380)이 폐쇄 관통부(331)의 내면에 밀착된 상태로 유지된다.
사용자가 흡입을 시작하면, 상기 본체 바디(310)의 유류관(314)에 음압이 발생하여 상기 슬라이더(350)의 선단에 장착된 오링(380)이 폐쇄 관통부(331)의 내면에 마찰되면서 앞으로 전진한다. 이 때 흡입력은 상기 슬라이더(350)가 삽입된 복원 스프링(370)을 탄성 신장시키면서 슬라이더(350)를 앞으로 전진시킨다. 복원 스프링(370)은 최대한 압축된 상태이므로 이를 신장시키기 위해서는 큰 흡입력이 필요하고, 그 결과 강도 높은 호흡근 훈련이 가능해진다.
도 10은 호흡 측정 및 훈련 겸용 장치의 흡입 후 상태를 나타낸 도면이다. 사용자가 계속하여 흡입을 수행하면, 상기 슬라이더(350)의 선단에 장착된 오링(380)이 폐쇄 관통부(331)를 지나 이보다 더 큰 직경을 갖는 개방 관통부(332)에 도달하게 된다. 그 결과, 상기 슬라이더(350)의 선단에 장착된 오링(380)과 개방 관통부(332) 사이에 간격이 발생하고, 이를 통해 상기 후단 장착관(340)의 공기 벤트홀(343)을 통해 유입된 외부 공기가 본체 바디(310)의 유류관(314)까지 유입되어 흡기에 의한 음압이 해제된다. 그 후 슬라이더(350)는 복원 스프링(370)의 복원력에 의해 도 9의 위치로 복귀된다. 이러한 과정이 반복되면서 본 장치를 이용한 호흡근 훈련이 진행된다.
본 발명의 각 실시예에 개시된 기술적 특징들은 해당 실시예에만 한정되는 것은 아니고, 서로 양립 불가능하지 않은 이상, 각 실시예에 개시된 기술적 특징들은 서로 다른 실시예에 병합되어 적용될 수 있다.
따라서, 각 실시예에서는 각각의 기술적 특징을 위주로 설명하지만, 각 기술적 특징이 서로 양립 불가능하지 않은 이상, 서로 병합되어 적용될 수 있다. 본 발명은 상술한 실시예 및 첨부한 도면에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자의 관점에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서 본 발명의 범위는 본 명세서의 청구범위뿐만 아니라 이 청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
100: 호흡 측정 및 훈련 겸용 장치
200: 손잡이부
300: 본체부 310: 본체 바디
320: 마우스 피스 330: 연결관
340: 후단 장착관 350: 슬라이더
360: 조절구 370: 복원 스프링
380: 오링
300: 본체부 310: 본체 바디
320: 마우스 피스 330: 연결관
340: 후단 장착관 350: 슬라이더
360: 조절구 370: 복원 스프링
380: 오링
Claims (9)
- 사용자의 호흡 공기가 통과하는 유류관이 형성되고, 상기 유류관의 내부에 호기를 통한 공기의 압력과 호기 내에 함유된 기체 성분을 측정하는 센서가 장착된 본체 바디;
상기 본체 바디의 유류관 후방에 연통되도록 결합되고, 내부에 공기 유통을 단속적으로 개폐하는 공기 유통 밸브를 포함하는 연결관;
상기 연결관의 후방에 연통되도록 결합되고, 외부로부터 공기가 유입되는 공기 벤트홀이 형성되며, 내부에 상기 연결관의 내부까지 전후진될 수 있도록 흡기 난이도 조절 모듈이 장착되는 후단 장착관;을 포함하고,
상기 흡기 난이도 조절 모듈은, 사용자의 흡기 과정에서 전후진되면서 상기 연결관의 내부에 마련된 상기 공기 유통 밸브를 개폐하면서 흡기 압력을 선택적으로 해제하는 슬라이더와, 흡기 압력이 해제되면 상기 슬라이더를 원래 위치로 복귀시키는 복원 스프링과, 호흡근 훈련 단계를 조절하기 위해 상기 복원 스프링의 압축 또는 신장 정도를 연속적으로 조절하는 조절구를 포함하는 것을 특징으로 하는 호흡 측정 및 훈련 겸용 장치. - 청구항 1에 있어서,
상기 본체 바디의 유류관 전방에 탈착 가능하게 삽입되고, 사용자가 입으로 물고 호흡할 수 있는 마우스 피스를 포함하는 것을 특징으로 하는 호흡 측정 및 훈련 겸용 장치. - 청구항 1에 있어서,
상기 공기 유통 밸브는 상기 연결관의 내면에 제1 직경을 갖는 개방 관통부와 상기 제1 직경보다 작은 제2 직경을 갖는 폐쇄 관통부를 포함하고,
상기 슬라이더는 그 선단이 상기 폐쇄 관통부를 통과할 때는 상기 폐쇄 관통부의 내면과 밀착되어 상기 후단 장착관으로부터 외부 공기가 상기 본체 바디의 유류관으로 유통되는 것을 차단하고, 그 선단이 상기 개방 관통부를 통과할 때는 상기 개방 관통부 내면과 이격되어 상기 후단 장착관으로부터 외부 공기가 상기 본체 바디의 유류관으로 유통되도록 해주는 것을 특징으로 하는 호흡 측정 및 훈련 겸용 장치. - 청구항 3에 있어서,
상기 슬라이더는 그 선단에 상기 폐쇄 관통부의 내면과의 밀착력을 높이기 위해 오링이 장착된 것을 특징으로 하는 호흡 측정 및 훈련 겸용 장치. - 청구항 3에 있어서,
상기 슬라이더는 일정 길이는 갖는 통체로 형성되고, 상기 통체의 전방 외면에는 상기 복원 스프링에 끼워지는 스프링 장착부가 마련되며, 상기 통체의 후방 외면에는 상기 조절구가 회전 가능하게 결합될 수 있도록 상기 통체의 외면에 나사산이 형성되는 스프링 조절부가 마련된 것을 특징으로 하는 호흡 측정 및 훈련 겸용 장치. - 청구항 5에 있어서,
상기 복원 스프링은 상기 슬라이더의 스프링 장착부가 끼워진 상태에서 그 전단이 상기 연결관의 내면에 형성된 제1 고정 단턱에 장착되고, 그 후단은 상기 조절구의 제2 고정 단턱에 의해 장착된 것을 특징으로 하는 호흡 측정 및 훈련 겸용 장치. - 청구항 6에 있어서,
상기 조절구는 중공의 원통형으로 형성되고, 상기 슬라이더의 스프링 장착부가 끼워진 상기 복원 스프링을 덮은 형태로 상기 슬라이더에 삽입 장착된 것을 특징으로 하는 호흡 측정 및 훈련 겸용 장치. - 청구항 6에 있어서,
상기 조절구는 상기 슬라이더의 스프링 조절부에 형성된 나사산을 따라 회전되어 상기 연결관의 공기 유통 밸브로부터 가장 멀리 떨어진 지점으로 이동된 상태에서 상기 복원 스프링은 탄성 바이어스 되지 않은 원래 길이로 장착되고,
상기 조절구가 상기 슬라이더의 스프링 조절부에 형성된 나사산을 따라 회전되어 상기 연결관의 공기 유통 밸브로부터 가장 가까운 지점으로 이동된 상태에서 상기 복원 스프링은 가장 크게 압축된 길이로 장착되도록 구성되어, 상기 조절구의 위치에 따라 상기 복원 스프링의 압축 정도에 따른 흡기 압력의 조절이 연속적으로 이루어질 수 있도록 해주는 것을 특징으로 호흡 측정 및 훈련 겸용 장치. - 청구항 1에 있어서,
상기 본체 바디에는 손잡이부가 착탈 가능하게 형성되고, 상기 손잡이부에는 상기 본체 바디에 장착된 센서로부터 입력되는 데이터를 처리하는 컨트롤러와 상기 센서 및 컨트롤러에 전원을 공급하는 배터리가 내장된 것을 특징으로 하는 호흡 측정 및 훈련 겸용 장치.
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