KR101428532B1 - Pressure generator and cardiovasular simulator systme including the same - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 압력발생기 및 이를 포함하는 시뮬레이터 시스템에 관한 것으로, 특히 심장의 좌심실과 동맥 계의 기능을 구현하기 위한 압력발생기 및 이를 포함하는 심혈관계 시뮬레이터 시스템에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a pressure generator and a simulator system including the pressure generator, and more particularly, to a pressure generator for implementing functions of the left ventricle and the arterial system of the heart and a cardiovascular simulator system including the pressure generator.
최근에 심혈관 질환의 여러 현상들을 규명하기 위해 많은 연구들이 이루어지고 있다. 심혈관 질환연구의 대표적 방법은 동물이나 사람을 이용한 임상시험이다. 그러나, 임상연구는 막대한 비용과 오랜 시간이 걸린다는 단점이 있다. 또한, 컴퓨터를 이용한 시뮬레이션은 적은 비용으로 빠른 결과를 얻을 수 있지만, 실험 조건이 엄격해 사용할 수 있는 범위가 매우 제한적이다. Recently, many studies have been carried out to identify the various phenomena of cardiovascular disease. A representative method of studying cardiovascular disease is an animal or human clinical trial. However, clinical research has the disadvantage of costly and time consuming. In addition, computer-based simulations can achieve fast results at low cost, but the range of conditions that can be used is very limited.
시뮬레이터는 실제의 물리적 특성과 유사한 현상을 재현하도록 만들어진 장치로서 전술한 문제점을 해결해준다. 즉, 비교적 저렴한 비용으로 심혈관계의 다양한 특성을 구현할 수 있다.The simulator solves the above-mentioned problem as a device designed to reproduce a phenomenon similar to actual physical characteristics. That is, various characteristics of the cardiovascular system can be implemented at relatively low cost.
예를 들어, 하기 특허문헌 1에는 비례제어밸브와 혼합 제어기를 이용하여 항상 일정한 압력을 갖도록 함으로써 혈압계의 정확도를 측정할 수 있도록 하는 심장 시뮬레이터가 개시되어 있다. For example, Patent Document 1 below discloses a heart simulator that can measure the accuracy of a blood pressure monitor by using a proportional control valve and a mixing controller so as to always have a constant pressure.
그러나, 특허문헌 1을 포함하는 종래의 심혈관계 시뮬레이터는 혈관의 혈압 특성을 크게 고려하지 않고 제작되었거나, 고려하였더라도 다양한 형태의 혈압 파형을 구현할 수 없는 문제점이 있었다.However, the conventional cardiovascular simulator including Patent Document 1 has been manufactured without considering the blood pressure characteristics of the blood vessel, or it has been impossible to realize various types of blood pressure waveforms even considering it.
본 발명의 목적은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 다양한 혈압패턴을 발생시킬 수 있는 압력발생기를 제공하는 것이다.SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a pressure generator capable of generating various blood pressure patterns.
본 발명의 다른 목적은 동맥의 물리적인 특성을 충족시키면서도, 다양한 혈압패턴을 구현할 수 있는 심혈관계 시뮬레이터를 제공하는 것이다. Another object of the present invention is to provide a cardiovascular simulator capable of realizing various blood pressure patterns while satisfying the physical characteristics of an artery.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 압력발생기는 실린더와 상기 실린더 내에서 이완 또는 수축하는 피스톤을 구비하며, 유체를 맥동이 있는 압력 유체로 변환하는 압력부, 상기 실린더의 상부에 위치하는 실린더 헤드, 상기 실린더 헤드에 장착되어 유체의 유입과 배출을 각각 단속하는 제 1 단속부와 제 2 단속부로 이루어진 단속부 ― 상기 제 1 단속부와 상기 제 2 단속부는 서로 교번적으로 개폐됨 ―, 상기 실린더 헤드 안쪽에 형성되어, 상기 유체의 와류를 방지하는 와류제어부 및 상기 피스톤과 상기 실린더 사이에 마련된 실링부를 포함하며, 상기 피스톤의 수축에 의해, 상기 유체가 맥동이 있는 압력 유체로 변환되어 상기 제 2 단속부로 배출되는 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above object, a pressure generator according to the present invention includes a cylinder and a piston which relaxes or contracts in the cylinder, and includes a pressure portion for converting fluid into a pressure fluid having pulsation, A first intermittent portion formed of a first intermittent portion and a second intermittent portion which are mounted on the cylinder head and intermittently flow in and out of the fluid, respectively, and the first intermittent portion and the second intermittent portion are alternately opened and closed - a vortex control formed inside the cylinder head for preventing vortexing of the fluid and a sealing part provided between the piston and the cylinder, the contraction of the piston causes the fluid to be converted into pulsating pressure fluid And discharged to the second intermittent portion.
상기 피스톤의 수축시에는 상기 제 1 단속부는 폐쇄되고 상기 제 2 단속부는 개방되며, 상기 피스톤의 이완시에는 상기 제 1 단속부는 개방되고 상기 제 2 단속부는 폐쇄되는 것을 특징으로 한다.When the piston is contracted, the first intermittent portion is closed, the second intermittent portion is opened, and when the piston is relaxed, the first intermittent portion is opened and the second intermittent portion is closed.
상기 실린더 헤드는 상기 실린더로부터 분리가능한 것을 특징으로 한다.And the cylinder head is detachable from the cylinder.
상기 와류제어부는 상기 제 1 단속부 및 제 2 단속부를 중심으로 양쪽으로 상기 실린더 헤드 내부 측면을 향해 경사진 구조로 이루어진 것을 특징으로 한다.And the vortex controller is configured to be inclined toward the inner side of the cylinder head on both sides of the first intermittent part and the second intermittent part.
상기 와류제어부는 상기 제 1 단속부 및 제 2 단속부로 갈수록 내경이 좁아지는 콘 형상으로 이루어진 것을 특징으로 한다.The vortex controller may have a cone shape having an inner diameter narrower toward the first intermittent part and the second intermittent part.
상기 와류제어부는 상기 제 1 단속부 및 제 2 단속부를 중심으로 양쪽으로 상기 실린더 헤드 내부 측면을 향해 오목하게 경사진 구조로 이루어진 것을 특징으로 한다.And the vortex controller is configured to be concavely inclined toward the inner side surface of the cylinder head on both sides of the first intermittent part and the second intermittent part.
또한 상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 심혈관계 시뮬레이터는 직선운동을 발생시키는 동력발생부, 상기 직선운동에 의해 이완 또는 수축하는 피스톤과 상기 피스톤을 수용하는 실린더를 구비하는 압력부, 상기 실린더의 일 단면에 장착되어 서로 교번적으로 개폐되는 제 1 단속부와 제 2 단속부로 이루어진 단속부 ― 상기 피스톤의 수축시 상기 실린더 내의 유체가 압력 유체로 변환되어 상기 제 2 단속부를 통해 배출됨 ―, 상기 제 2 단속부를 통해 배출된 압력 유체가 이송되는 실리콘 튜브 및 상기 실리콘 튜브를 통해 이송된 압력 유체의 압력을 조절하고 저장하는 수조 ― 상기 피스톤의 이완시 상기 수조에 저장된 유체가 상기 제 1 단속부를 통해 상기 실린더로 유입됨 ―를 포함하는 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above object, a cardiovascular simulator according to the present invention includes a power generating unit for generating linear motion, a piston for relaxing or contracting by the linear motion, and a cylinder for accommodating the piston, An intermittent portion comprising a first intermittent portion and a second intermittent portion mounted on one end surface of the cylinder and alternately opened and closed with respect to each other, a fluid in the cylinder is converted into a pressure fluid and discharged through the second intermittent portion when the piston contracts - a silicone tube through which the pressure fluid discharged through the second intermittent portion is delivered and a water tank for regulating and storing the pressure of the pressure fluid delivered through the silicone tube, wherein the fluid stored in the water tank And the air is introduced into the cylinder through the intermittent portion.
상기 동력발생부는 회전운동을 발생시키는 모터 및 상기 회전운동을 직선운동으로 변환시키는 슬라이더-크랭크를 포함하는 것을 특징으로 한다.The power generating unit includes a motor for generating rotational motion and a slider-crank for converting the rotational motion into linear motion.
상기 실리콘 튜브의 말단에 위치하여, 상기 실리콘 튜브의 직경을 조절함으로써 상기 압력 유체의 압력을 조절하는 저항조절부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.And a resistance adjusting unit positioned at a distal end of the silicone tube to adjust a pressure of the pressure fluid by adjusting a diameter of the silicone tube.
상기 수조는 상기 피스톤의 이완시 상기 실린더로 유체를 공급하는 제 1 수조, 저장된 유체의 수위를 조절함으로써, 상기 압력 유체의 압력을 조절하는 제 2 수조 및 상기 제 1 수조와 상기 제 2 수조를 연결하는 연결튜브를 포함하는 것을 특징으로 한다.A first water tank for supplying the fluid to the cylinder when the piston is relaxed, a second water tank for adjusting the pressure of the pressure fluid by adjusting the level of the stored fluid, and a second water tank for connecting the first water tank and the second water tank And a connecting tube for connecting the connecting tube.
상기 제 1 수조와 상기 제 2 수조는 각각에 저장된 유체의 수위를 일정하게 유지시키는 수위 조절장치를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.The first water tank and the second water tank may further include a water level adjusting device for keeping the level of the fluid stored in each of the first water tank and the second water tank constant.
상기 실리콘 튜브는 탄성 튜브인 것을 특징으로 한다.And the silicone tube is an elastic tube.
상기 피스톤의 이완과 수축의 왕복 주기를 실시간으로 측정하는 측정장치를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.And a measuring device for measuring in real time the reciprocating cycle of the piston's relaxation and contraction.
상기 측정장치는 상기 피스톤-실린더에 의한 유체의 일회박출량(Stroke volume)을 측정하는 것을 특징으로 한다. The measuring device measures a stroke volume of the fluid by the piston-cylinder.
상기 유체는 글리세린 37 중량%와 물 63 중량%로 이루어진 것을 특징으로 한다.The fluid is characterized by comprising 37% by weight of glycerin and 63% by weight of water.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 압력발생기 및 이를 포함하는 심혈관계 시뮬레이터에 의하면, 혈관계의 물리적인 특성을 정확하게 구현하면서, 다양한 혈압 파형을 구현할 수 있다는 효과가 얻어진다.As described above, the pressure generator according to the present invention and the cardiovascular simulator including the pressure generator can realize various blood pressure waveforms while accurately realizing the physical characteristics of the blood vessel system.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 심혈관계 시뮬레이터의 블록도,
도 2는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 심혈관계 시뮬레이터를 나타내는 사진,
도 3은 도 1에 도시된 수조를 나타내는 사진,
도 4는 도 1에 도시된 동력발생기와 피스톤-실린더를 나타내는 사시도,
도 5 내지 도 9는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 심혈관계 시뮬레이터의 특성을 나타내는 그래프,
도 10은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 압력발생기를 나타내는 사진,
도 11은 도 10에 도시된 실린더 헤드의 사시도,
도 12는 도 10에 도시된 실린더로부터 분리가능한 실린더 헤드를 나타내는 사진,
도 13은 실린더 헤드의 안쪽에 형성된 와류제어부의 형상을 나타내는 사시도,
도 14는 실린더 헤드의 안쪽에 형성된 와류제어부의 형상을 나타내는 사진,
도 15는 실린더 헤드의 안쪽에 형성된 와류제어부의 또 다른 형상은 나타내는 사시도.1 is a block diagram of a cardiovascular simulator according to a preferred embodiment of the present invention;
2 is a photograph showing a cardiovascular simulator according to a preferred embodiment of the present invention,
3 is a photograph showing the water tank shown in Fig. 1,
Fig. 4 is a perspective view showing the power generator and the piston-cylinder shown in Fig. 1,
5 to 9 are graphs showing characteristics of a cardiovascular simulator according to a preferred embodiment of the present invention,
10 is a photograph showing a pressure generator according to a preferred embodiment of the present invention,
11 is a perspective view of the cylinder head shown in Fig. 10,
12 is a photograph showing a cylinder head detachable from the cylinder shown in Fig. 10, Fig.
13 is a perspective view showing the shape of a vortex controller formed inside the cylinder head,
14 is a photograph showing the shape of the vortex control unit formed inside the cylinder head,
15 is a perspective view showing still another shape of a vortex control portion formed inside the cylinder head;
이하, 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 압력발생기 및 이를 포함하는 심혈관계 시뮬레이터 시스템을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.Hereinafter, a pressure generator according to a preferred embodiment of the present invention and a cardiovascular simulator system including the same will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 심혈관계 시뮬레이터의 블록도이고, 도 2는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 심혈관계 시뮬레이터를 나타내는 사진이며, 도 3은 도 1에 도시된 수조를 나타내는 사진이다.FIG. 1 is a block diagram of a cardiovascular simulator according to a preferred embodiment of the present invention, FIG. 2 is a photograph showing a cardiovascular simulator according to a preferred embodiment of the present invention, FIG. 3 is a photograph to be.
도 1 및 도 2를 참고하면, 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 심혈관계 시뮬레이터는 동력발생부(10), 압력부(20), 단속부(30), 실리콘 튜브(50), 저항조절부(60) 및 수조(40)를 포함한다.1 and 2, a cardiovascular simulator according to a preferred embodiment of the present invention includes a
동력발생부(10)는 회전운동을 발생시키는 모터(11)와 이러한 회전운동을 직선운동으로 변환시키는 슬라이더-크랭크(13)를 포함할 수 있다. 대안적으로, 동력발생부(10)는 선형운동을 발생시키는 단일의 선형모터로 구현될 수 있다. The
압력부(20)는 예를 들어 피스톤-실린더 형태로 구현될 수 있다. 즉, 압력부(20)는 직선운동에 의해 이완/수축하는 피스톤(23)과 피스톤(23)을 수용하는 실린더(21)로 이루어질 수 있다. 이때, 동력발생부(10)는 전술한 바와 같이 실리더(21) 내부의 피스톤(23)을 이완/수축시킬 수 있는 직선 또는 선형운동을 발생시킨다. The
본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 심혈관계 시뮬레이터는 피스톤(23)의 직선운동 패턴(예컨대, 피스톤의 이완/수축 패턴)을 결정한 후, 컴퓨터를 이용한 기구학적 해석을 통하여 모터(11)의 회전운동을 계산한다. 즉, 모터(11)는 계산된 회전운동을 구현할 수 있으며, 슬라이더-크랭크(13)는 모터(11)의 회전운동을 직선운동으로 변환시켜 피스톤(23)에 전달한다.The cardiovascular simulator according to the preferred embodiment of the present invention determines the linear motion pattern of the piston 23 (for example, the relaxation / contraction pattern of the piston) and then determines the rotational motion of the
일반적으로, 성인의 심장은 안정상태에서 일회박출량이 평균 66㎖이며, 심박수는 77 bpm이다. 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 심혈관계 시뮬레이터는 실린더(21) 내부의 피스톤(23)의 행정을 조절함으로써, 압력부(20)의 일회박출량을 다양하게 조절할 수 있으며, 모터(11)의 회전주기를 조절함으로써, 심장의 심박수를 다양하게 조절할 수 있다.Generally, the heart of an adult has an average output of 66 ml at a steady state and a heart rate of 77 bpm. The cardiovascular simulator according to the preferred embodiment of the present invention can control the stroke of the
또한, 심장에서 분출되는 혈압의 패턴은 전술한 바와 같이, 피스톤(23)의 직선운동 패턴을 조절함으로써 다양하게 구현할 수 있다. 즉, 구현하고자 하는 피스톤(23)의 직선운동은 컴퓨터를 이용한 기구학적 해석을 통해 대응되는 모터(11)의 회전운동을 계산함으로써 구현할 수 있다.In addition, the pattern of the blood pressure ejected from the heart can be variously implemented by adjusting the linear motion pattern of the
단속부(30)는 실린더의 일 단면(예컨대, 실린더의 앞쪽)에 장착되어 서로 교번적으로 개폐되는 제 1 단속부(31)와 제 2 단속부(33)로 이루어질 수 있다. 바람직하게는, 제 1 단속부(31)와 제 2 단속부(33)는 체크 밸브이다. 체크 밸브는 유체가 한쪽으로만 흐르도록 설계된 밸브이다. 체크 밸브는 실린더 내부와 외부의 압력차에 따라 자동적으로 개폐되며, 인체 내의 판막과 동일한 기능을 한다.The
일 예로서, 피스톤(23)의 수축시에는 제 1 단속부(31)는 폐쇄되고 동시에 제 2 단속부(33)는 개방되며, 피스톤(23)의 이완시에는 제 1 단속부(31)는 개방되고 동시에 제 2 단속부(33)는 폐쇄된다.The first
본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 심혈관계 시뮬레이터는 피스톤(23)의 이완시 수조(40)에 저장된 유체가 제 1 단속부(31)를 통해 실린더(21) 내부로 유입될 수 있으며, 피스톤(23)의 수축시 실린더(21) 내부의 유체가 맥동이 있는 압력 유체로 변환되어 제 2 단속부(33)를 통해 혈관(예컨대, 실리콘 튜브)으로 배출될 수 있다. 즉, 제 1 단속부(31)는 인체의 승모판막 기능을 할 수 있으며, 제 2 단속부(33)는 인체의 대동맥판막 기능을 할 수 있다.The cardiovascular simulator according to the preferred embodiment of the present invention allows the fluid stored in the
실리콘 튜브(50)는 예를 들어 제 2 단속부(33)를 통해 배출된 맥동이 있는 압력 유체가 이송하는 경로이다. 즉, 실리콘 튜브(50)는 대동맥의 특성을 구현할 수 있다. 바람직하게는 실리콘 튜브(50)는 탄성 튜브이다.The
일반적으로, 혈관계의 혈류역학적 특성은 유연성(compliance)과 저항특성으로 모델링된다. 유연성은 동맥의 부피변화를 압력의 변화로 나눈 값이며, 동맥의 탄성을 나타내는 지표가 된다. 종래에 동맥의 유연성은 Windkessel 모델을 기준으로 공기가 들어있는 챔버로 구현되었다. 그러나, 이 같은 방식은 챔버에 있는 공기량을 조절하여 유연성의 값을 미세하게 조절할 수 있다는 이점은 있지만, 혈관의 특성을 하나의 물체로 단순화하였기 때문에, 혈관을 따라 이동하는 맥파전달 특성을 구현할 수 없다.In general, the hemodynamic characteristics of the vascular system are modeled as compliance and resistance characteristics. Flexibility is the change in arterial volume divided by the change in pressure, which is an indicator of arterial elasticity. Traditionally, arterial flexibility has been embodied as a chamber containing air based on the Windkessel model. However, this method has an advantage in that the value of the flexibility can be finely adjusted by controlling the amount of air in the chamber, but since the characteristics of the blood vessel are simplified into one object, the pulse wave transfer characteristic moving along the blood vessel can not be realized .
본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 심혈관계 시뮬레이터는 2m 길이의 실리콘 튜브(50)를 이용하여 대동맥의 특성을 구현한다. Avolio 모델에 따르면 상행대동맥부터 복부대동맥까지 혈관 내경의 평균은 약 18.33㎜이다. 따라서, 실리콘 튜브(50)의 안지름은 대략 18㎜가 바람직하다. 또한, Patel과 Pearson 등의 연구에 의하면 혈관의 두께는 혈관의 반지름의 10%이다. 그러나, 혈관의 탄성계수에 비해 실리콘의 탄성계수가 더 큰 점을 감안하여 실리콘 튜브의 두께를 0.8㎜하는 것이 바람직하다. A cardiovascular simulator according to a preferred embodiment of the present invention implements the characteristics of the aorta using a 2 m
저항조절부(60)는 실리콘 튜브(50)의 말단의 직경을 조절함으로써 실리콘 튜브(50)로 이송되는 유체의 압력을 조절한다. 바람직하게는, 저항조절부(60)는 실리콘 튜브(50)의 말단에 위치하여 실리콘 튜브(50)의 말단 직경을 미세하게 조절할 수 있는 밸브이다.The
일반적으로, 혈관 저항은 아래의 Poiseuille 공식으로 나타낼 수 있다. In general, the vessel resistance can be represented by the Poiseuille formula below.
여기서, Q는 혈류량이고, P는 혈압이며, R는 말초혈관저항이고, u는 점성계수, L은 혈관의 길이, r은 혈관의 반지름이다.Where Q is the blood flow, P is the blood pressure, R is the peripheral vascular resistance, u is the viscosity coefficient, L is the length of the blood vessel, and r is the radius of the blood vessel.
상기 공식에서 알 수 있듯이, 저항은 혈관 직경의 4승에 반비례하므로 동맥시스템의 전체의 유동저항 중 대부분은 말초동맥에 의해 결정된다. 즉, 본 발명은 이러한 점에 착안하여 실리콘 튜브(50)의 말단에 위치한 저항조절부(60)(예컨대, 밸브)를 이용하여 실리콘 튜브(50)의 말단 직경을 미세하게 조절함으로써 말초 저항을 조절할 수 있도록 한다. As can be seen from the above equation, the resistance is inversely proportional to the fourth power of the vessel diameter, so that most of the flow resistance of the entire arterial system is determined by the peripheral artery. That is, the present invention addresses this point and controls the distal resistance by finely adjusting the diameter of the distal end of the
수조(40)는 실리콘 튜브(50)를 통해 이송된 유체의 압력을 조절하여 저장한다. 일 예로서, 도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 수조(40)는 제 1 수조(41) 및 제 2 수조(43)로 이루어진다. The
제 1 수조(41)는 일 예로서, 피스톤(23)의 이완시 제 1 단속부(31)를 통해 실린더(21) 내부로 유체를 공급한다. 즉, 제 1 수조(41)는 인체의 좌심방 기능을 수행한다. 제 2 수조(43)는 실리콘 튜브(50)로 이송되는 맥동이 있는 압력 유체가 도달되는 곳으로, 제 2 수조(43) 내에 기 저장된 유체의 수위를 이용하여 이완기의 압력을 조절할 수 있다. 즉, 제 2 수조(43)에 기 저장된 유체의 수위를 높일수록 실리콘 튜브(50) 내에서 이송되는 유체의 압력은 더 높아질 것이다. The
바람직하게는, 수조(40)는 제 1 수조(41)와 제 2 수조(43)를 연결하는 연결 튜브를 더 포함하며, 이러한 연결 튜브를 통하여 제 2 수조(43)의 유체가 제 1 수조(41)로 이동할 수 있다. 또한, 제 1 수조(41)와 제 2 수조(43)는 각각에 저장된 유체의 수위를 일정하게 유지시킬 수 있는 수위 조절장치를 포함한다.Preferably, the
또한, 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 심혈관계 시뮬레이터는 혈액의 비중과 점도 특성을 유사하게 만들기 위하여 유체는 글리세린 37 중량%와 물 63 중량%의 비율로 형성된다.In addition, the cardiovascular simulator according to the preferred embodiment of the present invention is formed in a ratio of 37 wt% of glycerin and 63 wt% of water in order to make blood specific gravity and viscosity characteristics similar.
도 4는 도 1에 도시된 동력발생기(10)와 피스톤-실린더(20)를 나타내는 사시도이다.4 is a perspective view showing the
도 4를 참고하면, 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 심혈관계 시뮬레이터 시스템은 피스톤(23)의 이완 및 수축의 왕복 주기를 실시간으로 측정하는 측정장치(15)를 더 포함한다. 또한, 측정장치(15)는 피스톤-실린더(20)에 의한 유체의 일회박출량(Stroke volume)을 측정할 수 있다. 또한, 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 심혈관계 시뮬레이터 시스템은 피스톤-실린더(20)를 지지할 수 있는 실린더 지지대(37)를 더 포함할 수 있다.Referring to FIG. 4, the cardiovascular simulator system according to the preferred embodiment of the present invention further includes a measuring
도 5 내지 도 9는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 심혈관계 시뮬레이터의 특성을 나타내는 그래프이다.5 to 9 are graphs showing characteristics of a cardiovascular simulator according to a preferred embodiment of the present invention.
일 예로서, 정상적인 상태의 심혈관계 특성은 모터속도 60rpm, 피스톤의 행정길이 2cm, 밸브의 닫힘율 50%, 두께 0.8mm인 실리콘 튜브로 설정한다. 다만, 도 5는 정상상태를 그대로 적용하여 실험할 경우 탄성계수가 큰 튜브에서 측정한 압력의 범위가 지나치게 높아지는 것을 고려하여 밸브의 닫힘율을 30%로 조정하였다. 도 5 내지 도 9는 각각 피스톤으로부터 1.5m 떨어진 지점에서 측정한 결과이다. As an example, the cardiovascular characteristics in a normal state are set by a silicone tube having a motor speed of 60 rpm, a stroke length of the piston of 2 cm, a valve closing rate of 50%, and a thickness of 0.8 mm. However, FIG. 5 shows that the valve closing rate is adjusted to 30% in consideration of the fact that the range of pressure measured in a tube having a large elastic modulus becomes too high when the steady state is experimentally applied. Figs. 5 to 9 are the results measured at a point 1.5 m away from the piston, respectively.
도 5 내지 도 9를 참조하면, 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 심혈관계 시뮬레이터의 특성으로서, 실리콘튜브의 탄성계수가 압력 파형에 미치는 영향(도 5 참조), 모터의 회전속도가 압력 파형에 미치는 영향(도 6 참조), 피스톤의 행정길이가 압력 파형에 미치는 영향(도 7 참조), 밸브의 닫힘 정도가 압력 파형에 미치는 영향(도 8 참조), 튜브 두께가 압력 파형에 미치는 영향(도 9 참조)을 각각 보여준다.5 to 9, the characteristics of the cardiovascular simulator according to the preferred embodiment of the present invention are as follows: the elastic modulus of the silicone tube affects the pressure waveform (see FIG. 5); the rotational speed of the motor affects the pressure waveform (See FIG. 6), the influence of the stroke length of the piston on the pressure waveform (see FIG. 7), the effect of the valve closing degree on the pressure waveform (see FIG. 8), and the effect of the tube thickness on the pressure waveform Respectively.
도 10은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 압력발생기의 나타낸 사진이고, 도 11은 도 10에 도시된 실린더 헤드의 사시도이며, 도 12는 도 10에 도시된 실린더로부터 분리가능한 실린더 헤드를 나타내는 사진이다. 도 13은 실린더 헤드의 내부에 형성된 와류제어부의 형상을 나타내는 사시도이고, 도 14는 실린더 헤드의 내부에 형성된 와류제어부의 형상을 나타내는 사진이며, 도 15는 실린더 헤드의 내부에 형성된 와류제어부의 또 다른 형상을 나타내는 사시도이다.FIG. 10 is a photograph showing a pressure generator according to a preferred embodiment of the present invention, FIG. 11 is a perspective view of the cylinder head shown in FIG. 10, and FIG. 12 is a photograph showing a cylinder head detachable from the cylinder shown in FIG. 10 . Fig. 13 is a perspective view showing the shape of a vortex control unit formed inside a cylinder head, Fig. 14 is a photograph showing a shape of a vortex control unit formed inside a cylinder head, and Fig. FIG.
도 10 내지 도 15를 참고하면, 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 압력발생기는 실린더(21), 피스톤(23), 실린더 헤드(35), 단속부(31,33), 와류제어부(100, 101, 102) 및 실링부(미도시)를 포함한다. 또한, 이와 관련하여, 실린더(21)와 피스톤(23)을 구비하는 압력부(20) 및 단속부(31,33)는 전술한 심혈관계 시뮬레이터에 포함된 구성요소와 그 기능과 역할이 동일하므로 여기서는 중복하여 설명하지 않도록 한다. 10 to 15, a pressure generator according to a preferred embodiment of the present invention includes a
즉, 일 예로서, 피스톤(23)의 수축시에는 제 1 단속부(31)는 폐쇄되고 동시에 제 2 단속부(33)는 개방되며, 피스톤(23)의 이완시에는 제 1 단속부(31)는 개방되고 동시에 제 2 단속부(33)는 폐쇄된다. 그리고, 피스톤(23)의 이완시 개방된 제 1 단속부(31)를 통해 유체가 실린더 내로 유입될 수 있고, 피스톤(23)의 수축시 유체가 맥동이 있는 압력 유체로 변환되어 개방된 제 2 단속부(33)를 통해 실린더 외부로 배출될 수 있다. 이하에서는, 실린더 헤드, 실링부 및 와류제어부를 중심으로 기술하도록 한다.That is, for example, when the
도 11 및 도 12에 도시된 바와 같이, 실린더 헤드(35)는 실린더(21)의 상부에 위치하는 실린더 상부커버이다. 실린더 헤더(35)에는 유체의 유입과 배출을 각각 단속하는 제 1 단속부(31)와 제 2 단속부(33)가 장착될 수 있다. 바람직하게는, 실린더 헤더(35)는 실린더(21)와 분리 가능하다.As shown in Figs. 11 and 12, the
실링부는 실린더(21)와 피스톤(23) 사이에 마련되어 실링(siling) 기능을 수행한다. 바람직하게는, 실링부는 실리콘 재질로 제작되며, 실린더(21)와의 마찰력을 줄이기 위하여 실린더(21)와 맞닿는 면적을 최소화한다. The sealing portion is provided between the
와류제어부(100, 101, 102)는 실린더 헤드(35)의 안쪽에 형성되어, 실린더(21) 내의 피스톤(23)의 왕복운동 시 발생할 수 있는 유체의 와류를 방지한다. 와류제어부는 본 발명의 기술분야에 속하는 통상의 기술자가 생각해낼 수 있는 유체의 와류를 방지할 수 있는 다양한 형상을 가질 수 있다.The
일 예로서, 도 13 내지 도 15에 도시된 바와 같이, 와류 제어부(100, 101, 102)는 제 1 단속부(31) 및 제 2 단속부(33)를 중심으로 양쪽으로 상기 실린더 헤드(35) 내부 측면을 향해 경사진 구조(도 13 및 도 14 참조), 또는 제 1 단속부(31) 및 제 2 단속부(33)로 갈수록 내경이 좁아지는 콘 형상(도 15 참조), 또는 제 1 단속부(31) 및 제 2 단속부(33)를 중심으로 양쪽으로 실린더 헤드(35) 내부 측면을 향해 오목하게 경사진 구조(도 15 참조)를 가질 수 있다. 그러나, 이는 단순한 예시일 뿐, 피스톤의 왕복운동 시 발생할 수 있는 유체의 와류를 방지하기 위한 다양한 형상이 가능할 것이다.13 to 15, the
이상 본 발명자에 의해서 이루어진 발명을 상기 실시 예에 따라 구체적으로 설명하였지만, 본 발명은 상기 실시 예에 한정되는 것은 아니고 그 요지를 이탈하지 않는 범위에서 여러 가지로 변경 가능한 것은 물론이다. Although the present invention has been described in detail with reference to the above embodiments, it is needless to say that the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications may be made without departing from the spirit of the present invention.
즉, 상기 실시 예에서는 압력발생기는 심혈관계 시뮬레이터에서 사용될 수 있는 것으로 설명하였지만, 본 발명에 바람직한 실시 예에 따른 압력발생기는 심혈관계 시뮬레이터의 사용에 한정되는 것은 아니다.
That is, although the pressure generator is described as being used in the cardiovascular simulator in the above embodiment, the pressure generator according to the preferred embodiment of the present invention is not limited to the use of the cardiovascular simulator.
10: 동력발생부 20: 압력부
30: 단속부 40: 수조
50: 실리콘 튜브 60: 저항 조절부10: power generating part 20: pressure part
30: interrupter 40: aquarium
50: silicon tube 60: resistance adjusting section
Claims (15)
상기 실린더의 상부에 위치하는 실린더 헤드;
상기 실린더 헤드에 장착되어 유체의 유입과 배출을 각각 단속하는 제 1 단속부와 제 2 단속부로 이루어지고, 상기 제 1 단속부와 상기 제 2 단속부는 서로 교번적으로 개폐되는 단속부;
상기 실린더 헤드 안쪽에 형성되어, 상기 유체의 와류를 방지하는 와류제어부 및
상기 피스톤과 상기 실린더 사이에 마련된 실링부를 포함하는, 압력생성기.A pressure portion that has a cylinder and a piston that relaxes or contracts in the cylinder and converts the fluid to a pressure fluid with pulsation;
A cylinder head positioned above the cylinder;
A first intermittent portion and a second intermittent portion mounted on the cylinder head for interrupting inflow and outflow of fluid, respectively, and the first intermittent portion and the second intermittent portion are alternately opened and closed;
A vortex controller formed inside the cylinder head to prevent vortex of the fluid,
And a sealing portion provided between the piston and the cylinder.
상기 피스톤의 수축시에는 상기 제 1 단속부는 폐쇄되고 동시에 상기 제 2 단속부는 개방되며, 상기 피스톤의 이완시에는 상기 제 1 단속부는 개방되고 동시에 상기 제 2 단속부는 폐쇄되는, 압력생성기.The method according to claim 1,
When the piston is contracted, the first intermittent portion is closed and the second intermittent portion is opened, and when the piston is relaxed, the first intermittent portion is opened while the second intermittent portion is closed.
상기 실린더 헤드는 상기 실린더로부터 분리가능한, 압력생성기.3. The method according to claim 1 or 2,
Wherein the cylinder head is separable from the cylinder.
상기 와류제어부는 상기 제 1 단속부 및 상기 제 2 단속부를 중심으로 양쪽으로 상기 실린더 헤드 내부 측면을 향해 경사진 구조로 이루어진, 압력생성기.3. The method according to claim 1 or 2,
Wherein the vortex controller is structured to be inclined toward the inner side of the cylinder head on both sides of the first intermittent portion and the second intermittent portion.
상기 와류제어부는 상기 제 1 단속부 및 상기 제 2 단속부로 갈수록 내경이 좁아지는 콘 형상으로 이루어진, 압력생성기.3. The method according to claim 1 or 2,
Wherein the vortex controller has a cone shape having an inner diameter narrower toward the first intermittent part and the second intermittent part.
상기 와류제어부는 상기 제 1 단속부 및 상기 제 2 단속부를 중심으로 양쪽으로 상기 실린더 헤드 내부 측면을 향해 오목하게 경사진 구조로 이루어진, 압력생성기.3. The method according to claim 1 or 2,
Wherein the vortex controller is structured to be concavely inclined toward the inner side surface of the cylinder head on both sides of the first intermittent portion and the second intermittent portion.
상기 직선운동에 의해 이완 또는 수축하는 피스톤과 상기 피스톤을 수용하는 실린더를 구비하는 압력부;
상기 실린더의 일 단면에 장착되어 서로 교번적으로 개폐되는 제 1 단속부와 제 2 단속부로 이루어지고, 상기 피스톤의 수축시 상기 실린더 내의 유체를 압력 유체로 변환하여 상기 제 2 단속부를 통해 배출시키는 단속부;
상기 제 2 단속부를 통해 배출된 압력 유체가 이송되는 실리콘 튜브; 및
상기 실리콘 튜브를 통해 이송된 압력 유체의 압력을 조절하고 저장하며, 상기 피스톤의 이완시 저장된 유체를 상기 제 1 단속부를 통해 상기 실린더로 유입시키는 수조를 포함하는, 심혈관계 시뮬레이터 시스템.A power generating unit generating linear motion;
A pressure portion including a piston that relaxes or contracts by the linear motion and a cylinder that receives the piston;
A first intermittent portion and a second intermittent portion mounted on one end face of the cylinder and alternately opened and closed with respect to each other, and configured to convert the fluid in the cylinder into a pressure fluid and discharge it through the second intermittent portion when the piston contracts part;
A silicon tube through which the pressure fluid discharged through the second intermittent portion is transferred; And
And a water tank for regulating and storing the pressure of the pressure fluid delivered through the silicone tube and for allowing the stored fluid to flow into the cylinder through the first interrupter when the piston is relaxed.
회전운동을 발생시키는 모터; 및
상기 회전운동을 직선운동으로 변환시키는 슬라이더-크랭크를 포함하는, 심혈관계 시뮬레이터 시스템.8. The power transmission apparatus according to claim 7,
A motor for generating rotational motion; And
And a slider-crank for converting the rotational motion into a linear motion.
상기 실리콘 튜브의 말단에 위치하여, 상기 실리콘 튜브의 직경을 조절함으로써 상기 압력 유체의 압력을 조절하는 저항조절부를 더 포함하는, 심혈관계 시뮬레이터 시스템.9. The method according to claim 7 or 8,
Further comprising a resistance regulator located at an end of the silicone tube to regulate the pressure of the pressure fluid by regulating the diameter of the silicone tube.
상기 피스톤의 이완시 상기 실린더로 유체를 공급하는 제 1 수조;
저장된 유체의 수위를 조절함으로써, 상기 압력 유체의 압력을 조절하는 제 2 수조; 및
상기 제 1 수조와 상기 제 2 수조를 연결하는 연결튜브를 포함하는, 심혈관계 시뮬레이터 시스템.9. The water treatment system according to claim 7 or 8, wherein the water tank
A first water tank for supplying the fluid to the cylinder when the piston is relaxed;
A second water tank for regulating a pressure of the pressure fluid by adjusting the level of the stored fluid; And
And a connection tube connecting the first water tank and the second water tank.
각각에 저장된 유체의 수위를 일정하게 유지시키는 수위 조절장치를 더 포함하는, 심혈관계 시뮬레이터 시스템.11. The apparatus of claim 10, wherein the first and second tanks
Further comprising a water level adjusting device for keeping the level of the fluid stored in each of the plurality of water level holding devices constant.
상기 실리콘 튜브는 탄성 튜브인, 심혈관계 시뮬레이터 시스템.9. The method according to claim 7 or 8,
Wherein the silicone tube is an elastic tube.
상기 피스톤의 이완과 수축의 왕복 주기를 실시간으로 측정하는 측정장치를 더 포함하는, 심혈관계 시뮬레이터 시스템.9. The method according to claim 7 or 8,
Further comprising a measuring device for measuring in real time the reciprocating cycle of the piston's relaxation and contraction.
상기 측정장치는 상기 피스톤-실린더에 의한 유체의 일회박출량(Stroke volume)을 측정하는, 심혈관계 시뮬레이터 시스템.14. The method of claim 13,
Wherein the measuring device measures the stroke volume of the fluid by the piston-cylinder.
상기 유체는 글리세린 37 중량%와 물 63 중량%로 이루어진, 심혈관계 시뮬레이터 시스템.9. The method according to claim 7 or 8,
Wherein the fluid comprises 37% by weight of glycerin and 63% by weight of water.
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