KR20060007507A - 체압저하를 위한 공기 매트리스의 공압제어방법 - Google Patents

Abstract

가. 청구범위에 기재된 발명이 속하는 기술분야.

본 발명은 욕창 방지를 위한 공기 매트리스의 공압 제어방법에 관한 것으로, 특히 인체 부위별로 나타날 수 있는 국부적인 욕창발생을 방지토록 한 것이다.

나. 발명이 해결하려는 기술적 과제.

종래에 욕창 방지를 위하여 시도된 방식은 환자의 매트리스에 공기 또는 젤 등을 주입하여 인체와 매트리스 간의 접촉 체압을 욕창 발생 이하의 체압으로 낮추도록 하는 것이었다.

그러나, 이러한 방식은 인체의 평균 체압을 낮출 수는 있으나, 인체 부위별로 하중과 매트리스와의 접촉면적이 달라 체압이 다르기 때문에 평균 체압 이상의 부위에서는 국부적으로 욕창이 발생되는 문제점이 있었던 것이었다.

다. 발명의 해결방법의 요지.

따라서 본 발명은 개개인마다 서로 다른 신장, 신체 부위별 몸무게와 면적 등의 생체 역학적 파라미터를 고려하여 사용자의 신체 부위를 머리, 몸통, 둔부, 다리의 네 부위로 분할하여 각각의 접촉 체압에 따라 공기 매트리스의 공기압력을 제어할 수 있도록 함으로서 국부적인 욕창 발생을 방지할 수 있도록 한 것이다.

라. 발명의 중요한 용도.

욕창방지를 위한 공기 매트리스의 공압제어방법.

Description

체압저하를 위한 공기 매트리스리스의 공압제어방법{An air pressure control method of a air mattress to reduce the body pressure}

도 1은 본 발명의 전체 블록도.

도 2는 신체부위를 4부분으로 분리하여 형상화시킨 모델도.

본 발명은 마비환자 및 거동이 불가한 환자들이 장기간 지속되는 침상생활에서 발생할 수 있는 욕창을 사전에 방지하기 위한 공기 매트리스트리스의 공압 제어방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 신체에 대한 접촉 압력을 받는 공기매트리스를 4부분으로 분할하여 각각에 대한 압력을 분할 제어토록 함으로서 국부적인 욕창 방지를 방지토록 하는 것이다.

종래에 욕창 방지를 위하여 시도된 방식은 환자의 매트리스에 공기 또는 젤 등을 주입하여 인체와 매트리스 간의 접촉 체압을 욕창 발생 이하의 체압으로 낮추도록 하는 것으로서, 통상 욕창을 예방하기 위하여 임상적으로 알려진 욕창발생의 시작 압력인 32mmHg 이하로 체압이 분포될 수 있도록 사용자가 매트리스의 공기압력을 조절하는 방식이다.

그러나, 이러한 방식은 매트리스가 정적 유동성 형태를 갖고 있기 때문에 신체의 전체적인 평균 체압의 저하는 가능하나, 신체의 부위별에 따른 공기압력의 조절이 불가능하였던 것이었다.

따라서, 생체 역학적 차이에 의하여 나타나는 인체 부위별 무게와 접촉면적에 의한 특정부위의 높은 압력이나 압박을 제거하기가 불가능하기 때문에 욕창 발생 이상의 체압을 갖는 신체의 부위에서는 국부적으로 욕창이 발생되는 문제점이 있었던 것이었다.

따라서, 최근에는 국부적인 욕창발생 이상의 압력을 제거하기 위하여, 매트리스를 구성하는 개별 공기주머니에 대한 압력을 제어하는 기술이 제안된 바 있으나, 이러한 개별 제어방식은 수십 개의 공기주머니에 대한 압력을 각각 제어하기 위한 장치의 구성이 복잡할 뿐 아니라 이러한 장치 구성을 위한 비용의 발생이 높아 실용화가 어려운 것이다.

따라서 본 발명에서는 간단한 장치의 구성으로 각 신체 부위별 최저 접촉압력을 제어함과 동시에 특정부위에 압력이 집중되는 현상을 방지할 수 있도록 하여 국부적인 욕창 발생을 방지할 수 있는 공기 매트리스의 공압 제어방법을 제안하고자 함이다.

이를 위하여, 본 발명의 공압 제어방법은 개인마다 서로 다른 신장, 신체 부위별 몸무게와 면적 등의 생체 역학적 파라미터를 고려하여 사용자의 신체 부위를 머리, 몸통, 둔부, 다리의 4부위로 분할하여 각 부위별 피부 접촉 체압에 따라 공 기 매트리스의 공기압력을 분할 제어하는 방식이다.

본 발명은 개개인의 체중과 신장정보를 기반으로 각 부위별 생체 역학적 특성을 추정하여 부위별 최저의 접촉 체압을 유지할 수 있는 공기압력 제어방법을 구현토록 한 것이다.

이하에서는 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 가장 바람직한 일 실시 예를 상세히 설명하기로 한다.

도 1 의 블록도에 도시된 바와 같이 본 발명은 신체를 머리, 몸통, 엉덩이, 다리의 네 부분으로 나누어 공기 매트리스(14)의 공압을 머리부(10), 몸통부(11), 둔부(12), 다리부(13)로 각각 제어토록 하여, 공압제어기(1)의 키보드(2)로 입력받은 사용자의 신장과 체중 정보로부터 각 부위 별 제어목표 공압을 계산하여, 펄스폭(PWM) 전자제어방식(6)으로 공기 입, 출력을 위한 솔레노이드 밸브(8)의 개폐시간을 제어하여 각 부위의 공압을 제어토록 하는 방법이다.

이때 공압은 공기 공급기(7)에 의하여 공급토록 되고, 각 부위별 공기 매트리스의 압력 검출은 압력센서(9)로 검출되어 공압제어기(1)의 AD변환기(5)를 통하여 마이크로 컴퓨터(4)로 피드백되고, 제어목표 공압값과 현재 공압값의 차이에 따라 비례하여 솔레노이드 밸브의 개폐시간이 제어되어 현재의 압력 값 및 제어상태 등이 디스플레이(3)로 표시된다.

또한, 그림 1과 같이 공기 매트리스에 사람이 누울 경우에 발생되는 피부의 접촉압력은 접촉부위의 무게와 매트리스와의 접촉면적에 따라 변한다.

즉, 매트리스내에 일정 공기압력 P를 유지하고 있을 때에는 체중 BW와 힘의 평형을 유지하고, 이때의 접촉 면적 A는 식(1)에 의하여 계산된다.

................... (1)

상기 식에 의하면, 일정 체중에 대한 접촉면적은 공기압력에 따라 변화하지만, 최대체표면(body surface)의 면적보다는 증가하지 않는다.

따라서 접촉면적이 최대가 되도록 공기압력을 제어함으로써 접촉 체압을 최저로 유지할 수 있고, 또한 최대 접촉면적은 신체와 바닥이 직접 닿지 않도록 체중을 들어 올릴 수 있는 공기압력을 유지할 때 얻어진다.

그러나, 공기 매트리스의 전체가 서로 공기가 통하도록 연결되어 있을 경우에는, 인체 부위별 하중과 접촉면적의 차이로 인해 전체 평균 체압을 낮추더라도 무게가 무거운 부위, 즉 둔부 및 몸통의 체압은 상대적으로 높게 되며, 또한 하중이 추가적으로 이 부위로 집중되어 체압이 더 증가하게 된다.

따라서 본 발명에서는 그림 2와 같이 공기 매트리스를 한국표준체형을 기준 으로 머리, 몸통, 엉덩이, 다리의 네 부위로 나누고, 각각을 하나의 단위로 하는 4개의 부위를 독립적으로 공기압을 제어토록 하는 것이다.

이때 각 부위별 공기압력의 제어 목표값의 결정은 사용자 개개인의 생체역학적 파라미터의 하나인 체중과 신장 데이터를 기반으로 계산한다.

이를 위해 머리, 몸통, 엉덩이, 다리의 네 부위의 형상은 도 2에 도시된 바와 같이 머리는 구, 몸통과 엉덩이는 직육면체, 다리는 원통으로 모델링한다.

이때 체중 BW와 신장 h가 주어지면, 각 부위별 길이 및 무게는 인체 계측데이터로부터 추정되어, 도 2에 도시된 바와 같이 사용자의 신장 h에 대한 각 부위별 상대적 길이를 나타낼 수 있고, 표 1과 같이 체중에 대한 각 부위별 상대적 무게(%)를 나타낼 수 있는 것이고, 이때 각 부위별 상대적 길이 및 무게 값은 ±5% 범위로 나타낼 수 있는 것이다.

이때 본 발명에서 사용된 인체 계측데이터는 다음의 근거자료에 의한 것이다.

D.A. Winter, "Biomechanics and motor control of human movement", Wiley-Interscience Publication, 2nd ed., pp. 51-57, 1990.

	머리	몸통	둔부	다리
상대적 무게 (%)	8.1	35.5	34.2	22.2

표 1. 부위별 체중에 대한 상대적 무게 따라서 각 부위별 최대 접촉면적은, 구형인 머리와 원통형인 다리는 절반이, 몸통과 둔부는 밑면이 매트리스와 접촉한다고 가정하여, 도 2로부터 다음과 같이 계산할 수 있다.

..................... (2)

...................... (3)

...................... (4)

...................... (5)

인체가 강체(rigid body)라고 가정하면 접촉되는 부위의 체압은 공기 매트리스의 내부 공기압력과 같다.

따라서 매트리스의 목표 공기압력(P)은 다음과 같이 표 1의 각 부위별 무게를 상기 (2)(3)(4)(5)에 의하여 나누어서 계산할 수 있다.

................... (6)

이하, 다음의 실시예에 의하여 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기로 한다.

<실시예 1>

173cm 신장과 83Kg의 체중을 가진 사용자의 경우, 상기 식에 의하여 각각 6.14mmHg, 14.8mmHg, 14.4mmHg, 6.9mmHg 의 목표 공기압력을 계산할 수 있다.

이때 공기 매트리스의 전체 압력을 7.5mmHg로 균일하게 유지하였을 때는 최대 접촉체압이 31mmHg까지 나타났으나(그림 3 참조), 본 발명에 의한 제어방법을 통한 결과는 접촉체압이 평균 4.7mmHg 이하이면서 동시에 최대 접촉체압도 15mmHg이하가 되었다(그림 4 참조).

따라서 본 발명에 의한 공기 매트리스의 공압 제어방법은 각 부위별 최저 접촉압력을 제어함과 동시에 특정부위에 압력이 집중되는 현상을 방지 할 수 있음을 알 수 있다.

<실시예 2>

5명의 각기 다른 체중과 신장을 가진 피검자를 대상으로 수행하였다.

신체적 특성에 따라 체중미달 1명, 표준 체중 2명, 비만 체중 2명으로 분류 하고, 전체 매트리스의 공기압력이 일정할 때의 접촉체압과, 본 발명에서 제안한 제어 방식에 의한 접촉체압을 비교하였다.

그 결과, 표 2와 같이, 체표면 넓이와 실제 접촉 면적의 차이 때문에 목표 압력값과 체압과는 오차가 있었지만, 본 발명에 의한 제어 방식의 경우, 구역별 평균체압이 최저 2.3±0mmHg에서 6.4±0.7mmHg이하로 낮은 체압을 유지하는 결과를 얻을 수 있다.

따라서 본 발명에 의한 방법은 신체적 특성(체중미달, 표준, 비만)이 다른 분류에서도 최저 접촉압력을 제어함과 동시에 특정부위에 압력이 집중되는 현상을 방지 할 수 있음을 알 수 있다.

상술한 바와 같이 본 발명에 의한 매트리스의 공압 제어방법은 각 부위별 최저 접촉압력을 제어함과 동시에 특정부위에 압력이 집중되는 현상을 방지 할 수 있어 종래의 문제점인 국부적인 욕창 발생을 방지할 수 있는 것이다.

Claims (3)

1. 신체에 대한 접촉압력을 받는 공기 매트리스를 머리부, 몸통부, 둔부, 다리부로 분할하여, 공압제어기에 입력된 사용자의 신장과 체중 정보로부터 각 부위 별 제어목표 공압을 설정하여, 전자제어방식으로 공기 입, 출력 밸브의 개폐시간을 제어함으로서 각 부위의 공압을 개별적으로 제어토록 함을 특징으로 하는 체압저하를 위한 공기 매트리스의 공압 제어방법.
2. 제 1항에 있어서, 상기 공기 매트리스의 부위별 제어목표 공압은 인체 계측 데이터로부터 신장에 의한 신체별 길이정보값 ; 머리부는 신장의 0.13±5%, 몸통부는 신장의 0.24±5%, 둔부는 신장의 0.253±5%, 다리부는 0.377±5%와, 신장에 의한 신체별 무게정보값; 머리는 체중의 0.081±5%, 몸통은 체중의 0.355±5%, 둔부는 체중의 0.342±5%, 다리는 체중의 0.222±5% 이 입력되어 산출토록 됨을 특징으로 하는 체압저하를 위한 공기 매트리스의 공압 제어방법.
3. 제 2항에 있어서, 상기 공기 매트리스의 부위별 제어목표 공압은 상기 신체별 길이 및 무게 정보에 의하여 다음의 식에 의하여 계산됨을 특징으로 하는 체압 저하를 위한 공기 매트리스의 공압제어방법.:

   

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