[논문]인공호흡기 사용성 향상을 위한 새로운 보조기구 개발

전강현; 박용재

doi:10.5762/kais.2020.21.3.420

인공호흡기 사용성 향상을 위한 새로운 보조기구 개발
Development of Novel Assistive Device for Improving Usability of BVM 원문보기

한국산학기술학회논문지 = Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society, v.21 no.3, 2020년, pp.420 - 426

전강현 (강원대학교 메카트로닉스공학과) , 박용재 (강원대학교 메카트로닉스공학과)

초록
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본 논문에서는 휴대용 인공호흡기 보조기구를 개발하였다. 응급상황 발생 시 약 4분이 지나면 환자는 심각한 뇌 손상을 입는다. 따라서, 이를 방지하기 위해 응급구조사는 환자에게 적합한 산소 주머니를 통해 환자가 병원으로 인계될 때까지 지속해서 인공호흡을 실시하여야 한다. 이 과정에서 응급구조사들은 전완근의 반복적인 운동으로 인해 적지 않은 피로감을 느끼게 된다. 이는 손이 작거나 근력이 부족한 응급구조사들에게 더욱 큰 부담으로 작용할 수 있다. 이를 해결하기 위해 다양한 제품이 제작되었지만, 부피와 크기 그리고 사용 방법 등과 같은 실용성이 부족하여 상용화에 어려움을 겪고 있다. 이에 본 연구에서는 기존 제작하였던 인공호흡기 보조기구를 개선하고 사용자에게 가해지는 부담을 효율적으로 줄이는 방법을 고안하였다. 본 연구를 통해 개발한 보조기구는 크게 3가지 부위로 구성된다. 보조기구는 산소 주머니를 매회 균일하고 안정적으로 압박하고 대상에게 알맞은 산소의 양을 각도를 통해 시각적으로 알려주는 머리부, 휴대용 인공호흡기의 산소 흡입구에 결합하여 사용자의 힘을 휴대용 인공호흡기로 전달하는 몸통부, 다양한 자세에서도 효율적으로 힘을 가할 수 있도록 회전이 가능한 손잡이로 구성된다. 실험을 통해 안정적인 수치로 환자에게 산소를 공급할 수 있다는 사실을 확인하였다. 이를 통해 응급구조사는 보조기구를 사용해 피로감 감소뿐만 아니라 환자에게 적합한 양의 산소를 주입해 효율적인 인공호흡을 실시할 수 있을 것으로 판단된다.

Abstract ▼ AI-Helper

In this study, an assistive device for BVM (Bag Valve Mask) was developed. When emergencies occur, rescuers must perform artificial respiration within four minutes utilizing suitable BVM. If not, the patient can suffer serious damage within their brain and body systems. The rescuer must execute artificial respiration until the patient arrives at the hospital. In the process of artificial respiration, the rescuer can feel fatigued in their forearm muscles, particularly those who may have smaller hands or weaker muscle strength. Many products have been developed to solve these problems, but these products are difficult to market and commercialize because of their volume, size, and difficulty of use. In this paper, the BVM assistive device that has been previously manufactured was improved, and an attempt was made to devise a new method that reduces the burden on the user. The BVM assistive device can be divided into three-parts: a head part for compressing the air bag, which can control the amount of air; the body part for coupling with BVM; and finally, the handle that can rotate for better use on various postures of patients. Throughout the experiment, the assistive device could inject an equal amount of air into the patients. As a result, the rescuer could feel less fatigue and inject a suitable amount of air to emergency patients during artificial respiration.

주제어

표/그림 (14)

그림 Fig. 1. BVM(Bag Valve Mask)
표 Table 1. Artificial respiration methods
그림 Fig. 2. How to use BVM
그림 Fig. 3. Compression range of BVM
표 Table 2. Number of artificial respiration for patient type
그림 Fig. 4. CAD modeling of assistive device
그림 Fig. 5. Stability of operation by pressing surface
그림 Fig. 6. Angle of handle
그림 Fig. 7. Direction of force and movment of BVM
그림 Fig. 8. Final shape of assistive device
표 Table 3. Test about relationship between volume and angle
그림 Fig. 9. Relation test about compression angle and volume
그림 Fig. 10. Second test about compression angle and volume
그림 Fig. 11. Measurement test of air volume using hot-wire sensor

AI 본문요약
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문제 정의

그러나 기구의 구조가 복잡하며 제작이 까다로울 뿐만 아니라 아직까지 작동함에 있어 많은 힘이 필요하여 구조의 개선이 필요하다고 판단하였다. 본 논문에서 인공호흡기를 손쉽게 사용하기 위한 새로운 형태의 보조기구를 설계하여 그 가능성을 확인하였다. 새로운 보조기구는 지렛대의 원리를 이용하여 산소 주머니를 압박할 때 모멘트의 증가와 응력집중 현상을 이용하여 힘의 손실을 줄이는 새로운 메커니즘을 제시하고 피스톤과 핫와이어를 통한 실험으로 작동 효용성에 대하여 검증하였다.
본 연구를 통해 응급구조사들의 구조 활동에 도움을 줄 수 있는 인공호흡기 보조기구를 설계, 시제품을 제작 하였다.

가설 설정

Pons 외 5인의 논문에 의하면[6], 응급구조 과정이 4분 안에 이루어질 경우 환자의 생존율에 긍정적인 영향을 미칠 수 있다고 한다. 응급구조 과정은 상대적으로 다른 구조과정에 비해 긴급하게 진행된다. 따라서, 환자의 상태와 마찬가지로 응급구조사의 체력과 피로의 효율적인 관리는 구조 효율과 응급환자의 생존율에 영향을 미칠 수 있는 가능성이 있다.

제안 방법

1) 기존 휴대용 인공호흡기에 탈부착이 가능하며, 응급구조사가 휴대용 인공호흡기를 사용할 때 다양한 근육을 사용해 인공호흡을 진행할 수 있도록 도와주는 보조기구를 제작하였다.
2) 휴대용 인공호흡기에 부착하여 환자에게 적합한 산소 주머니로 교체하지 않아도 통일된 한 종류의 산소 주머니를 사용해 가동하는 각도 조절하는 것만으로 환자에게 적합한 양의 산소를 공급할 수 있는 보조기구를 제작하였다
기존의 구조를 개선하여 악력뿐만 아니라 팔 전체와 체중 등 다양한 부위와 방법을 통해 산소 주머니를 꺾어 올리며 산소를 주입하는 방법을 고안하였다. 보조기구의 대략적인 모습은 Fig.
두 번째 방법은 두 명의 구조사가 외상 가능성이 있는 환자에게 시도하는 인공호흡 방법으로, 첫 번째 방법과 유사하지만, 첫 번째 응급구조사는 턱 들어올리기가 아닌 턱 밀어 올리기 방법을 이용하여 기도를 개방하여야 한다. 또한, 인공호흡 간 환자의 머리와 목이 움직이지 않도록 주의하면서 인공호흡을 실시하여야 한다.
보조기구 결합부의 경우 인공호흡기와 보조기구를 결합하고 보조기구에 가해지는 힘을 산소 주머니로 전달하기 위해 앞서 말한 것과 같이 보조기구와 인공호흡기 사이의 결합이 가능하도록 산소 흡입구의 형태에 맞춰 원형의 구멍으로 설계하였다. 또한, 손잡이의 각도는 Fig.
4(b) 와 같이 머리부에 대상에 따른 각도를 표시하였다. 보조기구를 꺾는 각도와 공급되는 산소의 양은 Table 3과 같으며 앞에서 언급한 바와 같이 검증은 응급 구조 과정이 모두 끝날 때까지 쉬지 않고 성인 기준 분당 12회 소아, 영아 기준 분당 20회 산소 주머니를 압박하는 것을 기준으로 발생하는 피로와 환자별 적합한 산소의 용량을 공급하는 것에 초점을 맞추어 실험을 진행하였다.
본 연구진은 기존 기구를 개선하여 손가락 5개의 악력을 모두 사용하여 산소 주머니를 압박할 수 있는 보조기구를 개발하였다[7]. 그러나 기구의 구조가 복잡하며 제작이 까다로울 뿐만 아니라 아직까지 작동함에 있어 많은 힘이 필요하여 구조의 개선이 필요하다고 판단하였다.
본 논문에서 인공호흡기를 손쉽게 사용하기 위한 새로운 형태의 보조기구를 설계하여 그 가능성을 확인하였다. 새로운 보조기구는 지렛대의 원리를 이용하여 산소 주머니를 압박할 때 모멘트의 증가와 응력집중 현상을 이용하여 힘의 손실을 줄이는 새로운 메커니즘을 제시하고 피스톤과 핫와이어를 통한 실험으로 작동 효용성에 대하여 검증하였다.
첫 번째 방법은 두 명의 구조사가 외상 가능성이 없는 환자에게 시도하는 인공호흡 방법으로 첫 번째 응급구조사가 턱 들어올리기 방법을 이용하여 환자의 기도를 확보한다. 이후 두 번째 응급구조사는 환자에게 맞는 휴대용 인공호흡기 부속들을 결합하고 준비가 끝나면 마스크를 환자의 안면에 적절하게 위치시킨다.

대상 데이터

4와 같다. 설계된 내용을 바탕으로 3D 프린터를 이용해 시제품 제작을 진행하였으며, 3D 프린터는 CUBICON사의 Single plus 제품을 이용하였고 필라멘트는 플라스틱과 유사한 소재인 PLA 필라멘트를 사용하였다.

이론/모형

인공호흡 과정은 기본적으로 두 명의 구조사가 짝을 이뤄 진행하는 것이 가장 이상적이다. 그러나 상황이 여의치 않을 경우 마지막 선택지로 세 번째 방법인 1인 인공호흡법을 사용한다.

성능/효과

3) 기존의 방식과 보조기구를 사용한 방식 모두로 실험을 진행한 결과, 기존 방식과 보조기구를 사용한 방식 적정량의 산소를 공급할 수 있는 것으로 확인되었다.
결론적으로, 기존 인공호흡기를 변형시키지 않고 필요에 맞게 탈부착하여 보다 효율적으로 사용할 수 있는 인공호흡기 보조기구를 개발하였다. 이를 통해 응급구조사들의 피로도 감소 및 구조 효율 상승을 기대해볼 수 있다.
주사기와 핫와이어를 통한 실험으로 보조기구를 사용해 일정량의 산소를 공급할 수 있다는 사실을 확인하였다. 본 연구를 통해 개발된 보조기구를 사용해 응급구조사의 체력을 보존할 수 있고 보다 손쉽게 적당량의 산소를 환자에게 공급할 수 있다. 또한, 응급구조사의 피로에 따른 산소 주머니의 압박력 약화나 구조 효율 저하와 같은 문제점을 개선할 수 있다.
주사기와 핫와이어를 통한 실험으로 보조기구를 사용해 일정량의 산소를 공급할 수 있다는 사실을 확인하였다. 본 연구를 통해 개발된 보조기구를 사용해 응급구조사의 체력을 보존할 수 있고 보다 손쉽게 적당량의 산소를 환자에게 공급할 수 있다.

후속연구

이를 통해 응급구조사들의 피로도 감소 및 구조 효율 상승을 기대해볼 수 있다. 따라서, 향후 인공호흡기 보조기구의 구조를 개선한다면 한 손이 자유로워져 1인 인공호흡을 실시할 때의 단점을 개선할 수 있다.
또한, 응급구조사의 피로에 따른 산소 주머니의 압박력 약화나 구조 효율 저하와 같은 문제점을 개선할 수 있다. 추가적인 연구로 보조기구 설계 최적화를 통해 성능을 보다 향상시키고자 한다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	응급구조사들의 환자이송 과정에서 피로감을 감소시키는 방안은?	이러한 문제점들 때문에 구급차에서도 사용할 수 있는 자동 인공호흡기나 자동 산소 주머니 압박기의 필요성이 있어 새롭게 장비가 개발되었다[5]. 그러나 거치와 설치 가 번거롭고 실제 사용에 어려움이 있어 이와 같은 장비 와 환자의 종류에 맞는 산소 주머니가 전국적으로 원활 하게 공급되어 있지 않은 상황이다.
	응급구조 과정의 첫 단계는?	응급구조 과정의 첫 단계인 현장 단계에서는 응급구조 사가 신고를 접수하고 현장으로 출동한다. 응급구조사는 환자를 병원으로 이송하기 전 응급처치를 통해 환자의 상태를 안정시킨다[2].
	응급환자평가방법은?	응급구조사는 환자를 병원으로 이송하기 전 응급처치를 통해 환자의 상태를 안정시킨다[2]. 이 과정에서 시진, 촉진, 타진, 청 진 등의 방법을 통해 응급환자평가가 이루어지는데 이를 통해 환자를 상태를 보다 정확히 판단하고 부상을 입은 환자에게 적합한 구조과정을 거치게 된다[3]. 응급환자는 이송 과정에서 생명 유지에 인공호흡기와 같은 특별한 장비가 필요한 응급환자와 그렇지 않은 응급환자로 나누어진다.

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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