KR102803803B1

KR102803803B1 - 호흡 습도 측정 장치

Info

Publication number: KR102803803B1
Application number: KR1020217018168A
Authority: KR
Inventors: 헬레 펀치-닐슨
Original assignee: 엑설레이션 테크놀로지 리미티드
Priority date: 2018-11-14
Filing date: 2019-11-14
Publication date: 2025-05-08
Anticipated expiration: 2039-11-14
Also published as: GB201818584D0; CA3119431A1; EP3880072B8; WO2020099874A1; ES2952153T3; JP2022507492A; DK3880072T3; US12186071B2; AU2019382292B2; EP3880072A1; CN113164096A; AU2019382292A1; EP3880072B1; JP7427668B2; KR20210153028A; US20220007961A1; CN113164096B

Abstract

본 명세서에 개시된 장치는 호흡 습도를 측정하기 위한 것이며, 본 발명의 장치는 내부 튜브 체적을 한정하는 관형 본체의 제1 단부에 연통되도록 연결된 입구를 포함한다. 본 발명의 장치는 호기를 수용하도록 관형 본체의 제2 단부에 연통되도록 연결된 콘덴서 플레이트를 더 포함한다. 제1 단부와 제2 단부 사이에 있는 파티션 벽은 내부 튜브 체적을 제1 챔버와 제2 챔버로 분할하고, 제2 챔버는 콘덴서 플레이트에 대한 유체 접근을 제공한다. 파티션 벽은 제1 챔버로부터 제2 챔버로 호흡이 통과하게 하는 원웨이 밸브를 구비한다. 본 발명의 장치는 제1 챔버의 관형 본체 벽 내에 하나 이상의 개구를 더 포함하고, 개구는 각각 제1 챔버에 센서를 연통되도록 연결시키고, 상대 습도 센서가 제2 챔버에 연통되도록 연결되어 있다.

Description

호흡 습도 측정 장치

본 발명은 호흡 습도를 측정하는 장치, 특히 다른 매개변수도 측정할 수 있는 장치에 관한 것으로서, 호흡 습도 측정을 단독으로 사용하거나 다른 매개변수와 함께 사용하고, 이러한 측정은 폐질환을 포함하는 질병의 식별, 환자분류 및 종축 추적(longitudinal tracking)에 사용된다.

본 발명은 호흡 습도를 측정하는 장치와 질병의 상태를 측정하기 위한 측정 방법에 관한 것으로서, 특히 사람의 상태를 측정하는 것에 관한 것이지만 말, 개 등등과 같은 동물도 포함한다.

호흡 습도를 측정하는 것은 폐질환을 포함하는 질병을 식별하고, 선별하고(triag), 장기적으로 추적하기 위해 사용될 수 있다. 또한, 호흡 습도의 측정을 여러 개의 다른 호흡 매개변수와 조합하는 것은 환자를 선별하거나 환자의 의료 상태를 추적할 때 임상의 정확도를 증가시킬 수 있다.

본 발명은 특히 호기에서 사용하기 위한 것이고, 부분적으로는 폐포의, 중앙의, 보통 폐의 죽은 체적이라고 알려진 것으로부터 호기의 상대적인 양을 측정한다. 호기의 습도는 절대값 및/또는 상대값으로 표현될 수 있고, 독립형 측정부로서 사용될 수 있고, 또는 개별적인 다른 호기 매개변수와 함께 사용될 수 있고, 이 매개변수는 다음을 포함한다: 호기 응축물에 대한 측정, 호기 가스 상에 대한 측정, 호기 증기 상 및/또는 가스 상 내의 성분의 측정, 호흡 체적, 내쉬는 속도, 강제 공기 조종, 호흡 온도 등등. 호흡 습도와 함께 측정될 수 있는 가스 상 및 증기 상 성분의 예 또는 그 성분의 특성은 다음을 포함한다: pH, 당분, 글루코스, 케톤, 양이온, 음이온 및 산화질소, 과산화수소, 산소, 이산화탄소, 일산화탄소 등등과 같은 작은 분자들. 또한, 암과 같은 다른 질병 상태의 "마커"도 측정할 수 있다.

호흡 습도의 측정은 결합 장치에서 별개의 장치를 이용하여 다른 호흡 매개변수와 병행하여 또는 순차적으로 측정할 수 있다.

건강한 집단에서 호흡 습도의 측정은 개인의 총 신체수분함유량을 나타내는 지표이며, 개인의 수분공급 레벨의 지표로 사용될 수 있다. 보다 정확하게 임상적으로 측정하기 위해, 호흡 습도 값은 다른 호흡 매개변수와 별개로 사용되거나, 비교되거나, 결합될 수 있다.

본 출원의 출원인의 종래 출원 EP2173250에서, 효과적으로 호기를 수집하는 장치가 설명되어 있는데, 특히 휘발성 성분의 손실을 최소화하면서 수집하는 것이 설명되어 있고, 여기서 휘발성 성분의 손실은 그 다음에 이어지는 분석에 오류를 집어넣을 수 있는 사항이다. 호흡 샘플이 응축되면, 분석을 위해 사용될 수 있게 된다. 하지만, 장치는 호흡 습도를 측정할 수 없고, 따라서 이 장치를 사용하는 경우 환자의 호흡 습도를 알고 있는 임상적인 유용함이 환자에 대하여 손실된다.

종래 기술의 문서인 DE199 51 204는 샘플의 미리 정해진 부피를 얻을 때까지 호기를 응축하는 방법을 설명하고 있는데, 하지만 다시 언급하자면 호흡 습도를 알지 못하면 환자가 적당한 부피의 응축물을 제공하는데 얼마나 시간이 걸릴지를 알 수가 없다. 호흡 온도, 호흡 습도에 따른 호흡유량, 소정의 부피의 호기 응축물을 수집하는데 필요한 시간과 같은 매개변수를 아는 것을 계산할 수 있는데, 이는 시간, 호흡 횟수 등등에 기초하여 임의의 설정포인트를 사용하는 것을 막는다. 호흡 응축물 수집 장치를 채울 때, 상당한 시간이 지난 후에 장치를 채우지 못하는 것은 특별한 것이 아니다; 이는, 임상의사나 환자에게는 생소한 것인데, 환자가 호흡 습도가 낮아서 단순히 장치를 채우기에 충분한 증기를 전달하지 않기 때문이고, 증기는 나중에 응축된다. 이러한 내용은 "건조한 숨을 쉬는 사람(dry breathers)"이라고 불린다.

우리 발명을 설명하는 선행기술문헌에 대한 써치를 수행하였지만, 아무것도 발견되지 않았고, 고려할 만한 문헌은 다음과 같다: W02018061022A1, W02018101650A1, US2017/360328 및 US2018/056302.

W02018061022A1 - 이 출원은 폐의 상태를 모니터링하는 장치를 개시하는데, 숨을 내쉴 때 사람의 습도 레벨을 매우 빠르게 측정하기 위해 습도를 감지하는 부분으로 CdS 나노입자를 사용한다.

W02018101650A1 - 여기서 개시된 발명은 한번의 호흡에 포함된 바이오가스를 분석하는 방법 및 장치에 관한 것이며, 분석된 바이오가스를 통해 환자의 호흡기 질환을 순차적으로 모니터링하는 것에 관한 것이다.

US2017/360328 - 이 문헌에 개시된 장치는 두 개의 전극을 이용하여 한번의 호흡 또는 여러번의 호흡에 함유된 습기량을 측정한다: 물과의 양이온 교환에 의해 작동하는 전극(예를 들어 불화탄소(perfluorocarbon)를 이용), 및 커버에 의해 호기로부터 보호되는 레퍼런스 전극.

US2018/056302 - 여기에 제시된 장치는 제1 호흡 특징(예를 들어 습도)과 이 실시예에서 케톤인 특정 분해물질과 같은 제2 특징을 측정한다. 제2 특징의 측정은 나노입자-기반 센서를 이용하여 획득된다.

환자들은 다른 호흡 습도 레벨을 가질 수 있는데, 예를 들면 건강하게 관리되는 그룹은 만성폐쇄성폐질환(COPD) 환자 그룹보다 상대적으로 높은 호흡 습도를 가지고 있지만, COPD 환자에 대하여 호흡을 측정할 때 호흡 습도는 종종 알수 없는 그래서 제어하기 힘든 매개변수이다.

일산화탄소, 이산화탄소, 산화질소 등등과 같은 가스 상 내에서 호흡의 성분을 측정할 때, 공기를 필터, 스크러버, 제습장치 등등을 통과시켜서, 호흡에서 수증기를 포함하는 부분을 의도적으로 제거하는 것이 일반적이다. 이러한 프로세스는 또한 모르고 수행될 수 있고, 따라서 그렇게 제거하는 것은 "우연"일 수 있다. 이러한 장치는 건조한 및/또는 처리된 호흡 샘플 내의 분자의 농도를 보고한다. 이는 최초 호기 내의 분자의 농도와 반드시 같은 것은 아니지만, 종종 그렇게 보고되고 해석된다. 호흡 내 분해물질의 실제 농도는 호흡의 습도와 온도에 의해 그리고 가스 상과 증기 상 사이에서 분자의 구획에 의해 부분적으로 영향을 받는데, 이는 부분적으로 각각의 분자 형태에 특정된다. 호흡 습도를 측정함으로써, 호흡 습도에 대하여 호흡에서 측정된 분해물질의 농도를 정규화하고, 따라서 그렇지 않았을 경우에 조절되지 않거나 모르는 환자-대-환자 변수를 줄일 수 있고, 따라서 임상적인 정확도를 향상시킬 수 있다.

현재, 연구원 및 임상의사는 질병을 확인하고, 선별하거나 장기적으로 모니터링(longitudinal monitoring)하는 부분으로서 호흡에 대하여 호흡 및/또는 분해물질의 매개변수를 측정하는데 관심이 있다. 현재 사용되지 않는 매개변수는 호흡 습도이다. 현재, COPD 환자와 관련하여, 다음과 같은 일련의 테스트에 의해 케어의 진단 및 평가를 수행할 수 있다: 강제 공기 이동, 분할된 산화질소 측정(FNO), 임상적인 검증 및 호기 응축물(EBC) 과산화수소 측정. 그러나, 호기 습도의 측정은 정기적으로 측정되지 않는다.

본 발명의 제1 특징에 따르면,

호흡 습도 측정 장치로서,

내부 튜브 체적을 한정하는 관형 본체;,

상기 내부 튜브 체적에 연통되도록(fluidly) 연결된 입구;

호기를 수용하도록 상기 관형 본체의 제2 단부에 연통되도록 연결된 콘덴서 플레이트; 및

제1 단부와 제2 단부 사이에서 상기 내부 튜브 체적을 제1 챔버와 제2 챔버로 분할하고, 상기 제2 챔버는 상기 콘덴서 플레이트에 대한 유체 접근을 제공하는, 파티션 벽;을 포함하고,

상기 파티션 벽은 상기 제1 챔버로부터 상기 제2 챔버로 호흡을 통과시키는 원-웨이 밸브를 구비하고;

상기 호흡 습도 측정 장치는 상기 제1 챔버의 관형 본체 벽 내에 하나 이상의 개구를 더 포함하고, 상기 개구는 각각 상기 제1 챔버에 센서를 연통되도록 연결시키고, 상대 습도 센서가 상기 제2 챔버에 연통되도록 연결되어 있는 호흡 습도 측정 장치가 제공된다.

바람직하게, 데이터를 신속하게 건강관리 전문가에게 전송하거나 데이터를 분석할 수 있도록, 센서는 데이터 저장 장치에 연결되어 있다.

선택적으로, 센서는 CO₂ 센서이다.

선택적으로, 센서는 공기-유동 센서이며, 장치가 제대로 작동되고 있는지 여부를 결정하는데 도움을 준다.

선택적으로, 센서는 호흡기 문제를 진단할 수 있도록 과산화수소를 검출할 수 있다.

바람직하게, 각각의 센서는 탈착가능한 하우징에 수용되고, 하우징은 쉽게 교체할 수 있도록 장치에 부착될 수 있어서, 장치를 다음 환자가 사용하거나 결함이 있을 때 교체할 수 있다.

바람직하게, 콘덴서 플레이트가 펠티어 피스 타입(Peltier piece type)의 냉각 수단에 의해 냉각된다. 더 바람직하게, 히터 플레이트가 펠티어 피스를 갖는 냉각 배열구조에 수용되어, 콘덴서 플레이트로부터 열 에너지를 급속하게 제거하는데 도움이된다. 더 바람직하게, 장치는 장치에서 열 에너지를 제거하도록 히터 플레이트를 가로질러 공기를 빨아들이도록 설치된 팬을 포함한다.

바람직하게 분석작업을 수행하는 장치의 요소들이 제대로 작동하는지를 확인하기 위해서, 장치는 안정적으로 장치가 유지되는지 여부를 결정하도록 가속도계를 포함한다.

바람직하게, 제2 챔버는 장치로부터 호흡을 배출하여 난류 유동을 최소화시키도록 유체 출구를 갖는다.

바람직하게, 제2 챔저에 들어가는 호흡이 콘덴서 플레이트로 향하도록, 제2 챔버는 가이드(directing) 수단을 포함하며, 더 바람직하게는 램프를 포함한다.

호흡 습도와 다른 매개변수를 측정하는 장치의 두 실시예를 예시적으로만 나타내는 첨부된 도면과 관련하여 본 발명을 설명할 것이다. 도면에서:
도 1은 상이한 호흡 조건을 갖는 환자의 호흡 습도를 나타내는 도면이다;
도 2는 측정된 호흡 습도와 과산화수소의 값을 혼합하는 것을 나타내는 도면이다;
도 3은 장치 내의 공기-유동을 나타내는 도면이다;
도 4a, 도 4b는 장치의 이미지이다;
도 5는 장치의 개략도이다;
도 6은 장치의 내측 출구를 나타내는 도면이다;
도 7a, 도 7b는 카트리지 홀더와 장치 내에서 사용하는 카트리지를 나타내는 도면이다;
도 8은 장치 내 호흡 유동을 나타내는 도면이다;
도 9는 장치 내 호흡 유동을 추가로 나타내는 도면이다;
도 10a, 도 10b는 내쉰 호흡의 측정된 매개변수를 그래프로 나타내는 도면이다.

사람의 호흡 습도는 사람이 아프다는 것을 입증할 수 있는 하나의 수단이다. 또한, 호흡 습도는 병의 카테고리 내에서 환자를 구별하는데 사용될 수 있는데, 예를 들면 만성폐쇄성폐질환(COPD) 환자와 천식(Asthma) 환자를 구별할 수 있다. 이는 아래의 도 1에 도시되어 있다.

도 1에서, COPD 환자 그룹의 습도 샘플에서 측정한 평균 상대 습도(RH)는 건강한 환자 그룹에서 측정한 상대 습도보다 대략 15% 낮았다. 간단히 말해서, COPD 환자는 보통 건강 관리 그룹과 비교하여 호흡에 있는 수증기가 더 적었다. 또한, 천식 그룹의 경우 평균 호흡 상대 습도가 건강 관리 그룹과 COPD 그룹 사이에 있는 것을 알 수 있다. 도 1의 데이터는 155 명의 개인에 대하여 취득한 것이고, 호흡 상대 습도로부터 COPD, 천식 및 건강 관리 그룹 사이에서 진단 또는 선별을 할 수 있다는 것을 나타낸다. 중요한 것은, 호흡 습도가 강제 공기 이동, 내쉰 호흡 응축 과산화수소, 및 분할된 산화질소(FNO)와 같은 다른 매개변수와 함께 결합 될 때에만 더 유용하게 된다.

도 1의 데이터는 사람을 건강한 것으로 또는 폐질환이 있는 것으로 분류하기 에는 호흡 습도 자체로 충분하지만, 대략적인 평균 상대 호흡 습도의 차이가 5%이므로 환자가 예를 들어 COPD인지 천식인지 여부를 하위분류(subclassify)하는 것은 문제가 있다는 것을 나타낸다. 호흡 습도가 제2 매개변수와 결합되면, 환자를 COPD와 천식과 같은 추가 그룹으로 카테고리를 분류할 수 있다. 예를 들어, 내쉰 호흡(RH)을 호기 응축물(EBC) 과산화수소 응축물과 병행하여 검사하면, COPD 환자는 중간값의 EBC 과산화수소 응축물과 최저의 호흡(RH)을 갖는 반면, 건강한 그룹은 최저 EBC 과산화수소 응축물과 최고 호흡(RH)을 갖게 되는 명확한 패턴을 볼 수 있다. 천식 그룹은 RH에 대해서 중간값을 갖고, EBC 과산화수소 응축물에 대해서 최고값을 갖는다(표 2 참조).

논의한 것처럼, 두 개, 세 개 또는 그 이상의 호흡 매개변수를 조합하여 환자를 더욱 잘 분류할 수 있는 스코어나 스케일을 제공할 수 있고, 예를 들어 EBC 과산화수소 응축물을 상대 습도로 나누면, 천식과 COPD 그룹의 차이값이 증폭된다(표 1 참조).

근사값 평균 EBC 과산화수소(μM)	호흡 RH(%)	헬레(Helle) 스코어 (EBC 과산화수소/호흡 RH)
2.6	0.8	3.25
2.7	0.78	3.46
2.8	0.65	4.31

EBC 과산화수소와 RH를 조합하면 천식 환자와 COPD 환자를 구별하는 것을 향상시키는 스코어에, 즉 헬레 스코어(Helle Score)라고 부르는 스코어에 명확하게 도달하게 된다. 호흡 습도의 조합은 과산화수소와의 조합으로 한정되지 아니하며, FNO, pH 등등을 호흡 습도와 조합함으로써 임상적인 이점을 추가로 기대할 수 있다. 이러한 조합은, 장치에 포함되거나 원격으로 배치된 프로세서(도시 안됨)에 의해서 수행될 수 있다.비슷하게, 임상적인 검증의 결과를 호흡 습도와 조합함으로써, 임상적으로 유용한 스코어나 스케일이 생성될 수 있다. 호흡 측정과 호흡 습도에 의해 스코어나 스케일을 생성하는 것은 간단한 수학적 연산으로 한정되는 것이 아니고, 급수, 로그, 삼각함수 등등을 포함하는 다른 연산자도 개별적으로 또는 함께 사용될 수 있다.

환자의 호흡 습도를 측정하기 위해서, 다음의 기능을 포함하는 다수의 기능을 갖는 장치가 필요하다: 장치는 환자의 입과 결합되어야만 하며, 호기를 결정된 경로를 따라 가이드할 수 있어야만 하고, 입과 호흡 수집 영역 사이에 있는 죽은 공간(dead space)을 최소화시킬 수 있어야만 하고, 습도를 측정할 수 있어야 하고, 비호흡 증기 및 에어로졸로부터 흡도 센서를 보호할 수 있어야 하고, 주변 증기를 포함하여 주변 조건으로부터 습도 센서를 차폐할 수 있어야 하고, 유일한 소스가 호흡기 시스템인 증기를 측정할 수 있어야 하고, 선택적으로 호흡 온도도 측정해야만하고, 내쉰 숨이 이전에 내쉰 숨에 남아 있는 장치의 공기를 대체하도록 작동해야 한다.

호흡 습도를 측정하는 것에 대하여 잠재적으로 오염이 될 수 있는 주요 소스는 시험 대상 환자 부근에 존재하는 주변 습도이고, 그래서 호흡 습도는 센서가 주변 습도로부터 차단되어 있는 밀폐된 장치를 이용하여 이루어져야 한다. 나아가, 습도 센서는 약 10cm 정도로 입에 가까이 밀접하게 있어야만 하며, 센서는 기도와 달리 입에서 나오는 타액 에어로졸과 같은 오염물질로부터 보호되어야만 한다(도 3 참조).

도 4a와 도 4b는 호흡 습도와 이산화탄소 레벨과 여러가지 다른 매개변수를 측정할 수 있는 장치(10)의 휴대할 수 있는 실시예의 이미지이다. 이 도면에서, 교체할 수 있는 카트리지(11)가 도시되어 있고, 이 카트리지는 미세유체 분석시스템을 통합하고 있고, 분석시스템에 의해 내부에 예를 들어 과산화수소, pH, 글루코스, 케톤, 질소산화물 등등이 있는지를 결정할 수 있다. 도 7에 상세하게 도시된 카트리지(11)는 같은 출원인에 대해 공개특허공보 W02009013450에 개시된 냉각된 디쉬(cooled dish)와 같이 호흡의 일부를, 일반적으로 폐포(alveolar) 부분을 수집하는 수집 요소를 포함할 수 있다.

장치(10)는 CO₂ 센서(12)를 더 포함하며, 이 센서는 예를 들어 근적외선 센서이다. 콘덴서 플레이트(13)는 플레이트(13)에 냉각을 제공하는 펠티어 피스(14)에 인접하여 배치되어 있다. 펠티어 피스(14)의 다른 쪽에 히터 플레이트(15)가 배치되어 있고, 히터 플레이트는 펠티어 피스(14)에 대하여 히트 싱크의 역할을 한다. 팬(16)은 장치(10)에서 원치 않는 열을 인출하는 역할을 하며, 특히 히트 플레이트(15)를 가로질러 공기를 통과시켜 히트 플레이트(15)를 냉각시킨다.

도 5는 개략적으로 본 발명에 따른 장치(20)를 도시한다. 장치(20)는 사용자가 장치(20) 안으로 원활하게 숨을 들이마시도록 고안된 공기 입구(21)를 갖고 있다. 보통, 따라서, 입구(21)는 내쉰 호흡이 장치(20)에 들어가는 것을 사용자가 보장할 수 있도록 프로필이 형성되어 있다. 입구(21)는 교체식 마우스피스를 포함하거나 교체식 마우스피스에 결합되어, 장치(20)를 사용하는 서로 다른 사용자들 간의 위생문제를 개선한다.

입구(21)는 카트리지(11) 상에서 개방되고, 호기의 일부가 구획되어 별도의 유동 스트림으로 들어가며, 이 유동 스트림은 예를 들어 CO₂ 센서와 같이 장치(20) 자체에 통합된 센서에 도달하게 된다. 센서는 하우징(22) 내부에 위치한다. 원치않는 호흡의 난류나 역류가 발생하는 것을 방지하도록, 사용되지 않는 호흡에 대하여 개구(23)가 제공된다. 손잡이(28)가 제공되어 사용자는 장치(20)를 편안하게 숨쉬기에 편리한 위치에 고정할 수 있다. 장치(20)가 건강 시설 내에서 테스크탑 장치로 사용되는 경우나 다른 경우에 손잡이(28)가 없을 수 있다. 추가 옵션으로, 장치는 장치의 탈착가능한 손잡이를 포함할 수 있고, 이 손잡이는 사용중 유연성을 제공한다.

도 6은 본 발명의 실시예에 따른 장치(30)의 내부 특징을 설명하고 있다. 장치(30)는 호흡 입구(31)와 사용자가 장치(30)를 잡아서 고정하게 하는 손잡이(34)를 갖고 있다. 이 실시예에서, 손잡이(34)는 장치(30)의 다른 요소와 일체로 형성되어 있는데, 예를 들면 출구(33)와 하우징(32)과 일체로 형성되어 있다. 손잡이(34)의 다른 표면은 사용자가 장치를 손으로 쥐는 것을 수월하게 하도록 인체공학적으로 윤곽이 형성될 수 있다.

도 7a 및 도 7b에 도시된 카트리지(11)는 호흡 입구(31)의 부근에 위치한다. 카트리지(11)는 무엇보다도 RFID 태그(35)를 포함하고, RFID 태그는 우선 카트리지(11)의 정확한 로그가 이루어지는 것을 확실하게 하는데 사용될 수 있고 사용자에게 링크될 수 있다. 부가적으로, 태그(35)를 사용하면 카트리지가 여전히 유효기간 내에 있는지 여부를 결정할 수 있도록 카트리지의 수명을 체크할 수 있다. 카트리지(11)는 또한 일반적으로 센서를 포함하는 미세유체 어레이와 이와 관련된 시약을 포함하여, 여러 매개변수와 분해물질을 측정할 수 있다. 이러한 어레이는 기술분야에 알려져 있으며 당업자가 쉽게 이용할 수 있을 것이다.

장치(30) 내에 복수의 기능을 갖는 가속도계(36)가 있다. 첫째, 가속도계(36)는 장치(30)가 정확한 방위로 유지되고 있다는 것을 결정할 수 있다. 둘째, 가속도계(36)에 의하면, 사용 중에 장치(30)의 어떤 움직임을 결정할 수 있다. 이는 예를 들어 사용자의 손이 흔들리고 있는지 여부를 보여줄 수 있고, 손의 흔들림은 장치(30) 내의 유체 유동에 해로운 것이어서 에러 값이 나오는 결과를 초래할 수도 있다.

CO₂ 센서(42)의 위치가 추가 센서(43)와 함께 도시되어 있다. 장치(30)의 실시예에서, CO₂ 센서(42)로의 호흡은 장치(30)의 외부에 위치된 튜브(44)를 따라 흐른다(도 4에 도시됨). 센서(43)는 또 다른 별개의 튜브에 의해 비슷하게 공급된다. 센서의 추가 세트가 온도 및 상대 습도 센서와 3축 가속도계 센서를 수용하는 pcb 카드(38)의 사용-중 하부(37)에 위치된다.

도 6에서, 콘덴서 플레이트(45)가 카트리지(11)의 바로 뒤에 도시되어 있다. 펠티어 피스(46)가 플레이트(45)에 인접하여 수용되어, 플레이트에 필요시 냉각을 제공한다. 펠티어 피스(46)와 장치의 다른 구성요소를 위한 전력은 배터리(47)에 의해 공급된다.

센서를 통해 획득한 정보는 USB 인터페이스(48)를 통해 외부 모니터링 시스템으로 전달될 수 있다. 데이터 처리는 외부에서 실행될 수도 있고, 장치(30) 내에 장착된 추가 pcb(49)에서 수행될 수도 있다. 휴대용 장치(30)를 통해 정보를 사용자에게 제공하기 위해서, 사용자 인터페이스(149)가 또한 제공된다. H₂0₂ 레벨에서와 같은 추가 정보를 연결 포인트(80)를 통해 획득할 수 있고, 연결 포인트는 또한 유효한 카트리지(11)가 존재하는지 여부와 관련하여 결정하고 중계하는데 사용될 수 있다. 사용자가 호흡한 대기로부터 H₂0₂를 제거하는 것이 바람직한 경우에는, 필터를 공기 입구에 설치할 수 있다. 필요시 장치(30)를 통해 공기를 뽑아내기 위해, 배터리(47)로부터 전력을 인출할 수 있는 팬(81)이 포함된다.

이제 도 8 및 도 9를 살펴보면, 본 발명에 따른 장치를 도식으로 나타내고 있다. 도 8에서, 장치(50)의 구성요소들을 볼 수 있다. 도 9에서는 도 8의 장치를 통과하는 공기의 흐름을 보여주고 있다. 장치(50)는 실질적으로 튜브형태로 이루어진 주요 본체(51)를 갖고 있다. 본체(51)에 의해, 일단에서 본체(51)로 들어가는 사용자의 호기는 타단에서 콘덴서 플레이트(52)로 가이드될 수 있다. 그 사이에, 유동을 조절하여 장치(50)를 사용하고 호흡을 분석하는 동안 사용자가 들이마실 수 있다.

더 구체적으로, 본체(51)의 일단부에 마우스피스(53)가 고정되어 있다. 마우스피트(53)는 본체(51)에 탈착식으로 장착되어, 장치(50)의 다른 부분을 청소한 후에 추가로 마우스피스를 부착시켜서 다른 사용자가 장치(50)를 사용할 수 있게 한다. 마우스피스(53)는 두 방향 밸브(54)(two-way valve)에 의해 유동이 이루어지도록 본체(51)의 내부 체적공간에 연결되어 있다. 본체(51)는 챔버 벽(55)에 의해 두 개의 챔버(56a, 56b)로 나누어져 있다. 제1 챔버(56a)는 밸브(54)를 통해서 마우스피스(53)에 링크되어 있다. 제2 챔버(56b)는 원웨이 밸브(57)(one-way valve)를 통해서 제1 챔버(56a)에 유체연통식으로(fluidly) 연결되어, 이 밸브에 의해 제1 챔버로부터 제2 챔버로 유동이 이루어진다. 챔버 벽(55)과 호흡의 일부를 제1 챔버로부터 제2 챔버로 전달하는 수단은, 호기의 원치 않는 부분들이 콘덴서 플레이트(52)에 도달하는 것을 방지하는 역할을 한다. 챔버 벽(55)에 의해서, 제2 챔버(56b)와 연관된 콘덴서 플레이트(52)와 호흡 센서(58)로 호흡이 통과하는 것에 영향을 미치지 않으면서 공기가 본체(51) 내부로 빨려들어가도록 제1 챔버(56a)가 작동할 수 있다. 또한, 챔버 벽(55)은 제1 챔버 내에서 소정의 난류 유동을 유발시키는 역할을 한다. 이는 센서(62, 64)(아래 참조) 내의 공기-유동에 대하여 베르누이 효과를 제한하는 역할을 하며, 만약 그렇지 않을 경우에는 공기가 센서(62, 64)를 통과하는 대신 센서(62, 64)로부터 제1 챔버(56a) 안으로 유동하게 될 것이다.

센서(58)는 여러 매개변수에 대하여 데이터를 제공한다. 예를 들어, 센서(58)는 상대 습도(RH) 센서와 온도 센서를 포함할 수 있다. 제2 챔버(56b)에 들어가는 공기 유동의 대부분은 개구(60)를 통해 콘덴서 플레이트(52) 상에서 빠져나간다. 호흡 내에 용해되어 있는 다른 물질과 함께 호흡의 물 성분을 응축시키기 위해 콘덴서 플레이트(52)는 차갑게 유지된다. 콘덴서 플레이트(52) 상에서 응축되는 액체는 적절히 배치된 미세유동 에러이에서 분석하도록 외부로 빼낼 수 있다.

콘덴서 플레이트(52) 상에서 호흡의 유동을 더 잘 포커싱하기 위해, 경사진 내부 벽(70)이 제공된다. 또한, 원웨이 출구 밸브(71)에 의해, 유효하게, 콘덴서 플레이트(52)에서 리바운드되는 호흡이 압력에 의해 제2 챔버(56b)로 다시 들어오는 대신 장치(50)로부터 밖으로 유동하게 되는데, 만약 제2 챔버로 다시 들어오면 유입되는 호흡에 의해 난류 유동이 유발될 것이다. 이러한 난류 유동은 획득한 결과에 영향을 미치게 될 것이며, 특히 유발된 혼돈 유동(chaotic flow) 상태 때문이다.

본체(51) 내의 추가 유동 출구에 의해 호흡은 본체(51)의 외부에 위치하는 추가 분석기로 보내질 수 있다. 제1 추가 출구(61a)는 호기를 공기유동 측정 센서(62) 내부로 향하게 한다. 공기유동 측정 센서의 데이터에 의해 사용자가 정확하게 장치(50)를 사용하고 있는지 여부에 대한 결정을 할 수 있고, 사용자의 폐의 전반적인 효율성의 지표를 제공한다. 일반적인 공기유동 측정 센서는 압전 요소를 포함하며, 압전 요소는 공기유동의 압력 때문에 변형될 수 있고, 압전 소자에서 유발되는 변형과 압력 사이에는 일대일 링크가 있다. 센서(62)에서 밖으로 나가는 유체 경로가 튜브(63)에 의해 제공된다. 제2 추가 출구(61b)는 CO₂ 센서(64)에 이르게 된다. CO₂ 센서(64)의 예는 근적외선 검출기이다. 다시, 튜브(65)는 센서(64)에서 밖으로 나가는 유체 경로를 공급하도록 제공된다.

공기유동 측정 센서(62)와 CO₂ 센서(64)는 둘다 하우징(66) 내에 유지된다. 하우징(66)은 본체(51)의 외부에 탈착가능하게 장착되어 있고, 출구(61a, 61b)가 본체(51)의 벽(67)을 통과한다. 도시된 실시예에서, 강철 플레이트(68)가 벽(67)에 고정되어 있다. 하우징(66)을 플레이트(68)에 대하여 자성에 의해 고정유지시키도록 자석(69)을 이용한다. 하우징(66)을 본체(51)에 고정시키기 위한 기술분야에 알려진 다른 수단을 사용할 수 있다는 것도 이해할 수 있을 것이다.

장치는 스크러버, 콘덴서, 제습기, 건조기 등등의 상류에 위치한 호흡 습도를 위한 측정 포인트를 적어도 하나 이상 가져야만 하며, 이들은 또한 장치 내에 존재할 수 있다.

장치 내부에서 밸브와 제어된 체적을 사용하는 것은, 측정되는 샘플이 호흡과 대기중의 공기의 혼합물이 아니라 호기의 결과라는 확신을 제공하도록 구성되어야만 한다. 명확하게, 에어로졸 형태로 입에서 나오는 타액과 같은 오염물질이 센서에 도달하여 센서를 오염시키는 것이 방지되어야만 한다.

호흡에서 이루어지는 측정은 현재 COPD와 천식과 같은 질병을 식별하는데 사용되고 있고, 여기에서는 호흡의 습도를 측정하는 장치와, 측정값을 임상적으로 사용하는 것과, 호흡에서 측정된 다수의 매개변수와 함께 호흡 습도를 사용하는 것을 설명하고 있다.

*호흡 습도를 측정하는 장치는 환자의 입과 체결될 수 있어야만 한다. 입과 접촉하는 장치의 부분은 환자들 사이에서 미리 오염이 제거될 수 있어야만 하고, 또는 바람직하게는 교차-감염의 위험을 제거하도록 준비되어야만 한다. 장치는 선택적으로 에어로졸과 입자가 입에서 나와서 장치의 본체로 들어가는 것을 방지하기 위해서 또는 습도 센서를 오염시키는 위험을 방지하기 위해서 타액을 막을 수 있는 수단을 갖고 있다. 바람직하게, 장치에 의해 환자가 숨을 들이 마실 수 있어야 하지만, 장치는 보통 대략 500 cm³인 예상되는 주기적인 날숨의 부피 보다 적은 내부 체적을 갖고 있어야만 하며, 따라서 날숨이 장치의 내부 체적을 지배한다. 장치는 호흡 습도와 바람직하게는 호흡 온도를 측정할 수 있어야 하고, 이상적으로는 호흡 상대 습도를 측정할 수 있어야 한다. 장치는 선택적으로 날숨 압력, 유동률 및 이산화탄소 레벨을 측정해야만 한다. 장치는 시간에 따라 모든 매개변수를 측정할 수 있어야 하고, 따라서 이산화탄소, 호흡 들숨/날숨 압력, 이산화탄소 농도, 호흡 온도, 호흡 습도, 호흡 상대 습도, 대기 습도, 대기 상대 습도, 대기 온도 등등과 같은 매개변수가 모두 일시적으로 정렬되어 비교될 수 있다. 장치는 선택적으로 날숨의 응축 및 분석, 호흡 증기의 제거, FNO를 포함하는 가스상 분자의 측정과 같은 추가 기능을 가질 수 있다.

호흡 증기를 제거하거나 수집하는 것이 중요한 애플리케이션에서, 증기 수집 후에 호흡 습도를 측정하기 위해서 제2 습도 센서를 최초 호흡 습도 센서와 증기 수집 포인트의 하류에 설치할 수 있다. 호흡 습도 센서와 이후의 증기 수집 센서의 차이값에 의해, 증기의 수집된 체적과 수집의 효율을 결정할 수 있다.

Claims

호흡 습도 측정 장치로서,
내부 튜브 체적을 한정하는 관형 본체;,
상기 내부 튜브 체적에 연통되도록 연결된 입구;
호기를 수용하도록 상기 관형 본체의 제2 단부에 연통되도록 연결된 콘덴서 플레이트; 및
제1 단부와 제2 단부 사이에서 상기 내부 튜브 체적을 제1 챔버와 제2 챔버로 분할하고, 상기 제2 챔버는 상기 콘덴서 플레이트에 대한 유체 접근을 제공하는, 파티션 벽;을 포함하고,
상기 파티션 벽은 상기 제1 챔버로부터 상기 제2 챔버로 호흡을 통과시키는 원웨이 밸브를 구비하고;
상기 호흡 습도 측정 장치는 상기 제1 챔버의 관형 본체 벽 내에 하나 이상의 개구를 더 포함하고, 상기 개구는 각각 상기 제1 챔버에 센서를 연통되도록 연결시키고, 상대 습도 센서가 상기 제2 챔버에 연통되도록 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 호흡 습도 측정 장치.
제1항에 있어서,
상기 센서는 데이터 저장 장치에 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 호흡 습도 측정 장치.
제1항에 있어서,
상기 센서는 CO₂ 센서인 것을 특징으로 하는 호흡 습도 측정 장치.
제1항에 있어서,
상기 센서는 공기-유동 센서인 것을 특징으로 하는 호흡 습도 측정 장치.
제1항에 있어서,
상기 센서는 과산화수소 센서인 것을 특징으로 하는 호흡 습도 측정 장치.
제1항에 있어서,
상기 센서는 탈착가능한 하우징에 수용되고, 상기 하우징은 호흡 습도 측정 장치에 부착가능한 것을 특징으로 하는 호흡 습도 측정 장치.
제1항에 있어서,
콘덴서 플레이트를 냉각시키는 펠티어 피스 타입(Peltier piece type)의 냉각 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 호흡 습도 측정 장치.
제7항에 있어서,
히터 플레이트가 상기 펠티어 피스를 갖는 냉각 배열구조에 수용되어 있는 것을 특징으로 하는 호흡 습도 측정 장치.
제8항에 있어서,
공기를 흡입하여 공기가 상기 히터 플레이트를 가로지르도록 설치된 팬을 포함하는 것을 특징으로 하는 호흡 습도 측정 장치.
제1항에 있어서,
가속도계를 포함하는 것을 특징으로 하는 호흡 습도 측정 장치.
제1항에 있어서,
상기 제2 챔버는 호흡 습도 측정 장치로부터 호흡을 배출하는 유체 출구를 갖는 것을 특징으로 하는 호흡 습도 측정 장치.
제1항에 있어서,
상기 제2 챔버는 가이드 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 호흡 습도 측정 장치.
제12항에 있어서,
상기 가이드 수단은 램프인 것을 특징으로 하는 호흡 습도 측정 장치.
제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서,
프로세서를 포함하고, 상기 프로세서는 상대 습도 센서와 센서로부터 데이터를 수신하고, 상기 데이터를 처리하여 조합된 헬레 스코어(Helle Score)를 획득하는 것을 특징으로 하는 호흡 습도 측정 장치.