차동 압력 방식을 이용한 호흡측정 시스템 구현

An Implementation of Spirometry System Based Differential Pressure Method

본 연구에서는 호흡량 측정에 영향을 주는 요인들로부터 정확한 유량을 산출해내는 방법에 대해 고찰하고, 마취용 인공호흡기에 적용하여 수술환자의 호홉특성을 알아내는 호흡측정기를 구현하였다. 차동압력형 유량센서를 이용하여 압력, 온도, 가스구성의 상관관계에 따라 호흡량을 계측하였으며, 휴대형 기기에 적합하도록 전력 효율을 최대화 할 수 있게 시스템을 설계하였다. 구현 시스템은 크게 아날로그 인터페이스(analog interface)부, 신호처리부, 그리고 화면출력부로 나눌 수 있다. 아날로그 인터페이스부는 차동 압력 유량 센서와 차동 압력 센서로 구성된다. 전력소모를 최소화하기 위하여 여러 가지 기능을 단일소자로 수행할 수 있고, 저전력의 8비트 RISC 계열인 AVR프로세서를 중앙처리장치로 선택하였다. 데이터 전송부에서는 직렬(serial)통신(RS232, SPI)으로 측정된 값들의 출력 파형을 PC화면에 표시하거나 마취기로 전송한다. 차동 압력과 유량의 비선형적 관계를 선형화하였고, 센서 보정 기능은 일정 주기로 보정을 자동적으로 수행함으로써, 보다 안정적인 동작이 가능하게 한다. 아날로그 필터와 고속의 디지털 신호처리 알고리즘 구현으로 생체신호의 노이즈를 줄일 수 있었다. 작고, 가벼우며, 저전력인 시스템의 특징은 응급 환자나 이동중인 환자에게 적용될 수 있으며, 가래, 침, 습기와 같은 이물질에 영향이 적은 유량 센서의 사용으로 점액의 발생이 많은 마취기에서 유용하게 사용될 수 있다.

This paper considerated about exact flow volume calculation method from factors having an influence on measurement and introduced in anesthesia ventilator realized spirometry system. System used differential pressure sensing method with factors, that is temperature, pressure, gas density, humidity and mucus etc. System optimized for low power system for mobile system. System composed analog interface part, signal processing part, display part. Analog interface part have differential pressure flow sensor and defferential pressure sensor. Signal processing part have AVR processor for low power system display part use serial port (RS232, SPT). so it display at pc monitor or send to anesthesia ventilator. System is stable by linearizing 2th characteristics of flow-differential pressure, auto correction of sensor. Noise reduced by algorithm with analog filter and digital processing. Small, light, low power system is good at mobile system and applied to patient in emergency or mobile. and, System is useful at anesthesia ventilator by using flow sensor.