불편함 절감을 위한 호흡 동기형 산소공급 알고리즘
OXYGEN DELIVERY ALGORITHM SYNCHRONIZED WITH HUMAN BREATHING PATTERNS FOR ENHANCED COMFORT
- 주제(키워드) Chronic obstructive pulmonary disease (COPD) , Long term oxygen therapy (LTOT) , Prediction algorithm , discomfort index (DI) , Minimization of DI , Bench model , Synchronized demand oxygen delivery (SDOD)
- 발행기관 서강대학교 일반대학원
- 지도교수 이태수
- 발행년도 2013
- 학위수여년월 2013. 2
- 학위명 석사
- 학과 및 전공 일반대학원 기계공학과
- 실제URI http://www.dcollection.net/handler/sogang/000000049313
- 본문언어 한국어
- 저작권 서강대학교 논문은 저작권 보호를 받습니다.
초록/요약
Long term oxygen therapy (LTOT) has been widely used to treat patients with chronic obstructive pulmonary disease (COPD). The traditional oxygen delivery methods used for LTOT are continuous flow oxygen (CFO) and demand oxygen delivery (DOD). CFO wastes a considerable amount of oxygen because it supply oxygen as much as a flow rate prescribed by clinicians regardless of patients’ breathing patterns, whereas DOD often makes patients feel uncomfortable because it abruptly supplies a large amount of oxygen at the onset of inhalation. To overcome the drawbacks of CFO and DOD, a novel oxygen delivery method, synchronized demand oxygen delivery (SDOD), which can reduce waste oxygen and patient discomfort, was developed. In order to quantitatively represent the degree of discomfort, discomfort index (DI) was defined from the concept of “jerk”, which indicated the rate of change of acceleration. To determine the correlation between DI and the actual human feeling of discomfort, subjects’ responses to different levels of DI were tested. The results of this study show that DI is positively correlated with actual human discomfort (p < 0.001). To allow oxygen to be supplied smoothly before inhalation, an algorithm for predicting the onset of inhalation was developed. Moreover, DI was minimized to offer more comfortable oxygen delivery. By integrating the prediction algorithm and the minimization of DI, the previous SDOD method was modified. A bench model was constructed to validate SDOD. The results showed that the proposed algorithm accurately predicted the onset of inhalation. The difference in the real-time measured and predicted values for the beginning of inhalation was less than 0.10 s. Using the proposed minimization technique, the DI was decreased by 50% under 20 breaths per minute when compared with the DI calculated from a previous study. In conclusion, the SDOD could supply oxygen more comfortably while synchronizing with patients’ breathing patterns.
more초록/요약
장기적 산소치료 (long term oxygen therapy, LTOT) 는 만성 패쇄성 폐질환 (chronic obstructive pulmonary disease, COPD) 환자들을 치료하기 위해 가장 널리 쓰이는 방법이다. 현재 장기적 산소치료에 사용되는 산소 전달 방식은 연속적 산소 공급 방식 (continuous flow oxygen, CFO) 과 간헐적 산소 공급 방식 (demand oxygen delivery, DOD) 방식이 있다. 연속적 산소 공급 방식은 환자의 호흡 패턴과 상관 없이 처방 유량만큼의 산소를 연속적으로 환자에게 공급하기 때문에 낭비되는 산소의 양이 매우 많다. 반면에 간헐적 산소 공급 방식은 들숨 시작 시점에 많은 양의 산소를 공급하기 때문에 갑작스러운 산소 공급에 의해 환자들은 불편함을 느낀다. 따라서 두 가지 방법의 단점을 보완하기 위하여 새로운 산소 공급 방식인 호흡 동기형 산소 공급 방식 (synchronized demand oxygen delivery) 을 고안하였다. 호흡 동기형 산소 공급 방식은 낭비되는 산소의 양을 줄임과 동시에 환자의 불편함도 낮출 수 있는 방식이다. 환자의 불편함을 정량적으로 나타내기 위하여 discomfort index (DI) 를 정의하였고 각각 다른 DI 에 대한 피험자의 반응을 분석함으로써 실제 불편함과 양의 상관 관계가 있음을 확인하였다 (p < 0.001). 들숨 시작 전에 부드럽게 산소를 공급하기 위해서 들숨 시작 시점을 예측하는 호흡 패턴 예측 알고리즘을 개발하였다. 또한 더욱 편안한 산소 공급을 제공하기 위하여 DI 최소화 알고리즘도 고안하였다. 이 두 가지 알고리즘을 통합하여 SDOD 방식을 개선하였다. 개선된 SDOD 의 유효성을 검증하기 위하여 벤치 모델을 만들었다. 벤치 모델을 통하여 실험을 수행한 결과, 호흡 예측 알고리즘은 매우 정확하게 들숨 시작 시점을 예측하였다. 실제 측정된 값과 예측 된 값의 최대 차이는 0.1 초에 지나지 않았다. DI 최소화 알고리즘을 사용한 결과 20 BPM (breaths per minute) 정상 호흡에서 이전의 연구의 DI 보다 약 50% 정도 감소한 것을 확인할 수 있었다. 결론적으로 SDOD 방식은 환자의 호흡패턴과 동기화 되어 환자에 더욱 편안한 산소치료를 제공할 수 있다.
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