[PI코리아 제공] 낭성섬유증, 천식, 만성폐쇄성폐질환(COPD)과 같은 만성 호흡기 질환뿐만 아니라 코로나19와 관련된 기관지염, 인플루엔자, 폐질환에도 광범위한 치료가 필요하다. 이 중 의료용 벤틸레이터(ventilator)는 회복 단계에서 환자의 임상 상태를 개선하는 데 사용될 수 있다. 또한 의료용 네블라이저(nebulizer)는 약물을 기화시켜 폐로 깊이 흡입할 수 있도록 함으로써 폐질환 치료를 보장한다.

폐질환 및 호흡기 질환 치료를 위해 벤틸레이터와 네블라이저는 보편적으로 쓰이고 있다. 이에 PI는 다양한 피에조 솔루션을 갖춰 의료시스템을 지원하고 있다. [사진=유토이미지]

벤틸레이터의 핵심은 정밀도 및 신뢰도

의료용 벤틸레이터 시스템은 가스 호흡 및 산소 공급을 제어하여 폐 기능이 심각하게 손상된 환자의 자발적 호흡을 보장하고 대체한다. 심각한 호흡 장애, 호흡 부족의 경우에 사용되며 마취, 수술, 집중 치료에도 사용된다. 벤틸레이터를 집중적으로 관리할 때는 안정성과 정밀성이 중요하다. 스마트 인공호흡기와 같은 반응이 빠른 자동화 시스템은 PI의 피에조 컴퍼넌트와 같은 매우 역동적인 부품이 필요하다.

산소 공급을 제어하는 피에조 밸브

벤틸레이터는 환자에게 공기와 산소의 혼합물을 제공하는 동시에 폐를 환기하기 위한 적절한 압력을 보장한다. 피에조 액추에이터는 밸브를 직접 전환하거나 잠금 스프링 또는 볼륨 변위를 위한 유연한 튜브에 작용한다. 이 기술을 사용해 고속에서 저속까지의 유량을 가진 밸브 기능을 구현할 수 있다. 특히 피에조 밸브는 수 밀리미터의 이동 범위를 제공하는 ‘PICMA 다층 밴딩 액추에이터’를 사용해 매우 컴팩트한 디자인으로 제조할 수 있다.

이 액추에이터는 에너지 소비량이 매우 낮기 때문에 배터리로 작동하는 휴대용 벤틸레이터에 이상적이다. 비례 기술을 사용하는 피에조 밸브의 뛰어난 제어 특성으로 인해 밸브의 빠르고 역동적인 모션이 가능하며, 소음이 적어 소음에 민감한 환경에서도 영구적으로 사용할 수 있다.

피에조 트랜스듀서(transducer)로 비접촉 유량 측정

의료용 벤틸레이터의 주요 기능은 가스 흐름 제어 및 모니터링이다. 이는 지속적인 공기 흐름과 벤틸레이터의 작동을 조정하기 위해 유량의 감소를 감지한다. 런타임 측정을 위해 디스크나 플레이트와 같은 피에조 컴퍼넌트를 초음파 트랜스듀서에 사용해 가스 흐름 속도와 유량을 신뢰성 있게 결정할 수 있다.

또한, 유체 챔버 외부의 액체를 비접촉식으로 모니터링할 수 있어 오염을 방지하므로 의료 기기에서 특히 적합하다. 초음파 유량 센서는 설계에 따라 벤틸레이터 시스템, 고정 장치 내, 호흡 마스크 자체에서 사용된다.

피에조 트랜스듀서 [사진=PI코리아]

피에조 기반 네블라이저의 이점

호흡기 질환의 치료법은 전통적으로 제트 네블라이저를 통해 약을 투여하는 것이다. 흡입 방법은 매우 미세한 방울로 압축하거나 PI의 피에조 컴퍼넌트가 초음파 트랜스듀서 역할을 하는 멤브레인 네블라이저에서 압전 기술을 사용해 방울을 생성하는 것이다.

이는 수천 개의 마이크로미터 구멍이 있는 스테인리스 스틸 멤브레인을 자극해 고주파 진동을 일으키며 특히 균일한 에어로졸을 생성한다. 컴팩트한 디자인과 유연한 이동 모드는 높은 힘, 가속도 및 초음파 구동 주파수를 가능하게 한다.

멤브레인 네블라이저: 효율적인 에어로졸 생성

피에조로 구동되는 에어로졸 생성은 고품질 의약품을 보다 정확하게 적용할 수 있도록 하고, 부작용의 위험을 크게 감소시키는 혁신적인 치료 개념이다. 피에조 세라믹은 변위를 일으키기 위해 crystal effect를 사용하므로 마찰 및 마모가 없어 유지관리가 필요 없다. 가장 큰 강점은 멤브레인 네블라이저가 기존 시스템보다 약물을 분무하는 시간이 적게 든다는 것이다. 또한 소음이 거의 없고 최소한의 에너지가 필요하므로 휴대용 흡입기에 적합하며 전문적인 세척도 가능하다. 따라서 이 네블라이저는 특히 자주 숨을 들이마셔야 하는 만성 호흡기 질환을 앓고 있는 환자들에게 큰 효과를 준다.

한편, PI Ceramic은 단순한 피에조 제작을 넘어서 피에조를 초음파 트랜서듀서에 통합하거나 멤브레인 또는 다이어프램에 접착해 고객에게 맞춤 솔루션을 제공한다. 이 인터페이스를 사용해 피에조 부품을 유연한 인쇄 회로 기판에 연결하면 시감이 많이 걸리는 수동 납땜을 대신할 수 있으며 지속적인 제품 품질도 보장할 수 있다.

[김관모 기자 (news@industrynews.co.kr)]

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