인공호흡기 튜브 리크테스트, 압력 강하와 BP Flow

압력 강하 테스트와 역압 흐름 테스트를 함께 하면 인공호흡기 튜브 세트의 기능을 검증할 수 있습니다.

인공호흡기 튜브 어셈블리 리크테스트는 인공호흡기의 소모품인 배관 세트에서 씰 문제와 장애물을 찾는 시험입니다. 2020년 COVID-19 발생으로 의료용 인공호흡기 수요가 급증했고, 일부 회사는 늘어난 수요를 맞추려고 생산 라인을 재조정했습니다. 생산량이 늘면서 이 생명 유지 장치와 조립품의 품질 관리에 더 신경을 쓰고 있습니다.

이 글은 Zaxis Inc의 2020년 3월 30일 기사로, 인공호흡기 배관 세트 어셈블리의 리크테스트를 검토합니다.

인공호흡기 튜브 어셈블리 사진.

개요

인공호흡기는 폐로 가스를 불어 넣는 장치입니다

의료용 인공호흡기는 호흡기라고도 부르는 생명 유지 시스템입니다. 내관이나 ET 튜브로 환자의 폐에 가스를 불어 넣도록 설계되었으며, 가스는 공기와 측정된 산소의 혼합물입니다. 산소의 양은 환자의 산소 포화도에 따라 달라지고 언제든 조절할 수 있으며, 가스의 압력도 면밀히 감시합니다.

각 호흡의 끝에서 인공호흡기가 가하는 압력을 PEEP(Positive End Expiratory Pressure)라고 합니다. CPAP 기계와 의료용 인공호흡기는 폐를 열린 상태로 유지하도록 PEEP를 사용합니다.

ET 튜브는 환자를 인공호흡기에 연결하는 튜브 어셈블리 또는 부품으로, 여러 구성 요소로 이루어집니다. 이 구성 요소는 수많은 부속품, 접착제, 초음파 용접으로 조립됩니다.

• 주름진 호스: 공기 흐름을 최대한 제어합니다.
• 피토 튜브: 환자에게서 나오는 기압을 측정해 폐가 무너지지 않도록 기계가 PEEP 압력을 충분히 가하는지 확인합니다.
• 호흡 튜브의 소프트 밸브: 환자가 제어된 가스를 흡입하는지 확인합니다.
• 공기 필터: 기계가 오염되지 않도록 보호합니다.

임상 배경

기계식 인공호흡기는 호흡 조건을 환자별로 조절합니다

기계식 인공호흡기는 환자가 호흡 능력을 잃거나 위험할 수 있는 상태 또는 사고가 있을 때 중재적 요법으로 씁니다. 여러 이유로 생기는 급성호흡기조난증후군(ARDS)도 그 대상입니다. 호흡기는 가스 교환(산소를 섭취하고 CO2를 제거), 개방된 기도 확보, 질식 방지, 외상이나 생명 위협으로 이어질 수 있는 호흡기 장애 대응을 돕습니다.

기계식 인공호흡기는 속도, 깊이, 공기 혼합, 유량, 조수량, 총 압력, 최소·최대 압력 한계를 제어합니다. 임상의는 환자의 병력과 요구에 맞게 인공호흡기를 프로그래밍합니다. 환자가 폐를 다쳤거나 COPD, 폐렴 같은 기존 호흡기 질환이 있으면 폐 안팎으로 밀어내는 공기의 총량과 최소·최대 피크 압력, 폐의 압력을 조절해 폐 합병증이 더 생기지 않게 하는 것이 중요합니다.

폐렴 환자에게 인공호흡기는 기도 보호와 호흡 보조뿐 아니라, 임상의가 폐를 완전히 팽창시키고 감압하도록 프로그래밍하는 데도 중요한 역할을 합니다. 이는 폐에서 이물질(담, 가래)을 이동시키는 데 도움이 되어 더 많은 산소를 섭취하게 하고, 호흡기를 쓰지 않아도 되는 날이 늘어나게 합니다.

시험 방법

압력 강하와 BP Flow로 두 가지 결함을 찾습니다

인공호흡기 튜빙 어셈블리를 리크테스트하면 다음 두 가지 주요 결함이 발견됩니다.

• 조립 부품 사이의 씰(Seals) 문제
• 인공호흡기 튜브 세트 안의 장애물 유무

튜브 벽과 조립체 연결부를 시험하는 가장 빠르고 저렴한 방법은 Pressure Decay(압력 강하) 테스트입니다. PD 테스트에서는 튜브나 튜브 세트의 한쪽을 리크테스터에 연결하고 다른 쪽을 막은 뒤 어셈블리를 가압해 값을 설정합니다. 압력 공급이 차단되면 부품이 안착되어 부품에 대한 열역학과 엘라스토메틱 효과가 줄어듭니다. 시험 단계 중 공기압이 줄면 누출을 뜻하며, 미리 정한 거부 값을 넘어 누출되거나 차단되지 않으면 좋은 부품입니다.

튜브 세트에 장애물이 있는지 확인하려면 후압 유량(BP Flow) 테스트를 쓰는 것이 좋습니다. BP Flow 테스트는 특정 유량에서 부품이 만드는 역압을 측정하며, 장애물이 있으면 공칭값에서 압력이 오르거나 내립니다. 이 압력 변화를 Pass/Fail 판정용으로 프로그래밍한 허용오차와 비교합니다.

이 유량 측정값은 배관 세트 설계마다 매우 중요합니다. 필터, 튜브 지름, 튜브 길이 같은 변수가 한 튜브 설계에서는 허용되지만 다른 설계에서는 허용되지 않는 값에 영향을 줄 수 있습니다.

시간 절약

튜브 어셈블리는 소모품이라 시험 시간이 짧아야 합니다

인공호흡기 장치는 많은 환자에게 여러 번 쓸 수 있지만, 튜브 어셈블리는 한 환자만 쓸 수 있는 소모성 제품입니다. 그래서 빠른 시험 시간이 필수입니다. 튜브 세트의 리크테스트 사이클 시간을 줄이는 방법은 다음과 같습니다.

• 테스트 볼륨을 최소화합니다.
• Pressure Decay와 BP Flow 기능이 있는 다기능 리크테스터를 씁니다. 리크테스트 포트가 여러 개인 장비를 권장합니다.
• 개별 부품이 아니라 시스템 전체를 공압으로 시험할 수 있는지 먼저 확인합니다.
• 정확하고 효율적인 테스트 시간을 설정합니다.

리크테스터를 인공호흡기 튜브 세트에 연결한 시험 사진.

리크테스터가 시험 대상 부품에 가까울수록 시험 속도가 빨라질 수 있습니다. 연결 호스와 피팅에 든 초과 볼륨을 없애면 압력 변화에 대한 민감도가 높아집니다. 시험 라인과 피팅의 지름 변화 같은 기하학적 차이는 시스템에 압력 강하를 일으킬 수 있습니다.

리크 멀티 테스터는 한 기계에서 여러 시험 유형을 수행하는 리크 테스터이며, Zaxis는 최초의 다기능 테스터로 이 기술을 개척했습니다. Isaac HD는 인공호흡기 튜브 어셈블리에 부착해 부품을 가압하고 PD 테스트를 한 뒤 바로 역압 유동 테스트를 할 수 있습니다. 멀티 채널을 지원하므로 두 번째 테스트를 위해 튜브 세트를 갈아 끼울 필요가 없고, 모든 과정이 한 기계에서 몇 초 만에 끝납니다.

결론

멀티 테스터는 시간과 생산 처리량을 개선합니다

호흡기에 심각한 영향을 줄 수 있는 새로운 바이러스의 세계적 유행이 의료용 인공호흡기와 소모성 튜브 세트의 수요를 늘렸고, 이 생명 유지 부품의 리크테스트는 매우 중요합니다. 역압 흐름 테스트와 압력 강하 테스트를 함께 하면 부품의 기능을 검증할 수 있습니다.

IsaacHD 같은 멀티 테스터는 시간을 절약하고 생산 처리량을 높입니다. 시험에 필요한 볼륨을 최소화하고 시험 구성 매개변수를 최적화하면 리크테스트 시간이 줄어 더 효율적인 생산 공정이 됩니다.

자주 묻는 질문

참고 자료

• Zaxis Inc, 2020.03.30
• Zaxis Isaac HD 리크 멀티 테스터