KR101275632B1 - 고전압으로부터 시스템을 보호하기 위한 회로를 구비한 의료기기 - Google Patents

고전압으로부터 시스템을 보호하기 위한 회로를 구비한 의료기기 Download PDF

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Abstract

고전압으로부터 시스템을 보호하기 위한 회로를 구비한 의료기기가 제공된다. 본 의료기기는, 인체의 장기로 전압을 인가하는 전압 출력부, 전압 출력부의 출력단과 인체의 장기에 연결되어 있으며 입력 신호의 전압을 단계적으로 저감시키는 입력부 및 전압 출력부의 전압 인가 동작을 제어하는 프로세서를 포함한다. 이에 의해, 자체적으로 발생되는 고전압으로부터 시스템을 보호할 수 있어, 고전압 역류에 의한 의료기기 고장 발생을 방지할 수 있게 된다.

Description

고전압으로부터 시스템을 보호하기 위한 회로를 구비한 의료기기{Medical apparatus using circuit for protecting system from high voltage}
본 발명은 의료기기에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 인체에 이식할 수 있는 형태의 의료기기에 관한 것이다.
최근 노령화에 따른 심장의 전기 전도체의 퇴행성 변화에 의한 급성심장마비 또는 심근경색과 같은 부정맥의 환자가 증가하고 있는 상황이다.
일반적으로 급성심장마비의 주요 원인으로는 심실세동, 심실빈맥이 주원인이므로 이의 치료에는 전기 충격에 의한 제세동기(Defibrillator), 심장박동조율기(Pacemaker)와 같은 CRM(Cardiac Rhythm Management)기기가 반드시 필요하나 전기 충격기는 응급실, 구급차에나 비치될 정도로 아주 크다.
따라서, 인체 내에 이식하여 부정맥이 발생되면 전기를 내보내어 정상 박동으로 돌려줄 수 있는 인체 이식형 제세동기 시스템이 개발되어, 다른 시스템들과 함께 사용되어지고 있다.
도 1에는, 드러그 펌프(Drug Pump)(10), 심장박동 조율기(20), 신경 자극기(Neural Stimulator)(30) 및 제세동기 시스템(40) 등의 의료기기들을 인체 이식형으로 구현한 사례를 나타내었다. 도 1에 도시된 의료기기들(10, 20, 30 및 40)은 서버(50)와 무선 통신하여, 생체정보를 전달할 수 있으며, 이에 의해 정기적 추적치료, 중앙 감시, 긴급호출 및 관리가 가능하다.
한편, 인체 이식형 제세동기 시스템(40)의 경우 고전압을 발생시켜 출력하여야 하는데, 이 고전압이 인체 이식형 제세동기 시스템(40)으로 역류하는 경우 고장이 발생할 수 있다.
그리고, 이와 같은 원인에 의한 인체 이식형 제세동기 시스템(40)의 고장은 위험상황 발생시 적시의 처치를 불가능하게 하므로, 환자의 생명을 위협하는 요소로 작용하게 된다.
유럽특허출원공개공보 EP0246064(1987.11.19) 등록특허 10-0948671(2010.03.12) : 제세동기 등록특허 10-0740766(2007.07.11) : 니들을 이용한 심폐소생기
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은, 자체적으로 발생되는 고전압으로부터 시스템을 보호할 수 있는 회로를 구비하고 있는 의료기기를 제공함에 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른, 의료기기는, 인체의 장기로 전압을 인가하는 전압 출력부; 상기 전압 출력부의 출력단과 상기 인체의 장기에 연결되어 있으며, 입력 신호의 전압을 단계적으로 저감시키는 입력부; 및 상기 전압 출력부의 전압 인가 동작을 제어하는 프로세서;를 포함한다.
그리고, 상기 입력부는, 입력 신호의 전류를 제한하는 제1 전류 리미터; 상기 제1 전류 리미터에서 출력되는 신호의 전압을 감소시키는 제1 전압 클램퍼; 상기 제1 전압 클램퍼에서 출력되는 신호의 전압을 제한하는 제2 전류 리미터; 및 상기 제2 전류 리미터에서 출력되는 신호의 전압을 감소시키는 제2 전압 클램퍼;를 포함할 수 있다.
또한, 상기 제1 전류 리미터는, 제1 저항을 포함하고, 상기 제2 전류 리미터는, 제2 저항을 포함하며, 상기 제2 저항의 크기는 상기 제1 저항의 크기 보다 작을 수 있다.
그리고, 상기 제1 전압 클램퍼는, 제1 다이오드를 포함하고, 상기 제2 전압 클램퍼는, 제2 다이오드를 포함하며, 상기 제1 다이오드의 애노드는 상기 제2 전류 리미터에 연결되고, 상기 제1 다이오드의 캐소드는 상기 제1 전류 리미터에 연결되며, 상기 제2 다이오드의 애노드는 상기 제2 전류 리미터에 연결될 수 있다.
또한, 상기 인체의 장기는, 인체의 심장이고, 상기 전압 출력부가 인가하는 전압은, 세동제거를 위한 전압이며, 상기 의료기기는 상기 인체에 이식될 수 있다.
한편, 본 발명의 다른 실시예에 따른, 의료기기 보호방법은, 인체의 장기로 전압을 인가하는 단계; 및 상기 인가단계에서 인가된 전압으로 인한 입력 신호의 전압을 단계적으로 저감시키는 단계;를 포함한다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 자체적으로 발생되는 고전압으로부터 시스템을 보호할 수 있어, 고전압 역류에 의한 의료기기 고장 발생을 방지할 수 있게 된다. 이에 의해, 의료기기 고장 발생으로 인한 응급처치 불가로, 환자의 생명을 위태롭게 만드는 사태가 발생하지 않게 된다.
도 1은 의료기기들을 인체 이식형으로 구현한 사례를 나타낸 도면,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른, 인체 이식형 제세동기 시스템의 블럭도, 그리고,
도 3은, 도 2에 도시된 입력부의 상세 블럭도이다.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세하게 설명한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른, 인체 이식형 제세동기 시스템(Implantable Defibrillation System)의 블럭도이다. 본 실시예에 따른 인체 이식형 제세동기 시스템은 체내에 이식되어, 심장이 멎었을 때 세동제거를 위한 고전압을 심장에 인가한다.
이와 같은 기능을 수행하는 본 실시예에 따른 인체 이식형 제세동기 시스템은, 전압 출력부(110), 입력부(120), 심전도 측정부(130), 프로세서(140) 및 무선 통신부(150)를 구비한다.
전압 출력부(110)는 배터리와 커패시터를 구비하고 있으며, 이들을 이용하여 세동제거를 위한 고전압(약 650V)을 생성하여 심장으로 인가한다.
심전도 측정부(130)는 심장에 직접 연결되어 심전도를 측정하고, 측정결과를 프로세서(140)로 전달한다.
프로세서(140)는 심전도 측정부(130)에서 측정된 심전도를 기초로, 심장의 상태를 파악한다. 파악결과, 설정된 특정 시간 동안 심장이 멎어 있는 상태가 계속되면, 프로세서(140)는 심장으로 세동제거를 위한 고전압이 출력되도록 전압 출력부(110)를 제어한다.
무선 통신부(150)는 주변의 통신 기기, 서버 등과 무선으로 통신가능하도록 연결된다. 프로세서(140)는 무선 통신부(150)를 통해 주변의 통신 기기, 서버 등에 심장 상태 정보 및 심전도 정보 등을 무선으로 전송할 수 있다.
입력부(120)는 전압 출력부(110)의 출력단과 심장에 연결되어 있다. 이에 따라, 전압 출력부(110)에서 심장으로 세동제거를 위한 고전압이 인가되는 경우, 입력부(120)에도 고전압의 신호가 역류하게 된다.
유입되는 고전압 신호가 인체 이식형 제세동기 시스템에 마련된 소자들에 직접 인가되어 소자들이 전기적으로 파손되는 것을 방지하기 위한 보호회로가, 입력부(120)에 구비되어 있다. 이 보호회로에 의해, 입력부(120)는 유입되는 고전압의 입력 신호를 단계적으로 저감시킬 수 있다.
여기서, 인체 이식형 제세동기 시스템에 마련된 소자들에는, 도 2에 도시된 심전도 측정부(130), 프로세서(140) 및 무선 통신부(150)는 물론, 편의상 도 2에 도시하지 않은 증폭기, ADC 등도 포함한다.
도 3은, 도 2에 도시된 입력부(120)의 상세 블럭도이다. 도 2에 도시된 바와 같이, 입력부(120)는 보호회로-1(121)와 보호회로-2(122)를 포함한다.
보호회로-1(121)는 유입되는 고전압 신호의 전압과 전류를 1차적으로 저감시키는데, 도 2에 도시된 바와 같이 전류 리미터-1(121-1)과 전압 클램퍼-1(121-2)을 구비한다.
전류 리미터-1(121-1)은 입력부(120)로 유입되는 고전압 신호의 전류를 1차적으로 제한하는 소자이다. 전류 리미터-1(121-1)는 저항(R1)을 이용하여 유입되는 고전압 신호의 전류를 제한할 수 있다.
이때, 저항(R1)으로 39kΩ을 이용하면, 전류 리미터-1(121-1)에서의 전류(IR1)를 16.6㎃(≒ 650V/39㏀)으로 제한할 수 있다.
전압 클램퍼-1(121-2)는 전류 리미터-1(121-1)에서 출력되는 신호의 전압을 감소시키는 소자이다. 전압 클램퍼-1(121-2)는 다이오드(D1)를 이용하여 유입되는 신호의 전압을 감소시킬 수 있다.
다이오드(D1)는 일정한 값 이상의 역방향 전압이 가해진 경우 일정한 전압의 신호가 출력되는 제너 다이오드(Zener Diode)로 구현함이 바람직한데, 전류 리미터-1(121-1)에서 출력되는 신호의 전압이 매우 높음을 감안한 것이다.
제너 다이오드는 역방향으로 연결하여, 제너 다이오드의 캐소드(-)가 전류 리미터-1(121-1)에 연결되고, 제너 다이오드의 애노드(+)가 후술할 전류 리미터-2(122-1)에 연결되도록 한다.
이때, 제너 다이오드로 "BZX84C10"를 이용하면, 전압 클램퍼-1(121-2)에서의 출력 전압은 8.2 ~ 12V로 유지시킬 수 있다.
보호회로-2(122)는 유입되는 신호의 전압과 전류를 2차적으로 저감시키며, 도 2에 도시된 바와 같이 전류 리미터-2(122-1)와 전압 클램퍼-2(122-2)를 구비한다.
전류 리미터-2(122-1)는 전압 클램퍼-1(121-2)로부터 유입되는 신호의 전류를 제한하는 소자이다. 전류 리미터-2(122-1)는 저항(R2)을 이용하여 유입되는 신호의 전류를 제한할 수 있다.
이때, 저항(R2)은 전류 리미터-1(121-1)에 구비된 저항(R1) 보다 작은 것으로 구현함이 바람직한데, 저항(R2)으로 유입되는 전류가 저항(R1)으로 유입되는 전류 보다 작음을 반영한 것이다. 예를 들어, 저항(R2)은 저항(R1)의 1/4 정도인 10kΩ으로 구현할 수 있다.
전압 클램퍼-2(122-2)는 전류 리미터-2(122-1)에서 출력되는 신호의 전압을 감소시키는 소자이다. 전압 클램퍼-2(122-2)는 다이오드(D2)를 이용하여 유입되는 신호의 전압를 감소시킬 수 있다.
다이오드(D2)는 일반 다이오드를 순방향으로 연결하여 구현함이 바람직한데, 전류 리미터-2(122-1)에서의 입력/출력 전압이 전류 리미터-1(121-1)에서의 입력/출력 전압에 비해 많이 낮음을 감안한 것이다.
이때, 다이오드(D2)로 "BAV99(Dual in-series diode)"를 이용하면, 전압 클램퍼-2(122-2)에서의 출력 전압을 3V 정도로 감소시킬 수 있는데, 3V는 인체 이식형 제세동기 시스템에 마련된 소자들이 감내할 수 있는 크기의 전압에 해당한다.
지금까지, 유입되는 고전압에 대한 보호회로를 구비한 인체 이식형 제세동기 시스템에 대해 바람직한 실시예를 들어 상세히 설명하였다.
위 실시예에서 상정한 심장에 고전압을 인가하는 인체 이식형 제세동기 시스템은 예시적인 것에 불과하다. 심장 이외의 다른 장기에 대한 모니터링/처치를 위한 인체 이식형 의료기기의 경우에도 본 발명의 기술적 사상이 적용될 수 있다.
또한, 위 실시예에서 언급한 소자들의 규격들은 이해의 편의를 위한 예시적인 것에 불과하며, 본 발명은 언급한 규격들에 한정되는 것은 아님에 유념하여야 한다.
아울러, 위 실시예에서는 고전압 신호의 전압/전류를 2단계에 걸쳐 저감시키는 보호회로를 구성/도시/설명하였으나, 이 역시 설명의 편의를 위한 일 예에 불과하다. 3단계 이상에 걸쳐 신호의 전압/전류를 저감시키는 회로의 경우도 본 발명의 기술적 사상이 적용될 수 있음은 당연하다.
또한, 이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어져서는 안될 것이다.
110 : 전압 출력부 120 : 입력부
121 : 보호회로-1 121-1 : 전류 리미터-1
121-2 : 전압 클램퍼-1 122 : 보호회로-2
122-1 : 전류 리미터-2 122-2 : 전압 클램퍼-2
130 : 심전도 측정부 140 : 프로세서
150 : 무선 통신부

Claims (6)

  1. 인체의 장기로 전압을 인가하는 전압 출력부;
    상기 전압 출력부의 출력단과 상기 인체의 장기에 연결되어 있으며, 입력 신호의 전압을 단계적으로 저감시키는 입력부; 및
    상기 전압 출력부의 전압 인가 동작을 제어하는 프로세서;를 포함하고,
    상기 입력부는,
    입력 신호의 전류를 1차적으로 제한하는 제1 전류 리미터;
    상기 제1 전류 리미터에서 출력되는 신호의 전압을 1차적으로 감소시키는 제1 전압 클램퍼;
    상기 제1 전압 클램퍼에서 출력되는 신호의 전류를 2차적으로 제한하는 제2 전류 리미터; 및
    상기 제2 전류 리미터에서 출력되는 신호의 전압을 2차적으로 감소시키는 제2 전압 클램퍼;를 포함하는 것을 특징으로 하는 의료기기.
  2. 삭제
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 제1 전류 리미터는, 제1 저항을 포함하고,
    상기 제2 전류 리미터는, 제2 저항을 포함하며,
    상기 제2 저항의 크기는 상기 제1 저항의 크기 보다 작은 것을 특징으로 하는 의료기기.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 제1 전압 클램퍼는, 제1 다이오드를 포함하고,
    상기 제2 전압 클램퍼는, 제2 다이오드를 포함하며,
    상기 제1 다이오드의 애노드는 상기 제2 전류 리미터에 연결되고, 상기 제1 다이오드의 캐소드는 상기 제1 전류 리미터에 연결되며,
    상기 제2 다이오드의 애노드는 상기 제2 전류 리미터에 연결되는 것을 특징으로 하는 의료기기.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 인체의 장기는, 인체의 심장이고,
    상기 전압 출력부가 인가하는 전압은, 세동제거를 위한 전압이며,
    상기 의료기기는 상기 인체에 이식되는 것을 특징으로 하는 의료기기.
  6. 삭제
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0024606A1 (de) * 1979-08-17 1981-03-11 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft, Patentabteilung AJ-3 Saugrohranlage für 4- bis 6-Zylinder-Reihen-Brennkraftmaschinen

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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EP0024606A1 (de) * 1979-08-17 1981-03-11 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft, Patentabteilung AJ-3 Saugrohranlage für 4- bis 6-Zylinder-Reihen-Brennkraftmaschinen

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