KR101532613B1 - 정맥내 수액유량 자동 조절장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 수액세트에 탈착 가능하게 장착되며, 수액세트에 장착한 상태에서 목표 유량을 입력받을 시에 1회 유량 측정 및 1회 유량 조절에 의해 목표 유량을 자동 조절하는 정맥내 수액유량 자동 조절장치에 관한 것으로서, 유량조절기(30)를 파지할 시에 다이얼(32)을 특정 회전 위치에서 파지하여 기준점을 정함으로써 다이얼(32)의 회전 위치를 정확하게 파악하며 유량 조절하고, 다이얼(32)의 회전 위치에 대한 유량의 상관 관계에 의해 1회 측정한 정보를 반영하여 목표 유량에 대응되는 회전 위치를 파악하여 유량 조절할 수 있다.

Description

정맥내 수액유량 자동 조절장치{AUTOMATIC FLOW RATE CONTROL SYSTEM OF INTRAVENOUS FLUID}
본 발명은 수액세트에 탈착 가능하게 장착되며, 수액세트에 장착한 상태에서 목표 유량을 입력받을 시에 1회 유량 측정 및 1회 유량 조절에 의해 목표 유량을 자동 조절하는 정맥내 수액유량 자동 조절장치에 관한 것이다.
도 1에 도시한 바와 같이 수액세트(20)는 수액병(10)에 연결하여 수액병(10)에 담긴 수액을 수액치료의 처방에 따른 목표 유량으로 조절하여 환자에게 투여하는 의료 기구로서, 수액병(10)에 연결되어 수액이 점적(21a, drop, 단위:gtt)의 형태로 내부공간에서 낙하하여 내부공간의 하부에 고이게 한 점적통(21)과, 점적통(21)에 연결되어 점적통(21)의 하부에 고이는 수액을 주사바늘(23)로 흐르게 하는 튜브(22)와, 튜브(22)의 단부에 설치한 주사바늘(23)과, 튜브(22)의 중간에 장착되어 수액의 유량을 조절하게 한 유량조절기(24, 30)를 포함하여 구성된다.
점적통(21)의 내부에서 낙하하는 점적(21a)의 부피는 점적의 낙하주기에 따라 가변하지만 일반적으로 거의 일정한 것으로 간주하므로, 점적(21a)을 카운터하여 유량을 산출할 수 있고, 점적 낙하주기의 변동을 관찰함으로써 목표 유량에 대응되는 점적 낙하주기가 나타날 때까지 유량조절기(24, 30)를 조금씩 조작하여 목표 유량을 맞출 수 있다.
여기서, 유량조절기(24, 30)는 조작부의 형태 및 유량조절 원리에 따라 롤러클램프(24, Roller Clamp)와 유량조절기(30)로 분류된다. 여기서, 롤러클램프(24)는 롤러로 구성한 조작부를 상하로 이동시켜 튜브(22)의 유로 단면적을 변경시키게 구성되어서, 조작부의 이동에 따른 유량 변동이 매우 심하게 나타나므로, 유량 조절이 쉽지 않고 부정확하며 정확한 표시눈금을 표시할 수가 없다.
최근에는 롤러클램프(24)의 단점을 보완하기 위해서 내부 유로를 변화시켜 유량을 조절하는 유량조절기(30, IV Flow Regulator)가 개발되어 사용되고 있다. 유량조절기(30, IV Flow Regulator)는 내부 유로를 갖추며 튜브의 중간을 절단하여 연결하고 다이얼를 회전시켜 회전 각도를 바꿈에 따라 내부 유로를 가변하여 유량을 변동할 수 있고, 다이얼의 회전각 조절범위 내에 눈금을 새기고 다이얼을 눈금에 맞춰 측정한 눈금유량을 표기하여서 목표 유량에 맞는 눈금에 다이얼을 맞춰 유량을 조절하게 하였다. 이와 같이 유량조절기(30)를 사용하는 경우에도 일반적으로 롤러클램프(24)를 추가 설치하기도 한다.
하지만, 임상현장에서 수액세트(20)로 투여하는 수액의 유량을 실제로 측정하여 보면, 눈금에 표기한 눈금유량과의 차이가 크게 나타므로, 눈금유량(24c)은 참고만 하고, 롤러클램프(24)의 사용법과 동일하게 유량을 조금씩 변경하며 유량을 측정하는 과정을 반복하여 목표 유량을 맞춰야만 하였다.
이와 같은 반복적 유량 측정 및 조절과정의 어려움을 해소하기 위해서, 본 발명의 출원인은 등록특허 제10-1327862호에 개시한 바와 같이 1회의 유량 측정으로 목표 유량에 대응되는 조작부(24a)의 위치를 알아내는 보정장치(40)를 창안하였다.
등록특허 제10-1327862호에 따르면, 수액세트의 셋팅된 상황을 나타내는 상황변수(예를 들면 수위차)에 따라 눈금에 대한 유량의 그래프가 상이하게 나타나므로, 수액세트가 셋팅된 상황을 나타내는 상황변수(예를 들면 수위차), 눈금에 따라 가변하는 계수 및 눈금에서 측정한 유량 간의 상관 관계식에 근거하여서, 수액세트를 사용하여 수액을 실제 투여할 시에 임의의 눈금에서 유량을 측정하여 상황변수를 획득함으로써, 상황변수에 대응되는 유량 그래프를 알 수 있고, 이에, 목표 유량에 대응되는 눈금을 찾아 유량 조절할 수 있다. 즉, 임의의 눈금에서 1회 유량 측정함으로써 목표 눈금을 찾을 수 있다.
하지만, 등록특허 제10-1327862호는 상황변수에 따른 유량 변화를 상관 관계식에 대입하여 계수의 값을 산출하여야 하고, 계수의 값을 저장하여야 하며, 눈금을 계수의 값으로 하지 아니할 경우에 눈금과 계수 간의 관련 정보를 별도로 저장하여야 한다.
또한, 본 출원인의 등록특허 제10-1327862호는 목표 눈금 이외에도 수액유량조절기를 초기 눈금으로 조절하고 유량을 측정해야 하며, 초기 눈금 및 실측 유량을 입력해야 하므로, 사용상 불편하고 번거로우며, 수액을 투여하는 중에 수액세트의 설치 상태가 변하면 불편하고 번거로운 유량 조절과정을 다시 해야만 하였다.
이러한 사용상 불편함 및 번거로움을 해소할 수 있는 기술로서, 등록특허 제10-0664643호 및 등록특허 제10-1230772호는 유량 측정 수단과 유량 조절 수단을 구비하여 수액 유량을 자동으로 조절하게 구성되었다. 하지만, 상기한 종래기술들에서 사용하는 유량 조절 수단은 롤러클램프처럼 유량 조절이 정밀하지 아니한 튜브누름장치로 구성되어서, 수액의 유량이 목표 유량으로 수렴할 때까지 유량 신호를 피드백하며 유량 조절 수단을 가동해야 하며, 이에 따라, 신속 정확하게 유량을 조절하지 못하였다. 더욱이, 기존에 사용하는 수액유량조절기(30)는 매우 정밀하여 유용하게 사용할 수 있으나, 상기한 종래기술들에서는 이를 활용하지 아니하므로, 비효율적이었다.
한편, 정밀한 수액 투여 기구로서, 실용신안공보 제20-1989-0004900호를 예로 들수 있는 인퓨젼펌프가 있다. 인퓨젼펌프는 펌핑수단을 이용하여 유량을 목표 유량으로 일정하게 투여한다. 하지만, 인퓨젼펌프는 수액의 흐름 자체가 중력에 의해 낙하하는 힘을 받아 투여하는 것이 아니고, 인위적 펌프로 유압을 가하는 방식이므로, 튜브가 막히는 상황(예를 들면 튜브가 심하게 꺾이는 상황)이 발생하면 무리하게 펌핑하여 주사바늘의 이탈, 점적통의 분리 등의 문제가 발생할 수 있고, 전력을 지속적으로 공급받아야 동작하므로 전력 사용량이 많고 전력 공급이 차단되면 수액 투여가 중단되어 의료 사고로 이어질 수 있으며, 고가의 장비임에 따라 특별한 경우에만 제한적으로 사용되었다.
KR 10-0664643 B1 2006.12.27. KR 10-1230772 B1 2013.01.31. KR 20-1989-0004900 Y1 1989.07.28. KR 10-1327862 B1 2013.11.05.
따라서, 본 발명의 목적은 유량조절기(30)가 설치된 수액세트(20)에 장착되어 목표 유량에 맞춰 자동으로 유량 조절하며, 기존 수액세트(20)에 손쉽게 탈착 가능하여 사용상 편리하고, 유량을 1회 측정하여 수액세트의 설치 상태를 파악한 후 정밀 유량 조절이 가능한 기존 유량조절기(30)의 특성을 반영하여 유량조절기(30)를 1회 조작함으로써 수액세트의 유량을 신속 정확하게 맞추는 정맥내 수액유량 자동 조절장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 특정 수위차에서 측정한 유량 정보만을 이용하여 목표 유량으로 조절할 수 있게 하고, 목표 유량에 맞춰 유량을 투여하는 중에도 유량 변동을 모니터링하여 수액세트의 설치 상태 변화를 감시하고 수액세트의 설치 상태 변화에 따른 유량 변동 시에 유량조절기(30)를 1회 조작함으로써 유량을 신속 정확하게 조정할 수 있는 정맥내 수액유량 자동 조절장치를 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위해 본 발명은, 수액의 유입 및 배출이 이루어지는 몸체(31)에 회전 가능하게 장착한 다이얼(32)의 회전 위치를 조절함에 따라 내부의 유로를 가변하여 유량을 조절하는 유량조절기(30)를 튜브(22)에 설치하여 수액병(10) 내의 수액을 점적통(21), 유량조절기(30) 및 튜브(22)을 통해 투여하는 수액세트(20)에 장착되어서 유량 조절하되, 점적통(21)에서 낙하하는 점적을 센싱하는 점적센서(200) 및 유량조절기(30)의 다이얼(32)을 회전시켜 유량 조절하는 구동부(100)를 포함하여 구성되는 정맥내 수액유량 자동 조절장치에 있어서, 기 구동부(100)는 유량조절기(30)의 몸체(31)를 파지하는 몸체 파지수단(130); 유량조절기(30)의 다이얼(32)을 파지한 후 회전 위치를 조절하되, 다이얼(32)을 특정 회전 위치에서 파지하게 구성되는 다이얼 회전수단(140); 수액치료의 처방 유량인 목표 유량을 입력받을 시에, 특정 회전 위치를 기준점으로 하여 다이얼(32)의 회전 위치를 판별하여, 다이얼(32)을 미리 설정된 임의의 회전 위치에 맞춘 상태에서 점적센서(200)로 실측 유량을 획득한 후, 다이얼(32)의 회전 위치에 대한 유량의 상관 관계에 의해 목표 유량에 대응되는 회전 위치인 목표 회전 위치를 획득하여 다이얼(32)을 목표 회전 위치에 맞춰 유량 조절하는 컨트롤러(150); 를 포함하여 구성됨을 특징으로 한다.
상기 컨트롤러(150)는 수액병(10) 내의 수액 수위와 주사바늘(23) 사이의 수위차(H)를 일정하게 수액세트(20)를 셋팅한 상태에서 회전 위치별로 측정한 유량인 실험유량을 데이터로 저장하고 있고, 상기 임의의 회전 위치에 대응되는 실험유량을 실측 실험유량으로 하고, 목표 유량에 대한 목표 실험유량의 비율이 실측 유량에 대한 실측 실험유량의 비율과 동일하다는 관계식에 의해 목표 실험유량을 산출하여 목표 실험유량에 대응되는 회전 위치에 다이얼(32)을 맞춤을 특징으로 한다.
상기 컨트롤러(150)는 수액병(10) 내의 수액 수위와 주사바늘(23) 사이의 수위차(H), 다이얼(32)의 회전 위치에 따라 가변하는 계수(C) 및 수액의 유량(Q) 간의 상관 관계식 Q=CH 에 근거하여 회전 위치별 계수(C)의 값이 데이터로 저장되어 있고, 상기 임의의 회전 위치에 대응되는 계수(C)의 값 및 실측 유량의 값을 상기 상관 관계식에 대입하여 수위차(H)의 값을 획득한 후, 획득한 수위차(H)의 값 및 목표 유량의 값을 상기 상관 관계식에 대입하여 계수(C)의 값을 획득하고, 획득한 계수(C)의 값에 대응되는 회전 위치에 다이얼(32)을 맞춤을 특징으로 한다.
상기 다이얼 회전수단(140)은 다이얼(32)을 삽입 고정하는 다이얼 삽입홈(144a)을 구비한 종동기어(144)를 엔코더(145)로 회전 위치를 감지하며 모터(141)의 회전축에 구비된 주동기어(142)로 회전시켜 회전각을 조절하되, 상기 종동기어(144)의 다이얼 삽입홈(144a)은 다이얼(32)을 특정 회전 위치에서 삽입 고정하게 되어 있어, 상기 특정 회전 위치를 엔코더(145)로 감지함으로써, 다이얼(32)의 회전 위치 조절의 기준점으로 함을 특징으로 한다.
상기 몸체 파지수단(130)은 몸체(31)을 파지하되, 다이얼(32)의 회전축과 어긋나는 부위를 스프링(133)에 의해 가압되는 가압부(132)로 파지하여서, 스프링(133)의 가압력을 초과하는 힘이 몸체(31)에 가해질 시에 가압부(132)의 위치 이동을 리밋스위치(134)로 감지하여 상기 다이얼 회전수단(140)에 의한 다이얼(32)의 회전 동작을 멈추게 함을 특징으로 한다.
상기 점적센서(200)는 점적통(21)의 내부공간을 통과하는 레이저빔을 부채살 모양으로 방사하는 발광소자(220); 및 점적통(21)의 내부공간을 통과하는 각 레이저빔의 방사 방향별로 구비되어 수광하는 복수의 수광소자(230); 를 포함하며, 컨트롤러(200)는 복수의 수광소자(230) 중에 어느 하나의 수광소자(230)라도 수광되지 아니할 시의 타이밍에 맞춰 카운터 하여, 카운터 간격에 따라 산출하는 점적의 낙하 주기와 미리 설정된 점적 부피에 근거하여 실측 유량을 획득함을 특징으로 한다.
상기 컨트롤러(150)는 구동부(100)의 진동을 감지하는 진동감지센서(155)를 구비하며, 목표 유량으로 조절한 이후에는 진동을 감지할 때를 제외하고 미리 설정된 주기마다 유량을 측정하거나 아니면 상시 유량을 측정하여, 측정되는 유량이 목표 유량에서 벗어날 시에 다이얼(32)의 회전 위치에 대한 유량의 상관 관계에 의해 목표 유량에 대응되는 목표 회전 위치를 조정함을 특징으로 한다.
상기 컨트롤러(150)는 자주 사용하는 목표 유량의 목록을 메모리에 저장하고 있어서, 목록에서 목표 유량을 선택하게 함을 특징으로 한다.
상기와 같이 구성되는 본 발명은 유량조절기(30)를 파지할 시에 다이얼(32)의 회전 위치를 특정 회전 위치로 파지하게 하여 기준점으로 삼음으로써, 기준점에 대한 상대적 회전 위치에 따라 정확하게 회전 위치를 판단하며 자동으로 유량 조절할 수 있고, 1회 유량 측정한 정보를 회전 위치에 대한 유량의 상관 관계에 반영하여 목표 유량에 대응되는 회전 위치를 획득하므로, 1회 유량 측정 및 1회 유량 조절에 의한 신속한 유량 조절로 목표 유량에 맞춰 수액을 투여할 수 있다.
또한, 본 발명은 특정 수위차에서 측정한 실험유량을 이용하여 유량 조절함으로써, 다양한 종류의 유량조절기에 손쉽게 적용할 수 있다.
또한, 본 발명은 목표 유량에 맞춰 수액을 투여하는 중에 수액세트의 셋팅 상황이 변경되더라도 1회 유량 조절로 신속하게 목표 유량으로 맞춰 안정된 수액 투여를 담보한다.
도 1은 본 발명의 출원인이 특허 등록받은 종래 수액유량세팅을 위한 보정장치의 사용 상태도.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 정맥내 수액유량 자동 조절장치를 수액세트에 장착한 사용 상태도.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 정맥내 수액유량 자동 조절장치를 수액세트에 장착하는 과정의 상태도.
도 4는 도 3에 도시한 구동부(100)의 제2 케이스(120)를 열어놓은 상태 사시도(a) 및 구동부(100)에 파지되는 유량조절기(30)의 확대 사시도(b).
도 5는 점적센서(200)가 장착된 점적통(21)의 평단면도.
도 6은 다이얼 회전수단(140)의 제1 실시예 사시도(a)와 제2 실시예 사시도(b).
도 7은 몸체 파지수단(130)을 장착한 제2 케이스(12)의 파지수단 고정판(121)의 사시도.
도 8은 몸체 파지수단(130)으로 유량조절기(30)의 몸체(31)를 파지할 시에 스프링(133)에 의해 가해지는 가압력의 크기를 설명하기 위한 스프링(133)의 탄성 특성 그래프.
도 9는 컨트롤러(150)의 블록구성도.
도 10은 유량조절기(30)에서 다이얼(32)의 회전 위치에 따른 유량 변화의 수위차별 그래프와 층류총괄유량계수 CL 변화의 그래프를 도시한 도면.
도 11은 특정 수위차에서 다이얼(32)의 회전 위치별로 측정한 실험유량을 회전 위치에 대응시킨 후, 실험유량에 대한 유량 변화의 수위차별 그래프를 도시한 도면.
도 12는 컨트롤러(150)의 제어에 따른 수액유량 자동 조절방법의 순서도.
이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부한 도면을 참조하여 당해 분야에 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 설명한다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 정맥내 수액유량 자동 조절장치를 구동부(100) 및 점적센서(200)로 구성하여 수액세트(20)에 장착한 사용 상태도이고, 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 정맥내 수액유량 자동 조절장치를 수액세트(20)에 장착하는 과정의 상태도이고, 도 4는 도 3에 도시한 제2 케이스(120)를 열어놓은 상태의 구동부(100)의 사시도(a) 및 구동부(100)에 파지되는 유량조절기(30)의 확대 사시도(b)이다. 도 3에 도시한 유량조절기(30)는 배면 사시도로 도시하고, 도 4에 도시한 유량조절기(30)는 다이얼(32)의 형상를 보여주기 위해서 정면 사시도로 도시하였다.
상기 도 2 내지 도 4를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 정맥내 수액유량 자동 조절장치는 수액세트(20)에 구비된 점적통(21)을 파지하도록 장착되어 점적통(21)의 내부에서 낙하하는 점적(21a)를 센싱하여 카운터하는 점적센서(200) 및 수액세트(20)에 구비된 유량조절기(30)를 파지하여 점적센서(200)의 센싱에 의해 측정되는 유량에 따라 유량조절기(30)를 조절하여 수액치료의 처방에 따른 유량인 목표 유량으로 수액이 투여되게 하는 구동부(100)를 포함하여 구성된다.
이와 같이 수액세트에 장착함으로써, 목표 유량을 입력하면 유량을 1회 측정한 후 유량조절기(30)를 1회 조작하여 목표 유량에 자동으로 맞추도록 동작한다.
또한, 목표 유량을 맞춘 이후에도 유량을 지속적으로 실측 및 모니터링하여 실측 유량이 목표 유량에서 벗어나면 실측 유량에 근거하여 유량조절기(30)를 1회 조작함으로써 목표 유량으로 조정하도록 동작한다.
구동부(100) 및 점적센서(200)에 대해 설명하기에 앞서서 수액세트(20)에 대해 도 3 및 도 4를 참조하여 간략하게 설명한다.
수액세트(20)는 수액이 담겨있는 수액병(10)에 연결되어 수액이 중력에 의해 점적(21a)의 형태로 내부공간에서 낙하하여 내부공간의 하부에 고이게 한 점적통(21), 일단을 점적통(21)에 연결하고 타단을 주사바늘(23)에 연결하여 점적통(21)의 하부에 고이는 수액을 주사바늘(23)로 흐르게 안내하는 튜브(22), 및 튜브(22)의 어느 한 지점에 장착하여 튜브(22)를 통해 흐르는 수액의 유량을 조절하는 유량조절기(30)를 포함하여 구성된다.
점적통(21)의 내부에서 낙하하는 점적(21a)의 부피는 점적 속도(예를 들면 단위 시간당 점적의 낙하 개수), 온도, 수액 점도 등에 따라 약간씩의 차이는 있으나, 일반적으로 일정한 값으로 간주하므로, 점적(21a)의 속도를 측정하면 유량을 산출하였다. 이에, 수액세트(20)를 셋팅하여 환자에게 수액을 투여할 시에 점적을 카운터하여 유량을 계산할 수 있다. 그런데, 점적(21a)의 부피가 점적 속도에 따라 영향을 받으므로, 본 발명의 실시예에서는 점적 속도에 따른 점적 부피의 변동을 반영하여 더욱 정확한 유량을 획득한다.
본 발명의 실시예가 적용된 수액세트(20)의 유량조절기(30)는 수액이 유입되는 유입구(31a)와 수액이 배출되는 배출구(31b)를 구비하는 몸체(31) 및 몸체(31)에 회전 가능하게 장착되어 회전 위치를 조절함에 따라 유입구(31a)와 배출구(31b) 사이의 내부 유로를 가변시키는 다이얼(32)을 포함하여 구성되며, 튜브(22)의 어느 한 지점을 절단한 후 절단된 양측 단부 중에 점적통(21)에 연결된 튜브의 단부를 유입구(31a)에 연결하고 주사바늘(23)에 연결된 튜브의 단부를 배출구(31b)에 연결하여서, 다이얼(32)의 회전 위치(최소 유량과 최대 유량을 유발하는 다어얼(32)의 회전 범위 내의 회전 위치) 조절에 의해서 유량 조절한다.
본 발명의 실시예 설명을 위해 예시한 유량조절기(30)는 사람이 직접 조작할 수 있도록 다이얼(32)의 회전 위치를 가시적으로 보여주는 눈금(32a) 및 눈금이 가리키는 회전 위치에서 실험적으로 측정하여 얻은 유량인 눈금유량(32b)이 다이얼(32)에 새겨져 있고, 손가락을 잡을 시에 미끄러지지 아니하도록 외주면 둘레를 따라 요철(32c)이 형성되어 있으며, 최소 유량(또는 수액 투입의 차단)에 대응되는 회전 위치를 나타내도록 돌출시킨 기준 돌기(31c)가 몸체(31)에 조성되어 있다.
아울러, 하기의 도 6(b)를 참조한 실시예 설명을 위해서, 다이얼(32)의 회전 위치를 감지하기 위한 기준점을 정하기 위해 초기화 돌기(32d)가 다이얼(32)의 외주면에 조성된다. 본 발명의 실시예에서 초기화 돌기(32d)는 최소 유량에 대응되는 눈금에 다이얼(30)을 맞췄을 시에 기준 돌기(31c)와 마주하게 되어 있어서, 최소 유량을 정확하게 맞추는데 도움을 주는 역할 뿐만 아니라 회전 위치의 기준점을 정하기 위한 용도로도 사용된다. 유량조절기(30)는 다이얼(32)을 최소 유량으로 맞췄을 시와 최대 유량으로 맞췄을 시에 각각 다이얼(32)의 회전을 멈추게 하는 멈춤수단(미도시, 예를 들면 멈출 돌기)를 구비하므로, 본 발명의 실시예에서는 최소 유량으로 맞췄을 시의 다이얼(32)의 회전 위치를 기준점으로 하였다.
이와 같이 구성되는 수액세트(20)는 수액병(10) 내의 수액 수위와 주사바늘(23) 사이의 높이차 또는 수위차에 의해 수액병(10) 내의 수액을 점적통(21), 유량조절기(30) 및 튜브(22)을 통해 투여하게 하며, 본 발명은 점적통(21)에 장착한 점적센서(200)로 점적을 센싱하여 점적이 낙하할 때마다 카운터하고, 이에, 유량조절기(30)를 파지하게 장착한 구동부(100)에서 유량을 산출하여 목표 유량으로 투여되도록 유량조절기(30) 다이얼(32)의 회전 위치를 조절한다.
이하, 본 발명의 실시예에 따른 정맥내 수액유량 자동 조절장치를 구성하는 점적센서(200) 및 구동부(100)에 대해서 설명한다.
도 5는 점적센서(200)가 장착된 점적통(21)의 평단면도이다.
점적센서(200)는 도 2 내지 도 5에 도시한 바와 같이 벌린 상태에서 점적통(21)의 외주면을 감싸게 한 후 놓으면 오므려서 점적통(21)을 파지하는 집계 형상으로 되어 점적통(21)을 탈착 가능하게 파지하는 파지부(210); 점적통(21)에 접촉되는 파지부(210)의 내면 일측에 구비되고 점적통(21)의 내부공간을 통과하는 레이저빔을 부채살 모양으로 방사하되 파지부(210)의 내면 중에 수평면상(점적통의 상하 길이방향에 대해 직각인 평면상)에 배치되는 복수의 지점을 타겟으로 하여 레이저빔을 방사하는 발광소자(220); 및 상기한 복수의 지점에 각각 배치되어 점적통(21)의 내부공간을 통과하는 각 레이저빔의 방사 방향별로 파지부(210)의 내면에 복수개로 구비되고 레이저빔을 수광하는 수광소자(230); 를 포함하여 구성된다.
도 5를 참조하면, 수평면 상으로 절개할 시에 원형 단면을 갖는 점적통(21)의 내부 중심을 기준으로 대략 55°의 등방위각 차이를 갖는 3개소 지점에 각각 수광소자(230)를 배치하고 가운데 배치한 수광소자에 반대되는 위치에 발광소자(220)를 배치하여서, 발광소자(220)에서 각 수광소자(230)를 향해 3방향의 레이저빔을 방사하게 하였다.
이와 같이 레이저빔을 조사함으로써 각각의 수광소자(230)는 점적(21a)이 낙하할 시에 교란되어 수광하지 못하게 되는 순간을 점적의 낙하 순간으로 판단하고, 수광하지 못하게 되는 순간을 나타내는 점적의 센싱 신호를 후술하는 구동부(100)에 내장한 컨트롤러(150)의 제어부(153)에 전송한다.
아울러, 복수의 레이저빔을 조사하여 점적(21a)을 센싱함으로써 점적통(21)이 어느 방향으로 기울어지더라도 점적(21a)을 누락 없이 센싱할 수 있다. 즉, 후술하는 제어부(153)는 복수의 수광소자(230) 중에 어느 하나의 수광소자(230)라도 수광되지 아니할 시의 타이밍에 맞춰 점적을 카운터한다.
또한, 점적(21a)의 카운터 시점을 균일하게 할 수 있다. 즉, 점적(21a)은 방울 형상이므로 점적통(21)이 기울어지면 레이저빔이 조사되는 위치가 바뀌게 되지만 복수의 레이저빔을 부체살 형상으로 조사하여서 가능하면 방울 형상에서 레이저빔이 조사되어 교란시키는 위치의 차이를 최소화한다. 이에, 후술하는 제어부(153)는 복수의 수광소자(230)가 시차를 두고 연속으로 점적을 센싱할 시에 최초 센싱한 신호를 채택하는 것이 좋다. 이때, 상기한 시차는 적어도 유량 조절할 시에 보여주는 점적의 낙하 주기의 최소값보다 작은 값으로 정하여야 한다.
구동부(100)에 대해서는 도 2 내지 도 5와 더불어 도 6 내지 도 8을 참조하여 설명한다.
도 6은 다이얼 회전수단(140)의 제1 실시예 사시도(a)와 제2 실시예 사시도(b)이고, 도 7은 몸체 파지수단(130)을 장착한 파지수단 고정판(121)의 사시도이고, 도 8은 몸체 파지수단(130)으로 유량조절기(30)의 몸체(31)를 파지할 시에 스프링(133)에 의해 가해지는 가압력의 크기를 설명하기 위한 스프링(133)의 탄성 특성 그래프이다.
먼저 도 3 및 도 4를 참조하면, 구동부(100)는 상호 겹쳐 맞닿는 면의 일측변을 힌지(122)로 결합하고 타측변 부위에서 후크(123)와 후크 홈(111)의 결합이 이루어지게 하여 벌릴 수 있게 한 제1 케이스(110) 및 제2 케이스(120)의 사이에 유량조절기(30)를 협지(sandwich)할 수 있게 되어 있되, 제1 케이스(110)에는 유량조절기(30)의 다이얼(32)을 파지하며 회전 위치를 변경하는 다이얼 회전수단(140)이 구비되고, 제2 케이스(120)에는 유량조절기(30)의 몸체(31)를 파지하는 몸체 파지수단(130)이 구비된다. 이때, 몸체 파지수단(130)은 제2 케이스(120)에서 제1 케이스(120)와 마주하게 되는 면으로 이루어지는 파지수단 고정판(121)에 설치된다.
사용 방식은 제2 케이스(120)에 구비한 후크(123)와 제1 케이스(110)에 구비한 후크 홈(111) 간의 걸림 결합을 해제하여 힌지(122)를 회전축으로 제1 케이스(110) 및 제2 케이스(120)를 벌린 후 유량조절기(30)를 제1 케이스(110) 및 제2 케이스(120)의 사이에 협지하고 후크(123)와 후크 홈(111)의 결합으로 협지한 상태를 안정시키는 순서로 이루어진다. 이때, 몸체(31)는 움직이지 아니하게 파지하므로, 다이얼(30)을 회전시켜 회전 위치 조절에 의한 유량 조절이 가능하다.
점적센서(200)로 감지한 점적의 낙하 간격을 이용하여 유량을 산출한 후 목표 유량으로 조절하도록 제어하는 컨트롤러(150)는 제1 케이스(110) 또는 제2 케이스(120)에 설치되며, 도면에는 상세하게 도시하지 아니하였지만, 적절한 공간에 설치할 수 있음은 자명하다.
다이얼 회전수단(140)은 다이얼(32)이 삽입 고정되는 다이얼 삽입홈(144a)이 회전축 상에 구비되어 다이얼(32)을 다이얼 삽입홈(144a)에 삽입 고정할 시에 다이얼(32)의 회전축과 일치하는 회전축으로 회전하는 종동기어(144), 종동기어(144)의 회전 위치를 감지하는 엔코더(145), 회전축에 구비된 주동기어(142)에 회전력을 가하여 종동기어(144)와 주동기어(142) 사이에 배치한 감속기어(143)에 의해 감속된 후 종동기어(144)를 회전시키는 모터(141)를 포함하여 구성된다.
이와 같이 구성되는 다이얼 회전수단(140)은 제1 케이스(110)의 내부 공간에 수용되되, 종동기어(144)는 다이얼 삽입홈(144a)이 조성된 면이 제2 케이스(120)와 마주하게 되는 방향으로 배치된다.
상기 다이얼 삽입홈(144a)은 다이얼(32)을 삽입하면 다이얼(32)의 외주면을 감싸며 파지한다. 여기서, 파지한다는 의미는 다이얼(32)을 헛돌게 하지 아니하고 종동기어(144)의 회전과 함께 회전시킨다는 의미이며, 이를 위해서, 다이얼(32)을 삽입할 시에 다이얼(32)의 외주면에 조성된 요철(32c)과 끼움 결합되는 요철(144b)이 조성되어 있다.
본 발명에 따르면, 종동기어(144)에 조성된 다이얼 삽입홈(144a)은 종동기어(144)의 회전 위치에 대한 다이얼(32)의 상대적 회전 위치가 특정 회전 위치로 되었을 시에 다이얼(32)을 삽입할 수 있도록 구성되어 있다. 즉, 다이얼(32)의 외면에 접촉되는 다이얼 삽입홈(144a)에 돌기와 홈의 끼움결합이 이루어지게 하여서, 다이얼(32)을 특정 회전 위치에 맞춘 상태에서만 다이얼 삽입홈(144a)에 삽입할 수 있다.
이를 위해 도 6(a)에 도시한 제1 실시예에서는, 다이얼(32)의 외주면에 조성하는 요철(32c)을 외주면 둘레방향을 따라 불규칙한 간격(예를 들면 등간격으로 조성하되 어느 한 요철을 생략하는 방식)으로 조성하고, 다이얼 삽입홈(144a)에 조성하는 요철(144b)은 다이얼(32)에 조성한 요철(32c)의 불규칙한 간격에 맞춰지도록 조성하여서 특정 회전 위치에서만 다이얼(32)을 다이얼 삽입홈(144a)에 끼음 결합하게 하였다.
도 6(b)에 도시한 제2 실시예에서는, 다이얼(32)을 다이얼 삽입홈(144a)에 삽입할 시에 다이얼(32)의 외주면에 조성한 초기화 돌기(32b)에 끼움 결합되는 초기화 요홈(144c)을 다이얼 삽입홈(144a)의 특정 위치에 조성하였다.
여기서, 종동기어(144)의 회전 위치는 엔코더(145)를 통해 컨트롤러(150)의 제어부(153)에서 인식할 수 있으므로, 제어부(153)는 종동기어(144)에 특정 회전 위치로 삽입 고정되는 다이얼(32)의 회전 위치도 엔코더(144)를 통해 인식할 수 있으며, 이에, 다이얼(32)의 회전 위치를 조절할 시에 특정 회전 위치를 기준점으로 하여 종동기어(144)를 회전시키게 제어함으로써 다이얼(32)의 회전 위치도 기준점에 맞춰 조절할 수 있다.
몸체 파지수단(130)은 제2 케이스(120)에 구비되되, 제1 케이스(110)와 제2 케이스(120) 사이에 유량조절기(30)가 개재되어 협지되게 할 시에 유량조절기(30)의 다이얼(32)이 종동기어(144)의 다이얼 삽입홈(144a)에 삽입 고정됨과 동시에 유량조절기(30)의 몸체(31)를 파지하도록 제2 케이스(120)에 구비된다.
몸체 파지수단(130)은 유량조절기(30)의 몸체(31)를 파지하되, 다이얼(32)의 회전축과 어긋난 부위를 스프링(133)의 탄성복원력에 의해 가압되는 가압부(132)에 의해 눌려 접촉되는 파지부(131)로 파지하여서, 스프링(133)의 가압력을 초과하는 회전력이 몸체(31)에 가해질 시에 가압부(132)가 위치 이동하게 하며, 가압부(132)의 위치 이동에 따라 가압부(132)에 눌리는 리밋스위치(134)로 가압부(132)의 위치 이동을 감지하게 구성된다.
도 4(a) 및 도 7을 참조하여 구체적으로 살펴보면, 제2 케이스(120)에는 상기 몸체 파지수단(130)을 설치하기 위한 파지수단 고정판(121)이 제1 케이스(110)와 겹쳐 마주하게 되는 면에 구비된다. 여기서, 파지수단 고정판(121)은 종동기어(144)에 조성된 다이얼 삽입홈(144a)과 마주하여 유량조절기(30)의 몸체(31)가 삽입되는 몸체 삽입홈(121a), 몸체(31)의 유입구(31a) 및 배출구(31b)에 연결되는 튜브(22)를 삽입하는 튜브 삽입홈(121b), 및 몸체(31)에 접촉되어 파지하는 한쌍의 파지부(131)가 내부에서 상호 마주하는 방향으로 이동할 수 있게 가이드하는 슬라이딩 공간(121c)을 구비한다.
본 발명의 실시예에서 유량조절기(30)는 몸체(31)의 전면에 다이얼(32)이 장착되고 몸체(31)의 상단에 유입구(31a)를 구비하고 몸체(31)의 하단에 배출구(31b)를 구비하며, 이러한 유량조절기(30)의 몸체(31) 중에 유입구(31a) 및 배출구(31b)를 파지부(131)로 파지하게 구성되므로, 파지수단 고정판(121)에서 슬라이딩 공간(121c)이 유입구(31a) 및 배출구(31b)의 위치에 맞게 상하에 하나씩 구비되고, 몸체 파지수단(130)도 상하에 하나씩 설치된다.
파지부(131)는 유입구(31a)의 외주면 중에 제1 케이스(110)와 겹쳐지는 방향과 반대 방향의 외주면 절반 정도를 감싸는 물체를 절반으로 절개하여 구성함으로써 한 쌍으로 이루어지고, 배출구(31b)에 대해서도 마찬가지이며, 이에, 몸체(31)가 몸체 삽입홈(121a)에 삽입될 시에 유입구(31a) 및 배출구(31b)는 각각 한쌍의 파지부(131)을 벌리면서 그 사이로 삽입된다.
한쌍의 파지부(131)는 각각 일단의 회전축(132a)에 의해 회동 가능한 가압부(132)의 타단으로 상호 마주하는 방향으로 가압되게 하며, 이를 위해서 상호 마주하는 가압부(132)의 중간지점을 스프링(133)이 가로지르게 고정하였다. 여기서, 스프링(133)은 한쌍의 파지부(131)를 상호 마주하는 방향으로 가압력을 가하여야 하므로, 양측 가압부(132)를 마주하는 방향으로 당기는 탄성복원력을 갖는 인장형 스프링으로 구성될 수 있다.
그리고, 가압부(132)의 타단에서 소정의 거리로 이격된 위치, 즉, 파지부(131)와 접촉되는 방향과 반대되는 방향으로 소정의 거리로 이격된 위치에 리밋스위치(134)를 구비한다.
가압부(132)에 의해서 파지부(131)에 가해지는 가압력에 대해서는 도 8을 참조하여 설명한다.
스프링은 신장 및 신축하도록 길이방향의 변위(X)를 가할 시에 일반적으로 탄성한계(Xmax) 내의 변위(X)에 대해서 탄성복원력(F)이 변위(X)에 대해 선형적이므로, 선형 구간 중의 탄성복원력 중 한 값인 가압력(F1)으로 파지하게 한다. 이때, 가압력(F1)은 유량조절기(30)의 다이얼(32)을 회전 범위 내에서 다이얼 회전수단(140)으로 회전시킬 시에 몸체(31)가 움직이지 아니할 정도의 힘이 되어야 하고, 한쌍의 파지부(131)를 상호 반대방향으로 밀어내며 파지되게 할 시의 변위(X1)에 대응되도록 설계되어야 한다.
이와 같이 몸체 파지수단(130)을 구성하여 제2 케이스(120)에 장착함으로써, 제2 케이스(120)에 구비된 몸체 파지수단(130)으로 유량조절기(30)의 몸체(31)를 파지한 상태에서 제1 케이스(110)에 구비된 다이얼 회전수단(140)으로 유량조절기(30)의 다이얼(32)을 회전시킬 시에, 몸체(31)에 대한 다이얼(32)의 회전 범위를 제한하는 멈춤턱(미도시, 예를 들면 유량조절기의 내부에 조성됨)을 초과하여 회전시키려는 힘이 모터(141)에 의해 가해질 시에 몸체(31)도 다이얼(32)의 회전력을 받아 회전하려는 힘을 받게 되고, 결국, 상기한 가압력(F1)을 초과하는 힘이 발행한다.
이에, 한쌍의 가압부(132)가 벌어지는 방향으로 회동하게 되므로, 제어부(153)는 리밋스위치(134)로 과회전 상황을 감지할 시에 모터(141)를 정지시켜 다이얼(32)의 회전 동작을 멈추게 하여서 과회전에 의한 파손을 방지할 수 있다.
도 9는 컨트롤러(150)의 블록구성도 및 전기 회로적 연결상태를 보여주는 도면이다.
컨트롤러(150)는 구동부(100)에 장착되며, 사용자에 의한 목표 유량 입력, 리셋입력, 후술하는 상관 관계 정보의 선택 및 점적통 특성 정보의 선택을 위해서 마련되는 입력부(151), 사용자에게 인지시킬 정보를 출력하는 출력부(152), 정보 저장을 위한 메모리(154), 구동부(100)의 진동(요동)을 감지하는 진공감지센서(155), 튜브(22)를 통해 투여되는 수액에 버블이 발생하는지를 감지하는 버블센서(156), 및 수액유량 자동 조절 동작을 제어하는 제어부(153)를 포함하여 구성되며, 입력부(151) 및 출력부(152)는 구동부(100)의 외형을 구성하는 제1,2 케이스(110, 120)에서 사용자 편의를 위한 적절한 위치에 장착할 수 있음은 자명하므로 제1,2 케이스(110, 120)를 도시한 도면에는 도시하지 아니하였음에 유의해야 한다.
메모리(154)에 저장되는 정보는 다이얼(32)의 회전 위치와 유량 간의 상관 관계 정보와, 점적통(21)의 특성 정보를 포함한다.
상관 관계 정보는 본 발명의 출원인이 특허 등록받은 등록특허 제10-1327862호에서 개시한 바와 같이 수액세트(20)의 설치상태에 따라 가변하는 측정 가능한 상황변수 X, 유량조절기(30)의 다이얼(32) 회전 위치에 따라 가변하는 계수 C 및 수액의 유량 Q 간의 미리 설정된 상관 관계식 Q=f(C,X)에 대한 정보와, 상관 관계식에 상황변수 X 및 유량 Q의 측정값을 대입하여 획득하는 다이얼(32)의 회전 위치별 계수 C의 값을 포함한다.
여기서, 상황변수는 X는 등록특허 제10-1327862호의 일실시예에서 수액세트의 설치상태에 따라 바뀌는 수액병(10)에 담긴 수액의 수위와 주사바늘(23) 사이의 수위차 H(또는 높이차)가 되고, 계수 C는 "층류총괄유량계수"라고 정의한 계수 CL이 되고 유량조절기(30)의 내부 유로의 길이, 단면적 등에 의해 결정된다. 그리고, 상기 관계식은 유량 Q가 수위차 H 및 계수 C에 각각 비례함을 나타내는 아래의 수학식 1로 이루어진다.
Figure 112014125984806-pat00001
이에, 상관 관계 정보는 수액병(10) 내의 수액 수위와 주사바늘(23) 사이의 수위차 H, 다이얼(32)의 회전 위치에 따라 가변하는 층류총괄유량계수 CL 및 수액의 유량 Q 간의 수학식 1의 상관 관계식에 근거하여 다이얼(32)의 회전 위치별 층류총괄유량계수 CL의 값으로 이루어진다.
도 10은 유량조절기(30)에서 다이얼(32)의 회전 위치에 따른 유량 변화의 수위차별 그래프(H1, H2, H3, H4)와 층류총괄유량계수 CL 의 그래프(C)를 도시한 도면으로서, 예시적으로 수위차가 H1, H2, H3 및 H4일 경우에 대해 다이얼(32)의 회전각 변경에 따른 유량 변화가 그래프로 도시되어 있다. 또한, 다이얼(32)의 회전각 변경에 따른 층류총괄유량계수 CL의 값은 다이얼(32)의 회전각별로 단일의 값으로 구할 수 있으며 도 10에는 그래프 C 로 도시되어 있다.
이에, 제어부(153)는 실제 수액세트(20)로 수액을 투여할 시에 다이얼을 임의의 회전 위치로 조절한 후 1회의 유량 측정으로 수위차 H를 구할 수 있어서, 목표 유량으로 투여하기 위한 층류총괄유량계수 CL의 값을 얻을 수 있고, 결국, 얻은 층류총괄유량계수 CL의 값에 맞춰 다이얼(32)를 조작하면 목표 유량으로 투여되게 할 수 있다.
본 발명의 다른 일실시예에 따르면, 상관 관계 정보는 수액병(10) 내의 수액 수위와 주사바늘(23) 사이의 수위차 H를 일정하게 수액세트(20)를 셋팅한 상태에서 다이얼(32)의 회전 위치별로 측정한 유량인 실험유량의 데이터로 이루어질 수도 있으며, 상세하게 설명하면 다음과 같다.
수학식 1에 의하면, 회전각 위치별로 대응되는 층류총괄유량계수 CL의 값이 하나로 주어지고, 유량 Q는 수위차 H에 비례하므로, 예를 들면 도 10에 도시한 그래프의 예에서 수위차가 H1일 경우에 측정한 회전각 위치별 유량과 수위차가 H2일 경우에 측정한 회전각 위치별 유량 사이의 비율은 어느 회전각 위치에서도 동일한 값을 갖게 되고, 그 비율은 수위차 H1과 수위차 H2의 비율로 된다.
또한, 수학식 1에 의하면, 수위차 H가 일정한 경우에 다이얼(32)의 회전각 위치별로 측정한 유량은 층류총괄유량계수 CL 에 비례하므로서, 층류총괄유량계수 CL 을 대변하는 값으로 볼 수 있다.
이에 근거하여, 도 11에 도시한 바와 같이 수위차 H를 일정한 값(예시한 수위차 H1)으로 한 상태에서 다이얼(32)의 회전각 위치별로 측정한 실험유량을 다이얼(32)의 회전각 위치에 대응시킨 후, 수위차 H1, H2, H3, H4에서 각각 회전각 위치별로 측정한 유량을 실험유량에 대응시켜 도시하면 선형적 그래프로 나타난다.
즉, 실험유량을 X-축으로 하고 수위차 H1, H2, H3, H4에서 측정한 유량을 Y-축으로 하였을 시의 실험유량에 대한 유량의 그래프는 좌표 (0,0)을 지나는 직선으로 나타나므로, 그래프 상의 각 좌표에서 (실험유량)/(유량)의 비율이 일정하게 되고, 실측 유량에 대응되는 좌표와 목표로 하는 좌표 상의 (실험유량)/(유량)의 비율이 동일하다.
이에, 다이얼(32)을 임의의 회전각 위치에 맞추고 측정한 실측 유량과 임의의 회전각 위치에 대응되는 실험유량의 값인 실측 실험유량 사이의 비율은, 수액치료의 처방 유량인 목표 유량과 그 목표 유량에 대응되는 실험유량의 값인 목표 실험유량 사이의 비율이 동일하다는 다음의 수학식 2을 얻을 수 있다.
Figure 112014125984806-pat00002
또한, 수학식 2을 정리하여서 목표 실험유량의 값은 다음의 수학식 3으로 정리할 수 있다.
Figure 112014125984806-pat00003
따라서, 본 발명의 일실시예에서는 수학식 3에 근거하여, 다이얼(32)을 어느 한 회전각에 맞추고 실측 유량을 얻으면, 그 회전각에 대응되는 실측 실험유량과 실측 유량를 나타내는 좌표 평면상의 한 지점이 정해지고, 그 지점을 지나는 수위차에 대응되는 그래프가 정해지므로, 목표 유량에 대응되는 목표 실험유량의 값을 수학식 3 또는 그래프 상의 좌표로 획득할 수 있고, 획득한 목표 실험유량의 값에 대응되는 회전각 위치에 다이얼(32)을 맞춰서 목표 유량으로 수액을 투여하게 할 수 있다.
다음으로, 점적통(21)의 특성 정보는 본 발명의 출원인이 출원하여 등록받은 등록특허 제10-1327862호에 개시한 바와 같이 점적속도(단위 시간당 점적수 : 단위 시간당 낙하하는 점적의 개수)의 크기별로 설정되는 점적 부피의 정보로 이루어질 수 있다. 즉, 점적 부피는 점적속도에 따라 가변하므로 점적속도에 대응되는 점적부피를 반영하여 정확한 유량을 산출하기 위해서 점적통(21)의 특성 정보를 사용한다. 그리고, 제조사마다 점적통(21)의 특성 정보에 차이가 있을 수 있으므로, 제조사별로 구분하여 선택할 수 있게 저장되어야 할 것이다. 또한, 점적 부피의 정보는 점적통(21)의 유형별로 구분 저장하여 사용하게 한다. 예를 들면, 수액 1cc당 20점적(drop)인 성인용 점적통과 수액 1cc당 60점적인 유아/소아용 점적통에 대한 점적 부피의 정보를 구분하여 저장한다.
아울러, 상기 메모리(154)는 수액치료에 있어서 자주 사용하는 목표 유량의 목록을 저장하고 있어서, 하기하는 바와 같이 유량 조절 단계(S20)에서 목표 유량을 입력할 시에(S21)에 출력부(152)에 목록을 출력한 후 입력부(151)에서 어느 한 값을 선택하게 할 수도 있다.
진동감지센서(155)는 예를 들면, 가속도센서나 아니면 자이로스코프로 구성되어서, 구동부(100)의 움직임 또는 기울기을 감지하며, 유량에 영향을 주는 진동이 감지될 시에 유량 측정을 일시적으로 중지하기 위해 구비된다.
버블센서(156)는 튜브(22)을 통해 흐르는 수액에 기포가 발생하는지를 감지하기 위한 센서로서, 기포가 발생할 시에 수액의 투여를 멈추기 위해서 구비된다. 기포는 유량조절기(30)의 내부 유로에 있던 공기에 의해서도 발생할 수 있으므로, 도 4 및 도 7에 도시한 바와 같이 유량조절기(30)의 배출구(31b)에 연결된 튜브를 마주하게 구비된다. 버블센서(156)는 예를 들면, 튜브(22)의 내부 통로를 지나가게 초음파를 방사하여 초음파의 변화로 기포의 발생 여부를 감지하는 방식, 또는 2개의 전극 사이를 튜브가 지나가게 하여서 전극 간의 정전용량 변화로 기포의 발생 여부를 감지하는 방식을 채용할 수 있다.
제어부(153)는 점적센서(200), 모터(141), 엔코더(145) 및 리밋스위치(134)에도 전기 회로적으로 연결되며, 다음과 같은 순서에 의해서 유량 조절에 사용할 정보를 선택받는 초기화 모드, 목표 유량으로 흐르도록 유량 조절하는 유량 조절모드 및 목표 유량으로 유량 조절한 이후 유량을 모니터링하는 모니터링 모드를 수행한다.
도 12는 컨트롤러(150)의 제어부(153)에 의해 제어되어 이루어지는 수액유량 자동 조절방법의 순서도이다.
수액유량 자동 조절방법은 초기화 모드로 동작하는 초기화 셋팅 단계(S10), 유량 조절 모드로 동작하는 유량 조절 단계(S20) 및 모니터링 모드로 동작하는 유량 모니터링 단계(S30)를 포함한다.
초기화 셋팅 단계(S10)는 사용자가 구동부(100)를 유량조절기(30)에 장착하고 점적센서(200)를 점적통(21)에 장착한 이후 입력부(151)를 통해서 유량조절기(30)의 유형 및 점적통(21)의 유형을 선택하게 한다. 이에, 다이얼(32)의 회전 위치와 유량 간의 상관 관계 정보와, 점적통(21)의 특성 정보를 선택받게 된다.
상술한 바와 같이 유량조절기(30)에서 몸체(31)를 몸체 파지수단(30)으로 파지하고 다이얼(32)을 다이얼 회전수단(140)의 종동기어(144)에 조성한 다이얼 삽입홈(144a)에 삽입하여 종동기어(144)로 회전시키게 할 시에, 다이얼(32)은 특정 회전 위치에서만 다이얼 삽입홈(144a)에 삽입된다. 이에, 제어부(153)는 엔코더(145)로 종동기어(144)의 회전 위치를 판별할 시에 상기한 특정 회전 위치를 기준점으로하여 종동기어(144)의 회전 위치를 판별하며 회전 위치를 조절함으로써 유량조절기(30)에서 몸체(21)에 대한 다이얼(32)의 회전 위치를 조절할 수 있다. 여기서, 상기한 특정 회전 위치는 상술한 바와 같이 유량조절기(30)의 내부 유로를 폐쇄하는 위치로 제작하는 것이 좋다.
그리고, 상기 제어부(153)는 초기화 셋팅 단계(S10)에서 입력부(151)를 통해 선택받는 사항에 따라 층류총괄유량계수 CL 을 사용할 것인지 아니면 실험유량을 사용할 것인지를 선택받아서 해당되는 데이터를 메모리에서 로딩하고, 점적통의 특성 정보도 선택받아서 메모리에서 로딩하여 유량 조절 단계(S20)를 준비한다.
한편, 초기화 셋팅 단계(S10)는 유량조절기(30)의 다이얼(32)을 최대 유량으로 소정 시간동안 유지시켜서 튜브(22) 또는 유량조절기(30)의 내부 유로에 존재하는 공기를 배출하는 과정을 포함할 수 있다. 예를 들면, 입력부(151)를 통해 공기 배출 메뉴를 선택하게 하고, 공기 배출 메뉴를 선택받으면, 다이얼(32)을 최대 유량으로 조절되도록 미리 설정된 시간동안 유지시켜 공기를 배출시킨 후 최소 유량으로 다이얼(32)을 회전시키고, 이후 하기의 유량 조절 단계(S20)를 수행한다. 다이얼(32)을 최대 유량으로 조절할 시에 다이얼(32)의 과회전을 리밋스위치(134)로 감지하면 모터(141)를 정지시켜서 과회전을 방지한다.
유량 조절 단계(S20)는 초기화 셋팅 단계(S10) 이후에 사용자가 입력부(151)를 통해 목표 유량를 입력함에 따라 수행되는 단계로서, 목표 유량을 입력받으면(S21) 진동감지센서(155)를 이용하여 구동부(100)의 진동 여부를 판단하고 진동이 발생하지 않을 때까지 대기한 후 진동이 발생하지 아니한 상태에서(S22) 엔코더(145)로 종동기어(144)의 회전 위치를 감지하며 모터(141)를 구동시킴으로써 종동기어(144)를 회전 시켜 다이얼(32)을 미리 설정된 임의의 회전 위치에 맞추고, 점적센서(200)로 감지하는 점적 낙하 주기에 근거하여 실측 유량을 획득하며(S23), 이후, 다이얼(32)의 회전 위치에 대한 유량의 상관 관계에 의해 목표 유량에 대응되는 회전 위치인 목표 회전 위치에 다이얼(32)이 맞춰지도록 엔코더(144)의 감지 신호에 따라 모터(141)를 구동시킨다(S24).
점적센서(200)로 감지하는 신호는 낙하하는 점적을 카운터한 신호이므로, 제어부(153)는 점적의 낙하 주기로부터 점적 속도를 산출하고 점적 속도에 점적부피를 곱셈하여 실측 유량을 획득하되, 점적통의 특성 정보에 따라 점적 속도에 대응되는 점적 부피를 선택하여 실측 유량을 획득한다. 즉, 점적 속도에 따라 변동되는 점적 부피를 반영하여 정확한 실측 유량을 획득한다.
목표 회전 위치의 획득과정은 층류총괄유량계수 CL 를 사용하는 경우와 실험유량을 사용하는 경우에 각각 다음과 같이 이루어진다.
층류총괄유량계수 CL 를 사용하는 경우는 상기 임의의 회전 위치에 대응되는 계수(CL)의 값 및 실측 유량의 값을 상기 수학식 1의 상관 관계식에 대입하여 수위차(H)의 값을 획득한 후, 획득한 수위차(H)의 값 및 목표 유량의 값을 상기 수학식 1의 상관 관계식에 대입하여 계수(CL)의 값을 산출하고, 산출한 계수(CL)의 값에 대응되는 다이얼(32)의 회전 위치, 즉 목표 회전 위치를 획득한다.
실험유량을 사용하는 경우는 일정한 수위차에서 측정한 실험유량이 다이얼(32)의 회전 위치에 대응되게 데이이터화되어 있으므로, 목표 유량에 대한 목표 실험유량의 비율이 실측 유량에 대한 실측 실험유량의 비율과 동일하다는 상기 수학식 2에 근거하여 상기 임의의 회전 위치에 대응되는 실험유량인 실측 실험유량, 상기에서 획득한 실측 유량, 상기에서 입력받은 목표 유량을 각각 상기 수학식 2 또는 수학식 3에 대입하여 목표 실험유량을 산출하고, 이후, 목표 실험유량에 대응되는 다이얼(32)의 회전 위치를 목표 회전 위치로 한다.
이와 같이 이루어지는 유량 조절 단계(S20)에 의하면 유량을 1회 실측한 후 유량조절기(30)의 다이얼(32) 회전 위치를 1회 조정함으로써 수액세트(20)로 투여하는 유량을 목표 유량으로 조절할 수 있다.
모니터링 단계(S30)는 유량 조절 단계(S20) 이후에 미리 설정된 주기마다 유량을 측정하여 유량을 감시하는 단계로서, 미리 설정된 주기가 도래할 시에 진동감지센서(155)로 구동부(100)의 진동 여부를 감지하여 진동을 감지할 때를 제외하고(S31) 점적센서(200)를 이용하여 유량을 실측하고(S32), 이때 실측한 유량과 목표 유량 간의 차이(△Q)가 미리 설정된 값(△Qth)보다 크면(S33) 유량 조정하는(S34) 과정을 리셋 입력이 발생할 때까지 반복한다(S35).
여기서 유량 조정(S34)은 진동이 감지되지 아니할 시에 측정하는 유량이 목표 유량에서 벗어날 시에 다이얼(32)의 회전 위치를 조절하여 목표 유량으로 투여되도록 조정하는 것으로서, 다이얼(32)의 현재 조절 위치를 실측 유량을 얻기 위한 다이얼(32)의 회전 위치로 하고, 이때 실측되는 유량을 실측 유량으로 하여서, 상기한 층류총괄유량계수 CL 를 이용하는 경우나 아니면 상기한 실험유량을 이용하는 경우처럼 다이얼(32)의 회전 위치에 대한 유량의 상관 관계에 의해 목표 유량에 대응되는 목표 회전 위치를 획득하여 다이얼의 회전 위치를 조정한다. 즉, 유량이 변경되었다는 것은 수위차가 변경된 것이므로, 변경된 수위차에 맞춰 목표 유량이 투여되도록 다이얼의 회전 위치를 조정한다.
이와 같이 모니터링 단계(S30)는 수액 투여 중에 수액세트의 설치상태가 변경되어 있는 경우에도 다이얼(32)를 1회 위치 조절하여 목표 유량으로 투여되게 함으로써 투여 중인 유량을 목표 유량으로 일정하게 유지한다.
그리고, 모니터링 단계(S30)를 수행하는 중에서는 실측하는 유량의 값을 출력부(152)로 출력시키고, 진동이 발생할 시에 알람 메세지를 출력하는 것이 좋다.
제어부(153)는 입력부(151)를 통해 리셋 입력을 받으면(S35), 수액 투여를 종료하기 위해서 모터(141)를 제어하여 다이얼(32)을 유로 폐쇄 위치로 조절한다(S40). 이때, 제어부(153)는 다이얼(32)를 유로 폐쇄 위치로 조절하는 과정에서 리밋스위치(134)로부터 과회전 신호를 전달받으면 모터(141)를 정지시킨다.
리셋 상황은 다른 방식에 의해서도 발생할 수 있다. 예를 들면, 상기 제어부(153)는 상기 입력부(151)를 통해 총 투여량을 입력받게 하고, 상기한 모니터링 단계를 수행하면서 점적센서(200)를 이용하여 감지하는 유량을 적산하여 총 투여량에 도달할 시에 다이얼(32)을 유로 폐쇄 위치로 조절하게 구성하여도 된다. 여기서, 총 투여량 대신에 총 투여시간을 입력받고 모니터링 단계를 시작한 시점에서 투여시간을 체크하여 총 투여시간에 도달할 시에 다이얼(32)을 유로 폐쇄 위치로 조절하게 하여도 된다.
한편, 유량 조절 단계(S20) 및 모니터링 단계(S30)를 수행하는 중에 버블센서(156)에 의해 기포가 발생한 상황을 감지하면, 출력부(152)로 알람함과 동시에 상기한 리셋 동작, 즉, 다이얼(32)을 유로 폐쇄 위치로 조절한다.
이상에서 본 발명의 기술적 사상을 예시하기 위해 구체적인 실시 예로 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 상기와 같이 구체적인 실시 예와 동일한 구성 및 작용에만 국한되지 않고, 여러가지 변형이 본 발명의 범위를 벗어나지 않는 한도 내에서 실시될 수 있다. 따라서, 그와 같은 변형도 본 발명의 범위에 속하는 것으로 간주해야 하며, 본 발명의 범위는 후술하는 특허청구범위에 의해 결정되어야 한다.
10 : 수액병
20 : 수액세트 21 : 점적통 21a : 점적
22 : 튜브 23 : 주사바늘 24 : 롤러클램프
30 : 유량조절기 31 : 몸체 31a : 유입구
31b : 배출구 31c : 기준 돌기 32 : 다이얼
32a : 눈금 32b : 눈금유량 32c : 요철
32d : 초기화 돌기
40 : 보정장치
100 : 구동부
110 : 제1 케이스 111 : 후크 홈
120 : 제2 케이스 121 : 파지수단 고정판
121a : 몸체 삽입홈 121b : 튜브 삽입홈
121c : 슬라이딩 공간 122 : 힌지 123 : 후크
130 : 몸체 파지수단 131 : 파지부 132 : 가압부
132a : 회전축 133 : 스프링 134 : 리밋스위치
140 : 다이얼 회전수단 141 : 모터 142 : 주동기어
143 : 감속기어 144 : 종동기어 144a : 다이얼 삽입홈
144b : 요철 144c : 초기화 요홈 145 : 엔코더
150 : 컨트롤러 151 : 입력부 152 : 출력부
153 : 제어부 154 : 메모리 155 : 진동감지센서
156 : 버블센서
200 : 점적센서
210 : 파지부 220 : 발광소자 230 : 수광소자

Claims (8)

  1. 수액의 유입 및 배출이 이루어지는 몸체(31)에 회전 가능하게 장착한 다이얼(32)의 회전 위치를 조절함에 따라 내부의 유로를 가변하여 유량을 조절하는 유량조절기(30)를 튜브(22)에 설치하여 수액병(10) 내의 수액을 점적통(21), 유량조절기(30) 및 튜브(22)을 통해 투여하는 수액세트(20)에 장착되어서 유량 조절하되, 점적통(21)에서 낙하하는 점적을 센싱하는 점적센서(200) 및 유량조절기(30)의 다이얼(32)을 회전시켜 유량 조절하는 구동부(100)를 포함하여 구성되는 정맥내 수액유량 자동 조절장치에 있어서,
    상기 구동부(100)는
    유량조절기(30)의 몸체(31)를 파지하는 몸체 파지수단(130);
    유량조절기(30)의 다이얼(32)을 파지한 후 회전 위치를 조절하되, 다이얼(32)을 특정 회전 위치에서 파지하게 구성되는 다이얼 회전수단(140);
    수액치료의 처방 유량인 목표 유량을 입력받을 시에, 특정 회전 위치를 기준점으로 하여 다이얼(32)의 회전 위치를 판별하여, 다이얼(32)을 미리 설정된 임의의 회전 위치에 맞춘 상태에서 점적센서(200)로 실측 유량을 획득한 후, 다이얼(32)의 회전 위치에 대한 유량의 상관 관계에 의해 목표 유량에 대응되는 회전 위치인 목표 회전 위치를 획득하여 다이얼(32)을 목표 회전 위치에 맞춰 유량 조절하는 컨트롤러(150);
    를 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 정맥내 수액유량 자동 조절장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 컨트롤러(150)는 수액병(10) 내의 수액 수위와 주사바늘(23) 사이의 수위차(H)를 일정하게 수액세트(20)를 셋팅한 상태에서 회전 위치별로 측정한 유량인 실험유량을 데이터로 저장하고 있고,
    상기 임의의 회전 위치에 대응되는 실험유량을 실측 실험유량으로 하고, 목표 유량에 대한 목표 실험유량의 비율이 실측 유량에 대한 실측 실험유량의 비율과 동일하다는 관계식에 의해 목표 실험유량을 산출하여 목표 실험유량에 대응되는 회전 위치에 다이얼(32)을 맞춤을 특징으로 하는 정맥내 수액유량 자동 조절장치.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 컨트롤러(150)는 수액병(10) 내의 수액 수위와 주사바늘(23) 사이의 수위차(H), 다이얼(32)의 회전 위치에 따라 가변하는 계수(C) 및 수액의 유량(Q) 간의 상관 관계식 Q=CH 에 근거하여 회전 위치별 계수(C)의 값이 데이터로 저장되어 있고,
    상기 임의의 회전 위치에 대응되는 계수(C)의 값 및 실측 유량의 값을 상기 상관 관계식에 대입하여 수위차(H)의 값을 획득한 후, 획득한 수위차(H)의 값 및 목표 유량의 값을 상기 상관 관계식에 대입하여 계수(C)의 값을 획득하고, 획득한 계수(C)의 값에 대응되는 회전 위치에 다이얼(32)을 맞춤을 특징으로 하는 정맥내 수액유량 자동 조절장치.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 다이얼 회전수단(140)은 다이얼(32)을 삽입 고정하는 다이얼 삽입홈(144a)을 구비한 종동기어(144)를 엔코더(145)로 회전 위치를 감지하며 모터(141)의 회전축에 구비된 주동기어(142)로 회전시켜 회전각을 조절하되,
    상기 종동기어(144)의 다이얼 삽입홈(144a)은 다이얼(32)을 특정 회전 위치에서 삽입 고정하게 되어 있어, 상기 특정 회전 위치를 엔코더(145)로 감지함으로써, 다이얼(32)의 회전 위치 조절의 기준점으로 함을 특징으로 하는 정맥내 수액유량 자동 조절장치.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 몸체 파지수단(130)은 몸체(31)을 파지하되, 다이얼(32)의 회전축과 어긋나는 부위를 스프링(133)에 의해 가압되는 가압부(132)로 파지하여서, 스프링(133)의 가압력을 초과하는 힘이 몸체(31)에 가해질 시에 가압부(132)의 위치 이동을 리밋스위치(134)로 감지하여 상기 다이얼 회전수단(140)에 의한 다이얼(32)의 회전 동작을 멈추게 함을 특징으로 하는 정맥내 수액유량 자동 조절장치.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 점적센서(200)는 점적통(21)의 내부공간을 통과하는 레이저빔을 부채살 모양으로 방사하는 발광소자(220); 및 점적통(21)의 내부공간을 통과하는 각 레이저빔의 방사 방향별로 구비되어 수광하는 복수의 수광소자(230); 를 포함하며,
    컨트롤러(200)는 복수의 수광소자(230) 중에 어느 하나의 수광소자(230)라도 수광되지 아니할 시의 타이밍에 맞춰 카운터 하여, 카운터 간격에 따라 산출하는 점적의 낙하 주기와 미리 설정된 점적 부피에 근거하여 실측 유량을 획득함을 특징으로 하는 정맥내 수액유량 자동 조절장치.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 컨트롤러(150)는 구동부(100)의 진동을 감지하는 진동감지센서(155)를 구비하며,
    목표 유량으로 조절한 이후에는 진동을 감지할 때를 제외하고 미리 설정된 주기마다 유량을 측정하거나 아니면 상시 유량을 측정하여, 측정되는 유량이 목표 유량에서 벗어날 시에 다이얼(32)의 회전 위치에 대한 유량의 상관 관계에 의해 목표 유량에 대응되는 목표 회전 위치를 조정함을 특징으로 하는 정맥내 수액유량 자동 조절장치.
  8. 제 1항에 있어서,
    상기 컨트롤러(150)는 자주 사용하는 목표 유량의 목록을 메모리에 저장하고 있어서, 목록에서 목표 유량을 선택하게 함을 특징으로 하는 정맥내 수액유량 자동 조절장치.
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