KR101634570B1 - 혈관에 대한 튜브의 원위 단부의 위치를 모니터링하기 위한 장치 - Google Patents

혈관에 대한 튜브의 원위 단부의 위치를 모니터링하기 위한 장치 Download PDF

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KR101634570B1
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마라이케 크리
야콥 로거 하르첸
주디츠 마르그레트 렌센
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코닌클리케 필립스 엔.브이.
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Abstract

본 발명은 튜브의 원위 단부가 혈관 내부에 위치되어 있는지 여부를 정확하게 모니터링하는 것이 가능한 장치(102)에 관한 것이다. 장치는 원위 단부를 가열하기 위해 구성된 가열 요소(106)와, 원위 단부의 외부에 의해 전달된 열을 나타내는 측정 신호(114)를 생성하기 위한 센서 장치(110)를 포함한다. 측정 신호(114)를 기준 신호와 비교하기 위해, 장치는 비교기 장치(116)를 추가로 포함한다. 여기서, 기준 레벨은 혈관 내의 최소 유속에 응답하여 측정 신호(114)에 의해 얻어진 값에 동일하다. 본 발명은 또한 혈관을 경유하여 포유류와 액체를 교환하기 위한 시스템(102)에 관한 것이다. 시스템은 본 발명에 따른 장치를 구비하는 튜브를 포함한다.

Description

혈관에 대한 튜브의 원위 단부의 위치를 모니터링하기 위한 장치{APPARATUS FOR MONITORING A POSITION OF A TUBE'S DISTAL END WITH RESPECT TO A BLOOD VESSEL}
본 발명은 혈관에 대한 튜브의 원위 단부의 위치를 모니터링하기 위한 장치에 관한 것이다.
본 발명은 또한 혈관을 경유하여 액체를 교환하기 위한 시스템에 관한 것이다.
미국 특허 US-A 4971068호는 금속 캐뉼러 및 캐뉼러 상에 장착된 온도 감응식 지시기를 포함하는 니들을 개시하고 있다. 혈관 관통은 혈액이 캐뉼러에 진입하여 상기 온도 감응식 지시기에 도달하는 경우에 온도 감응식 지시기의 컬러의 변화에 의해 시각적으로 지시된다.
미국 특허 US-A 4971068호에 개시된 니들의 문제점은 이것이 주입 절차, 즉 액체가 환자에 공급되는 절차 중에 캐뉼러가 혈관 내부의 위치 설정을 유지하는지 여부를 모니터링하는 것이 가능하지 않다는 것이다. 즉, 미국 특허 US-A 4971068호에 개시된 니들은 혈관 관통을 관찰하고 따라서 혈관 내의 캐뉼러의 위치 설정을 관찰하기 위해 혈액 자체가 온도 감응식 지시기까지 캐뉼러 내에서 유동하는 것을 필요로 한다.
본 발명의 목적은 혈관 내부의 위치 설정이 튜브의 원위 단부에 대해 유지되는지 여부를 모니터링하는 것이 가능한 개시 단락에 규정된 종류의 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 목적은 본 발명에 따른 장치에 의해 성취된다. 본 발명에 따른 장치는 원위 단부를 가열하기 위해 구성된 가열 요소, 원위 단부의 외부에 의해 전달된 열을 나타내는 측정 신호를 생성하기 위한 센서 장치, 및 측정 신호를 기준 레벨과 비교하기 위한 비교기 장치를 포함하고, 기준 신호는 혈관 내의 최소 유속에 응답하여 측정 신호에 의해 얻어진 값에 동일하다.
소정 레벨의 전력이 가열 요소에 제공되면, 혈관 내의 혈액의 유속에 따라, 원위 단부의 외부로부터의 열전달이 혈관의 내부 및 외부의 위치에 대해 상당히 상이할 것이다. 튜브의 원위 단부의 외부에 의해 전달된 열을 나타내는 측정 신호를 생성함으로써, 혈관 내부의 튜브의 원위 단부의 위치는 혈관의 외부의 위치로부터 구별 가능하게 된다. 여기서, 기준 신호는 혈관 내의 최소 유속에 응답하여 측정 신호에 의해 얻어진 값에 동일하고, 이 값은 최소 열전달의 레벨에 대응한다. 따라서, 측정 신호가 기준 레벨과 비교하여 더 높은 열전달의 레벨을 지시하는 경우에, 튜브의 원위 단부는 혈관 내부에 위치되어야 한다. 따라서, 측정 신호가 기준 레벨과 비교하여 더 작은 열전달의 레벨을 지시하는 경우에, 튜브의 원위 단부는 혈관의 외부에 위치되어야 한다. 따라서, 측정 신호를 기준 레벨과 비교함으로써, 원위 단부가 실제로 혈관 내부의 위치를 점유하는지 여부를 확인할 수 있다.
후자의 비교에 기초하여, 의료 전문가는 원위 단부의 위치 설정에 관해 통지된다. 즉, 비교기 장치는 더욱이 측정 신호와 기준 레벨의 비교에 기초하여 혈관에 대한 원위 단부의 위치 설정을 지시하는 신호를 생성한다.
원위 단부의 위치를 모니터링하기 위해, 튜브 외부의 혈류가 이용된다는 것이 주목되어야 한다. 따라서, 어떠한 혈액도 튜브를 통해 영구적으로 유동하도록 요구되지 않는다. 그 결과, 본 발명에 따른 장치는 혈액이 환자로부터 튜브를 경유하여 견인되는 샘플 추출 절차, 뿐만 아니라 액체가 튜브를 통해 혈관을 향해 유동하는 주입 절차 중에 혈관에 대한 원위 단부의 위치를 모니터링하는 것이 가능하다.
샘플 추출 절차 및 주입 절차의 모두 중에, 내부의 원위 단부의 위치는 예를 들어 환자의 이동에 기인하여 교란되기 쉽다. 혈관 내부의 원위 단부 위치가 나빠지는 경우에, 즉 원위 단부가 더 이상 혈관 내부에 있지 않은 경우에, 액체는 상기 혈관을 둘러싸는 조직에 공급된다. 그 결과로서, 염증, 부기(swelling) 및/또는 통증이 환자에게 발생된다.
본 발명에 따른 장치는 이러한 절차의 모든 스테이지 중에, 즉 환자와 유체를 교환하는 프로세스 중에, 뿐만 아니라 그 시작이 혈관 관통에 전념되는 이러한 절차의 시작시에도 튜브의 원위 단부 위치 설정을 모니터링하는데 적합하다는 것이 더 주목되어야 한다.
본 명세서에서, 혈관은 정맥 및 동맥의 모두를 포함하는 것으로 고려된다.
본 발명에 따른 장치의 바람직한 실시예에서, 센서 장치는 가열 요소의 온도를 측정하기 위한 제 1 온도 센서를 포함하고, 가열 요소는 일정한 레벨의 전력이 제공된다. 이 실시예는 비교적 소량의 전자 구성 요소를 포함하여, 이에 의해 본 발명에 따른 장치의 소형화 및 상기 장치를 제조하는데 있어서 비용의 감소를 허용한다. 후자의 특성은 본 발명에 따른 장치에 대한 1회용 특성을 향상시킨다. 즉, 이 실시예는 장치를 폐기함으로써 발생된 경제적 손실이 실질적으로 작아지게 하는 것이다. 명백하게, 본 발명에 따른 장치는 반드시 폐기될 필요는 없는데, 즉 연장된 사용이 허용된다.
본 발명에 따른 장치의 다른 바람직한 실시예에서, 센서 장치는 가열 요소로부터 실질적으로 이격된 위치에서 온도를 측정하기 위해 구성된 2차 온도 센서를 포함하고, 센서 장치는 1차 및 2차 온도 센서에 의해 측정된 온도들 사이의 차이를 측정하기 위해 구성된다. 여기서, 가열 요소로부터 실질적으로 이격된 위치는 가열 요소에 의한 열전달에 의해 거의 영향을 받지 않는 온도를 갖는 위치를 암시한다. 이 실시예는 주위 온도 변동에 관하여 강건하기 때문에 튜브의 원위 단부의 위치 설정을 정확하게 표시하는 것이 가능한 장점이 있다. 즉, 상기 변동은 제 1 및 제 2 온도 센서에 의해 측정된 온도들 사이의 차이에 측정 신호를 기초함으로써 보상된다.
본 발명에 따른 장치의 다른 바람직한 실시예는 1차 온도 센서에 의해 측정된 가열 요소의 온도와 일정한 기준 온도 사이의 편차에 기초하여 가열 요소에 제공된 전력을 제어하기 위한 제어 회로를 포함하고, 센서 장치는 가열 요소에 제공된 전력을 측정하기 위해 구성된다. 이 실시예는 혈관 내부의 혈액 및 혈관을 둘러싸는 조직의 과도한 가열이 일정한 기준 온도로 가열 요소의 온도를 제어함으로써 방지되는 장점을 갖는다.
본 발명에 따른 장치의 다른 바람직한 실시예에서, 센서 장치는 튜브의 종축에 평행한 성분을 갖는 축을 따라 가열 요소의 양 측면의 사전 결정된 위치에서 온도들 사이의 차이를 측정하기 위해 구성된 1차 온도 센서를 포함하고, 가열 요소에는 작동 중에 일정한 레벨의 전력이 제공된다. 이 실시예는 혈관 내의 유동 방향을 측정하는 것이 가능한 장점이 있다. 이 특성은 동맥 또는 정맥 내에 원위 단부를 위치시키는 것이 필수적인 용례에서 특히 이득이 있고, 이 혈관들은 상이한 유동 방향을 따라 혈액을 운반한다. 따라서, 이 실시예는 동맥과 정맥 사이의 구별을 효과적으로 가능하게 한다.
본 발명에 따른 장치의 다른 바람직한 실시예에서, 센서 장치는 튜브의 종축에 평행한 성분을 갖는 축을 따라 가열 요소의 양 측면의 사전 결정된 위치에서의 온도들 사이의 차이를 측정하기 위해 구성된 1차 온도 센서를 포함하고, 작동 중에 가열 요소에 제공된 전력은 2차 온도 센서에 의해 측정된 가열 요소의 온도와 일정한 기준 온도 사이의 편차에 기초하여 제어 회로에 의해 제어된다. 이 실시예는 원위 단부가 혈관 내부에 위치되었는지 여부를 모니터링하는 감도를 증가시키는 장점이 있다. 즉, 튜브의 원위 단부가 혈관 외부에 위치되는 경우에, 이 실시예에 의해 생성된 측정 신호의 값은 기준 레벨과는 상당히 상이할 것이다. 이에 추가하여, 이 실시예는 혈관 내부의 혈액 및 혈관을 둘러싸는 조직으로부터의 과도한 가열을 방지하는 장점이 있다. 더욱이, 이 실시예는 혈관 내의 혈류의 방향을 측정하는 것이 유리하게 가능하다.
본 발명에 따른 장치의 다른 실용적인 실시예에서, 센서 장치는 튜브의 원위 단부의 외부의 온도를 측정하기 위한 1차 온도 센서를 포함하고, 가열 요소는 작동 중에 전력 펄스가 제공되고, 센서 장치는 그 후에 열 펄스가 1차 온도 센서에 의해 검출되는 기간을 측정하기 위해 구성된다.
본 발명에 따른 장치의 다른 바람직한 실시예에서, 센서 장치는 1차 온도 센서 및 2차 온도 센서를 포함하고, 1차 및 2차 온도 센서는 튜브의 종축에 평행한 성분을 갖는 축을 따라 가열 요소의 양 측면의 위치에 위치되고, 가열 요소는 작동 중에 전력 펄스가 제공되고, 센서 장치는 그 후에 열 펄스가 1차 및 2차 온도 센서에 의해 검출되는 기간들 사이의 차이를 측정하기 위해 구성된다. 이 실시예는 혈관 내의 혈류의 방향을 측정하는 것이 가능한 장점이 있다. 이 특성은 동맥 또는 정맥 내에 튜브의 원위 단부를 위치시키는 것이 필수적인 용례에 특히 이득이 있고, 이 혈관들은 상이한 유동 방향을 따라 혈액을 운반한다. 따라서, 이 실시예는 동맥과 정맥 사이를 효과적으로 구별할 수 있게 한다.
본 발명에 따른 장치의 다른 바람직한 실시예는 RF 통신을 위한 안테나와, 가열 요소에 전력을 공급하기 위한 전자기 방사선을 수용하기 위한 코일을 포함한다. 이 실시예는 센서 장치 및 가열 요소가 무선 작동을 허용하게 하는, 즉 센서 장치 및 가열 요소가 가열 요소를 구동하고 센서 장치에 의해 생성된 측정 신호에 응답하는 임의의 회로로부터 물리적으로 완전히 분리되는 장점을 갖는다. 그 결과, 어떠한 성가신 배선도 튜브에 부착되지 않는다. 이러한 배선의 부재(absence)는 의료 전문가가 본 발명에 따른 장치를 취급하는 것을 매우 용이하게 한다.
본 발명에 따른 장치의 바람직한 실시예에서, 가열 요소 및 센서 장치는 기계적으로 가요성 캐리어에 부착된 실리콘 기판 상에 프로세싱된다. 이 실시예는 유리하게는 센서 장치 및 가열 요소가 튜브의 기하학적 형상, 예를 들어 원형 또는 직사각형 단면을 갖는 튜브에 합치 가능하게 할 수 있다. 그 결과, 본 발명에 따른 장치의 특정 용례에 따라, 광범위한 기하학적 형상이 튜브를 위해 이용될 수 있다.
본 발명에 따른 장치의 실용적인 실시예에서, 센서 장치는 도핑된 폴리실리콘 열전퇴(thermopile)를 포함하는 온도 센서를 포함한다.
본 발명의 다른 목적은 개시 단락에 규정된 종류의 시스템을 제공하는 것이다. 이 목적은 본 발명에 따른 시스템에 의해 성취된다. 본 발명에 따른 시스템은 튜브를 포함하고, 튜브는 본 발명에 따른 장치를 구비한다.
본 발명에 따른 시스템의 바람직한 실시예에서, 가열 요소 및 센서 장치는 튜브와 실질적으로 동축으로 배열된다. 본 명세서에서, 동축적으로라는 것은 종방향으로 공통축을 공유하는 본체 또는 표면의 배열로서 해석되어야 한다. 따라서, 원형 및 비원형 본체 및 표면의 모두는 동축 배열을 허용한다. 이 실시예는 튜브의 원위 단부의 위치 설정이 검출 가능한 정확도를 유리하게 증가시킨다. 즉, 센서 장치, 가열 요소 및 튜브를 동축적으로 배열함으로써, 평면 대칭성이 튜브의 단면을 통해 연장하는 평면에 생성된다. 후자의 평면 대칭성은 튜브의 원위 단부의 외부를 공간적으로 더 균일하게 가열하게 하고, 튜브의 원위 단부의 외부에 의해 그 환경으로 전달되는 열을 지시하는 측정 신호를 공간적으로 더 정밀하게 생성하게 한다.
본 발명에 따른 시스템의 다른 바람직한 실시예에서, 가열 요소 및 센서 장치는 튜브의 벽에 위치된다. 이 실시예는 센서 장치 및 가열 요소가 혈관 내의 혈액 뿐만 아니라 튜브를 경유하여 교환될 유체에 물리적으로 접촉하는 것이 방지되는 장점을 갖는다. 후자의 특성은 정맥내 주입과 같은 의료용 용례에 필수적이다. 즉, 이들 용례에서, 센서 장치, 가열 요소 및/또는 이들의 부분이 해제되는 긴급 상황을 방지하는 것이 매우 중요하다. 바람직하게는, 센서 장치 및 가열 요소의 모두는 혈액과 센서 장치 및 가열 요소 사이의 거리에 기인하여 열 저항을 감소시키기 위해 튜브의 외부면에 비교적 근접하여 설치된다.
도 1은 본 발명에 따른 장치가 가열 요소의 온도를 측정하기 위한 1차 온도 센서를 포함하는 본 발명에 따른 시스템의 실시예를 개략적으로 도시하는 도면.
도 2는 본 발명에 따른 장치가 주위 온도 변동을 보상하기 위한 2차 온도 센서를 포함하는 본 발명에 따른 시스템의 실시예를 개략적으로 도시하는 도면.
도 3은 도 2에 도시된 실시예에 따른 센서 장치 및 가열 요소를 실체화하기 위한 전자 회로의 실시예를 개략적으로 도시하는 도면.
도 4는 본 발명에 따른 장치가 가열 요소의 온도를 제어하기 위한 제어 회로를 포함하는 본 발명에 따른 시스템의 실시예를 개략적으로 도시하는 도면.
도 5는 본 발명에 따른 장치가 가열 요소의 양 측면에 위치된 1차 및 2차 온도 센서를 포함하는 본 발명에 따른 시스템의 실시예를 개략적으로 도시하는 도면.
도 6은 본 발명에 따른 장치가 가열 요소의 양 측면에 위치된 1차 및 2차 온도 센서 및 가열 요소를 위한 기준 온도를 유지하기 위한 피드백 제어기를 포함하는 본 발명에 따른 시스템의 실시예를 개략적으로 도시하는 도면.
도 7은 본 발명에 따른 장치가 일련의 전력 펄스를 구비하는 가열 요소를 포함하는 본 발명에 따른 시스템의 실시예를 개략적으로 도시하는 도면.
도 8은 본 발명에 따른 장치가 가열 요소의 양 측면에 위치된 1차 및 2차 온도 센서를 포함하고, 가열 요소는 전력 펄스를 구비하는 본 발명에 따른 시스템의 실시예를 개략적으로 도시하는 도면.
도 9는 센서 장치 및 가열 요소가 튜브의 벽에 위치되는 본 발명에 따른 시스템의 실시예를 개략적으로 도시하는 도면.
도 10은 도 9에 도시된 실시예의 평면도를 개략적으로 도시하는 도면.
도 11은 도 4에 도시된 실시예에 따른 센서 장치, 가열 요소 및 제어 회로를 실체화하기 위한 전자 회로의 실시예를 개략적으로 도시하는 도면.
도 1은 혈관을 경유하여 포유류와 액체(103)를 교환하기 위한 시스템(101)을 개략적으로 도시한다. 시스템은 튜브(104)와, 혈관에 대한 튜브(104)의 원위 단부(108)의 위치를 모니터링하기 위한 장치(102)를 포함한다. 가열 요소(106)가 작동 중에 원위 단부(108)의 외부를 가열하기 위해 튜브(104) 내에 매립된다. 이 목적으로, 가열 요소(106)는 예를 들어 배터리와 같은 에너지 소스(110)에 의해 일정한 전력이 제공된다. 그 자체로 공지된 온도 센서(112)가 가열 요소(106)의 온도를 측정하기 위해 구성된다. 측정 신호(114)는 가열 요소(106)의 온도에 관련된다. 일정한 조직 온도를 가정하면, 측정 신호(114)는 그 환경으로, 즉 이것이 혈관 내부에 위치되는 경우에 원위 단부(108)를 둘러싸는 혈액 또는 원위 단부(108)가 혈관의 외부에 위치되는 경우에 혈관을 둘러싸는 조직으로 원위 단부(108)의 외부에 의해 전달된 열을 지시한다. 비교기 장치(116)가 측정 신호(114)를 기준 레벨과 비교하기 위해 구성된다. 이 특정 예에서, 기준 레벨은 혈관 내의 최소 유속에 응답하여 가열 요소(106)에 의해 얻어진 온도에 동일하다. 원위 단부(108)가 혈관 내에 위치되면, 혈액의 유속에 따라, 가열 요소(106)의 온도는 튜브의 원위 단부(108)가 혈관의 외부에 위치되면 가열 요소(106)가 얻을 수 있는 온도에 비교하여 상당히 감소될 것이다. 따라서, 기준 레벨은 작동 중에 전력이 그에 제공되면 가열 요소(106)의 온도를 위한 최대값에 대응한다.
도 2는 혈관을 경유하여 포유류와 액체(203)를 교환하기 위한 시스템(201)을 개략적으로 도시한다. 시스템은 튜브(204)와, 혈관에 대한 튜브(204)의 원위 단부(208)의 위치를 모니터링하기 위한 장치(202)를 포함한다. 가열 요소(206)가 작동 중에 튜브의 원위 단부(208)의 외부를 가열하기 위해 튜브(204) 내에 매립된다. 이 목적으로, 가열 요소(206)는 에너지 소스(210)에 의해 일정한 전력이 제공된다. 1차 온도 센서(212), 예를 들어 온도계는 가열 요소(206)의 온도를 측정하기 위해 구성된다. 2차 온도 센서(214)는 거리(D)에서 가열 요소(106)로부터 이격하여 위치된다. 여기서, 거리(D)는 바람직하게는 2차 온도 센서(214)의 온도에 대한 가열 요소(206)의 영향을 최소화하기 위해 적어도 팩터 5만큼 가열 요소(206)의 폭(W)을 초과한다. 2차 온도 센서(214)는 주위 온도를 측정하기 위해 구성된다. 측정 신호(216)는 1차 온도 센서(212) 및 2차 온도 센서(214)에 의해 측정된 온도들 사이의 차이에 관련된다. 비교기 장치(218)가 측정 신호(216)를 기준 레벨과 비교하기 위해 구성된다. 이 특정 예에서, 기준 레벨은 혈액의 최소 유속에 응답하여 가열 요소(206)의 온도와 주위 온도 사이의 차이에 동일하다. 원위 단부(208)가 혈관 내에 위치되는 경우에, 혈액의 유속에 따라, 가열 요소(206)의 온도는 튜브의 원위 단부(208)가 혈관의 외부에 위치되는 경우에 얻을 수 있는 온도에 비교하여 상당히 감소한다. 따라서, 기준 레벨은 가열 요소(206)의 온도에 대한 최대값, 따라서 가열 요소(206)의 온도와 주위 온도 사이의 차이에 대한 최대값에 대응한다.
도 3은 센서 장치 및 가열 요소를 실현하기 위한 전자 회로(302)를 개략적으로 도시한다. 전자 회로(302)는 가열 요소로서 기능하는 그 전기 저항과 그 온도 사이의 사전 결정된 관계를 갖는 서미스터(thermistor)(304)를 포함한다. 예를 들어 도 2를 참조하면, 서미스터는 튜브의 원위 단부(208)를 가열하기 위해 구성된다. 도 3을 참조하면, 서미스터(304)는 휘트스톤 브리지(Wheatstone bridge)(306) 내에 매립된다. 제어형 전압 소스(308)는 휘트스톤 브리지(306)를 가로질러 전압을 인가한다. 전압계(310)가 서미스터의 저항과 그 온도 사이의 사전 결정된 관계를 이용함으로써 서미스터(304)의 온도를 간접적으로 측정하여, 이에 의해 저항 온도계로서 기능하기 위해 구성된다. 주위 온도의 변동은 서미스터(306)로부터 이격하여 기준 서미스터(312)를 위치시킴으로써 고려된다. 이 목적으로, 기준 서미스터(312)는 최소 소산을 보장하기 위해 비교적 큰 전기 저항을 구비한다. 게다가, 서미스터(304) 및 기준 서미스터(312)는 실질적으로 동일한 온도 계수를 구비한다. 더욱이, 저항기(314, 316)가 휘트스톤 브리지(306) 내에 포함된다. 저항기(314, 316)는 바람직하게는 서미스터(304)에 비교하여 무시할만한 온도 계수를 구비한다.
도 4는 혈관을 경유하여 포유류와 액체(403)를 교환하기 위한 시스템(401)을 개략적으로 도시한다. 시스템은 튜브(404)와, 혈관에 대한 튜브(404)의 원위 단부(408)의 위치를 모니터링하기 위한 장치(402)를 포함한다. 가열 요소(406)는 작동 중에 튜브의 원위 단부(408)의 외부를 가열하기 위해 튜브(404) 내에 매립된다. 온도 센서(410)는 가열 요소(406)의 온도를 측정하기 위해 구성된다. 온도 센서(410)의 출력(412)은 설정점 발생기(416)의 출력(414)을 경유하여 제공된 일정한 기준 온도에 비교된다. 출력(412), 즉 가열 요소(406)의 온도와 출력(414), 즉 일정한 기준 온도 사이의 편차가 제어기(418) 내에 공급된다. 이 특정 예에서, 제어기(418)는 비례 적분 미분(PID) 제어기이다. 제어기(418)는 상기 편차를 전력(420)으로 변환한다. 코일(422)은 예를 들어 유도 결합에 의해, 작동 중에 전자기 방사선을 수신할 때 추가의 전력(424)을 제공하기 위해 시스템(402) 내에 제공된다. 센서(428)가 가열 요소(406)에 공급된 총 전력(426), 즉 혈류가 가열 요소(406)를 냉각하는 사실이 제공되면 가열 요소(406)를 위한 일정한 기준 온도를 유지하기 위해 그리고 측정 신호(430)를 생성하기 위해 요구되는 전력을 측정하기 위해 구성된다. 비교기 장치(432)는 측정 신호(430)를 기준 레벨과 비교하기 위해 배열된다. 이 특정 예에서, 기준 레벨은 최소 유동 조건에 응답하여 가열 요소(406)를 일정한 기준 온도로 유지하기 위해 총 전력(426)에 대해 요구되는 값에 해당한다. 즉, 튜브의 원위 단부(408)가 포유류의 혈관 내에 위치되면, 튜브의 원위 단부(408)의 외부에 의해 그 환경으로 전달되는 열의 양은 혈액 유속의 증가에 따라 상당히 증가한다. 따라서, 가열 요소(406)에 대해 일정한 기준 온도를 유지하기 위해 요구된 총 전력(426)은 혈액 유속의 증가에 따라 상당히 증가한다. 대안적으로, 추가의 전력(424)이 사전 결정되면, 전력(422)을 측정하는 것이 튜브의 원위 단부가 혈관 내부에 위치되는지 여부를 모니터링하기 위해 마찬가지로 실행 가능할 수 있다.
도 5는 혈관을 경유하여 포유류와 액체(503)를 교환하기 위한 시스템(501)을 개략적으로 도시한다. 시스템은 튜브(504)와, 혈관에 대한 튜브(504)의 원위 단부(508)의 위치를 모니터링하기 위한 장치(502)를 포함한다. 가열 요소(506)는 작동 중에 튜브의 원위 단부(508)의 외부를 가열하기 위해 튜브(504) 내에 매립된다. 이 목적으로, 전력 소스(510)는 작동 중에 일정한 레벨의 전력을 가열 요소(506)에 제공한다. 온도 센서(512)가 가열 요소(506)의 양 측면의 위치에서의 온도들 사이의 차이를 측정하기 위해 구성된다. 이 목적으로, 온도 센서(512)는 열전퇴(514)를 포함한다. 본 명세서에서, 열전퇴는 열전쌍의 직렬 접속을 칭한다. 열전퇴는 절대 온도보다는 국부 온도 구배 또는 국부 온도 차이에 관한 출력을 생성한다. 따라서, 열전퇴(514)는 가열 요소(506)의 양 측면의 위치에서의 온도들 사이의 차이를 표시한다. 여기서, 위치는 튜브의 종축(516)에 평행한 성분을 갖는 축을 따라 위치된다. 온도 센서는 측정 신호(518)를 생성한다. 혈액 유속이 클수록, 가열 요소(506)를 가로지르는 온도 비대칭성이 커지게 된다. 즉, 열은 가열 요소(506)로부터 열전퇴의 일 측면으로 혈류의 강제 대류를 통해 전달될 것이다. 비교기 요소(520)가 측정 신호(518)를 기준 레벨과 비교하기 위해 배열된다. 이 예에서, 기준 레벨은 혈관 내의 혈액의 최소 유속 및 작동 중에 가열 요소에 제공된 전력에 응답하여 가열 요소(506)를 가로지르는 온도차에 의해 얻어질 수 있는 값에 동일하다. 즉, 최소 유속에 대해, 가열 요소(506)를 가로지르는 온도의 비대칭성은 최소일 것이다. 혈액 유속을 증가시키는 것은 상기 비대칭성이 확대되게 하고, 이는 측정 신호(518)의 절대값의 증가를 생성한다. 측정 신호(518)의 부호는 혈관 내의 혈액의 유동 방향을 지시한다. 비교기 장치(520)는 추가적으로 측정 신호(518)의 부호를 다른 기준값과 비교하기 위해 구성되고, 이 다른 기준값은 가능한 유동 방향 중 하나를 지시한다.
도 6은 혈관을 경유하여 포유류와 액체(603)를 교환하기 위한 시스템(601)을 개략적으로 도시한다. 시스템은 튜브(604)와, 혈관에 대한 튜브(604)의 원위 단부(608)의 위치를 모니터링하기 위한 장치(602)를 포함한다. 가열 요소(606)가 작동 상태 중에 튜브의 원위 단부(608)의 외부를 가열하기 위해 튜브(604) 내에 매립된다. 이 목적으로, 전력(610)이 가열 요소(606)에 제공된다. 1차 온도 센서(612)는 가열 요소(606)의 양 측면의 위치에서의 온도를 측정하기 위해 구성된다. 이 목적으로, 1차 온도 센서(612)는 열전퇴(614)를 포함한다. 여기서, 위치는 튜브(604)의 종축(616)에 평행한 성분을 갖는 축을 따라 위치된다. 1차 온도 센서(612)는 측정 신호(618)를 생성한다. 비교기 요소(620)는 측정 신호(618)를 기준 레벨과 비교하기 위해 배열된다. 이 예에서, 기준 레벨은 혈관 내의 혈액의 최소 유속 및 작동 중에 가열 요소에 제공된 전력에 응답하여, 가열 요소(606)의 양 측면의 위치에서의 온도의 차이에 의해 얻어질 수 있는 값에 동일하다. 즉, 증가하는 혈액 유속은 상기 온도의 차이가 증가하게 한다. 즉, 튜브의 원위 단부가 혈관 내에 있으면, 열은 혈류와 함께 튜브의 원위 단부(608)의 외부로부터 전달될 수 있다. 상기 열전달은 가열 요소(606)의 양 측면의 위치에 대한 온도 비대칭성으로 유도되고, 따라서 측정 신호(618)의 절대값이 증가되게 한다. 측정 신호(618)의 부호는 혈관 내의 혈액의 유동 방향을 지시한다. 비교기 장치(620)는 추가적으로 측정 신호(618)의 부호를 다른 기준값과 비교하기 위해 구성될 수 있고, 이 다른 기준값은 가능한 유동 방향 중 하나를 지시한다. 그 자체로 공지된 2차 온도 센서(622)는 가열 요소(606)의 온도를 측정하기 위해 구성된다. 가열 요소(606)의 온도는 설정점 발생기(624)에 의해 제공된 일정한 기준 온도와 비교된다. 상기 온도들 사이의 편차가 본 특정 예에서 비례(P) 제어기인 제어기(626) 내에 공급된다. 전자기 방사선을 수용할 때 추가의 전력을 발생하기 위해 배열되는 코일(628)에 의해 제공된 추가의 전력이 추가된 제어기(626)의 출력은 작동 상태 중에 가열 요소(606)에 제공된 전력(610)을 구성한다. 바람직하게는, 열전퇴(614) 및 가열 요소(606)는 튜브(604)의 종축(616)에 대해 대칭적으로 위치된다.
도 7은 혈관을 경유하여 포유류와 액체(703)를 교환하기 위한 시스템(701)을 개략적으로 도시한다. 시스템은 튜브(704)와, 혈관에 대한 튜브(704)의 원위 단부(708)의 위치를 모니터링하기 위한 장치(702)를 포함한다. 가열 요소(706)는 작동 중에 튜브의 원위 단부(708)의 외부를 가열하기 위해 튜브(704) 내에 매립된다. 이 목적으로, 가열 요소(706)는 펄스 발생기(712)에 의해 일련의 전력 펄스(710)가 제공된다. 바람직하게는, 일련의 전력 펄스(710)는 전력 펄스의 구형파로 실현된다. 여기서, 일련의 전력 펄스는 적어도 2개의 펄스, 바람직하게는 튜브의 원위 단부(708)의 위치를 영구적으로 모니터링하는 것을 가능하게 하기 위해 2개 초과의 펄스를 포함한다. 펄스 발생기(712)는 전력 소스(714)에 의해 전력을 공급받는다. 펄스 발생기(712)는 일련의 전력 펄스(710) 내의 상승 플랭크(flank)가 생성되는 시점을 지시하는 신호(716)를 발생시킨다. 온도 센서(718)가 튜브의 원위 단부(708)의 외부에서 온도를 측정하기 위해 배열된다. 온도 센서(718)는 추가적으로 온도 펄스의 상승 플랭크가 온도 센서(718)에 의해 표시되는 추가의 시점을 지시하는 출력(720)을 생성하기 위해 구성된다. 측정 신호(722)는 시점과 추가의 시점 사이의 차이에 관련된다. 그 자체로 공지된 비교기 요소(724)는 측정 신호(722)를 기준 레벨과 비교한다. 여기서, 기준 레벨은 펄스 발생기(712)에 의한 전력 펄스의 상승 플랭크의 발생과 온도 센서(718)에 의한 대응 온도 펄스의 검출 사이의 시간폭에 대한 값에 해당하고, 이 값은 혈관 내의 혈액의 최소 유속 및 가열 요소(706)에 제공된 전력에 응답하여 얻어진다. 후자의 시간폭은 최소 유속에 응답하여 최대값을 얻을 것이고, 유속의 증가에 따라 감소할 것이다.
도 8은 혈관을 경유하여 포유류와 액체(803)를 교환하기 위한 시스템(801)을 개략적으로 도시한다. 시스템은 튜브(804)와, 혈관에 대한 튜브(804)의 원위 단부(808)의 위치를 모니터링하기 위한 장치(802)를 포함한다. 가열 요소(806)가 작동 중에 튜브의 원위 단부(808)의 외부를 가열하기 위해 튜브(804) 내에 매립된다. 이 목적으로, 가열 요소(806)는 펄스 발생기(812)에 의해 일련의 전력 펄스(810)가 제공된다. 펄스 발생기(812)는 작동 중에 전력 소스(814)에 의해 전력을 공급받는다. 시스템(802)은 1차 온도 센서(816) 및 2차 온도 센서(818)를 포함한다. 여기서, 1차 온도 센서(816) 및 2차 온도 센서(818)는 튜브(804)의 종축(820)에 평행한 성분을 갖는 축을 따라 가열 요소(806)의 양 측면의 위치에 위치된다. 바람직하게는, 1차 및 2차 온도 센서(816, 818)는 종축(820)에 평행한 축을 따라 가열 요소(806)에 대해 대칭으로 위치된다. 즉, 가열 요소(806)에 대한 1차 및 2차 온도 센서(816, 818)의 위치의 어떠한 차이도 고려될 필요가 없다. 1차 온도 센서(816)는 튜브의 원위 단부(808)의 외부에서의 온도를 측정하기 위해 배열된다. 온도 센서(816)는 온도 펄스의 상승 플랭크가 1차 온도 센서(816)에 의해 표시되는 시점을 지시하는 출력(822)을 생성하기 위해 추가로 구성된다. 2차 센서(818)는 가열 요소(806)의 대향 부위의 위치 상의 튜브(804)의 외부에서의 온도를 측정하기 위해 구성된다. 2차 온도 센서(818)는 추가적으로 추가의 온도 펄스의 상승 플랭크가 2차 온도 센서(818)에 의해 표시되는 추가의 시점을 지시하는 출력(824)을 생성하기 위해 구성된다. 여기서, 온도 펄스 및 추가의 온도 펄스는 작동 중에 전력 펄스(814)에 의해 유도된다. 측정 신호(826)는 출력(822)과 추가의 출력(824) 사이의 차이, 즉 온도 펄스 및 추가의 온도 펄스가 각각 1차 및 2차 온도 센서(816, 818)에 의해 검출되는 시점과 추가의 시점 사이의 차이에 관련된다. 그 자체로 공지된 비교기 요소(828)가 측정 신호(826)를 기준 레벨과 비교한다. 여기서, 기준 레벨은 상승 플랭크가 1차 온도 센서(816)에 의해 검출되는 시점과 추가의 상승 플랭크가 2차 온도 센서(818)에 의해 검출되는 추가의 시점 사이의 시간폭의 값에 해당하고, 이 시간폭은 혈관 내의 혈액의 최소 유속 및 가열 요소(806)에 제공된 전력에 응답하여 얻어진다. 전술된 시간폭은 최소 혈액 유속에 응답하여 최소값을 얻을 수 있고, 혈액 유속의 증가에 따라 증가할 것이다.
도 9는 혈관을 경유하여 포유류와 유체(904)를 교환하기 위한 시스템(902)을 개략적으로 도시한다. 센서 장치 및 가열 요소는 기계적으로 가요성 캐리어(906)에 부착된 실리콘 기판에서 프로세싱된다. 캐리어(906)의 평면도를 개략적으로 도시하는 도 10을 참조하면, 캐리어(906)는 열전퇴(1002)를 포함한다. 이 특정 예에서, 열전퇴(1002)는 반도체 재료에 의해 박막 기술에 의해 실현된다. 여기서, 열전퇴(1002)의 접합부는 반도체 재료의 도핑을 통해 실체화된다. 대안적으로, 열전퇴(1002)는 금속, 예를 들어 알루미늄으로부터 제조된다. 가열 요소(1004)는 금속 와이어, 예를 들어 알루미늄에 의해 실현된다. 열전퇴(1002)는 가열 요소(1004)의 양 측면의 온도들 사이의 차이를 측정한다. 더 구체적으로, 온도는 접합부(1006) 및 추가의 접합부(1008)에서 측정된다. 도 9를 참조하면, 캐리어(906)는 튜브(910)의 벽(908)에 위치된다. 벽(908)은 폴리이미드와 같은 적합한 플라스틱으로 제조된다. 튜브(910)는 내경(R1) 및 외경(R2)을 갖는다. 캐리어(906)는 R1<R2<R3가 성립하는 반경(R2)으로 튜브(910)와 동축으로 배열된다. 바람직하게는, 혈액과 캐리어(906) 사이의 열 저항을 감소시키기 위해, 튜브의 원위 단부의 위치 설정을 모니터링하는 정확성을 증가시키기 위한 목적으로, 거리 R3-R2는 예를 들어 약 60 ㎛로 비교적 작다. 명백하게, 캐리어(906)는 튜브(910)를 잠재적으로 둘러싸는 혈액에 물리적으로 접촉하지 않는다. 바람직하게는, 캐리어(906) 및 따라서 그 내부에 프로세싱된 센서 장치 및 가열 요소는 공간적으로 고도로 정제된 측정 신호를 생성하기 위해 비교적 큰 아크를 구성한다.
도 11은 도 4에 도시된 실시예에 따른 온도 센서(410), 가열 요소(406) 및 제어기(418)를 실체화하기 위한 전자 회로(1102)를 개략적으로 도시한다. 전자 회로(1102)는 가열 요소로서 기능하는 그 전기 저항과 그 온도 사이의 사전 결정된 관계를 갖는 서미스터(1104)를 포함한다. 도 4를 참조하면, 서미스터는 튜브의 원위 단부(408)를 가열하기 위해 구성된다. 도 11을 참조하면, 서미스터(1104)는 휘트스톤 브리지(1106) 내에 매립된다. 주위 온도의 변동은 서미스터(1104)로부터 이격하여 기준 서미스터(1108)를 위치시킴으로써 고려된다. 기준 서미스터(1108)에 의한 소산은 서미스터(1104)에 비교하여 상당히 큰 전기 저항을 갖는 저항기(1110)를 제공함으로써 방지된다. 추가적으로, 서미스터(1104) 및 기준 서미스터(1110)는 실질적으로 동일한 온도 계수를 구비한다. 더욱이, 저항기(1112, 1114)는 휘트스톤 브리지(1106) 내에 포함된다. 저항기(1112, 1114)는 바람직하게는 서미스터(1104)에 비교하여 무시할만한 온도 계수를 구비한다. 전압 소스(1116)가 휘트스톤 브리지(1106)를 가로질러 전압을 인가한다. 전자 회로(1102)는 휘트스톤 브리지의 레그를 가로질러 전압차를 표현하는 출력(1120)을 생성하기 위한 연산 증폭기(op-amp)(1118)를 포함하고, 이 출력(1120)은 제어기(1122)에 공급된다. 이 방식으로, 서미스터(1104)에 제공된 전력이 제어된다. 그 결과, 서미스터(1104)의 전기 저항과 온도 사이의 사전 결정된 관계에 기초하여, 서미스터의 온도가 일정한 값으로 효과적으로 유지된다.
본 발명이 도면 및 상기 상세한 설명에 상세하게 도시되고 설명되어 있지만, 도시 및 설명은 한정적인 것이 아니라 예시적이거나 설명적인 것으로 고려된다. 본 발명에 따른 장치 및 시스템과 모든 이들 구성 요소는 그 자체로 공지된 프로세스 및 재료를 적용함으로써 이루어질 수 있다는 것이 주목된다. 청구범위의 세트 및 상세한 설명에서, 용어 "포함하는"은 다른 요소를 배제하는 것은 아니고, 단수 표현은 복수를 배제하는 것은 아니다. 청구범위의 임의의 도면 부호는 범주를 한정하는 것으로서 해석되어서는 안된다. 청구범위의 세트에 규정된 모든 가능한 특징의 조합은 본 발명의 부분인 것이 또한 주목된다.
101, 201, 401, 601, 701, 801, 902: 시스템
102, 202, 402, 602, 702, 802: 장치
103, 203, 403, 603, 803, 904: 유체
104, 204, 404, 504, 604, 704, 804, 910: 튜브
106, 206, 406, 506, 606, 706, 806, 1004: 가열 요소
108, 208, 408, 508, 608, 708, 808: 원위 단부
110, 212, 214, 410, 512, 612, 718, 816, 818, 1002: 센서 장치
116, 218, 432, 520, 620, 724, 830: 비교기 장치
304: 서미스터 306: 휘트스톤 브리지
310: 전압계 422, 628: 안테나
434: 코일 516, 616, 820: 종축

Claims (16)

  1. 혈관을 경유하여 환자에게 액체(103, 203, 403, 603, 803, 904)를 공급하기 위한 시스템(101, 201, 401, 601, 701, 801, 902)으로서,
    상기 시스템은 튜브(104, 204, 404, 504, 604, 704, 804, 910)를 포함하며, 상기 튜브에는 혈관에 대한 상기 튜브(104, 204, 404, 504, 604, 704, 804, 910)의 원위 단부(108, 208, 408, 508, 608, 708, 808)의 위치를 모니터링하기 위한 장치(102, 202, 402, 602, 702, 802)가 제공되여, 상기 원위 단부가 혈관 내부의 위치를 점유하는 지의 여부를 확인하고,
    상기 모니터링하기 위한 장치는:
    - 상기 원위 단부를 가열하기 위해 구성된 가열 요소(106, 206, 406, 506, 606, 706, 806, 1004),
    - 상기 원위 단부의 외부에 의해 전달된 열을 나타내는 측정 신호(114, 216, 430, 518, 618, 722, 826)를 생성하기 위한 센서 장치(110, 212, 214, 410, 512, 612, 718, 816, 818, 1002), 및
    - 상기 측정 신호를 기준 레벨과 비교하기 위한 비교기 장치(116, 218, 432, 520, 620, 724, 830)를 포함하고,
    상기 기준 레벨은 상기 혈관 내의 최소 유속에 응답하여 상기 측정 신호에 의해 얻어진 값과 동일한, 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 센서 장치는, 상기 가열 요소에 일정한 레벨의 전력이 제공되는 동안, 상기 가열 요소(106)의 온도를 측정하기 위한 1차 온도 센서(110, 212)를 포함하는, 시스템.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 센서 장치는 상기 가열 요소(206)로부터 이격된 위치에서의 온도를 측정하기 위한 2차 온도 센서(214)를 포함하고, 상기 센서 장치(212, 214)는 상기 1차 및 2차 온도 센서들에 의해 측정된 온도들 사이의 차이를 측정하기 위해 구성되는, 시스템.
  4. 제 2 항에 있어서, 상기 가열 요소는 저항과 온도 사이의 사전 결정된 관계를 갖는 서미스터(304)를 포함하고, 상기 서미스터는 휘트스톤 브리지(Wheatstone bridge; 306) 내에 포함되고, 상기 온도 센서는 상기 서미스터의 저항을 결정하기 위한 전압계(310)를 포함하는, 시스템.
  5. 제 1 항에 있어서, 1차 온도 센서(410)에 의해 측정된 상기 가열 요소의 온도와 일정한 기준 온도 사이의 편차에 기초하여 상기 가열 요소(406)에 제공된 전력을 제어하기 위한 제어 회로를 포함하고, 상기 센서 장치는 상기 가열 요소에 제공된 전력을 측정하기 위해 구성되는, 시스템.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 가열 요소는 저항과 온도 사이의 사전 결정된 관계를 갖는 서미스터(1104)를 포함하고, 상기 서미스터는 휘트스톤 브리지(1106) 내에 포함되고, 상기 서미스터를 포함하는 상기 휘트스톤 브리지의 레그를 가로지르는 전압은 작동 중에 피드백 회로에 의해 제어되는, 시스템.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 센서 장치는, 상기 가열 요소(506)에 작동 중에 일정한 레벨의 전력이 제공되는 동안, 상기 튜브(504)의 종축(516)에 평행한 성분을 갖는 축을 따라 상기 가열 요소의 양 측면들 상의 사전 결정된 위치들에서의 온도들 사이의 차이를 측정하기 위해 구성된 1차 온도 센서(512)를 포함하는, 시스템.
  8. 제 1 항에 있어서, 상기 센서 장치는 상기 튜브(604)의 종축(616)에 평행한 성분을 갖는 축을 따라 상기 가열 요소(606)의 양 측면들 상의 사전 결정된 위치들에서의 온도들 사이의 차이를 측정하기 위해 구성된 1차 온도 센서(612)를 포함하고, 작동 중에 상기 가열 요소에 제공된 전력은 2차 온도 센서(622)에 의해 측정된 상기 가열 요소의 온도와 일정한 기준 온도 사이의 편차에 기초하여 제어 회로에 의해 제어되는, 시스템.
  9. 제 1 항에 있어서, 상기 센서 장치는, 상기 가열 요소(706)에 작동 중에 전력 펄스들이 제공되는 동안, 상기 원위 단부(708)의 온도를 측정하기 위한 1차 온도 센서(718)를 포함하고, 상기 센서 장치는 그 후에 열 펄스들이 상기 1차 온도 센서에 의해 검출되는 기간을 측정하기 위해 구성되는, 시스템.
  10. 제 1 항에 있어서, 상기 센서 장치는 1차 온도 센서(816) 및 2차 온도 센서(818)를 포함하고, 상기 1차 및 2차 온도 센서들은 상기 튜브의 종축(820)에 평행한 성분을 갖는 축을 따라 상기 가열 요소(806)의 양 측면들 상의 위치들에 위치되고, 상기 가열 요소에는 작동 중에 전력 펄스들이 제공되고, 상기 센서 장치는 그 후에 열 펄스들이 상기 1차 및 2차 온도 센서들에 의해 검출되는 기간들 사이의 차이를 측정하기 위해 구성되는, 시스템.
  11. 제 1 항에 있어서, RF 통신을 위한 안테나(422, 628) 및 상기 가열 요소(406, 606)에 전력을 공급하기 위해 전자기 방사선을 수용하기 위한 코일(434)을 포함하는, 시스템.
  12. 제 1 항에 있어서, 상기 가열 요소 및 상기 센서 장치는 기계적으로 가요성인 캐리어(906)에 부착된 실리콘 기판 상에 프로세싱되는, 시스템.
  13. 제 12 항에 있어서, 상기 센서 장치는 열전퇴(1002)를 포함하는 온도 센서를 포함하는, 시스템.
  14. 삭제
  15. 제 1 항에 있어서, 상기 가열 요소 및 상기 센서 장치가 상기 튜브(910)의 벽(908)에 위치되는, 시스템.
  16. 제 1 항에 있어서, 상기 가열 요소 및 상기 센서 장치가 상기 튜브(910)와 동축으로 배열되는, 시스템.
KR1020117030983A 2009-05-28 2010-05-26 혈관에 대한 튜브의 원위 단부의 위치를 모니터링하기 위한 장치 KR101634570B1 (ko)

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