KR101998915B1

KR101998915B1 - 트랜스듀서 인터페이스 시스템 및 방법

Info

Publication number: KR101998915B1
Application number: KR1020157004428A
Authority: KR
Inventors: 필립 더글라스 퍼디; 로날드 브루스 제닝스
Original assignee: 엔도피스 홀딩스, 엘엘시
Priority date: 2012-07-20
Filing date: 2013-07-19
Publication date: 2019-10-01
Also published as: CA2882734C; US20150112212A1; KR20150066514A; WO2014015295A1; EP2874536A1; US20150112211A1; AU2013292313A1; EP2874536A4; US8926520B2; EP2874536B1; CN104853672B; CA2882734A1; AU2013292313B2; US20140024956A1; HK1211451A1; CN104853672A

Abstract

본 발명은 헬스케어 환경의 환자들을 모니터링하는데 사용되는 다양한 환자 모니터링 센서를 컴퓨터 PCM 시스템에 인터페이스하는 환경에 관한 것으로, 컴퓨팅 기기; 아날로그 센서 A/D 컨버터; 브리지 여기 컨버터 및 브리지 센스 D/A 컨버터를 포함하는 트랜스듀서 인터페이스 시스템에 있어서: 아날로그 센서 A/D 컨버터는 아날로그 센서로부터 아날로그 신호를 샘플링하고, 이 신호를 디지털 센서값으로 변환하며; 아날로그 센서가 상기 아날로그 센서의 아날로그 신호를 정상화하는데 사용된 데이터를 포함하는 보정율과 연관되고; 컴퓨팅 기기는 이 보정율을 상기 디지털 센서값에 적용하여 디지털 보정 센서값을 생성하며; 브리지 여기 컨버터는 아날로그 휘트스톤 브리지 여기신호를 받고, 이 신호를 변환하여 브리지 여기값을 생성하며; 브리지 센스 D/A 컨버터는 디지털 보정 센서값을 받고, 아날로그 보정 센서값을 생성하며; 아날로그 보정 센서값을 브리지 여기값으로 조정하여 변환된 아날로그 휘트스톤 브리지 센스신호를 생성하는 것을 특징으로 한다.

Description

트랜스듀서 인터페이스 시스템 및 방법{TRANSDUCER INTERFACE SYSTEM AND METHOD}

본 발명은 아날로그 센서를 인터페이스하는 시스템과 방법에 관한 것으로, 구체적으로는 헬스케어 환경의 환자들을 모니터링하는데 사용되는 다양한 환자 모니터링 센서(혈압 센서, 뇌척수액 센서 등)를 컴퓨터 PCM(Patient Care Monitor) 시스템에 인터페이스하는 환경에 관한 것이다.

도 1(100)은 기존의 PCM에서 작동하는 기존의 트랜스듀서 인터페이스 시스템을 보여준다. 여기서는 센서브리지(111)내의 아날로그 센서를 이용해 환자(101)를 모니터한다. 아날로그 센서는 혈압, 체온 등의 여러가지 환자 상태를 감지한다. 센서브리지(111)를 PCM(112)에 연결해, PCM이 제공한 여기자극에 응답해 센서브리지의 현재 감지상태를 디스플레이한다. PCM(112)은 컴퓨터 리더블 매체(113)에서 소프트웨어 판독을 한다. PCM의 디스플레이나 다른 시청각 표시기들은 오퍼레이터(102)나 다른 헬스케어 전문가에 의해 번역된다.
도 1의 시스템은 아래 단계들을 포함하는 도 2(200)에 도시된 데이터 수집방법을 실행한다:
(1) 환자의 바이탈 통계값들을 측정하는데 사용되는 아날로그 센서가 휘트스톤 브리지에 설치됨(201):
(2) 휘트스톤 브리지는 PCM으로부터 전압원을 통해 여기됨(202);
(3) 휘트스톤 브리지내의 아날로그 센서가 환자 바이탈 통계자료 캡처(203);
(4) 아날로그 센서로 휘트스톤 브리지 특성 변조(204);
(5) PCM으로 휘트스톤 브리지의 출력을 측정하고 여과해 PCM에 디스플레이(205); 및
(6) 2 단계로 복귀.
본 발명과 관련된 특허는 아래와 같다:
- 미국특허 7,503,897. 8.361.147, 7,318,807, 7,144,372:
이들 특허는 공압 센서에서 유도된 NIBP(non-invasive blood pressure) 센서신호를 IBP 모니터 입력에 인터페이스되는 신호로 변환하는 장치를 소개한다. 반면에 본 발명은 침습적 혈압 모니터 입력을 갖춘 광섬유 신서를 채택하고 이들 특허에서 설명되지 않은 다른 기능들을 제공하는 침습적 광섬유 혈압센서를 소개한다. 본 발명은 광섬유 신호조절기의 출력을 이용하고, 신호조절기는 광섬유 혈압센서로부터 입력을 받으며, 생리 모니터의 여기전압 출력은 외부 혈압 트랜스듀서와 인터페이스하고 모니터에 입력을 보내며, 모니터는 휘트스톤 브리지 외부 혈압 트랜스듀서로부터 받은 입력을 정확히 복제한다.
- 미국특허 5,325,865:
이 특허는 LED 기반 압력센서에 설치된 카테터와 PCM 사이의 인터페이스에 관한 것이다. 이 장치는 LED 온도보정을 하고, PCM 여기전압을 이용한다. 본 발명이 LED에 의해 원격으로 자극되어 F-P 공동을 여기하는 광섬유 혈압 트랜스듀서를 기반으로 하여 온도보정이 불필요한 본 발명과 이 특허는 상당히 다르다.
- 미국특허 6,471,636
이 특허는 비침습적 혈압 모니터와 인터페이스하는 장치를 소개하고, 본 발명이 침습적 혈압센서가 침습적 혈압모니터와 인터페이스하는 점에서 본 발명과 다르다.
- 미국특허 5,568,815:
이 특허는 환자의 바이탈사인 모니터에 반도체 트랜스듀서를 인터페이스하는 아날로그 전자장치를 소개한다. 이 장치는 휘트스톤 브리지회로에 설치되고, PCM의 여기전압으로 작동된다. 본 발명이 휘트스톤 브리지회로를 기반으로 하지 않는 광섬유 혈압 트랜스듀서를 기반으로 하고 주로 디지털 전자장치를 이용해 배터리나 유틸리티 AC 전력으로 구동된다는 점에서 본 발명과 다르다.
- 미국특허6,585,660:
이 특허는 PCM 여기전압으로 작동되고 온도보정회로를 갖춘 PCM에 저항센서를 인터페이스하는 점에서 본 발명과 다르다.
도 1~2에 도시된 종래의 트랜스듀서 인터페이스 시스템/방법은 아래와 같은 단점을 갖는다:
- 대부분의 PCM은 휘트스톤 브리지의 전기적 특성의 제한 대문에 이용할 수 있는 아날로그 센서가 제한된다. 일반적으로, 보통 아날로그 센서는 제한된 휘트스톤 브리지 특성을 요하는 PCM에 연결할 수 없다.
- PCM은 일반적으로 광섬유 기반 혈압센서를 지원하지 않는다.
- PCM은 일반적으로 단일 센서 입력내에 다채널 아날로그 센서를 지원하지 않는다.
- PCM은 일반적으로 휘트스톤 브리지 감지 인터페이스와 호환되지 않는 새로운 타입의 IBP 아날로그 센서에는 부적합하다.
- PCM은 일반적으로 환자 환경에 존재하는 잡음을 해결하는 저역통과 필터링을 요하여, 고주파 BP 측정특성이 좋지 못하다.
- PCM은 저주파 전력선 간섭에 취약하다.
- PCM은 일반적으로 MRI 촬영환경에서 사용하지 못한다.
- PCM은 심박수가 낮거나 수축기/이완기 압력비가 낮은 혈압값들을 구분하는데 어려움이 있다.
- PCM은 일반적으로 기존의 BP 센서에서 취득한 실시간 데이터를 디스플레이하는데 상당한 지연(수초)을 겪는다.
- PCM은 외부 컴퓨터 처리를 위한 디지털 형태의 기준 압력신호를 제공하지 않는다.
- PCM은 센서-컴퓨터 인터페이스의 유선 특성 때문에 전자기 간섭에 민감하다.
- PCM은 모니터링 장치와 환자의 절연이 부족하다. 일반적으로, PCM에서 환자로 유선 연결을 하기 때문에, 전자기 간섭은 물론 환자의 신체로 미지의 전기경로가 생기기 쉽다. 광학적 간섭 형태의 더 좋은 절연은 종래의 PCM에서는 불가능하다.
- PCM은 필드 개조나 리프로그래밍을 위한 성능이 부족한 펌웨어 환경이다.
- PCM은 원격 컴퓨터 시스템으로 실시간 디지털/아날로그 혈압데이터를 스트리밍할 수 없다.
- PCM은 수집된 데이터의 실시간이나 후속처리의 지원이 부족하다.
- 많은 PCM은 휴대성이 부족하고 배터리로 작동하는 성능도 부족하다.

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본 발명의 목적은 아래와 같다:
(1) 휘트스톤 브리지 인터페이스를 요하는 기존의 PCM 시스템에 아주 다양한 종류의 아날로그 센서들을 인터페이스할 수 있는 트랜스듀서 인터페이스 시스템과 방법 제공.
(2) 기존의 PCM에 고성능 센서를 연결하도록 하는 트랜스듀서 인터페이스 시스템과 방법 제공.
(3) 기존의 PCM에 고민감 압력센서를 연결하도록 하는 트랜스듀서 인터페이스 시스템과 방법 제공.
(4) 기존의 PCM에 고민감 혈압센서를 연결하도록 하는 트랜스듀서 인터페이스 시스템과 방법 제공.
(5) 기존의 PCM에 광섬유 혈압센서를 연결토록 하는 트랜스듀서 인터페이스 시스템과 방법 제공.
(6) 기존의 PCM에 동적범위가 넓은 혈압센서를 연결토록 하는 트랜스듀서 인터페이스 시스템과 방법 제공.
(7) 기존의 PCM에 정확도가 높은 혈압센서를 연결토록 하는 트랜스듀서 인터페이스 시스템과 방법 제공.
(8) 기존의 PCM에 폼팩터가 작은 혈압센서를 연결토록 하는 트랜스듀서 인터페이스 시스템과 방법 제공.
(9) 기존의 PCM에 다채널 혈압센서를 연결토록 하는 트랜스듀서 인터페이스 시스템과 방법 제공.
(10) 기존의 PCM에 카테터 기반 혈압센서를 연결토록 하는 트랜스듀서 인터페이스 시스템과 방법 제공.
(11) 기존의 PCM에 신생아 혈압센서를 연결토록 하는 트랜스듀서 인터페이스 시스템과 방법 제공.
(12) F-P(Febry-Perot) 압력센서를 이용해 의료기기내 압력(혈압 등)을 측정토록 하는 트랜스듀서 인터페이스 시스템과 방법 제공.
(13) 의료기기 말단부에 위치한 F-P 압력센서를 이용해 압력을 측정토록 하는 트랜스듀서 인터페이스 시스템과 방법 제공.
(14) 카테터, 풍선을 장착한 카테터, 혈관초, 뇌실 카테터, 뇌실단락 카테터, 요추배액관 및 도개골내 압력 모니터로 이루어진 군에서 선택되는 의료기기 말단부에 위치한 F-P 압력센서를 이용해 압력을 측정토록 하는 트랜스듀서 인터페이스 시스템과 방법 제공.
종래의 기술과 본 발명 비교
생리적 모니터링은 다양한 형태로 이루어진다. 예컨대 온도계를 혀 밑에 대는 간단한 체온측정, 혈압계(혈압밴드 등)를 이용한 혈압측정, 기타 외부 모니터링 기술이 있다. 좀더 정확하고 강력한 모니터링을 요하는 환경을 위해, 수십년에 걸쳐 전자수단과 환자의 생리에 점도 침습적으로 적븐하는 메커니즘이 개발되었다. 체온 측정의 경우, 온도탐침을 신체나 피부 안에 두는 것도 있다.
가장 일반적인 혈압감지 수단은 카테터로서, 카테터는 PCM에 인터페이스하기 위해 휘트스톤 브리지에 통합되는 외부 트랜스듀서를 이용하고 환자와 IV(intravenous) 분배기둥 사이를 연결한다. 트랜스듀서가 심장 높이에 있으면, 정상적인 환경에서 혈압을 정확히 측정할 수 있다. 그러나, 유체 기둥의 단부에서 샘플링하기 때문에, 에러가 일어나기 쉬운데, 예를 들면 IV 기둥에 심장보다 높거나 낮게 트랜스듀서를 배치할 수 있다. 휘트스톤 브리지는 공지의 강도의 전류를 저항휘로에 놓아 동작하고, 저항 성질은 회로에 걸리는 압력량에 따라 변한다. 트랜스듀서는 주변 공기압으로 압력을 조절하기 위해 모니터링 기간 초기에 대기압으로 "제로화"된다. 그 결과, 회로에 다른 압력이 걸리면, 복귀전압이 측정되고 압력이 계산된다. 이런 모니터링 메커니즘을 수술이나 다른 침습처치중에 마취의사가 혈압의 방사상 카테터 모니터링에 적용하므로, 혈류역학적 불안정 상태가 될 수 있다.
최근, 휘트스톤 브리지와 비슷한 전자회로 기술을 인체내에 위치한 와이어 센서에 적용하고 트랜스듀서 회로를 와이어에 직접 배치한 기술(미국특허출원 공개 2007/0106165)이 있는데, 여기서는 센서와이어 어셈블리가 가이드 와이어 끝에 있는 센서요소와, 센서요소에 연결된 와이어 커넥터를 갖고, 센서요소는 여기전압을 공급하며, 센서에 걸린 압력에 의해 여기전압에서 변경된 전압을 읽는다. 이 회로는 여기전압을 인가하고 복귀전압을 읽는데서 휘트스톤 브리지와 비슷하지만, 입력전압이 PCM에 의해 공급될 필요가 없어 센서회로에서 환자모니터로 통신하도록 하는 적응 회로가 있는 한 휘트스톤 브리지처럼 정밀하게 작동하지 않는다. 이 회로는 모니터의 여기전압을 이용하거나, 감지된 압력에 대응하는 인간이 읽을 수 있는 출력을 디스플레이하는 "신호적응 회로"를 이용할 수 있다. 따라서 아날로그 전압출력신호 형태의 표준화된 출력을 필요로 한다. 또, 센서와이어 회로와 환자모니터 회로 사이에 무선 형태의 통신(블루투스 등)을 한다. 경우에 따라서는, 입력 전자회로, 출력 전자회로 및 환자 모니터와의 전자통신을 이용하는 센서 어셈블리가 있는데, 이들 모두 특성이 비슷하고, 연속적인 전압이나 저항 회로에 의거해 더 복잡한 데이터분석이 가능한 이산적인 디지털 압력 관찰은 아니다.
미국특허 7,946,997에는 전술한 와이어센서가 다른 신호적응회로와 같이 사용되어, 광통신채널을 통해 센서의 출력을 보내고 이 신호를 환자모니터에 통신하는 신호로 변환한다. 따라서, 광통신채널을 이용해 아날로그 데이터를 전송한다.
미국특허출원 공개 2010/0286536과 미국특허 7,724,148에 소개된 트랜시버는 전술한 와이어 센서에 관련된 것으로 아날로그 신호기술을 기반으로 한다. 여기서는 트랜시버에서 통신기로 무선연결을 하여, 물리적인 유선연결의 필요성을 없앤다.
이상 설명한 기술은 신체 내부에 둔 센서를 이용해 혈압을 측정하지만, 휘트스톤 브리지와 비슷한 전자저항기술을 기반으로 한다. 저항회로에서 변조되는 입력 전기신호를 이용하고, 연속 전기 입력신호에 의해 생성된 파형을 따라 압력을 감지하므로, 압력의 이산 관찰이 없으며 디지털 데이터 분석이 불가능하다.
반면에, 본 발명은 광원에서 광섬유를 따라 광섬유 반대쪽의 센서(F-P 센서)로 전송된 광신호를 압력감지하는 기술을 이용한다. 초당 1000회 이상의 고주파로 단속적으로 빛이 전송되고, 이 빛은 센서내 다이어프램에서 반사되어 부근 광섬유로 돌아가며, 단속적인 압력으로 감지된다. 각각의 값이 개별 다이어프램의 게이지 팩터에 의거한 값이며, 센서를 환자에게 t합입하기 전에 구해진 대기압의 관찰에 의거한다("제로화 기능"). 본 발명에서는 하나의 압력값을 구하는데 2개의 광 펄스가 필요하므로, 1000Hz의 맥박수에서 500Hz의 압력값이 생기고, 그 정확도는 1mmHg 미만이다. 센서를 환자의 동맥에 삽입하면 이렇게 아주 정확하고 고주파의 디지털 IV 압력값을 구할 수 있다. 표준 환자모니터에 적용된 신호여과기능이나 교류전류에 의거한 전자신호로 인한 60Hz 간섭이 없다.그러나, 높은 샘플링 속도에서 광섬유 센서기술에 의거한 디지털 데이터의 수집은 기본적으로 휘트스톤브리지나 전술한 센서기술과 같은 아날로그 전기간섭 기술에 의거한 센서를 통해 구한 것과 기본적으로 비슷하지 않다.
미국특허출원 2007/0287924에서는 아날로그 센서의 신호를 A/D 컨버터에 보내 디지털 신호를 생성하고, 이 신호는 D/A 컨버터로 보내져 환자모니터의 여기전압에 의거하여 적당한 아날로그 신호로 변환된다. 여기서는 가변 여기전압으로 아날로그 센서신호를 환자모니터와 통신하는 신호로 변환하는 다른 방식을 이용한다. 획득기술이 F-P 광섬유 센서와 같은 디지털 센서기술인 기술에는 응용할 수 없다.
미국특허출원 2003/0045781에는 의료 센서의 출력을 환자모니터로 보내는 장치를 소개한다. 이 장치는 휘트스톤 브리지 에뮬레이터의 다른 버전으로서, 전자센서의 전자신호가 증폭되어 환자모니터의 여기신호에서 예상되는 것과 일치한다. 한 종류의 아날로그 신호를 다른 종류의 아날로그 신호로 변환하는 수단이 있다.

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발명의 요약

본 발명은 아날로그 센서 입력을 디지털로 변환한 다음 보정율을 이용해 보정하는 A-D-A 변환과정을 포함한다. 이렇게 보정된 디지털 데이터는 다시 아날로그로 변환되어 휘트스톤 브리지 에뮬레이터에제시되고, 이 에뮬레이터는 외부 PCM이나 다른 자극시스템으로부터 여기 입력을 받는다. PCM의 여기 입력은 외부 PCM의 여기 입력에 의해 변조되어 종래의 휘트스톤 브리지의 특성을 모방하므로, 변환된 아날로그 센서 데이터가 분석/디스플레이를 위해 PCM에 제공된다. 이런 A-D-A 변환과정 때문에, 고성능 센서를 기존의 PCM 시스템 하드웨어에 그대로 연결할 수 있다. 또, 개별 아날로그 센서 보정율 때문에, 정확한 측정결과를 위해 아날로그 센서를 PCM을 위해 보정할 필요가 없다.

본 발명의 시스템은 트랜스듀서 인터페이스 방법으로 이용되는데, 이런 트랜스듀서 인터페이스 시스템은 컴퓨터 리더블 매체로부터 읽은 응용 소프트웨어로 동작하며, 이 매체는 마이크로컨트롤러, PC, 랩탑, 태블릿, 휴대폰, 스마트폰 등을 포함한 다양한 컴퓨터 하드웨어에서 실행된다.

도 1~2는 종래의 트랜스듀서 인터페이스 시스템의 블록도와 방법의 순서도;
도 3은 PCM으로 감시되는 아날로그 환자 상태 센서에 적용되는 본 발명의 트랜스듀서 인터페이스 시스템의 블록도;
도 4는 PCM으로 감시되는 아날로그 환자 상태 센서에 적용되는 본 발명의 트랜스듀서 인터페이스 방법의 순서도;
도 5는 본 발명을 이용한 PCM 인터페이스의 일례;
도 6은 광섬유 압력센서, PCM 및 보조 명령어/데이터 프로세서 사이를 인터페이스하는 본 발명의 내부 로직 인터페이스;
도 7은 PCM 인터페이스에 적용되는 본 발명의 일례;
도 8은 PCM 인터페이스의 내부요소의 일례;
도 9는 본 발명에 이용되는 휘트스톤 브리지 인터페이스 회로도;
도 10은 본 발명에 이용되는 휘트스톤 브리지 인터페이스 회로의 개략도;
도 11은 본 발명을 구현하는 BPM을 실행하는 주과정의 순서도;
도 12는 본 발명을 구현하는 메인 BPM 순서도의 하위기능들을 실행하는 순서도;
도 13은 본 발명을 구현하는 메인 BPM 순서도의 하위기능들을 실행하는 순서도;
도 14는 본 발명을 구현하는 메인 BPM 순서도의 하위기능들을 구현하는 하위 순서도;
도 15는 본 발명을 구현하는 메인 BPM 순서도의 하위기능들을 구현하는 하위 순서도;
도 16은 본 발명을 구현하는 메인 BPM 순서도의 하위기능들을 구현하는 하위 순서도;
도 17은 본 발명을 구현하는 메인 BPM 순서도의 하위기능들을 구현하는 하위 순서도;
도 18은 본 발명을 구현하는 메인 BPM 순서도의 하위기능들을 구현하는 하위 순서도;
도 19는 본 발명을 구현하는 메인 BPM 순서도의 하위기능들을 구현하는 하위 순서도;
도 20은 본 발명을 구현하는 메인 BPM 순서도의 하위기능들을 구현하는 하위 순서도;
도 21~24는 본 발명을 구현하는 메인 BPM 순서도의 하위기능들을 구현하는 하위 순서도들;
도 25는 본 발명과 관련된 알람값과 유저 알람상태의 정의;
도 26은 본 발명에 이용되는 유저 인터페이스 로직 방법의 순서도;
도 27은 본 발명에 사용되는 메인 처리 루프 방법의 순서도;
도 28은 본 발명에 관련된 유한상태 기계상태도;
도 29는 본 발명에 관련된 유한상태 기계 처리방법의 순서도;
도 30은 본 발명에 관련된 유한상태 기계 처리방법의 순서도;
도 31은 본 발명에 사용된 제로 처리방법의 순서도;
도 32는 본 발명에 이용된 운용 처리방법의 순서도;
도 33은 혈압 모니터 감지 혈관초 시스템;
도 34는 광섬유 압력감지시스템의 도면;
도 35는 광섬유 측정 어셈블리의 도면;
도 36은 종래의 환자 모니터링 시스템의 도면;
도 37은 BPM 개념적 블록도;
도 38은 비변조 FOMA 신호조절기;
도 39는 환자모니터 케이블링;
도 40은 1차전원의 도면;
도 41은 지능형 환자 모니터링 인터페이스에 적용된 본 발명의 일례;
도 42는 다른 지능형 환자 모니터링 인터페이스에 적용된 본 발명의 일례;
도 43은 또다른 지능형 환자 모니터링 인터페이스에 적용된 본 발명의 일례;
도 44는 다른 지능형 환자 모니터링 인터페이스에 적용된 본 발명의 일례;
도 45는 또다른 지능형 환자 모니터링 인터페이스에 적용된 본 발명의 일례;
도 46은 다른 지능형 환자 모니터링 인터페이스에 적용된 본 발명의 일례;
도 47은 기존의 혈압 모니터 기술에 이용된 혈압 모니터 테스트베드 구성도;
도 48은 정상 성능비교 상태에서 기존의 PCM 혈압 모니터와 본 발명의 BPM 예의 성능비교도;
도 49는 박출량이 줄어든 테스트조건에서 기존의 PCM 혈압 모니터와 본 발명의 BPM 예의 성능비교도;
도 50은 박출량이 낮은 테스트조건에서 기존의 PCM 혈압 모니터와 본 발명의 BPM 예의 성능비교도;
도 51은 박출량이 최저인 테스트조건에서 기존의 PCM 혈압 모니터와 본 발명의 BPM 예의 성능비교도;
도 52는 박출량이 줄고 심박수는 늘어난 조건하의 기존의 PCM 혈압 모니터와 본 발명의 BPM 예의 성능비교도;
도 53은 심박수가 줄어든 조건하의 기존의 PCM 혈압 모니터와 본 발명의 BPM 예의 성능비교도;
도 54는 심박수가 줄고 박출량도 준 조건하의 기존의 PCM 혈압 모니터와 본 발명의 BPM 예의 성능비교도;
도 55는 심박수가 줄고 박출량이 가능한 최저인 조건하의 기존의 PCM 혈압 모니터와 본 발명의 BPM 예의 성능비교도;
도 56은 심박수는 정상이고 박출량은 가능한 최저인 조건하의 기존의 PCM 혈압 모니터와 본 발명의 BPM 예의 성능비교도;
도 57은 본 발명에서 스트리밍하는 USB 데이터를 통해 구한 혈압 측정 개략결과 그래프;
도 58은 본 발명에서 스트리밍하는 USB 데이터를 통해 구한 혈압 측정 상세결과 그래프;
도 59는 본 발명에서 스트리밍하는 USB 데이터를 통해 구한 혈압 측정 정밀결과 그래프;
도 60은 본 발명에서 스트리밍하는 USB 데이터를 통해 구한 혈압 측정 초정밀 결과 그래프;
도 61은 본 발명에서 스트리밍하는 USB 데이터를 통해 구한 기계적으로 생성된 방형파 혈압 측정 개략 결과 그래프;
도 62는 본 발명에서 스트리밍하는 USB 데이터를 통해 구한 기계적으로 생성된 방형파 혈압 측정 상세 결과 그래프;
도 63은 본 발명에서 스트리밍하는 USB 데이터를 통해 구한 기계적으로 생성된 방형파 상승에지 혈압 측정 정밀 결과 그래프;
도 64는 본 발명에서 스트리밍하는 USB 데이터를 통해 구한 기계적으로 생성된 방형파 하강에지 혈압 측정 정밀 결과 그래프.

이하, 첨부 도면들을 참조하여 본 발명에 대해 구체적으로 설명하겠지만, 본 발명은 이 실시예들에 한정되지 않는다.
본 발명은 혈압감시(BPM; blood pressure monitoring) 시스템에 관한 것이지만, 엄격하게 혈압 측정에 한정되지 않으며, "BPM"은 일례일 뿐이고 본 발명을 한정하는 것은 아니다.
여기서 언급하는 "아날로그 센서"는 아날로그는 물론 디지털 인터페이스를 갖춘 센서를 포함해 광의로 해석되어야 한다.
광섬유 압력센서도 간섭계나 비율계량 기술을 이용하는 것에 한하지 않는다.
본 발명은 주어진 종류의 컴퓨터 기기로 구현하는 것에 한정되지 않는다. "컴퓨터", "마이크로컨트롤러", "MCU", "디지털 신호처리기", "DSP", "랩탑", "스마트폰", "태블릿" 등은 같은 종류로 간주된다.
"혈압 센서"는 협압 감시에 적용되든 않든 다른 종류의 압력센서 모니터링을 포함해 광의로 해석되어야 한다.
여기서, "심박수", "맥박수" 등은 동의어이다.
"컴퓨터", "컴퓨팅 기기" 및 그 유사품들도 가능한한 최광의로 해석해야 한다.
"환자치료 모니터(PCM; patient care monitor)", "환자 모니터(Patient Monitor)"도 동의어이고, 디지털이나 아날로그 시스템을 포함해 환자의 상태를 감시하는데 사용되는 모든 것을 포함한다.
"복제"는 멀티플렉싱의 이용을 포함하는 개념으로, 여러 압력센서 입력값들이 단일 압력센서 측정시스템으로 멀티플렉스된다.
본 발명은 주어진 BPM 시스템과 다른 컴퓨터 시스템 사이의 컴퓨터 통신의 이용을 예상한다. 이런 통신은 다수의 BPM 측정시스템을 위한 BPM-BPM 통신과, 협력하도록 구성된 여러 BPM 시스템들 사이의 멀티웨이 연동도 허용한다. 데이터의 협력적 공유와, 이런 구성에서의 처리와 저장 리소스로 인해, 여러 센서들을 결합하고 집합데이터 분석하여 단일의 BPM에서의 데이터와 리소스만 이용했을 때보다 더 적시에 많은 압력데이터를 제공할 수 있다.
개관
본 발명은 하나 이상의 생리적 광섬유센서(트랜스듀서)와 공통의 생리적 PCM(patient care monitor)에 대한 기존의 침습적 동맥혈압(IBP; invasive arterial blood pressure) 입력값 사이를 호환할 수 있는 전자 인터페이스 장치에 관한 것이다. 여러 실시예에서 신호조절기의 출력값을 통합하고, 신호조절기 자체는 광섬유 센서 장치의 입력을 받으며, 생리적 모니터의 출력은 기본적으로 외부 압력 트랜스듀서와 인터페이스하도록 설계되었고, 휘트스톤 브리지사의 압력 트랜스듀서에서 받은 입력값들의 정확한 복제로 이루어진 입력을 모니터에 생성한다. 신호조절기는 전기광학 장치로서, 트랜스듀서의 압력변조 광신호를 제어, 처리하고 추후 해석할 전기신호로 변환한다. 본 발명은 광센서 데이터를 전기신호로 변환하고, 전기신호는 기존의 환자치료 모니터(PCM)에 의해 해석되거나 직접 디스플레이된다. 본 발명은 유체공학적 침습적 동맥혈압(IBP) 트랜스듀서를 정확히 모방하고, 기존의 유체 혈압센서와는 구분되는 출력단에 전기신호를 공급한다. 또한 현대식 컴퓨터통신 인터페이스와, 아날로그/디지털 휴먼 인터페이스 상태표시기를 지원한다. 본 발명은 IBP 심장 수축이완 측정의 정확도와 적시성이 아 주 중요한 수술과 환자간호에도 이용된다. 본 발명은 카테터와 같은 의료기기에 결합될 수 있는 일회용 광섬유 센서에도 이용된다.
광섬유 압력 트랜스듀서
현대의 광섬유 압력 트랜스듀서는 직경이 500 미크론 미만이고 정밀가공기술로 제작된다. 이런 미세 실리콘글래스 트랜스듀서는 표준 광섬유 케이블의 말단에 부착되고 수술시 IBP 감지를 위해 인간이나 동물의 신체 내부에 위치한다. (보통 기다란) 센서 케이블의 기단부는 광섬유 커넥터를 통해 전기광학 신호조절기에 연결되고, 이 조절기는 트랜스듀서의 압력변조 광신호를 제어처리하여 후속 작업을 위한 전기신호로 변환한다. 광섬유 트랜스듀서 시스템을 실험기구로서 혈압측정에 사용했지만, 이런 시스템의 전기출력 연결부는 호환성이 없어 기존의 PCM에 연결할 수 없었다. 이런 제한때문에 널리 사용되지 못했다. 본 발명은 어떤 면에서는 센서-모니터 호환성을 창성하는 한편, IBP 파형의 실시간 분석이나 동적인 데이터 획득과 디스플레이 제어와 같은 응용분야로 그 기능을 확장한다.
환자치료 모니터(PCM) 인터페이스
본 발명은 입력원으로서 광섬유 트랜스듀서 연결부를 갖는 자립형 장치로 구현되고, 출력원으로는 도 3에 도시된 PCM(0300)과 통신한다. 인터페이스는 ㄱ기깁기본적으로 (공통의 PCM에 호환되는) 기존의 유체 트랜스듀서의 전기적 인터페이스 특성을 바로 모방하도록 작용하는 한편, 광섬유 센서에서 유도된 훨씬 더 정확한 혈압 데이터를 제공한다. 기존의 유체 트랜스듀서를 전기적으로 모방하기 때문에 광섬유 압력센서를 기존의 다양한 생리 PCM에 사용할 수 있으면서도 모니터를 개조할 필요가 없다.
혈압감시(BPM) 응용례
광섬유 압력센서는 대표적으로 정확한 것이고, 동맥혈관에 위치할 때 상당히 훌륭한 실시간 혈압정보를 의료인에게 제공한다. 심장벙, 혈관, 마취, 신경, 방사선, 외상, 응급의료 전문가들은 모두 환자의 동맥 혈압에 관한 정확한 실시간 정보를 필요로 한다. 광섬유 센서는 전자기선의 영향을 받지 않고, 이상없이 강한 방사선 촬영환경에서 사용할 수 있으므로, 많은 의료환경에서 우수한 실시간 측정치들을 제공한다.
기본 작동이론
기존의 유체 침습적 동맥혈압(IBP) 센서는 휘트스톤 브리지회로를 이용하고, 브리지회로의 다리에 도 1에 도시된 저항/스트레인 게이지(0100)를 부착한다. 기존의 IBP 모니터에 의해 브리지의 입력단에 여기전압이 걸리면 활동전압과 출력신호가 생긴다. 센서에 압력이 작용하면, 브리지가 언밸런스해지고 센서 저항내의 압력변화에 직접 비례하는 작은 아날로그 신호가 생긴다. 이런 센서에서 가장 일반적인 감도값은 5 ㎶/V/mmHg이다. 이 감도값이 PCM 분야에서는 표준이지만, 이 분야에서는 다양한 여기전압을 이용한다.
본 발명은 PCM의 순간적 여기전압을 감지하는 도 3에 도시된 적응형 휘트스톤 브리지 모방기능을 갖는다. 본 발명에 의하면 광섬유 압력센서 신호를 자동으로 특정 PCM에 필요한 적당한 값으로 조절한다.
본 발명은 정보와 제어기능을 제공하는 유저 휴먼 인터페이스도 구현한다. 이런 기능은 아래와 같다:
- 수축기 혈압, 이완기 혈압, 평균 혈압, 심박수, 시스템 상태를 보여줄 수 있는 전자 디스플레이, 시스템 상태와 알람을 알려주는 광 표시자, 오디오 알람표시기, 및 온/오프와 오디오 조절을 하는 수동스위치 등;
- 센서를 환자 몸속에 넣기 전에 신호조절기에 연결할 때 주변 압력으로 자동 초기화하는 기능.
이런 디스플레이와 제어기능들은 소프트웨어 어플 제어를 위해 컴퓨터 통신포트를 통해서도 가능하다.
본 발명은 배터리에 의해서나 표준 AC 콘센트에 의해 작동될 수 있다. 배터리는 1차전지나 충전식일 수 있다.
시스템 개관(0300)
본 발명의 시스템(0300)을 도 3에 개략적으로 도시했는데, 이 시스템은 헬스케어를 받는 환자에 관한 데이터 수집에 이용된다. 환자(0301)는 아날로그 센서(0302)가 모니터하고, 이 센서는 보정율(0303)에 연계되어 센서(302)의 아날로그 값을 표준 값으로 변환한다. 예컨대, 측정된 광학 전송지연값을 절대압력값으로 변환하는 보정율을 광섬유 압력센서에 적용할 수 있다.
아날로그 센서(0302)의 아날로그 출력은 A/D 컨버터(0304)에 의해 디지털로 변환되고, 이 정보는 보정율(0303)에 의해 마이크로컨트롤러(MCU; 0305)나 다른 컴퓨터기기에 제시된다. 이 단계에서, 아날로그 센서(0302)의 원래 정보는 보정율(0303)에 따라 보정되어 센서데이터로 되고, 이 데이터는 필요하다면 정확한 센서정보로 되도록 보간되기도 한다.
일반적으로 환자치료 모니터(PCM; 0306)은 아날로그 여기신호(0307)를 생성하고, 이 신호는 휘트스톤 브리지 에뮬레이터의 스케일링 기준으로 사용된다. 아날로그 센서 A/D 컨버터 데이터와 보정율 데이터를 결합해 휘트스톤 브리지 센서 출력을 생성하고, 이 출력값은 D/A 컨버터(0309)에 의해 변환되어 여기 시그널링 데이터와 결합된 다음, 아날로그 브리지 센스신호(0310)로서 PCM(0306)에 제시된다. 이런 아날로그 브리지 센스신호(0310)는 아날로그 센서(0302)의 출력값을 완전히 보정 변환한 것으로서, PCM(0306)에서 처리하고 보여주기에 적당한 형태로 조절된다.
방법 개관(0400)
도 4는 아래 단계들을 포함하는 트랜스듀서 인터페이스 방법(0400)의 순서도이다:
(1) 디지털 센서 출력값을 생성하기 위해 A/D 컨버터를 이용해 아날로그 센서 출력신호 샘플링(0401);
(2) 디지털 센서 보정값을 위해 디지털 센서 출력값에 보정율 적용(0402);
(3) 브리지 여기 기준전압을 위해 휘트스톤 브리지 여기전압신호 감지(0403);
(4) 아날로그 센서 보정값을 위해 A/D 컨버터를 이용해 디지털 센서 보정값을 디지털에서 아날로그로 변환(0404); 및
(5) 변환된 휘트스톤 브리지 센스신호를 위해 브리지 여기값으로 아날로그 센서 보정값을 스케일링(0405).
통상의 기술자라면 이런 단계들을 본 발명의 범위내에서 변경하거나 재배열할 수 있을 것이다.
시스템 블록도(0500,0600)
도 5는 본 발명을 종래의 PCM에 적용한 혈압 모니터링 시스템의 기본 구성을 보여주는 블록도(0500)이다.
광섬유 센서(0501)의 기본 구성은 3 파트로 구성된다. 한 파트는 트랜스듀서 자체인 공동의 말단부에 설치된 F-P(Fabry-Perot) 압력감지 다이어프램이다. 이 다이어프램의 압력에 의한 변형은 이곳에 비치는 빛을 변조하고 이 빛을 두번째 파트의 관섬유 케이블에 반사한다. 세번째 파트는 신호조절기(0502)에 연결되는 광섬유 커넥터이고, 비휘발성 메모리 홀딩센서를 포함한다.
광섬유 신호조절기(0502)는 광섬유 F-P 압력센서를 작동시키고 반사광을 센서의 생리 압력에 비례하는 전기신호로 처리하는 전기광학 신호조절장치의 일부이다. 광학 간섭계는 여기광과 반사된 신호광을 결합하여, F-P 센서 공동의 압력 변형을 나타내는 광학적으로 변조된 신호를 생성한다. 이런 광학변조신호는 포토디텍터나 CCD 촬영 어레이로 감지되고 전기신호로 변환된 다음, 디지털 메모리에 저장된다. 마이크로프로세서는 디지털 압력데이터를 직렬 디지털 출력에 맞는 포맷으로 변환하거나 이 데이터를 D/A 컨버터에 공급해 아날로그 신호를 출력한다. 다른 전자장치(도시 안됨)가 신호 전력 입력값을 신호조절기내 각종 요소에 필요한 여러 전압값으로 변환한다.
도 5의 하단에 도시된 것은 기존의 IBP PCM(0503)과 휘트스톤 브리지 저항 압력센서(0504)이다. 이 브리지는 PCM의 전압에 의해 여기된다. 센서들은 자체 스트레인(압력)에 의해 저항이 변한다. 이런 저항 변화로 브리지가 언밸런스해지고, 여기전압과 압력에 비례하는 전압이 생긴다. 광섬유 신호조절기(0502)는 PCM(0503)에서 사용되는 기존의 스트레인 센서(0504)용의 광섬유 센서(0501)를 대체한다.
도 6은 도 5의 신호조절기(0502)와 기존의 PCM을 포함한 본 발명의 주요 요소들의 블록도(0600)이지만, 휘트스톤 브리지는 광섬유 인터페이스의 연결로 대체되었다.
광섬유 신호조절기의 출력단은 전자식으로 인터페이스에 연결된다. 명령어와 압력데이터 모두 디지털 연결을 통해전송되고, 압력정보만 아날로그 연결부에 존재한다. 필요하면 아날로그 신호를 A/D 컨버터로 디지털신호로 변환해 RAM에 저장할 수 있다. 디지털 통신 인터페이스 블록은 적당한 통신프로토콜을 이용해 데이터를 변환하고, 이 데이터는 RAM에 저장된다.
마이크로프로세서는 시스템의 중앙처리요소로서 혈압데이터 처리 외의 여러 다른 기능들을 지원한다. 마이크로프로세서는 진단, 에러처리, 정상 작동, 알람 등의 기능을 관리하고 처리하는 펌웨어 EEPROM에 저장된 명령어들을 실행한다. 입력 통신 인터페이스는 마이크로프로세서가 지시한대로 광섬유 신호조절기에 제어명령어들을 보낸다. 마이크로프로세서의 다른 주요 임무는 기존의 비광섬유 압력센서를 모방하는 기능의 제어이다. 이 기능은 PCM에 존재하는 특정 IBP 여기전압을 연속으로 읽고 압력데이터를 모니터가 예상하는대로 여기전압에 비례하도록 조절하여 이루어진다. 마이크로프로세서는 데이터 스트림을 처리해 D/A 컨버터로 보내고, 이어서 PCM에 출력하기에 적당한 값으로 조정된다. 이런 변환중에, 마이크로프로세서는 인터페이스 모니터 출력단에 연결된 PCM에 맞도록 이전에 선택한 감도율(통상 5 또는 40 ㎶/V/mmHg)을 적용한다. 이런 에뮬레이션 능력 때문에 종래의 PCM에 호환할 수 있다.
펌웨어 EEPROM은 기본적으로 펌웨어를 업데이트하는 다른 컴퓨터 어플에 의한 두번째 디지털 통신인터페이스를 통해 외부에서 접속할 수 있다. 이런 두번째 디지털통신 인터페이스는 여러 통신 프로토콜들을 지원한다. 마이크로프로세서는 휴먼 인터페이스 장치를 관리하기도 한다. 이런 장치로는 스위치, 시청각 표시기, 영숫자 혈압 디스플레이가 있다.
뒤에 자세히 설명하겠지만, 이런 압력측정 인터페이스는 배터리나 AC 전력에 의해 동작할 수 있다. 변환된 내부전력이 있으면 메인 DC 전력원을 인터페이스내 각종 요소들이 사용하는 DC 전압들로 낮출 수 있다.
지능형 환자 모니터 인터페이스(IPMI(0700,0800)
도 7은 압력감지에 이용된 본 발명의 일례의 블록도(700)로서, 광섬유 신호 조절기(0710)가 광섬유 압력센서와 인터페이스하여 지능형 환자모니터 인터페이스(IPMI; intelligent patient monitor interface, 0720)에서 수신된 데이터나 명령어에 응답해 측정된 압력에 의거한 출력 시그널링을 생성한다. IPMI는 광섬유 압력센서 인터페이스(710)와 제3 PCM(730) 사이의 "브리지"로 동작하는데, 이때 제3 PCM은 휘트스톤 브리지 호환 압력센서를 수용하도록 구성된다. PCM(730)에서 생긴 여기전압을 IPMI(720)가 이용해 PCM(730)의 휘트스톤 브리지 입력단을 구동하는 센서전압 출력들을 조절한다.
도 8은 IPMI의 상세도(800)로서, IPMI(720)의 내부에 마이크로프로세서, RAM, 디지털통신 인터페이스, 휴먼인터페이스 알람, 여기 시그널링/센서 출력전압 생성회로는 물론 전력변환회로와 다른 프로세서에 대한 디지털통신 설비도 있다.
휘트스톤 브리지 인터페이스(900,1000)
도 9~10은 브리지 여기 입력들과 시뮬레이션된 브리지 센스 출력들을 갖는 휘트스톤 브리지 인터페이스를 이용하는 예를 보여준다(900,1000). 통상의 기술자라면 이것 외의 다양한 변형도 가능할 것이다.
본 발명의 아키텍처의 장점
광섬유 IBP 측정시스템 대부분은 실험실에서 동물연구에 사용되거나 뇌척수액과 같은 다른 수액의 압력을 측정하는데 사용된다. 본 발명은 현대의 광섬유 압력 트랜스듀서 측정을 이용해 종래의 환자치료 모니터(PCM)에 적용한다는 점에 특징이 있다. 이때문에 "플러그 앤 플레이"가 가능하고, 광섬유 센서장치를 PCM의 개조 없이도 표준 휘트스톤 브리지 유체 센서에 대체할 수 있다. 한편, 본 발명은 다른 장비에 대한 연결 없이도 단독으로 사용하여 수축/이완 혈압값을 실시간으로 측정할 수도 있다.
본 발명의 다른 특징은 여러 응용례에 맞게 융통적으로 적응할 수 있는데 있다. 본 발명은 소프트웨어 업데이트를 통해 하드웨어의 개조 없이도 새로운 기능을 발휘하도록 설계되었다. 본 발명의 다른 특징은 여러 센서들의 데이터를 결합하고 이 데이터를 별도의 보조 장치나 분석 컴퓨터에 배포할 수 있으며, 또는 선택된 멀티센서 데이터 스트림들을 전체나 부분적으로 집합된 데이터 스트림으로 배포할 수 있다.
본 발명은 현대의 디지털 전자장치에 연결된 전기광학 신호조절기를 이용해 여기 설명된 제어, 데이터획득, 기타 다른 기능들을 지원할 수 있다. 이런 디자인은 도 6에 도시된 온보드 비휘발성 EEPROM 메모리의 펌웨어 명령어들을 실행하는 내장형 프로그래머블 마이크로프로세서에 기초한다. 이 메모리는 컴퓨터 외부에서 접속하여 펌웨어를 다운로드하고, 디버깅, 유지관리, 제어, 진단기능들을 실행할 수 있다. 정상 작동중에, 외부 컴퓨터 연결이 불필요하고 프로세서는 내장된 펌웨어 명령어들을 실행하여 의료에 필요한 기능만 실행할 수 있다. 각종 시스템 기능은 물론 데이터처리를 위해 별도의 RAM 메모리를 이용한다.
디지털 명령어와 데이터를 본 발명의 장치와 송수신하는데 여러 통신포트를 이용할 수 있다. 어떤 통신포트는 RS-232나 USB나 CAN-버스 연결과 같은 표준 직렬통신을 지원한다. 아날로그 PCM 데이터 출력포트는 유체 IBP 트랜스듀서를 모방하고, 혈압센서와 구분할 수 없는 PCM에 아날로그 데이터를 공급한다. 이런 통신포트들은 온보드 PCM 인터페이스나 외부 컴퓨터에서 운용되는 소프트웨어 어플을 통해 또는 수동 수단에 의해 선택적으로 접속된다. 이런 연결은 본 발명과 다른 전자 의료장비들의 통합도 지원한다.
본 발명은 새로운 펌웨어를 다운로드하거나 점퍼를 컨피그하여 하드웨어를 거의/전혀 변경하지 않고도 새로운 기능을 발휘할 수 있다. 이런 기능의 예는 아래와 같다:
- 유지관리와 업데이트의 용이성(진단과 이벤트 로깅, 버전추적, 성능 모니터링 포함);
- 실시간 데이터분석(생리데이터 분석, 임계값 모니터링, 알람, 데이터 품질보증 포함);
- 적응적 장치 구성(생리적 임계값이나 프로세스적 임계값과 같은 유저형 구성과 센서 에뮬레이션 민감도 변경 포함).
본 발명은 자동적으로 판독하고 확인하며 자체 구성하여 각각의 광섬유 트랜스듀서의 고유 특성들에 적응함은 물론, 센서준비의 완전성의 표시를 진행하기도 한다. 내부시스템 건강진단도 구현하고, 장치가 사용하기에 부적절할 때 표시자를 작동시킨다. 진단 고장에 관한 변수들을 내부에서 로그하여 즉각 보여주거나 수리하도록 한다.
오늘날의 의료용 혈압측정값은 보통 아래로부터 구해진다:
- 외부 혈압 특정기;
- 접속포트에 연결된 유체 혈압 트랜스듀서; 또는
- "ART" 라인이라고도 하는 동맥에 삽입되는 카테터에 연결되는 IV 극에 설치된 외부 압력센서 트랜스듀서.
이런 측정방법들은 정확도, 사용의 용이성, 적시성 면에서 많은 차이가 있다. 이런 차이는 주로 내부 공압/유압 시스템에 의거하고, 압력 트랜스듀서 캐리어와 같은 입구를 통해 환자에 삽입된 다른 의료장비 사이의 기계적 인터페이스에 기인한다.
샘플링 속도가 높고 드리프트가 낮아 표준 PCM을 이용한 종래의 측정기술의 단점을 극복하며 정확도가 높은 광섬유 트랜스듀스를 이용하는 것은 아주 매력적이다. 본 발명은 광섬유 IBP 모니터링을 이용하고 전술한 모든 차이점과 장점들을 구현하면서도 완전히 새로운 디스플레이 기술에 대한 투자가 필요 없다.
종래의 문제점을 극복한 장점 외에도, 본 발명은 추가적으로 아래와 같은 장점들을 갖는다:
- 자립형, 소형경량이고 휴대형;
- 드리프트, 신뢰도 및 정확도 우수;
- 자동 초기화;
- 전자기간섭(EMI) 무영향 광섬유 혈압센서 지원;
- 디지털 컴퓨터 인터페이스는 물론 각종 종래의 PCM에 대한 적응성;
- 자가진단 모드;
- 특정 사람이나 의료환경에 대한 전용성;
- 저전력소모;
- 특정 광섬유 센서 특성에 대한 자동보정;
- 다른 감도율을 지원하는 PCM에 대한 적응성;
- 종래의 압력감지 시스템은 압력감지요소로서 광섬유 케이블을 이용하지 못함;
- 본 발명에서 광섬유 압력센서를 이용해서 구현한 BPM 시스템은 MRI 환경에서도 사용할 수 있고 유선 BPM 시스템에서는 불가능한 것을 구현;
- 본 발명의 광섬유 압력센서를 이용하면 BPM 시스템이 종래의 초당 50회 측정에 비해 초당 1000회 측정값을 취할 수 있음;
- 본 발명은 주어진 환자에 대해 정확도가 높은 BPM 데이터를 수집해 오프라인 분석할 수 있음;
- 본 발명은 전도성 있는 와이어가 없어, (50/60 Hz의 전력선에서의) 전자기장의 영향을 받지 않음;
- 본 발명은 종래에는 불가능했던 거의 동일한 수축/이완 압력비를 측정할 수 있음. 이런 특징은 종래의 BPM 시스템에서는 취급하기 어려운 낮은 심박수 상태에 특히 중요함. 이런 압력비와 낮은 심박수는 일반적으로 유아나 미성숙아를 진단할 때 생긴다.
- 공간적으로 이질적인 혈압값들을 취할 수 있어 (특히 감별측정값이 작을 때) 종래의 BPM 기술이 아닌 본 발명을 이용해 감별분석이 가능하다.
- 두개골내 압력과 혈관 압력 측정 가능.
- 압력센서와 관련 구조물(카테터 등)을 환자에 이식하는 이식 BPM 시스템으로 통합할 수 있어 데이터 추출을 무선으로 할 수 있음.
- 주어진 압력센서를 다양한 환자 상태하의 현재 환경에 맞게 보정할 수 있음. 본 발명의 차이점은 압력감지 혈관초(PSS)가 미리 초기화되었는지를 결정하고 이에 맞게 작동하는 BPM 능력에 있다. 이것은 압력감지 혈관초(PSS)가 부주의로 분리되었다가 초기화 능력 없이 BPM에 재연결될 경우에 중요하다. 초기화할 수 없을 경우는 압력감지 혈관초(PSS)가 아직 환자 안에 있고 PSS가 주변 대기압에 노출되지 않은 때이다. BPM은 이런 일이 있을 때 오퍼레이터에게 경고를 하는데, 분리상태가 너무 길어 주변 압력이 원래의 제로압력에서 변한 극한 경우에는 오퍼레이터가 이 상태를 알아야 하기 때문이다. 초기화 이전을 감지하기 때문에, 이런 경고가 없으면 오퍼레이터가 새로 연결된 압력감지 혈관초(PSS)가 현재의 주변 압력으로 초기화되도록 한다. 이 기능은 논리도로 구현되지만 별도로 설명하지 않는다.
이상의 리스트는 본 발명의 예를 든 것일 뿐이고 본 발명을 제한하는 것이 아니다.
응용례
본 발명은 아래와 같은 많은 응용례를 갖는다:
- 오늘날의 IBP 측정은 대부분 일반 마취를 요하는 처치에 사용하도록 고립되어있다. 공압식 혈압측정기는 관련 고유한 부정확성에도 불구하고 사용된다. 본 발명은 아주 다양한 간호상황에서 높은 정확도와 실시간으로 광섬유 기반 센서 모니터링을 할 수 있다.
- 광섬유 생리 혈압센서와 기존의 IBP 모니터 입력 사이에는 공지의 신호연결 기능이 없다. 본 발명의 이런 기능은 수천대의 기존 PCM의 IBP 입력부를 재설계할 필요성을 없애 광섬유 기반 IBP 센서를 이용한다. 또, 후술하는 것을 포함한 많은 다른 문제의 해결에 필수적이기도 하다. 일회용 광섬유 혈압센서와 협력해, 수십년간 필요했던 중요한 의료적이고 작동적인 장점들을 구할 수 있다.
- 각종 PCM에 인터페이스할 수 있는 광섬유 IBP 센서가 없다. 본 발명은 여러 다른 PCM 입력 특성에 자동으로 적응하여 이런 문제점을 극복한다.
- 광섬유 센서에서 구할 수 있는 실시간 정확도를 보이는 의료용 IBP 모니터/센서 조합체가 오늘날 없다. 간호전문가들은 좀더 정확하고 적시적인 혈압 모니터링 방법을 필요로 한다. 실시간 혈압 데이터와 정확도는 진단치료와 뒤이은 간호 모니터링에 아주 중요하다. 본 발명을 통한 광섬유 센서는 이런 기능들을 구현한다.
- 광섬유 센서-모니터 연결의 무결성을 표시하고 보장할 수 있는 IBP 모니터가 기존에는 없었다. 이런 장치의 적절한 동작의 보장은 의료분야에서 필수적이다.
- 이 분야에서 업그레이드되고 진단하는 성능을 갖는 광섬유 기반 IBP 모니터가 기존에는 없었다. 이런 기능은 유지관리비를 낮추는데 도움이 된다.
- 독립적인 실시간 신호데이터 처리와 환자의 수축-이완 혈압의 디스플레이를 하는 광섬유 기반 IBP 모니터가 기존에는 없었다. 다른 의료기구에 의존하지 않는 자립형 광섬유 혈압 모니터가 의료전문가에 아주 필요하다.
- 본 발명은 광섬유 IBP 모니터링과 전술한 차이점과 장점과 이득들을 구현할 수 있으면서도 새로운 모니터링과 디스플레이 기술에 대한 투자와 병원이나 다른 처치가 불필요하다. 이때문에 기존의 IBP 모니터를 이용할 수 있어, 간호개선 비용을 줄일 수 있다.
추가 분석 능력
광섬유 혈압 모니터(BPM; blood pressure monitor) 시스템에 본 발명을 적용하면 특히 심박수가 낮을 때 수축/이완 혈압을 제대로 감지하기 위한 정확도를 크게 개선할 수 있다. 기존의 환자치료 모니터(PCM)들은 수축/이완 혈압비가 거의 같을 때 수축/이완 혈압을 분석하기가 아주 어려웠다. 또, 심박수가 정상값인 분당 70회보다 낮아 10~30 BPM(beats per minute)일 경우, 기존의 PCM들은 올바른 수축/이완 혈압을 추적하기가 어려워 혈압을 구분할 수 없다는 메시지인 "no pressure"나 비슷한 에러를 등록하곤 한다. 본 발명은 광섬유 압력센서와 결합되어 상당히 광범위한 동적 범위의 압력값들을 판독기록할 수 있고, 그 결과 아주 낮은 혈압값들을 정확히 감지할 수 있어, 심지어는 10 BPM 정도로 낮은 심박수에서도 수축/이완 혈압비를 정확히 감지할 수 있다.
이런 성능은 환자가 치사상태에 있거나 심각한 손상을 받았을 때 중요하다. 신생아나 심각한 상처나 심장병을 겪는 외상 환자의 경우가 그렇다. 이런 상황에서 간호전문가는 수축/이완 혈압의 작은 변화를 구분할 수 있고, 이를 아주 낮은 심박수에서도 할 수 있어 간호전문가가 심장과 혈압 기능을 완전히 정상으로 돌리는데 적절한 치료를 할 수 있도록 한다. 본 발명은 이러한 새로운 BPM 기능을 제공함으로써 기존의 PCM들을 이용해 심각한 환자 모니터링을 할 수 있도록 한다.
시스템 요약
본 발명의 시스템은 기본적인 구조에 있어서 아주 다양한 변형을 할 수 있지만 일반적으로는 아래의 구성을 갖는 트랜스듀서 인터페이스로 일반화할 수 있다:
(a) 컴퓨팅 기기;
(b) 아날로그 센서 A/D 컨버터;
(c) 브리지 여기 컨버터; 및
(d) 브리지 센스 D/A 컨버터;
여기서,
아날로그 센서 A/D 컨버터는 아날로그 센서에서 아날로그 센서를 샘플링하고 아날로그 신호를 디지털 센서값으로 변환하고;
(정정)아날로그 센서는 아날로그 신호를 일반화하는데 사용된 데이터를 포함하는 보정율에 관련되며;
컴퓨팅 기기는 디지털 센서값에 보정율을 적용하여 디지털 보정 센서값을 생성하고;
브리지 여기 컨버터는 아날로그 휘트스톤 브리지 여기신호를 받고 변환하여 브리지 여기값을 생성하며;
브리지 센스 D/A 컨버터는 디지털 보정 센서값을 받아 아날로그 보정 센서값을 생성하고;
아날로그 보정 센서값은 브리지 여기값에 의해 조정되고 표준 압력레벨로 정상화되어 변환된 아날로그 휘트스톤 브리지 센스신호를 생성한다.
방법 요약
본 발명의 방법은 아래 단계들을 포함하는 트랜스듀서 인터페이스 방법이라 할 수 있다:
(1) A/D 컨버터를 이용해 아날로그 센서의 출력신호를 샘플링하여 디지털 센서 출력값을 생성;
(2) 컴퓨팅 기기를 이용해 디지털 출력값에 보정율을 적용해 디지털 센서 보정값을 생성;
(3) 휘트스톤 브리지 여기전압신호를 감지해 브리지 여기값을 형성;
(4) D/A 컨버터를 이용해 디지털 센서 보정값을 디지털에서 아날로그로 변환해 아날로그 센서 보정값 생성; 및
(5) 브리지 여기값으로 아날로그 센서 보정값을 스케일링하여 변환된 휘트스톤 센스신호 생성.
시스템/방법 변형례
전술한 설명은 예를 든 것일 뿐이고, 이런 기본 시스템과 방법은 아래와 같이 다양하게 확장될 수 있지만, 이들도 예를 든 것일 뿐이고 본 발명의 범위를 한정하는 것은 아니다:
- 아날로그 센서가 광섬유 압력센서 포함.
- 아날로그 센서가 F-P 압력센서 포함.
- 아날로그 센서가 의료기가 안에 있는 F-P 압력센서 포함.
- (정정)아날로그 센서가 의료기기 말단부에 위치한 F-P 압력센서를 포함하고, 의료기기는 카테터, 풍선을 장착한 카테터, 혈관초, 뇌실 카테터, 뇌실단락 카테터, 요추배액관 및 도개골내 압력 모니터로 이루어진 군에서 선택된다.
- 아날로그 센서가 의료기기의 말단부에 기단부가 위치한 F-P 압력센서를 포함하고, 의료기기는 카테터, 풍선을 장착한 카테터, 혈관초, 뇌실 카테터, 뇌실단락 카테터, 요추배액관 및 도개골내 압력 모니터로 이루어진 군에서 선택된다.
- 아날로그 센서가 의료기기 안에 위치한 다수의 F-P 압력센서를 포함하고, 의료기기는 카테터, 풍선을 장착한 카테터, 혈관초, 뇌실 카테터, 뇌실단락 카테터, 요추배액관 및 도개골내 압력 모니터로 이루어진 군에서 선택된다.
- 아날로그 센서가 침습적 동맥혈압(IBP; invasive arterial blood pressure) 센서를 포함.
- 아날로그 휘트스톤 브리지 여기신호가 PCM에 의해 생성.
- 변환된 아날로그 휘트스톤 브리지 센스신호가 PCM을 이용해 디스플레이됨.
- 보정율이 디지털 센서값에 적용되기 전에 보간됨.
- 아날로그 센서가 보정율을 저장하는 비휘발성 메모리를 더 포함.
- 아날로그 센서가 보정율을 저장하는 RFID 태그 메모리를 더 포함.
- 아날로그 센서가 대기압에 대해 0으로 보정됨.
- 디지털 브리지 센스값이 수축기 혈압, 이완기 혈압, 평균 혈압 및/또는 심박수를 표시하는 디스플레이 기기로 전송됨.
- 시스템이 비주얼 상태 표시기를 더 포함하고, 이 표시기는 샘플링 주기내에 다수의 디지털 보정 센서값들로부터 선택된 압력값을 디스플레이한다.
- 시스템이 비주얼 상태표시기를 더 포함하고, 이 표시기는 샘플링 주기내에 다수의 디지털 보정 센서값들을 분석해 계산된 압력값을 디스플레이한다.
- 시스템이 비쥬얼 상태 표시기를 더 포함하고, 이 표시기는 샘플링 주기내에 다수의 디지털 보정 센서값들을 주기적으로 분석해 계산된 압력값을 디스플레이한다.
- 시스템이 비쥬얼 상태 표시기를 더 포함하고, 이 표시기는 샘플링 주기내에 다수의 디지털 보정 센서값들을 분석해 계산된 최고 압력값을 디스플레이한다.
- 시스템이 비쥬얼 상태 표시기를 더 포함하고, 이 표시기는 샘플링 주기내에 다수의 디지털 보정 센서값들을 분석해 계산된 평균 압력값을 디스플레이한다.
- 시스템이 비주얼 상태 포시기를 더 포함하고, 이 표시기는 다수의 디지털 보정 센서값들의 분석에서 계산된 수축기 혈압, 이완기 혈압, 평균 혈압 및/또는 심박수를 디스플레이한다.
- 디지털 보정 센서값이 아날로그 센서에서 유도된 디지털 센서값의 분석을 위해 유선연결된 직렬 인터페이스를 통해 원격 컴퓨터 시스템으로 전송된다.
- 디지털 보정 센서값이 아날로그 센서에서 유도된 디지털 센서값의 분석을 위해 무선 직렬 인터페이스를 통해 원격 컴퓨터 시스템으로 전송된다.
- 아날로그 센서 A/D 컨버터가 다수의 아날로그 센서로부터 다채널 입력데이터 수집을 하도록 복제되고; 컴퓨팅 기기는 복제된 아날로그 센서 A/D 컨버터로부터 받은 데이터의 입력처리를 하기 위한 다수의 디지털 입력들을 포함한다.
- 아날로그 센서 A/D 컨버터가 다수의 아날로그 센서로부터 다채널 입력데이터 수집을 하도록 복제되고; 브리지 여기 컨버터와 브리지 센스 D/A 컨버터는 다채널 데이터 수집을 위해 복제되거나 멀티플렉스되며; 컴퓨팅 기기는 복제된 아날로그 센서 A/D 컨버터로부터 받은 데이터의 입력처리를 하기 위한 다수의 디지털 입력들을 포함하고; 컴퓨팅 기기가 복제된 브리지 여기 컨버터로부터 받은 데이터의 입력처리를 하기 위한 다수의 디지털 입력들을 포함하며; 컴퓨팅 기기가 복제된 브리지 센스 D/A 컨버터에 데이터의 출력처리를 하기 위한 다수의 디지털 출력들을 포함한다.
논리 순서
본 발명은 프로그램 논리도 포함한다. BPM 구현을 위한 바람직한 논리순서에 대해서는 뒤에 자세히 설명한다.
용어
뒤에 자세히 설명하는 BPM 논리도에 대한 중요한 정보를 제공한다.
이 논리도들은 BPM에 구현될 수 있는 일반 동작 개념을 설명하기 위한 것일 뿐이다.
용어 정의
BP: 혈압
COUNT: EEPROM 라이트 제로값 카운터
EEPROM: PSS의 일부분인 전자 저장장치
Enable: 기능은 허용하되 기능을 작동시키지 않음
Disable: 기능 작동 금지
LED: 임계값 미만의 평균 혈압이 감지되었음을 표시하는 전방 경고등
PAT: BPM에서의 현재 주변 대기압
MAP: 평균 동맥 압력
DMAP: 현 프레임에서 계산되어 디스플레이된 MAP 값
DMAP_N: BPM에 저장된 현재 프레임 디스플레이 MAP 값
DMAP_N-1: 이전 디스플레이 프레임에서 저장된 DMAP 값
AMAP: 2개의 디스플레이 프레임값에서 계산된 경고 MAP 값
P_P: BPM에 저장된 현재의 이완기 혈압값
P_L: 저혈압 경고 임계값
P_MAX: 가능한 최대 풀스케일 압력값(모두 1임)
N_MAX: 가능한 최대 풀스케일 제로값(모두 1임)
P_S: BPM에 저장된 현재 수축기 혈압값
P_SS: P_AT 보정 PSS 압력값
P_V: 완전 보정된 혈압값
PSS: 압력감지 혈관초
Set: 기능 작동
Reset: 기능 정지
가정
후술하는 논리도에 있어서 아래와 같이 가정한다:
- 압력감지 혈관초(PSS) EEPROM은 보정율과 검사합계와 제로 팩터를 저장한다.
- PSS EEPROM 검사합계와 보정율은 공장에서 보정되고 설정된다.
- 공장에서 EEPROM 제로팩터를 모든 센서를 선적하기 전에 N_MAX(모두 1)로 설정한다.
- 제로팩터는 제로화된 뒤에 BPM에 의해 PSS EEPROM에 저장된다.
- 초기화 이후, 4초 프레임마다 알람이 작동되거나 리셋된다.
혈압 모니터 메인 프로세스 방법(1100)-(2400)
본 발명은 다양한 변형례로 구현되지만, 혈압 모니터를 구현하는 바람직한 방법은 일반적으로 도 11~24를 참조해 설명하고, BPM에 관련된 일반 유저 인터페이스 순서도는 도 25~32에서 설명한다.
유저 인터페이스(2500-3200)
유저 인터페이스에 대해서는 아래와 같다.
일반 알람 로직(2500)
본 발명의 구성의 도움으로, 유저 알람 상태에 대해 도 25를 참조해 설명한다. 이 순서도에서 보듯이, 알람값은 주로 청각강도와 기간 패턴은 물론 오퍼레이터의 조율로 알람상태의 시각적 표시와 관련된다.
유저 인터페이스 로직 초기화(2600)
도 26(2600)은 일반적으로 유저 인터페이스는 물론 파워온 셀프테스트 특징과 관련된 초기화 순서를 설명한다.
메인 유저 인터페이스 프로세싱 루프(2700)
도 27(2700)은 유저인터페이스와 관련된 메인 프로세싱 루프를 보여준다. 이 구조에서의 명령어 처리는 정상적으로는 후술하는 유한상태에 의해 완성된다.
유저 인터페이스 유한상태기계 상태(2800)
이에 대해서는 도 28을 참조해 설명한다. 이런 상태들의 실제 처리는 후술하는 유한상태기계 방법을 이용해 이루어진다.
유한상태기계 방법(2900)
이에 대해서는 도 29를 참조해 설명한다. 일단 BPM이 작동되면, 후술하는 것처럼 센서 프로세싱이 시작한다.
센서 프로세싱 방법(3000)
이에 대해서는 도 30을 참조하여 설명한다.
제로 감지 방법(3100)
이에 대해서는 도 31에서 설명한다. 제로 보정이 이루어지면, 정상적인 프로세싱이 후술하는 것처럼 이루어진다.
운용 방법(3200)
이에 대해서는 도 32에서 설명한다. 이 프로세싱 루프는 BPM 센서가 측정 캡처에 이용할 수 없다고 감지될 때까지 계속된다.
기능적 사양
본 발명에서 다음 PRD(product requirement definition) 사양은 본 발명의 실시예에 관한 추가 설명을 제공한다.
용어 정의
아래와 같이 용어를 정의한다:
AC: Alternating current, 교류전류
AMAP: Alarm mean arterial blood pressure, 알람 평균동맥압
ASTM: American Society for Testing and Materials
BP: Blood pressure, 혈압
C: Centigrade, 섭씨
CAD: Computer aided design
CAM: Computer aided manufacturing
CCD: Charge coupled device
CE mark: Conformite Europeenne, French for "European Conformity"
DAC: Digital to analog converter, DA 컨버터
DC: Direct current, 직류전류
Diastolic 이완기 혈압은 동매내 최소 혈압임
DMAP: Display mean arterial blood pressure, 평균동맥압 디스플레이
EMC: Electromagnetic compatibility, 전자적합성
EMI: Electromagnetic interference, 전자기간섭
BPM: Blood pressure Monitor, 혈압 모니터
ESD: Electrostatic Discharge, 정전방전
EU: European Union
F; Fahrenheit, 화씨
FCC: Federal Communications Commission, 연방통신위원회
FOMA: Fiber Optic Measurement Assembly
FOMS: Fiber Optic Measurement System
Hg: 수은
Hz: 헤르즈
IEC: International Electrotechnical Commission, 국제 전기기술위원회
ISTA: International Safe Transit Association, 국제 안전운송협회
LED : Light emitting diode
MB: Megabyte
mm: 밀리미터
ms: 밀리초
MRI: Magnetic Resonance Imaging, 자기공명영상
MAP: Mean arterial blood pressure, 평균동맥압
OEM: Original equipment manufacturer, 주문자 상표부착 생산자
PRD: Product requirement document, 제품 요구사항 문서
PMI: Patient Monitor Interface, 환자 모니터 인터페이스
PMIO: Patient Monitor Interface Output, 환자 모니터 인터페이스 출력
PSS: Pressure Sensing Sheath, 압력감지 혈관초
RFID: Radio Frequency Identification, 무선주파수 식별
RMS: Root mean square, 평균제곱근
RoHS: Restriction of Hazardous Substance Directive, 특정유해물질규제지침
SC: Fiber optic signal conditioner, 광섬유 신호조절기
SCPI: Standard commands for programmable instrumentation
Systolic 수축기 혈압은 동맥내 최고혈압
UL: Underwriters Laboratory, 인증기관
USB: Universal Serial Bus
범위
의도
이 제품 요구사항 문서(PRD)는 혈압모니터(BPM) 제품의 기능적 특징을 정의한다. PRD는 내부 사용을 위한 이런 특징들을 정리한 것이고, 프로젝트 비용과 스케줄 견적을 개발하는데 있어서 엔지니어링 조직에 사용되는 기능설명을 제공하며, 결국 기능 사양을 제공하기 위한 것이다.
확인(3300)
다음 설명은 압력감지 혈관초(PSS) 시스템의 하위시스템인 BPM에 적용된다. 광섬유 혈압센서의 광학 데이터를 BPM 전방에 디스플레이되는 혈압값이나 표준 침습적 혈압 환자 모니터에 입력하기에 적당한 신호로 변환한다. 이런 응용례의 일반적 개관을 도 33을 참조하여 설명한다(3300).
시스템 개관
BPM은 광학 혈압 트랜스듀서 데이터를 의료인에게 유용한 혈압값으로 변환한다. BPM은 처음에는 최소침습 혈관처치에 사용하도록 된 것으로, 동맥 혈압측정의 정확도와 적시성이 아주 중요한 간호환경에 사용된다. 이것은 카테터나 혈관초와 같은 의료기기에 설치될 수 있는 일회용 광섬유 트랜스듀서를 지원한다.
BPM은 표준 생리적 환자모니터에 대한 종래의 침습적 동맥 혈압 입력단들과 생리적 광섬유 혈압 센서(트랜스듀서) 사이에 호환성을 제공하는 전자기기이다. 이 기기는 광학 트랜스듀서 데이터를 기존의 환자 모니터에 의해 번역되거나 BPM에 직접 디스플레이되는 전기신호로 변환한다. BPM은 유체 동맥 혈압 트랜스듀서를 정확히 모방하고, 기존의 유체 혈압 트랜스듀서와는 구분할 수 없는 출력단에 전기신호를 공급한다.
BPM은 출력단에서 환자 모니터와 통신하고 입력단에서 광섬유 트랜스듀서에 연결되는 자립 장치로 구현된다. BPM은 (환자 모니터와 호환되는) 종래의 혈압 트랜스듀서의 전기적 인터페이스 특성들을 직접 모방하도록 동작하면서, 동맥 안에 위치한 광섬유 트랜스듀서에서 생긴 훨씬 더 정확한 혈압데이터를 제공한다. 종래의 유체 트랜스듀서를 전기적으로 모방하기 때문에, 아주 다양한 기존의 생리적 환자 모니터에 광섬유 압력센서를 그대로 적용할 수 있다. 수축기, 이완기 및 평균 혈압값들을 4초마다 BPM에 직접 디스플레이할 수도 있다.
배경과 개관(3400)
광섬유 압력 트랜스듀서는 극도로 정확하고, 동맥 안에 있을 때 높은 신뢰도의 실시간 혈압정보를 구체적으로 전술한 의료 전문가들에게 제공한다.
BPM은 현대식 광섬유 압력 트랜스듀서 측정값들을 번역하고 디스플레이할 수 있고, 독립 모드로 사용되어 다른 장비에 연결하지 않고도 이런 혈압값들을 실시간을 측정하고 보여줄 수 있다.
도 34(3400)는 광섬유 혈압 모니터링 시스템의 기본 요소를 보여주는 블록도이다. 여기서는 광섬유 혈압 트랜스듀서의 기본 요소들을 볼 수 있는데, 주로 3부분으로 구성되어, 한 부분은 트랜스듀서 자체인 F-P 공동의 말단부에 설치된 혈압감지 다이어프램이다. 다이어프램의 압력 변형으로 이곳에 비치는 빛을 변화시켜 두번째 부분인 광섬유로 빛을 반사시킨다. 세번째 파트는 신호조절기에 연결되는 광섬유 커넥터이고, 비휘발성 메모리 홀딩 트랜스듀서-특정 게이지 팩터, 주변 수정 팩터 및/또는 다른 관련 정보를 센서를 포함한다.
RJC 광섬유 측정시스템(FOMS) (3500)
(미국 워싱턴주 보셀에 소재하는 RJC사에서 판매하는) RJC 광섬유 측정시스템(FOMS)는 BPM의 기본요소이다. 도 35는 광섬유 F-P 혈압 트랜스듀서를 여기하고 반사광을 트랜스듀서에 대한 생리적 혈압에 비례하는 전기신호로 처리하는 전기광학 신호조절기의 블록도이다. FOMS 광학모듈은 반사광을 처리하여, F-P 트랜스듀서 공동의 압력변형을 나타내는 신호를 생성한다. 이렇게 처리된 광신호는 전기신호로 변환되어 후속처리를 위해 디지털 메모리에 저장된다. FOMS 마이크로프로세서는 디지털 압력데이터를 처리하여 직렬 디지털 출력에 호환되는 포맷으로 변환하거나, 아날로그 환자 모니터 신호출력을 일으키는 D/A 컨버터에 공급한다. 전력 전자식 블록은 하나의 1차 전력 입력을 BPM의 여러 요소에 필요한 여러 전압으로 변환한다.
BPM은 각각의 광섬유 트랜스듀서의 고유 특징들을 판독하고 확인하여 자체적으로 적응함은 물론, 트랜스듀서의 이상유무를 알려주기도 한다. 또한, 시스템 내부상태를 감지하고 그 상태를 추적하는 표시기들을 작동시킨다.
BPM은 정보를 제공하고 기능을 제어하는 휴면 인터페이스를 구비한다. 그 기능은 아래와 같다:
- 최대 수축, 최소 이완 및 평균 동맥 혈압값들과 시스템 상태를 보여줄 수 있는 전자 디스플레이; 및
- 환자 내부에 장치를 삽입하기 전에 트랜스듀서를 BPM에 연결할 때 대기압에 맞추는 자동 제로화 기능.
RFID 태그 메모리
비휘발성 메모리중에서 EEPROM 메모리와 RFID 태그 메모리가 현재 가장 적당하다. 통상의 기술자라면 아주 다양한 EEPROM 메모리 장치들을 적용할 수 있을 것이다. Melexis MLX90121 RFID 트랜시버에 사용되는 Datalogic/EMS LRP108I RFID 태그가 현재는 가장 적절하다. 이런 RFID 태그의 구성은 PCB와 캡슐화 버전 양쪽에 사용할 수 있고, 내부 INFINEON 칩셋을 이용한다.
기존의 유체 동맥 BPM 트랜스듀서(3600)
기존의 유체 동맥 혈압 트랜스듀서는 휘트스톤 브리지회로를 사용하는데, 이 회로의 다리에 저항성/스트레인 게이지가 달려있다(도 36 참조), 기존의 혈압 모니터로 브리지의 입력단에 여기전압을 걸어, 출력신호를 위한 기준과 구동전압을 제공한다. 트랜스듀서에 압력이 걸리면, 브리지가 언밸런스해지고 압력에 의한 트랜스듀서의 저항변화에 비례하는 작은 아날로그 신호가 생긴다. 이런 트랜스듀서를 위한 가장 일반적인 감도값은 5㎶/V/mmHg이다. 이 값이 표준이지만, 제조업자에 따라서는 다른 값을 이용할 수도 있다. BPM은 연결된 환자 모니터의 순간적 여기전압을 감지하는 적응형 휘트스톤 브리지 에뮬레이션 기능을 지원한다. 또한, 광섬유 혈압 트랜스듀서 신호를 자동으로 수정하여 특정 환자 모니터에 적당한 값으로 조절한다.
BPM 구현례(3700)
도 37(3700)는 이런 종래의 환자 모니터와 신호조절기를 포함한 BPM 구현례의 주요 요소들의 블록도이지만, 휘트스톤 브리지 트랜스듀서를 광섬유 인터페이스에 연결해 대신한다.
기능조건
고레벨 플랫폼 조건
기능 요약
아래는 뒤에 자세히 설명할 기능들의 압축요약이다.
- BPM은 다양한 상용 환자모니터들에 대한 표준 침습 동맥혈압 연결부들과 전기기계적으로 인터페이스한다.
- BPM은 표준 환자 모니터로부터 여기전압을 받고, 외부 커넥터를 통해 환자모니터에 광학적으로 감지된 혈압신호를 보낸다. 인터페이스는 공통 유체 동맥혈압 센서의 전기적 특성을 모방한다.
- BPM은 싱글(1) 채널의 광섬유 혈압 데이터를 지원한다.
- BPM은 4초 간격으로 반복해서 감지된 최대 수축기, 최소 이완기 및 평균 혈압을 연속으로 계산한다. 그 결과는 동일한 4초 주기로 디스플레이에 "xxx/yyy" 포맷으로 표시되는데, 여기서 x는 수축기 값, y는 이완기 값을 나타낸다. 계산된 평균 동맥 혈압 "zzz"는 수축기/이완기 값 바로 밑에 표시된다.
- BPM은 국부적 주변 공기압을 보정한 뒤에 자동 압력보정을 하여 제로 압력값을 제시한다.
- BPM은 표준 전력 콘센트에 연결된 외부 1차 전력원으로부터 전력을 공급한다.
- BPM은 AMAP 값이 임계값 60mmHg(저혈압 경고값)보다 낮을 때 시청각적인 경고표시를 한다.
- BPM은 압력센서가 고장나거나 없을 때 자동으로 경고한다.
- BPM은 모든 온도관련 데이터에 맞게 자동으로 보정한다. 이런 보정은 BPM의 전체 작동온도범위에 걸쳐 유효하다.
- BPM은 압력센서 커넥터에 설치되고 공장에서 프로그램된 전자 저장장치(EEPROM)의 압력센서 특정 데이터(게이지 팩터, 저장된 제로팩터)를 자동으로 읽고 조정한다. EEPROM은 연결된 PSS와 현재 BPM이 동시에 전에 제로화된 적이 있는지 여부를 결정하는 수단을 저장한다.
- BPM은 공장의 소프트웨어 업데이트 사항을 외부 컴퓨터를 통해 다운로드하고 확인할 수 있다.
성능 요약
BPM의 성능 요약은 아래와 같다.
- BPM을 초기화하고 작동후 5분내에 제로값을 받을 준비가 되어있다.
- BPM은 23℃ 온도에서 킨지 5분내에 모든 필요한 사양을 이루기에 충분히 안정된다.
- BPM은 초당 1000회 샘플을 하도록 광섬유 혈압 트랜스듀서를 지원한다.
- BPM은 0 내지 300 mmHg의 정확한 출력 혈압데이터를 제공한다.
- BPM은 0.5 mmHg 이상의 내부 해상도를 갖는다.
- BPM은 판독값의 ±4%나 ±4 mmHg의 정확도를 제공한다.
- BPM은 혈압센서 데이터 측정을 구하고 혈압값을 mmHg로 변환하며, 4초 간격으로 지속적으로 최대 수축기, 최소 이완기 및 평균 동맥 혈압값들을 생성하는데 필요한 실시간 데이터처리를 지원한다.
요소
광섬유 측정 어셈블리(FOMA) (3800)
BPM은 기본적으로 RJC FOMA 신호조절기를 이용한다. BPM의 1차 기능은 광학적 혈압데이터를 적당한 전자신호로 변환하는 것이다. FOMA 표준 제품 디자인을 이런 조건에 맞게 변경해야 한다. 일반적 FOMA 표준 제품 디자인을 도 38에 도시한다.
신호조절기는 출력단에서의 혈압데이터 품질에 필요한 사양을 가져야 한다. 나머지 BPM 기능들은 필요한 수학적 알고리즘이 허용하는한 품질을 악화시키지 않는다.
신호조절기 사양(기본):
- 채널수: 1
- 샘플링 속도: 1~4096 Hz
- 통신 인터페이스: 아날로그 (-0.5 내지 3.0 VDC, 10mV/mmHg), 디지털(RS232 & USB), 입력전압범위: +8 내지 +16 VDC, +12 VDC ±5% (정상)
- 최대 입력전류(시동): 12 VDC에서 2070 mA
- 최대 입력전류(정상): 12 VDC에서 290 mA
- 내부 전압조절: 1차 전력원에서 자가조절
- 입력전력(시동): 25Wm, 입력전력(정상): 3.5W
- 치수 : <160mm x <130mm x <30mm (대략값)
중량: <400gm
- 저장온도 : -40℃ 내지 70℃, 작동온도: 15℃ 내지 40℃, 습도: 0~95% 비응축
- 주변 압력감지범위 : 500~800 mmHg
- 통합 열조절 : 예
- 센서 광학연결: EC 커넥터
- 센서 변수 : RFID 태그나 데이터키에 기재
인터페이스 조건
데이터와 신호 인터페이스
BPM의 데이터와 신호 인터페이스는 유저 친화전기고 의료환경에 적당하다. BPM은 아래와 같은 신호 인터페이스를 갖는다.
주변 공압 센서
BPM은 주변 공압센서(나노미터)를 갖춘다. 내부 나노미터는 PSS 센서 압력값을 주변 대기압 변화에 맞게 수정하는데 사용된다.
광섬유 혈압센서 인터페이스
광섬유 센서를 동맥에 삽입할 일회용 PSS에 설치한다. 이때 한가닥 광섬유 케이블이 PSS에서 나온다. 이 케이블은 EC 광섬유 커넥터에 연결된다. 그러나, EC 커넥터에 수동 RFID 태그를 설치하고, 이곳에 센서의 사양정보(게이지 팩터, 널 등)를 담을 수 있다. 이 장치를 커넥터 외부에 설치하고 BPM과 통신하도록 하기도 한다. 대응 BPM EC 소켓이 센서 인터페이스와 확실히 연결되어야 한다. 이런 연결을 한 뒤, 신호와 제어 처리는 BPM이 결정한다. 커넥터 디자인의 선택은 PSS에 맞게 한다. 이런 커넥터는 청결이 아주 중요하므로, 사용하지 않을 때는 커넥터를 보호하는 수단을 이용한다. 이를 위해서 보통 실리콘러버 보호캡을 사용한다.
환자모니터 인터페이스 (3900)
BPM은 다양한 시중 환자 모니터에 표준 아날로그 혈압 유체 스트레인 게이지를 연결한다. BPM은 환자모니터로부터 여기전압을 받아 광학감지 혈압신호를 외부 커넥터를 통해 환자모니터에 전달한다. 인터페이스가 환자모니터의 존재를 자동으로 감지하고, 감지된 여기전압을 근거로 출력값을 조절한다. 인터페이스는 혈압 트랜스듀서 인터페이스를 전기적으로 모방한다.
이런 인터페이스는 BPM이 제대로 초기화된 뒤 항상 연속적으로 동작한다. 광섬유 센서로부터 혈압센서 데이터를 받지 못하는 동안에는 신호출력이 제로이다.
아래와 같은 환자모니터 인터페이스 특성들이 BPM에 의해 달성된다:
- 여기 입력전압 범위 : 0 sowll +8 Vrms
- 여기전압 주파수 범위: DC 내지 5000Hz
- 여기 부하 임피던스: >200오옴, (350오옴±5%, 정상)
- 출력 사인파 위상편이: <5°
- 출력 임피던스: <3000오옴, (350오옴±5%, 정상)
이런 BPM 아날로그 인터페이스를 통해 환자 모니터에서 온 광섬유 센서 압력신호는 아래 특성을 가져야 한다. 일부 변수들이 센서의 특성에 좌우되어도, BPM은 대응 센서에 연결되었을 때 이런 사양을 유지해야 한다.
- 압력범위: 0 내지 300 mmHg
- 해상도: 0.5 mmHg
- 정확도: 판독값의 ±4% 또는 ±4 mmHg
- 열 드리프트: 5분간 워밍업뒤 1시간내 ±2 mmHg
도 39에서 보듯이, BPM 케이스에 있는 PMI 커넥터는 재사용 인터페이스 케이블에 연결되고, 이 케이블은 기존의 환자 모니터의 유체 압력트랜스듀서 연결부에 연결된다. 이는 특정 환자모니터 인터페이스 커넥터에 BPM 케이스 커넥터를 연결하는 어댑터 케이블을 이용해 이루어진다. 본 발명의 BPM 어댑터 케이블은 다양한 환자 모니터들에 인터페이스하는데 사용된다. 이런 케이블들은 독립적인 PSS 시스템 요소로 간주된다. 이런 케이블들은 원래는 GE 헬스케어 시스템과 필립스 헬스케어 시스템에서 제조한 환자모니터를 지원한다.
USB 1.x/2.0 통신
BPM은 하나의 외부 USB 1.x/2.0 통신포트를 제공한다. 1.x와 2.0 USB 통신포트 둘다 지원되어야 한다. 5VDC, 500mA의 전력이 공급된다. USB 표준 B 리셉터클이 PMI 케이스 외부에 제공된다.
외부테이터 이용
PMI는 USB 통신 인터페이스를 통해 외부 컴퓨터와의 실시간 통신을 지원한다. BPM은 USB 통신포트에 연결된 외부 컴퓨터의 존재를 자동으로 감지하고 반응한다. 이 포트는 표준 USB 1.x/2.0 통신포트를 갖춘 외부 컴퓨터와 통신할 수 있다. 이런 통신포트는 사용자가 정상적으로 접속할 수 있다.
BPM 초기화 이후, 외부 USB 포트는 PSS 유무에 상관없이 연결된 컴퓨터에 초당 100회 정도의 샘플링 속도로 풀레졸루션 실시간 디지털 압력데이터를 연속적으로 전송한다. 이런 데이터 스트림은 디스플레이 값을 계산하는데 사용된 수정 혈압값을 반영한다. BPM이 무효 혈압값을 감지하면, 이 값이 데이터 스트림에 포함되어야 한다. 데이터 스트림을 캡처하고 여과하는 것은 데이터획득 컴퓨터의 책임이다.
건강 PSS와 연결하기 전에 성공적인 초기화를 한 뒤, BPM은 우선적인 내부처리 활동의 방해 없이 제로(0.0 mmHg) 압력값을 출력한다. 건강 PSS를 연결하고 보정된 압력값을 받기 시작한 뒤, BPM은 감지된 PSS 압력데이터값의 스트리밍을 시작한다. 압력데이터를 구하는 동안 건강 PSS가 BPM에서 끊어지면, PSS가 연결되고 제로화될 때까지 출력 스트림이 0으로 되돌아간다.
0이나 획득한 압력인 값이 USB 포트로부터 스트리밍되고 후속 데이터의 중단이 일어나면, 새로운 모든 데이터 스트림의 첫번째 샘플에 -99x 값을 붙여야 한다. "x"는 공장 진단에 사용되는 0부터 9까지의 숫자이고, 다른 조건이 없으면 기본적으로 9이다.
공장 유지관리 통신
BPM은 각종 유지관리 활동을 실행하는 외부 컴퓨터 제어명령어에 응답하는 유지관리 성능을 갖는다. 이런 기능의 자세한 내용은 유지관리 섹션의 PRD에 있다.
내부 시계
BPM은 4초마다 업데이트할 수 있는 내부시계를 채택한다.
휴먼 인터페이스
BPM에 대한 휴먼 인터페이스는 유저 친화적이고 의료환경에 적합하다. 표시기와 알람에 대한 자세한 것은 BPM 하이레벨 기능도를 첨부한 서류에서 찾아볼 수 있다.
시각 표시기
BPM은 후술하는 시각표시기를 제공한다. 풀 디스플레이 스크린은 최소 0.5초 기간을 갖는다.
초기화 상태
전원을 켜자마자 BPM의 디스플레이에 "POWER UP"이 표시된다. 기본 초기화를 마치면 안정될 때까지 "WARMING UP"이란 메시지가 뜬다.
센서 알람
PSS 연결이 끊기면 "NO SENSOR"가 뜨고, 결함이 감지되면 "SENSOR ERROR"가 뜬다.
저혈압 알람
AMAP 값이 저혈압 임계치인 60mmHG 미만이면 저혈압 알람이 작동되어 전방 패널에 적색 LED가 켜진다. AMAP 값이 임계치보다 높은 값으로 돌아가면 저혈압 LED 알람이 꺼진다. "Sensor" 알람과 저혈압 알람이 동시에 일어나면, "Sensor" 알람이 우선권을 갖는다.
제로 상태
PSS가 연결될 때나 PSS가 연결된 상태에서 BPM의 초기화가 끝난 뒤, BPM은 PSS의 건강을 체크하고 "ZEROING"을 디스플레이하며, PSS RFID 태그를 조사해 현재 연결된 BPM으로 PSS가 제로화되었는지 여부를 결정한다. PSS가 아직 제로화되지 않았으면, 5초간의 안정된 PSS 압력측정을 위한 점검을 한다. 이 점검의 목적은 PSS 센서가 주변 대기압에 노출되거나 환자 안에 위치하는지 여부를 자동으로 결정하기 위한 것이다.
PSS 압력이 안정적이면, BPM은 적당한 대기 보상 제로값을 자동으로 계산한다. 안정되거나 정적인 압력이란 연속 5초의 주기 동안 0.1초 간격으로 취한 50회의 압력 샘플들을 기준으로 0.5mmhG 미만의 편차를 갖는 것을 말한다. 제로화 이후, PSS RFID 태그와 BPM 메모리에 제로값을 저장하하고, "ZEROED"라고 표시한 다음 4초마다 혈압값을 디스플레이하기 시작한다.
PSS 압력이 요동하고 PSS로 유효 제로가 달성되지 않았음을 나타내는 PSS RFID 태그값을 읽으면, "PRESSURE VAIRES"가 표시되고 정적 PSS 압력의 연속 5초 주기동안 대기하여 현재의 제로값을 생성하기를 반복적으로 성공할 때까지 한다. 제로를 달성한 뒤, PSS RFID 태그와 BPM 메모리에 제로값을 저장하고 4초마다 혈압값을 표시하기 시작한다.
한편, PSS 압력이 요동치고 다른 어느 때에 PSS에 대해 유효 제로값이 전에 일어났음을 표시하는 PSS RFID 태그값을 읽으면, "PRE-ZERO USED"란 메시지와 경고 아이콘이 뜨고, 이전에 구한 제로값을 이용하고 있음을 나타내는 경고음이 울린다. 처음 4초 혈압값들이 디스플레이되면 "PRE-ZERO USE" 메시지가 없어지고 경고음이 조용해진다. 그러나, 현재 연결된 센서가 제거되거나 BPM이 이어진 성공적인 제로 작업을 실행할 때까지 경고 아이콘은 그대로 남아있고, 그 뒤에는 어떤 경우에도 경고아이콘이 꺼진다.
무효 제로값이 읽히면 "SENSOR ERROR"가 뜬다.
디스플레이
BPM의 전방 패널의 디스플레이는 아래 특성을 갖는다:
- 기술: 저전력, 반투과형 128x64 화소, COG(chip-on-glass) LCD.
- 사이즈: 문자열을 수용하는데 필요한 크기
- 컬러: 백색 배경에 흑색 문자
- 문자: 8개 이상의 영숫자 문자나 이에 해당되는 2라인의 문자. 문자는 "/" 표시와 알람뮤트 아이콘을 표시할 수 있다.
- 문자 사이즈: 대문자는 높이가 최대 0.96cm
- 백라이트: BPM이 켜져있는 동안 항상 작동하는 백라이트가 필요하다.
- 방향과 레이아웃: 디스플레이는 수축기, 이완기 및 평균 혈압들을 연속적으로 동시에 보여주어야 한다.
- 압력값들은 항상 연속 3자리의 정수로 보여주어야 하고 단위는 기본적으로 mmHg이다. 분수는 불필요함.
- 표시된 압력값이 0이 아닌 한, 가장 좌측의 0이 아닌 문자 앞을 0으로 표시하지 않아야 한다.
- 표시된 압력값이 0이면, 0 하나만 표시한다.
- 수축기 값을 이완기 값의 좌측에 표시한다. 이들 값은 "/"로 구분된다.
- 표시된 DMAP 값은 수축-이완기 값들의 중앙 바로 밑에 보여진다.
- 알람기능: 알람뮤트 기능이 작동될 때를 표시하는 아이콘을 지원한다.
- 수평 뷰잉각: 40°엇각 이내
- 3자리 혈압값 위치가 전방 패널상에 설명표시된다.
디스플레이는 가장 잘 보이는 곳에 위치한다. 수작업을 최소화하는 위치에 둔다.
스위치 & 컨트롤
파워 온/오프 스위치
BPM은 단일 버튼 온/오프 파워스위치를 갖는다. 이 스위치는 전방패널에 인체공학적으로 위치하고 대부분 격막형이다.
온되면 하드웨어와 소프트웨어 초기화가 시작되고, 소프트웨어 초기화에는 10초 이상이 필요치 않다. 하드웨어 초기화에는 5분 이상이 필요치 않다. 오프되면 모든 현재 작동이 끊어지고, 파워다운 시퀀스가 시작하여 모든 표시자와 디스플레이가 꺼진다.
온-오프는 물론 "Power"란 표시를 스위치에 표시한다.
청각적 알람뮤트
시각적 알람을 지속하는 동안 경고음을 죽이기 위해 전방패널에 하나의 격막형 푸시 온/오프 스위치를 배치한다. 이 스위치를 누르면 모든 경고음이 조용해진다. 이 스위치를 한번 더 누르면 경고음이 다시 울린다. 이 스위치는 경고음 작동과 정지 사이를 반복하며 파워업할 때 초기상태가 작동된다.
경고음
아래 4가지 경고음을 갖는다:
- 저혈압 - 4초의 AMAP 혈압값이 60mmHg의 임계치보다 낮을 때(저혈압 경고);
- 센서 : PSS 고장이나 없음 표시
- 제로화에 필요한 압력 불안정; 또는
- 이전의 성공적인 제로 계산을 위한 프리-제로의 사용.
경고음은 고정된 볼륨의 2가지 소리로 구성된다. 각 사운드는 서로 구분된다. 저혈압 경고는 다른 경고음과 확실히 구분된다. 두번째 다른 경고음은 다른 상태들에 공통적이다.
관련 변수들이 위의 임계치 이상으로 돌아가거나 오퍼레이터가 경고음을 죽였을 때는 모든 경고음이 중단된다. 4초 AMAP 혈압값이 60mmHg 이상이면 저혈압 경고음이 중단된다. 건강한 PSS가 연결되면 센서 경고음이 중단된다. 센서를 제로화하는 시도가 개사된 뒤에 압력불안정 경고가 중단된다. 처음 4초 혈압값이 디스플레이되면 프리-제로 경고가 중단된다. 여러 경고음이 동시에 우릴 경우 센서와 저혈압 경고가 우선권을 갖는다. 압력불안정과 프리-제로 경고는 서로 배타적이다.
파워 조건
1차전력원(4000)
도 40(4000)에서 보듯이, 이 시스템은 AC 전력을 사용한다. BPM은 AC를 BPM 운용에 필요한 12VDC 1차전압으로 변환하는 외부 전력 어댑터를 이용한다. AC 전력 어댑터와 BPM을 연결하는 케이블은 파워모듈에 영구적으로 연결되고 BPM에 착탈 가능하게 연결된다. 이런 BPM AC 파워입력 커넥터는 표준형을 사용한다. AC 파워어댑터는 OEM으로 생산되는 것이 바람직하다.
AC 1차전력원
유틸리티 기반 AC 1차전력원을 이루는 외부 전력 어댑터는 유틸리티 AC 전력을 이용하고 BPM의 12VDC 1차전력 입력으로 변환한다. 유틸리타 파워모듈은 보통 아래 특성을 갖는다:
- 정상 AC 입력전압 : 100VAC 내지 250VAC
- AC 입력전류: 1.8A 미만
- AC 입력주파수: 50 내지 60 Hz
- DC 출력전압: 단일전압 12VDC
- DC 연속 출력전류: 3.5A 이상
- DC 출력 조건: ±5%
- AC 입력 커넥터: USA 표준 숫놈형, 3날 AC 플러그나 외국 특정 플러그
- AC 입력케이블 길이: 1.5미터 이상
- 파워 어댑터 내지 BPM 케이블 길이: 1.5미터 이상
- OEM 파워 어댑터: FDA 클래스 2 의료장비용으로 승인된 것
- 치수: 65mm(W) x 125mm(L) x 50mm(D) 이하
- MTBF: 5만시간 이상
- 환경: BPM 환경 이상
BPM 내부전력 변환 서브시스템
내부 BPM 전력 서브시스템은 내부 요소들에 필요한 별도의 전압을 만들어 조절하는 것을 담당한다. 입력전력은 아래 특성을 갖는 1차전력원에서 공급된다:
- 1차 입력전압: 12VDC
- 최대 입력전류: 3.5A
- 최대 연속 입력전력: 35W
- 1차 입력 한계: ±5%
- 감지: 이 서브시스템은 아래와 같은 내부보호책을 가져야 한다:
- 1차 입력전압이 사양내에 있지 않을 때 BPM의 손상 방지
- 내부 고장으로 과전류 상태일 때 1차전력원 손상방지(예; 휴즈)
- BPM 내부 고장이 있을 때 작업자 안전보호.
초기화 및 유지관리
초기화
콜드스타트 초기화
BPM은 오프 상태에서 파워업할 때 자동으로 초기화하고 적절한 동작을 준비한다. 초기화는 모든 정상동작 임무를 시작하기 전에 한다. 정상 상태에서 초기화는 콜드스타트 조건으로부터 5분내에 완료된다. 건강한 PSS가 연결되었을 때 초기화 중에 아래 동작들이 완료된다.
- 하드웨어를 공지의 상태로 리셋
- 시스템 펌웨어의 이상유무 자동확인
- 모든 알람을 작동하고, 모든 동작변수들을 초기화
- 정상 작동기능을 실행하기 전에 광학모듈이 안정 온도에 있는지 감지, 확인
- 연결된 PSS의 감지를 위한 모니터링 개시
- 건강한 PSS가 연결되지 않았으면 "INSERT SENSOR" 표시
- 건강한 PSS의 연결 감지
- BPMSO 센서로부터 센서변수들을 읽고 저장.
PSS 초기화
PSS의 연결과 파워온 초기화에 이어 다음 동작들이 이어진다. 정해진 온도에서 열적 안정을 이루고 PSS 연결을 하는데는 PSs가 주변 대기압에 노출되고 10초 이내에 이루어진다:
- 제로 기능이 시작되었음을 나타내는 "ZEROING" 표시
- PSS가 이전에 제로화되었는지 결정
- 5초 이상 정적인 주변 압력 감지.
- 제로값을 계산해 PSS RFID 태그와 BPM 메모리에 저장.
- 성공시 제로기능이 끝났음을 나타내는 "ZEROED" 표시
- 압력샘플링 진행 및 표시.
자세한 것은 첨부 도면의 순서도에서 알 수 있다.
유지관리
청소
BPM은 물이나 알코올이나 액체 계면활성제를 부드러운 천에 적셔 한다. 지나치게 적시면 안된다.
USB 유지관리 인터페이스
BPM의 유지관리 성능은 공장 유지관리 활동을 실행하여 BPM의 작동성능을 감시, 확인 또는 개선하는 외부 컴퓨터제어 명령어에 반응한다. 외부 컴퓨터는 BPM USB 통신포트와 명령어와 데이터를 주고받는다. 최소 아래 기능들이 지원된다:
- BPM은 외부 컴퓨터 제어명령어에 응답한다. 외부 컴퓨터는 BPM USB 포트와 명령어나 데이터를 주고받아 공장 유지관리 임무를 실행한다.
- BPM은 이런 명령어와 관련 데이터를 USB 통신포트 인터페이스에 보내 RJC FOMA-사양 명령어에 응답한다. 이 기능은 'Report', 'Monitor Mode" 명령어를 포함한 RJC FOMA 지원 명령어들을 지원한다. 이 기능을 통해 공장 유지관리 인원에 필요한 활동적이고 정적인 내부정보를 제어감시하는 유지관리 접근이 가능하다.
- 공장 유지관리 성능은 유저레벨 접속으로 예약되고 보호된다. BPM은 특정 유지관리 명령어와 정보에 접근할 수 있는 패스워드를 지원한다.
소프트웨어 기능조건
확인 및 인증
PRD는 BPM 기능의 지원시 실행되는 모든 휘발성/비휘발성 내부 명령어들을 설명하는데 "소프트웨어"와 "펌웨어"를 혼용해서 사용한다. BPM 소ㅡ트웨어는 외부 컴퓨터가 유지관리 포트를 통해 접속했을 때 BPM에 거주하거나 다운로드하는 특정 버전을 확인하는 수단을 채택한다. 각각의 소프트웨어 로드는 BPM에 다운로드한 뒤에 코드의 이상유무를 포시하고 확인하는 검사를 한다.
지원 어플
고객선택 어플이 BPM의 동작을 취급한다. 이런 기능들은 첨부 도면에서 확인할 수 있다. 이런 어플은 아래 주요 기능들을 지원한다:
- 파워온시 시스템 초기화.
- 주요 BPM 시스템 변수 감시.
- 압력센서 연결상태와 이상유무 평가.
- 압력센서 데이터의 취득과 처리.
- 수축기, 이완기 및 MAP 혈압의 계산과 디스플레이.
- 휴먼 인터페이스 입력값과 내부신호에 반응해 제어기능 실행.
- 필요한 알람 생성.
- BPM과 그 펌웨어의 감시와 유지관리를 유지관리 통신포트를 통해 하는 원격 다운로드 성능 지원.
- 특정 진단을 하고 그 결과를 보고하는 성능 지원.
- 오퍼레이터가 파워오프하였을 때 순서대로 시스템 셧다운.
- PSS RFID 태그를 리드, 라이트.
알고리즘과 정의
프레임타임 취득
1ms마다 한번씩 초당 1000회의 샘플로 혈압데이터를 취득한다. 1ms 시간은 취득 프레임타임을 나타낸다. 데이터 흐름이 실시간 연속 스트리밍 과정이기 때문에 정해진 시작과 끝이 없다.
디스플레이 프레임타임
파워온 초기화 뒤의 BPM 작동중에 혈압데이터를 연속적으로 취득하고 처리한다. 데이터 취득은 프레임당 4초의 주기로 디스플레이 프레임 시간으로 구분된다. 초기 디스플레이 프레임타임은 처음 구한 압력데이터로 시작한다. 각각의 이어진 디스플레이 프레임은 앞뒤 디스플레이 프레임타임으로 이어진다. 이런 디스플레이 프레임 주기는 데이터획득기간 내내 지속적으로 반복된다. 4초의 디스플레이 프레임타임은 각각 1ms의 4000개의 취득 프레임으로 이루어진다.
수축기 혈압
표시된 수축기 혈압값은 각각의 유효하고 순차적인 혈압값들을 이전의 최고전류 디스플레이 프레임값에 비교해 계산된다. 계산에 앞서 현재 혈압값이 0 내지 300 mmHg인지 결정하는 제한점검을 하여 품질을 보증한다. 혈압값이 범위를 벗어나면, 이 값을 계산에 이용한다. 계산결과 2중 높은 값을 새로운 현재 값으로 한다. 새로운 디스플레이 프레임이 시작할 때까지 이 과정을 계속 반복하고, 이때 확보된 결과를 표시하고 초기 값을 0으로 리셋한다. 이 계산은 디스플레이 프레임당 4000회 샘플링의 데이터 속도로 일어나고, 이완기 혈압데이터의 처리와 동기적이다. 계산결과가 이 범위를 벗어나도, 어떤 경우에도 계산된 수축기 혈압값은 0보다 작거나 300mmHg보다 클 수가 없다. 결과가 0보다 작으면 표시된 혈압은 0이고, 300mmHg보다 크다면 표시된 혈압이 300mmHg인 것이다.
이완기 혈압
이완기 혈압값은 각각의 유효한 순차적안 혈압값을 이전 최저 프레임값에 비교해 계산된다. 계산 전에, 현재 혈압값이 0 내지 300 mmHg인지 결정하는 제한점검을 하여 품질을 보증한다. 혈압값이 범위를 벗어나면, 이 값을 계산에 이용한다. 계산결과 2중 낮은 값을 새로운 현재 값으로 한다. 새로운 디스플레이 프레임이 시작할 때까지 이 과정을 계속 반복하고, 이때 확보된 결과를 표시하고 초기 값을 300mmHg로 리셋한다. 이 계산은 디스플레이 프레임당 4000회 샘플링의 데이터 속도로 일어나고, 수축기 혈압데이터의 처리와 동기적이다. 계산결과가 이 범위를 벗어나도, 어떤 경우에도 계산된 수축기 혈압값은 0보다 작거나 300mmHg보다 클 수가 없다. 결과가 0보다 작으면 표시된 혈압은 0이고, 300mmHg보다 크다면 표시된 혈압이 300mmHg인 것이다.
평균 혈압
디스플레이된 평균 혈압
디스플레이된 평균혈압(DMAP)은 매 디스플레이 프레임마다 수축기와 이완기 혈압값 밑에 표시된다. 이 값은 전체 디스플레이 프레임에 취득한 각각의 순차적인 혈압 샘플값을 더한 것을 이 프레임에서의 총 유효 혈압 샘플수로 나누어 계산된다. 디스플레이된 값은 3자리수의 최상위 정수이다. 이 과정을 각각의 디스플레이 프레임이 끝날때까지 계속 반복하고, 그 뒤 초기 평균값을 0으로 리셋한다. 이 계산은 수축기와 이완기 혈압데이터의 처리와 동기적이다. 계산결과가 이 범위를 벗어나도, 어떤 경우에도 계산된 수축기 혈압값은 0보다 작거나 300mmHg보다 클 수가 없다. 결과가 0보다 작으면 표시된 혈압은 0이고, 300mmHg보다 크다면 표시된 혈압이 300mmHg인 것이다.
알람 평균동맥압(AMAP)
AMAP는 매 디스플레이 프레임이 끝났을 때 저혈압 경고 임계치에 비교하는 값으로 디스플레이되지는 않는다. 이 값은 가장 최근의 2개 프레임에서 취득된 각각의 유효 순차적인 혈압 샘플값들을 더한 것을 이 프레임동안의 총 압력데이터 샘플수로 나눠 계산된다. 계산된 값은 3자리수의 최상위 정수이다. 이 과정을 각각의 디스플레이 프레임이 끝날때까지 계속 반복하고, 그 뒤 초기 평균값을 0으로 리셋한다. 이 계산은 수축기와 이완기와 AMAP 데이터의 처리와 동기적이다.
자동 대기압 보정
BPM 초기화 뒤에 현재의 압력감지 혈관초를 연결할 때, BPM은 자동 "제로" 기능을 실행하여 대기압을 측정한 다음 연결된 입력센서 압력 데이터에 필요한 보정을 하여 필요한 정확도를 구한다. PSS 센서가 BPM과 동일한 정적인 주변 대기조건에 노출된 동안 (환자에 삽입하기 전에) 이 기능을 한다. 그 결과 압력보정변수가 현재 연결된 PSS의 RFID 태그 메모리와 BPM 메모리에 저장되고, 치료과정중에 센서와 BPM의 연결이 끊어지면, 재보정을 위해 동일 센서를 재연결하여 센서를 안정된 주변 대기조건에 재노출할 필요는 없다. 이 기능은 정상적인 초기화 시퀀스와는 별개이고 10초보다 길 필요가 없다. 압력감지 혈관초를 파워온시 BPM에 연결할 수 없으므로 파워온 기간 내내 이 기능이 지속되지 않는다.
알람 혈압 임계치
BPM 저혈압 경고 임계치는 60mmHg로 공장에서 고정된다. 이 변수는 사용자가 조정하지 못한다. 이 값을 AMAP 값과 비교하여 저혈압 경고를 할지 여부를 결정한다.
FOMA 명령어
BPM은 BPM 유지관리 포트 인터페이스에 대해 이 명령어와 관련 데이터를 주고받아 선택된 RFC FOMA-사양 명령어들에 반응한다.
물리적 조건
설치
BPM은 IV 스탠드와 같은 직립 연마 금속 원통형 기둥에 설치된다. 이 조건은 외부 설치기기를 이용해 이루어질 수 있다.
전방 패널
표시기, 제어장치 및 디스플레이의 바람직한 설치는 필드테스트를 통해 최적의 치료효과를 보도록 설계과정에서 결정된다.
케이스
외부 설치 하드웨어를 BPM에 부착하기에 적당한 설치점들을 케이스에 설계한다. 전술한 IV 기둥에 BPM을 연결하기에 적달한 설치 하드웨어는 쉽게 구할 수 있는 OEM 장치를 이용해 설계한다. 한편, 치료효과를 최적화하도록 UTSW와 협력헤 설치방식을 채택할 수도 있다. 케이스의 색상은 백색이 아니거나 인체공학적으로 채택한다.
휴먼 인터페이스 기기의 위치
표시기, 제어장치 및 커넥터의 자세한 위치는 설계과정에서 필드테스트 결과를 통해 결정한다.
케이스의 정면은 전방 패널 디스플레이의 위치와 방향으로 정해진다. 외부 요소들의 위치는 다른 언급이 없는한 아래와 같다:
- LCD 디스플레이: 정면
- 수동 제어장치: 정면
- 광섬유 케이블 EC 커넥터: 좌측 하단. 연결이 불필요할 때를 대비해 커넥터 커버를 제공한다.
- 1차전력 입력 커넥터: 우측 하단
- 환자모니터 커넥터: 우측 중간
- 외부 USB 커넥터: 우측 상단. 연결하지 않을 때를 대비해 이 커넥터의 커버를 별도 제공한다.
사이즈
모든 보호덮개나 부츠를 포함해(단 설치기기는 제외) BPM 케이스의 외부 치수는 200mm(L) x 120mm(W) x 70mm를 넘지 않는다. 케이스 뒷면에는 라벨을 붙일 공간을 확보한다.
중량
BPM의 중량을 최소화한다. 총 중량은 700그램보다 작아야 하지만, 1000그램을 넘지 않는한 이를 위한 별도의 생산비를 추가할 필요는 없다.
라벨링
라벨링은 규정이나 인증조건에 맞도록 한다. 이런 조건의 최소 라벨링 조건은:
- 회사명
- 모델번호
- 원산지
- 적용 환자
- 인증부호
인터페이스의 접근성
기능적으로 인터페이스의 외부로부터 접근할 수 있는 휴먼 및 전기적 인터페이스는
- 스위치와 제어장치
- 광섬유 PSS 센서 커넥터
- 알파뉴메릭 디스플레이
- 외부 전력 커넥터
- 외부 USB 커넥터
- 외부 환자모니터 커넥터
이런 품목들의 접근성은 우선순위로 결정한다. 수리가능한 부품들은 BPM 내부에 두지 않고, 공장 유지관리 외에는 내부접근이 불필요하다.
접근성과 유지관리
수리가능한 부품들은 BPM 내부에 두지 않고, 공장 유지관리 외에는 내부접근이 불필요하다.
커넥터
BPM의 모든 외부연결은 의료환경과 규정에 맞는 커넥터를 이용해 한다.
환경조건
보관온도
이상없이 BPM을 보관할 온도는 -40℃ 내지 65℃이다.
작동온도
이상없이 공기중에서 BPM이 작동하는 온도는 15℃ 내지 35℃이다. BPM 내부온도는 이 작동온도 범위내에서 신호조졸기의 광학계가 유지되도록 조절한다.
습도
응축과 이상없이 BPM이 작동하는 상대습도는 5~95%이다.
고도와 대기압
이상없이 BPM이 동작하는 고도는 해면에서 최대 10000피트이다. 고압실 작동은 필요 없다.
케이스 보호조건
BPM은 밀봉조건을 갖지 않는다. 필요하면 기계적 충격과 진동조건을 충적하는데 필요한 특징을 갖도록 별도의 보호 슈라우드를 채택한다.
청소와 멸균
멸균은 필요없다. 기능손상 없이 일반 표면 소독을 이용해 표면을 청소할 수 있다. 최소한 이소프로필 알콜에 견뎌야 한다.
기계적 충격
BPM를 36인치 높이에서 타일이나 콘크리트 바닥에 낙하했을 때 심각한 인적 손상 없이 모서리나 가장자리나 축이 견디도록 해야 한다.
진동
일반 선적에서 일어나는 진동을 견딜 수 있어야 한다.
자기장
MRI 룸과 같은 높은 자기장 환경에서 작동할 필요가 없으므로, 특별한 자기차단은 불필요하다.
전자기장
적당한 EMC 방사선, 전도, 기타 연방통신위원회나 다른 기관에서 정한 조건에 맞아야 한다.
방사선
방사선 차단은 불필요하다.
화학적 저항성
대부분의 일반적 순한 청소액이나 소독약품이나 물질에 대해 간단한(5분 이내) 접촉면역이 필요하다. 최소한 이소프로필 알콜에 견뎌야 한다.
운반조건
보호 컨테이너로 선적해야 하고, 일반 선적상태에서 손상되어서는 안된다.
압력선택/분석/샘플링 및 디스플레이
기존의 혈압 디스플레이(4100)
도 41(4100)에서 보듯이, 본 발명에서는 지능형 환자모니터 인터페이스(4100)를 통해 (디지털 신호 프로세서(4111)에서 계산한 디지털 브리지 센스값인) 보정된 센서데이터(4112)를 수축기 혈압, 이완기 혈압, 형균 혈압 및/또는 심박수로 디스플레이할 수 있다.
선택된 혈압 디스플레이(4200)
도 42(4200)에서 보듯이, 지능형 환자모니터 인터페이스(4210)에 의해 다수의 보정된 센서데이터(4112)를 메모리장치(4213)에 저장하고 (대개 디지털 신호프로세서(4211)의 제어하에) 센서 프로세스(4214)로 처리한 다음 비주얼 디스플레이 장치(4215)에 제시할 수 있다. 선택 프로세스(4214)는 휴먼 인터페이스를 구현하여 선택 기준을 정의할 수 있다.
분석된 혈압 디스플레이(4300)
도 43(4300)에서 보듯이, 지능형 환자모니터 인터페이스(4310)이 다수의 보정된 센서데이터(4312)를 메모리장치(4313)에 저장하고 분석 프로세스(4314)로 처리한 다음, 비주얼 디스플레이 장치(4315)에 제시할 수 있다. 분석 프로세스(4314)는 휴먼 인터페이스를 광학적으로 구현하여 분석 알고리즘(4316)을 혈압데이터(4312)에 적용할 수 있다.
통상의 기술자라면 알 수 있듯이, 평균, 커브 피팅, 보간, 외삽, 피크 피팅, 피크 선택, 평균 등의 다양한 신호분석법을 적용할 수 있지만 이에 한정되지도 않는다. 디지털 데이터(4312)의 높은 신뢰도 때문에 메모리장치(4313)에 기록된 혈압 파형을 실시간 분석할 수 있다.
샘플된 혈압 디스플레이(4400)
도 44(4400)에서 보듯이, 지능형 환자모니터 인터페이스(4410)이 다수의 보정된 센서데이터(4412)를 메모리장치(4413)에 저장하고 샘플링 프로세스(4414)로 처리한 다음, 비주얼 디스플레이 장치(4415)에 제시할 수 있다. 샘플링 프로세스(4414)는 휴먼 인터페이스를 광학적으로 구현하여 샘플링 기준(4416)을 혈압데이터(4412)에 적용할 수 있다. 한편, 메모리 데이터(4413)와 함께 타이머나 타임스탬프 데이터(4417)를 이용하여 주어진 샘플링 기간내에 수집된 데이터 샘플의 일부를 선택하거나 샘플링할 수 있다. 통상의 전문가라면 알 수 있듯이, 이런 타이밍 기능은 디지털 신호 프로세서(4411)에 통합할 수도 있다.
하이브리드 디스플레이 아키텍처
도 41~44에 도시된 데이터 추출, 선택, 분석 및 샘플링 기술을 결합하여 하이브리드 디스플레이 아키텍처를 구성해, 이들 기술을 아주 다양하게 통합할 수도 있다.
디스플레이 기술
본 발명에서는 아주 다양한 디스플레이들을 이용할 수 있지만, 그래픽 터치 스크린을 이용하는 것이 최적이다. 또, 스마트폰, 태블릿, 기타 컴퓨팅 기기에 대한 무선 링크도 본 발명의 범위내에 있다.
양방향 데이터통신/제어(4500,4600)
통신 인터페이스
도 45(4500)에 도시된 것처럼, 본 발명에서는 디지털신호 프로세서(4511)가 분석 컴퓨터(4520)에 의한 실시간/오프라인 데이터/상태 수집을 위해 컴퓨터 리더블 매체(4521)로부터 읽은 소프트웨어의 제어하에 운용되는 외부 데이터분석 컴퓨터(4520)와 양방향으로 통신할 수 있는데, 이런 분석 컴퓨터(4520)는 지능형 환자모니터 인터페이스(4510)의 구성과 제어도 가능하다.
또, 지능형 환자모니터 인터페이스(4510)에 무선 인터페이스(4512)를 적용해 (랩탑, 스마트폰, 태블릿 등을 포함한) 원격 무선 컴퓨팅기기(4522)를 이용해 데이터분석도 할 수 있다. 또, 이런 무선 인터페이스를 이용해, 지능형 환자모니터 인터페이스(4510)를 환자 안에 이식한 의료기기의 일부분으로 하여, 혈압 측정치를 연속적으로나 일정 간격으로 취해 휴대용 디스플레이 장치에 무선으로 전송하여, 저장, 분석하거나 의사에게 전송할 수 있다.
분석 소프트웨어
다양한 어플 데이터 수집/분석 소프트웨어(4521)를 이용해 컴퓨팅기기(4520,4522)이나 환자모니터 인터페이스(4510)에 내장된 디지털 신호 프로세서(4511)로 환자 모니터링이나 진단기능을 지원할 수 있다. 디지털 신호 프로세서(4511)내의 온보드 실시간 및 후처리 성능도 가능하다. 이런 기능은 고성능 프로세서나 다중 프로세서를 이용해 구현할 수 있다. 이런 기능들은 다음 계산이 가능하다: FFT, 소팅 알고리즘, 검색 알고리즘, 고도, 전력, 위상 스펙트럼, 필터, 상관, 윈도우, 트리거, 임계화, 파형분석, 웨이블릿 처리, 암호화, 복호화, 포맷팅, 타이머, 통계분석 등. 물론 이에 한정되지도 않는다.
디스플레이 기술
분석기능을 본 발명의 다양한 디스플레이 기술에 결합할 수 있다. 고성능 그래픽 디스플레이, 터치스크린 등이 포함된다. 이런 디스플레이는 여러 종류의 그래픽 리드아웃과인풋을 지원할 수 있다. 디스플레이되는 정보로는 스펙트럼 정보, 진폭 파형, 필터 특성, 진단, 파형분석 등이 있다. 이런 기능은 전술한 복잡한 데이터 분석 디스플레이를 직접 지원한다.
로깅
이런 분석기능은 복잡한 내부 로깅 기능을 구현할 수 있다. 전술한 종래의 혈압처리 어플에서, 이런 로깅기능은 아래 정보들을 추적저장한다: 센서 성능, 환경 노출, 기능적 모니터링(예; 전력사이클, 광학환경, LED 수명 등), 소ㅍ트웨어 라이센싱, 유지관리 기간, 호환 인자, 데이터 품질제어, 에러, 사고, 상태기반 유지관리 모니터링, PSs 삽입 추적 등.
공장/필드 유지관리
도 45(4500)에 도시된 것처럼, 본 발명에서는 직렬 인터페이스(USB 등)를 이용해 환자모니터 인터페이스(4510)와 외부 컴퓨터 시스템의 통신을 하여 공장 유지관리에 연결할 수 있다. 이런 유지관리 기능을 필드에서도 할 수 있는데, 도 46(4600)에 도시된 것처럼 인터넷(4622)을 통한 유무선 연결을 통해 상태기반 자가평가나 원격진단도 할 수 있다. 이런 기능을 통해, 로컬 상태기반은 물론 공장레벨의 진단과 유지관리 기능(4620)을 필드에서 원격으로 할 수 있어, 비용과 시간을 절감할 수 있다. 이런 성능을 전술한 분석과 로깅 기능에 결합하여 BPM을 어떤 조건에서는 "call home"하거나 원격으로 사람이나 어플로 접속하여 정보수집, 문제진단, 해결책 강구, 소프트웨어(4621) 다운로드, 문제수집 등을 필드에서 할 수도 있다.
시스템 성능의 예(4700~5600)
BPM을 예로들어 도 48(4800) 내지 도 56(5600)을 참조하여 측정 스크린샷과 시험조건에 관한 성능에 대해 설명한다. PCM과 BPM 성능비교와 이런 시험조건에 대해 설명한다.
정적 혈압 정확도 비교
혈압모니터(BPM) 시스템에 적용된 본 발명의 예를 GE 모델 Dash 3000의 종래의 PCM 기반 혈압모니터 시스템과 비교한 정적 혈압시험을 763.435mmHg의 정상 대기압에서 실시했고, 그 비교결과는 아래 표와 같다:

Abs P (mmHg)	ΔP (mmHg)	BPM 디스플레이 (mmHg)	Dash3000 W/BPM 입력 PMIO (mmHg)	Dash3000 Edwards (mmHg)
763.435	0	0	0	0
783.435	20	20	20	20
803.435	40	40	40	40
823.435	60	60	60	60
845.435	80	80	81	80
863.435	100	100	101	100
883.435	120	120	121	120
903.435	140	140	141	140
923.435	160	160	160	160
943.435	180	180	180	180
963.435	200	200	200	200
983.435	220	219	220	220
1003.435	240	239	240	241
1023.435	260	259	260	261
1043.435	280	279	280	281
1063.435	300	299	300	301

각 행은 아래 데이터를 의미한다:- 절대압력;
- 대기압에서의 델타 압력
- 본 발명의 BPM에서 측정하고 BPM의 디스플레이에 표시된 혈압(보정된 광학 혈압측정치로부터 직접 데이터 디스플레이);
- BPM에서 측정하고 휘트스톤 브리지 에뮬레이터 인터페이스를 통해 디스플레이하도록 PCM에 전송된 혈압;
- 기존의 스트레인 게이지 혈압센서를 이용해 PCM에서 측정한 혈압.
이 표에 의하면, 적어도 정적인 압력측정에서, 본 발명의 BPM은 기존의 PCM 혈압센서의 정확도와 일치함을 알 수 있다.
PCM과 BPM 시스템들의 비교테스트
본 발명의 BPM과 기존의 PCM을 비교했더니, 본 발명의 BPM은 수축기와 이완기 혈압들을 계속 등록했지만 기존의 PCM은 이를 구분하는데 실패했다. 이런 테스트를 위해, 심장과 같은 맥동펌프와 물 비이커를 이용해 인공 순환계를 구성했다. 외부 혈압 트랜스듀서(휘트스톤 브리지)와 광섬유 출력(혈압감지 혈관초나 PSS)를 위한 별도의 판독부를 갖춘 하나의 출력포트를 테스트했다. 모든 영상에서, 이용된 PCM 기기는 GE Dash3000 모델 PCM이다.
PCM에 표시된 상단 넘버들은 외부 트랜스듀서 휘트스톤 브리지의 값이고 하단 넘버들은 BPM의 아날로그 출력(휘트스톤 브리지 에뮬레이터)의 값이다. 각 도면에 표시된 측정된 BPM 데이터는 신호조절기에서 직접 출력된 디지털이다. 테스트에 사용된 BPM은 맥박을 보여주지 않지만 수축기와 이완기 대 PCM의 맥박 디스플레이 사이에 때로 연결단절이 있음이 관찰되었다(즉, 때때로 압력이 표시되지만 맥박은 여전히 "0"이다). 이런 현상의 예를 도면에 도시한다.
이런 현상은, PCM에 에러릴 일으키는 인자들이 많음을 보여준다. 예컨대, 환자 외부의 IV 기둥에 설치된 휘트스톤 브리지까지 뻗는 튜브로부터의 신호감쇠가 있다. 이런 에러들은 신호가 PCM으로 가는 동안의 여과를 포함하는데, 심지어는 수축기나 이완기 혈압을 계산하는 방법에 있어서 알고리즘의 에러도 있다. 그러나, 이런 테스트에서, PCM 기능에 원래 환경에서는 잘 기능하지만 극한 환경에서는 에러를 일으키고, 이런 극한 환경은 에러를 없애는데 가장 중요하다. 반면에, 본 발명의 BPM에서는 이런 극한 측정환경에서도 정확한 측정을 할 수 있었다.
테스트베드 구성(4700)
종래의 PCM 혈압 모니터링 기술을 본 발명의 광학적 혈압감지기술과 비교하는데 이용된 테스트 구성을 도 47(4700)에 도시한다. 다양한 맥박수, 심박수, 수축기 혈압 및/또는 이완기 혈압 환경에서 에뮬레이트된 혈압 파형을 생성하는데 혈압발생기(4701)를 이용한다.
PCM 측정 베이스라인의 종래의 PCM 시스템(GE Dash3000)(4710)의 2개의 독립적인 디스플레이 채널(4711,4712)은 기존의 혈압센서(4713)와 본 발명의 BPM으로부터의 에뮬레이트된 휘트스톤 브리지 입력(4722)에 해당한다. 본 발명의 실시예(4720)에서는 외부 디스플레이(4721)를 이용해 광학 혈압 센싱요소(4723)와 함께 수축기/이완기/평균 혈압을 제시한다.
이런 테스트베드에 의하면, 기존의 PCM 혈압측정치들을 외부 BPM 디스플레이(4721)에 표시되고 BPM 실시예(4720)에서 구한 직접 혈압 데이터와 비교할 수 있음은 물론, 휘트스톤 브리지 외부 입력 디스플레이(4712)에 표시된 원데이터와도 비교할 수 있다. 이런 테스트에 의하면, PCM(4710)은 어떤 환경에서는 센서요소(4713)로부터 정확히 혈압을 감지하는데 어려움이 있고, 이런 어려움은 다른 아날로그 계통 입력과 관련된 외부 입력 디스플레이(4712)까지 확장됨을 알 수 있다.
정상적 PCM 성능 - 낮은 이완기/높은 수축기 혈압(4800)
도 48(4800)은 낮은 이완기 혈압(16)이 제시되지만 높은 수축기 혈압은 BPM과 PCM 양쪽에 표시되도록 관리되는 테스트 조건을 보여준다. 정상적인 생리조건에서, 이런 일관성을 BPM과 PCM 사이에서 볼 수 있다.
박출량 감소(4900)
도 49의 테스트조건에서는 맥박이 30이지만 박출량은 감소되었다. 수축기 48, 이완기 17이고 BPM으로부터의 PCM cuffureks과 BPM에 혈압이 표시되지만, 휘트스톤 브리지에서는 혈압이 감지되지 않는다.
낮은 박출량(5000)
도 50(5000)의 테스트조건에서는 박출량이 여전히 낮다. BPM 혈압은 외부 디스플레이에서 29/18로 감지되었지만, 맥박수가 35인데도 PCM 외부 트랜스듀서에서는 혈압이 감지되지 않는다.
최저 박출량(5100)
도 51(5100)는 시린지 펌프에서 구할 수 있는 최저 박출량을 이용한 테스트조건을 보여준다. PCM 외부 트랜스듀서에서는 BP가 감지되지 않고, PCM 모니터에 평균값만 표시된다. 수축기와 이완기 사이의 3mmHg의 차이만 BPM에 등록된다.
최저 박출량 + 심박수 40(5200)
도 52(5200)는 심박수를 40으로 높이고 박출량은 최저인 테스트조건을 보여준다. BPM 외부 디스플레이에 76/72가 등록되었다. 심박수가 PCM에서 "0"으로 나타나도 이 테스트 셋업을 모든 기기에 등록한다.
심박수 12(5300)
도 53(5300)은 12의 낮은 맥박수를 이용한 테스트조건을 보여준다. BPM 외부 디스플레이에 87/70이 등록된다. PCM은 제로(0) 맥박을 보여주고 수축기/이완기 구분이 없다. 이런 테스트 셋업은 기존의 PCM BP 시스템이 낮은 심박수에서 혈압을 정확히 측정할 수 없는 심각한 문제를 보여준다.
아주 낮은 박출량 + 심박수 12(5400)
도 54(5400)는 박출량이 아주 낮고 심박수 12로 낮은 테스트 조건을 보여준다. 76/72이 외부 BPM 디스플레이에 등록된다. 평균 BP만 PCM에 등록되고 심박수는 "0"이다.
심박수 12 + 가능한 최저 박출량(5500)
도 55는 가능한 최저 박출량과 심박수는 12로 낮은 테스트조건을 보여준다. BPM 외부 디스플레이는 73/72(1mmHg 수축기/이완기 차이)를 보여주지만 PCM은 평균 BP만 보여주고 심박수는 0이다.
심박수 80 + 가능한 최저 박출량(5600)
도 56(5600)는 심박수 80이고 박출량은 가능한 최저인 테스트조건을 보여준다. 외부 BPM 디스플레이에 78/72가 등록된다. PCM에서 혈압은 감지되지만 심박수는 0이다. 이 테스트 시나리오에 의하면, 심박수가 정상이어도 낮은 박출량과 거의 동일한 수축기/이완기 혈압비 상황이고, 종래의 PCM 혈압 모니터는 혈압을 정확히 기록하는데 실패한다. 반면에, 본 발명은 이 상황에서도 측정결과가 일관되게 정확하다.
데이터 캡처
혈압 파형(5700,5800,5900,6000)
BPM 시스템/방법으로 구현된 본 발명은 초당 500~1000 혈압 값들을 처리할 수 있다. 이런 혈압값들을 USB나 기타 직병렬 인터페이스와 같은 디지털 통신 입출력 포트를 이용해 실시간으로 캡처할 수 있다. BioTek 혈압파형 시뮬레이터를 이용한 이런 캡처기술을 이용해 수집된 데이터가 도 47(5700)~60(6000)에 도시되었다.
도 57(5700)은 USB 포트 스트리밍을 ld용해 캡처한 일반 혈압파형을 보여주고, 도 58(5800)은 이런 디스플레이 파형데이터의 추가 상세내역을 제공하며, 도 59(5900)는 USB 스트리밍 데이터를 이용해 캡처한 정밀 영상을 보여주며, 끝으로 도 60(6000)은 초정밀 파형캡처를 보여준다. 어떤 경우에는 이런 파형들을 후처리하여 환자 진단간호에는 비정상 파형임을 판단한다. 어떤 경우에는 이런 파형들을 실시간 처리하여 같은 결과를 구하여, 하나 이상의 BPM을 환자에게 연결한채 의사가 환자 상태를 진단할 수 있다.
혈압 신뢰도 테스트(6100,6200,6300,6400)
BPM 시스템이 가능한 신뢰도는 도 61(6100)~64(6400)에 도시된 방형파 BP 측정데이터를 보면 가장 잘 알 수 있다. 이들 파형은 BPM 시스템에 적용한 바람직한 실시예에서 구한 USB 포트 스트리밍 데이터로부터 유도되고, 시스템으로의 데이터 입력은 방형파 혈압 특성을 시뮬레이션하는 기계삭 혈압펌프에 의해 유도된다.
이 테스트에서, 도 61(6100)은 측정된 혈압특성의 개관을 보여준다. 도 62(6200)는 더 조사하는데 필요한 이상상태(6201)를 나타내는 혈압 특성의 상승에지를 자세히 보여준다. 도 63(6300)은 이런 이상상태를 더 자세히 보여주고, 도 64(6400)는 혈압특성의 하강 에지에서의 비슷한 이상상태를 보여준다.
도시된 이런 이상상태의 정확한 성질은 예를 든 것일 뿐이고, 주어진 혈압 측정치의 정밀한 세부사항을 실시간을 결정하고 분석해 환자의 질병이나 다른 의료상태를 판단할 수 있다. 이런 기술을 이용해 높은 샘플링 수(초당 500~1000 이상)에서 취한 측정치의 신뢰도는 환자 내부에서 조사하는 측정 혈압 도메인내에서 일어나는 정확한 유체 동적 특성을 더 좋게한다. 이런 측정치 신뢰도는 기존의 휘트스톤 브리지 센서에서는 불가능한데, 이는 이런 장치에서는 기본적으로 잡음이 있고 외부 전자기 영향을 쉽게 받기 때문이다.
일반 컴퓨터 이용 매체
본 발명은 컴퓨터 시스템에서 사용할 컴퓨터 프로그램으로 구현할 수도 있다. 통상의 기술자라면 본 발명의 기능들을 구현하는 프로그램들이 적절한 모든 프로그래밍 언어로 라이트되고, (a) ROM이나 CD-ROM과 같은 논라이터블 저장매체에 영구적으로 저장된 정보; (b) 플로피 디스크나 하드드라이브와 같은 라이터블 저장매체에 저장된 정보; 및/또는 (c) LAN, 전화망, 인터넷과 같은 공중망을 포함한 통신매체를 통해 컴퓨터에 보내지는 정보와 같은 여러 형태로 컴퓨터에 전달될 수 있음을 알 것이다. 본 발명의 방법을 구현하는 컴퓨터 리더블 명령어들에 있어서, 이런 컴퓨터 리더블 매체는 본 발명의 다른 실시예들을 구현할 수 있다.

삭제

Claims

(a) 아날로그 센서(0302); (b) 디지털 컴퓨팅 기기(0305); (c) 아날로그 센서 A/D 컨버터(0304); (d) 브리지 여기 컨버터(0308); (e) 브리지 센스 D/A 컨버터(0309); 및 (f) 광섬유 신호조절기를 포함하는 트랜스듀서 인터페이스 시스템(0300)에 있어서:
상기 아날로그 센서(0302)가 트랜스듀서와 광섬유 케이블을 포함하며;
상기 아날로그 센서 A/D 컨버터(0304)는 상기 광섬유 신호조절기에 의해 조절된 아날로그 센서로부터 아날로그 신호를 샘플링하고, 이 아날로그 신호를 디지털 센서값으로 변환하며;
상기 아날로그 센서(0302)는 상기 광섬유 신호조절기에 연결되는 광섬유 커넥터를 포함하고;
상기 광섬유 커넥터는 상기 아날로그 센서(0302)에 특정된 트랜스듀서-특정 게이지팩터들을 갖는 비휘발성 메모리를 포함하며;
상기 디지털 컴퓨팅 기기(0305)는 아날로그 센서(0302)로부터 대기압의 관찰을 결정하기 위해 환자에게 아날로그 센서를 삽입하기 전에 제로기능을 시작하고, 상기 대기압의 관찰에 의거하여 대기압 보정 제로값을 자동으로 계산하며, 상기 대기압 보정 제로값을 비휘발성 메모리와 디지털 컴퓨팅 기기의 메모리에 저장하고, 디지털 보정 센서값을 구하기 위해 상기 개별 트랜스듀서-특정 게이지팩터와 대기압 보정 제로값을 상기 디지털 센서값에 적용하며;
상기 브리지 여기 컨버터(0308)는 아날로그 휘트스톤 브리지 여기신호(0307)를 받고, 이 신호를 변환하여 브리지 여기값을 생성하며;
상기 브리지 센스 D/A 컨버터(0309)는 상기 디지털 보정 센서값을 받고, 아날로그 보정 센서값을 생성하며;
상기 아날로그 보정 센서값이 브리지 여기값으로 조정되어 변환된 아날로그 휘트스톤 브리지 센스신호(0307)를 생성하는 것을 특징으로 하는 트랜스듀서 인터페이스 시스템.
제1항에 있어서, 상기 아날로그 센서(0302)가,
(a) 광섬유 압력센서;
(b) F-P 압력센서;
(c) 의료기가 안에 위치하는 F-P 압력센서;
(d) 카테터, 풍선을 장착한 카테터, 혈관초, 뇌실 카테터, 뇌실단락 카테터, 요추배액관 및 도개골내 압력 모니터로 이루어진 군에서 선택되는 의료기기의 말단부에 위치하는 F-P 압력센서;
(f) 카테터, 풍선을 장착한 카테터, 혈관초, 뇌실 카테터, 뇌실단락 카테터, 요추배액관 및 도개골내 압력 모니터로 이루어진 군에서 선택되는 의료기기 내부에 위치하는 다수의 F-P 압력센서; 및
(g) IBP(invasive arterial blood pressure) 센서
로 이루어진 군에서 선택된 센서를 포함하는 것을 특징으로 하는 트랜스듀서 인터페이스 시스템.
제1항에 있어서, 상기 아날로그 휘트스톤 브리지 여기신호(307)가 PCM(0306)에 의해 생성되는 것을 특징으로 하는 트랜스듀서 인터페이스 시스템.
제1항에 있어서, 상기 변환된 아날로그 휘트스톤 브리지 센스신호(0307)가 PCM(0306)을 이용해 디스플레이되는 것을 특징으로 하는 트랜스듀서 인터페이스 시스템.
제1항에 있어서, 상기 비휘발성 메모리가 EEPROM 메모리와 RFID 태그 메모리로 이루어진 군에서 선택되는 것을 특징으로 하는 트랜스듀서 인터페이스 시스템.
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제1항에 있어서, 디지털 브리지 센스값(4211)이 수축기 혈압, 이완기 혈압, 평균 혈압 및/또는 심박수를 나타내는 디스플레이 장치(4212)에 전송되는 것을 특징으로 하는 트랜스듀서 인터페이스 시스템.
제1항에 있어서, 상기 디지털 보정 센서값이 아날로그 센서에서 유도된 상기 디지털 센서값의 분석을 위해 직렬 인터페이스를 통해 원격 컴퓨터 시스템으로 스트림되는 것을 특징으로 하는 트랜스듀서 인터페이스 시스템.
(a) 아날로그 센서에 특정한 트랜스듀서-특정 게이지팩터를 갖는 비휘발성 메모리를 포함하고 광섬유 신호조절기에 연결되는 광섬유 커넥터가 달린 광섬유 케이블과 트랜스듀서를 갖춘 아날로그 센서를 결합하는 단계;
(b) 디지털 컴퓨팅 기기(0305)로, 아날로그 센서로부터 대기압의 관찰을 결정하기 위해 환자에게 아날로그 센서를 삽입하기 전에 제로기능을 시작하는 단계;
(c) 상기 디지털 컴퓨팅 기기(0305)로, 상기 대기압의 관찰에 의거해 대기압 보정 제로값을 자동으로 계산하는 단계;
(d) 상기 디지털 컴퓨팅 기기(0305)로, 상기 대기압 보정 제로값을 비휘발성 메모리와 디지털 컴퓨팅 기기의 메모리에 저장하는 단계;
(e) 상기 디지털 컴퓨팅 기기(0305)로, 디지털센서 출력값을 내도록 A/D 컨버터를 이용해 상기 광섬유 신호조절기에 의해 조절된 아날로그 센서로부터의 출력신호를 샘플링하는 단계;
(f) 상기 디지털 컴퓨팅 기기(0305)로, 디지털 보정 센서값을 구하기 위해 상기 개별 트랜스듀서-특정 게이지팩터와 대기압 보정 제로값을 상기 디지털 센서출력값에 적용하는 단계;
(g) 브리지 여기 컨버터(0308)로, 아날로그 휘트스톤 브리지 여기신호(0307)를 받고, 이 신호를 변환하여 브리지 여기값을 생성하는 단계;
(h) 브리지 센스 D/A 컨버터(0309)로, 상기 디지털 보정 센서값을 받고, 아날로그 보정 센서값을 생성하는 단계; 및
(i) 상기 아날로그 보정 센서값이 브리지 여기값에 의해 조정되어 변환된 아날로그 휘트스톤 브리지 센스신호를 생성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 트랜스듀서 인터페이스 방법.
제9항에 있어서, 상기 아날로그 센서가,
(a) 광섬유 압력센서;
(b) F-P 압력센서;
(c) 의료기가 안에 위치하는 F-P 압력센서;
(d) 카테터, 풍선을 장착한 카테터, 혈관초, 뇌실 카테터, 뇌실단락 카테터, 요추배액관 및 도개골내 압력 모니터로 이루어진 군에서 선택되는 의료기기의 말단부에 위치하는 F-P 압력센서;
(f) 카테터, 풍선을 장착한 카테터, 혈관초, 뇌실 카테터, 뇌실단락 카테터, 요추배액관 및 도개골내 압력 모니터로 이루어진 군에서 선택되는 의료기기 내부에 위치하는 다수의 F-P 압력센서; 및
(g) IBP 센서
로 이루어진 군에서 선택된 센서를 포함하는 것을 특징으로 하는 트랜스듀서 인터페이스 방법.
제9항에 있어서, (i) 상기 아날로그 휘트스톤 브리지 여기신호가 PCM(0306)에 의해 생성되거나; (ii) 상기 변환된 아날로그 휘트스톤 브리지 센스신호가 PCM(0306)을 이용해 디스플레이되는 것을 특징으로 하는 트랜스듀서 인터페이스 방법.
제9항에 있어서, 상기 비휘발성 메모리가 EEPROM 메모리와 RFID 태그 메모리로 이루어진 군에서 선택되는 것을 특징으로 하는 트랜스듀서 인터페이스 방법.
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제9항에 있어서, 디지털 브리지 센스값(4211)이 수축기 혈압, 이완기 혈압, 평균 혈압 및/또는 심박수를 나타내는 디스플레이 장치(4212)에 전송되는 것을 특징으로 하는 트랜스듀서 인터페이스 방법.
제9항에 있어서, 상기 디지털 보정 센서값이 아날로그 센서에서 유도된 상기 디지털 보정 센서값의 분석을 위해 직렬 인터페이스를 통해 원격 컴퓨터 시스템으로 스트림되는 것을 특징으로 하는 트랜스듀서 인터페이스 방법.
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