KR102475827B1 - 소변 배출 시스템 - Google Patents

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KR102475827B1 KR1020200118414A KR20200118414A KR102475827B1 KR 102475827 B1 KR102475827 B1 KR 102475827B1 KR 1020200118414 A KR1020200118414 A KR 1020200118414A KR 20200118414 A KR20200118414 A KR 20200118414A KR 102475827 B1 KR102475827 B1 KR 102475827B1
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Abstract

소변 배출 시스템이 개시된다. 소변 배출 시스템은, 요도에 삽입되어 방광 내에 채워진 소변을 외부로 배출시키는 소변 배출기 및 방광 내의 소변량을 측정하고, 측정된 소변량이 미리 설정된 임계치를 초과한 경우, 소변 배출기가 구동하도록 소변 배출기로 구동명령을 전송하는 소변량 측정기를 포함하되, 소변량 측정기는, 방광으로 다파장의 근적외선(NIR: Near Infrared)을 조사하는 광조사부, 방광으로부터 반사 및 확산된 광신호의 파장별 반사신호세기를 측정하며, 광조사부로부터 순차적으로 멀어지도록 배치된 복수의 광센서를 포함하는 광검출부 및 측정된 반사신호세기를 이용하여 반사도(Reflectance)를 산출하고, 산출된 반사도를 이용하여 광흡수도를 산출하고, 산출된 광흡수도를 이용하여 방광 내의 수분함량을 산출함으로써, 소변량을 산출하는 제어부를 포함한다.

Description

소변 배출 시스템{Urine drainage system}
본 발명은 방광 내의 소변량 측정을 통한 소변 배출 시스템에 관한 것이다.
척수 손상, 척수 수술 등으로 인하여 요의(micturition desire)를 느끼지 못하는 환자들의 경우, 스스로 배뇨(urination) 및 도뇨(catheterization) 시점을 판단하기가 어려우므로, 방광 내 소변량을 모니터링하여 적절한 시점에 배뇨를 실시하는 것이 매우 중요하다. 만약, 적절한 빈도와 시점에 적정량의 배뇨 및 도뇨를 하지 못하면, 빈뇨, 요실금, 요정체와 같은 가벼운 방광 기능 장애부터 요로감염, 수신증, 방광요관 역류와 같은 합병증까지 유발될 수 있다.
종래에는, 환자가 병원에 내원한 후, 초음파 장비를 활용하여 해당 환자의 방광의 용적 및 소변량을 측정할 수는 있었으나, 초음파 프로브의 정확한 위치를 선정하기가 어렵고, 가격이 고가였기 때문에, 자가 모니터링의 용도로 활용되기에는 적합하지 않았다.
또한, 종래에 생체 임피던스 정보에 기초하여 방광과 관련된 기능을 감지하는 방법이 있으나, 이는 별도의 시술이 요구되는 이식형 의료 기기를 통한 방법이었고, 전기 임피던스 단층 촬영(EIT; Electrical Impedance Tomography)을 통한 임피던스 분포 영상(impedance distribution image)을 분석하기 위한 고가의 장비를 필요로 하였기 때문에, 자가 모니터링 용도로 사용되기는 어려웠다.
따라서, 자가 모니터링 용도로 사용 가능하며 적절한 시점에 소변을 배출시키는 시스템이 요구된다.
대한민국등록특허공보 제10-1431051호(2014.08.11.)
본 발명은 요의를 느끼지 못하는 환자가 자신의 방광 내에 저장된 소변량을 모니터링하도록 방광 내의 소변량을 측정하고, 소변량 측정을 통해 적절한 시점에 환자의 방광 내에 채워진 소변을 배출시키는 소변 배출 시스템을 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 소변 배출 시스템이 개시된다.
본 발명의 실시예에 따른 소변 배출 시스템은, 요도에 삽입되어 방광 내에 채워진 소변을 외부로 배출시키는 소변 배출기 및 상기 방광 내의 소변량을 측정하고, 상기 측정된 소변량이 미리 설정된 임계치를 초과한 경우, 상기 소변 배출기가 구동하도록 상기 소변 배출기로 구동명령을 전송하는 소변량 측정기를 포함하되, 상기 소변량 측정기는, 상기 방광으로 다파장의 근적외선(NIR: Near Infrared)을 조사하는 광조사부, 상기 방광으로부터 반사 및 확산된 광신호의 파장별 반사신호세기를 측정하며, 상기 광조사부로부터 순차적으로 멀어지도록 배치된 복수의 광센서를 포함하는 광검출부 및 상기 측정된 반사신호세기를 이용하여 반사도(Reflectance)를 산출하고, 상기 산출된 반사도를 이용하여 광흡수도를 산출하고, 상기 산출된 광흡수도를 이용하여 상기 방광 내의 수분함량을 산출함으로써, 상기 소변량을 산출하는 제어부를 포함한다.
상기 소변 배출 시스템은, 상기 소변량 측정기로부터 전송되는 소변량 측정정보를 수신하고, 상기 수신된 소변량 측정정보를 환자에게 알리기 위하여 알람신호와 함께 출력하는 사용자 단말을 더 포함한다.
상기 사용자 단말은 상기 수신된 소변량 측정정보를 확인하여 상기 측정된 소변량이 미리 설정된 임계치를 초과한 경우, 배뇨가 실시되어야 함을 알리는 메시지 및 알람신호를 출력하고, 상기 소변 배출기가 구동하도록 상기 소변 배출기로 구동명령을 전송한다.
상기 제어부는 상기 근적외선의 조사신호세기에 대한 상기 반사신호세기의 비율을 상기 반사도로 산출한다.
상기 제어부는 하기 수학식을 이용하여 상기 광흡수도를 산출한다.
Figure 112020097848091-pat00001
Figure 112020097848091-pat00002
여기서, R(ρ)는 반사도이고, ρ=(x, y)이고, a'는 표면에서의 반사율을 나타내는 알베도(albedo)로서, a' = μ's / (μa + μ's)이고, μa는 광흡수도이고, μ's는 광산출도이고, z0는 관심영역(ROI: Region of Interest)으로부터 측정표면(방광 부위의 피부표면) 까지의 거리로서, z0 = (μa + μ's)-1이고, μeff는 유효감쇄계수(effective attenuation coefficient)로서, μeff = [3 μa (μa + μ's)]1/2이고, r1는 관심영역으로부터 양의 광소스(positive impulse source)까지의 거리로서, r1 = [(z - z0)2 + ρ 2]1/2이고, zb는 Extrapolate boundary condition의 핵심으로서, 광자의 Flux가 사라진다고 가정하는 가상경계의 값이고, r2는 관심영역으로부터 음의 광소스(negative impulse source)까지의 거리로서, r2 = [(z + z0 + 2zb)2 + ρ 2]1/2이고, Rexp(ρ)는 실험시스템을 이용하여 생리학적인 조직에서 측정된 반사도의 실험값(experimental R)이고, α는 실험시스템에 설정된 시스템파라미터이다.
상기 광흡수도 μa, 상기 광산출도 μ's 및 상기 시스템파라미터 α는 미지수이되, 상기 광검출부는, 상기 미지수의 해의 계산을 위한 3개의 방정식을 생성하기 위하여, 최소 3개의 광센서를 포함한다.
상기 제어부는 상기 산출된 광흡수도로부터 하기 수학식을 이용하여 상기 수분함량을 산출한다.
Figure 112020097848091-pat00003
여기서,
Figure 112020097848091-pat00004
,
Figure 112020097848091-pat00005
,
Figure 112020097848091-pat00006
및
Figure 112020097848091-pat00007
는 각각 산화 헤모글로빈(O2Hb), 탈산화 헤모글로빈(HHb), 체수분(water) 및 지방(lipid)의 파장별 광소멸계수(extinction rate)이고, [O2Hb], [HHb], [water] 및 [lipid]는 각각 산화 헤모글로빈(O2Hb), 탈산화 헤모글로빈(HHb), 체수분(water) 및 지방(lipid)의 함량이고,
Figure 112020097848091-pat00008
는 파장별 광흡수도이다.
상기 광검출부는 상기 광조사부로부터 순차적으로 멀어지도록 배치된 제1 내지 제5 광센서를 포함하되, 상기 제어부는, 상기 제1 내지 제3 광센서를 이용하여 산출된 제1 측정영역의 제1 수분함량을 산출하고, 상기 제3 내지 제5 광센서를 이용하여 산출된 제2 측정영역의 제2 수분함량을 산출하고, 상기 제2 수분함량에서 상기 제1 수분함량을 빼서 상기 방광 내의 수분함량을 산출한다.
상기 소변 배출기는, 상기 요도에 삽입되며, 구동명령신호가 수신되면 구동하여, 상기 방광 내에 채워진 소변을 외부로 배출시키는 자기장 밸브펌프 및 상기 자기장 밸브펌프로 상기 구동명령신호를 전송하는 리모트 컨트롤러를 포함하되, 상기 리모트 컨트롤러는, 사용자가 구동명령을 입력하는 버튼을 구비하여, 상기 버튼을 통해 상기 구동명령을 입력받으면 상기 구동명령신호를 생성하거나, 상기 소변량 측정기 또는 사용자 단말로부터 상기 구동명령을 수신하면 상기 구동명령신호를 생성한다.
본 발명의 실시예에 따른 소변 배출 시스템은, 요의를 느끼지 못하는 환자가 자신의 방광 내에 저장된 소변량을 모니터링하도록 방광 내의 소변량을 측정하고, 소변량 측정을 통해 적절한 시점에 환자의 방광 내에 채워진 소변을 배출시킴으로써, 환자가 요의를 느끼지 못하더라도 방광 내 소변량을 간편하게 모니터링하여 적절한 시점에 배뇨를 하게 할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 소변 배출 시스템의 구성을 개략적으로 예시하여 나타낸 도면.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 소변량 측정기의 구성을 개략적으로 예시하여 나타낸 도면.
도 3 내지 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 소변량 측정기를 설명하기 위한 도면.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 소변량 측정기를 구현한 예를 나타낸 도면.
도 8은 도 7과 같이 구현된 소변량 측정기의 사용예를 나타낸 도면.
도 9 및 도 10은 본 발명의 실시예에 따른 소변 배출기를 예시하여 나타낸 도면.
본 명세서에서 사용되는 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "구성된다" 또는 "포함한다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 여러 구성 요소들, 또는 여러 단계들을 반드시 모두 포함하는 것으로 해석되지 않아야 하며, 그 중 일부 구성 요소들 또는 일부 단계들은 포함되지 않을 수도 있고, 또는 추가적인 구성 요소 또는 단계들을 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다. 또한, 명세서에 기재된 "...부", "모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어 또는 소프트웨어로 구현되거나 하드웨어와 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
이하, 본 발명의 다양한 실시예들을 첨부된 도면을 참조하여 상술하겠다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 소변 배출 시스템의 구성을 개략적으로 예시하여 나타낸 도면이다.
도 1을 참조하면, 도 1은 본 발명의 실시예에 따른 소변 배출 시스템은, 소변량 측정기(100), 사용자 단말(200) 및 소변 배출기(300)를 포함하여 구성될 수 있다.
소변량 측정기(100)는 환자의 배에서 방광이 위치하는 부위에서 방광 내의 소변량을 측정하고, 소변량 측정정보를 사용자 단말(200) 및 소변 배출기(300)로 전송한다.
예를 들어, 소변량 측정기(100)는 환자 방광 내의 소변량이 미리 설정된 임계치를 초과한 경우, 소변 배출기(300)가 구동하도록 소변 배출기(300)로 구동명령을 전송할 수도 있다.
사용자 단말(200)은 방광 내의 소변량을 측정하는 환자의 단말로서, 소변량 측정기(100)로부터 전송되는 소변량 측정정보를 실시간 수신하고, 수신된 소변량 측정정보를 환자에게 알리기 위하여 알람신호와 함께 출력한다.
예를 들어, 사용자 단말(200)은 소변량 측정기(100) 및 소변 배출기(300)를 관리 및 제어하는 어플리케이션을 탑재할 수 있다. 그래서, 사용자 단말(200)은 소변량 측정기(100)로부터 수신된 소변량 측정정보를 확인하여 환자 방광 내의 소변량이 미리 설정된 임계치를 초과한 경우, 환자에게 배뇨가 실시되어야 함을 알리는 메시지 및 알람신호를 출력할 수 있다. 또한, 사용자 단말(200)은 설정하기에 따라 환자 방광 내의 소변량이 미리 설정된 임계치를 초과한 경우, 메시지 및 알람신호의 출력뿐만 아니라, 소변 배출기(300)가 구동하도록 소변 배출기(300)로 구동명령을 전송할 수도 있다.
소변 배출기(300)는 환자의 요도에 삽입되어 방광 내에 채워진 소변을 외부로 배출시킨다.
예를 들어, 소변 배출기(300)는 소정의 입력부를 통해 환자로부터 직접 구동명령을 입력받거나, 소변량 측정기(100) 또는 사용자 단말(200)로부터 구동명령을 수신하여 구동될 수 있다. 이를 위하여, 소변 배출기(300)는 소변량 측정기(100) 또는 사용자 단말(200)로부터 구동명령을 수신하는 통신부(미도시) 포함할 수 있다.
이와 같은 본 발명의 실시예에 따른 소변 배출 시스템의 소변량 측정기(100) 및 소변 배출기(300)에 대해서는 이후, 도 2 내지 도 10을 참조하여 상세히 후술하기로 한다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 소변량 측정기의 구성을 개략적으로 예시하여 나타낸 도면이고, 도 3 내지 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 소변량 측정기를 설명하기 위한 도면이다. 이하에서는, 도 2를 중심으로, 본 발명의 실시예에 따른 소변량 측정기(100)에 대하여 설명하되, 도 3 내지 도 6을 참조하기로 한다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 소변량 측정기(100)는, 광조사부(110), 광검출부(120), 출력부(130), 입력부(140), 통신부(150) 및 제어부(160)를 포함하여 구성될 수 있다.
광조사부(110)는 환자의 배에서 방광이 위치하는 부위에서 방광으로 다파장의 근적외선(NIR: Near Infrared)을 조사한다. 이때, 광조사부(110)는 제어부(160)의 제어에 따라 미리 설정된 조사신호세기를 가지는 근적외선을 파장별로 조사할 수 있다.
예를 들어, 광조사부(110)는 도 2에 도시된 바와 같이, 하나의 광원(111)을 포함하여 구성될 수 있으며, 광원(111)은 LD(Laser Diode), LED(Light-Emitting Diode) 또는 OLED(Organic Light-Emitting Diode)로 구성될 수 있다.
광검출부(120)는 광조사부(110)에 의하여 방광에 조사된 다파장 근적외선이 방광으로부터 반사 및 확산된 광신호의 파장별 신호세기를 측정한다.
예를 들어, 광검출부(120)는 도 2에 도시된 바와 같이, 광원(111)으로부터 순차적으로 멀어지도록 배치된 복수의 광센서(121)를 포함하여 구성될 수 있으며, 광센서(121)는 PD(Photodiode), IR enhanced PD, APD(Avalanche Photodiode)나 CCD, CMOS로 구성될 수 있다.
출력부(130)는 청각적 또는 시각적 신호를 출력한다. 예를 들어, 출력부(130)는 본 발명의 실시예에 따른 방광 소변량 측정 장치(100)의 구동시작, 측정중, 측정완료 등과 같은 동작상태를 표시하는 상태표시램프 및/또는 부저를 포함할 수 있다.
또한, 출력부(130)는 본 발명의 실시예에 따른 방광 소변량 측정 장치(100)가 입력받거나 처리한 정보를 표시하여 출력하는 디스플레이 모듈(미도시)을 더 포함할 수도 있다. 즉, 디스플레이 모듈은 광검출부(120)에 의하여 검출되는 확산광(Diffuse optics)에 대한 후술할 제어부(160)의 분석결과(방광 내의 소변량 등)를 출력할 수 있다.
예를 들어, 디스플레이 모듈은 액정 디스플레이(liquid crystal display) 등으로 구현될 수 있다. 또한, 디스플레이 모듈과 터치 동작을 감지하는 센서가 상호 레이어 구조를 이루는 경우(즉, 터치 스크린), 디스플레이 모듈은 출력 장치 이외에 입력 장치로도 사용될 수 있다. 이하, 디스플레이 모듈로 터치 스크린이 사용되는 경우, 터치 동작을 감지하는 센서는 후술할 입력부(140)로 지칭하도록 한다.
입력부(140)는 사용자로부터 각종 명령을 입력받기 위한 사용자 인터페이스(user interface)로서, 그 구현 방식에는 특별한 제한이 없다. 예를 들어, 입력부(140)는 복수의 조작 유닛들을 포함할 수 있으며, 이러한 조작 유닛들은 키 패드(key pad), 터치 패드(정압/정전), 휠 키, 조그 스위치 등으로 제작될 수 있다.
통신부(150)는 사용자 단말(200) 또는 소변 배출기(300)와 유무선 통신을 수행한다.
예를 들어, 통신부(150)는 USB(Universal Serial Bus) 모듈, 블루투스(Bluetooth) 모듈, 와이파이(wifi) 모듈 등을 포함할 수 있으며, 블루투스(Bluetooth) 또는 와이파이(wifi)와 같은 근거리 무선통신이나 USB와 같은 근거리 유선통신을 이용하여, 스마트폰이나 데스크탑 PC와 같은 사용자 단말(200)이나 소변 배출기(300)로 데이터를 전송할 수 있다.
제어부(160)는 기본적으로, 본 발명의 실시예에 따른 소변량 측정기(100)의 전반적인 동작을 제어한다.
즉, 제어부(160)는 광조사부(110) 및 광검출부(120)가 각각 방광 부위에 다파장의 근적외선을 조사하고, 방광 부위로부터 반사 및 확산된 광신호의 파장별 반사신호세기를 측정하도록 제어할 수 있다.
또한, 제어부(160)는 측정된 광신호의 파장별 신호세기를 이용하여 검출된 확산광(Diffuse optics)의 분석을 통해 방광 내의 수분함량을 측정함으로써, 방광 내 소변량을 측정한다.
즉, 제어부(160)는 반사 및 확산된 광신호의 측정된 파장별 반사신호세기를 이용하여 반사도(Reflectance)를 산출하고, 산출된 반사도를 이용하여 파장별 광흡수도를 산출하고, 산출된 파장별 광흡수도를 이용하여 방광 내의 수분함량을 산출할 수 있다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 근적외선 대역에는, 콜라겐(collagen), 체수분(water), 지방(lipid), 탈산화 헤모글로빈(HHb), 산화 헤모글로빈(O2Hb) 등의 85% 이상의 생체조직 성분의 광흡수 피크가 존재한다. 따라서, 방광 내의 수분함량의 측정을 통해 방광 내에 채워진 소변의 양 측정이 가능하다. 체수분의 광흡수 피크가 존재하는 파장은 960nm, 1180nm, 1440nm 등이다.
예를 들어, 물의 광흡수 피크는 근적외선 파장 중 960nm, 1180nm, 1440nm 등의 파장에 존재하므로, 도 4에 도시된 바와 같이, 물의 광흡수 피크 파장과 둔감한 650nm~900nm 대역의 파장을 가지는 근적외선을 조사하도록 광조사부(110)가 제어될 수 있다.
제어부(160)는 방광 내의 수분함량을 측정하기 위하여 우선, 광조사부(110)가 조사하는 근적외선의 조사신호세기에 대하여, 방광 부위로부터 반사 및 확산된 광신호의 반사신호세기의 비율을 산출함으로써, 반사도를 산출할 수 있다.
그리고, 제어부(160)는 하기 수학식을 이용하여 파장별 광흡수도를 산출할 수 있다.
[수학식 1]
Figure 112020097848091-pat00009
여기서, R(ρ)는 반사도이고, ρ=(x, y)이고, a'는 표면에서의 반사율을 나타내는 알베도(albedo)로서, a' = μ's / (μa + μ's)이고, μa는 광흡수도이고, μ's는 광산출도이고, z0는 관심영역(ROI: Region of Interest)으로부터 측정표면(방광 부위의 피부표면) 까지의 거리로서, z0 = (μa + μ's)-1이고, μeff는 유효감쇄계수(effective attenuation coefficient)로서, μeff = [3 μa (μa + μ's)]1/2이고, r1는 관심영역으로부터 양의 광소스(positive impulse source)까지의 거리로서, r1 = [(z - z0)2 + ρ 2]1/2이고, zb는 Extrapolate boundary condition의 핵심으로서, 광자의 Flux가 사라진다고 가정하는 가상경계의 값이고, r2는 관심영역으로부터 음의 광소스(negative impulse source)까지의 거리로서, r2 = [(z + z0 + 2zb)2 + ρ 2]1/2이다.
[수학식 2]
Figure 112020097848091-pat00010
여기서, R(ρ)는 반사도이고, Rexp(ρ)는 실험시스템을 이용하여 생리학적인 조직에서 측정된 반사도의 실험값(experimental R)이고, α는 실험시스템에 설정된 시스템파라미터이다.
수학식 1과 수학식 2에서, 광흡수도 μa, 광산출도 μ's 및 시스템파라미터 α는 미지수이다. 이러한 3개의 미지수의 해를 계산하기 위해서는 적어도 3개의 방정식이 필요하므로, 각각 도 5에 도시된 바와 같이, 1개의 광원(111) 및 최소 3개의 광센서(121)가 필요하다. 즉, 3개의 지점에서 측정된 반사신호세기를 이용하여, 수학식 1 및 2로부터, 광흡수도 μa, 광산출도 μ's 및 시스템파라미터 α의 3개 미지수에 대한 3개의 방정식이 생성될 수 있고, 생성된 3개의 방정식으로부터, 광흡수도 μa, 광산출도 μ's 및 시스템파라미터 α의 값이 산출될 수 있다.
그리고, 제어부(160)는 산출된 광흡수도로부터 하기 수학식을 이용하여 제1 측정영역(10)의 수분함량을 산출할 수 있다.
[수학식 3]
Figure 112020097848091-pat00011
여기서,
Figure 112020097848091-pat00012
,
Figure 112020097848091-pat00013
,
Figure 112020097848091-pat00014
및
Figure 112020097848091-pat00015
는 각각 산화 헤모글로빈(O2Hb), 탈산화 헤모글로빈(HHb), 체수분(water) 및 지방(lipid)의 파장별 광소멸계수(extinction rate)이고, [O2Hb], [HHb], [water] 및 [lipid]는 각각 산화 헤모글로빈(O2Hb), 탈산화 헤모글로빈(HHb), 체수분(water) 및 지방(lipid)의 함량이고,
Figure 112020097848091-pat00016
는 파장별 광흡수도이다.
수학식 3에서, 산화 헤모글로빈(O2Hb), 탈산화 헤모글로빈(HHb), 체수분(water) 및 지방(lipid)의 함량은 최소자승법을 이용하여 산출될 수 있으며, 산화 헤모글로빈(O2Hb)과 탈산화 헤모글로빈(HHb)의 함량은 mol 단위의 절대값으로 산출되고, 체수분(water)과 지방(lipid)의 함량은 % 단위의 상대값으로 산출될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 광조사부(110) 및 광검출부(120)는 각각, 1개의 광원(111) 및 최소 5개의 광센서(121)를 포함하여 구성될 수 있다.
즉, 도 6을 참조하면, 방광(30)은 피부층(11) 아래쪽의 내장층(12)에 위치하므로, 방광(30)에서 반사 및 확산된 광신호를 획득하기 위하여 광원(111)으로부터 충분히 떨어진 R4 및 R5와 같은 추가적인 광센서(121)가 필요하다. 따라서, 전술한 바와 같이 방광 내의 수분함량의 산출을 위해서는 최소 3개의 광센서(121)가 필요하므로, 도 6에 도시된 바와 같이, 광검출부(120)는 5개(R1, R2, R3, R4 및 R5)의 광센서(121)로 구성될 수 있다.
그래서, 제어부(160)는 R1, R2 및 R3의 광센서(121)를 이용하여 산출된 제1 측정영역(10)의 제1 수분함량을 산출하고, R3, R4 및 R5의 광센서(121)를 이용하여 산출된 제2 측정영역(20)의 제2 수분함량을 산출하고, 제2 수분함량에서 제1 수분함량을 빼서 방광(30) 내의 수분함량을 산출할 수 있다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 소변량 측정기를 구현한 예를 나타낸 도면이고, 도 8은 도 7과 같이 구현된 소변량 측정기의 사용예를 나타낸 도면이다.
도 7을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 소변량 측정기(100)는, 하나의 광원(111) 및 광원(111)으로부터 순차적으로 멀어지도록 배치된 5개의 광센서(121)가 장착된 측정용 기판(160) 및 복수의 전자부품(175)이 장착된 제어용 기판(170)으로 구현될 수 있다.
즉, 측정용 기판(160)에는, 전술한 광조사부(110) 및 광검출부(120)가 구현되며, 제어용 기판(170)에 장착되는 복수의 전자부품(175)을 이용하여, 광조사부(110) 및 광검출부(120) 외의 구성 즉, 출력부(130), 입력부(140), 통신부(150), 제어부(160) 등이 구현될 수 있다. 또한, 제어용 기판(170)에는 전원공급을 위한 배터리 모듈과 연결되는 전원 인터페이스가 구현될 수 있다.
여기서, 측정용 기판(160) 및 제어용 기판(170)은 각각 커넥터(161, 171)를 구비하며, 구비된 커넥터(161, 171)를 통해 전기적으로 연결될 수 있다.
측정용 기판(160)은 방광 부위에 광을 조사하고 반사된 광을 검출하기 위하여 환자의 피부에 직접 접촉하므로, 플렉서블(Flexible)한 재질로 형성될 수 있다.
이와 같이 구현되는 소변량 측정기(100)는, 전체적으로 플렉서블(Flexible)한 패치(Patch) 형태를 가질 수 있으며, 도 8에 도시된 바와 같이, 환자의 배에서 방광(35)이 위치하는 부위에 별도의 부착수단을 이용하여 부착되어, 전술한 바와 같이 방광(35) 내의 소변량을 측정할 수 있다.
도 9 및 도 10은 본 발명의 실시예에 따른 소변 배출기를 예시하여 나타낸 도면이다.
도 9 및 도 10을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 소변 배출기(300)는 초소형의 자기장 밸브펌프(310) 및 리모트 컨트롤러(320)를 포함하여 구성될 수 있다.
자기장 밸브펌프(310)는 환자의 요도에 삽입되며, 리모트 컨트롤러(320)로부터 무선으로 구동명령신호를 수신하면 구동하여, 환자의 방광 내에 채워진 소변을 외부로 배출시킨다.
리모트 컨트롤러(320)는 사용자가 구동명령을 입력하는 버튼을 구비하며, 버튼을 통해 구동명령을 입력받으면 자기장 밸브펌프(310)로 무선으로 구동명령신호를 전송한다.
예를 들어, 리모트 컨트롤러(320)는 버튼이 눌려지면 자기장을 발생시키고, 발생된 자기장이 자기장 밸브펌프(310)에 인가됨으로써, 자기장 밸브펌프(310)가 활성화되어 구동할 수 있다.
예를 들어, 리모트 컨트롤러(320)는 통신 기능을 구비하여 소변량 측정기(100) 또는 사용자 단말(200)로부터 구동명령을 수신할 수 있으며, 소변량 측정기(100) 또는 사용자 단말(200)로부터 구동명령이 수신되면 자기장 밸브펌프(310)로 구동명령신호를 전송할 수 있다.
상기한 본 발명의 실시예는 예시의 목적을 위해 개시된 것이고, 본 발명에 대한 통상의 지식을 가지는 당업자라면 본 발명의 사상과 범위 안에서 다양한 수정, 변경, 부가가 가능할 것이며, 이러한 수정, 변경 및 부가는 하기의 특허청구범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이다.
100: 소변량 측정기
110: 광조사부
120: 광검출부
130: 출력부
140: 입력부
150: 통신부
160: 제어부
200: 사용자 단말
300: 소변 배출기

Claims (9)

  1. 소변 배출 시스템에 있어서,
    요도에 삽입되어 방광 내에 채워진 소변을 외부로 배출시키는 소변 배출기; 및
    상기 방광 내의 소변량을 측정하고, 상기 측정된 소변량이 미리 설정된 임계치를 초과한 경우, 상기 소변 배출기가 구동하도록 상기 소변 배출기로 구동명령을 전송하는 소변량 측정기를 포함하되,
    상기 소변량 측정기는,
    상기 방광으로 다파장의 근적외선(NIR: Near Infrared)을 조사하는 광조사부;
    상기 방광으로부터 반사 및 확산된 광신호의 파장별 반사신호세기를 측정하며, 상기 광조사부로부터 순차적으로 멀어지도록 배치된 복수의 광센서를 포함하는 광검출부; 및
    상기 측정된 반사신호세기를 이용하여 반사도(Reflectance)를 산출하고, 상기 산출된 반사도를 이용하여 광흡수도를 산출하고, 상기 산출된 광흡수도를 이용하여 상기 방광 내의 수분함량을 산출함으로써, 상기 소변량을 산출하는 제어부를 포함하고,
    상기 제어부는 하기 수학식을 이용하여 상기 광흡수도를 산출하는 것을 특징으로 하는 소변 배출 시스템.
    Figure 112022078713262-pat00035

    Figure 112022078713262-pat00036

    여기서, R(ρ)는 반사도이고, ρ=(x, y)이고, a'는 표면에서의 반사율을 나타내는 알베도(albedo)로서, a' = μ's / (μa + μ's)이고, μa는 광흡수도이고, μ's는 광산출도이고, z0는 관심영역(ROI: Region of Interest)으로부터 측정표면(방광 부위의 피부표면) 까지의 거리로서, z0 = (μa + μ's)-1이고, μeff는 유효감쇄계수(effective attenuation coefficient)로서, μeff = [3 μa (μa + μ's)]1/2이고, r1는 관심영역으로부터 양의 광소스(positive impulse source)까지의 거리로서, r1 = [(z - z0)2 + ρ 2]1/2이고, zb는 Extrapolate boundary condition의 핵심으로서, 광자의 Flux가 사라진다고 가정하는 가상경계의 값이고, r2는 관심영역으로부터 음의 광소스(negative impulse source)까지의 거리로서, r2 = [(z + z0 + 2zb)2 + ρ 2]1/2이고, Rexp(ρ)는 실험시스템을 이용하여 생리학적인 조직에서 측정된 반사도의 실험값(experimental R)이고, α는 실험시스템에 설정된 시스템파라미터임
  2. 제1항에 있어서,
    상기 소변 배출 시스템은,
    상기 소변량 측정기로부터 전송되는 소변량 측정정보를 수신하고, 상기 수신된 소변량 측정정보를 환자에게 알리기 위하여 알람신호와 함께 출력하는 사용자 단말을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 소변 배출 시스템.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 사용자 단말은 상기 수신된 소변량 측정정보를 확인하여 상기 측정된 소변량이 미리 설정된 임계치를 초과한 경우, 배뇨가 실시되어야 함을 알리는 메시지 및 알람신호를 출력하고, 상기 소변 배출기가 구동하도록 상기 소변 배출기로 구동명령을 전송하는 것을 특징으로 하는 소변 배출 시스템.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 근적외선의 조사신호세기에 대한 상기 반사신호세기의 비율을 상기 반사도로 산출하는 것을 특징으로 하는 소변 배출 시스템.
  5. 삭제
  6. 제1항에 있어서,
    상기 광흡수도 μa, 상기 광산출도 μ's 및 상기 시스템파라미터 α는 미지수이되,
    상기 광검출부는,
    상기 미지수의 해의 계산을 위한 3개의 방정식을 생성하기 위하여, 최소 3개의 광센서를 포함하는 것을 특징으로 하는 소변 배출 시스템.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 산출된 광흡수도로부터 하기 수학식을 이용하여 상기 수분함량을 산출하는 것을 특징으로 하는 소변 배출 시스템.
    Figure 112020097848091-pat00019

    여기서,
    Figure 112020097848091-pat00020
    ,
    Figure 112020097848091-pat00021
    ,
    Figure 112020097848091-pat00022
    및
    Figure 112020097848091-pat00023
    는 각각 산화 헤모글로빈(O2Hb), 탈산화 헤모글로빈(HHb), 체수분(water) 및 지방(lipid)의 파장별 광소멸계수(extinction rate)이고, [O2Hb], [HHb], [water] 및 [lipid]는 각각 산화 헤모글로빈(O2Hb), 탈산화 헤모글로빈(HHb), 체수분(water) 및 지방(lipid)의 함량이고,
    Figure 112020097848091-pat00024
    는 파장별 광흡수도임
  8. 제7항에 있어서,
    상기 광검출부는 상기 광조사부로부터 순차적으로 멀어지도록 배치된 제1 내지 제5 광센서를 포함하되,
    상기 제어부는,
    상기 제1 내지 제3 광센서를 이용하여 산출된 제1 측정영역의 제1 수분함량을 산출하고, 상기 제3 내지 제5 광센서를 이용하여 산출된 제2 측정영역의 제2 수분함량을 산출하고, 상기 제2 수분함량에서 상기 제1 수분함량을 빼서 상기 방광 내의 수분함량을 산출하는 것을 특징으로 하는 소변 배출 시스템.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 소변 배출기는,
    상기 요도에 삽입되며, 구동명령신호가 수신되면 구동하여, 상기 방광 내에 채워진 소변을 외부로 배출시키는 자기장 밸브펌프; 및
    상기 자기장 밸브펌프로 상기 구동명령신호를 전송하는 리모트 컨트롤러를 포함하되,
    상기 리모트 컨트롤러는,
    사용자가 구동명령을 입력하는 버튼을 구비하여, 상기 버튼을 통해 상기 구동명령을 입력받으면 상기 구동명령신호를 생성하거나,
    상기 소변량 측정기 또는 사용자 단말로부터 상기 구동명령을 수신하면 상기 구동명령신호를 생성하는 것을 특징으로 하는 소변 배출 시스템.
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