KR102579340B1 - 환자를 위한 지속적이고 안전한 자동 약물주입 장치 및 그 방법 - Google Patents

환자를 위한 지속적이고 안전한 자동 약물주입 장치 및 그 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 수술 중 또는 지속적인 약물투여가 필요한 환자의 경우, 환자 정보와 필요한 약물 투여량을 설정하고 환자에게 목표 상태를 위한 약물을 투여하면서, 환자의 반응 신호를 모니터링하고 이를 분석하여 필요한 약물 투여량을 자동으로 조절하여 환자에게 투여할 수 있는 장치 및 방법을 제공하는 것이 목적이다. 이를 위해서, 환자를 위한 지속적이고 안전한 자동 약물주입 장치에 있어서, 환자 정보와 상기 환자의 목표 상태를 도달 또는 유지하기 위해 필요한 약물 투여량 정보 및 상기 목표 상태 동안 상기 환자에게 나타나는 반응 신호를 설정 반응 신호로 저장하고 있는 저장부;와 상기 환자의 반응 신호를 측정하여 모니터링하는 반응 신호 모니터링부;와 상기 환자에게 약물을 주입하는 약물 주입부; 및 상기 환자 정보와 상기 환자의 반응 신호를 분석하여 상기 환자의 목표 상태를 맞도록 상기 약물 주입부를 제어하여 필요한 약물 투여량이 상기 환자에게 주입되도록 제어하는 제어부;를 포함하는 환자를 위한 지속적이고 안전한 자동 약물주입 장치를 제공한다

Description

환자를 위한 지속적이고 안전한 자동 약물주입 장치 및 그 방법{Continuous and safe automatic drug infusion device and method for patients}
본 발명은 환자를 위한 지속적이고 안전한 자동 약물주입 장치 및 그 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 환자 정보와 상기 환자의 목표 상태를 도달 또는 유지하기 위해 필요한 설정 반응 신호와 약물 투여시의 환자의 반응 신호를 모니터링 및 분석하여 환자에게 필요한 약물 투여량을 산출하고 이를 자동적으로 환자에게 주입하는 장치 및 방법에 관한 것이다.
현재에는 수술실이나 내시경실 또는 영상의학과 등에서 각종 소수술(minor operations)이나 시술(minor procedures)을 위해서 환자의 진정(sedation)이나 진통(鎭痛)이 필요한 경우에 약물을 일회성으로 주사(bolus)하거나 간헐적으로 반복해서 주사하거나 또는 일반적인 약물펌프(syringe pump, 즉, 단위 시간당 일정한 양(volume)의 약물을 투여하는 장치)를 이용하여 지속적으로 약물을 투여하는 방식을 취하는 것이 보통이다.
다시 말해서, 현재 수술실에서 사용중인 TCI 펌프(TCI: Target Controlled Infusion) 또는 수동식 주사기를 이용하여 농도가 아닌 양(Volume)으로 환자의 수술/시술 조건과 환자 상태에 따라서 의사의 판단에 의해 투여하고 있다.
그러나 중요한 점은, 환자의 안전에 있어서는 특정 약물의 투여량 중 해당 약물이 환자의 혈액 내에서 얼마의 혈중농도(blood concentration)를 가지느냐이다.
즉, 기존의 일반적인 약물펌프에 있어서는 의사가 환자에게 필요한 약물의 투여량(즉, 단위 시간당 약물의 양)을 직접 펌프에 입력하므로 일회성 주사나 간헐적 반복 주사보다는 비교적 환자의 상태를 안정되게 관리할 수 있으나, 약물의 혈중농도 조절은 불가능하므로, 혈중농도에 맞는 필요한 약물의 적정한 용량을 정확히 알 수 없다는 문제가 있다.
여기서 중요한 점은, 환자의 안전에 있어서는 단위 시간당 약물의 투여량(volume)도 중요하지만, 특정 약물의 투여량 중 해당 약물이 환자의 혈액 내에서 얼마의 농도(약물혈중농도, blood concentration)를 가지느냐가 환자의 안전과 안정성 면에서 더욱 중요하다는 것이다.
현재 상용화된 일반적인 약물펌프나 목표 농도 조절 투여(TCI) 펌프는 시술을 받는 환자가 자신의 진정과 진통에 맞는 약물의 농도를 선택하거나 결정하는 것이 불가능한 상황이며, 그 결과로서 시술 중 잘못된 약물의 과량투여로 다수의 사망 사고 또는 의식 불명 사고(뇌손상)가 발생하고 있다. 아울러, 반대의 경우로서 과량투여가 아닌 불충분한 양의 결핍된 약물투여로 환자에게 고통을 주고 시술자에게는 불편을 초래하는 사례도 종종 발생하고 있다.
그리고, 현재의 약물주입 방법인 실험적 또는 약동학 이론적 Modeling을 통한 의사의 지시로 환자에 필요한 약물을 사전에 계산하여 수동으로 목표량을 투여하는 방법(Open Loop Infusion)에서는 장시간 수술 중 또는 지속적인 약물 주입이 필요한 경우에, 환자의 상태가 변화할 때, 혈액 중 약물 농도의 감소 등 위급 상황시를 대처하기 위하여 항상 의사 또는 간호사가 환자의 상태를 모니터링해야 하는 문제점이 있다.
대한민국 공개특허공보 제10-2018-0076071호 대한민국 등록특허공보 제10-1443579호
본 발명은 수술 중 또는 지속적인 약물투여가 필요한 환자의 경우, 환자 정보와 필요한 약물 투여량을 설정하고 환자에게 목표 상태를 위한 약물을 투여하면서, 환자의 반응 신호를 모니터링하고 이를 분석하여 필요한 약물 투여량을 자동으로 조절하여 환자에게 투여할 수 있는 장치 및 방법을 제공하는 것이 목적이다.
본 발명은 환자를 위한 지속적이고 안전한 자동 약물주입 장치에 있어서, 환자 정보와 상기 환자의 목표 상태를 도달 또는 유지하기 위해 필요한 약물 투여량 정보 및 상기 목표 상태 동안 상기 환자에게 나타나는 반응 신호를 설정 반응 신호로 저장하고 있는 저장부;와 상기 환자의 반응 신호를 측정하여 모니터링하는 반응 신호 모니터링부;와 상기 환자에게 약물을 주입하는 약물 주입부; 및 상기 환자 정보와 상기 환자의 반응 신호를 분석하여 상기 환자의 목표 상태를 맞도록 상기 약물 주입부를 제어하여 필요한 약물 투여량이 상기 환자에게 주입되도록 제어하는 제어부;를 포함하는 환자를 위한 지속적이고 안전한 자동 약물주입 장치를 제공한다
여기서, 상기 반응 신호 모니터링부는, 상기 환자의 혈액 중 약물농도, 뇌파, 혈압, 맥박, 호흡, 심전도를 측정할 수 있는 하나 이상의 각각의 반응 신호 측정센서 및 주어진 압력 정도를 측정할 수 있는 압력 측정센서를 포함하고 있으며, 상기 환자의 반응 신호는, 상기 환자의 혈액 중 약물농도, 뇌파, 혈압, 맥박, 호흡, 심전도 및 상기 압력 측정센서에서 측정된 상기 환자가 가한 압력 신호인 것을 특징으로 할 수 있다.
여기서, 상기 약물 주입부는 약물 용기 및 약물 주입을 위해 상기 약물 용기 내부에 압력을 가하는 조절 플런저를 구비하는 시린지(syringe) 약물주사기;와 상기 조절 플런저를 일방향으로 이동시키는 모터 시스템; 및 상기 모터 시스템의 작동을 제어하기 위한 모터 컨트롤러;를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
여기서, 상기 제어부는, 상기 반응 신호 모니터링부가 지속적으로 모니터링하는 상기 환자의 반응 신호와 상기 환자의 목표 상태에 맞게 설정된 상기 설정 반응 신호를 비교하여 상기 환자의 반응 신호가 상기 설정 반응 신호와 지속적으로 동일 내지 유사한 신호가 되도록 하는 해당 약물 투여량을 산출하고, 상기 약물 주입부를 제어하여 산출된 약물 투여량이 지속적으로 상기 환자에게 주입되도록 제어하는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 환자를 위한 지속적이고 안전한 자동 약물주입 방법에 있어서, a)저장부에 환자 정보와 상기 환자의 목표 상태를 도달 또는 유지하기 위해 필요한 설정 반응 신호와 약물 투여량 정보를 저장하는 단계;와 b)반응 신호 모니터링부가 상기 환자에게 약물이 주입되는 동안 상기 환자의 반응 신호를 측정하여 모니터링하는 단계;와 c)제어부가 상기 환자 정보와 상기 환자의 반응 신호를 분석하여 상기 환자의 목표 상태를 맞도록 필요한 약물 투여량을 산출하는 단계; 및 d)약물 주입부가 산출된 상기 필요한 약물 투여량을 상기 환자에게 주입하는 단계;를 포함하는 환자를 위한 지속적이고 안전한 자동 약물주입 방법을 제공한다.
여기서, 상기 반응 신호 모니터링부는 상기 환자의 혈액 중 약물농도, 뇌파, 혈압, 맥박, 호흡, 심전도를 측정할 수 있는 하나 이상의 각각의 반응 신호 측정센서 및 주어진 압력 정도를 측정할 수 있는 압력 측정센서를 포함하고, 상기 환자의 반응 신호는, 상기 환자의 혈액 중 약물농도, 뇌파, 혈압, 맥박, 호흡, 심전도 및 상기 압력 측정센서에서 측정된 상기 환자가 가한 압력의 크기이고, 상기 b)단계는, 상기 반응 신호 모니터링부가 상기 환자에게 주입되는 상기 약물 투여량을 지속적으로 모니터링하는 것을 특징으로 할 수 있다.
여기서, 상기 c)단계는, Closed-loop feedback control을 이용하여 상기 약물이 상기 환자에게 주입되는 동안 상기 환자의 반응 신호와 상기 설정 반응 신호를 비교하여 상기 환자의 반응 신호가 상기 설정 반응 신호와 지속적으로 동일 내지 유사한 신호가 되도록 하는 해당 약물 투여량을 산출하는 것을 특징으로 할 수 있다.
여기서, 상기 압력 측정센서는 상기 환자가 상기 압력 측정센서에 가하는 압력의 크기를 상기 환자의 반응 신호로 측정하고, 상기 b)단계에서, 상기 환자가 상기 압력 측정센서에 가하는 압력의 크기를 모니터링하여 상기 환자의 상태를 파악하고, 상기 c)단계에서, 상기 환자의 상태를 분석하여 상기 환자의 목표 상태를 유지하는데 필요한 약물 투여량을 산출하는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명은 각 환자의 상황에 따라 미리 설정된 약물 투여량을 주입할 때, 환자의 상태에 따른 반응 신호를 모니터링하고 이를 분석함으로써, 목표하고자 하는 환자 상태를 지속적으로 유지하기 위해 실제로 필요한 약물 투여량을 자동적으로 조절하여 환자에게 주입할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 환자가 직접 사용할 수 있는 약물 주입농도 조절 장치(압력 측정센서)를 설치하여 시술 전 환자가 진정될 때까지(의식 소실 시까지) 환자 스스로 주입되는 약물의 양(volume) 혹은 농도(concentration)를 점진적으로 올려가고 진정이 된 후에는 시술을 마칠 때까지 그 농도를 일정하게 유지하는 것이 가능하므로 시술 의사와 환자의 입장에서 안정성과 효율성이 향상되는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 환자를 위한 지속적이고 안전한 자동 약물주입 장치의 전반적인 설명을 위한 도면이다.
도 2는 수술 또는 시술 중에 일정한 혈액 내의 농도를 유지하는 것이 필수적인 약물의 종류를 나타내는 그래프이다.
도 3은 종래의 약물 주입을 사용하여 약물을 투여하는 경우에 혈액내 약물(진정제) 농도가 시간에 따라 변화하는 예시를 나타내는 그래프이다.
도 4는 본 발명의 일실시예로 본 발명의 환자를 위한 지속적이고 안전한 자동 약물주입 장치의 구성을 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일실시예로 본 발명의 반응 신호 모니터링부의 구성을 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명의 일실시예로 본 발명의 약물 주입부의 구성을 도시한 도면이다.
도 7은 본 발명의 환자를 위한 지속적이고 안전한 자동 약물주입 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 본 발명의 일실시예로 환자를 위한 최적의 약물 투여량을 산출하여 주입하는 과정을 설명하기 위한 도면이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되는 실시 예를 참조하면 명확해질 것이다.
그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예로 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이다.
본 명세서에서 본 실시 예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다.
그리고 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
따라서, 몇몇 실시 예에서, 잘 알려진 구성 요소, 잘 알려진 동작 및 잘 알려진 기술들은 본 발명이 모호하게 해석되는 것을 피하기 위하여 구체적으로 설명되지 않는다.
또한, 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭하고, 본 명세서에서 사용된(언급된) 용어들은 실시 예를 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다.
본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함하며, '포함(또는, 구비)한다'로 언급된 구성 요소 및 동작은 하나 이상의 다른 구성요소 및 동작의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.
다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다.
또 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 정의되어 있지 않은 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.
이하, 첨부된 도면을 참고로 본 발명의 바람직한 실시 예에 대하여 설명한다.
도 1은 본 발명의 환자를 위한 지속적이고 안전한 자동 약물주입 장치의 전반적인 설명을 위한 도면이다.
본 발명에서는 설명의 편의를 위해서 환자에게 주입되는 고체, 액체, 기체 상태의 약을 이하 약물로 표기하기로 한다.
본 발명의 환자를 위한 지속적이고 안전한 자동 약물주입 장치(100)는 환자(200)에게 약물을 주입하는 동안 환자의 반응 신호를 모니터링 및 이를 분석하여 목표하고자 하는 환자의 목표 상태에 맞는 약물 투여량을 산출하고 이를 자동적으로 환자(200)에게 주입할 수 있다.
이를 위해서, 본 발명의 환자를 위한 지속적이고 안전한 자동 약물주입 장치(100)는 환자(200)의 반응 신호를 측정할 수 있는 하나 이상의 측정센서(121, 122, 123, 124, 125, 126)를 포함한다. 여기서, 측정센서는 혈액 약물농도 측정센서(121), 뇌파 측정 센서(122), 혈압 측정센서(123), 맥박 측정센서(124), 호흡 측정센서(125), 압력 측정센서(126) 등을 의미한다.
또한, 약물을 자동적으로 환자(2000에게 주입할 수 있는 약물 주입부(130)를 포함한다.
또한, 본 발명의 환자를 위한 지속적이고 안전한 자동 약물주입 장치(100)는 환자 정보와 환자의 목표 상태를 도달 또는 유지하기 위해 필요한 약물 투여량 정보가 저장되어 있어 환자 정보를 분석하여 해당 환자의 목표 상태를 도달하기 위해 필요한 약물의 투여량을 자동적으로 산출할 수 있다.
또한, 본 발명의 환자를 위한 지속적이고 안전한 자동 약물주입 장치(100)는 환자(200)의 목표 상태를 도달 또는 유지하는 동안 환자에게서 측정되어야 하는 반응 신호를 설정 반응 신호로 저장하고 있어, 환자(200)에게 약물을 주입하는 동안 환자의 반응 신호를 모니터링 및 이를 설정 반응 신호와 비교 분석하여 목표하고자 하는 환자의 목표 상태에 맞는 약물 투여량을 산출할 수 있다. 즉, 약물 주입시의 환자(200)의 반응 신호를 지속적으로 모니터링 하고 이를 설정 반응 신호와 비교 분석함으로써 약물 투여량을 필요에 따라 증감 시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 환자를 위한 지속적이고 안전한 자동 약물주입 장치(100)는 환자(200)가 스스로 입력하는 입력 신호를 반응 신호로 하여 환자(200)가 스스로 입력하는 압력의 신호를 모니터링하여 환자의 상태를 파악하고, 이를 분석하여 환자의 목표 상태를 유지하는데 필요한 약물 투여량을 산출할 수 있다.
도 2는 수술 또는 시술 중에 일정한 혈액 내의 농도를 유지하는 것이 필수적인 약물의 종류를 나타내는 그래프이며, 도 3은 종래의 약물 주입을 사용하여 약물을 투여하는 경우에 혈액내 약물(진정제) 농도가 시간에 따라 변화하는 예시를 나타내는 그래프이다.
수술/시술 중 진정제의 과량투여(oversedation)도 문제가 되나, 반대의 경우로서 과량투여가 아닌 불충분하고(undersedation) 결핍된(insufficient) 약물투여로 환자에게 고통을 주고 시술자에게는 불편을 초래하는 사례도 종종 발생하고 있다.
즉, 종래의 주사기 방법 또는 경구 투여 방법을 사용하여 약물을 투여하는 경우에는 도 3에서 나타난 바와 같이, 혈액내 또는 뇌에서 약물(진정제) 농도가 시간에 따라 급격히 저하되는 모습을 보이므로, 본 발명의 환자를 위한 지속적이고 안전한 자동 약물주입 장치(100) 및 이를 이용한 방법을 통해 정맥 정속 주입을 통해 환자(200)의 혈액 내 약물 농도를 일정하게 유지하는 것이 필요하다.
도 4는 본 발명의 일실시예로 본 발명의 환자를 위한 지속적이고 안전한 자동 약물주입 장치의 구성을 도시한 도면이다.
본 발명의 환자를 위한 지속적이고 안전한 자동 약물주입 장치(100)는 저장부(110), 반응 신호 모니터링부(120), 약물 주입부(130) 및 제어부(140)를 포함하여 구성된다.
저장부(110)는 환자 정보와 환자의 목표 상태를 도달 또는 유지하기 위해 필요한 약물 투여량 정보 및 목표 상태 동안 환자에게 나타나는 반응 신호를 설정 반응 신호로 저장하고 있다.
반응 신호 모니터링부(120)는 환자(200)의 반응 신호를 측정하여 이를 지속적으로 모니터링한다.
반응 신호 모니터링부(120)에 대한 보다 상세한 설명은 도 5에서 설명하기로 한다.
약물 주입부(130)는 제어부(140)의 제어를 받아 환자(200)에게 산출한 약물 투여량을 자동적으로 주입한다.
약물 주입부(130)에 대한 보다 상세한 설명은 도 6에서 설명하기로 한다.
제어부(140)는 환자 정보와 환자의 반응 신호를 분석하여 환자의 목표 상태를 맞는 약물 투여량을 산출하고, 약물 주입부(130)를 제어하여 필요한 약물 투여량이 환자(200)에게 주입되도록 제어한다.
제어부(140)는 반응 신호 모니터링부(120)가 지속적으로 모니터링하는 환자의 반응 신호와 저장부(110)에 저장된 환자의 목표 상태에 맞게 설정된 설정 반응 신호를 비교하여 환자의 반응 신호가 설정 반응 신호와 지속적으로 동일 내지 유사한 신호가 되도록 하는 해당 약물 투여량을 산출한다.
그리고, 제어부(140)는 약물 주입부(130)를 제어하여 산출된 약물 투여량이 지속적으로 환자(200)에게 주입되도록 제어한다.
제어부(140)가 환자의 반응 신호와 설정 반응 신호를 비교하여 환자의 목표 상태를 유지하기 위한 해당 약물 투여량을 산출하는 방법은 도 8에서 상세히 설명하기로 한다.
도 5는 본 발명의 일실시예로 본 발명의 반응 신호 모니터링부의 구성을 도시한 도면이다.
반응 신호 모니터링부(120)는 혈액 약물농도 측정센서(121), 뇌파 측정 센서(122), 혈압 측정센서(123), 맥박 측정센서(124), 호흡 측정센서(125), 압력 측정센서(126)를 포함하여 구성된다.
혈액 약물농도 측정센서(121)는 환자(200)의 혈액내의 특정 약물 농도를 측정하는 센서이다.
뇌파 측정 센서(122)는 환자(200)에게 특정 약물을 투여한 경우에 해당 약물의 농도에 따른 환자(200)의 뇌파를 측정하는 센서이다.
혈압 측정센서(123)는 환자(200)에게 특정 약물을 투여한 경우에 해당 약물의 농도에 따른 환자(200)의 혈압을 측정하는 센서이다.
맥박 측정센서(124)는 환자(200)에게 특정 약물을 투여한 경우에 해당 약물의 농도에 따른 환자(200)의 맥박을 측정하는 센서이다.
호흡 측정센서(125)는 환자(200)에게 특정 약물을 투여한 경우에 해당 약물의 농도에 따른 환자(200)의 호흡을 측정하는 센서이다.
압력 측정센서(126)는 환자(200)가 가하는 압력의 크기를 측정하는 센서이다. 압력 측정센서(126)는 환자(200)의 의식 정도에 따라 환자(200)가 가하는 압력의 크기를 측정하여 환자(200)의 의식 상태 정도를 측정할 수 있다.
여기서, 환자(200)의 의식 상태를 측정하는 장치로 압력의 크기를 측정하는 센서의 예로서 압력 측정센서(126)을 예로 들었지만, 그 외 다이얼 스위치, 푸쉬 스위치 등을 통해 환자가 자신의 의식 상태의 정도를 입력할 수도 있다.
도 6은 본 발명의 일실시예로 본 발명의 약물 주입부의 구성을 도시한 도면이다.
본 발명의 약물 주입부(130)는 시린지(syringe) 약물주사기(131), 모터 시스템(132) 및 모터 컨트롤러(133)를 포함한다.
시린지(syringe) 약물주사기(110)는 예를 들어, 진정제를 담고 있는 약물 용기 및 약물 주입을 위해 약물 용기 내부에 압력을 가하는 조절 플런저(미도시)를 구비하는 구성이며, 모터 시스템(132)은 시린지 약물주사기(131)의 조절 플런저를 일방향의 선형으로 이동시키는 기능을 수행한다.
모터 컨트롤러(133)는 모터 시스템(132)의 작동을 제어하는 기능을 수행한다.
반응 신호 모니터링부(120)에서 측정된 환자(200)의 반응 신호는 제어부(140)에서 분석되고, 제어부(140)는 분석된 결과에 따라 모터 컨트롤러(133)를 통해 모터 시스템(132)을 구동하여 시린지 약물주사기(131)를 통해 환자(200)에게 주입되는 약물의 주입 속도 및 용량을 조절할 수 있다.
이때 시린지 약물주사기(131)의 조절 플런저를 이동시키기 위한 모터 시스템(132)은 스테핑(stepping) 모터(1321)와 직선 이송 스크류(screw)(1322) 또는 리니어(linear) 모터 및 기어장치(미도시)를 포함하여 구성될 수도 있다.
스테핑 모터(1321)는 한 바퀴의 회전을 많은 수의 스텝들로 나눌 수 있는 브러쉬리스 직류 전기 모터로서, 모터의 위치는 모터가 적절하게 장치에 설치되어 있는 한 피드백 장치가 없이도 정확하게 조절이 가능하다.
한편 리니어 모터(linear motor)는 회전운동을 직선운동으로 바꿔주는 모터로서, 다른 일반모터는 회전운동을 하지만 리니어모터는 직선운동을 한다. 따라서, 보조적인 에너지 변환 장치가 필요하지 않기 때문에 구조가 복잡하지 않으며 에너지 손실이나 소음이 발생하지 않고 운전 속도에 제한을 받지 않는 이점이 있다.
직선 이송 스크류(1322)는 대표적으로 볼 스크류(Ball Screw), 리드 스크류(Lead Screw)가 있으며, 볼 스크류는 나사산(threaded) 및 여기에 부합하는 볼 너트의 조합을 말한다. 너트와 나사 접점 표면 간에 재순환 볼 베어링을 장착하는 구조이다. 리드 스크류는 나사산(threaded)과 접점 표면을 이동하는 스레드 너트로 구성된다.
본 발명의 일실시예로 모터 컨트롤러(133)가 제어될 때, 시린지 약물주사기(131)를 통해 환자(200)에게 주입되는 투여 약물 DMPP(drug mass per a press in blood)는 입력 회당 0.5 μg/cc 이하로 조절할 수 있다.
도 7은 본 발명의 환자를 위한 지속적이고 안전한 자동 약물주입 방법을 설명하기 위한 도면이다.
S110 단계는 저장부(110)에 환자 정보와 환자의 목표 상태를 도달 또는 유지하기 위해 필요한 설정 반응 신호와 약물 투여량 정보를 저장하는 단계이다.
여기서, 환자 정보는 환자의 성별, 연령별, 과거 질병기록, 체질별 특이성 등을 의미한다.
여기서, 환자의 목표 상태를 도달 또는 유지하기 위해 필요한 약물 투여량 정보는 해당 환자를 목표하고자 하는 목표 상태(예를 들어, 수술을 위한 마취 상태 등)를 도달 또는 지속적으로 유지(수술 중 지속적인 마취 상태)하기 위해 필요한 계속적인 약물 투여량 정보를 의미한다.
여기서, 환자의 목표 상태를 도달 또는 유지하기 위해 필요한 설정 반응 신호는 환자의 목표 상태를 도달 또는 유지하기 위해 필요한 약물 투여량에 따라 해당 약물을 환자(200)에게 주입하는 동안 환자(200)가 위험한 상황에 빠지지 않도록 유지되는데 필요한 환자(200)의 생체 신호를 의미한다.
S120 단계는 반응 신호 모니터링부(120)가 환자(200)에게 약물이 주입되는 동안 환자(200)의 반응 신호를 측정하여 모니터링하는 단계이다.
여기서, 환자(200)의 반응 신호는 환자(200)의 혈액 중 약물농도, 뇌파, 혈압, 맥박, 호흡, 심전도 및 환자(200) 스스로가 자신의 의식 상태에 상응하여 입력하는 신호를 의미한다.
본 발명의 반응 신호 모니터링부(120)는 환자(200)의 혈액 중 약물농도, 뇌파, 혈압, 맥박, 호흡, 심전도를 측정할 수 있는 하나 이상의 각각의 반응 신호 측정센서 및 환자(200)의 의식 상태 정도를 측정할 수 있는 장치(예를 들어, 환자 스스로 가하는 압력 정도를 측정할 수 있는 압력 측정센서)를 포함하고 있어 약물이 주입되는 동안 환자(200)의 반응 신호를 측정하여 모니터링 한다.
반응 신호 모니터링부(120)는 환자(200)에게 약물이 주입되는 동안 환자(200)의 반응 신호를 지속적으로 측정하는 모니터링 작업을 수행한다.
S130 단계는 제어부(140)가 환자 정보와 환자(200)의 반응 신호를 분석하여 상기 환자(200)의 목표 상태를 맞도록 필요한 약물 투여량을 산출하는 단계이다.
상술한 바와 같이, 제어부(140)는 반응 신호 모니터링부(120)가 지속적으로 모니터링하는 환자(200)의 반응 신호와 상기 환자(200)의 목표 상태에 맞게 설정된 설정 반응 신호를 비교하여 상기 환자(200)의 반응 신호가 설정 반응 신호와 지속적으로 동일 내지 유사한 신호가 되도록 하는 해당 약물 투여량을 산출하고, 약물 주입부(130)를 제어하여 산출된 약물 투여량이 지속적으로 상기 환자(200)에게 주입되도록 제어한다.
여기서, 제어부(140)는 Closed-loop feedback control 방법을 이용하여 약물이 상기 환자(200)에게 주입되는 동안 환자의 반응 신호와 설정 반응 신호를 비교하여 상기 환자의 반응 신호가 상기 설정 반응 신호와 지속적으로 동일 내지 유사한 신호가 되도록 하는 해당 약물 투여량을 산출할 수 있다. 이에 대해서는 도 8에서 상세히 설명하기로 한다.
S140 단계는 약물 주입부(130)가 제어부(140)의 제어를 받아 산출된 필요한 약물 투여량을 환자(200)에게 주입하는 단계이다.
즉, 약물 주입부(130)에서 주입되는 약물의 주입 속도와 양을 조절하여 환자(200)에게 주입되는 약물 투여량을 조절한다.
도 8은 본 발명의 일실시예로 환자를 위한 최적의 약물 투여량을 산출하여 주입하는 과정을 설명하기 위한 도면이다.
수술 중 또는 치료 중 환자(200)를 목표로 하는 상태에 도달 및 유지 시키기 위해서는 약물이 주입되는 동안 환자(200)의 상태가 정상적으로 유지되고 있는지가 중요하다.
연령, 성별, 건강 상태 등과 같은 환자 정보에 따라 동일한 목표 상태를 유지하기 위해 필요한 약물 투여량은 달라질 수 있으며, 연령, 성별, 건강 상태가 동일하여도 특정 약물에 대한 이상 반응 체질 및 가족력과 같은 유전상태에 따라 획일적으로 동일한 약물 투여량을 같은 목적을 위해 환자(200)에게 주입하는 것은 매우 위험하다.
따라서, 수술 중이나 치료를 위해 환자(200)에게 약물을 주입하는 경우에는 무엇 보다도 환자(200)의 생체 반응 신호를 모니터링하여 이를 기초로 하여 반응 신호가 정상 범위내에 유지되도록 하는 약물 투여량을 산출하여 주입하여야 한다.
이를 위해서 본 발명에서는 환자(200)의 반응 신호를 모니터링하고 이를 분석하여 환자(200)의 목표 상태를 맞도록 필요한 약물 투여량을 산출하는 Closed-loop feedback control 방법을 이용한다.
먼저, 저장부(110)에 환자 정보, 환자(200)의 목표 상태에 맞는 설정 반응 신호 및 환자(200)의 목표 상태를 맞는 약물 투여량 정보를 저장하고 이를 이용하여 약물 투여량을 초기값으로 산출한다.
초기값에 해당하는 약물 투여량을 서서히 환자(200)에게 주입하는 동안 환자(200)의 반응 신호를 측정 및 모니터링하고 이를 설정 반응 신호와 비교 분석한다.
모니터링하는 반응 신호와 설정 반응 신호를 비교 분석한 결과를 가지고 초기값 약물 투여량에서 약물 투여량을 조절하여 환자에게 필요한 약물 투여량을 산출한다.
예들 들어, 반응 신호와 설정 반응 신호를 비교 분석한 결과, 약물 투여량이 부족한 경우에는 약물 투여량을 증가시키는 피드백 조절을 수행하고, 반응 신호와 설정 반응 신호를 비교 분석한 결과, 약물 투여량이 넘치는 경우에는 약물 투여량을 감소시키는 피드백 조절을 수행한다.
이를 위해 제어부(140)는 지속적으로 반응 신호 모니터링부(120)에서 모니터링되는 반응 신호와 설정 반응 신호를 비교 분석하여 환자 정보와 약물 투여량 정보를 참조하여 환자(200)에게 필요한 약물 투여량을 산출한다.
여기서, 약물 주입부(130)에서 주입되는 약물의 주입 속도를 조절하여 환자(200)에게 주입되는 약물 투여량을 조절한다.
본 발명은 상기한 특정의 바람직한 실시 예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위 내에 있게 되는 것임은 자명하다.
100 : 환자를 위한 지속적이고 안전한 자동 약물주입 장치
110 : 저장부
120 : 반응 신호 모니터링부
121 : 혈액 약물농도 측정센서
122 : 뇌파 측정 센서
123 : 혈압 측정센서
124 : 맥박 측정센서
125 : 호흡 측정센서
126 : 압력 측정센서
130 : 약물 주입부
131 : 시린지(syringe) 약물주사기
132 : 모터 시스템
133 : 모터 컨트롤러
140 : 제어부
200 : 환자

Claims (8)

  1. 환자를 위한 지속적이고 안전한 자동 약물주입 장치에 있어서,
    환자 정보와 상기 환자의 목표 상태를 도달 또는 유지하기 위해 필요한 약물 투여량 정보 및 상기 목표 상태 동안 상기 환자에게 나타나는 반응 신호를 설정 반응 신호로 저장하고 있는 저장부;
    상기 환자의 반응 신호를 측정하여 모니터링하는 반응 신호 모니터링부;
    상기 환자에게 약물을 주입하는 약물 주입부; 및
    상기 환자 정보와 상기 환자의 반응 신호를 분석하여 상기 환자의 목표 상태를 맞도록 상기 약물 주입부를 제어하여 필요한 약물 투여량이 상기 환자에게 주입되도록 제어하는 제어부;를 포함하며,
    상기 반응 신호 모니터링부는 상기 환자로부터 입력되는 압력 측정센서의 압력의 신호를 반응 신호로 하여 상기 압력 신호를 모니터링한 후 상기 환자의 상태를 분석하고 상기 제어부가 상기 환자의 목표 상태를 유지하는데 필요한 약물 투여량을 산출하며,
    상기 제어부는 상기 반응 신호 모니터링부에서 모니터링하는 상기 환자의 반응 신호와 상기 저장부에 저장된 환자의 목표 상태로 설정된 설정 반응 신호를 비교하여 상기 환자의 반응 신호가 상기 설정 반응 신호와 지속적으로 동일 또는 유사한 신호가 되도록 상기 약물 투여량을 제어하는 것을 특징으로 하는 자동 약물주입 장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 반응 신호 모니터링부는,
    상기 환자의 혈액 중 약물농도, 뇌파, 혈압, 맥박, 호흡, 심전도를 측정할 수 있는 하나 이상의 각각의 반응 신호 측정센서 및 주어진 압력 정도를 측정할 수 있는 압력 측정센서를 포함하고 있으며,
    상기 환자의 반응 신호는,
    상기 환자의 혈액 중 약물농도, 뇌파, 혈압, 맥박, 호흡, 심전도 및 상기 압력 측정센서에서 측정된 상기 환자가 가한 압력 신호인 것을 특징으로 하는 자동 약물주입 장치.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 약물 주입부는
    약물 용기 및 약물 주입을 위해 상기 약물 용기 내부에 압력을 가하는 조절 플런저를 구비하는 시린지(syringe) 약물주사기;
    상기 조절 플런저를 일방향으로 이동시키는 모터 시스템; 및
    상기 모터 시스템의 작동을 제어하기 위한 모터 컨트롤러;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 자동 약물주입 장치.
  4. 삭제
  5. 환자를 위한 지속적이고 안전한 자동 약물주입 방법에 있어서,
    a)저장부에 환자 정보와 상기 환자의 목표 상태를 도달 또는 유지하기 위해 필요한 설정 반응 신호와 약물 투여량 정보를 저장하는 단계;
    b)반응 신호 모니터링부가 상기 환자에게 약물이 주입되는 동안 상기 환자의 반응 신호를 측정하여 모니터링하는 단계;
    c)제어부가 상기 환자 정보와 상기 환자의 반응 신호를 분석하여 상기 환자의 목표 상태를 맞도록 필요한 약물 투여량을 산출하는 단계; 및
    d)약물 주입부가 산출된 상기 필요한 약물 투여량을 상기 환자에게 주입하는 단계;를 포함하며,
    상기 b)단계에서 상기 반응 신호 모니터링부가 상기 환자로부터 입력되는 압력 측정센서의 압력의 신호를 반응 신호로 하여 상기 압력 신호를 모니터링한 후 상기 환자의 상태를 분석하고 상기 c)단계에서 상기 제어부가 상기 환자의 목표 상태를 유지하는데 필요한 약물 투여량을 산출하며,
    상기 c)단계에서 상기 제어부가 상기 반응 신호를 모니터링부에서 모니터링하는 상기 환자의 반응 신호와 상기 저장부에 저장된 환자의 목표 상태로 설정된 설정 반응 신호를 비교하여 상기 환자의 반응 신호가 상기 설정 반응 신호와 지속적으로 동일 또는 유사한 신호가 되도록 상기 약물 투여량을 제어하는 것을 특징으로 하는 자동 약물주입 방법.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 반응 신호 모니터링부는
    상기 환자의 혈액 중 약물농도, 뇌파, 혈압, 맥박, 호흡, 심전도를 측정할 수 있는 하나 이상의 각각의 반응 신호 측정센서 및 주어진 압력 정도를 측정할 수 있는 압력 측정센서를 포함하고,
    상기 환자의 반응 신호는, 상기 환자의 혈액 중 약물농도, 뇌파, 혈압, 맥박, 호흡, 심전도 및 상기 압력 측정센서에서 측정된 상기 환자가 가한 압력의 크기이고,
    상기 b)단계는, 상기 반응 신호 모니터링부가 상기 환자에게 주입되는 상기 약물 투여량을 지속적으로 모니터링하는 것을 특징으로 하는 자동 약물주입 방법.
  7. 제 5항에 있어서,
    상기 c)단계는,
    Closed-loop feedback control을 이용하여 상기 약물이 상기 환자에게 주입되는 동안 상기 환자의 반응 신호와 상기 설정 반응 신호를 비교하여 상기 환자의 반응 신호가 상기 설정 반응 신호와 지속적으로 동일 내지 유사한 신호가 되도록 하는 해당 약물 투여량을 산출하는 것을 특징으로 하는 자동 약물주입 방법.
  8. 삭제
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