KR20070040115A - 주사액 막힘감지 가능한 자동주사기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 시린지를 하우징에 수용하고, 수용하는 시린지에 자동 주사용 피스톤을 결합하며 피스톤은 제어부에 의하여 구동하는 동력제공수단을 통하여 작동토록 이루어진 인슐린 자동주사기에 있어서,

인슐린 자동주사기의 동력제공수단을 통하여 동력을 받아 피스톤이 수직운동을 하도록 회전하는 회전축의 하부에 회전축의 하향 압력을 인식하는 압력센서를 두고,

압력센서의 작동은 자동주사를 제어하는 제어부에서 인식하여, 과도한 압력 발생시 이를 주사액이 막힌 것으로 경보토록 하는 주사액 막힘감지 가능한 자동주사기이다.

자동주사기,막힘방지,압력센서

Description

주사액 막힘감지 가능한 자동주사기{Insulin pump with intelligent sensor}

도 1 은 자동주사기의 사시도,

도 2 는 도 1 의 평면 상태를 보인 평면도,

도 3 은 도 1 의 평면 상태로 덮개를 벗긴 상태를 보인 평면도,

도 4 는 도 3 의 Ｂ－Ｂ선 단면 상태를 보인 단면도,

도 5 는 도 1 의 요부 확대 일부 절결 분해 사시도,

도 6 은 도 1 의 요부 분해 사시도,

도 7 은 도 6 의 결합 상태를 나타낸 결합 상태 단면도,

도 8 은 일반적인 동력제공수단을 통한 출력 회전축 부분의 단면도,

도 9 는 인슐린 펌프의 제어 구성의 일 예를 나타낸 블럭도,

도 10은 인슐린 펌프의 인슐린 량에 대한 혈당치를 나타낸 그래프,

도 11은 본 발명의 요부 단면도,

도 12 는 본 발명의 블록 구성도이다.

도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

21;시린지 120;하우징 130;동력제공수단 130-1;동력제공수단 하우징 130-3;기어박스하판 130-5;축공 131;회전축 132-3;기어 132-4;회전축 결합구 132-5;기어 축 140;바닥덮개 150;푸시수단 170,171,172;제어부 200;압력센서 210;부저

특허등록 제 10-0353229호

일본 공개 실용 소화 52-3292호

미국 특허 제 4,417,889호

본 발명은 주사액 막힘감지 가능한 자동주사기에 관한 것으로, 주사액의 막힘시, 과부하를 받는 시린지 피스톤 구동용 회전축 하부에 압력센서를 두어 압력센서의 센싱이 있을 때를 주사액 막힘 상태로 판단하여 사용자에게 경보하여 줌으로써 안정성을 향상시킨 주사액 막힘감지 가능한 자동주사기에 관한 것이다.

20세기 대표적인 문명병인 당뇨병은 세계 인구 약 60억 중 1억 이상이 이병으로 고생하고 있으며 한국은 2백만명 정도가 당뇨 환자로 추정하고 있고 내과 환자의 10% 정도가 당뇨 환자이다. 지금까지 당뇨는 완치되는 병이 아니라 조절되는 병으로 인식하고 있다. 조절에 실패하면 각종 합병증으로 생명을 잃게 된다. 이와 같은 당뇨병으로 인한 국내 사망률도 인구 10만명당 11.5명(1990년 통계)으로 늘어나 공포의 병으로 다가왔다.

당뇨병은 혈당치가 공복시 140mg/dl이 넘거나 식사시간 2시간 후 200mg/dl 이상인 병이다. 이같이 혈당치가 높아지는 정확한 원인은 아직 밝혀지지 않고 있다. 현재까지 규명된 이유로는 당을 동화하는 인슐린에 이상이 있다는 것 정도이다. 인슐린의 이상은 인슐린을 분비하는 췌장의 베타 세포가 인슐린을 충분히 생산해 내지 못해 인슐린이 부족한 상태이거나 췌장의 베타 세포에서는 인슐린을 정상적으로 분비하지만 어떤 이유에서 이 인슐린의 작용이 떨어져서 혈당 동화를 적정한 선까지 해내지 못하는 이른바 인슐린 저항성에 의해 혈당이 높아진다는 것이다. 인슐린이 절대적으로 부족한 당뇨병을 `인슐린 의존형 당뇨병`, 인슐린의 분비는 있으나 작용이 충분치 않은 당뇨병을 `인슐린 비의존형 당뇨병`이라고 하며 최근 그 중간형도 거론되고 있다. 당뇨 환자를 이러한 인슐린 의존, 혹은 비의존형으로 구별하기는 쉽지 않다. 현재 당뇨병 치료 방법으로는 식이요법, 운동요법, 약물요법, 인슐린 주사법으로 대별되며, 췌장 이식도 시도되고 있다.

인슐린 주사법은 인슐린 의존형 당뇨 환자에게 사용되는 치료 방법이지만 인슐린 비의존형의 환자에게서도 효과를 볼 수 있다. 인슐린 주사법은 하루에 1-2회 인슐린 주사를 맞는 것이 보편화된 방법이지만 인체 내에서 분비되는 인슐린의 양은 일정하지 않아 식사시간을 전후로 세 번은 많이 분비되고 그 외 시간에는 적게 분비되기 때문에 인체 내의 인슐린 분비량의 평균치를 주입할 수밖에 없는 이러한 1-2회 주사법으로는 식후에는 인슐린이 모자라 고혈당이 되고 반대로 밤에는 인슐린 양이 많아 저혈당이 된다. 즉, 인슐린 공급이 비정상적으로 되어 몸이 비정상화되는 단점이 있다. 따라서 기존의 인슐린 주사법이 당뇨 합병증의 예방에 도움이 되지 못했던 원인도 이같이 정상인의 인슐린 분비량 변화를 제공하지 못했기 때문 이다. 따라서 보다 개선된 치료 방법으로 제안된 것이 인슐린의 주입 량을 컴퓨터에 의하여 조절함으로써 인체 내의 정상적인 인슐린 분비와 가깝게 만들어주는 이른바 인슐린 펌프(기계적 인공췌장기)와 췌장의 베타 세포 이식 수술 방법이다.

일반적으로 장시간 주사용 자동 주사기(인슐린 펌프, 인슐린 주사기, 인슐린 자동 주사기 등으로 호칭됨)는 주사 시린지를 수용하는 하우징에 시린지 피스톤을 푸시 하는 푸시 수단이 결합되는 구조를 이룬다. 이는 일본 공개 실용 소화 52-3292호와 미국 특허 제 4,417,889호를 예시할 수 있다.

최근에 개발된 국내특허등록제 10-0353229호를 예로 들면, 사용 후 시린지에 주사액을 재충전할 때 회전축을 하우징에서 분리시킨 후 위치를 쉽게 눈으로 보면서 세팅한 다음 정위치에서 회전축과 푸시판이 하우징과 결합 가능토록 하는 휴대용 자동 주사기로, 도 1 과 같이 연결구(2)와 연결된 도관(1)을 사용한 주사기는 덮개(110)를 통하여 연결되고, 덮개(110)는 하우징(120)의 상단에 실링 가능토록 결합된다. 상기 덮개(110)에 대응하는 하우징(120)에는 시린지(21)와 피스톤(122), 피스톤 푸시 수단(150) 및 동력 제공 수단(130)을 통하여 동력을 제공하는 회전축(131)을 포함한다. 상기 하우징(120)에는 제어 기판(도시하지 않음)을 지령하는 제어 보턴부(123)와 제어 상태를 표시하는 엘시디 등의 디스플레이부(124)와, 전원을 제공하는 바테리를 고정시키는 바테리 덮개(125)와, 리셋 기능을 수행하는 리셋 버튼(121)을 포함한다. (140)는 바닥 덮개이다.

도 2는 도 1 의 평면도로, 하우징(120)의 상면에는 바테리 덮개(125)와, 리셋 버튼(121)과, 덮개(110) 및 덮개(110)와 연결되는 연결구(2)를 가지며 연결구 (2)는 도관(1)과 연결되는 구성을 가진다.

도 3 은 도 2 의 덮개(110)를 생략한 상태로 피스톤(122) 및 푸시 수단(150)이 안치되는 구조와 동력 전달수단을 보이는 평면도이고, 도 4 는 도 3 의 Ｂ－Ｂ 선 단면도로, 하우징(120)의 시린지 수장공(126)의 하부 중심에는 동력 제공 수단(130)과 연결되는 로킹 회전구(132)와, 푸시 수단(150)의 상승을 안내하는 푸시 수단 안내홈(25)과, 피스톤(122)의 직선 상하 운동을 안내하는 피스톤 안내홈(27)을 포함한다. 상기 동력 제공수단(130)과 로킹 회전구(132)는 동력 제공수단 하우징(130-1)에 설치되며, 동력 제공수단 하우징(130-1)은 하우징(120)하단과 결합한다.

도 5 는 하우징(120)의 시린지 수장공(126)에 형성되는 로킹 회전구(132)와 이를 통하여 동력을 제공받는 회전축(131)과의 결합 구조를 보인 확대 부분 사시도로, 하우징(120)은 동력제공수단 하우징(130-1)과 분리 가능토록 결합되며; 동력 제공 수단(130)의 출력단에 결합된 기어(132-3)와, 기어(132-3)와 일체로 형성되며 분리된 회전축(131)의 결합핀(133)과 분리 가능토록 결합하는 십자형 홈(132-1)을 가지는 로킹 회전구(132)와; 하부에서 상기 십자형 홈(132-1)과 결합 및 분리되는 결합핀(133)을 가지며 푸시 수단(150)의 푸시판(154)을 직선 운동시키는 회전축(131)과; 회전축(131)과 나사 결합하며 푸시 수단 안내홈(25)을 따라 푸시판(154)이 상하이동 가능토록 안내하는 피스톤 에지 돌기(122-2)와, 피스톤(122)과 일체로 된 피스톤 에지(122-1)의 푸시판 결합홈(122-3)과 결합하는 푸시판 결합돌기(151-1)와, 피스톤 안내홈(27)을 따라서 안내되는 피스톤 에지 돌기(122-2)를 가지는 피스톤 에지(122-1)를 가지는 피스톤(122)과; 상기 피스톤(122)을 따라서 수용된 주 사액을 도 1 에 보인 도관(1)으로 공급하는 시린지(21)로 이루어진다. 상기 로킹 회전구(132)와 결합핀(133)은 결합수단(Coupling means)을 이룬다. 상기 동력 제공수단 하우징(130-1)에는 상부가 개방된 링 상의 안내링 판(130-2)을 이루며, 안내링 판(130-2)에는 로킹 회전구(132)를 이루는 십자형 홈(132-1)을 형성하는 회전축 결합구(132-4)가 결합된다.

도 6 은 분리된 회전축(131)과, 이와 결합하는 푸시 수단(150)과, 피스톤(122) 및 시린지(21)를 분해하여 도시한 분해 사시도이고, 도 7 은 결합 상태를 나타낸 단면도로, 회전축(131)은 나사봉으로 이루어지고, 회전축(131)의 하단에는 상기 십자형홈(132-1)에 결합되는 결합핀(133)이 일체로 형성되고, 상단에는 회전축(131)과 나사 결합하는 캡형(cap type) 헤드(131-1)가 결합된다. 상기 회전축(131)에는 푸시 수단(150)이 상하이동 가능토록 나사 결합된다. 푸시 수단(150)은 상기 회전축(131)과 너트 형태로 나사 결합하는 푸시판(154)과, 푸시판(154)에 수평으로 돌설하여 상기 도 10에 보인 푸시 수단 안내홈(25)과 결합하는 푸시판 안내돌기(151)와, 푸시판 결합홈(122-3)과 결합하는 푸시판 결합돌기(151-1)와, 피스톤(122)과 끼움 결합하는 삽입 돌기(155)와, 삽입 돌기(155)에 형성된 링 상의 스냅 링홈(156)을 포함한다. 상기 스냅링홈(156)에 대응하는 피스톤(122)에는 스냅 링륜(122-4)이 형성된다. 상기 피스톤(122)은 시린지(21)의 내용물을 피스톤 작용으로 배출토록 하는 피스톤(122)과 결합되고, 피스톤(122)의 하단에는 피스톤 에지(122-1)가 형성되며, 피스톤 에지(122-1)에는 피스톤 에지 돌기(122-2)가 돌설 된다. 피스톤 에지(122-1)에는 또한 푸시판 결합돌기(151-1)와 결합되는 푸시판 결 합홈(122-3)을 형성한다.

도 8 은 동력전달수단(130)을 이루는 감속 기어메카니즘 출력측 기어(132-3)의 하단 기어축(132-5)은 축공(130-5)을 통하여 기어박스하판(130-3)에 유착되고, 기어(132-3)상단의 회전축 결합구(132-4)는 회전축(131)과 일체로 결합한다. 기어박스하판(130-3)은 동력제공수단 하우징(130-1)과 일체로 결합되고, 기어박스하판(130-3) 하부는 바닥덮개(140)와 결합하고, 이를 결합하는 수단은 나사 결합이나 후크결합 등 다양하게 구현 가능하다.

도 9 는 이러한 주사기의 제어 회로의 일 예를 나타낸 블록도로, 제어용 지시를 하는 제어보턴부(123)와, 제어보턴부(123)의 조작을 인식하는 마이컴 기능의 제어부(170)와, 인식된 데이터를 출력하여 표시하는 디스플레이부(124)와, 각종 데이터 및 프로그램을 저장하는 롬(165)과, 상기 제어부(170)의 제어 출력에 의하여 모터(168)를 구동하는 모터 구동부(167)와, 모터 구동부(167)에 의하여 회전력이 제어되는 모터(168)와, 모터(168)의 회전력을 감지하는 포토 커플러(169)를 예시할 수 있다. 상기 제어부(170)의 바람직한 일 예로는 동일 기능의 제 1 및 제 2 제어부(171,172)로 구성하여 적어도 하나가 이상이 생겨도 기능을 지속할 수 있도록 함이 좋다. 상기 제어부(171,172)에 도시한 단자(P1-P5 및 P1`-P2`)는 데이터 및/또는 버스라인과 연결되는 포트이다. 상기 모터(68)는 스테핑 모터, 서보 모터 등을 예시할 수 있다. 상기 제어부(170)는 도 10 과 같이 식사 시간에 맞추어 증가하는 혈당치에 연동하도록 인슐린을 주사하는 그래프를 나타낸 것으로, 이러한 원리를 이용하여 제어부(170)는 인슐린주사액의 공급을 제어하도록 이루어진다.

그러나 이러한 방식의 주사기 들은 모터의 동력을 기어메카니즘 등을 통하여 감속 후 출력축과 피스톤이 연동하도록 기능 하는 것이어서, 시린지나 주사액이 이동하는 도관이 막힌 경우, 주사액이 이동되지않아 피스톤에 가해지는 부하가 증대하여 기어메카니즘에 손상을 주기도 하고, 실제로는 도관이 막혀 주사액이 공급되지 않고 있는데 사용자나 의사는 이를 주사액이 주입된 것으로 판단하여 조치를 할 경우 환자에게는 치명적인 위험을 초래할 수 있는 문제점이 있다.

본 발명은 이를 해결하고자 하는 것으로, 본 발명의 목적은 동력을 회전축에 제공하고, 회전축은 피스톤을 수직 운동토록 하는 인슐린 자동주사기의 회전축 하부에 피스톤의 상승이 안 될 때 회전축에 걸리는 부하를 인식하여 작동을 멈추고 경고토록 하는 주사액 막힘감지 가능한 자동주사기를 제공하려는 것이다.

이를 위하여 본원 발명은 인슐린 자동주사기의 동력을 받아 회전운동을 피스톤에 직선운동으로 인가하는 회전축의 하부에 회전축의 하강 등으로 인한 압력 변동을 인식하는 압력센서를 설치하고, 주사액이 막힘시 피스톤의 수직 상향 이동이 안 되어 상대적으로 회전축 하단에 아래로 가해지는 압력 발생으로 주사액의 막힘 여부를 인식 가능토록 한다.

즉, 본원발명은 시린지를 하우징에 수용하고, 수용하는 시린지에 자동 주사용 피스톤을 결합하며 피스톤은 제어부에 의하여 구동하는 동력제공수단을 통하여 작동토록 이루어진 인슐린 자동주사기에 있어서,

인슐린 자동주사기의 동력제공수단을 통하여 동력을 받아 피스톤이 수직운동을 하도록 회전하는 회전축의 하부에 회전축의 하향 압력을 인식하는 압력센서를 두고,

압력센서의 작동은 제어부에서 인식하여, 과도한 압력 발생시 이를 주사액이 막힌 것으로 경보토록 하는 주사액 막힘감지 가능한 자동주사기를 제공하려는 것이다.

이하 본원 발명의 실시예를 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 11 은 본 발명의 요부 구성도로, 동력전달수단(130)을 이루는 감속 기어메카니즘 출력측 기어(132-3)의 하단 기어축(132-5)은 축공(130-5)을 통하여 기어박스 하판(130-3)에 유착되고, 기어(132-3)상단의 회전축 결합구(132-4)는 회전축(131)과 일체로 결합한다. 기어박스 하판(130-3)은 동력제공수단 하우징(130-1)과 일체로 결합되고, 기어박스하판(130-3) 하부는 바닥덮개(140)와 결합하고, 이를 결합하는 수단은 나사 결합이나 후크결합 등 다양하게 구현 가능하다. 상기 기어박스하판(130-3)과 바닥덮개(140) 사이에는 압력센서(200)를 설치하고, 상기 축공(130-5)은 압력센서(200)와 연통토록 하고, 기어축(132-5)의 하단은 축공(130-5)을 통하여 압력센서(200)에 닿도록 구성한다. 상기 출력측 기어(132-5) 하부와 기어축(132-5)에는 기어축(132-5)의 과도한 하강을 차단하는 턱부(132-6)를 형성하는 것이 좋다.

도 12 는 본 발명의 블럭 구성도로, 제어용 지시를 하는 제어보턴부(123)와, 제어보턴부(123)의 조작을 인식하는 마이컴 기능의 제어부(170)와, 인식된 데이터를 출력하여 표시하는 디스플레이부(124)와, 각종 데이터 및 프로그램을 저장하는 롬(165)과, 상기 제어부(170)의 제어 출력에 의하여 모터(168)를 구동하는 모터 구동부(167)와, 모터 구동부(167)에 의하여 회전력이 제어되는 모터(168)와, 모터(168)의 회전력을 감지하는 포토 커플러(169)를 예시할 수 있다. 상기 제어부(170)의 바람직한 일 예로는 동일 기능의 제 1 및 제 2 제어부(171,172)로 구성하여 적어도 하나가 이상이 생겨도 기능을 지속할 수 있도록 함이 좋다. 상기 제어부(171,172)에 도시한 단자(P1-P5 및 P1`-P2`)는 데이터 및/또는 버스라인과 연결되는 포트이다. 상기 모터(68)는 스테핑 모터, 서보 모터 등을 예시할 수 있다.

상기 제 1 제어부(171)에는 압력센서(200)를 통한 센싱치를 단자(P6)를 통하여 인가받도록 구성한다. (210)은 제어부(171)의 단자(P0)를 통하여 경보를 알 수 있도록 작동하는 부저이다.

이와 같이 구성한 본원 발명은 일반적인 인슐린 자동주사기로서의 기능은 동일하지만, 사용시 시린지(21)나 도관(1)이 막혀 주사액이 이론상으로는 공급이 되나 실제로는 막혀 공급이 되지 않는 것이다. 이렇게 막히는 경우 동력전달수단(130)을 통한 동력을 회전축(131)이 받아 회전하면, 회전축(131)의 회전운동을 상승 직선운동으로 바꾸는 푸시수단(150)과 결합된 피스톤(122)이 상승하여, 시린지(21)의 주사액을 공급하도록 작용하나, 예를 들어 시린지(21)의 출구가 막히면 회전축(131)과 푸시수단(150)이 상호간에 과부하가 걸리고, 이는 회전축(131)이 푸시수단(150)의 반발력에 의하여 동력제공수단(130)을 이루는 도 8 에 보인 기어(132- 3)의 기어축(132-5) 아래로 힘을 받게 된다. 이 경우 기어축(132-5)이 회전 가능토록 유착되는 축공(130-5)은 상하면이 관통토록 이루어지며, 관통된 아랫부분에는 바닥덮개(140) 위에 안치되는 압력센서(200)와 기어축(132-5)의 하단이 당접하도록 이루어진다. 이를 이용하여 본원 발명은 도 11 과 같이 기어축(132-5)의 하단에 압력센서(200)를 설치하였기에 압력센서(200)의 압력 발생 여부로 주사액의 막힘 여부를 알 수 있도록 한다. 구체적으로, 기어축(132-5)에 과부하가 걸리면(주사액의 출구가 막혀 공급이 차단될 때), 압력센서(200)를 눌러 압력이 발생하고, 이는 제어부(171)의 단자(P6)를 통하여 제어부(171)가 인식하고, 단자(P0)를 통하여 경보수단인 부저(210)를 작동시키고 동시에 디스플레이부(124)에 경보 내용을 디스플레이 시킨다. 물론 본 발명은 작동 에러를 줄이기 위하여 포토커플러(169)를 통한 모터(168)의 회전수를 동시에 인식하여 이상 여부를 판단하면 에러를 줄일 수 있다(포토커플러의 출력이 비정상이면, 이는 모터(168)의 적정 회전수를 출력하지만 기계적인 이상(주사액의 막힘 등)으로 회전이 제대로 안 되는 것을 말한다). 그러면 사용자는 이를 인식하고 작동을 멈추고, 주사액 도관을 교체하거나, 시린지를 점검하거나 하여 막힘 부분을 교체 및 수리하여 정상적으로 사용 가능토록 한다. 물론 간단한 것은 사용자가 하지만, 막힌 부분을 알 수 없을 경우는 의사나 제조사의 에이에스를 받으면 된다.

상기에 과도한 압력이 발생하면(이 경우는 일단 압력센서(200)에서 과도한 압력 발생 신호를 출력하여 제어부(171)에서 이를 인식한 경우), 더 이상의 과도한 압력이 발생하여 압력센서(200)가 파손될 수 있는 것을 감안하여 본원발명은 기어 축(132-5)에 턱부(132-6)를 두었기에, 과도한 압력 발생시 회전축(131)이 하강하여도 턱부(132-6)에 기어박스하판(130-3) 상면이 닿아 압력센서(200)로의 더 이상의 압력이 가해지는 것을 막아주어 안정적으로 작동 가능토록 기능 한다.

이상과 같이 본원 발명은 주사액을 시린지를 통하여 공급하고, 시린지의 주사액을 회전축에 연동하여 수직운동하는 피스톤으로 공급하는 인슐린 자동주사기에서, 회전축의 하단에 아래로 압력이 발생할 때(주사액이 막혀 공급이 차단되므로 회전축에 과부하가 걸려 아래로 힘이 발생할 때), 이를 인식하는 압력센서를 통하여 제어부에서 인식하고, 경보를 울려주므로, 실제 작동상태와 주사기의 작동 지시 상태가 일치하도록 하여, 항상 신뢰성 높은 자동주사기의 제공을 가능토록 한다.

아울러 압력센서가 작동하도록 압력을 가하는 기어축에는 턱부를 두어 기어축이 회전하는 축공을 제공하는 기어박스하판과 고압시 당접토록 하여 압력센서의 파손을 막아 압력센서의 내구성을 향상시킨다.

Claims (3)

1. 시린지를 하우징에 수용하고, 수용하는 시린지에 자동 주사용 피스톤을 결합하며 피스톤은 제어부에 의하여 구동하는 동력제공수단을 통하여 작동토록 이루어진 인슐린 자동주사기에 있어서,

   인슐린 자동주사기의 동력제공수단을 통하여 동력을 받아 피스톤이 수직운동을 하도록 회전하는 회전축의 하부에 회전축의 하향 압력을 인식하는 압력센서를 두고,

   압력센서의 작동은 자동주사를 제어하는 제어부에서 인식하여, 과도한 압력 발생시 이를 주사액이 막힌 것으로 경보토록 하는 주사액 막힘감지 가능한 자동주사기.
2. 제 1 항에 있어서, 회전축(131)의 하부는 동력제공수단(130)을 이루는 출력 기어축(132-5)과 결합하고, 출력 기어축(132-5)의 하단에 회전축(131)의 하향압력을 인식하는 압력센서(200)를 설치한 것을 특징으로 하는 주사액 막힘감지 가능한 자동주사기.
3. 제 2 항에 있어서, 출력측 기어(132-5)하부와 기어축(132-5)에는 기어축(132-5)의 과도한 하강을 차단하는 턱부(132-6)를 형성한 것을 특징으로 하는 주사액 막힘감지 가능한 자동주사기.

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