KR20070057166A - 약액 주입 장치 - Google Patents

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다케하루 고바야시
마코토 요시다
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다이껜 이끼 가부시키 가이샤
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Abstract

환경 온도가 상승한 경우라도 급격한 유량 변화를 억제할 수 있는 휴대에 적합한 약액 주입 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다. 구동부(2)를 구비하며, 이 구동부의 구동력에 의해 약액 용기(3)를 가압하여 해당 약액 용기(3) 내의 약액을 환자에게 주입하도록 구성된 약액 주입 장치(1)로서, 상기 구동부(2)는 압축 기체가 밀봉 주입된 가스 실린더(4)를 구비하고, 이 가스 실린더(4) 내의 압력에 의해 상기 구동력을 발생하도록 구성되어 있다.
환경 온도, 유량, 약액 주입 장치, 환자, 가스 실린더, 압축 기체

Description

약액 주입 장치{MEDICINAL LIQUID INFUSION APPARATUS}
본 발명은 약액 용기에 수용되어 있는 약액을 환자에게 주입하는 약액 주입 장치에 관한 것이다.
일반적으로 구동원을 가지며, 이 구동원의 구동력을 이용하여 약액 용기 내의 약액을 토출시킴과 아울러, 이 약액을 환자에게 주입하도록 구성된 약액 주입 장치가 알려져 있다(예를 들면, 특허 문헌 1).
이 약액 주입 장치에서는 액화 탄산 가스를 밀봉 주입한 가스 실린더를 구동원으로 하고 있다. 그리고, 상기 약액 주입 장치에서는 상기 가스 실린더에 연통 가능한 가압실 안을 액화 탄산 가스의 포화 증기압에 기인하는 가압 조건으로 함으로써 해당 가압실을 구획하는 주름 용기를 신장하고, 이 주름 용기에 의해 약액 카트리지를 가압하여 약액을 토출하도록 되어 있다.
그리고, 상기 약액 주입 장치는 전력 공급이 불필요한 소형의 가스 실린더를 구동원으로 하고 있으므로, 환자가 휴대하여 사용하기에 적합한 구성으로 할 수 있다.
상기 특허 문헌 1의 약액 주입 장치에서는 액화 탄산 가스의 포화 증기압에 기인한 압력을 구동원으로 이용하고 있으므로, 규정 유량을 토출할 수 있는 환경 온도(이하, 기준 동작 온도라고 함)보다 환경 온도가 상승한 경우에 그 구동력의 변화가 현저하게 커진다는 특징이 있었다.
즉, 포화 증기압은 온도의 상승에 따라 2차 곡선적으로 증가하는 특성을 가지고 있으므로(도 6의 L2 참조), 예를 들어 25℃에서 20℃로 환경 온도가 하강하였을 때의 증기압 변화와 25℃에서 30℃로 환경 온도가 상승하였을 때의 증기압 변화에서는, 온도차가 동일(5℃)하여도 온도 상승 시의 증기압 변화 쪽이 현저하게 커지게 된다.
따라서, 상기 특허 문헌 1의 약액 주입 장치는 상기 기준 동작 온도보다 환경 온도가 상승한 경우에 유량의 변화가 현저하게 커지게 된다. 그리고, 상기 규정 유량에는 허용 범위가 설정되는 것이 일반적인데, 상기 특허 문헌 1의 약액 주입 장치에서는 이 허용 범위 내로 실제의 유량을 제한하기 때문에, 상기 기준 동작 온도에 대한 허용 범위를 설정하는 경우에는 플러스 측으로 작아지고 마이너스 측으로 커질 수밖에 없었다.
그러나, 상기 약액 주입 장치는 환자의 베드 사이드 등에 올려놓고 사용하는 경우(즉, 실온 조건 하에서 사용되는 경우)와 환자가 휴대하여 사용하는 경우(즉, 환자의 체온에 가까운 온도 환경 하에서 사용되는 경우)가 상정되는 한편, 상기 기준 동작 온도로는 의료 종사자 등이 관리하기 쉬운 실온에 맞추어 설정하는 경우가 많으므로, 환자가 휴대하여 사용하는 경우에는 상기 기준 동작 온도보다 환경 온도가 증가하게 된다.
이러한 사정에서, 상기 기준 동작 온도의 허용 범위를 플러스 측으로 가능한 한 크게 설정하고자 하는 요청이 있다.
본 발명은 상기 과제를 감안하여 이루어진 것으로서, 환경 온도가 상승한 경우라도 급격한 유량 변화를 억제할 수 있는 휴대에 적합한 약액 주입 장치를 제공하는 것을 목적으로 하고 있다.
특허 문헌 1: 일본 특허 공개 평 9-262288호 공보
상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은, 구동부를 구비하며, 이 구동부의 구동력에 의해 약액 용기를 가압하여 해당 약액 용기 내의 약액을 환자에게 주입하도록 구성된 약액 주입 장치로서, 상기 구동부는 압축 기체만이 밀봉 주입된 가스 실린더를 구비하고, 이 가스 실린더 내의 압력에 의해 상기 구동력을 발생하도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 것이다.
본 발명에 따르면, 압축 기체의 압력을 구동력으로 이용하고 있으므로, 환경 온도의 상승, 하강에 관계 없이 그 구동력의 변화를 온도차에 따른 대략 일정한 값으로 할 수 있다.
즉, 가스 실린더 내의 압축 기체는 대략 기체의 상태 방정식(PV=nRT)에 따른 거동을 보이므로, 상기 가스 실린더 내에서 용적(V) 일정해진 압력(P)은 온도(T) 변화에 비례하여 증감되게 된다.
따라서, 본 발명에 따르면, 그 구동력이 온도 변화에 대략 비례하여 변화하므로 환경 온도가 상승한 경우라도 급격한 유량 변화를 억제할 수 있다.
한편, 「압축 기체만이 밀봉 주입된 가스 실린더」란 가스 실린더 내에 액화된 기체를 포함하지 않은 것을 의미한다.
또한 본 발명에서는 전원 공급이 불필요한 가스 실린더를 이용하므로, 환자가 휴대하여 사용하기에 적합한 구성으로 할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 약액 주입 장치의 전체 구성을 도시한 측면 단면도이다.
도 2는 도 1의 약액 주입 장치의 구동부를 도시한 측면 단면도이다.
도 3은 도 1의 약액 주입 장치의 약액 용기를 도시한 측면 단면도이다.
도 4는 구동부와 약액 용기와의 연결 구조를 도시한 사시도이다.
도 5a 내지 도 5c는 구동부의 동작을 도시한 측면 단면도로서, 도 5a는 제1 합력과 제2 합력과의 균형을 유지한 상태, 도 5b는 개폐 밸브가 개방된 상태, 도 5c는 압축 스프링의 탄성 바이어스력을 세게 한 상태를 각각 나타내고 있다.
도 6은 환경 온도가 변화된 경우의 가스 실린더 내의 압력의 변화를 나타낸 그래프이다.
도 7은 환경 온도가 변화된 경우의 가압실 내의 압력과 약액의 유량을 나타낸 그래프이다.
도 8은 환경 온도가 변화된 경우의 가스 실린더 내의 압력, 가압실 내의 압력및 약액의 점도 변화를 각각 나타낸 목록표이다.
도 9는 실린더와 피스톤과의 슬라이딩 저항에 따른 유량 변화 및 구동실 내의 압력의 변화를 각각 나타낸 그래프이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시 형태에 대하여 도면을 참조하여 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 약액 주입 장치의 전체 구성을 도시한 측면 단면도이고, 도 2는 도 1의 약액 주입 장치의 구동부를 도시한 측면 단면도이고, 도 3은 도 1의 약액 주입 장치의 약액 용기를 도시한 측면 단면도이다.
각 도면을 참조하면, 약액 주입 장치(1)는 가스 실린더(4)에 밀봉 주입된 압축 기체의 압력에 의해 약액 용기(3)를 가압하여 그 약액을 토출하도록 구성되어 있으므로, 환경 온도가 상승한 경우라도 급격한 유량 변화를 억제할 수 있다. 이하, 구체적인 구성에 대하여 설명한다.
약액 주입 장치(1)는 구동부(2)와 약액 용기(3)를 조합하여 사용하도록 되어 있다. 구체적으로, 약액 주입 장치(1)는 상기 구동부(2)의 구동력에 의해 약액 용기(3)를 가압하여 해당 약액 용기(3) 내의 약액을 환자에게 주입한다.
구동부(2)는 압축 기체만이 밀봉 주입된 가스 실린더(4)를 구비하고 있다. 이 가스 실린더(4)는 외력이 부여되지 않은 경우에 상기 압축 기체의 압력에 의해 가스 실린더(4)를 폐쇄하는 개폐 밸브(4a)를 구비하고 있다.
그리고, 구동부(2)는 그 내부에 상기 개폐 밸브(4a)가 배치되도록 상기 가스 실린더(4)를 격납하는 본체부(5)를 구비하고 있다.
상기 본체부(5)는 3단계로서 끝이 넓게 된 통 형상의 격납 부재(6)와 바닥 있는 용기 형태로 형성된 부착 부재(7)를 구비하고 있다. 이 부착 부재(7)는 그 바닥부(7a)의 중앙 부분을 관통하는 암나사부(7b)에 상기 가스 실린더(4)의 수나사 부(4b)를 나사 결합한 상태에서, 상기 격납 부재(6)의 대개구부(6a) 내에 끼워져 들어감으로써 가스 실린더(4)를 격납 부재(6)에 고정하도록 되어 있다. 또한 상기 부착 부재(7)에는 그 바닥부(7a)를 관통하는 복수의 연통공(7c)(도 4 참조)이 형성되어 있다.
한편, 상기 가스 실린더(4)와 부착 부재(7) 사이 및 부착 부재(7)와 격납 부재(6) 사이에는 각각 미도시된 코킹재 등에 의해 기밀 상태가 형성되어 있다.
또한, 본체부(5)는 가요성을 갖는 실리콘 고무 등으로 이루어지는 격막 밸브(8)와, 이 격막 밸브(8)를 격납 부재(6) 내에 부착하는 끼워 누름 부재(9)를 구비하고 있다. 끼워 누름 부재(9)는 대략 통 형상으로 형성되며, 상기 격막 밸브(8)의 가장자리 부분을 격납 부재(6)의 어깨부(6b)와의 사이에서 두께 방향으로 끼워 누름으로써 해당 격막 밸브(8)와 격납 부재(6)와의 사이에 기밀 상태를 형성하도록 되어 있다.
나아가, 본체부(5)는 링크 부재(10)와, 이 링크 부재(10)를 가스 실린더(4) 측으로 탄성 바이어스하는 압축 스프링(탄성 바이어스 부재)(11)과, 이 압축 스프링(11)의 탄성 바이어스력을 조정하는 조정 손잡이(12)를 구비하고 있다. 상기 링크 부재(10)는 상기 격막 밸브(8)를 두께 방향으로 끼워 지지함과 아울러, 상기 개폐 밸브(4a)의 플런저(4c)에 연결되어 있다. 상기 조정 손잡이(12)는 격납 부재(6)의 소개구부(6c) 내면에 형성된 암나사부와 나사 결합되어 있으며, 그의 삽입 정도를 조정함으로써 상기 링크 부재(10)와의 거리를 바꾸어 상기 압축 스프링(11)의 탄성 바이어스력을 조정하도록 되어 있다.
또한, 상기 격납 부재(6)의 끝이 넓게 된 단부의 외주면에는 갈고랑이 모양의 부착편(6d)이 팽출되어 있다. 도 4에 도시한 바와 같이, 이 부착편(6d)에는 복수의 잘림부(6e)가 형성되고, 이들 잘림부(6e)는 후술하는 실린더(13)에 형성된 걸림편(13a)을 수용 가능하게 되어 있다. 그리고 이들 걸림편(13a)을 각 잘림부(6e)로부터 도입한 후, 이들 양자의 회전 위치를 비켜놓도록 구동부(2)와 약액 용기(3)를 회전시킴으로써 구동부(2)와 약액 용기(3)가 착탈 가능하게 연결되게 된다.
상기 약액 용기(3)는, 바닥부(13b)를 갖는 실린더(13)와, 이 실린더(13) 안을 슬라이딩 가능한 피스톤(14)과, 상기 바닥부(13b)에 설치된 주입 포트(15) 및 약액 주입 라인(16)을 구비하고 있다.
실린더(13)는 그 바닥부(13b) 측의 내경 치수(R1)와 개구부 측의 내경 치수(R2)가 R2>R1이 되도록 그 내면이 약 0.2°의 구배로 설정된 테이퍼 형태로 형성되어 있다.
또한, 실린더(13)의 개구부에는 그 둘레 방향을 따라 내측으로 돌출하는 위치 결정 돌기(13c)가 형성되고, 이 위치 결정 돌기(13c)에 의해 피스톤(14)이 실린더(13)로부터 빠져 나오는 것을 방지하도록 되어 있다. 또한 위치 결정 돌기(13c)는 상기 구동부(2)와 피스톤(14)을 연결한 경우에, 상기 부착 부재(7)와의 사이에서 O링(17)을 끼워눌러 해당 부착 부재(7)와의 사이에서 기밀 상태를 형성하도록 되어 있다. 한편, 상기 O링(17)은 상기 부착 부재(7)의 각 연통공(7c)보다 외측 위치에 배치되어 있다.
피스톤(14)은 비교적 강성을 갖는 합성 수지로 이루어지는 바닥 있는 원주형 의 지지체(14a)의 외측에 비교적 가요성을 갖는 강성 수지로 이루어지는 패킹(14b)을 2색 성형한 구조물이며, 이 패킹(14b)이 상기 실린더(13) 내면과의 사이에서 액밀 상태를 형성하면서 해당 실린더(13) 안을 그 축선을 따라 슬라이딩할 수 있게 되어 있다.
주입 포트(15)는 주지의 역류 방지 밸브를 구비하고 있으며, 주사통 등을 이용하여 상기 바닥부(13b)와 피스톤(14) 사이에 약액을 충전할 수 있도록 되어 있다.
약액 주입 라인(16)은 실린더(13) 내에 충전된 약액을 튜브(18)를 통하여 환자에게 안내하도록 되어 있으며, 그 과정에서 필터(19)에 의해 약액을 여과함과 아울러, 유량 조정 부재(20)에 의해 약액을 원하는 유량으로 조정하도록 되어 있다. 한편 본 실시 형태에 있어서, 유량 조정 부재(20)는 극소 단면적으로 형성된 구멍에 약액을 통과시켜 압력 손실을 발생시킴으로써 유량을 조정하도록 되어 있다.
이하, 상기 약액 주입 장치(1)의 사용 방법 및 구동 원리에 대하여 설명한다.
먼저, 상기 피스톤(14)이 실린더(13)의 바닥부(13b) 측에 밀려들어간 상태에서, 상기 주입 포트(15)로부터 약액을 충전한다.
이어서, 상기 구동부(2)와 약액 용기(3)를 장착하면, 이들 양자 사이에는 상기 가스 실린더(4)로부터 유출된 압축 기체를 밀봉 주입 가능한 가압실(S)이 구획된다. 즉, 가압실(S)은 상기 부착 부재(7) 및 격막 밸브(8)에 의해 구획된 격납 부재(6) 내의 공간, 및 이 공간과 상기 연통공(7c)을 통하여 연결된 실린더(13) 내에 서의 피스톤(14)보다 바로 앞쪽의 공간을 말한다.
그리고, 상기 약액 주입 장치(1)는 상기 가압실(S) 내의 압력(즉, 구동력)에 의해 피스톤(14)을 밀어넣음으로써 실린더(13) 내의 약액을 토출하도록 되어 있다. 한편, 상기 피스톤(14)이 이동함에 따라 가압실(S) 내의 압력이 저하되면, 상기 가스 실린더(4)로부터 압력을 보충함으로써 그 구동력을 일정하게 유지하도록 되어 있다.
구체적으로, 도 5a에 도시한 바와 같이, 상기 구동부(2)는 상기 개폐 밸브(4a)를 폐쇄하려고 하는 힘(F1)(압축 기체의 압력에 기인하는 힘)과 가압실(S) 내의 압력에 의해 격막 밸브(8)를 외측으로 확장시키려고 하는 힘(F2)과의 합력(제1 합력)과 대기압 및 압축 스프링(11)의 탄성 바이어스력에 의해 격막 밸브(8)를 가압실(S) 측으로 밀어넣는 힘의 합력(제2 합력)(F3)이 균형을 이루도록(F1+F2=F3이 되도록) 상기 링크 부재(10)에 의해 개폐 밸브(4a)와 격막 밸브(8)가 연동하도록 되어 있다.
따라서, 상기 피스톤(14)이 이동함으로써 가압실(S)이 확장됨에 따라, 해당 가압실(S) 내의 압력이 저하되면 상기 힘의 균형이 깨져(F1+F2<F3이 되어), 도 5b에 도시한 바와 같이 격막 밸브(8)가 가압실(S) 측으로 휘어져 개폐 밸브(4a)가 개방되게 된다.
따라서, 상기 구동부(2)는 적당히 가스 실린더(4)의 개폐 밸브(4a)를 개폐시킴으로써 가압실(S) 내의 압력을 대략 일정하게 하여 상기 피스톤(14)을 밀어넣는 구동력을 대략 일정하게 유지할 수 있다.
또한, 구동부(2)의 구동력을 변화시키는 경우에는, 도 5c에 도시한 바와 같이 조정 손잡이(12)를 박아넣음으로써 압축 스프링(11)의 탄성 바이어스력, 즉 상기 합력(F3)을 세게 할 수 있으므로, 이 합력(F3)과 균형을 유지하려고 하는 가압실(S) 내의 압력에 따른 힘(F2)을 세게 할 수 있다.
그런데, 상기 가스 실린더(4) 내의 압축 기체는 사용 환경에서의 온도 변화에 따라 도 6에 도시한 바와 같은 거동을 보인다. 한편 도 6에서는, 질소가 밀봉 주입된 가스 실린더(4)의 압력을 예로 들어 도시하였다.
즉, 압축 기체에 질소를 채용한 경우, 상기 가스 실린더(4) 내의 압력(L1)은 대략 기체의 상태 방정식(이하, 식 (1) 참조)에 따라 환경 온도의 변화에 비례하여 증가한다.
PV=nRT…(1)
P: 압력
V: 용적(본 실시 형태에서는 가스 실린더의 용적: 일정)
n: 몰 수
T: 온도
따라서, 상기 가스 실린더(4) 내의 압축 기체의 압력을 구동력으로 이용함으로써 환경 온도의 상승, 하강에 관계 없이 구동력의 변화량을 온도차에 따라 대략 일정하게 할 수 있다. 한편 도 6에서는 압축 기체로서 질소를 예로 들어 설명하였으나, 이에 한정되지 않으며, 예를 들어 압축 공기를 채용할 수도 있다.
그리고, 실제로 환경 온도가 20℃에서 40℃로 상승한 경우를 예로 들어 상기 약액 주입 장치(1)의 가압실(S)의 압력 변화, 토출 유량의 변화에 대하여 도 7을 참조하여 설명한다.
도 7에서는, 먼저 환경 온도(T1)를 20℃로 하여 약액 주입을 약 1시간 실행하고 있다. 이 동안에는 가압실 내의 압력(P1)은 약 0.47kg/cm2, 유량(R1)은 약 0.12ml/min이다.
그리고, 환경 온도(T1)를 40℃로 상승시키면, 상기 가압실(S) 내의 기체가 팽창함에 따라 압력(P1)은 약 0.56kg/cm2까지 일단 상승하였다가, 여기서부터 상기 피스톤(14)을 밀어넣는 스트로크에 따라 서서히 하강하게 된다. 이 압력 추이에 따라 유량(R1)도 약 0.21ml/min까지 일단 상승하였다가, 상기 스트로크에 따라 서서히 하강한다.
그리고, 소정의 스트로크만큼 피스톤(14)을 밀어넣으면 압력(P1)은 초기의 압력(약 0.47kg/cm2)보다 낮은 약 0.35kg/cm2까지 하강하였다가, 그 이후에는 이 상태를 유지한다. 여기서, 압력(P1)이 초기의 압력보다 낮아지는 것은 전술한 힘의 균형(F1+F2=F3)을 유지하기 위해서이다.
한편, 상기 압력(P1)의 변화에 따라 유량(R1)은 상기 소정의 스트로크가 완료된 시점에서 0.13ml/min이 되고, 그 이후에는 이 유량을 유지하게 된다.
여기서, 환경 온도(T)가 상승함으로써 압력(P1)이 초기의 압력보다 낮은 압력에서 안정된 것에 반해, 유량(R1)이 초기의 유량(0.12ml/min)보다 많아진 것은 약액의 점도 변화의 영향에 따른 것이다.
즉, 환경 온도(T1)가 20℃에서 40℃로 변화함으로써 약액의 점도도 상승하게 된다. 증류수를 예로 들어 설명하면, 20℃에서의 점도는 1.002(cP), 40℃에서의 점도는 0.653(cP)가 된다. 그리고 약액은 상기 유량 조정 부재(20)에서의 극소 단면의 구멍을 통과하게 되는데, 이 때의 유동 저항은 상기 환경 온도(T1)의 상승에 따라 저하하게 된다.
구체적으로, 하겐포아젤의 법칙(이하, 식 (2) 참조)에 따르면, 유량(Q)은 점도(μ)에 반비례하기 때문에, 상기 점도 변화가 발생하면 유량(Q)은 이론 상 약 1.5배(1.002÷0.653: 50% 증가) 증가하게 된다. 그러나, 상기 약액 주입 장치(1)에서는 가스 실린더(4) 내의 압력 증가에 따라 가압실(S) 내의 압력(P1)이 감소하기 때문에, 이 압력 감소와 상기 점도 변화에 따른 유량 증가가 상쇄되는 결과, 약 1.08배(0.13÷0.12: 8% 증가)의 유량 증가로 제한되고 있다.
Q=pπR4/(8μL)…(2)
Q: 유량
P: 압력
R: 유로의 반경
μ: 점도
L: 유로 길이
그리고, 도 7에서는, 약액 주입 개시로부터 약 9시간 반 후에 환경 온도(T1)가 다시 20℃로 하강하였다. 이에 따라, 압력(P1) 및 유량(R1)은 주입 개시 후와 대략 동일한 값(P1: 약 0.48kg/cm2, R1: 약 0.12ml/min)까지 복귀하게 된다. 한편, 환경 온도(T1)가 40℃가 되는 시간을 약 8시간으로 한 것은, 환자가 약액 주입 장치(1)를 휴대하였다가 그대로 취침한 경우를 상정하였기 때문이다.
여기서, 상기 약액 주입 장치(1)의 환경 온도에 대한 영향에 대하여 정리하면, 도 8에 도시한 바와 같이 된다. 즉, 환경 온도가 상승한 경우에는 가스 실린더(4) 내의 압력이 증가함으로써 가압실(S) 내의 압력이 감소하는 한편, 약액의 점도가 저하됨으로써 이들 압력의 감소와 점도의 저하가 상쇄되어 유량 변화를 가급적 억제할 수 있다.
한편, 환경 온도가 하강한 경우에는 가스 실린더(4) 내의 압력이 감소함으로써 가압실(S) 내의 압력이 증가하는 한편, 약액의 점도가 증가함으로써 이들 압력의 증가와 점도의 상승이 상쇄되어 유량 변화를 가급적 억제할 수 있다.
그런데, 도 7에 있어서, 압력(P2)은 격막 밸브(8)를 니트릴 고무에 의해 형성한 경우의 압력 추이를 나타낸 것이다. 상기 압력(P1)은 환경 온도(T1)의 상승에 따라 일단 증가한 압력이 약 1.5시간에서 정규 압력으로 복귀한 데 반해, 압력(P2)에서는 이 복귀에 약 3시간을 요하고 있다. 이 차이는 격막 밸브(8)의 기체 투과성의 영향에 따른 것이다.
즉, 가요성을 갖는 재질로서 일반적으로 이용되는 부틸 고무, 니트릴 고무, 불소 고무, 실리콘 고무의 기체 투과성은 순서대로 0.9∼1.0, 0.3∼3.5, 1, 400〔각각 ×10-13cc·cm/(cm2·sec·atm)〕이며, 실리콘 고무는 다른 것에 비해 현저하게 큰 기체 투과성을 가지고 있다. 따라서 상기 약액 주입 장치(1)에서는 환경 온도(T1)의 상승에 따라 증가한 잉여의 압력을 신속하게 배출할 수 있다.
더욱이, 상기 약액 주입 장치(1)의 구동부(2)는 압축 기체의 압력을 구동력으로 이용하므로, 가스 실린더(4) 내의 기체의 양(몰 수)이 감소함에 따라 해당 가스 실린더(4) 내의 압력이 저하하고, 이에 따라 가압실(S) 내의 압력이 증가하게 된다.
도 9는 약액 주입 시의 실린더 내의 약액의 압력을 도시한 것으로서, 구동부(2)의 구동력을 이용하여 내면이 테이퍼 형태로 형성되지 않은 실린더에 대하여 피스톤을 밀어넣은 경우와 내면이 테이퍼 형태로 형성된 상기 실린더(14)에 대하여 일정한 구동력으로 피스톤(14)을 밀어넣은 경우를 비교한 시험 데이터이다.
즉, 내면이 편평하게 형성된 실린더에 대하여 상기 구동부(2)를 이용하여 피스톤을 밀어넣은 경우, 실린더 내의 약액의 압력(P3)은 약액 주입량의 증가에 따라 서서히 증가하게 된다. 한편, 상기 실린더(13)에 대하여 피스톤(14)을 일정한 압력으로 밀어넣은 경우, 피스톤(14)이 실린더(13) 내로 밀려들어감에 따라 이들 양자의 슬라이딩 저항이 증가하는 결과, 토출된 약액의 압력(P4)이 서서히 감소하게 된다.
그리고, 상기 약액 주입 장치(1)에서는 내면이 테이퍼 형태로 형성된 실린더(13)에 대하여 구동부(2)의 가압실(S) 내의 압력에 의해 피스톤(14)을 밀어넣도록 하였으므로, 상기 압력(P3 및 P4)에 해당하는 압력 변화가 각각 상쇄되어 약액 주입량의 증가(압축 기체의 양의 감소)에 수반되는 약액의 유량 변화를 가급적 억 제할 수 있다.
바꾸어 말하면, 액화 (탄산) 가스를 이용하여 구동력을 발생시키는 경우, 가스 실린더 내의 액화 (탄산) 가스의 잔량에 관계 없이 구동력에 변화가 발생하지 않는다는 이점(포화 증기압에 의한 이점)이 있는 반면, 실린더(13)를 합성 수지로 성형하는 경우에는 그 제조 과정에서의 제한(금형의 빼내기 구배 등)에 의해 실린더(13) 내면을 테이퍼 형태로 설계할 필연성이 높고, 이들 구동력과 실린더(13)를 조합한 경우에는 약액의 토출 압력은 서서히 감소하게 된다. 특히 약액을 수용하는 실린더(13)는 감염 방지의 관점에서 환자마다 일회용으로 할 것이 요청되고 있으므로, 합성 수지의 성형품으로 형성되는 빈도가 높다.
따라서, 압축 가스만을 구동력으로 이용하는 상기 약액 주입 장치(1)에 따르면, 실린더(13)에 형성된 테이퍼의 영향으로 인한 토출 압력의 저하를 가급적 억제할 수 있다.
한편, 상기 실시 형태에서는 주입 포트(15)에서 약액 용기(3) 내로 약액을 충전하도록 구성되어 있으나, 해당 약액 용기(3)에는 미리 소정의 약액을 충전해 두는 것도 가능하다. 이러한 구성에 따르면, 약액 주입 장치(1)의 사용 시의 약액의 충전 작업이 불필요해진다. 그리고 이러한 구성을 채용한 경우 상기 주입 포트(15)를 생략하는 것도 가능한데, 의료 현장에 있어서 상기 소정의 약액에 다른 약액을 혼합할 필요가 발생할 수도 있으므로 주입 포트(15)는 반드시 생략할 필요는 없다.
이상 설명한 바와 같이, 상기 약액 주입 장치(1)에 따르면, 압축 기체의 압 력을 구동력으로 이용하므로, 환경 온도의 상승, 하강에 관계 없이 그 구동력의 변화를 온도차에 따른 대략 일정한 값으로 할 수 있다.
즉, 가스 실린더(4) 내의 압축 기체는 대략 기체의 상태 방정식에 따른 거동을 나타내므로, 상기 가스 실린더(4) 내에서 용적이 일정해진 압력은 온도 변화에 비례하여 증감하게 된다.
따라서, 상기 약액 주입 장치(1)에 따르면, 그 구동력이 온도 변화에 대략 비례하여 변화하므로 환경 온도가 상승한 경우라도 급격한 유량 변화를 억제할 수 있다.
특히, 액화 기체를 사용한 경우에는, 가스 실린더 내의 압력(L2)은 도 6에 도시한 바와 같이 환경 온도의 변화에 따라 2차 곡선적인 포화 증기압 곡선을 따라 변화하게 되므로 환경 온도가 상승하였을 때 현저하게 커지게 되는 데 반해, 상기 약액 주입 장치(1)와 같이 압축 기체를 사용하는 경우, 가스 실린더(4) 내의 압력(L1)은 대략 환경 온도에 비례하여 증감하게 되므로 환경 온도가 상승한 경우라도 급격한 유량 변화를 억제할 수 있다.
또한, 상기 약액 주입 장치(1)에서는 전원 공급이 불필요한 가스 실린더(4)를 이용하므로, 환자가 휴대하여 사용하기에 적합한 구성으로 할 수 있다.
상기 구동부(2)를 약액 용기(3)에 대하여 착탈 가능하게 한 구성에 따르면, 약액 주입 후에 약액 용기(3)를 교환함으로써 압축 기체가 없어질 때까지 구동부(2)를 재사용할 수 있으므로 일회용 구성을 줄일 수 있어, 약액 주입 장치(1)의 비용을 줄일 수 있다.
상기 약액 용기(3)에 미리 소정의 약액이 충전되어 있는 구성에 따르면, 약액 주입 장치의 사용 시에 약액 용기(3)에 약액을 충전하는 작업을 생략할 수 있으므로 의료 종사자의 부담을 경감시킬 수 있다.
개폐 밸브(4a), 격막 밸브(8), 압축 스프링(11) 및 링크 부재(10)를 구비하며, 제1 합력(F1+F2)과 제2 합력(F3)과의 균형을 유지한 상태에서의 가압실(S) 내의 압력을 구동력으로 이용하도록 한 구성에 따르면, 환경 온도의 변화에 수반되는 구동력의 변화를 온도차에 따라 대략 일정하게 할 수 있을 뿐만 아니라, 가스 실린더(4) 내의 압력을 원하는 구동력을 발생시킬 수 있는 압력으로 감압할 수 있다.
즉, 이러한 구성에서는, 제1 합력(F1+F2)과 제2 합력(F3)이 균형을 유지하도록 되어 있으므로, 가압실(S) 내의 압력에 따른 힘은 가스 실린더(4) 내의 압력에 따른 힘에서 대기압에 따른 힘 및 압축 스프링(11)의 탄성 바이어스력을 뺀 것(F2=F3-F1)이 되고, 압축 스프링(11)의 탄성 바이어스력을 적당히 선택함으로써 구동력을 원하는 크기로 설정할 수 있다.
유량 조정 부재(20)를 구비한 구성에 따르면, 환경 온도가 변화된 경우의 유량 정밀도를 보다 향상시킬 수 있다.
즉, 환경 온도의 상승에 따라 압축 기체의 압력이 증가하면 상기 제1 합력이 증가하려고 하는데, 이 제1 합력은 상기 제2 합력(F3)과의 균형을 유지할 필요가 있고 제2 합력(F3)은 일정하므로, 결과적으로 격막 밸브(8)를 외측으로 확장시키려고 하는 힘, 즉 가압실(S) 내의 압력이 저하하게 된다.
한편, 환경 온도가 상승함으로써 약액의 점도는 저하하고, 이에 따라 약액 주입 장치(20)에 대한 약액의 유동 저항이 작아지므로, 해당 약액의 유량은 증가하게 된다.
따라서, 상기 구성에서는 환경 온도의 상승에 의해 약액 유량이 감소하는 방향으로 구동력이 시프트(저하)하는 한편, 약액 유량이 증가하는 방향으로 약액의 점도가 시프트(저하)하므로, 이들이 상쇄됨으로써 환경 온도의 상승에 따른 약액 유량의 변화를 가급적 억제할 수 있다.
실린더(13)와 피스톤(14)을 구비한 구성에 따르면, 실린더(13)의 내부가 테이퍼 형태로 형성되어 있으므로, 약액 잔량의 감소에 수반되는 약액 유량의 저하를 억제할 수 있다.
즉, 가스 실린더(4) 내의 압축 기체의 압력은 피스톤(14)을 밀어넣는 스트로크(압축 기체의 사용량의 증가)에 따라 저하하게 되는데, 전술한 바와 같이 가스 실린더(4) 내의 압력이 저하하면 가압실(S) 내의 압력은 증가하게 된다. 한편, 실린더(13)에 대한 피스톤(14)의 슬라이딩 저항은 실린더(13) 내의 테이퍼에 의해 상기 스트로크에 따라 증가하게 된다.
따라서, 이러한 구성에 따르면, 약액 잔량의 감소에 따라 약액 유량이 증가하는 방향으로 구동력이 시프트(증가)하는 한편, 약액 유량이 감소하는 방향으로 피스톤(14)의 슬라이딩 저항이 시프트(증가)하기 때문에, 이들이 상쇄됨으로써 약액유량의 저하를 억제할 수 있다.
상기 격막 밸브(8)의 적어도 일부를 기체 투과성이 높은 재질로 한 구성에 따르면, 가압실(S) 내의 압력이 증가하게 된 경우라도 약액 유량의 정밀도를 가급 적 유지할 수 있다.
즉, 환경 온도가 상승하면 가압실(S) 내의 압력이 증가하게 되는데, 상기 구성에서는 이 잉여 압력을 격막 밸브(8)로부터 적극적으로 릴리프시킬 수 있으므로, 가압실(S)을 정규 압력으로 조속히 복귀시킬 수 있다.
따라서, 상기 구성에 따르면, 환경 온도가 상승한 경우라도 유량의 상승을 일시적으로 억제할 수 있으므로, 유량 정밀도를 가급적 유지할 수 있다.
한편, 상기 약액 주입 장치(1)의 연통공(7c)에는 개폐 밸브를 마련할 수 있다. 이에 따라, 구동부(2)와 약액 용기(3)를 착탈할 때 압축 기체가 불필요하게 유출되게 되는 것을 방지할 수 있다.
또한, 상기 연통공(7c)을 생략하여 상기 격납 부재(6)의 암나사부(7b)와 가스 실린더(4)의 수나사부(4b) 사이를 통하여 압축 기체를 유통시키도록 하여도 좋다.
즉, 상기 실시 형태에 따른 본 발명은 구동부를 구비하며, 이 구동부의 구동력에 의해 약액 용기를 가압하여 해당 약액 용기 내의 약액을 환자에게 주입하도록 구성된 약액 주입 장치로서, 상기 구동부는 압축 기체만이 밀봉 주입된 가스 실린더를 구비하고, 이 가스 실린더 내의 압력에 의해 상기 구동력을 발생하도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 것이다.
본 발명에 따르면, 압축 기체의 압력을 구동력으로 이용하므로, 환경 온도의 상승, 하강에 관계 없이 그 구동력의 변화를 온도차에 따른 대략 일정한 값으로 할 수 있다.
즉, 가스 실린더 내의 압축 기체는 대략 기체의 상태 방정식(PV=nRT)에 따른 거동을 보이므로, 상기 가스 실린더 내에서 용적(V) 일정해진 압력(P)은 온도(T) 변화에 비례하여 증감하게 된다.
따라서, 본 발명에 따르면, 그 구동력이 온도 변화에 대략 비례하여 변화하므로 환경 온도가 상승한 경우라도 급격한 유량 변화를 억제할 수 있다.
또한, 본 발명에서는 전원 공급이 불필요한 가스 실린더를 이용하므로, 환자가 휴대하여 사용하기에 적합한 구성으로 할 수 있다.
상기 약액 주입 장치에 있어서, 상기 구동부는 약액 용기에 대하여 착탈 가능하게 구성되어 있는 것이 바람직하다.
상기 구동부를 약액 용기에 대하여 착탈 가능하게 한 구성에 따르면, 약액 주입 후에 약액 용기를 교환함으로써 압축 기체가 없어질 때까지 구동부를 재사용할 수 있으므로 일회용의 구성을 줄일 수 있고, 약액 주입 장치의 비용을 줄일 수 있다.
상기 약액 주입 장치에 있어서, 상기 약액 용기에는 미리 소정의 약액이 충전되어 있는 것이 바람직하다.
상기 약액 용기에 미리 소정의 약액이 충전되어 있는 구성에 따르면, 해당 약액 주입 장치의 사용 시에 약액 용기에 약액을 충전하는 작업을 생략할 수 있으므로 의료 종사자의 부담을 경감시킬 수 있다.
상기 약액 주입 장치에 있어서, 상기 가스 실린더는 외력이 부여되지 않은 경우에 상기 압축 기체의 압력에 의해 가스 실린더를 막도록 구성된 개폐 밸브를 구비하고 있는 한편, 상기 구동부는 상기 개폐 밸브를 개방함으로써 해당 가스 실린더 내와 연통 가능한 본체부와, 이 본체부와 약액 용기 사이에 상기 가스 실린더로부터 유출된 압축 기체를 밀봉 주입 가능한 가압실을 구획하는 격막 밸브와, 이 격막 밸브를 대기에 개방된 외측으로부터 상기 가압실 측으로 탄성 바이어스하는 탄성 바이어스 부재와, 상기 개폐 밸브를 폐쇄하려고 하는 힘과 가압실 내의 압력에 의해 격막 밸브를 외측으로 확장시키려고 하는 힘을 더한 제1 합력과 대기압 및 상기 탄성 바이어스 부재의 탄성 바이어스력에 의해 격막 밸브를 가압실 측으로 밀어넣는 제2 합력이 균형을 이루도록 상기 개폐 밸브 및 격막 밸브를 연동시키는 링크 부재를 구비하며, 상기 가압실 내의 압력을 구동력으로 이용하도록 구성되어 있는 것이 바람직하다.
개폐 밸브, 격막 밸브, 탄성 바이어스 부재 및 링크 부재를 구비하며, 제1 합력과 제2 합력과의 균형을 유지한 상태에서의 가압실 내의 압력을 구동력으로 이용하도록 한 구성에 따르면, 환경 온도의 변화에 수반되는 구동력의 변화를 온도차에 따라 대략 일정하게 할 수 있을 뿐만 아니라, 가스 실린더 내의 압력을 원하는 구동력을 발생시킬 수 있는 압력으로 감압할 수 있다.
즉, 상기 구성에서는 제1 합력과 제2 합력이 균형을 유지하도록 되어 있으므로, 가압실 내의 압력에 따른 힘은 대기압에 따른 힘 및 탄성 바이어스 부재의 탄성 바이어스력에서 가스 실린더 내의 압력에 따른 힘을 뺀 것이 되고, 탄성 바이어스 부재의 탄성 바이어스력을 적당히 선택함으로써 구동력을 원하는 크기로 설정할 수 있다.
상기 약액 주입 장치에 있어서, 상기 약액 용기는 극소 단면적으로 형성된 구멍을 가지며, 이 구멍에 대하여 상기 구동력에 따라 토출한 약액을 통과시켜 압력 손실을 발생시킴으로써 해당 약액의 유량을 조정 가능한 유량 조정 부재를 구비하고 있는 것이 바람직하다.
유량 조정 부재를 구비한 구성에 따르면, 환경 온도가 변화된 경우의 유량 정밀도를 보다 향상시킬 수 있다.
즉, 상기 압축 기체의 압력은 전술한 바와 같이 온도의 상승에 따라 증가하는 거동을 보인다. 이 압력 증가가 발생하면 상기 제1 합력이 증가하려고 하는데, 이 제1 합력은 상기 제2 합력과의 균형을 유지할 필요가 있으며, 제2 합력은 일정(탄성 바이어스력+대기압)하므로, 결과적으로 격막 밸브를 외측으로 확장시키려고 하는 힘, 즉 가압실 내의 압력이 저하하게 된다.
한편, 환경 온도가 상승함으로써 약액의 점도는 저하하고, 이에 따라 약액 주입 장치에 대한 약액의 유동 저항이 작아지므로, 해당 약액의 유량은 증가하게 된다.
따라서, 상기 구성에서는 환경 온도의 상승에 의해 약액 유량이 감소하는 방향으로 구동력이 시프트(저하)하는 한편, 약액 유량이 증가하는 방향으로 약액의 점도가 시프트(저하)하므로, 이들이 상쇄됨으로써 환경 온도의 상승에 의한 약액 유량의 변화를 가급적 억제할 수 있다. 또한 환경 온도가 하강한 경우에도 구동력이 증가하는 한편 약액의 점도가 증가하게 되므로, 마찬가지로 약액 유량의 변화를 억제할 수 있다.
상기 약액 주입 장치에 있어서, 상기 약액 용기는 약액을 수용하는 실린더와, 이 실린더 안을 그 축선 방향을 따라 슬라이딩함으로써 해당 실린더의 선단측으로부터 약액을 토출 가능한 피스톤을 구비하고, 상기 실린더의 내부는 선단측이 좁아지는 테이퍼 형태로 형성되어 있는 것이 바람직하다.
실린더와 피스톤을 구비한 구성에 따르면, 실린더의 내부가 테이퍼 형태로 형성되어 있으므로, 약액 잔량의 감소에 수반되는 약액 유량의 저하를 억제할 수 있다.
즉, 가스 실린더 내의 압축 기체의 압력은 피스톤을 밀어넣는 스트로크(압축 기체의 사용량의 증가)에 따라 저하하게 되는데, 전술한 바와 같이 가스 실린더 내의 압력이 저하되면 가압실 내의 압력은 증가하게 된다. 한편, 실린더에 대한 피스톤의 슬라이딩 저항은 실린더 내의 테이퍼에 의해 상기 스트로크에 따라 증가하게 된다.
따라서, 이 구성에 따르면, 약액 잔량의 감소에 따라 약액 유량이 증가하는 방향으로 구동력이 시프트(증가)하는 한편, 약액 유량이 감소하는 방향으로 피스톤의 슬라이딩 저항이 시프트(증가)하기 때문에, 이들이 상쇄됨으로써 약액 유량의 저하를 억제할 수 있다.
상기 약액 주입 장치에 있어서, 상기 격막 밸브는 적어도 일부가 기체 투과성이 높은 재질로 형성되어 있는 것이 바람직하다.
상기 격막 밸브의 적어도 일부를 기체 투과성이 높은 재질로 한 구성에 따르면, 가압실 내의 압력이 증가하게 된 경우라도 약액 유량의 정밀도를 가급적 유지 할 수 있다.
즉, 환경 온도가 상승하면 전술한 바와 같이 가스 실린더 내의 압력뿐만 아니라, 가압실 내의 압력도 상기 기체의 상태 방정식에 기초하여 소정 시간만큼 증가하게 된다. 여기서 「소정 시간」이란 상승한 압력이 약액 용기를 가압하는 것에 따라 정규 압력(상기 제1 및 제2 합력이 균형을 이룬 상태에 있을 때의 압력)으로 복귀하는 데 요구되는 시간이다. 그리고, 상기 구성에서는 상기 잉여의 압력을 격막 밸브로부터 적극적으로 릴리프할 수 있으므로, 가압실을 정규 압력으로 조속하게 복귀시킬 수 있다.
따라서, 상기 구성에 따르면, 환경 온도가 상승한 경우라도 유량의 상승을 일시적으로 억제할 수 있으므로, 유량 정밀도를 가급적 유지할 수 있다.
한편, 「기체 투과성이 높은 재질」이란 적어도 상기 제1 및 제2 합력의 균형을 유지할 수 있을 정도의 기밀성을 가지고 있는 것이다.
본 발명에 따르면, 압축 기체의 압력을 구동력으로 이용하므로, 환경 온도의 상승, 하강에 관계 없이 그 구동력의 변화를 온도차에 따른 대략 일정한 값으로 할 수 있다.

Claims (7)

  1. 구동부를 구비하며, 상기 구동부의 구동력에 의해 약액 용기를 가압하여 해당 약액 용기 내의 약액을 환자에게 주입하도록 구성된 약액 주입 장치로서,
    상기 구동부는 압축 기체만이 밀봉 주입된 가스 실린더를 구비하고, 상기 가스 실린더 내의 압력에 의해 상기 구동력을 발생하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 약액 주입 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 구동부는 약액 용기에 대하여 착탈 가능하게 구성되는 것을 특징으로 하는 약액 주입 장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 약액 용기에는 미리 소정의 약액이 충전되는 것을 특징으로 하는 약액 주입 장치.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 가스 실린더는,
    외력이 부여되지 않은 경우에 상기 압축 기체의 압력에 의해 가스 실린더를 막도록 구성된 개폐 밸브를 구비하고 있는 한편,
    상기 구동부는,
    상기 개폐 밸브를 개방함으로써 해당 가스 실린더 내와 연통 가능한 본체부와,
    상기 본체부와 약액 용기와의 사이에 상기 가스 실린더로부터 유출된 압축 기체를 밀봉 주입 가능한 가압실을 구획하는 격막 밸브와,
    상기 격막 밸브를 대기에 개방된 외측으로부터 상기 가압실 측으로 탄성 바이어스시키는 탄성 바이어스 부재와,
    상기 개폐 밸브를 폐쇄하려고 하는 힘과 가압실 내의 압력에 의해 격막 밸브를 외측으로 확장시키려고 하는 힘을 더한 제1 합력과 대기압 및 상기 탄성 바이어스 부재의 탄성 바이어스력에 의해 격막 밸브를 가압실 측으로 밀어넣는 제2 합력이 균형을 이루도록 상기 개폐 밸브 및 격막 밸브를 연동시키는 링크 부재를 구비하고,
    상기 가압실 내의 압력을 구동력으로 이용하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 약액 주입 장치.
  5. 제4항에 있어서, 상기 약액 용기는 극소 단면적으로 형성된 구멍을 가지며, 상기 구멍에 대하여 상기 구동력에 따라 토출한 약액을 통과시켜 압력 손실을 발생시킴으로써 해당 약액의 유량을 조정 가능한 유량 조정 부재를 구비하는 것을 특징으로 하는 약액 주입 장치.
  6. 제4항 또는 제5항에 있어서, 상기 약액 용기는, 약액을 수용하는 실린더와, 상기 실린더 안을 그 축선 방향을 따라 슬라이딩함으로써 해당 실린더의 선단측으로부터 약액을 토출 가능한 피스톤을 구비하고, 상기 실린더의 내부는 선단측이 좁 아지는 테이퍼 형태로 형성되는 것을 특징으로 하는 약액 주입 장치.
  7. 제4항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 격막 밸브는 적어도 일부가 기체 투과성이 높은 재질로 형성되는 것을 특징으로 하는 약액 주입 장치.
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