KR20110095246A - 원격 압력 센싱 시스템 및 그 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 대상 인체와 함께 사용되기 위한 모니터링 시스템 및 방법에 관한 것이며, 상기 시스템은 상기 대상 인체 내부에 위치하도록 구성된 부분을 갖는 의료 장치로서, 의료 장치의 상기 부분은 유압에 의해 인체 루멘 (lumen)을 통과하여 나아가도록 구성된, 의료 장치; 상기 대상 인체 외부의 2개의 상이한 이격 위치에서 대상 인체로부터 원격으로 수용되며, 상기 2개의 이격된 원격 위치에서 압력을 검출하도록 구성되고 동작하는 적어도 2개의 압력 센서를 포함하며, 상기 적어도 2개의 압력 센서는 상기 대상 인체 내부의 적어도 하나의 사이트 (site)와 유체 연통하며, 이에 의해 상기 적어도 하나의 사이트에서의 압력과 상기 2개의 이격된 원격 위치에서의 압력 간의 관계가 상기 적어도 하나의 사이트에서의 유압을 나타낸다.

Description

원격 압력 센싱 시스템 및 그 방법{Remote pressure sensing system and method thereof}
본 발명은 일반적으로 의료 시스템에 관한 것이다. 특별하게는, 본 발명은 의료 시스템의 원격 센싱 (sensing) 압력에 관한 것이다.
대상 몸체에 삽입하기 위한 말단부를 갖는 의료 장치의 많은 예가 있다. 예컨대, 내시경의 말단부는 인체의 루멘 (lumen) (위장관 (gastrointestinal tract)과 같은)까지 들어가서 루멘 내부의 영상을 가시화 및/또는 기록한다. 대장 내시경 (colonoscope)은 말단부가 대장까지 삽입되어 대장의 이미지를 가시화 및/또는 기록하는 내시경이다.
카비리 및 기타의 PCT 공개공보 WO 05/065044는 생물학적으로 상보적인 유압 소스를 가지고 사용되는 장치를 기술한다. 상기 장치는 인체 루멘의 인접 개구를 통해 삽입되도록 설치된 연장된 캐리어 및 상기 캐리어 말단부에 결합된 피스톤 헤드를 포함한다. 상기 피스톤 헤드는 상기 캐리어가 루멘 안으로 삽입된 후에 루멘의 벽과 함께 압력 밀봉을 형성하고 유압 소스로부터의 압력에 반응하여 인체의 루멘을 통해 말단으로 삽입되도록 설치된다. 상기 장치는 피스톤 헤드에서 먼 루멘 내의 사이트 (사이트)로부터 루멘 외부의 유체의 흐름을 촉진함으로써, 피스톤 헤드의 말단 진행을 촉진한다. 상기 장치는 상기 말단부 근처에 광학 시스템을 더 포함하는데, 상기 광학 시스템은 말단 단부 및 인접 단부를 갖는다.
후쿠다의 미국 특허 4,306,446호는 유체를 운반하는 파이프 라인의 사이트를 추정하는 장치를 기술하는데, 상기 장치는 상호 일정 거리 이격된 사이트에서 파이프 라인 상에 위치하며, 각 위치에서의 압력 및 압력 구배를 검출하는 한 쌍의 검출기; 및 압력을 기억함으로써 획득되는 압력 구배 및 평균 압력에 기초하여 누출 점 (spot)의 위치를 계산하도록 적응되는 동작 유닛을 포함한다.
맥레이런 (Maclaren)의 미국 특허 5,660,198호는 원격 위치의 압력 센서 장치 없이, 원격 및／또는 잠재적으로 위험한 위치에서 유체 도관의 길이를 따라 유압을 모니터 및 조절하기 위한 제어 시스템을 기술한다. 상기 제어 시스템은 편리한 및/또는 안전한 위치에서 도관의 길이를 따라 취해진 유압 및 유속에 반응하여 원격지의 유압을 도출하는 제어기이다. 상기 제어기는 도출된 압력을 디스플레이하고/하거나 안전한 위치에서 제어 밸브를 동작시켜 원격지에서의 압력을 조정한다.
기술 분야에는 인체 루멘 내에 위치하는 압력 센서 장치를 필요로 하지 않으면서 인체 루멘으로부터 원격 위치에서의 유압을 모니터 및 조절함으로써, 인체의 루멘을 통과하는 유압에 의해 추진되는 (propelled) 의료 장치의 조작을 제어하기 위해 대상 인체와 함께 사용하기 위한 모니터링 시스템이 요구된다.
대상 인체 내부에 위치하도록 구성된 전술된 종류의 의료 장치의 말단부는 매우 강하게 소독 또는 살균되어야 하며 바람직하게는 일회용이라는 것이 이해되어야 한다. 의료 장치의 동작을 제어하기 위해, 상기 의료 장치는 외부 워크 스테이션과 결합되거나 이에 의해 동작될 수 있다. 상기 워크 스테이션은 이하에 설명되는 바와 같이, 보통 통상 범용 CPU인 제어 유닛 및 하나 이상의 유체 (즉, 액체 또는 기체) 정압 (positive 압력) 및/또는 부압 (negative 압력) 소스를 포함한다. 유체 소스 (들)이 동작하면, 상기 인체 루멘 및 벌룬 (들) (balloon)(s))이 미리 정해진 압력에서 부풀어 오른다. 위장관 (GI)과 같은 인체 루멘을 통한 의료 장치의 이동을 정확하게 제어하기 위해, 인체 루멘 내부 및 의료 장치를 추진하는 하나 이상의 벌룬들이 지속적으로 제어되어야 한다.
본 발명의 실시예들은 GI 관 (tract)를 참조하여 설명되지만, 이 실시예들 및 본 발명이 GI 관의 사용에 한정되는 것이 아니며 다른 인체 루멘을 위해서도 사용될 수 있다는 것이 이해될 것이다.
일반적으로, 적어도 하나의 압력 센서를 사용하여 원격 사이트에서 압력을 결정하는 수학식과 관련된 다수의 공지의 기술이 있다. 이 기술들은 시스템의 유량 계수를 계산하는 유속 센서도 사용하여, 상기 수학식들의 의미있는 사용을 가능하게 한다.
본 발명은 어떤 유속 센서의 사용에 대한 필요를 제거하는데, 유속 센서는 만일 사용되면, 모니터링 과정의 전체 에러를 증가시킨다. 나아가, 한번 교정되면, 시스템 유량 계수 (Cv)를 계산할 필요가 없다. 본 발명의 교시에 따르면, 흐름은 원격 사이트 (피스톤 헤드 또는 보조 벌룬)로 이끄는 선의 저항을 고려한 단순한 다항식에 의해 고려된다. 상기 압력(들)은 대상 (환자)의 인체 외부의 "안전한" 사이트에서 측정되며, 따라서 본 발명의 시스템 및 방법은 훨씬 간단하고 저렴하며 보다 정확한 기술을 제공한다.
따라서, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 대상 인체와 함께 사용되기 위한 모니터링 시스템에 제공되며, 상기 시스템은 상기 대상 인체 내부에 위치하도록 구성된 부분을 갖는 의료 장치로서, 의료 장치의 상기 부분은 유압에 의해 인체 루멘 (lumen)을 통과하여 나아가도록 구성된, 의료 장치; 상기 대상 인체 외부의 2개의 상이한 이격 위치에서 대상 인체로부터 원격으로 수용되며, 상기 2개의 이격된 원격 위치에서 압력을 검출하도록 구성되고 동작하는 적어도 2개의 압력 센서를 포함하며, 상기 적어도 2개의 압력 센서는 상기 대상 인체 내부의 적어도 하나의 사이트 (site)와 유체 연통하며, 이에 의해 상기 적어도 하나의 사이트에서의 압력과 상기 2개의 이격된 원격 위치에서의 압력 간의 관계가 상기 적어도 하나의 사이트에서의 유압을 나타낸다.
몇몇 실시예에서, 상기 시스템은 상기 적어도 하나의 사이트에서의 유압을 모니터 (monitor) 및 조절하는 제어 유닛을 포함하며, 상기 제어 유닛은 상기 적어도 하나의 사이트에서의 압력과 상기 2개의 이격된 원격 위치에서의 압력 간의 관계를 정의하는 적어도 하나의 모델을 사용하여, 상기 적어도 하나의 사이트에서의 압력 레벨을 나타내는 출력 데이터를 생성하도록 구성되고 동작한다. 상기 모델은 상기 적어도 2개의 압력 센서들을 연결하는 상기 유체 연통 (communication) 내부의 경로에 의해 정의되는 저항기에 걸친 압력 강하 간의 관계를 사용할 수 있다.
몇몇 실시예에서, 상기 시스템은 상기 적어도 2개의 압력 센서 간을 연결하는 적어도 하나의 관형 부재를 포함하며, 상기 관형 부재는 흐름 저항기 (flow resistor)로 구성되고 동작하며, 상기 적어도 2개의 압력 센서들은 상기 저항기에 걸친 압력 강하를 측정한다. 상기 관형 부재의 단면이 원형일 필요는 없다는 것을 유념해야 한다.
상기 관계는 상기 적어도 하나의 관형 부재를 고려한 다항 식을 포함하는 수학 함수에 기반을 둘 수 있다. 일 실시예에서, 상기 의료 장치는 일회용이다.
일 실시예에서, 상기 의료 장치는 2 부분 (two-part)의 장치로 구성되고, 상기 2 부분이 상호 부착 가능하여 (attachable), 이에 의해 대상 인체 내부에 위치하는 상기 부분을 포함하는 장치 부분을 사용 후 버릴 수 있는 (disposable)있다.
일 실시예에서, 상기 제어 유닛은 외부 워크 스테이션 (workstation)에 통합된다. 상기 워크 스테이션은 상기 장치의 상기 부분과 유체 연통되는 하나 이상의 유압 소스를 포함할 수 있다. 상기 하나 이상의 유압 소스는 미리 정해진 압력에서 상기 적어도 하나의 사이트를 팽창시키도록 구성되고 동작한다. 상기 의료 장치는 적어도 일부가 인체 루멘 내부로 삽입 가능한 가이드 부재를 포함하며, 상기 가이드 부재는 유압 소스에 연결되는 제 1 통로 및 상기 가이드 부재와 유체 연통되는 적어도 하나의 팽창 가능한 벌룬 (baloon)을 포함한다.
본 발명의 발명자들은 인체 인체 루멘 및 상기 의료 장치를 인체 루멘 외부로 나아가게 하는 하나 이상의 벌룬들 내부의 압력을 제어하는 시스템 및 방법을 개발하였다. 상기 인체 루멘 및 상기 벌룬 내부의 압력은 상기 워크 스테이션 내부에 통합되는 흐름 저항기 상의 압력 구배를 측정 및 처리함으로써 평가된다.
몇몇 실시예에서, 흐름 저항기로 작용하며, 상기 장치의 말단부 내부에 배치되는 관형 부재의 말단 단부 및 인접 단부에 2개의 원격의 이격된 위치들에 위치한다.
본 발명의 몇몇 실시예에서, 제어 유닛은 상기 장치의 말단부의 압력을 위한 출력 데이터로서, 상기 2개의 원격의 이격된 위치에서의 검출된 압력 간의 산술적 차에 반응하여 선형 또는 비선형으로 변하는 값을 생성한다. 예컨대, 상기 장치의 말단부의 압력은 상기 2개의 원력의 이격된 위치들 및/또는 산술적 차이의 제곱에 교정 인자를 곱함으로써 결정될 수 있다.
본 발명의 몇몇 실시예에서, 상기 장치는 대상의 위장 (GI) 관 (tract) 루멘 내부에 위치하도록 구성된다. 예컨대, 상기 장치는 대장 내시경일 수 있다.
일 실시예에서, 상기 장치 말단부의 압력은 대상 인체의 일부의 압력과 실질적으로 동일하며, 상기 제어 유닛은 상기 장치 말단부에서의 압력을 나타내는 출력 데이터를 생성함으로써, 대상 인체의 상기 부분의 압력을 나타내는 출력 데이터를 생성하도록 구성된다.
일 실시예에서, 상기 대상 인체의 부분은 대상의 결장을 포함하며, 상기 제어 유닛은 상기 제어 유닛은 상기 장치 말단부에서의 압력을 나타내는 출력 데이터를 생성함으로써, 대상 인체의 상기 부분의 압력을 나타내는 출력 데이터를 생성하도록 구성된다.
일 실시예에서, 상기 시스템은 상기 장치 말단부와 유체 연통되며, 상기 장치 말단부에서의 압력을 조절하도록 구성된 하나 이상의 유압 소스를 더 포함한다. 일 실시예에서, 하나 이상의 유압 소스는 상기 출력 데이터에 반응하여, 상기 장치의 압력을 조절하도록 구성된다.
상기 제어 유닛이 유체가 유압 소스와 장치 간의 각각의 2개의 상이한 방향으로 움직이는 동안에, 상기 2개의 원격 위치에서 검출된 압력들의 각 관계에 상기 장치 내의 압력을 관련 시키는 2개의 상이한 모델을 사용할 수 있다는 것을 유념하여야 한다. 하지만,필요하면, 일 실시예에서, 유체가 유압 소스와 장치 간의 각각의 2개의 상이한 방향으로 움직이는 동안에, 하나의 모델을 사용할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 제어 유닛은 상기 유압 소스과 상기 장치 간의 유체의 2개의 상이한 방향에 기초하여, 2개의 상이한 모델 사이에서 스위치 (switch) 하도록 구성된다.
일 실시예에서, 상기 적어도 하나의 사이트는 인체 루멘을 통해 상기 의료 장치가 나아가도록 구성 및 동작하는 적어도 하나의 팽창 가능한 벌룬, 인체 루멘을 통해 상기 의료 장치가 나아가도록 하는 피스톤 헤드 중 적어도 하나를 포함한다.
일 실시예에서, 상기 제어 유닛은 유체 흐름에 대한 말단 유로의 저항과 유체 흐름에 대한 관형 부재의 저항 사이의 비에 기초한 모델을 사용하여, 상기 장치 말단부에서의 압력을 나타내는 출력 데이터를 생성하도록 구성된다.
일 실시예에서, 상기 장치는 통로 (pssageway)의 말단 단부를 포함하며, 상기 통로는 유체를 상기 유압 소스로부터 인체 루멘 내부로 운반하도록 구성된다.
나아가, 대상 인체 내부에서 적용 가능한 의료 장치의 동작을 모니터하는데 사용되는 방법이 더 제공되며, 상기 방법은 대상 인체 외부의 2개의 상이한 원격의 이격된 위치 및 대상 인체 내부의 적어도 하나의 사이트 간에 유체 연통을 제공하는 단계; 상기 2개의 상이한 원격의 이격된 위치에서 압력을 검출하는 단계; 및 상기 원격 위치에서 검출된 압력을 분석하여, 상기 적어도 하나의 사이트에서의 압력 레벨을 나타내는 그들 간의 관계를 결정하고, 상기 적어도 2개의 위치로부터 떨어진 상기 적어도 하나의 사이트에서의 압력 레벨을 나타내는 출력 데이터를 생성하는 단계를 포함한다.
몇몇 실시에에서, 압력 레벨을 나타내는 출력 데이터를 생성하는 단계는 상기 적어도 하나의 사이트에서의 압력과 상기 2개의 이격된 원격 위치에서 검출된 압력 간의 관계를 정의하는 적어도 하나의 모델을 사용하는 것을 포함한다.
몇몇 실시예에서, 상기 관계는 상기 적어도 하나의 관형 부재를 고려한 다항식을 포함하는 수학 함수에 기반을 둔다.
몇몇 실시예에서, 상기 방법은 미리 정해진 압력에서 적어도 하나의 사이트를 팽창시키는 단계를 포함한다.
몇몇 실시예에서, 상기 방법은 상기 장치를 통해서 층류 또는 난류 유체 흐름이 있는지를 확인하는 단계를 포함한다.
몇몇 실시예에서, 상기 방법은 압력 레벨을 나타내는 출력 데이터를 생성하는 단계는 상기 2개의 원격의 이격된 위치에서의 검출된 압력 간의 산술적 차에 반응하여 선형 또는 비선형으로 변하는 값을 생성하는 단계를 포함한다.
몇몇 실시예에서, 상기 2개의 원격 위치 간의 압력 강하는 제공하는 단계를 더 포함한다.
몇몇 실시예에서, 상기 방법은 상기 압력 강하를 제공하는 단계는 상기 2개의 원격 위치 간에 관형 부재를 위치시키는 단계를 포함한다.
몇몇 실시예에서, 출력 데이터를 생성하는 단계는 장치가 배치되는 대상 인체 부분의 압력을 나타내는 출력 데이터를 생성하는 단계를 포함한다.
몇몇 실시예에서. 상기 대상 인체의 부분은 대상의 결장 (colon)을 포함한다.
몇몇 실시예에서, 상기 방법은 상기 장치 내부의 압력을 조절하는 단계를 더 포함한다.
몇몇 실시예에서, 상기 장치 내부의 압력을 조절하는 단계는 출력 데이터에 반응하여 압력을 조절하는 단계를 포함한다.
몇몇 실시예에서, 출력 데이터를 생성하는 단계는 유체가 유압 소스와 장치 간의 각각의 2개의 상이한 방향으로 움직이는 동안에, 상기 2개의 원격 위치에서 검출된 압력들의 각 관계에 상기 장치 내의 압력을 관련 시키는 2개의 상이한 모델을 사용하는 단계를 포함한다.
몇몇 실시예에서, 출력 데이터를 생성하는 단계는 유체 흐름의 방향을 결정하는 단계 및 이에 따라 출력 데이터를 생성하기 위해 사용되는 모델을 변경하는 단계를 포함한다.
몇몇 실시예에서, 장치 내부의 압력을 나타내는 출력 데이터를 생성하는 단계는 상기 2개의 원격 위치에서 검출된 압력들 간의 산술적 차이의 제곱에 따라 변하는 값을 생성하는 단계를 포함한다.
몇몇 실시예에서, 장치를 대상 인체 내부에 위치시키는 단계는 장치의 말단부를 상기 대상의 위장 (GI) 관 (tract) 루멘 내부에 위치시키는 단계를 포함한다.
몇몇 실시예에서, 상기 장치의 말단부는 피스톤 헤드를 포함하며, 장치의 말단부를 상기 대상의 위장 (GI) 관 (tract) 루멘 내부에 위치시키는 단계는: GI 관 루멘의 벽과 압력 밀봉을 형성하여 유지하도록 피스톤 헤드를 팽창시키는 단계 및 상기 피스톤 헤드의 외부 표면에 유압 소스로부터의 유압을 인가하여 GI 관을 통해 피스톤 헤드를 말단으로 (distally) 진행시키는 단계를 포함한다.
몇몇 실시예에서, 상기 출력 데이터를 생성하는 단계는 유체 흐름에 대한 말단 유로의 저항과 유체 흐름에 대한 관형 부재의 저항 사이의 비에 기초한 모델을 사용하는 단계를 포함하며, 상기 말단 유체 경로는 제 2 위치로부터 상기 장치의 말단부까지 연장되는 장치의 부분으로 정의된다.
몇몇 실시예에서, 상기 장치는 대상의 결장 내부로 유체를 운반하도록 구성된 통로의 말단부를 포함하며, 장치의 말단부를 대상의 GI 관 루멘 내부에 위치시키는 단계는 통로의 말단부를 대상의 결장의 내부에 위치시키는 단계 및 유체를 대상의 결장 내부로 운반하는 단계를 포함한다.
몇몇 실시예에서, 유압 소스와 피스톤 헤드 간을 연결하는 도관을 밀봉하여 유압 소스로부터 피스톤 헤드로의 유체의 흐름을 방지하여, 복강 내 압력 레벨의 측정을 가능하게 하는 단계를 포함한다.
몇몇 실시예에서, 상기 방법은 대상의 결장 내부의 피스톤 헤드를 일부 수축시켜 복강 내 압력 레벨 측정의 정확성을 증가시키는 단계를 포함한다.
본 발명을 이해하고 본 발명이 실제로 어떻게 구현되는지를 보기 위해, 실시예들이 첨부된 도면을 참조하여 설명될 것인데, 이 실시예들은 비제한적 예로서만 제시된다.
도 1a는 본 발명의 모니터링 시스템의 개략도이며;
도 1b는 교정 단계에서의 상기 모니터링 시스템의 개략도이고;
도 2는 본 발명의 기술에 사용된 교정 챠트의 한 예이며;
도 3a는 본 발명의 일 실시예에 따른, 장치의 인접부에 위치한 압력 센서의 개략도이고 ;
도 3b-3c는 본 발명의 각 실시예에 따른, 유체 저항기로 작동하는 튜브의 개략도이며;
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른, 장치의 인접부에 위치한 압력 센서의 상세도이고 ;
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따라 실험적으로 결정된, 장치의 말단부에서의 압력을 보여주는 그래프이며;
도 6은 본 발명의 대안 실시예에 따라 실험적으로 결정된, 장치의 말단부에서의 압력을 보여주는 그래프이고;
도 7은 본 발명의 각 실시예에 따른, 장치의 말단부에서의 압력을 결정하는 것과 관련된 에러를 도시하는 그래프이며;
도 8-9는 본 발명의 대안 실시예에 따라 실험적으로 결정된, 장치의 말단부에서의 압력을 도시하는 그래프이다.
보통, 층류 (laminar flow) 에서는 유속이 식 1에 의해 결정된다는 것이 이해되어야 하는데, 여기서 △P는 압력 구배이며, R은 저항이고, Q는 유속이다.
Figure pct00001
(식 1)
저항기 (43)를 통한 압력 저하를 측정하는 2개의 압력 센서 (40, 42) 사이에 둘러싸인 흐름 저항기 (43)를 도시하는 도 1a가 참조된다.
도 1a에 도시된 흐름 저항기 (43, 49)를 둘러싼 각 부분에 대해 동일하다. 따라서,
Figure pct00002
여기서 P1 P2는 각각 압력 센서 (40, 42)의 센서 압력들이다; P3는 인체 루멘 및/또는 일회용 장치의 벌룬에서의 압력이다; R1, R2는 각각 흐름 저항기 (43, 49)의 흐름 저항기 저항들이다.
인체 루멘 및/또는 일회용 장치의 벌룬에서의 압력을 계산하기 위해서는, R2/R1 비가 계산될 필요가 있다.
저항비를 계산하고, 필요하다면 동작 전에 장치를 교정하는데 사용되는 교정 셋업 (set-up)을 도시하는 도 1b가 참조된다. 상기 교정 셋업은 도 1a의 시스템 및 통 (canister)를 포함한다. 교정 과정 중에, 상기 통은 일정 압력으로 가압되며, 그 직후에 감압되어 대기압으로 되돌아온다. 압력 변화 P1 P2 및 P3가 압력 센서 (40, 42, 41)에 의해 측정된다.
2차원 포인트 어레이가 생성되며, 여기서:
[x 포인트, y 포인트]=[P1-P2 샘플, P2-P3 샘플].
이 포인트 어레이들을 사용하여 챠트가 생성된다.
교정 챠트의 일례가 도 2에 제공된다.
저항비 R2/R1를 식별 (extricate) 하기 위해, 회귀 커브 (regression curve) (선형)이 포인트 어레이로 피팅 (fitting)된다: y=ax+b, 여기서 a는 R2/R1 저항비로 추정된다. 통에서의 압력은 P3=P2-a(P1-P2)로 계산될 수 있다.
비층류 (non-laminar flow) 또는 보다 높은 정확도를 위해, 상기 방법이 다음과 같이 확대된다: 다항 회귀 커브 (2nd 차 이상) 가 [P1-P2, P2-P3] 의 포인트 어레이에 피팅될 수 있다. 따라서, 통에서의 압력이 다음과 같이 계산될 수 있다:
P3=P2-a1(P1-P2)i-a2(P1-P2)i-1-a3(P1-P2)i-2........-ai(P1-P2), 여기서 i는 회귀 다항 차수 (regression polynomial's degree)와 동일하다.
대상 인체와 함께 사용되는 본원의 모니터링 시스템 (100)의 간략도인 도 3a-3c 및 4가 참조된다. 상기 시스템 (100)은 그 일부가 대상 인체 내부에 위치하도록 구성된 의료 장치 (20), 대상 인체 외부의 2개의 이격된 상이한 위치에서 대상 인체로부터 원격으로 수용되는 (accommodate) 2개의 압력 센서 (40, 42) (본 예에서)를 포함한다. 이 특정한 비 제한적 예에서, 상기 압력 센서 (40, 42)들은 의료 장치 (20)의 말단부 (26)에 배치된다. 몇몇 실시예들에서, 상기 의료 장치 (20)는 일회용이다. 상기 의료 장치 (20)는 2부분으로 이루어진 장치일 수도 있으며, 여기서 상기 2 부분은 상호 결합가능하여, 대상 인체 내부에 위치하게 될 상기 부분을 포함하는 장치의 부분도 일회용으로 할 수 있다.
상기 2개의 압력 센서 (40, 42)는 2개의 이격된 원격 위치에서 압력을 검출하도록 구성되며 동작한다. 특히, 제 1 센서 (40)는 의료 장치 (20)의 말단부 (26)의 제 1 위치에 수용되어 상기 제 1 위치에서 압력 P1을 검출한다. 제 1 센서 (42)는 의료 장치 말단부의 제 2 위치에 수용되어 압력 P2를 검출한다.
상기 2개의 압력 센서 (40, 42)는 대상 인체 내의 적어도 하나의 사이트 (사이트)와 유체 연통된다. 상기 적어도 하나의 사이트에서의 압력간의 관계 및 상기 2개의 이격된 원격 위치에서의 압력 P1 , P2를 결정함으로써, 상기 적어도 하나의 위치에서의 유압을 표시하는 출력 데이터가 획득된다.
몇몇 실시예들에서, 상기 제 1 위치는 관형 부재 (관형 부재:43)의 인접부이며, 상기 제 2 위치는 상기 관형 부재 (43)의 말단부이다. 상기 제 2 위치로부터 상기 장치 말단부로 연장하는 부분이 실제로 말단 유로 (distal flow path)를 정의한다. 몇몇 어플리케이션을 위해, 2개의 압력 센서 간을 연결하는 상기 관형 부재는 도 3b (예를 들어, 코일로서)에 도시된 것과 같은 또는 도 3c (예를 들어, 벤츄리 튜브로서)에 도시된 것과 같은 형태를 갖는다. 상기 관형 부재는 흐름 저항기로서 구성된다. 상기 2개의 압력 센서 (40, 42)는 상기 저항기에 걸친 압력 강하를 측정한다. 상기 모델은 그 후 상기 2개의 압력 센서 간을 연결하는 유체 연통 (communication) 내부의 경로에 의해 정의되는 저항기에 걸친 압력 강하 간의 관계를 사용한다.
본 발명의 각 실시예에 따르면, 관형 부재 (예를 들어 튜브) (43)는 층류 저항기로서, 튜브에 걸쳐 층류를 발생시키거나 또는 상기 튜브 (43)는 난류 저항기로서 상기 튜브를 통과하는 유체 흐름을 난류로 만든다.
특정, 비제한적 일 례에서, 상기 튜브 (43)는 278 mm의 길이와 1.1 mm의 지름을 갖는다. 상기 튜브 (49)는 616 mm의 길이와 2.5 mm의 지름을 갖는다.
몇몇 실시예들에서, 상기 모니터링 시스템은 적어도 하나의 사이트에서 유압을 모니터 및 조절하기 위한 제어 유닛 (25)을 포함한다. 상기 제어 유닛 (25)은 대상 인체 내부의 한 사이트에서 (예를 들어, 의료 장치의 말단부 (21)) 압력 레벨 P3를 나타내는 출력 데이터를 생성하도록 구성되고 동작하며 2개의 이격된 원격 위치에서의 검출된 압력들 P1, P2과 압력 P3간의 관계를 정의하는 모델을 사용하여 결정된 압력을 나타내는 출력 데이터를 생성한다. 본 발명의 몇몇 실시예들에 따르면, 장치를 통과하는 유체 흐름은 층류이거나 난류이다. 몇몇 실시예들에서, 제어 유닛 (25)은 압력 레벨 P3를 나타내는 출력 데이터를 생성하도록 구성되고 동작하여, 상기 출력 데이터의 값이 압력 P1과 P2 간의 산술적 차이에 따라 선형으로 변한다. 하나의 사이트 (P3)와 2개의 이격된 원격 위치(P1 , P2)들에서의 압력 간의 관계는 관형 부재의 저항을 고려한 다항식을 포함하는 수학 함수에 기초한다. 예컨대, 압력 P3는 식 2에 따라, 검출된 압력 P1 , P2에 의해 결정될 수 있다.
P3 = P2 -a (P2 -P1) + b
(식 2)
여기서 a 및 b는 교정 지수 (factor)이며, 이 지수는 장치의 말단부가 대상 인체 내부에 위치하기 전에 (예를 들어 제조 시에), 장치에 교정 실험을 행함으로써 결정된다.
대안적으로, 상기 제어 유닛은 출력 데이터의 값이 P1 , P2 간의 산술적 차이에 대해 비선형적으로 변하도록 압력 P3를 나타내는 출력 데이터를 생성한다. 예컨대, 압력 P3는 식 3에 따라 검출된 압력 P1 , P2로부터 결정될 수 있다.
P3 = P2 -c (P2-P1)- d (P2-P1) ^2 + e
(식 3)
여기서, c, d, e는 교정 지수들이며, 이 지수들은 장치의 말단부가 대상 인체 내부에 위치하기 전에, 장치에 교정 실험을 행함으로써 결정된다.
몇몇 실시예들에서, 상기 모니터링 시스템은 이하에 설명하는 바와 같이, 통상 범용 CPU인 제어 유닛 (25) 및 하나 이상의 유체 (32, 35) (예를 들어, 액체 또는 기체)의 정압 및/또는 부압 소스를 포함하는 워크 스테이션 (44)을 포함한다. 몇몇 실시예들에서, 유압 소스 (32, 35)는 대상 인체 내부의 장치 부분과 유체 연통하며, 제어 유닛 (25)은 워크 스테이션 (44) 내부에 통합/배치된다. 유체가 유압 소스 (32)로부터 제 1 도관 (46)을 통해 통로 (29)로 공급되며, 제 2 도관 (48)을 통해 유압 소스 (35)로부터 통로 (34)로 공급된다. 유압 소스 (32, 35)들은 이미 정해진 압력에서 대상 인체 내부에서 적어도 하나의 사이트를 부풀리도록 구성되고 동작한다. 제 1 압력 센서 (40)는 유압 소스 (35) 근처에서 도관 (48) 내부의 제 1 위치에 수용 (예를 들어, 부착)된다. 상기 압력 센서 (40)는 제 1 위치에서 압력 P1을 검출한다. 제 2 압력 센서 (42)는 통로 도관 내부 (48)에서 제 2 위치에 수용 (예를 들어, 부착)되어 압력 소스 (32) 근처의 제 2 위치에서 압력 P2를 검출한다. 제어 유닛 (25)은 전술된 바와 같이, 검출된 압력 P1 , P2에 기초하여 한 사이트 (21)에서 압력 P3을 검출한다.
몇몇 실시예에서, 그리고 전술한 바와 같이, 센서들 (40, 42)이흐름 저항기로 작용하는 튜브 (43)의 제 2 및 제 2 단부에 배치된다. 튜브 (43)는 도관 (48)의 연장이다.
몇몇 실시예들에서, 튜브 (43)는 도 3b에 도시된 것처럼, 도관 (48)의 권선부를 포함하는데, 도관은 워크 스테이션 (44) 내부에 배치된다. 특정, 비 제한적 예에서, 코일의 길이 L (도 3a에 도시된)은 약 4 m 내지 8 m, 예를 들어, 5.5 m 내지 6.5 m의 범위일 수 있으며, 코일의 내부 지름 D은 약 3 mm 내지 5 mm 범위일 수 있다 (이것은 도관 (48)의 내부 지름과 동일하다)
몇몇 어플리케이션을 위해, 튜브 (43)는 도 3c에 도시된 것과 같은 벤츄리 튜브를 포함한다. 특정, 비제한적 예에서, 상기 상기 벤츄리 튜브는 약 15 mm 내지 30 mm (예를 들어, 20 mm 내지 25 mm) 범위의 길이를 가지며, 튜브의 내부 지름 L은 0.5 mm 내지 1.5 mm (예를 들어, 1 mm)이다. 몇몇 어플리케이션을 위해, 벤츄리 튜브의 곡률에 의해 정의되는 각 알파는 5도 내지 25도, 예를 들어, 12도 내지 18도이다.
제 2 센서 (42)와 말단부 (21) 사이의 장치 부분의 유체 흐름에 대한 저항과 유체 흐름에 대한 튜브 (43)의 저항 비는 사용된 장치의 각각의 상이한 구성에 의해 결정될 수 있다. 장치 말단부에서의 압력을 나타내는 데이터는 유체 흐름으로의 말단 유로 (상기 제 2 위치로부터 상기 장치의 말단부까지 연장되는 장치의 부분)의 저항과 유체 흐름으로의 튜브의 저항 간의 비에 기초한 모델을 사용하여 결정될 수 있다. 일반적으로, 비가 낮으면 낮을수록, 에러 레벨이 감소함을 유념하여야 한다. 이것은 통상 보조 채널 (도관 (48) )을 위해 달성될 수 있는데, 여기서 비는 센서 (47)와 통로 (29)의 말단 단부 사이의 장치 부분의 유체 흐름에 대한 저항과 유체 흐름으로의 튜브 (49)의 저항 간에 구해질 수 있다. 제 2 센서 (42)와 말단부 (21) 사이의 장치의 부분의 유체 흐름에 대한 저항과 튜브 (43)의 저항 간의 비가 보통 더 높으며 심지어 4:1임이 발견되었지만, 이 비는 장치 또는 워크 스테이션의 구성이 변하면 변할 수 있다.
예컨대, 제 2 센서 (42)와 말단부 (21) 사이의 장치의 부분의 유체 흐름에 대한 저항과 튜브 (43)의 저항 간의 비는 1:5와 5:1 사이이다. 몇몇 어플리케이션을 위해, 전술한 비는 장치의 말단부가 대상 인체 내부로 삽입되기 전에 결정된다. 그 후에, 상기 장치의 말단부가 대상 인체 내부 안으로 삽입되면, 제어 유닛 (25)은 압력 P3을 검출된 압력 P1 , P2에 연관시키는 모델 및 미리 정해진 비를 사용하여 압력 P3를 결정한다.
튜브 (43)는 튜브를 통한 압력 하강이 말단부로의 유체 흐름을 제한함으로써 장치 성능을 저해할 정도로 크지 않도록 선택될 수 있다. 예컨대, 전술한 비가 1.5:1 미만이 아니다. 역으로, 상기 튜브는 튜브를 통한 압력 강하가 전술한 비가 주어진 문턱값, 예컨대 2.5:1 보다 크지 않는 정도에서 충분히 크도록 선택될 수 있다. 전술한 비가 2.5:1 보다 현저히 크도록 튜브를 선택하면, 튜브에 걸친 압력 하강 계산의 작은 오류의 결과로, 장치 말단부의 압력 P3 계산에 큰 오류를 가져올 수 있음을 명심해야 한다. 따라서, 예컨대, 전술한 비가 1.5:1와 2.5:1 사이이다.
몇몇 실시예에서, 제어 유닛 (25)은 압력 소스 (35)가 사이트 (21) 내의 유압을 조절하는 동안, 전술한 기술에 따라 말단부 (21)의 압력을 동적으로 결정한다. 유압 소스 (35)는 결정된 압력 P3에 반응하여 사이트 (21) 내의 유압을 조절한다. 도면에 도시되지는 않았지만, 사이트 (21)는 팽창 가능한 벌룬 또는 카비리 등의 PCT 공개문서 WO 05/065044에 설명된 것과 같은 피스톤 헤드를 포함할 수 있다. 사이트 (예컨대 피스톤 헤드)가 팽창하는 동안, 도관 (48)을 통한 유체의 흐름은 말단 방향이며, 사이트 (예컨대 피스톤 헤드)가 수축하는 동안은 인접 방향이다.
몇몇 실시예에서, 제어 유닛 (25)은 유체가 말단 방향 및 인접 방향으로 흐르는 동안에, 동일한 수학적 모델 (예를 들어, 교정 인자의 세트를 사용하여) 압력 P3를 결정한다.
다른 실시예들에서, 제어 유닛 (25)은 유체가 말단 방향으로 흐르는 동안에, 제 1 수학적 모델 (예를 들어, 제 1 교정 인자의 세트를 사용하여 압력 P 3 를 결정하고, 유체가 인접 방향으로 흐르는 동안에는, 제 2 수학적 모델 (예를 들어, 제 2 교정 인자의 세트를 사용하여 압력 P 3 를 결정한다. 상기 제어 유닛 (25)은 유체가 도관 (48)을 통해 각각의 방향으로 흐를 때, 압력 P 3 를 결정하기 위해 각각의 모델을 사용하여 유체가 흐르는 방향에 따라 변하는 튜브 내부의 유체 흐름 역학을 결정할 수 있다.
몇몇 실시예에서, 도관 (48)을 통한 유체 흐름의 방향은 급속하게, 예를들어 100 ms마다 변하며, 제어 유닛 (25)은 유체 흐름의 빠른 변화에 반응하여, P3를 결정하기 위해 사용하는 수학 모델을 빠르게 바꾼다.
몇몇 실시예에서, 유체 흐름의 방향은 사이트 (예컨대 피스톤 헤드) 내부의 압력을 제어하는 제어 루프의 일부로서 빠르게 변할 수 있다. 몇몇 실시예에서, 상기 제어 유닛 (25)은 유체 흐름 방향의 변화를 검출한다. 예컨대, 상기 제어 유닛 (25)은ㅇ압력 P1이 압력 P2 보다 큰 것에서 (유체가 말단으로 (distally)흐른다는 것을 나타내는), P2보다 작은 것으로 (유체가 인접하게 (procximally) 흐른다는 것을 나타내는) 변한 것을 검출할 수 있다. 유체 흐름 방향의 변화 검출에 반응하여, 상기 제어 유닛 (25)은 제 1 수학 모델의 사용을 중지하고, 압력 P3를 결정하기 위해 제 2 수학 모델을 사용하기 시작한다.
몇몇 실시예에서, 의료 장치 (20)은 대장 내시경이며 (colonoscope)이며, 피스톤 헤드를 포함한다. 이와 같은 실시예에서, 상기 피스톤 헤드 및 이 명세서에 설명된 모니터링 시스템의 다른 부분들은 일반적으로 카비리 등의 PCT 공개공보 WO 05/065044에 설명된 피스톤 헤드 및 시스템과 유사하다.
몇몇 실시예에서, 상기 의료 장치 (20)는 대상 인체의 루멘에 적어도 부분적으로 삽입 가능한 가이드 부재 (31), 예컨대 GI 관 루멘 (GI tract lumen: 24)를 포함한다. 연장된 캐리어 (28)가 루멘 안으로 삽입된다. 영상 캡처 장치 (30) (도 4에 도시된)가 피스톤 헤드 (21) 말단의 캐리어 (28) 상에 장착된다.
가이드 부재 (31)가 압축 공기, CO2 또는 물과 같은, 그러나 이에 한정되지는 않는, 압축된 생물학적으로-상보적인 유체의 소스인, 유압 소스 (32)에 결합된 제 1 통로 (29)로써 형성된다. 가이드 부재 (31)는 가이드 부재 (31)와 유체 연통되는 적어도 하나의 벌룬을 포함할 수 있다.
몇몇 실시예에서, 대상 인체 내부의 사이트는 다음과 같은 것들 중의 적어도 하나를 포함한다: 인체 루멘을 통해 의료 장치를 추진하도록 구성되고 동작하는 적어도 하나의 팽창 가능한 벌룬, 인체 루멘 또는 인체 루멘의 일부를 통과하도록 의료 장치를 추진시키는 피스톤 헤드.
몇몇 실시예에서, 상기 의료 장치 (20)는 적어도 하나의 보조 팽창 가능한 벌룬 또는 피스톤 헤드를 포함하는데, 이것은 제 1 -언급된 피스톤 헤드 또는 팽창 가능한 벌룬으로부터 일정 거리 또는 가변 거리에서 상기 캐리어 (28)에 축 방향으로 고정될 수 있다. 상기 캐리어 (28)는 보조 피스톤 헤드와 유체 연통하는 제 3의 통로를 포함할 수 있는데, 이것은 보조 피스톤 헤드를 팽창시키기 위해 유압 소스에 결합될 수 있다. 대상 인체 외부의 2개의 상이한 이격 위치에 수용되며 2개의 상이한 이격 위치에서 압력을 검출하도록 동작하는 보조 팽창 가능한 벌룬 또는 피스톤 헤드와 유체 연통되는 한 쌍의 추가 압력 센서가 제공된다.
본 발명의 상기 모니터링 시스템은 보조 팽창 가능한 벌룬 또는 피스톤 헤드에서의 압력과 보조 팽창 가능한 벌룬 또는 피스톤 헤드에서의 유압을 나타내는 2개의 이격 위치에서의 압력들 간의 추가적 관계를 결정하는 것을 가능하게 한다.
캐리어 (28)는 사이트 (21) (예컨대 피스톤 헤드)를 팽창시키기 위한 유압 소스인 유압 소스 (35)과 결합된, 사이트 (21) (예컨대 피스톤 헤드)와 유체 연통하는 제 2 통로 (34) (도 4에 도시된)를 포함한다. 몇몇 어플리케이션들을 위해, 상기 유압 소스 (35) GI 관 루멘 (24)의 지름 변화에 반응하여 일어나는 피스톤 헤드의 부피 변화와 무관하게, 사이트 (21) (예컨대 피스톤 헤드) 내에서 일정한 압력을 유지하도록 조정된다.
'044 PCT 공개 공보에 기술된 것처럼, 피스톤 헤드 (21)는 통상 피스톤 헤드에 압력을 인가함으로써, 통로 (29)를 통해 피스톤 헤드에 인접한 GI 관의 부분 안으로 유체 (예를 들어, 공기)를 통과시킴으로써, GI 관을 통해 진행해 간다. 피스톤 헤드가 진행되는 동안에, 벤트 튜브 (38) (도 4에 도시된)가 피스톤 헤드의 진행으로 인해 축적된 압력을 외부로 (즉, 가이드 멤버 (31)에 인접하게) 배출한다. 상기 피스톤 헤드는 통상 반대 방법으로 압력 차를 형성함으로써, GI 관을 통해 인접한 방향으로 후퇴하여, 상기 피스톤 헤드 (21)와 상기 캐리어 (28)를 인접한 방향으로 나아가게 한다. 기타 유압 소스로부터의 압축 유체 (예를 들어, 공기)가 피스톤 헤드 (21)를 통해 또는 그 주위를 통과하는 압력-인가 튜브를 통해 피스톤 헤드 (21)의 말단측으로 도입된다. 선택적으로, 벤트 튜브 (38)는 철수 (withdrawal) 중에 압력-인가 튜브로서 기능한다. 상기 압축 유체는 피스톤 헤드 (21)의 인접측에 작용하는 압력보다 피스톤 헤드 (21)의 말단 측에 작용하는 유압이 더 크도록 유압을 생성하여, 피스톤 헤드 및 캐리어를 인접하게 추진시킨다. GI 관을 통해 피스톤 헤드가 진행 및/또는 철수하는 중에, 영상 장치 (30)가 GI 관의 영상을 만든다.
피스톤 헤드로 향하는 유체 흐름의 방향이 빠르게 변하는 동안에 피스톤 헤드의 압력이 추정되는 발명자들에 행해진 실험이 도 8 및 9를 참조하여 아래에 설명된다.
몇몇 실시예에서, 제어 유닛 (25)은 복강내 압력 센서, 예컨대 피스톤 헤드에 인접하여 적용되는 압력이 검사 대상에게 부상을 입힐 정도로 크지 않다는 것을 결정하기 위한 압력 센서이다. 나아가, 복강 내 압력을 안다는 것은 피스톤 헤드 (피스톤 헤드의 인접 또는 말단 외부 표면에 압력이 인가될 때)를 진행 또는 후퇴시키기 위한 피스톤 헤드 외부 표면에 적용하는데 유용한 최소 압력을 나타낸다는 것이다.
복강 내 압력 센서의 일부로 피스톤 헤드를 사용하기 위해, 도관 (48)의 말단 단부가 밀봉되어, 유압 소스 (35)로부터 피스톤 헤드 (21)로는 유체의 흐름이 없다. 이것은 센서 (40)에 의해 검출된 압력 P2이 센서 (42)에 의해 검출된 압력 P2과 같다는 것을 체크함으로써 확인될 수 있다. 만일 유체 흐름이 없다면, 피스톤 헤드 (21) 내부의 압력이 대상의 복강 내 압력과 실질적으로 동일하다. 몇몇 실시예에서, 도관 (48)의 인접 단부가 밀봉되기 전에, 상기 피스톤 헤드 (21)는 대상의 결장 내부에서 부분적으로 수축된다. 피스톤 헤드 (21)를 부분적으로 수축하면, 복강 내 압력 측정의 정확성이 증가한다.
전술한 실시예의 대안으로 또는 이에 추가하여 , 제 1 및 제 2 압력 센서들 (40 , 42)이 '044 공개공보에 설명된 대장 내시경의 다른 튜브에 위치한다. 예컨대 , 도 3a 및 도 4에 도시된 것처럼, 센서 (45, 47)는 도관 (46)의 연장인 튜브 (49)의 한쪽 단부에 위치할 수 있다. 이 센서 (45, 47)는 대상의 루멘의 일부의 압력 P 4 (도 3a에 도시된)을 이 명세서에 설명된 기술을 사용하여 결정한다. 모든 다른 관점에서, 센서 (45, 47) 및 튜브 (49)는 통상적으로 각각 센서 (40, 42) 및 튜브 (43)와 유사하다.
예컨대, 장치의 센서 (47)와 통로 (29)의 말단 단부 사이의 부분의 유체 흐름의 저항 대 유체 흐름으로의 튜브 (49)의 저항의 비는 1:5와 5:1 사이이다. 몇몇 어플리케이션을 위해서, 전술한 비는 통로 (29)의 말단부가 대상의 결장에 삽입되기 전에 결정된다. 뒤이어, 통로 (29)의 말단 단부가 대상의 결장에 삽입되면, 제어 유닛 (25)이 센서 (45, 47)에 의해 검출된 압력의 수학 함수와 연결시키는 모델을 사용하여 압력 P 4 및 미리 정해진 비를 결정한다. 튜브 (49)는 튜브를 통한 압력 강하가 이루어지는 동안에, 전술한 비가 약 1:1이 되어, 튜브 (49)가 유체 흐름을 너무 많은 량 한정하지 않도록 선택된다. 몇몇 실시예에서, 튜브 (49)는 튜브에 걸친 압력 강하가 장치의 센서 (47)와 통로 (29)의 말단 단부 사이 부분의 압력 강하보다 크도록 선택된다. 예컨대, 전술한 비는 1:1.7과 1:2.3 사이일 수 있다.
장치 (20)가 대장 내시경이고 장치의 말단부 (21)가 피스톤 헤드인 실시예들이 설명되었지만, 본 발명 및 청구항들의 범위는 인접부 및 말단부를 갖고 말단부가 대상 인체 내부에 위치하도록 구성된 임의의 장치를 갖는 시스템 및 방법을 사용하는 것을 포함한다. 예컨대, 본 발명의 범위는 기술 분야에 공지되고 대상 인체 내부로 삽입하기 위한 말단부를 갖는 임의의 대장 내시경, 내시경, 카테테르, 또는 다른 의료 장치를 갖는 시스템 및 방법을 사용하는 것을 포함한다.
본 발명의 실시예들에 따라 결정된 장치 말단부의 P 3 을 도시하는 도 5가 참조된다. 압력 P1 및 P2는 대장 내시경의 말단부의 각 위치에서 검출되었다. 대장 내시경은 PCT 공개공보 WO 05/065044에 기술되어 있는 바와 같이, 압력 P1 및 P2는 전술한 기술을 사용하여 검출되었다. 실험은 피스톤 헤드가 인체 루멘의 시뮬레이티드된 환경에 있는 동안에 행해졌다. 상기 피스톤 헤드는 PerspexT 튜브를 통과해 전진했으며, 압력 센서는 피스톤 헤드 내부에 위치하여 피스톤 헤드의 실제 압력을 결정했다. 피스톤 헤드에 제공된 통로의 길이는 2.5 m였으며, 그 지름은 1.2 mm였다. 저항기 튜브가 통로의 인접 단부에 추가되었으며, 상기 저항기 튜브는 2 m의 길이와 1.8 mm의 지름을 갖는다. 제 1 및 제 2 압력 센서들이 저항기 튜브의 인접 단부 및 말단 단부에 위치한다. P1 및 P2는 다수의 상이한 유속으로 피스톤 헤드에 유체가 제공되는 동안에 측정되었다. 나아가, 대장 내시경의 피스톤 헤드의 압력 P 3 은 각 유속에 대해 P 3 -측정된을 주도록, 피스톤 헤드 내부에 배치된 압력 센서를 사용하여 측정되었다.
나아가, 대장 내시경의 피스톤 헤드의 압력 P 3 은 전술한 선형 방정식 1을 사용하여 LP 3 - est을 주도록 추정되었다.
여기서 교정 지수 a 및 b는 (P 2 -P 3 -측정된) 대 (P 1 -P 2 ) 그래프의 기울기 및 y-절편을 결정함으로써 결정되었다.
도 5는 피스톤 헤드 내의 유체의 다음과 같은 데이터 세트 대 유속 (분당 리터) 의 플롯을 도시한다:
P1: 검출된 압력 P1;
P2: 검출된 압력 P2;
P12: (P1-P2);
P3-측정된: 피스톤 헤드 내부에서 압력 검출기에 의해 측정된 것으로서 P3;
P23: (P2 -P3-측정된);
LP3-est: 식 1을 사용하여 추정된 것으로서 P3;
LP3-est error: 측정된 (P3-측정된) 것으로서의 P3와 식 1을 사용하여 추정된 것으로서의 P3 간의 차, 즉 LP3-est와 연관된 에러.
도 5에 도시된 것처럼, LP3-est는 P3-측정된에 상당히 인접하며, 추정 에러는 (LP3-est error) 보통 0에 가깝다.
본 발명의 대안 실시예에 따라 결정된 장치 말단부에서의 압력 P 3 을 도시하는 도 6이 참조된다. 도 6의 그래프를 위해 측정된 데이터들은 도 5의 그래프를 위해 측정된 데이터와 동일하다. 측정된 데이터들은 데이터 세트 NLP 3 - est를 제공하기 위해 처리되었다. 대장 내시경의 피스톤 헤드 내부의 압력이 전술된 비선형 방정식 2 사용하고 측정된 압력 P 1 및 P 2 를 사용하여 NLP 3 - est를 주도록 추정되었다.
도 6은 대장 내시경의 피스톤 헤드 내부에 배치된 압력 센서에 의해 측정된 압력 (P 3 -측정된)과 식 2를 이용하여 추정된 P 3 간의 차이인 에러 NLP 3 - est 에러 데이터 세트, 즉 NLP 3 - est와 연관된 에러도 포함한다.
도 6에 도시된 것과 같이, NLP 3 - est는 P 3 - 측정된과 매우 인접하여, 따라서 NLP 3 -est이 0에 매우 인접하게 된다.
본 발명의 각 실시예들에 따라 도 5 및 6을 참조하여 설명된 실험에서 추정된 ㅇ아압력 P 3 와 연관된 에러를 도시하는 그래프인 도 7이 이제 참조된다. 도 7은 측정된 피스톤 헤드 압력 P 3 - 측정된에 대해 플로팅된 데이터 세트 LP 3 - est 및 NLP 3 - est와 연관된 에러 (mb로)를 도시한다. 특히 낮은 피스톤 헤드 압력에서, 비선형 방정식 2를 사용하여 추정된 P 3 가 선형 방정식 1을 사용하여 추정된 추정 압력 보다 낮다는 것이 관찰될 수 있다. 나아가, P 3 의 선형 및 비선형 추정을 위한 R 2 가 평가되었다. P 3 의 선형 추정에 대해서는 R 2 가 0.9942이며, 비선형 추정에 대해서는 0.9989 였는데, 이것은 비선형 모델이 P 3 의 추정을 위해 보다 정확한 모델이라는 것을 나타낸다.
그럼에도 불구하고, 선형 모델이 피스톤 헤드 압력 P 3 의 합리적 추정을 제공한다. 장치 (20)의 동작에서, P 3 는 시스템이 완전히 선형적으로 동작하거나 선형 방정식을 사용한 P 3 추정에 의한 정확성이 충분한 경우에, 선형 방정식을 사용하여 추정된다.
몇몇 실시예에서, 주어진 의료 장치의 제조 후에, 압력 P1, P2가 주어진 장치를 위해 압력 센서 (40, 42)를 사용하여 재측정된다. 또한, 장치 말단부에서의 압력 P 3 이 압력 센서를 사용하여 측정된다. 측정된 값 P1, P2 및 P3에 기초하여, 주어진 장치를 위한 하나 이상의 교정 지수들 (예컨대, 식 1 및 식 2의 교정 지수들 a, b, c, d 및/또는 e)이 결정된다. 그 후, 만일 장치의 말단부가 대상 인체 안으로 삽입되면, 제어 유닛 (25)은 전술한 기술에 따라, 검출된 압력 P1, P2에 기초하여 P 3 를 결정하도록 결정된 교정 인자 값을 사용한다.
몇몇 실시예에서, 교정 단계 중에, 튜브 (43)의 저항이 측정되며, 튜브의 저항 대 장치 (20)의 다른 부분의 저항의 비가 결정된다. 장치의 다른 부분은 예컨대제 2 통로(34)와 결합된 센서 (42) 말단의 도관 (48)이다 . 이어서, 장치의 말단부가 대상 인체 안으로 삽입되면, 제어 유닛 (25)은 전술한 기술에 따라, 검출된 압력 P 1 , P 2 에 기초하여 압력 P 3 을 결정하도록 결정된 비를 사용한다.
본 발명의 일 실시예에 따라 측정 및 추정된, 장치 말단부에서의 압력을 도시하는 그래프인 도 8-9가 참조된다. 특히, 도 9에 도시된 그래프는 도 8의 그래프의 R 1 영역의 확대이다. 도 5를 참조하여 설명된 프로토콜에 따라 실험이 행해졌다. 피스톤 헤드의 압력 P 3 은 검출된 압력 P 1 , P 2 에 기초하여 비선형 모델을 사용하여 측정 및 추정되었다. 일반적으로, 추정된 P 3 를 보여주는 커브가 측정된 P 3 를 보여주는 커브와 매우 인접하게 가는데, 이것은 이 명세서에 기재된 P 3 를 추정하는 방법이 정확하다는 것을 보여준다. 특히, 도 9 및 도 8의 R1을 참조하면, 결과들이 피스톤 헤드의 압력이 빠르게 (예를 들어, 도시된 것처럼 약 2 Hz의 주파수로 변할 때) 변해도 P 3 가 이 명세서에 설명된 기술을 사용하여 매우 정확하게 추정될 수 있다는 것을 보여준다.
기술분야 당업자라면 본 발명이 앞에 도시 및 설명된 것에 제한되지 않는다는 것을 알 것이다. 본 발명의 범위는 전술한 특징들의 결합 또는 하부 결합 (subcombination) 양자 및 종래 기술에는 없는 변형 및 수정을 포함하는데, 이것은 전술한 상세한 설명을 읽으면 기술 분야 당업자들에게 자명할 것이다.

Claims (42)

  1. 대상 인체와 함께 사용되기 위한 모니터링 시스템으로서, 상기 시스템은
    상기 대상 인체 내부에 위치하도록 구성된 부분을 갖는 의료 장치로서, 의료 장치의 상기 부분은 유압에 의해 인체 루멘 (lumen)을 통과하여 나아가도록 구성된, 의료 장치;
    상기 대상 인체 외부의 2개의 상이한 이격 위치에서 대상 인체로부터 원격으로 수용되며, 상기 2개의 이격된 원격 위치에서 압력을 검출하도록 구성되고 동작하는 적어도 2개의 압력 센서를 포함하며,
    상기 적어도 2개의 압력 센서는 상기 대상 인체 내부의 적어도 하나의 사이트 (site)와 유체 연통하며, 이에 의해 상기 적어도 하나의 사이트에서의 압력과 상기 2개의 이격된 원격 위치에서의 압력 간의 관계가 상기 적어도 하나의 사이트에서의 유압을 나타내는, 모니터링 시스템.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 적어도 하나의 사이트에서의 유압을 모니터 (monitor) 및 조절하는 제어 유닛을 포함하며,
    상기 제어 유닛은 상기 적어도 하나의 사이트에서의 압력과 상기 2개의 이격된 원격 위치에서의 압력 간의 관계를 정의하는 적어도 하나의 모델을 사용하여, 상기 적어도 하나의 사이트에서의 압력 레벨을 나타내는 출력 데이터를 생성하도록 구성되고 동작하는, 모니터링 시스템.
  3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 모델은 상기 적어도 2개의 압력 센서들을 연결하는 상기 유체 연통 (communication) 내부의 경로에 의해 정의되는 저항기에 걸친 압력 강하 간의 관계를 사용하는, 모니터링 시스템.
  4. 제 1항 내지 제 3항 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 적어도 2개의 압력 센서 간을 연결하는 적어도 하나의 관형 부재를 포함하며,
    상기 관형 부재는 흐름 저항기 (flow resistor)로 구성되고 동작하며, 상기 적어도 2개의 압력 센서들은 상기 저항기에 걸친 압력 강하를 측정하는, 모니터링 시스템.
  5. 제 4항에 있어서, 상기 관계는 상기 적어도 하나의 관형 부재를 고려한 다항 식을 포함하는 수학 함수에 기반을 두는, 모니터링 시스템.
  6. 제 1항 내지 제 5항 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 의료 장치는 일회용인, 모니터링 시스템.
  7. 제 1항 내지 제 5항 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 의료 장치는 2 부분 (two-part)의 장치로 구성되고, 상기 2 부분이 상호 부착 가능하여 (attachable), 이에 의해 대상 인체 내부에 위치하는 상기 부분을 포함하는 장치 부분을 사용 후 버릴 수 있는 (disposable), 모니터링 시스템.
  8. 제 2항 내지 제 7항 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 제어 유닛은 외부 워크 스테이션 (workstation)에 통합되는, 모니터링 시스템.
  9. 제 8항에 있어서, 상기 워크 스테이션은 상기 장치의 상기 부분과 유체 연통되는 하나 이상의 유압 소스를 포함하는, 모니터링 시스템.
  10. 제 9항에 있어서, 상기 하나 이상의 유압 소스는 미리 정해진 압력에서 상기 적어도 하나의 사이트를 팽창시키도록 구성되고 동작하는, 모니터링 시스템.
  11. 제 9항 또는 제 10항에 있어서, 상기 의료 장치는 적어도 일부가 인체 루멘 내부로 삽입 가능한 가이드 부재를 포함하며, 상기 가이드 부재는 유압 소스에 연결되는 제 1 통로 및 상기 가이드 부재와 유체 연통되는 적어도 하나의 팽창 가능한 벌룬 (baloon)을 포함하는, 모니터링 시스템.
  12. 제 11항에 있어서, 상기 의료 장치는 팽창 가능한 벌룬 및 상기 가이드 부재와 유체 연통되는 상기 팽창 가능한 벌룬으로부터 이격된 보조 팽창 가능한 벌룬을 포함하며,
    상기 시스템은 대상 인체 외부의 2개의 상이한 이격된 보조 위치들에 수용되며, 상기 2개의 이격된 원격 보조 위치들에서 압력을 검출하도록 구성되고 동작하는 추가의 한쌍의 압력 센서를 포함하고, 이에 의해, 상기 보조 팽창 가능한 벌룬에서의 압력과 2개의 이격된 원격 보조 위치에서의 압력 간의 추가 관계가 보조 팽창 가능한 벌룬에서의 유압을 나타내는, 모니터링 시스템.
  13. 제 11항에 있어서, 상기 팽창 가능한 벌룬 및 상기 보조 팽창 가능한 벌룬은 적어도 하나의 피스톤 헤드를 포함하는, 모니터링 시스템.
  14. 제 9항 내지 제 13항 중의 어느 한 항에 있어서, 적어도 하나의 유압 소스가 출력 데이터에 반응하여 상기 장치 내의 압력을 조절하도록 구성되는, 모니터링 시스템.
  15. 제 1항 내지 제 14항 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 장치는 대상의 위장 (GI) 관 (tract) 루멘 내부에 위치하도록 구성되는, 모니터링 시스템.
  16. 제 15항에 있어서, 상기 장치는 GI 관 루멘의 벽과 압력 밀봉을 형성하고 유지하기 위해 팽창하도록 구성된 피스톤 헤드를 포함하며, 상기 피스톤 헤드는 그 외부면에 가해지는 유압 소스로부터의 유압에 반응하여 GI 관 루멘을 통해 말단으로 (distally) 진행하도록 구성되는, 모니터링 시스템.
  17. 제 11항 내지 제 16항 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 사이트는 인체 루멘을 통해 상기 의료 장치가 나아가도록 구성 및 동작하는 적어도 하나의 팽창 가능한 벌룬, 인체 루멘을 통해 상기 의료 장치가 나아가도록 하는 피스톤 헤드 중 적어도 하나를 포함하는, 모니터링 시스템.
  18. 제 1항 내지 제 17항 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 사이트는 인체 루멘의 일부를 포함하는, 모니터링 시스템.
  19. 제 9항 내지 제 18항 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 제어 유닛은 상기 유압 소스과 상기 장치 간의 유체의 2개의 상이한 방향에 기초하는 2개의 상이한 모델 사이에서 스위치 (switch) 하도록 구성되는, 모니터링 시스템.
  20. 제 4항 내지 제 19항 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 제어 유닛은 유체 흐름에 대한 말단 유로의 저항과 유체 흐름에 대한 관형 부재의 저항 사이의 비에 기초한 모델을 사용하여, 상기 장치 말단부에서의 압력을 나타내는 출력 데이터를 생성하도록 구성되는, 모니터링 장치.
  21. 제 9항 내지 제 20항에 있어서, 상기 장치는 통로 (pssageway)의 말단 단부를 포함하며, 상기 통로는 유체를 상기 유압 소스로부터 인체 루멘 내부로 운반하도록 구성된, 모니터링 시스템.
  22. 대상 인체 내부에서 적용 가능한 의료 장치의 동작을 모니터하는데 사용되는 방법에 있어서, 상기 방법은
    대상 인체 외부의 2개의 상이한 원격의 이격된 위치 및 대상 인체 내부의 적어도 하나의 사이트 간에 유체 연통을 제공하는 단계;
    상기 2개의 상이한 원격의 이격된 위치에서 압력을 검출하는 단계; 및
    상기 원격 위치에서 검출된 압력을 분석하여, 상기 적어도 하나의 사이트에서의 압력 레벨을 나타내는 그들 간의 관계를 결정하고, 상기 적어도 2개의 위치로부터 떨어진 상기 적어도 하나의 사이트에서의 압력 레벨을 나타내는 출력 데이터를 생성하는 단계를 포함하는, 방법.
  23. 제 22항에 있어서, 압력 레벨을 나타내는 출력 데이터를 생성하는 단계는 상기 적어도 하나의 사이트에서의 압력과 상기 2개의 이격된 원격 위치에서 검출된 압력 간의 관계를 정의하는 적어도 하나의 모델을 사용하는 것을 포함하는, 방법.
  24. 제 22항 또는 제 23항에 있어서, 상기 관계는 상기 적어도 하나의 관형 부재를 고려한 다항식을 포함하는 수학 함수에 기반을 두는, 방법.
  25. 제 22항 내지 제 24항 중의 어느 한 항에 있어서, 미리 정해진 압력에서 적어도 하나의 사이트를 팽창시키는 단계를 포함하는, 방법.
  26. 제 22항 내지 제 25항 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 장치를 통해서 층류 또는 난류 유체 흐름이 있는지를 확인하는 단계를 포함하는, 방법.
  27. 제 22항 내지 제 26항 중의 어느 한 항에 있어서, 압력 레벨을 나타내는 출력 데이터를 생성하는 단계는 상기 2개의 원격의 이격된 위치에서의 검출된 압력 간의 산술적 차에 대하여 선형 또는 비선형으로 변하는 값을 생성하는 단계를 포함하는, 방법.
  28. 제 22항 내지 제 27항 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 2개의 원격 위치 간의 압력 강하를 제공하는 단계를 더 포함하는, 방법.
  29. 제 28항에 있어서, 상기 압력 강하를 제공하는 단계는 상기 2개의 원격 위치 간에 관형 부재를 위치시키는 단계를 포함하는, 방법.
  30. 제 22항 내지 제 29항 중의 어느 한 항에 있어서, 출력 데이터를 생성하는 단계는 장치가 배치되는 대상 인체 부분의 압력을 나타내는 출력 데이터를 생성하는 단계를 포함하는, 방법.
  31. 제 30항에 있어서, 상기 대상 인체의 부분은 대상의 결장 (colon)을 포함하는, 방법.
  32. 제 22항 내지 제 31항 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 장치 내부의 압력을 조절하는 단계를 더 포함하는, 방법.
  33. 제 32항에 있어서, 상기 장치 내부의 압력을 조절하는 단계는 출력 데이터에 반응하여 압력을 조절하는 단계를 포함하는, 방법.
  34. 제 23항 내지 제 33항 중의 어느 한 항에 있어서, 출력 데이터를 생성하는 단계는 유체가 유압 소스와 장치 간의 각각의 2개의 상이한 방향으로 움직이는 동안에, 상기 2개의 원격 위치에서 검출된 압력들의 각 관계에 상기 장치 내의 압력을 관련 시키는 2개의 상이한 모델을 사용하는 단계를 포함하는, 방법.
  35. 제 34항에 있어서, 출력 데이터를 생성하는 단계는 유체 흐름의 방향을 결정하는 단계 및 이에 따라 출력 데이터를 생성하기 위해 사용되는 모델을 변경하는 단계를 포함하는, 방법.
  36. 제 22항 내지 제 35항 중의 어느 한 항에 있어서, 장치 내부의 압력을 나타내는 출력 데이터를 생성하는 단계는 상기 2개의 원격 위치에서 검출된 압력들 간의 산술적 차이의 제곱에 따라 변하는 값을 생성하는 단계를 포함하는, 방법.
  37. 제 22항 내지 제 36항 중의 어느 한 항에 있어서, 장치를 대상 인체 내부에 위치시키는 단계는 장치의 말단부를 상기 대상의 위장 (GI) 관 (tract) 루멘 내부에 위치시키는 단계를 포함하는, 방법.
  38. 제 37항에 있어서, 상기 장치의 말단부는 피스톤 헤드를 포함하며, 장치의 말단부를 상기 대상의 위장 (GI) 관 (tract) 루멘 내부에 위치시키는 단계는:
    GI 관 루멘의 벽과 압력 밀봉을 형성하여 유지하도록 피스톤 헤드를 팽창시키는 단계 및
    상기 피스톤 헤드의 외부 표면에 유압 소스로부터의 유압을 인가하여 GI 관을 통해 피스톤 헤드를 말단으로 (distally) 진행시키는 단계를 포함하는, 방법.
  39. 제 24항 내지 제 38항 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 출력 데이터를 생성하는 단계는 유체 흐름에 대한 말단 유로의 저항과 유체 흐름에 대한 관형 부재의 저항 사이의 비에 기초한 모델을 사용하는 단계를 포함하며,
    상기 말단 유체 경로는 제 2 위치로부터 상기 장치의 말단부까지 연장되는 장치의 부분으로 정의되는, 방법.
  40. 제 31항 내지 제 39항 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 장치는 대상의 결장 내부로 유체를 운반하도록 구성된 통로의 말단부를 포함하며, 장치의 말단부를 대상의 GI 관 루멘 내부에 위치시키는 단계는 통로의 말단부를 대상의 결장의 내부에 위치시키는 단계 및 유체를 대상의 결장 내부로 운반하는 단계를 포함하는, 방법.
  41. 제 38항 내지 제 40항 중의 어느 한 항에 있어서, 유압 소스와 피스톤 헤드 간을 연결하는 도관을 밀봉하여 유압 소스로부터 피스톤 헤드로의 유체의 흐름을 방지하여, 복강 내 압력 레벨의 측정을 가능하게 하는 단계를 포함하는, 방법.
  42. 제 41항에 있어서, 대상의 결장 내부의 피스톤 헤드를 일부 수축시켜 복강 내 압력 레벨 측정의 정확성을 증가시키는 단계를 포함하는, 방법.
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