KR20130018801A - 의료 탐침용 삽입 여부 검출기 - Google Patents

의료 탐침용 삽입 여부 검출기 Download PDF

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Abstract

본 발명은 환자의 체강에 대한 의료용 탐침의 위치를 감시하기 위한 삽입 여부 검출기에 관한 것으로서, 탐침에는 환자의 예정된 신체 특성에 반응하는 근접 센서가 장착되어 있다. 근접 센서는 광 방출기와 광 검출기를 포함할 수도 있다. 의료용 탐침이 체강으로 삽입되면, 환자의 피부에 의한 광 반사 또는 체강의 벽부에 의한 광 차단 효과로 인해 광 방출기와 광 검출기 사이의 광 플럭스가 변한다. 체강 내로 탐침이 삽입되지 않거나 부분적으로 삽입됨으로 인해 발생하는 오차를 보정하기 위하여 체강으로부터 측정된 온도를 조정하도록 근접 센서로부터의 응답 값이 사용될 수도 있다.

Description

의료 탐침용 삽입 여부 검출기{INSERTION DETECTOR FOR A MEDICAL PROBE}
본 출원은 전체 내용이 본 발명에 참조로써 인용되고 있는 2010년 4월 5일자로 출원된 미국 특허 가출원 제 61/341,715 호를 우선권 주장하고 있다.
본 발명은 개괄적으로 말하자면, 환자와 상당히 인접하여 배치되거나 접촉하도록 배치되는 탐침을 사용하는 의료 장치에 관한 것이다. 보다 구체적으로 설명하자면, 본 발명의 실시예는 체강으로의 탐침의 삽입을 검출하기 위한 장치에 관한 것이다.
일반적인 체강용 의료 탐침이 생명 징후 측정 또는 치료 제공 목적으로 환자의 체강에 삽입될 수도 있다. 의료용 귀 체온계와 같은, 상당히 다양한 유형의 일반적인 체강용 탐침이 마련되어 있다. 일반적인 체강용 탐침은 의도한 의학적 측정 또는 절차를 수행하기 위한 기능성 모듈을 포함할 수도 있다. 의료용 귀 체온계의 경우, 기능성 모듈은 적외선(IR) 온도 센서일 수도 있다.
대상물, 특히, 인간이나 동물과 같은 생명체의 온도는 열 전도 또는 열 복사 방법에 의해 측정될 수 있다. 열 전도 방법에서는, 온도 감지 탐침이 생명체의 표면과 물리적으로 접촉하게 된다. 열 복사 방법에서는, 온도 감지 탐침이 생명체의 표면에 근접하여 배치되어, 예를 들어, 체강의 개방 공간 내부의 관심 영역을 향해 배향된다. 대상물의 표면 온도를 지시하는 신호를 출력하는 적절한 센서에 의해 중적외선 및 원적외선 스펙트럼 범위의 자연 발생 전자기 복사의 검출이 이루어진다. 전술한 열 전도 및 열 복사 측정 방법의 경우, 온도 센서는 의료용 탐침의 내부에 배치되거나 의료용 탐침에 결합된다.
예를 들어, 구강 또는 직장과의 접촉을 통해 작동되는 의료용 체온계는, 예를 들어, 위생상 탐침 커버와 같은 탐침 커버를 사용할 수도 있다. 열 에너지(즉, 열)가 열 전도 방식으로 탐침 커버를 통과하여 전달됨에 따라, 열 센서를 덮고 있는 탐침 커버 재료의 적어도 일부는 높은 열 에너지 투과성을 갖추어야만 한다. 접촉식 체온계용의 다양한 통상적인 탐침 커버가, 예를 들어, 전체 내용이 본 명세서에 참조로써 인용되고 있는 클러지(Kluge)에게 허여된 미국 특허 출원 제 4,159,766 호에 설명되어 있다.
복사 방식으로 작동되는 의료용 체온계의 경우에도, 환자의 신체와의 접촉 가능성이 여전히 존재하므로, 탐침 커버를 사용할 수도 있다. 예를 들어, 귀 도관 내부의 고막과 주변 조직의 온도를 측정하는 경우, 탐침이 귀 도관 체강 내로 삽입되어 귀 도관 벽과 접촉할 수도 있다. 삽입 전에, 탐침 커버가 탐침 상에 설치되어 탐침 커버가 없을 경우 환자의 피부와 접촉할 수도 있는 탐침의 일부 부분을 감싸도록 사용될 수도 있다. 이러한 커버는 귀지 및 그외 다른 오염성 생물학적 화합물로 인한 탐침의 오염을 위생적으로 방지할 수 있으며, 적외선 신호 검출에 의한 정확한 온도 측정을 촉진하는 특성이 있다. 이러한 특성에는 적어도 관심 스펙트럼 범위에서의 탐침 커버 전방부의 양호한 투광성, 광선의 낮은 방향 왜곡도, 상당히 좁은 범위의 제조 허용 오차, 탐침 상에 설치되는 동안의 광학적 특성의 안정성, 장기간 저장 시의 안정성 등이 포함된다. IR 체온계용 탐침 커버에 대해서는 전체 내용이 본 발명에 참조로써 인용되고 있는 하웨(Howe) 등에게 허여된 미국 특허 출원 제 5,088,834 호 및 프라덴(Fraden) 등에게 허여된 미국 특허 출원 제 5,163,418 호에 예시되어 있다.
탐침 커버는 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 및 이들의 공중합체와 같은 하나 이상의 성분을 포함할 수도 있다. 탐침 커버는 또한, 가시광에서부터 원적외선에 이르는 광범위한 스펙트럼 범위에 걸쳐 전자기 에너지의 흡수율이 비교적 낮은 재료를 포함할 수도 있다.
도 1은, 체강 내로 삽입되도록 되어 있는 탐침을 구비한 의료 장치의 일 예로서, 당 업계에 공지되어 있는 카즈 인코포레이티드(Kaz, Inc.)에 의해 생산되고 있는 적외선 귀 체온계 모델명 "브라운 4000(Braun 4000)"을 도시한 사시도이다. 도 1에 도시된 일 예의 체온계의 몸체(1)에는 표시부(2), 전원 버튼(3), 탐침(7), 탐침 커버 감지 스위치(8), 그리고 탐침 커버 분사 링(5)이 마련되어 있다. 온도를 측정하기 전에, 재사용 가능한 또는 일회용 탐침 커버(6)가 방향(12)으로 이동되어 탐침(7)의 위에 배치된다. 탐침 커버에는 스커트(9)와 홈(10)이 형성되어 있다. 탐침(7) 상에 설치되면, 홈(10)이 탐침(7)의 일부를 구성하는 오프셋(offset)(11)과 정합된다. 이러한 결합을 통해 사용 중에 탐침 커버(6)가 탐침(7) 상에 유지된다. 스커트(9)가 스위치(8)를 작동시켜 내부 전자 회로로 전송되는 신호를 발생시킴으로써 탐침 커버가 정확하게 설치되었음을 표시할 수 있다. 스위치(8)에 의한 탐침 커버의 검출이 이루어지지 않는 경우, 내부 회로가 조작자에게 경고 알람을 전송할 수도 있으며, 또는 판독 오류를 방지하기 위해 체온계가 작동하지 못하도록 할 수도 있다.
의료용 탐침이 탐침 커버와 함께 또는 탐침 커버 없이 사용되는 경우, 환자의 신체 표면에 대한 탐침의 근접도를 검출하는 것이 바람직할 수도 있으며, 또는 귀 도관과 같은 체강 내로의 탐침의 삽입을 검출하는 것이 바람직할 수도 있다. 공지된 바와 같은 기술은 그러나 지금까지의 어떠한 의료용 체온계도 귀 도관에 대한 탐침의 상대 위치를 검출할 수 있는 능력을 갖추고 있지 않다는 단점이 있다. 따라서, 이러한 근접도 측정 능력의 제공이 요구되고 있다.
본 발명의 실시예는 개괄적으로, 생명체의 표면에 대한 의료용 탐침(예를 들어, 체온계)의 근접도 검출을 위한 장치 및 방법에 관한 것이다. 이러한 실시예는 검출된 근접도를 고려함으로써 탐침 커버의 존재 유무와 상관없이 정확한 측정을 제공하여야 한다.
따라서, 아래의 설명으로부터 분명하게 알 수 있는 바와 같이, 본 발명의 실시예는 탐침 상에 설치된 탐침 커버의 검출을 위한 방법 또는 장치와; 의료용 탐침과 환자의 신체 표면 사이의 근접도를 검출하기 위한 방법 또는 장치; 또는 환자의 체강 내로의 의료용 탐침의 삽입을 검출하기 위한 방법 또는 장치 중 하나 이상을 포함한다.
본 발명의 하나 이상의 실시예는 환자의 체강에 삽입하기 위한 의료용 탐침을 제공하며, 의료용 탐침은 측방향으로 종축선을 제한하며 내부 공간을 둘러싸고 기단부와 말단부를 갖춘 측벽을 구비하는 탐침 몸체를 포함한다. 선택적으로, 말단부는 기단부에 대해 테이퍼질 수도 있다. 의료용 탐침은 환자의 체강 조건과 관련된 신호를 제공하도록 상기 탐침에 결합되는 센서, 그리고 상기 탐침에 결합되며 체강 내로의 탐침의 삽입 여부를 나타내는 신호를 제공하도록 구성되는 근접 센서를 추가로 포함한다. 일부 실시예에 있어서, 상기 센서는 기능성 센서 또는 온도 센서를 포함할 수도 있으며, 및/또는 측벽은 귀 도관 내로 삽입되도록 구성되어 있는 세장형일 수도 있다.
선택적으로, 의료용 탐침은 근접 센서가 광학 송신기와 광학 수신기를 포함하여, 의료용 탐침이 체강 내로 삽입되도록 배치되는 경우, 광학 송신기가 체강의 가장자리를 포함하는 체강의 개구를 향해 광학 신호를 송신하도록 배치되며 광학 수신기가 광학 송신기로부터의 광학 신호를 수신하도록 배치되도록 설계될 수도 있다. 광학 송신기는 체강 개구의 제 1 위치를 향해 광학 신호를 송신하도록 배치될 수도 있으며, 광학 수신기는 체강 개구의 제 2 위치로부터 광학 신호를 수신하도록 배치될 수도 있다.
본 명세서 전체에 걸쳐 사용되고 있는 바와 같이, 적어도 근접 센서와 관련된 신호의 경우, 체강으로의 또는 체강으로부터의 신호는 체강의 벽 부분 및/또는 가장자리 부분을 포함하는 체강에 인접한 환자의 신체 부분으로의 또는 해당 신체 부분으로부터의 신호를 포함할 수도 있다.
선택적으로, 송신기는 제 1 광학 축선을 구비할 수도 있으며, 광학 수신기는 제 2 광학 축선을 구비할 수도 있다.
다른 실시예에 있어서, 근접 센서는 상기 내부 공간 내부에 배치되는 수신용 광 가이드를 추가로 포함할 수도 있으며, 상기 수신용 광 가이드는 상기 측벽의 말단부에 결합되며 말단부를 통해 돌출되는 제 1 단부 그리고 상기 광학 수신기에 결합되는 제 2 단부를 구비한다. 선택적으로, 수신용 광 가이드는 측벽의 기단부에서 멀어지는 방향을 향하는 소정의 각도로 측벽의 말단부를 통해 돌출될 수도 있다.
다른 실시예에 있어서, 근접 센서는 상기 내부 공간 내부에 배치되는 송신용 광 가이드를 추가로 포함하며, 상기 송신용 광 가이드는 상기 측벽의 말단부에 결합되며 말단부를 통해 돌출되는 제 1 단부 그리고 상기 광학 송신기에 결합되는 제 2 단부를 구비한다. 선택적으로, 송신용 광 가이드는 측벽의 기단부에서 멀어지는 방향을 향하는 소정의 각도로 측벽의 말단부를 통해 돌출될 수도 있다.
선택적으로, 근접 센서는 측벽을 통해 돌출되는 반투명 옵토 커플러를 포함할 수도 있으며, 옵토 커플러는 상기 내부 공간 내부에 배치되며 광 방출기와 광 검출기에 광학적으로 결합되는 제 1 측면을 포함하며, 그리고 옵토 커플러는 상기 내부 공간 외부에 배치되며 탐침의 벽부를 통해 돌출되는 제 2 측면을 추가로 포함한다.
일부 실시예에 있어서, 의료용 탐침은 센서와 근접 센서에 결합되는 전자 회로를 추가로 포함할 수도 있으며, 전자 회로는 프로세서, 그리고 프로세서에 결합되며 소프트웨어를 저장하는 메모리를 포함하여, 소프트웨어가 프로세서에 의해 실행되는 경우 센서와 근접 센서로부터의 신호를 처리하기 위하여 알고리즘을 실행하도록 구성된다. 전자 회로는 프로세서에 결합되며 알고리즘의 결과를 출력하도록 구성되는 출력 장치를 추가로 포함할 수도 있다.
의료용 탐침은 전자 회로에 전기적으로 결합되며 내부 공간의 외부에 배치되는 주위 온도 센서를 추가로 포함할 수도 있어, 소프트웨어가 프로세서에 의해 실행되는 경우 또한, 센서와 근접 센서 그리고 주위 온도 센서로부터의 신호를 처리하기 위하여 알고리즘을 실행하도록 구성된다.
하나 이상의 실시예에 있어서, 의료용 탐침은 송신용 광 가이드와 수신용 광 가이드 중 적어도 하나가 플라스틱 광 섬유를 포함하도록 설계될 수도 있다. 대안으로서, 송신용 광 가이드와 수신용 광 가이드 중 적어도 하나는 유리 로드(glass rod) 또는 폴리카보네이트 로드를 포함한다. 선택적으로, 송신용 광 가이드와 수신용 광 가이드 중 적어도 하나는 코팅 재료로 코팅된 로드를 포함할 수도 있으며, 코팅 재료의 굴절률은 로드의 굴절률보다 낮다. 선택적으로, 송신용 광 가이드와 수신용 광 가이드 중 적어도 하나의 제 1 단부는 렌징 전구(lensing bulb)를 포함할 수도 있다. 선택적으로, 광학 배리어가 광학 송신기와 광학 수신기의 사이의 내부 공간에 배치될 수도 있다. 선택적으로, 광학 수신기는 내부 공간에 배치된다.
본 발명의 하나 이상의 실시예에 있어서, 근접 센서는 초음파 신호를 사용하여 작동할 수도 있다.
본 발명의 하나 이상의 실시예는 환자의 체강에 삽입하기 위한 의료용 탐침의 삽입을 검출하기 위한 방법으로서, 체강의 가장자리 부분을 향해 송신기로부터 신호를 송신하는 단계와, 수신기에서 체강의 가장자리 부분으로부터 복귀 신호를 수신하는 단계, 그리고 세기 하락에 대하여 복귀 신호의 플럭스를 감시하는 단계를 포함하여, 의료용 탐침이 체강 내로 삽입되면 송신기로부터 수신기까지의 경로가 차단되어 의료용 탐침이 체강 내로 삽입되는 경우 복귀 신호의 플럭스가 감소한다.
다른 실시예에 있어서, 종축선을 구비하며 종축선을 따라 환자의 체강 내로의 의료용 탐침의 삽입을 검출하기 위한 방법은 종축선과 실질적으로 수직 방향의 제 1 방향을 따라 신호를 송신하는 단계와, 제 1 방향과 실질적으로 평행한 제 2 방향으로부터 복귀 신호를 수신하는 단계, 그리고 세기 증가에 대하여 복귀 신호의 플럭스를 감시하는 단계를 포함하여, 복귀 신호의 플럭스가 의료용 탐침이 체강 내로 삽입되면 소정의 한계치를 초과하여 세기가 증가한다.
다른 실시예에 있어서, 생명체의 체강의 온도를 표시하기 위한 방법은 온도 센서를 사용하여 체강의 기저 온도를 측정하는 단계와, 체강에 대한 온도 센서의 근접도를 측정하는 단계와, 온도 센서에 인접한 영역에서 주위 온도를 측정하는 단계와, 기저 온도, 근접도 및 주위 온도의 소정의 기능에 따라 체강의 계산된 온도를 컴퓨팅하는 단계, 그리고 계산된 온도를 표시하는 단계를 포함한다.
선택적으로, 방법은 탐침 커버의 존재 유무를 검출하는 단계와, 이에 따라 계산된 온도를 조절하는 단계를 추가로 포함한다.
본 발명에 따르면, 환자의 귀 도관에 대한 의료용 탐침의 근접도를 검출함으로써 탐침 커버의 설치 여부와 상관없이 환자의 체온을 정확하게 측정할 수 있다.
도 1은 종래 기술에 공지된 바와 같은 귀 체온계를 도시한 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른, 탐침이 체강 내로 삽입되지 않은 상태의 광학 근접 센서를 구비한 탐침을 도시한 단면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른, 탐침이 체강 내로 삽입된 상태의 근접 센서를 구비한 탐침을 도시한 단면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른, 하나의 광 전도성 로드를 구비한 탐침을 도시한 단면도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른, 두 개의 광 전도성 로드를 구비한 탐침을 도시한 단면도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른, 귀 도관 피부로부터 이격 배치된 탐침 커버 벽부를 도시한 단면도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른, 귀 도관 벽부에 의한 탐침 커버 가압 효과를 도시한 단면도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른, 광 검출기에서의 광 플럭스를 도시한 타이밍도이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른, 단일 모드 광 파이프를 구비한 탐침을 도시한 단면이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른, 이중 모드 광 파이프를 구비한 탐침을 도시한 단면도이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른, IR 체온계을 간략하게 도시한 블록도이다.
본 발명의 그외 다른 목적 및 장점이 부분적으로는 본 명세서를 읽음으로써 분명하게 이해될 것이다. 이에 따라, 본 발명은 이하에 설명되는 구성에 예시되는 바와 같은 구성의 특징, 구성 요소의 조합 및 부품의 배치 뿐만 아니라 본 명세서에서 논의되고 있는 구성 방법 및 접착제 도포 방법을 포함하며, 본 발명의 범위는 특허청구범위에 나타내어진 바와 같다.
본 발명의 전술한 그리고 그외 다른 추가의 목적, 특징 및 장점이 특히, 다양한 도면에 걸쳐 동일한 도면 부호가 동일한 구성 요소를 지시하도록 사용되고 있는 첨부 도면과 함께 특정 실시예의 아래의 상세한 설명을 고려하여 분명해질 것이다.
본 발명의 실시예에 따르면, 전술한 목적을 달성하기 위한 일 방안으로서, 기능성 모듈에 결합될 수도 있는 의료용 탐침에 근접 센서가 추가된다. 기능성 모듈의 일 예로는 온도 센서(즉, 체온계)가 있다. 근접 센서는 광 방출기와 광 검출기로 이루어진 조합체일 수도 있다. 일 실시예에 있어서, 탐침이 환자의 체강에 근접한 위치에 배치되긴 하지만 체강의 외부에 배치되어 있는 상태에서는, 광 방출기와 광 검출기가 서로 광학적으로 결합된다. 그러나, 일단 탐침이 귀 도관과 같은 체강 내부로 삽입되고 나면, 상기와 같은 광학적 결합의 수정이 이루어지며 이러한 광학적 결합은 광 검출기에 의해 감지된다. 다른 실시예에 있어서, 탐침이 환자의 체강에 근접한 위치에 배치되긴 하지만 체강의 외부에 배치되어 있는 상태에서, 광 방출기와 광 검출기가 실질적으로 서로 광학적으로 결합되지 않을 수도 있다. 그러나, 탐침이 귀 도관과 같은 체강 내부로 삽입되면, 광학적 결합이 수정되어 광 검출기에 의해 감지될 수도 있다.
근접 센서로부터의 출력 신호는, 예를 들어, 온도 센서와 근접 센서를 사용하여 그리고 임의로 주위 온도 측정 방법을 사용하여 제공되는 측정값에 기초하여 산출 표시된 온도 판독 값을 조절하는 방식으로, 의료 장치의 마이크로컨트롤러에 의해 실행되는 계산 알고리즘에 의해 사용될 수도 있다. 예를 들어, 귀 도관의 내부 또는 외부에서 측정이 이루어지는 경우 온도를 나타내는 IR 신호가 상이하기 때문에, 근접 센서에 의해 감지되는 바와 같은 상이한 측정 위치를 고려하여 사용자 표시부로 전송되는 온도가 조절될 수도 있다. 대안으로서, 조작자에게 탐침 위치가 잘못되었음을 경고할 수도 있으며(예를 들어, 귀 도관 외부에 위치하는 경우), 또는 의료용 탐침이 소망하는 위치(예를 들어, 귀 도관 내부)에 배치될 때까지 온도 측정 및 표시 공정이 이루어질 수 없도록 할 수도 있다. 이러한 경고 표시 수단으로서, 등(예를 들어, 적색 LED), LCD 패널 상의 아이콘, 가청 신호(예를 들어, 비프(beep) 또는 버즈(buzz)와 같은 기계음), 진동 또는 이들의 조합이 사용될 수도 있다.
체강 내로 삽입되도록 되어 있는 일부 탐침에는 재사용 가능한 또는 일회용 탐침 커버가 마련되어 있다. 의료용 탐침의 탐침 커버는 기구와 환자 사이의 배리어(barrier)를 형성하는 위생적인 엔빌로프(envelope)의 역할을 한다. 예를 들어, 탐침 커버가 인간이나 동물의 귀 도관 내부의 온도를 측정하도록 구성되는 IR 체온계에 결합될 수도 있다. 인간이나 동물의 그외 다른 체강이나 피부 표면과 사용하기 위해 유사한 커버가 적용될 수도 있다. 일반적으로, 적외선 체온계 탐침 커버용 재료는 3㎛ 내지 15㎛의 중적외선 및 원적외선 범위에서 상당히 높은 투광성을 나타내는 중합체 그룹으로부터 선택된다. 동일한 재료가 또한, 가시광 및 근적외선 스펙트럼 범위의, 1㎛에 가까우면서 이보다 작은 파장의 광 투과성(대략 20% 내지 대략 90%) 범위를 나타낸다. 중합체의 예로는 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 및 이들의 중합체가 있다. 따라서, 설치된 탐침 커버는 광범위한 스펙트럼 범위에 걸쳐 광의 감쇠 현상을 적게 나타낸다.
도 2에는 탐침 커버(6)에 의해 덮여 있는 탐침(7)이 단면도로 도시되어 있다. 탐침(7)은 중공형으로, 다시 말해, 내부 공간을 구비한다. 탐침(7)의 중심을 관통하여 종축선(24)이 형성된다. 탐침(7)은 말단부(52)와 기단부(53)를 구비한다. 기단부(53)에 광 방출기(19)와 광 검출기(21)로 구성되는 근접 센서가 마련되어 있다. 방출기와 검출기는 근적외선 스펙트럼 범위에서 작동하는 것이 바람직하다.
도 2에는 체강(35), 특히, 귀 도관 내로 삽입될 태세를 갖춘 탐침(7)이 도시되어 있다. 방출기(19)로부터 방출된 광 빔(36)이 체강(35)의 가장자리의 일부를 구성하는 영역(37)을 향해 그리고 이에 후속하여 영역(38)을 향해 일 방향을 따라 전파된다. 광 빔(4)이 영역(37)으로부터 영역(38)을 향해 반사된 다음, 후속하여 광 빔(39)이 광 검출기(39)를 향해 반사된다. 탐침 커버(6)가 근접 센서에 의해 사용되는 광에 대해 실질적으로 투과성을 나타내는 한, 방출기(19)와 검출기(21)는 실질적인 광 강도 손실 위험 없이 스커트(9)의 후방에 배치될 수도 있다. 체강(35)으로부터 이격 배치되어 있는 탐침(7)의 위에 탐침 커버(6)가 배치된 상태에서 검출기(21)에 의해 검출되는 광의 레벨이 측정되어 전자 회로(이후 설명됨)에 기준 값으로서 저장된다. 전자 회로는 검출기(21)에 연결될 수도 있다. 탐침(7)의 삽입 과정에서 검출기(21)에 의해 검출되는 광의 강도가 기준 레벨과 비교된다. 탐침(7)이 체강(35) 내로 삽입되고 나면, 탐침(7)이 실질적으로 반사 광(4)을 차단함에 따라, 매우 적은 양의 광만이 영역(38)에 도달하게 된다. 이러한 반사 광(4)의 차단 상태가 도 3에 도시되어 있다. 결과적으로, 광 빔(39)의 강도가 변경되며, 다시 말해, 광량이 크게 감소하게 된다. 감소된 광 강도가 검출기(21)에 의해 검출되어 전자 회로로 전송되며, 전자 회로에서 저장된 기준 값과 비교가 이루어진다. 회로는 이러한 광 감소가 귀 도관 내로의 탐침의 삽입을 나타내는 것으로 해석하게 된다.
도 4에는 광학 근접 센서의 다른 실시예가 도시되어 있다. 도시된 근접 센서는 탐침(7)의 내부 공간(14)에 배치되어 광 검출기(21)에 결합되는 광 투과성 제 1 로드(17)를 포함한다. 이러한 로드(17)는 광 가이드의 기능을 수행하여, 광 검출기(21)로 안내되는 광의 손실을 감소시킬 수 있다. 탐침(7)의 말단부(20)에는 IR 센서(15)가 합체되어 있으며, 이러한 IR 센서는 전도체(16)를 통해 외부 회로에 연결되어 있다. 제 1 로드(17)의 말단부에는 탐침의 벽부(26)를 통해 돌출되는 제 1 전구(18)가 마련되어 있다. 전구는 귀 도관의 일 영역(38)으로부터 반사되는 광을 수용하게 된다. 로드(17)의 기단부는 광 검출기(21)에 광학적으로 결합되어 있다. 본 실시예에 따르면, 제 1 전구(18)와 피부 영역(38) 사이의 근접도가 증가함에 따라 개선된 소음 방지 효과를 달성할 수 있다.
제 1 로드(17)는 근접 센서의 사용 파장에서 높은 투광성을 나타내는 재료로 제조된다. 이러한 재료의 예로는 유리와 폴리카보네이트가 있다.
광학 근접 센서의 광 방출부가 또한 도 5에 도시된 바와 같이 탐침(7)의 말단부(20)를 향해 이동되는 경우, 소음 감소 및 감도의 관점에서 더 개선된 효과를 달성할 수 있다. 광 투과성 제 2 로드(40)가 탐침(7)의 내부에 배치된다. 이러한 로드(40)도 마찬가지로 광 가이드의 기능을 수행한다. 대안으로서, 로드(40)가 아닌 가요성의 플라스틱 광섬유 광 파이프가 광 가이드의 기능을 수행할 수도 있다. 로드(40)의 단부에는 제 2 전구(41)가 마련되어 탐침의 벽부를 통해 돌출된다. 전구(41)와 전구(18)는 각각 영역(37, 38)으로 방출되거나 이들 영역으로부터 수신되는 광 플럭스를 최대화하는 형상으로 형성됨에 주목하여야 한다. 다시 말해, 전구(41)와 전구(18)는 렌징 특성을 갖추어야 한다. 로드(17)와 로드(40) 사이의 광학적 결합을 최소화하기 위하여, 이들 로드의 사이에 광 배리어(42)가 배치될 수도 있다. 배리어(42)는 금속, 플라스틱 또는 종이와 같은 불투명 재료로 이루어진 층이다. 광 손실을 줄이기 위하여, 로드(17, 40)는 로드 재료의 굴절률보다 낮은 굴절률을 갖는 재료로 코팅 처리될 수도 있다. 예를 들어, 로드가 붕규산 유리로 형성되는 경우, 코팅재는 용융 실리카일 수도 있다. 그러나, 전구(18, 41)에는 코팅재가 도포되지 않아야 한다. 전구는 매끄러우면서 약간 볼록한 표면을 구비하여야 한다. 전구(41)와 로드(40)의 연결부 및 전구(18)와 로드(17)의 연결부는 도면에 도시된 형상으로만 제한되는 것은 아니지만, 광학 손실을 감소시킬 수 있는 형상으로 형성될 수도 있다.
도 6에는 탐침 커버 벽부(22)와 접촉 상태의 제 1 전구(18)가 도시되어 있다. 광 빔(32)이 탐침 커버 벽부(22)를 통과하여 접촉 지점(23)에서 제 1 전구(18)로 도입되며, 이후 빔(33)이 로드(17)를 따라 전파됨에 주목하여야 한다. 도 7에 도시된 바와 같이, 탐침(7)이 귀 도관 내로 삽입된 상태에서는, 귀 도관 벽부(30)가 도입 접점(23)을 방해하여 광 빔(32)이 소멸되거나 매우 약화된다.
도 8에는 탐침이 귀 도관 내로 삽입된 다음 다시 귀 도관으로부터 제거됨에 따라 검출기(21)에서 검출되는 시간 경과에 따른 광 강도 변경을 보여주는 광 플럭스 시그너처(signature)가 도시되어 있다. 탐침 커버의 설치 이전에 탐침이 환자의 피부로부터 이격 배치되어 있는 상태에서는 검출 광의 강도가 매우 낮다. 탐침 커버가 설치되면, 방출기(19)와 검출기(21)의 사이에 약하긴 하지만 검출 가능한 수준의 광학적 결합이 이루어져 광의 강도가 약간 증가하게 된다. 전자 회로에서는 이러한 현상을 탐침 커버가 설치되었음을 나타내는 징후로서 사용할 수도 있다. 탐침이 귀 도관의 입구 부근에 오게 되면 피부로부터 보다 많은 양의 광이 반사되어, 탐침 팁이 입구에 위치할 때에 최대치에 도달하게 된다. 이러한 현상은 탐침이 정확히 귀 도관의 개구에 위치하고 있음을 나타내는 징후이며, 또한 전자 회로에서는 이때의 광의 강도 크기를 탐침이 귀 도관의 입구에 위치하고 있음을 나타내는 징후로서 사용할 수도 있다. 탐침이 귀 도관에 삽입되고 나면, 귀 도관의 벽부가 광을 차단함에 따라 광의 강도가 상당히 낮은 레벨까지 하락하게 된다. 이러한 현상은 탐침이 삽입되었음을 나타내는 징후이다. 탐침이 제거되어 귀 도관의 입구 부근을 통과할 때에 광 강도의 크기가 다시 가장 높은 레벨까지 상승하게 되며, 탐침이 신체 외부로 이동되면 광의 강도는 다시 낮은 레벨로 하강하게 된다. 전자 회로는 이러한 광 강도 조절 시퀀스를 체강에 대한 탐침의 다양한 위치로서 해석하게 된다.
탐침과 체강 사이의 근접도를 감시하기 위한 다수의 광학 장치가 있을 수 있음을 분명하게 이해할 수 있을 것이다. 도 9에 도시된 바와 같은 일 실시예에 따르면, 광 검출 지점이 탐침(7)의 내부 빈 공간(14)에 설치되는 회로판(60) 상에 위치한다. 광 검출기(21)가 짧은 길이(2mm 내지 5mm)의 광 가이드(61)에 의해 탐침(7)의 외부에 결합되며, 광 가이드는 유리 또는 폴리카보네이트와 같은 투명한 재료로 제조된다. 전술한 바와 같은 실시예에 따르면, 광 가이드(61)에서의 광의 강도는 귀 도관 벽부(30)에 대한 근접도에 좌우된다. 벽부(30)가 도 9에 도시된 바와 같이 광 가이드(61)에 맞대어 가압되면 광이 부분적으로 또는 완전히 약화된다. 이러한 광 가이드(61)는 방출기(19)로부터의 유입 광을 수용하는 하나의 모드로 작동하기 때문에 "단일 모드" 광 가이드로서 불리운다.
도 10에는 "이중 모드" 광 가이드(옵토 커플러(opto-coupler))(43)가 도시되어 있다. 이러한 이중 모드에서는, 광 방출기(19)와 광 검출기(21)가 회로판(60) 상의 상호 인접한 위치에 배치된다. 광 방출기와 광 검출기는 모두 옵토 커플러(62)의 제 1 측면(55)에 광학적으로 결합되는 반면, 옵토 커플러의 제 2 측면(56)은 탐침 벽부(26)를 통해 돌출된다. 이러한 옵토 커플러(62)는 광의 유입 및 유출을 위해 사용된다. 분명하게 알 수 있는 바와 같이, 탐침(7)이 환자의 피부로부터 이격 배치되어 있는 상태에서는, 광 방출기(19)와 광 검출기(21)의 사이에 광학 커플링 기준선이 위치하며, 상기 기준선은 추후 기준 값으로 사용될 수 있도록 전자 회로에 저장될 수도 있다. 이중 모드 광 가이드(62)에서의 광 조절은 단일 모드에서의 광 조절과 상이하다. 보다 구체적으로, 이중 모드 광 가이드(옵토 커플러)의 경우, 광의 강도는 탐침(7)이 귀 도관으로 삽입되면 최고치가 되며, 탐침(7)이 귀 도관의 입구에 위치하면 중간값이 되고, 탐침(7)이 환자로부터 제거되면 기준선(전자 회로에 사전에 저장됨) 가까이 하락하게 된다.
주위의 조명으로 인해 발생할 수도 있는 간섭 현상을 감소시키며 전력 소비를 줄이기 위하여, 바람직하게는, 광 방출기(19)는 펄싱(pulsing) 모드로 사용되어야 한다. 이후, 검출기(21)로부터 출력되는 광은 주위의 조명과 연관된 DC 성분을 제거하도록 게이트(gate) 과정을 거처야 한다. 이러한 기능은 전자 회로에 의해 수행되며 당 업계에 잘 알려진 통상적인 특성이다.
실제 실시예와 상관없이, 광의 강도는 일반적으로 세 개의 외부 인자, 즉, 탐침 커버의 설치 유무, 귀에 대한 근접도, 그리고 귀 도관으로의 삽입에 의해 조절된다. 분명하게 알 수 있는 바와 같이, 전술한 실시예의 근접 센서가 귀 도관 내로의 탐침의 삽입을 검출할 수 있는 유일한 방법은 아니다. 다른 실시예에 있어서, 근접 센서가 탐침과 귀 도관 벽부 사이의 정전 용량성, 초음파 및 그외 다른 결합의 물리적 효과를 채용하여 설계될 수도 있다. 탐침이 귀 도관 내로 삽입되는 과정에서 결합 관계가 변하므로, 근접 센서는 대응 신호 변경에 반응한다.
근접 센서는 의료 장치의 작동을 조절하기 위해 전자 회로에 의해 사용되는 신호를 발생시킨다. 도 11에는 탐침(7)과, 전자 회로(49) 그리고 표시부(2)와 같은 출력 장치를 포함하는 IR 귀 체온계를 간략하게 도시한 블록도이다. 탐침(7)에는 환자의 체온을 측정하기 위한 IR 센서(15)와, 근접 센서(44), 그리고 탐침 설치 여부 감지 센서(45)가 합체되어 있다. 환자의 체온은 추후 계산을 위한 기저 온도로서 사용될 수도 있다. 이들 구성 요소는 개개의 전도체(46, 47, 48)를 통해 전자 회로(49)에 결합된다. 또한, 주위 온도 센서(50)가 전도체(51)를 통해 회로(49)에 출력 신호를 전송하도록 사용된다. 주위 온도 센서(50)가 탐침(7)의 외부에 배치된다. 회로(49)는 사전 프로그램된 알고리즘에 따라 모든 신호를 처리하여, 계산된 온도 수치를 표시부(2)로 전송한다. 초기 온도(TB)가 IR 센서(15)와 탐침 설치 센서(45)로부터 수신되는 신호를 이용하여 회로(49)에 의해 계산된다(탐침 커버 설치 유무에 따라 IR 전송 인자를 보정하기 위한 용도). 이러한 신호 처리 및 온도 계산 알고리즘은 당 업계의 숙련자에게 잘 알려져 있다.
근접 센서(44)로부터의 신호가 IR 센서(15)가 합체되어 있는 탐침(7)의 팁이 귀 도관의 내부에 배치되어 있음을 나타내는 경우, 계산된 온도(TB)가 표시부(2)로 전송된다. 그러나, 근접 센서(44)로부터의 신호가 탐침(7)의 팁이 귀 도관의 입구에 배치되어 있음을 나타내는 경우, 초기 온도(TB)는 귀 도관의 내부가 아닌 외부 피부 온도를 나타내며, 이에 따라 주위 온도로 인한 냉각 효과를 보상하도록 조정되어야 한다. 귀 도관 내부에서의 냉각 효과는 무시할 수 있는 수준이지만, 귀 도관 입구에서는 냉각 효과가 크다. 주위 온도는 주위 온도 센서(50)에 의해 감시되며, 회로(49)가 주위 온도 센서의 신호를 사용하여 주위 온도(Ta)를 계산하게 된다. 이와 같이 조정된 온도(Td)는 아래의 수학식 1에 따라 계산될 수도 있다.
Figure pct00001
여기서, k는 통상적으로 0.017의 값을 갖는 상수이다. 그러나, k의 실제 값은 모든 실제 디자인에 맞춰 실험적으로 결정되어야 한다. 조정된 온도(Td)가 표시부(2)로 전송된다.
다른 실시예에 있어서, 탐침(7)이 귀 도관의 내부에 정확하게 배치되어 있지 않은 경우, 근접 센서(44)로부터의 신호가 조작자에게 경고 알람을 발생시키도록 사용될 수도 있다(표시부(2)를 통해 또는 시각적 또는 청각적 휴먼 인터페이스를 통해).
본 발명이 특히 바람직한 실시예를 참조하여 도시 및 설명되어 있긴 하지만, 당 업계의 숙련자라면 본 발명의 정신 및 영역을 벗어남이 없이 개시된 실시예에 대하여 형태 및 세부 사항의 다양한 변경이 이루어질 수도 있음을 전술한 바로부터 이해할 수 있을 것이다. 이에 따라, 본 발명은 특허청구범위 및 그 등가물의 영역에 의해서만 제한되어야 한다.
2 : 표시부 7 : 탐침
15 : IR 센서 44 : 근접 센서
45 : 탐침 설치 센서 46, 47, 48 : 전도체
49 : 전자 회로 50 : 주위 온도 센서
51 : 전도체

Claims (31)

  1. 환자의 체강에 삽입하기 위한 의료용 탐침이며,
    측방향으로 종축선을 제한하며 내부 공간을 둘러싸고 기단부와 말단부를 갖춘 측벽을 갖는 탐침 몸체와,
    환자의 체강 조건과 관련된 신호를 제공하도록 상기 탐침에 결합되는 센서와,
    상기 탐침에 결합되는 근접 센서를 포함하며,
    상기 근접 센서는 체강에 대한 탐침의 근접도 또는 체강 내로의 탐침의 삽입 여부를 나타내는 신호를 제공하도록 구성되는, 의료용 탐침.
  2. 제1항에 있어서, 상기 측벽의 말단부는 상기 측벽의 기단부에 대해 테이퍼지는, 의료용 탐침.
  3. 제1항에 있어서, 상기 근접 센서는 광학 송신기 및 광학 수신기를 포함하며,
    상기 광학 송신기 및 광학 수신기는 의료용 탐침이 체강 내로 삽입되도록 배치될 때 광학 송신기는 체강의 개구를 향해 광학 신호를 송신하도록 배치되고 광학 수신기는 광학 송신기로부터의 광학 신호를 수신하도록 배치되는, 의료용 탐침.
  4. 제3항에 있어서, 상기 광학 송신기는 체강에 인접한 제 1 위치를 향해 광학 신호를 송신하도록 배치되며, 상기 광학 수신기는 체강에 인접한 제 2 위치로부터 광학 신호를 수신하도록 배치되는, 의료용 탐침.
  5. 제3항에 있어서, 상기 근접 센서는 상기 내부 공간 내부에 배치되는 수신용 광 가이드를 더 포함하며,
    상기 수신용 광 가이드는 상기 측벽의 말단부에 결합되고 말단부를 통해 돌출되는 제 1 단부와, 상기 광학 수신기에 결합되는 제 2 단부를 갖는, 의료용 탐침.
  6. 제5항에 있어서, 상기 수신용 광 가이드는 상기 측벽의 기단부에서 멀어지는 방향을 향하는 소정의 각도로 상기 측벽의 말단부를 통해 돌출되는, 의료용 탐침.
  7. 제5항에 있어서, 상기 근접 센서는 상기 내부 공간 내부에 배치되는 송신용 광 가이드를 더 포함하며,
    상기 송신용 광 가이드는 상기 측벽의 말단부에 결합되고 말단부를 통해 돌출되는 제 1 단부와, 상기 광학 송신기에 결합되는 제 2 단부를 갖는, 의료용 탐침.
  8. 제7항에 있어서, 상기 송신용 광 가이드는 상기 측벽의 기단부에서 멀어지는 방향을 향하는 소정의 각도로 상기 측벽의 말단부를 통해 돌출되는, 의료용 탐침.
  9. 환자의 체강에 삽입하기 위한 의료용 탐침이며,
    측방향으로 종축선을 제한하며 내부 공간을 둘러싸고 기단부와 말단부를 갖춘 측벽을 갖는 탐침 몸체와,
    환자의 체강 조건과 관련된 신호를 제공하도록 상기 탐침에 결합되는 기능성 센서와,
    상기 탐침에 결합되는 근접 센서를 포함하며,
    상기 근접 센서는 체강에 대한 탐침의 근접도 또는 체강 내로의 탐침의 삽입 여부를 나타내는 신호를 제공하도록 구성되는, 의료용 탐침.
  10. 제1항에 있어서, 상기 센서는 온도 센서를 포함하는, 의료용 탐침.
  11. 제1항에 있어서, 상기 근접 센서는 상기 측벽을 통해 돌출되는 반투명 옵토 커플러를 포함하며,
    상기 옵토 커플러는,
    상기 내부 공간 내부에 배치되며 광 방출기 및 광 검출기에 광학적으로 결합되는 제 1 측면과,
    상기 내부 공간 외부에 배치되며 상기 탐침의 벽을 통해 돌출되는 제 2 측면을 포함하는,
    의료용 탐침.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 센서 및 근접 센서에 결합되는 전자 회로로서, 프로세서와, 상기 프로세서에 결합되며 소프트웨어를 저장하는 메모리를 포함하며, 상기 소프트웨어는 상기 프로세서에 의해 실행될 때 상기 센서 및 근접 센서로부터의 신호를 처리하기 위해 알고리즘을 실행하도록 구성되는, 전자 회로와,
    상기 프로세서에 결합되며 상기 알고리즘의 결과를 출력하도록 구성되는 출력 장치를 더 포함하는, 의료용 탐침.
  13. 제12항에 있어서, 상기 전자 회로에 전기적으로 결합되며 상기 내부 공간의 외부에 배치되는 주위 온도 센서를 더 포함하며,
    상기 소프트웨어는 또한, 상기 프로세서에 의해 실행될 때 상기 센서, 근접 센서 및 주위 온도 센서로부터의 신호를 처리하기 위해 알고리즘을 실행하도록 구성되는, 의료용 탐침.
  14. 제1항에 있어서, 상기 근접 센서는 제 1 광학 축선을 갖는 광 방출기 및 제 2 광학 축선을 갖는 광 검출기를 포함하는, 의료용 탐침.
  15. 제7항에 있어서, 상기 송신용 광 가이드와 수신용 광 가이드 중 적어도 하나는 플라스틱 광 섬유를 포함하는, 의료용 탐침.
  16. 제7항에 있어서, 상기 송신용 광 가이드와 수신용 광 가이드 중 적어도 하나는 유리 로드를 포함하는, 의료용 탐침.
  17. 제7항에 있어서, 상기 송신용 광 가이드와 수신용 광 가이드 중 적어도 하나는 폴리카보네이트 로드를 포함하는, 의료용 탐침.
  18. 제7항에 있어서, 상기 송신용 광 가이드와 수신용 광 가이드 중 적어도 하나는 코팅 재료로 코팅된 로드를 포함하며,
    상기 코팅 재료의 굴절률은 상기 로드의 굴절률보다 낮은, 의료용 탐침.
  19. 제7항에 있어서, 상기 송신용 광 가이드와 수신용 광 가이드 중 적어도 하나의 제 1 단부는 렌징 전구를 포함하는, 의료용 탐침.
  20. 제7항에 있어서, 상기 광학 송신기와 광학 수신기 사이의 내부 공간에 배치되는 광학 배리어를 더 포함하는, 의료용 탐침.
  21. 제5항에 있어서, 상기 광학 수신기는 상기 내부 공간의 내부에 배치되는, 의료용 탐침.
  22. 제1항에 있어서, 상기 근접 센서는 초음파 신호를 사용하여 작동하는, 의료용 탐침.
  23. 환자의 체강에 삽입하기 위한 의료용 탐침이며,
    측방향으로 종축선을 제한하며 내부 공간을 둘러싸고 기단부와 말단부를 갖춘 측벽과, 상기 측벽의 기단부에 결합되고 그리고 상기 종축선에 실질적으로 수직이며 상기 말단부에 대면하는 표면을 갖는 원주 방향 플랜지부를 포함하는 곡선형 탐침 몸체와,
    상기 플랜지부 상의 제 1 위치에 결합되며 상기 측벽의 말단부를 향해 광학 신호를 송신하도록 배향되는 광학 송신기와,
    상기 플랜지부 상의 제 2 위치에 결합되며 상기 측벽의 말단부로부터 광학 신호를 수신하도록 배향되는 광학 수신기와,
    환자의 체강 조건과 관련된 신호를 제공하도록 상기 탐침의 말단부에 결합되며 상기 종축선을 따라 상기 조건을 감지하도록 배향되는 센서를 포함하는, 의료용 탐침.
  24. 제23항에 있어서, 상기 측벽의 말단부는 상기 측벽의 기단부에 대해 테이퍼지는, 의료용 탐침.
  25. 환자의 체강 내로의 의료용 탐침의 삽입 여부를 검출하기 위한 방법이며,
    송신기에서 체강을 향해 신호를 송신하는 단계와,
    체강으로부터 일 방향으로부터의 복귀 신호를 수신기에서 수신하는 단계와,
    세기 변화를 위해 상기 복귀 신호의 플럭스를 감시하는 단계를 포함하며,
    상기 의료용 탐침이 체강 내로 삽입될 때 송신기에서 수신기까지의 경로가 적어도 부분적으로 차단되어, 상기 의료용 탐침이 체강 내로 삽입될 때 상기 복귀 신호의 플럭스가 변하는, 의료용 탐침의 삽입 여부를 검출하기 위한 방법.
  26. 제25항에 있어서, 상기 복귀 신호는 체강으로부터 일 방향의 제 2 위치로부터 수신되며, 상기 제 2 위치는 체강의 개구를 가로지르는 경로를 따라 제 1 위치에 반사식으로 결합되는, 의료용 탐침의 삽입 여부를 검출하기 위한 방법.
  27. 제25항에 있어서, 송신된 신호는 펄스를 포함하는, 의료용 탐침의 삽입 여부를 검출하기 위한 방법.
  28. 제25항에 있어서, 상기 의료용 탐침이 귀 도관 내부에 정확하게 배치되지 않은 경우 경고 알람을 발생시키는 단계를 더 포함하는, 의료용 탐침의 삽입 여부를 검출하기 위한 방법.
  29. 종축선을 기지며 상기 종축선을 따라 환자의 체강 내로의 의료용 탐침의 삽입 여부를 검출하기 위한 방법이며,
    상기 종축선으로부터 각을 이루며 오프셋된 제 1 방향을 따라 신호를 송신하는 단계와,
    상기 종축선으로부터 각을 이루며 오프셋된 제 2 방향으로부터 복귀 신호를 수신하는 단계와,
    세기 증가를 위해 상기 복귀 신호의 플럭스를 감시하는 단계를 포함하며,
    상기 복귀 신호의 플럭스는 상기 의료용 탐침이 체강 내로 삽입될 때 소정의 한계치를 초과하여 세기가 변하는, 의료용 탐침의 삽입 여부를 검출하기 위한 방법.
  30. 생명체의 체강의 온도를 표시하는 방법이며,
    온도 센서를 사용하여 체강의 기저 온도를 측정하는 단계와,
    체강에 대한 온도 센서의 근접도를 측정하는 단계와,
    상기 온도 센서에 인접한 영역에서 주위 온도를 측정하는 단계와,
    상기 기저 온도, 근접도 및 주위 온도의 소정의 기능에 따라 체강의 계산된 온도를 컴퓨팅하는 단계와,
    상기 계산된 온도를 표시하는 단계를 포함하는, 생명체의 체강의 온도를 표시하는 방법.
  31. 제30항에 있어서, 탐침 커버의 존재 유무를 검출하는 단계를 더 포함하며,
    상기 소정의 기능은 탐침 커버의 존재 유무 검출 기능을 더 포함하는, 생명체의 체강의 온도를 표시하는 방법.
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