KR20140110496A - 약물 주입 펌프 - Google Patents

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KR20140110496A
KR20140110496A KR1020130024923A KR20130024923A KR20140110496A KR 20140110496 A KR20140110496 A KR 20140110496A KR 1020130024923 A KR1020130024923 A KR 1020130024923A KR 20130024923 A KR20130024923 A KR 20130024923A KR 20140110496 A KR20140110496 A KR 20140110496A
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이상헌
김희찬
이정찬
이사람
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삼성전자주식회사
서울대학교산학협력단
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Abstract

본 발명은, 구동 모터와 프로세서를 포함하는 본체; 및 펌프 모듈과 약물 카트리지를 포함하고, 상기 본체에 착탈 가능하게 제공된 카트리지 모듈을 구비하고, 상기 카트리지 모듈이 상기 본체에 장착됨에 따라, 상기 펌프 모듈 및 약물 카트리지가 상기 본체에 수용되고, 상기 펌프 모듈이 상기 구동 모터와 결합하는 약물 주입 펌프를 개시한다. 상기와 같이 구성된 약물 주입 펌프는 카트리지 모듈을 본체에 장착함으로써, 펌프 모듈이 구동 모터와 결합하게 구성되어, 분리, 교체가 용이하여 환자의 번거로움을 해소할 수 있게 된다.

Description

약물 주입 펌프 {DRUG INFUSION PUMP}
본 발명은 주사기와 같은 약물 주입기에 관한 것으로서, 특히, 지속적인 혈당의 유지와 관리를 필요로 하는 당뇨 환자를 위한 약물 주입 펌프에 관한 것이다.
일반적으로, 당뇨병 사용자는 체내에서 인슐린 분비가 정상적으로 이루어지지 않아, 지속적으로 혈당을 측정하고, 필요에 따라 인슐린을 주사해야만 한다. 최근에는 사용자가 스스로 인슐린을 주사할 수 있도록 휴대형 약물 주입기가 제공되고 있다. 이러한 약물 주입기는 인슐린 펜이나 인슐린 펌프를 예로 들 수 있다.
인슐린 펜의 구성은 국내 등록특허 제1,124,194호(2012. 02. 29. 등록; 국제공개특허 WO 2004/082748, 2004. 09. 30. 공개) 등을 통해 개시되어 있다. 일반적으로, 이러한 인슐린 펜은 다이얼 슬리브에 약물 주사량이 기재되어 있어, 사용자가 스스로 주사량을 결정할 수 있다.
인슐린 펌프는 작동 방식에 따라, 모터 구동 주사기 방식(motorized syringe plunger type), 솔레노이드(solenoid) 또는 스텝 모터(step motor)와 래칫 기어(ratchet gear)를 조합한 방식 등이 있다.
모터 구동 주사기 방식의 인슐린 펌프는 밀대(plunger)를 리드 스크루(lead screw)에 결합하여 주사기(syringe)에 주입된 약물을 방출하게 된다. 이때, 환자는 적정 용량의 약물을 주사기에 직접 주입한 뒤 약물이 주입된 주사기를 인슐린 펌프 본체와, 구체적으로, 리드 스크루와 결합하여야 한다. 모터 구동 주사기 방식은 구조가 간단하여 환자가 작동 방식을 쉽게 이해할 수 있으며, 약물의 잔량을 쉽게 확인할 수 있다는 장점이 있다. 하지만, 환자가 직접 약물을 주사기에 주입하고, 주사기를 리드 스크루와 결합하기 위해서는 밀대의 위치를 재조정해야 한다는 번거로움이 있다. 또한, 주사기의 길이만큼, 다시 말해서, 밀대가 이동하는 거리만큼 리드 스크루의 길이를 충분히 확보해야 하기 때문에, 크기에 비해 장착 가능한 주사기의 용량이 제한될 수밖에 없다.
솔레노이드(solenoid) 또는 스텝 모터(step motor)와 래칫 기어(ratchet gear)를 조합한 방식의 인슐린 펌프는, 미국 등록특허 제4,562,751호(1986. 01. 07. 등록), 미국 등록특허 제4,678,408호(1987. 01. 07. 등록)등을 통해 개시되어 있다. 래칫 기어 등을 이용한 방식의 인슐린 펌프는 솔레노이드나 스텝 모터의 변위를 이용하여 래칫 기어를 한 방향으로만 회전하여 밀대를 전진하는 방식으로서, 구동 방식을 제외하면 모터 구동 주사기 방식의 인슐린 펌프와 유사하다. 따라서, 모터 구동 주사기 방식의 인슐린 펌프와 비교할 때, 리드 스크루를 이용하지 않는 점에서 주사기의 용량을 좀더 확장할 수 있으나, 약물을 주사기에 주입, 장착해야 하는 환자의 번거로움은 솔레노이드(solenoid) 또는 스텝 모터(step motor)와 래칫 기어(ratchet gear)를 조합한 방식의 인슐린 펌프를 통해서도 해소되지 못한다.
이외에도, 스프링 카트리지(spring cartridge)와 밸브 제어 메카니즘(valve control mechanism)을 조합하여 온도와 압력 조건에 상관없이 정해진 용량을 배출하는 인슐린 펌프 등이 제안되어 있다. 그러나 이러한 밸브 제어 메카니즘 등을 이용한 인슐린 펌프는 구성이 복잡하여 제조 및 구매 비용이 증가하는 문제점이 있다. 또한, 사용함에 있어 여전히 환자의 번거로움을 해소하지 못한다는 단점이 있다.
이에, 본 발명은 소모품의 교체가 용이한 구조의 약물 주입 펌프를 제공하고자 한다.
또한, 본 발명은 소모품의 교체가 용이하면서도, 제조 및 환자의 구매 비용을 절감할 수 있는 약물 주입 펌프를 제공하고자 한다.
따라서 본 발명은, 구동 모터와 프로세서를 포함하는 본체; 및 펌프 모듈과 약물 카트리지를 포함하고, 상기 본체에 착탈 가능하게 제공된 카트리지 모듈을 구비하고, 상기 카트리지 모듈이 상기 본체에 장착됨에 따라, 상기 펌프 모듈 및 약물 카트리지가 상기 본체에 수용되고, 상기 펌프 모듈이 상기 구동 모터와 결합하는 약물 주입 펌프를 개시한다.
상기 카트리지 모듈은 메모리(memory)와, 상기 메모리를 상기 프로세서에 접속하는 접속 단자를 더 포함할 수 있다.
이때, 상기 메모리는, 상기 카트리지 모듈의 식별코드, 상기 약물 카트리지에 저장된 약물의 유효기간, 정품 인증 코드, 구동 모터의 구동 조건을 저장하는 읽기 전용 메모리로 이루어질 수 있다.
또한, 상기 메모리는, 환자의 질환에 따른 처방전 입력 및 갱신할 수 있는 읽기/쓰기 메모리로 이루어질 수 있다.
상기와 같은 약물 주입 펌프에 있어서, 상기 카트리지 모듈이 상기 본체에 장착되면, 상기 프로세서는 상기 메모리에 저장된 정보를 판독하여 상기 구동 모터의 구동 조건을 설정하게 된다.
한편, 상기 구동 모터는 구동축(driving shaft)에 고정된 커플러(coupler)를, 상기 펌프 모듈은 상기 커플러에 결합 가능한 피동축을 각각 포함하고, 상기 피동축은 상기 커플러에 결합하여 상기 구동축과 함께 회전하게 된다.
이때, 상기 펌프 모듈은, 상기 피동축의 회전축(rotation axis) 방향으로 연장된 챔버(chamber)를 제공하는 라이너(liner); 및 상기 피동축의 단부로부터 연장되어 상기 챔버 내에 수용되는 피스톤 부재를 더 포함하고, 상기 피동축이 상기 구동축과 함께 회전함에 따라, 상기 피스톤 부재가 상기 챔버 내에서 상기 회전축 방향으로 직선 왕복 운동할 수 있다.
아울러, 상기 펌프 모듈은, 상기 피동축의 단부에 제공되며 상기 회전축에 대하여 경사지게 형성된 제1 경사면; 상기 라이너의 단부에 제공되며 상기 제1 경사면과 상응하게 형성된 제2 경사면; 및 상기 제1, 제2 경사면이 밀착하는 방향으로 탄성력을 제공하는 탄성 부재를 더 포함하고, 상기 피동축이 회전하면 상기 제1 경사면이 상기 제2 경사면에 대면한 상태로 회전함으로써, 상기 피동축 및 피스톤 부재가 직선 왕복 운동하게 된다.
또한, 상기 펌프 모듈은 적어도 한 쌍의 기어들을 케이싱 내에 수용하는 내접 기어 펌프 또는 외접 기어 펌프를 더 포함하고, 상기 기어들 중 제1의 기어가 상기 피동축에 결합하여 상기 피동축과 함께 회전함에 따라, 제1의 경로를 통해 상기 약물 카트리지에 저장된 약물이 상기 케이싱으로 유입되고 제2의 경로를 통해 상기 케이싱에 유입된 약물이 배출될 수 있다.
상기 본체는 무선통신 모듈을 더 포함함으로써, 상기 무선통신 모듈을 통해 혈당 센서 또는 휴대 통신기기에 접속됨으로써, 약물의 주입 정보를 실시간으로 저장, 전송할 수 있다.
또한, 상기 본체는 상기 구동 모터의 작동에 작용하는 부하를 감지하는 부하 감지 센서(load sensor)를 더 포함함으로써, 약물 주입 경로의 협착, 폐쇄 등을 감지하여 펌프 모듈의 과부하를 방지할 수 있다.
상기 약물 카트리지는 탄성체 재질로 제작되어 그 내부에 저장된 약물을 가압함으로써, 펌프 모듈로 약물이 유입되는 것을 원활하게 할 수 있다.
상기와 같이 구성된 약물 주입 펌프는 카트리지 모듈을 본체에 장착하는 것만으로도 펌프 모듈이 구동 모터와 결합하게 구성되어, 소모성 부품, 즉, 카트리지 모듈의 분리, 교체가 용이한 장점이 있다. 또한, 약물 카트리지는 밀봉, 멸균 상태로 포장되어, 사용자, 즉, 환자에게 공급되므로, 카트리지 모듈을 교체하는 것만으로 즉시 사용 가능하고, 밀대의 위치 조정 등이 불필요하므로 환자의 번거로움을 해소할 수 있게 된다. 아울러, 리드 스크루를 사용하지 않고 펌프 모듈이 구동할 수 있으므로, 펌프 모듈을 소형화하여 약물 카트리지의 용량을 확장할 수 있다. 또한, 카트리 모듈에 탑재되는 메모리를 이용하여 약물 주입 정보 등을 제조 과정에서 또는 처방전에 따라 의사나 약사가 입력할 수 있으므로, 환자가 주입 용량 등을 조절할 필요가 없다는 장점이 있다. 더 나아가서는, 무선통신 모듈을 통해 혈당 센서나 휴대 통신기기와 접속하여 약물 주입 시점에서의 환자 상태 등을 저장하거나 의사에게 전달하여 환자의 상태를 모니터링할 수 있다는 장점이 있다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 약물 주입 펌프를 나타내는 사시도,
도 2는 도 1에 도시된 약물 주입 펌프를 다른 방향에서 바라본 모습을 나타내는 사시도,
도 3은 도 1에 도시된 약물 주입 펌프를 나타내는 분리 사시도,
도 4는 도 1에 도시된 약물 주입 펌프의 카트리지를 나타내는 사시도,
도 5는 도 1에 도시된 약물 주입 펌프를 나타내는 구성도,
도 6은 도 4에 도시된 펌프 모듈이 구동 모터에 결합한 모습을 나타내는 사시도,
도 7은 도 6에 도시된 펌프 모듈의 내부 구성을 나타내는 사시도,
도 8과 도 9는 각각 도 6에 도시된 펌프 모듈의 동작을 설명하기 위한 도면,
도 10은 도 6 내지 도 9에 도시된 펌프 모듈의 변형 예를 나타내는 사시도,
도 11은 도 10에 도시된 펌프 모듈의 내부 구조를 나타내는 사시도,
도 12 내지 15는 도 10에 도시된 펌프 모듈의 동작을 순차적으로 나타내는 도면,
도 16 내지 도 18은 도 10에 도시된 펌프 모듈의 변형 예로서, 외접 기어 펌프의 동작을 순차적으로 나타내는 도면.
이하 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다. 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
도 1 내지 도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 약물 주입 펌프(1)는 본체(10)와, 상기 본체(10)에 착탈 가능하게 제공된 카트리지 모듈(20)을 구비한다. 이때, 상기 카트리지 모듈(20)은 펌프 모듈(215)과 약물 카트리지(213)를 포함하며, 상기 본체(10)는 상기 펌프 모듈(215)을 구동하기 위한 구동 모터(123)와, 상기 약물 주입 펌프(1)의 전반을 제어하기 위한 프로세서(121)를 포함한다.
상기 본체(10)는 일면에 제공되는 디스플레이(111)와 버튼(113), 측면으로 제공된 커넥터(115)를 구비함으로써, 내장된 배터리(129)를 충전할 수 있다. 또한, 상기 약물 주입 펌프(1)는 약물 주입 시점에서, 주입량, 온도/습도 등의 날씨 정보 등을 저장할 수 있으며, 이렇게 저장된 정보는 상기 커넥터(115)를 통해 개인용 컴퓨터 등으로 전달될 수 있다. 상기 디스플레이(111)와 버튼(113)은 상기 약물 주입 펌프(1)를 조작하는 데 있어 출력 장치와 입력 장치로 활용된다. 상기 본체(10)의 다른 측면에는 상기 카트리지 모듈(20)을 수용하기 위한 수용홈들(117, 119)이 형성되어 있다. 본 발명의 구체적인 실시 예에서, 상기 수용홈들(117, 119)은 상기 카트리지 모듈(20)의 펌프 모듈(215)과 약물 카트리지(213)를 각각 독립적으로 수용할 수 있게 구성되어 있다.
한편, 상기 본체(10)는 구동 모터(123)와 커플러(125), 무선통신 모듈(127), 스피커(131), 모터 드라이버(133), 부하 감지 센서(135) 등을 구비할 수 있다.
상기 구동 모터(123)는 상기 펌프 모듈(215)을 구동하기 위한 것으로서, 서보 모터나 스텝 모터, 솔레노이드 등 작동 변위를 정밀하게 제어할 수 있는 구동 장치들 중 하나로 구성됨이 바람직하다. 상기 구동 모터(123)의 구동축(124; 도 8에 도시됨)에는 상기 펌프 모듈(215)의 피동축(217)이 결합하는데, 이때, 상기 피동축(217)은 커플러(125)를 통해 상기 구동축(124)에 결합한다. 상기 구동축(124)에 결합함으로써, 상기 피동축(217)은 상기 구동축(124)과 동일한 회전축(rotation axis)(R)을 중심으로 함께 회전할 수 있으며, 상기 회전축(R) 방향을 따라 직선 왕복 운동할 수도 있다. 또한, 상기 피동축(217)은 상기 커플러(125)를 통해 상기 구동축(124)에 결합된 구성이 예시되지만, 상기 구동축(124)과 피동축(217) 사이에는 별도의 감속 모듈이 제공될 수도 있다.
상기 무선통신 모듈(127)은 상기 약물 주입 펌프(1)를 이동통신 단말기 등의 휴대 통신기기, 개인용 컴퓨터, 혈당 센서 등과 접속할 수 있게 한다. 상기 무선통신 모듈(127)이 혈당 센서에 접속한다면, 혈당 센서에서 검출되는 환자의 혈당 수치에 따라 약물의 주입 여부와 주입량을 조정할 수 있을 것이다. 또한, 혈당 센서에서 검출된 수치, 약물 주입 당시의 주입량 등의 정보는 개인용 컴퓨터나 휴대 통신기기로 저장하거나 담당 의사에게 실시간으로 전달될 수 있다. 또한, 담당 의사는 수신된 환자의 질환 정보, 약물 주입량 및 환경 정보 등을 참고하여 필요에 따라 새로운 처방을 입력, 전송할 수도 있을 것이다.
상기 배터리(129)는 상기 약물 주입 펌프(1)의 작동을 위한 전원을 제공하게 되며, 상기 커넥터(115)를 통해 충전할 수 있다. 상기 스피커(131)는 경고음 등 음향 신호를 발생하거나, 상기 약물 주입 펌프(1)의 조작에 따른 단계적으로 사용법을 안내하는 음향을 출력할 수 있다. 상기 모터 드라이버(133)는 기 입력된 프로그램 및 상기 프로세서(121)의 제어에 따라 상기 구동 모터(123)를 작동시키는 구동 신호를 발생시킨다.
상기 부하 감지 센서(135)는 상기 구동축(124) 또는 구동 모터(123)에 작용하는 부하의 변화를 감지함으로써, 상기 약물 주입 펌프(1) 작동 과정에서 약물의 흐름 경로의 협착, 폐쇄 등 이상 작동 현상을 검출하게 된다. 상기 부하 감지 센서(135)로는 홀 센서(hall effect sensor)나 포토 센서(photo sensor)와 같은 광학 센서가 이용될 수 있다. 상기 부하 감지 센서(135)가 상기 구동축(124) 또는 구동 모터(123)에서 이상 작동 현상을 감지하면, 상기 프로세서(121)는 상기 구동 모터(123)의 작동을 중단하고 경고 신호 등을 발생하도록 제어하게 된다.
상기 카트리지 모듈(20)의 약물 카트리지(213)는 약물, 예를 들면, 인슐린제를 저장하며, 탄성체 재질로 제작될 수 있다. 탄성체 재질로 제작된 상기 약물 카트리지(213)는 저장된 약물을 일정하게 가압하게 된다. 따라서 상기 펌프 모듈(215) 동작시, 상기 약물 카트리지(213)에 저장된 약물이 상기 펌프 모듈(215)로 원활하게 공급될 수 있다. 물론, 탄성체 재질로 상기 약물 카트리지(213)를 제작하지 않더라도, 기계적인 구조를 이용하여 상기 약물 카트리지(213)에 저장된 약물을 가압할 수도 있을 것이다. 예를 들어, 통상적인 주사기 구조에 이용되는 밀대(plunger)와 스프링(spring)을 상기 약물 카트리지(213) 내부에 배치하여, 상기 약물 카트리지(213)에 저장된 약물을 가압할 수 있다. 또한, 상기 약물 카트리지(213)의 내부에 탄성 변형 가능한 격막 구조를 설치하여, 상기 약물 카트리지(213)의 내부 공간을 기체 챔버와 약물 챔버로 분할할 수도 있을 것이다. 이 경우, 기체 챔버를 기체로 충전하여 기체 챔버만으로 상기 약물 카트리지(213)의 내부 공간을 완전히 채운 후, 약물 챔버에 약물을 주입하면 상기 약물 카트리지(213) 내부에서 약물 챔버에 주입된 약물은 기체 챔버의 압력에 의해 가압될 것이다. 이러한 격막 구조는 자체적으로 탄성 변형 가능한 필름 재질로 이루어질 수 있으며, 주름관(bellows) 구조를 이용하여 구성할 수도 있을 것이다.
상기 약물 카트리지(213)는 공급 튜브(213a)를 통해 상기 펌프 모듈(215)로 연결된다. 아울러, 상기 카트리지 모듈(20)은 상기 펌프 모듈(215)에 연결된 주사 튜브(213b)를 구비한다. 상기 주사 튜브(213b)는 상기 펌프 모듈(215)의 배출 포트(223b; 도 6에 도시됨)에 연결되어 상기 펌프 모듈(215) 동작에 따라 배출되는 약물을 환자에게 공급하게 된다.
상기 카트리지 모듈(20)의 펌프 모듈(215)은 메모리(221)와 접속 단자(219)를 더 구비할 수 있다. 상기 메모리(221)는 읽기 전용 메모리 또는 읽기/쓰기 메모리로 구성될 수 있다. 상기 약물 카트리지(213)에 저장된 약물의 유효기간, 정품 인증 코드, 구동 모터의 구동 조건 등, 제조 과정에서 입력 가능한 정보들만을 저장한다면, 상기 메모리(221)는 읽기 전용 메모리로 구성될 수 있다. 또한, 상기 메모리(221)가 읽기/쓰기 메모리로 구성된다면, 환자의 질환에 따라 의사의 처방전 입력 및 갱신이 가능하다. 상기 메모리(221)가 읽기/쓰기 메모리로 구성된다 하더라도, 제조 과정에서 입력된 정보들은 수정될 수 없도록 설정되어야 할 것이다.
상기 접속 단자(219)는 상기 메모리(221)와 연결되어 상기 메모리(221)를 상기 프로세서(121)에 접속시키게 된다. 따라서 상기 카트리지 모듈(20)이 상기 본체(10)에 장착되면, 상기 프로세서(121)는 상기 메모리(221)에 저장된 정보를 판독할 수 있으며, 상기 메모리(221)에 저장된 정보에 따라 상기 구동 모터(123)의 구동 조건을 설정할 수 있다.
상기 펌프 모듈(215)과 약물 카트리지(213)를 하나의 모듈로 구성하기 위해, 상기 카트리지 모듈(20)은 케이스 부재(211)를 구비할 수 있다. 즉, 상기 펌프 모듈(215)과 상기 약물 카트리지(213)가 상기 케이스 부재(211)에 고정되는 것이다. 상기 케이스 부재(211)는 상기 약물 카트리지(213)를 적어도 부분적으로 감싸게 제공될 수 있으며, 상기 본체(10)에 장착된 상태에서는 외부로 일부 노출될 수도 있다. 상기 약물 카트리지(213)와 케이스 부재(211) 각각은 적어도 부분적으로 투명한 재질로 제작됨이 바람직하다. 이는 상기 약물 카트리지(213)에 남아있는 약물의 양을 환자가 쉽게 확인할 수 있게 하기 위함이다.
이하에서는 도 6 내지 도 9를 참조하여, 상기 펌프 모듈(215)의 구조 및 상기 펌프 모듈(215)과 구동 모터(123)의 결합 구조를 살펴보기로 한다. 도 6 내지 도 10에 도시된 펌프 모듈(215)은 피스톤 부재(217b)의 직선 왕복 운동에 의해 약물을 흡입, 배출하게 된다. 우선, 상기 피동축(217)은 상기 펌프 모듈(215) 상에서 회전 가능함과 아울러 직선 왕복 운동 가능하게 장착된다. 상기 커플러(125)를 통해 상기 구동축(124)에 결합함에 있어서, 상기 피동축(217)은 회전 방향에서 상기 커플러(125)에 고정됨과 아울러, 상기 커플러(125)에 대하여 상기 회전축(R) 방향으로 직선 왕복 운동 가능하게 결합한다.
상기 펌프 모듈(215)은 상기 피동축(217)과 아울러 내부에 고정된 라이너(liner)(223)를 구비한다. 상기 라이너(223)는 상기 회전축(R) 방향으로 연장된 챔버(chamber)(223d)를 구비하며, 일단이 개방되어 있다. 상기 라이너(223)는 유입 포트(223a)와 배출 포트(223b)를 각각 구비하며, 상기 라이너(223)의 일부분이 상기 펌프 모듈(215)의 외부로 돌출될 수 있다. 상기 라이너(223)의 일부분이 상기 펌프 모듈(215)의 외부로 돌출된다면, 상기 유입/배출 포트(223a, 223b)는 상기 펌프 모듈(215)의 외부에 노출된 상태로 배치될 수 있다. 상기 유입 포트(223a)는 상기 공급 튜브(213a)를 통해 상기 약물 카트리지(213)에 연결되며, 상기 배출 포트(223b)에는, 앞서 언급한 바와 같이, 상기 주사 튜브(213b)가 연결되어 있다.
상기 피동축(217)의 일단은 상기 커플러(125)에 결합한다. 대체로 상기 피동축(217)은 원형의 단면을 가지고 있어 상기 펌프 모듈(215)에 회전 가능하게 배치되지만, 상기 커플러(125)에 결합하는 부분에서는 외주면의 적어도 일부분이 평면으로 형성되는 것이 바람직하다. 이는 상기 피동축(217)이 상기 펌프 모듈(215) 내에서 회전 가능하면서, 회전 방향에서 상기 커플러(125)에 고정되게 하기 위함이다.
상기 피스톤 부재(217b)는 상기 피동축(217)의 타단에 제공된다. 상기 피스톤 부재(217b)는 상기 피동축(217)의 타단에서 상기 회전축(R) 방향으로 연장되며, 상기 라이너(223)의 챔버(223d) 내부에 수용된다. 상기 피스톤 부재(217b)는, 상기 피동축(217)과 함께, 상기 챔버(223d) 내에서 회전함과 동시에 상기 회전축(R) 방향으로 직선 왕복 운동하게 된다. 상기 피스톤 부재(217b)의 단부에는 노치부(notch portion)(217c)가 형성되어 있다. 상기 유입 포트(223a)와 배출 포트(223b)는 대체로 상기 피스톤 부재(217b)의 외주면에 의해 폐쇄되어 상기 챔버(223d)와 연결되지 않지만, 상기 피스톤 부재(217b)의 회전 위치에 따라 상기 챔버(223d)에 연결될 수 있다. 즉, 상기 피스톤 부재(217b)의 회전에 따라 상기 노치부(217c)가 상기 유입 포트(223a)와 배출 포트(223b)를 번갈아가며 상기 챔버(223d)에 연결하는 것이다.
상기 유입 포트(223a)가 상기 챔버(223d)에 연결된 구간에서 회전하는 상기 피동축(217)은 상기 라이너(223)로부터 멀어지는 방향, 즉, 상기 피스톤 부재(217a)가 상기 챔버(223d)로부터 이탈하는 방향으로 이동한다. 이때, 상기 배출 포트(223b)는 상기 피스톤 부재(217b)의 외주면에 의해 폐쇄된다. 따라서 상기 약물 카트리지(213)에 저장된 약물은, 압력이 낮아진 상기 챔버(223d)의 내부로 유입된다. 상기 배출 포트(223b)가 상기 챔버(223d)에 연결된 구간에서 회전하는 상기 피스톤 부재(217b)는 상기 라이너(223)에 접근하는 방향, 즉, 상기 피스톤 부재(217a)가 상기 챔버(223d)로부터 잠입하는 방향으로 직선 이동한다. 이때, 상기 유입 포트(223a)는 상기 피스톤 부재(217b)의 외주면에 의해 폐쇄된다. 따라서 상기 챔버(223d)의 내부 압력이 증가하면서, 상기 챔버(223d)의 내부에 유입된 약물은 상기 배출 포트(223b)를 통해 배출된다.
상기 피스톤 부재(217b)의 회전을 직선 왕복 운동으로 전환하기 위하여, 상기 펌프 모듈(215)은 탄성 부재(227)와 경사면들(217a, 223c)을 구비한다. 상기 탄성 부재(227)는 상기 펌프 모듈(215)의 내부에서 상기 피동축(217)을 상기 라이너(223)에 접근하는 방향으로 작용하는 탄성력을 제공하게 된다. 상기 피동축(217)의 외주면에는 상기 탄성 부재(227)의 한 단부를 지지하는 지지 리브(217d)가 형성된다. 상기 지지 리브(217d)는 상기 피동축(217)의 둘레를 감싸는 링 형상으로 형성될 수 있다. 상기 경사면들은 상기 피동축(217)의 타단에 형성되는 제1 경사면(217a)과, 상기 라이너(223)의 개방된 단부에 형성된 제2 경사면(223c)으로 이루어진다. 상기 제1, 제2 경사면(217a, 223c)은 각각 상기 회전축(R)에 대하여 경사지게 형성되며, 바람직하게는 상기 회전축(R)에 대하여 동일한 각도로 경사지게 형성된다. 상기 탄성 부재(227)와 경사면들(217a, 223c)의 구성에 의해, 상기 피동축(217)은 상기 구동축(124)과 함께 회전하면서, 상기 펌프 모듈(215) 내에서 직선 왕복 운동하게 된다. 도 8에 도시된 바와 같이, 상기 제1, 제2 경사면들(217a, 223c)이 서로 동일한 방향으로 정렬된 위치에서 상기 피동축(217)은 상기 탄성 부재(227)의 탄성력에 의해 상기 라이너(223) 방향으로 전진하여 상기 제1, 제2 경사면들(217a, 223c)을 서로 밀착시킨다. 도 8에 도시된 위치로부터 상기 피동축(217)이 180도 각도만큼 회전하면, 상기 제1, 제2 경사면(217a, 223c)은 서로에 대하여 역방향으로 경사지게 정렬된다. 따라서, 도 9에 도시된 바와 같이 상기 피동축(217)은 상기 라이너(223)로부터 멀어진 방향으로 이동하게 된다. 결국, 상기 피동축(217)은 상기 구동축(124)과 함께 회전하면서, 도 8과 도 9에 각각 도시된 위치 사이에서 직선 왕복 운동하게 된다.
상기 피동축(217)이 회전 운동과 동시에 직선 왕복 운동함에 따라, 상기 피스톤 부재(217b) 또한 상기 챔버(223d) 내에서 회전 운동 및 직선 왕복 운동하게 된다.
도 8을 참조하면, 상기 피스톤 부재(217b)가 상기 챔버(223d)의 내부로 완전히 잠입한 상태에서, 또는, 상기 챔버(223d)의 내부로 잠입하는 과정에서, 상기 유입 포트(223a)는 폐쇄되고 상기 노치부(217c)에 의해 상기 배출 포트(223b)가 개방된다. 따라서 상기 챔버(223d) 내부의 약물은 상기 배출 포트(223b)와 주사 튜브(213b)를 통해 환자에게 투여된다. 도 9에 도시된 바와 같이 상기 피스톤 부재(217b)가 상기 챔버(223d)로부터 벗어나는 방향으로 이동한 상태에서, 또는, 상기 챔버(223d)로부터 벗어나는 방향으로 이동하는 과정에서, 상기 배출 포트(223b)는 폐쇄되고, 상기 노치부(217c)에 의해 상기 유입 포트(223a)가 개방된다. 이때, 상기 챔버(223d)의 내부 압력이 낮아지면서 상기 약물 카트리지(213)에 저장된 약물이 상기 챔버(223d)의 내부로 유입된다.
결과적으로, 상기 피스톤 부재(217b)가 상기 챔버(223d) 내에서 회전 운동함과 동시에 직선 왕복 운동을 하면서 펌핑 동작을 하게 되고, 상기 챔버(223d)의 내부 압력이 증가하거나 감소하게 된다. 따라서 상기 약물 카트리지(213)에 저장된 약물은 번갈아가며 제1의 경로, 즉, 상기 공급 튜브(213a)를 통해 상기 챔버(223d)로 유입되고, 제2의 경로, 즉, 상기 주사 튜브(213b)를 통해 상기 챔버(223d)로부터 배출된다.
도 10과 도 11은 도 6에 도시된 펌프 모듈의 변형된 예를 도시하고 있다.
도 6에 도시된 펌프 모듈(215)은 구동축(124)의 회전 운동을 피스톤 부재(217b)의 직선 왕복 운동으로 전환하여 펌핑 동작을 수행한 반면에, 도 10과 도 11에 도시된 펌프 모듈(315)은 기어 펌프를 이용한 것이다.
상기 펌프 모듈(315)은 메인 케이싱(311a)과 보조 케이싱(311b)이 결합하여 이루어지는 케이싱(311)의 내부에 한 쌍의 기어들(323, 325)을 수용한 것이다. 상기 메인 케이싱(311a) 또는 보조 케이싱(311b) 중 하나에는 약물의 유입, 배출을 위한 유입/배출 포트(323a, 323b)들이 배치된다. 도 10에 도시된 구조에서는 상기 보조 케이싱(311b)에 상기 유입/배출 포트(323a, 323b)들이 배치된 구성이 예시되어 있다. 상기 케이싱(311)의 내부에는 한 쌍의 기어들(323, 325)이 서로 맞물리게 배치되어 있다. 상기 기어들 중 제1 기어(323)의 치형들이 제2 기어(325)의 치형들로부터 이탈하는 위치(이하, '제1 위치'라 함)에 상기 유입 포트(323a)가 상기 케이싱(311)의 내부 공간에 연결되고, 제1 기어(323a)의 치형들이 제2 기어(325)의 치형들과 다시 맞물리는 위치(이하, '제2 위치'라 함)에 상기 배출 포트(323b)가 상기 케이싱(311)의 내부 공간에 연결된다. 따라서 상기 제1 위치에서는 상기 유입 포트(323a)를 통해 상기 제1, 제2 기어(323, 325) 각각의 치형들 사이 공간으로 약물이 유입되며, 상기 제2 위치에서는 상기 제1, 제2 기어(323, 325) 각각의 치형들 사이 공간에 유입된 약물이 강제로 상기 배출 포트(323b)를 통해 배출된다.
상기와 같은 기어 펌프는 내접 기어 펌프 또는 외접 기어 펌프로 이루어질 수 있다. 도 12 내지 도 15는 내접 기어 펌프의 동작을 순차적으로 도시하고 있으며, 도 16 내지 도 18은 외접 기어 펌프의 동작을 순차적으로 도시하고 있다.
도 12 내지 도 15를 참조하면, 제1 기어(323)는 내주면에 기어 치형들이 형성되며, 제2 기어(325)는 외주면에 기어 치형들이 형성되어 있다. 상기 제1 기어(323)는 상기 케이싱(311)의 내부에 수용되어 상기 제2 기어(325)와 맞물려 회전하고, 상기 제2 기어(325)는 상기 피동축(217)에 결합하여 상기 구동 모터(123)의 작동에 의해 회전한다. 이때, 상기 제1 기어(323)의 내경은 상기 제2 기어(325)의 외경보다 크게 형성된다. 상기 케이싱(311)의 내부 공간에서 상기 제1, 제2 기어들(323, 325)의 치형이 서로 맞물리지 않은 영역에는 격막(317)이 배치된다. 상기 격막(317)에 의해 상기 유입 포트(323a)와 배출 포트(323b) 사이는 대체로 격리된 상태를 유지하게 된다. 상기 격막(317)은 상기 메인 케이싱(311a)과 보조 케이싱(311b) 중 어느 하나의 내벽에 형성될 수 있다. 상기 격막(317)이 배치됨에 따라, 상기 유입 포트(323a)로부터 배출 포트(323b)로의 약물 이송은 상기 제1, 제2 기어(323, 325)의 회전에 의해서만 가능하게 된다.
도 12 내지 도 15에 도시된 구성에서, 상기 제1, 제2 기어들(323, 325)은 각각 반 시계 방향으로 회전하게 되며, 상기 제1, 제2 기어들(323, 325)의 회전에 따라, 상기 유입 포트(323a)로 유입된 약물은 상기 제1, 제2 기어들(323, 325)의 치형들 사이에 유입되어 상기 격막(317)을 지나 상기 배출 포트(323b)로 유출된다. 이때, 상기 제1 위치에서는 상기 제1 기어(323)의 치형들이 상기 제2 기어(325)의 치형들로부터 이탈하면서 치형들 사이의 공간이 확장된다. 치형들 사이의 공간이 확장되는 만큼 압력 또한 낮아지면서 약물의 유입을 강제하게 된다. 이때, 상기 약물 카트리지(213)가 탄성체 재질로 제작되어 내부에 저장된 약물을 가압한다면, 상기 펌프 모듈(315)로의 약물 유입이 더 활성화될 것이다. 상기 제2 위치에서는 상기 제1 기어(323)의 치형들이 다시 상기 제2 기어(325)의 치형들과 맞물리게 된다. 따라서 상기 제2 위치에서 약물은 치형들 사이의 공간에서 강제로 배출되어 상기 배출 포트(323b)를 통해 상기 주사 튜브(213b)로 흐르게 된다.
도 16 내지 도 18을 참조하면, 외접 기어 펌프는 한 쌍의 태양 기어들(333, 335)을 서로 맞물리게 구성한 것으로서, 상기 기어들 중 제1의 기어(333)가 상기 피동축(217)에 결합하여 회전하며, 제2의 기어(335)는 상기 제1 기어(333)와 맞물려 회전하게 된다. 상기 제1 위치, 즉, 상기 유입 포트(323a)에 인접한 위치에서, 상기 제1 기어(333)의 치형들이 상기 제2 기어(335)의 치형들로부터 이탈함에 따라 상기 유입 포트(323a)를 통해 약물이 상기 케이싱(311) 내부로 유입된다. 유입된 약물은 상기 제1, 제2 기어(333, 335) 각각의 치형들 사이 공간에 수용되며, 상기 제1, 제2 기어(333, 335)의 회전에 따라 상기 배출 포트(323b)에 인접한 상기 제2 위치까지 이송된다. 상기 제2 위치에서 상기 제1 기어(333)의 치형들이 상기 제2 기어(335)의 치형들에 다시 맞물림에 따라 치형들 사이의 약물은 강제로 배출되어 상기 배출 포트(323b)를 통해 상기 주사 튜브(213b)로 흐르게 된다.
종래의 모터 구동 주사기 방식(motorized syringe plunger type), 솔레노이드(solenoid) 또는 스텝 모터(step motor)와 래칫 기어(ratchet gear)를 조합한 방식과 비교할 때, 본 발명에 따른 약물 주입 펌프는 피스톤 부재 또는 기어들을 이용하여 펌프 모듈을 구성함으로써 구동 공간을 줄일 수 있게 된다. 따라서 동일한 크기의 약물 주입 펌프라면 본 발명에 따른 약물 주입 펌프는 종래의 약물 주입 펌프보다 약물 저장 용량을 더 확장할 수 있게 된다. 또한, 소모성 부품인 카트리지 모듈의 구성을 단순화하여, 교체에 따른 사용자, 즉, 환자의 경제적 부담을 경감할 수 있다. 더욱이, 카트리지 모듈을 약물 주입 펌프의 본체에 장착함에 있어서는 별도로 리드 스크루의 위치를 조정하는 과정이 불필요하며, 형상에 맞게 제공된 수용홈에 카트리지 모듈을 용이하게 장착할 수 있다. 따라서 환자가 간편하게 사용할 수 있게 된다.
이상, 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시 예에 관해서 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 당해 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명하다 할 것이다.
1: 약물 주입 펌프 10: 본체
20: 카트리지 모듈 123: 구동 모터
213: 카트리지 모듈 215: 펌프 모듈

Claims (14)

  1. 약물 주입 펌프에 있어서,
    구동 모터와 프로세서를 포함하는 본체; 및
    펌프 모듈과 약물 카트리지를 포함하고, 상기 본체에 착탈 가능하게 제공된 카트리지 모듈을 구비하고,
    상기 카트리지 모듈이 상기 본체에 장착됨에 따라, 상기 펌프 모듈 및 약물 카트리지가 상기 본체에 수용되고, 상기 펌프 모듈이 상기 구동 모터와 결합함을 특징으로 하는 약물 주입 펌프.
  2. 제1 항에 있어서, 상기 카트리지 모듈은 메모리(memory)와, 상기 메모리를 상기 프로세서에 접속하는 접속 단자를 더 포함함을 특징으로 하는 약물 주입 펌프.
  3. 제2 항에 있어서, 상기 메모리는, 상기 카트리지 모듈의 식별코드, 상기 약물 카트리지에 저장된 약물의 유효기간, 정품 인증 코드, 구동 모터의 구동 조건을 저장하는 읽기 전용 메모리임을 특징으로 하는 약물 주입 펌프.
  4. 제3 항에 있어서, 상기 카트리지 모듈이 상기 본체에 장착되면, 상기 프로세서는 상기 메모리에 저장된 정보를 판독하여 상기 구동 모터의 구동 조건을 설정함을 특징으로 하는 약물 주입 펌프.
  5. 제2 항에 있어서, 상기 메모리는, 환자의 질환에 따른 처방전 입력, 갱신할 수 있는 읽기/쓰기 메모리임을 특징으로 하는 약물 주입 펌프.
  6. 제5 항에 있어서, 상기 카트리지 모듈이 상기 본체에 장착되면, 상기 프로세서는 상기 메모리에 저장된 정보를 판독하여 상기 구동 모터의 구동 조건을 설정함을 특징으로 하는 약물 주입 펌프.
  7. 제1 항에 있어서,
    상기 구동 모터는 구동축(driving shaft)에 고정된 커플러(coupler)를, 상기 펌프 모듈은 상기 커플러에 결합 가능한 피동축을 각각 포함하고,
    상기 피동축은 상기 커플러에 결합하여 상기 구동축과 함께 회전함을 특징으로 하는 약물 주입 펌프.
  8. 제7 항에 있어서, 상기 펌프 모듈은,
    상기 피동축의 회전축(rotation axis) 방향으로 연장된 챔버(chamber)를 제공하는 라이너(liner); 및
    상기 피동축의 단부로부터 연장되어 상기 챔버 내에 수용되는 피스톤 부재를 더 포함하고,
    상기 피동축이 상기 구동축과 함께 회전함에 따라, 상기 피스톤 부재가 상기 챔버 내에서 상기 회전축 방향으로 직선 왕복 운동함을 특징으로 하는 약물 주입 펌프.
  9. 제8 항에 있어서, 상기 펌프 모듈은,
    상기 피동축의 단부에 제공되며 상기 회전축에 대하여 경사지게 형성된 제1 경사면;
    상기 라이너의 단부에 제공되며 상기 제1 경사면과 상응하게 형성된 제2 경사면; 및
    상기 제1, 제2 경사면이 밀착하는 방향으로 탄성력을 제공하는 탄성 부재를 더 포함하고,
    상기 피동축이 회전하면 상기 제1 경사면이 상기 제2 경사면에 대면한 상태로 회전함으로써, 상기 피동축 및 피스톤 부재가 직선 왕복 운동함을 특징으로 하는 약물 주입 펌프.
  10. 제8 항에 있어서, 상기 피스톤 부재가 상기 챔버 내에서 직선 왕복 운동함에 따라, 번갈아가며 제1의 경로를 통해 상기 약물 카트리지에 저장된 약물이 상기 챔버로 유입되고 제2의 경로를 통해 상기 챔버에 유입된 약물이 배출됨을 특징으로 하는 약물 주입 펌프.
  11. 제7 항에 있어서,
    상기 펌프 모듈은 적어도 한 쌍의 기어들을 케이싱 내에 수용하는 내접 기어 펌프 또는 외접 기어 펌프를 더 포함하고,
    상기 기어들 중 제1의 기어가 상기 피동축에 결합하여 상기 피동축과 함께 회전함에 따라, 제1의 경로를 통해 상기 약물 카트리지에 저장된 약물이 상기 케이싱으로 유입되고, 상기 케이싱에 유입된 약물이 제2의 경로를 통해 배출됨을 특징으로 하는 약물 주입 펌프.
  12. 제1 항에 있어서, 상기 본체는 무선통신 모듈을 더 포함함으로써, 상기 무선통신 모듈을 통해 혈당 센서 또는 휴대 통신기기에 접속됨을 특징으로 하는 약물 주입 펌프.
  13. 제1 항에 있어서, 상기 본체는 상기 구동 모터의 작동에 작용하는 부하를 감지하는 부하 감지 센서(load sensor)를 더 포함함을 특징으로 하는 약물 주입 펌프.
  14. 제1 항에 있어서, 상기 약물 카트리지는 탄성체 재질로 제작되어 그 내부에 저장된 약물을 가압함을 특징으로 하는 약물 저장 펌프.
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