KR20150124560A

KR20150124560A - 링거액 모니터링 장치와 이를 이용한 원격 관리 시스템 및 방법

Info

Publication number: KR20150124560A
Application number: KR1020140051042A
Authority: KR
Inventors: 김영철; 최익창; 김현덕
Original assignee: 경북대학교 산학협력단
Priority date: 2014-04-28
Filing date: 2014-04-28
Publication date: 2015-11-06
Also published as: KR101605833B1

Abstract

본 발명은 일정 전압을 인가하는 전원; 링거액이 수용되는 챔버의 일측에 형성되어, 인가된 전압 신호를 광신호로 변환하는 발광소자 및 상기 발광소자에서 상기 챔버를 향하여 송신되는 광신호를 집중시켜 확산을 방지하는 송신기 렌즈를 포함하는 발광부; 상기 챔버의 타측에 형성되어, 상기 송신기 렌즈를 통해 수신된 광신호를 집광하는 수신기 렌즈 및 상기 수신기 렌즈를 통해 집광된 광신호를 전기신호로 변환하는 수광소자를 포함하는 수광부; 상기 전원에서 인가된 전압 신호를 PPM 변조하고 아날로그 신호로 변조하여 PPM 변조된 아날로그 신호를 상기 발광소자에 인가하며, 상기 수광부에서 수신된 전기신호를 디지털신호로 변환하고 수신된 디지털 신호를 통해 링거액 모니터링 상태를 판단하는 제어부; 및 상기 제어부의 판단에 따라 디스플레이 상에 표시하거나 오디오를 통한 경보신호를 통해 링거액 모니터링 정보를 알려주는 알람부를 포함하는 링거액 모니터링 장치를 제공한다.
또한, 상기 링거액 모니터링 장치가 관리서버를 통해 관리자 PC 또는 스마트 폰과 연결되어 관리할 수 있는 원격관리 시스템 및 방법을 제공한다.

Description

링거액 모니터링 장치와 이를 이용한 원격 관리 시스템 및 방법{Apparatus for monitoring ringer's fluid and remote control system using it and method of the same}

본 발명은 링거액 모니터링 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 외부광의 잡음을 제거하여 광센서의 오작동을 방지할 수 있는 링거액 모니터링 장치와 이를 이용하여 원격관리하는 시스템 및 방법에 관한 것이다.

일반적으로 필요한 양분(즉, 포도당) 및 주사액 등을 환자에게 보충하기 위하여 링거용기(링거팩, 링거병)에 수용된 링거액을 환자의 혈관으로 주입하게 된다.

일반적인 링거액 주입장치는, 도 1에 도시된 바와 같이, 링거액을 수용하는 링거용기(10)와, 상기 링거용기(10)와 연결되어 인체에 링거액을 공급하는 튜브(40)와, 상기 튜브(40)와 상기 링거용기(10) 사이에서 링거액을 저장하는 점적 챔버(20)와, 상기 튜브(40)의 말단부에 설치되어 인체의 혈관에 주사되는 주사기(50)와, 상기 점적 챔버(20)와 주사기(50) 사이에 설치되어 튜브의 단면적을 조정하여 링거액이 주사기로 흐르는 양을 조절하는 링거액 주입량 조절기(30)로 이루어진다.

이러한 링거액 주입장치에서는 링거액의 투입차단 및 링거용기 교체를 위해 간호사나 간병인이 환자 주변에 상주하여 링거액의 양을 수시로 체크해야하는 불편함이 있고, 더욱이 실수로 링거용기의 제거 및 교체시기를 놓치는 경우에는 링거액이 주입되는 튜브를 따라 공기가 유동하여 혈관 내로 유입되는 위험 상황을 발생시킬 수 있어, 링거액의 주입을 모니터링하고 투약 종료 시기를 알려주는 감지장치가 필요하다. 이에 따라, 다양한 방법으로 링거액의 투약 종료 시기를 알려주는 선행기술이 있는데, 살펴보면 다음과 같다.

첫째, 링거용기의 마개나 링거호스에 광센서를 부착하여 광센서의 조도 변화에 따라 링거액의 소모를 감지토록 한 장치가 있으나, 이것은 링거액의 색상이나 투명도에 영향을 받기 때문에 링거액의 유무에 따른 조도변화가 적은 링거액의 경우 오작동의 발생 가능성이 있는 문제점이 있다.

둘째, 링거용기 내부에 전극을 삽입시켜 링거액이 있을 때만 두 전극 사이에 전류가 흐르는 성질을 이용한 장치의 경우는 링거액에 삽입된 전극에 의한 이물질과 세균 등의 오염에 노출되는 문제점이 있고, 링거의 무게 변화를 이용한 장치는 구조가 복잡하여 설치 및 휴대가 용이치 않을 뿐 아니라 링거용기의 무게에 따라 설정 값이 다르기 때문에 사용이 불편하다는 문제점이 있었다.

세째, 전술한 문제점을 개선한 형태로 한국특허등록번호 10-0802313호가 있다. 이에 따르면, 전원이 발광부로 인가되면 발광부는 빛을 방사하고, 수광부에서는 링거액의 유무에 따라 모이는 빛의 양이 달라지므로 상대적으로 전압을 구별하여 링거액 소진을 알리게 된다.

그러나, 상기 선행특허는 외부 빛이 차단된 상태에서 링거액의 소진 등을 모니터링하므로, 외부 빛이 침투되지 않도록 불투명한 상자 등의 밀폐시키는 별도의 장치가 필요하게 된다.

또한, 별도의 밀폐장치를 확보하더라도 외부의 빛을 완전히 차단한 상태라는 전제 조건을 만족시키기에는 제약이 따른다.

이에 따라, 자연광 혹은 실내 조명등 등의 외부광(잡음)의 영향에 의해 광센서의 오동작 가능성이 있고, 링거액 소진 여부를 판단하는 데 있어서 정확도가 떨어지는 문제점이 있다.

또한, 링거액의 투입차단 및 링거용기 교체를 위해 간호사나 간병인이 환자 주변에 상주하여 링거액의 양을 수시로 체크해야하는 불편함이 있다.

한국특허등록 10-0802313호

본 발명은 전술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 송신기 렌즈 및 수신기 렌즈의 한 쌍의 집광렌즈와, 전압 신호의 PPM변조 및 잡음제거필터를 적용하여 외부 잡음의 영향을 최소화하여 안정적으로 동작할 수 있는 링거액 모니터링 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 상기 링거액 모니터링 장치는 관리서버를 통해 관리자 PC 또는 스마트폰(태플릿)가 유무선 네트워크로 연결되어, 관리자(간호사)는 관리서버에 접속하여 실시간으로 각 병실별 환자의 링거액 모니터링 상황을 인지할 수 있게 하는 것을 목적으로 한다.

이를 위해, 본 발명은 일정 전압을 인가하는 전원; 링거액이 수용되는 챔버의 일측에 형성되어, 인가된 전압 신호를 광신호로 변환하는 발광소자 및 상기 발광소자에서 상기 챔버를 향하여 송신되는 광신호를 집중시켜 확산을 방지하는 송신기 렌즈를 포함하는 발광부; 상기 챔버의 타측에 형성되어, 상기 송신기 렌즈를 통해 수신된 광신호를 집광하는 수신기 렌즈 및 상기 수신기 렌즈를 통해 집광된 광신호를 전기신호로 변환하는 수광소자를 포함하는 수광부; 상기 전원에서 인가된 전압 신호를 PPM 변조하고 아날로그 신호로 변조하여 PPM 변조된 아날로그 신호를 상기 발광소자에 인가하며, 상기 수광부에서 수신된 전기신호를 디지털신호로 변환하고 수신된 디지털 신호를 통해 링거액 모니터링 상태를 판단하는 제어부; 및 상기 제어부의 판단에 따라 디스플레이 상에 표시하거나 오디오를 통한 경보신호를 통해 링거액 모니터링 정보를 알려주는 알람부를 포함하는 링거액 모니터링 장치를제공한다.

또한, 상기 제어부가 PPM 변조를 수행하지 않고, 상기 발광부는 인가된 전압 신호를 PPM 변조하는 PPM 변조부를 더 포함하고, 상기 발광소자는 상기 PPM 변조부에 의해 변조된 PPM 신호를 광신호로 변환하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 수광부는 상기 발광부로부터 전송된 PPM 광신호에서 광신호대역과 잡음을 분리하여 상기 잡음을 제거하는 잡음제거필터를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 발광소자의 광원은 700~800nm의 파장 범위이며, 상기 챔버는 링거용기와 튜브 사이에서 상기 링거액을 저장하는 점적 챔버인 것이 바람직하다.

또한, 상기 전원은 충전형 배터리 모듈이며, 상기 전원과 연결되어 충전하는 충전회로를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 알람부는, 상기 전원, 상기부과 연결된 제어부가 전원 또는 배터리의 전압 크기를 측정하여 배터리의 방전상태를 모니터링하여 배터리 교체시기를 알려주는 저전압 알람부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 원격관리 시스템은, 상기 링거액 모니터링 장치 및 상기 링거액 모니터링 장치를 관리하는 관리자 장치와 네트워크로 연결된 서버에 있어서, 상기 링거액 모니터링 장치는 상기 서버와 통신하는 통신모듈을 더 포함하고, 상기 서버는 상기 통신모듈을 통해 상기 링거액 모니터링 정보를 실시간 업데이트시키며, 상기 관리자 장치는 상기 서버에 접속하여 실시간으로 상기 링거액 모니터링 정보를 확인하는 것을 특징으로 한다.

또한, 사용자 인증으로, 환자를 식별하는 장치 노드 아이디와, 병실을 식별하는 병실 노드 아이디와, 그룹을 식별하는 그룹 아이디를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 원격 관리 방법은, 상기 링거액 모니터링 장치 및 상기 링거액 모니터링 장치를 관리하는 관리자 장치와 네트워크로 연결된 서버에서의 원격관리 방법에 있어서, 상기 링거액 모니터링 장치는 상기 서버와 통신하는 통신모듈을 더 포함하고,

(a) 상기 링거액 모니터링 장치는 장치를 초기화하고 상기 서버에 노드 아이디, 네트워크 아이디를 접속하여 등록하는 단계; (b) 상기 서버는 상기 관리자 장치에 상기 링거액 모니터링 장치의 통신상태, 장치 아이디를 전송하여 표시하는 단계; (c) 상기 관리자 장치는 장치별 환자정보와 상기 링거액 모니터링 정보를 확인하고 정보를 수정하여 상기 서버에 전송하면, 상기 서버는 수정 정보에 대해서 상기 링거액 모니터링 장치에 전송하여 정보를 갱신하는 단계; (d) 상기 서버는 등록된 링거액 모니터링 장치에 주기적으로 상기 링거액 모니터링 정보에 대한 요청 메시지를 전송하여 상기 링거액 모니터링 정보를 갱신하고, 주기적으로 업데이트된 링거액 모니터링 정보를 상기 관리자 장치에 전송하는 단계; 및 (e) 상기 링거액 모니터링 장치는 상기 링거액 모니터링 정보의 변경시에 상기 관리자 장치의 주기적인 요청이 있거나 요청이 없더라도 상기 서버에 전송하면, 상기 관리자 장치가 상기 변경된 링거액 모니터링 정보를 수신하여 확인하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 링거액 모니터링 장치에 따르면, 정맥 주사시 환자 혈관 속으로 주입되는 링거액을 모니터링하여 링거액이 저수위에 도달하여 주입되지 않을 시에 이를 환자 또는 간병인, 간호사 등 자동적으로 알려주어, 링거액을 주시해야 하는 긴장을 해소하여 안정을 취하는데 도움을 줄 수 있다.

또한, 인가신호의 PPM 변조와 잡음제거필터를 통해, 자연광 혹은 실내 조명등 등의 외부광(잡음)의 영향에 의해 광센서의 오동작 가능성을 방지할 수 있다.

또한, 관리자(간호사)는 관리자 PC 또는 스마트폰(태플릿) 등을 이용하여 관리서버에 접속하여, 실시간으로 각 병실별 환자의 링거액 모니터링 상황을 인지할 수 있다. 게다가, 관리자의 요청에 의해 링거액 모니터링 장치의 상태 갱신, 환자 정보, 링거액 정보 등의 개인별 정보를 관리서버에 요청하여 정보를 획득할 수 있어 원격관리가 가능하다.

도 1은 일반적인 링거액 주입장치를 나타낸 도면,
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 링거액 모니터링 장치가 설치된 형태를 나타낸 도면,
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 링거액 모니터링 장치를 나타낸 기능 블럭도,
도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 링거액 모니터링 장치를 이용한 원격관리 시스템을 나타낸 도면,
도 5는 도 4의 원격관리 시스템에서의 원격관리 과정을 나타낸 도면,
도 6는 잡음광의 종류와 파장특성을 나타낸 그래프,
도 7a 및 도 7b는 각각 본 발명에 따른 비확산 전송과 종래의 확산 전송을 나타낸 도면,
도 8은 박막 필름형 대역통과 필터의 온도변화 빈 감도를 나타낸 그래프,
도 9는 외부 잡음광의 스펙트럼 분포를 나타낸 그래프,
도 10은 외부 잡음광과 PPM 변조방식의 스펙트럼 분포를 나타낸 그래프이다.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시 예들을 통해 설명될 것이다. 그러나, 본 발명은 여기에서 설명되는 실시 예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 단지, 본 실시 예들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세히 설명하기 위하여 제공되는 것이다.

도면들에 있어서, 본 발명의 실시 예들은 도시된 특정 형태로 제한되는 것이 아니며 명확성을 기하기 위하여 과장된 것이다. 또한 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호로 표시된 부분들은 동일한 구성요소를 나타낸다.

본 명세서에서 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 또한, 명세서에서 사용되는 "포함한다" 또는 "포함하는"으로 언급된 구성요소, 단계, 동작 및 소자는 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작, 소자 및 장치의 존재 또는 추가를 의미한다.

도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 링거액 모니터링 장치(100)가 설치된 형태를 나타낸 도면이다.

도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 링거액 모니터링 장치(100)는 링거액이 수용되는 점적 챔버(drip chamber)(101)의 투명한 외벽에 발광부(130)와 수광부(140)를 부착하여, 발광부(130)에서 전송된 광신호가 점적 챔버(101)를 통과하여 수광부(140)로 집광되게 한다. 이때, 상기 광신호가 점적 챔버(101)의 떨어지는 수액 방울을 통과하느냐 대기 중에 통과하느냐에 따라 굴절율이 변하게 되고 발광부(130)에서 신호의 세기도 수광부(140)에 집광되었을 때 변하게 된다. 이처럼, 변하는 굴절율 및 신호 세기의 변화를 통해 점적 챔버(101) 내의 링거액이 소진되었는지 여부를 알 수 있다. 또한, 링거액을 수용하는 링거용기 또는 상기 링거용기와 연결되어 인체에 링거액을 공급하는 튜브 상에도 링거액 모니터링 장치가 설치될 수 있으나, 도 2에서 점적 챔버(101)에 설치된 링거액 모니터링 장치(100)에서의 정확도가 더 높으므로, 점적 챔버(101) 위주로 설명한다.

도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 링거액 모니터링 장치(100)를 나타낸 기능 블럭도이다.

도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 링거액 모니터링 장치(100)는, 일정 전압을 인가하는 전원부(110)와, 상기 전원(110)에 의해 발생된 전기신호를 광신호로 변환하여 점적 챔버를 향하여 빛을 발광하는 발광부(130)와, 상기 발광부(130)로부터 발광되는 빛을 수광하고 전기신호 변환하여 전압을 출력하는 수광부(140)와, LED 점등 표시 또는 디스플레이(LCD) 상에 표시하거나 스피커를 통한 경보음을 통해 장치 상태를 알려주는 알람부(150)와, 상기 전원부(110), 발광부(130), 수광부(140) 및 알람부(150)와 연결되어 장치를 제어하는 제어부(120)를 포함한다. 이때, 제어부(120)를 구성하는 마이크로프로세서(121)는 휴대성과 편의성을 증대시키기 위해서는 저전력 CPU를 사용하는 것이 바람직하며, 가령, 복잡한 연산이나 동작 등의 과부하가 없으므로 저전력 8비트(bit) 마이크로프로세서를 사용하는 것이 바람직하다.

또한, 발광부(130)는, 인가된 전원 신호를 펄스포지션 변조방식(PPM: Pulse-Position Modulation)으로 변환하는 PPM 변조부(131)와, 상기 PPM 변조 신호를 광신호로 변환하는 발광소자(132)와, 상기 발광소자에서 송출되는 광신호를 제어하여 확산을 방지하는 제1렌즈(133)로 구성된다. 여기서, PPM 변조부(131)는 오실레이터(oscillator) 등이 사용될 수 있으나 마이크로프로세서(121)에서 인가된 전원신호를 미리 펄스포지션 변조방식으로 전환시킬 경우에는 상기 PPM 변조부(131)는 마이크로프로세서(121)가 역할을 수행하므로 생략될 수 있고 이에 따라 DAC(124)는 PPM 변조된 디지털 신호를 아날로그 신호로 변환시켜 발광소자(132)로 전송하게 되며, 상기 발광소자(132)는 전기신호를 광신호로 변환하는 발광다이오드로서, 레이저다이오드(LD), LED 등이 사용될 수 있다.

또한, 수광부(140)는 상기 제1렌즈(133)를 통해 수신된 광신호를 집광하는 제2렌즈(142)와, 상기 제2렌즈(142)를 통해 집광된 광신호를 전기신호로 변환하는 수광소자(143)와, 상기 수광소자(143)에서 변환된 전기신호는 미약하므로 이를 증폭하는 증폭기(144)로 구성된다. 여기서, 수광소자(142)는 광신호를 전기신호로 변환하는 포토다이오드 등이 사용될 수 있으며, 외부광(잡음)을 최소화하기 위해 상기 제2렌즈(142)와 함께 잡음제거필터(141)를 수광소자(143)의 앞 단에 형성한다. 즉, 상기 잡음제거필터(141)는 발광소자(132)의 광신호를 제외한 다른 대역의 자연광 또는 외부광 등의 잡음을 제거하는 기능을 수행한다. 또한, 상기 잡음제거필터는 대역통과 필터, 대역차단 필터, 대역저지 필터 등이 있고, 박막필름필터 형태가 바람직하다.

또한, 상기 전원부(110)는 충전형 배터리 모듈 혹은 전원어댑터를 병행 또는 단독으로 사용가능하며, 환자의 이동성을 고려하여 충전형 배터리 모듈 사용이 편의성 증대를 위해 바람직하다.

또한, 충전회로(111)는 상기 전원부(110)와 연결되어 외부 DC 어댑터로 자체 충전이 가능하고, 충전 중 DC 어댑터 전원을 사용하여 장치의 동작이 가능하여 배터리 혹은 DC 어댑터를 동시에 수용할 수 있다.

또한, 알람부(150)는, 저전압 알람부(151), 통신상태 알람부(152), 링거액 소진 알람부(153) 및 동작상태 알람부(154)로 구성된다.

먼저, 저전압 알람부(151)는 상기 전원부(110)와 연결된 마이크로프로세서(121)가 전원 또는 배터리의 전압 크기를 측정하여 배터리의 방전상태를 모니터링하여 배터리 교체시기를 알려준다. 이처럼, 본 발명에서는 휴대형 기기의 배터리 교체시기를 저전압 알림부(151)를 통해 사용자 혹은 관리자에게 디스플레이 표시 또는 경보음을 통해 알려주어 중단없는 장치의 동작을 유지하도록 한다.

또한, 통신상태 알람부(152)는 통신 모듈(122)과 연결된 마이크로프로세서(121)가 상기 통신 모듈(122)의 동작상태 링거액 모니터링 정보를 송수신 상태를 알려준다. 이때, 통신모듈(122)은 소출력 무선통신을 이용하여 환자별 고유아이디(ID), 병실아이디, 링거액의 식별번호 등의 데이터를 관리 서버(200)에 전송하는 역할을 한다.

또한, 동작상태 알림부(154)는 점적 챔버 장착 스위치(120)와 연결된 마이크로프로세서(121)가 점적 챔버에 올바르게 장착된 후 사용자 혹은 관리자가 동작 스위치를 활성화시킬시 정상적인 동작 상태를 알려준다.

또한, 링거액 소진 알람부(153)는 마이크로프로세서(121)가 상기 수광부(140)를 통해 수신된 전압신호를 통해 링거액의 소진 여부를 판단하고 링거액 소진의 경우에는 이를 디스플레이하거나 경보음을 통해 알려준다.

또한, 링거액 소진 알림부(153)에서 링거액 소진을 디스플레이 상에 표시하거나 스피커를 통한 경보음의 경보신호가 출력되면, 인체에 연결된 튜브에서의 공기 주입을 차단하는 튜브 개폐부(미도시)를 포함한다. 이때, 마이크로프로세서(121)는 링거액이 소진되었을 경우 튜브 개폐부를 통해 공기가 주사기의 주입구 내로 흐르는 것을 막을 수 있다.

이하에서 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 링거액 모니터링 장치(100)의 동작 과정을 살펴보면 다음과 같다.

먼저, 마이크로프로세서(121)는 전원이 인가되면 점적 챔버 장착 스위치(123)의 온(on) 상태를 체크하고, 온 상태에서 디지털 신호를 발광부(130)로 전송한다. 이때, 마이크로프로세서(121)에서 수신받은 디지털 신호는 DAC(Digital to Analog Converter)(124)를 통해 아날로그 신호로 변경되고, 발광부(130)의 PPM 변조부(131)를 통해 PPM 신호로 변조된 후 발광소자(132)로 인가되거나, DAC(124)전에 마이크로프로세서(121)에 의해 PPM 신호로 변조된 후 DAC(124)에서 아날로그 신호로 변경된 후에 발광소자(132)로 인가될 수 있다. 이어, 발광소자(132)를 통해 변환된 광신호는 송신기 렌즈로서 제1렌즈(133)와 수신기 렌즈ㄹ로로서 제2렌즈(142)의 한쌍의 렌즈를 통해 광신호의 비확산 방지 및 집광을 도모한다. 또한, 잡음제거필터(141)를 통해 외부광이 제거되어 수광소자(143)에 집광된 광신호는 전압 신호로 변환되어 증폭기(144)에서 소정 크기로 증폭되어 ADC(Analog to Digital Converter)(125)에서 디지털신호로 변환되어 마이크로프로세서(121)로 입력된다. 이때, 입력된 신호는 마이크로프로세서(121)에서 링거액 방울을 통과하여 입력된 신호와 상기 링거액 방울을 거치지 않고 입력된 신호를 구분하여 데이터를 저장하게 된다. 이어, 마이크로프로세서(121)는 링거액이 모두 소진된 경우 링거액 방울은 더 이상 떨어지지 않으므로 신호는 대기 중에 통과하는 광신호만을 감지하게 되므로 링거액 소진 여부를 판단할 수 있고, 관리자에게 링거액이 모두 소진되었음을 통신모듈(122)을 통해 전송할 수 있다.

이때, 마이크로프로세서(121)는, 수광부(140)에서 링거액의 소진 여부에 따라 모이는 빛의 양이 달라지므로 수신된 검출 전압과 기준 전압을 비교하고 검출 전압이 기준 전압의 범위내에 있으면 링거액이 소진되었다고 판단할 수 있다.

가령, 링거액이 소진 경우가 링거액이 충만된 경우와 비교하여, 링거액이 소진시 발광부(130)의 비확산렌즈 및 수광부(140)의 집광렌즈를 통해 수광부(140)로 거의 모든 빛이 모이게 되고, 수광부(140)로 모이는 빛의 양이 많으면 상대적으로 높은 전압이 출력되므로 링거액의 유무에 따라 전압이 구별될 수 있다. 이에 따라, 마이크로프로세서(121)는 링거액이 소진시 발광부(130)에서 전송된 빛이 모두 수광부(140)에서 집광된 것으로 판단할 수 있으므로, 검출전압이 기준전압 또는 기준전압 임계치에 있으면(기준전압 임계치는 전원전압의 2% 또는 3% 등의 설정된 오차 범위 내의 전압값을 말한다) 링거액이 소진된 것으로 판단할 수 있다. 반면에, 마이크로프로세서(121)는 점적 챔버 내에 링거액이 채워져 있을 경우 검출전압이 기준전압 또는 기준전압 임계치에 있지 않으면, 링거액이 충만한 것으로 판단할 수 있다.

또한, 마이크로프로세서(121)는 신호 세기의 변화로서 전압의 변화 뿐만아니라, 상기 광신호가 점적 챔버(101)의 떨어지는 수액 방울을 통과하느냐 대기 중에 통과하느냐에 따라 굴절율이 변하게 되는 점을 이용하여, 측정 굴절율과 설정된 기준 굴절율을 비교하여 링거액이 소진되었는지 여부도 판단할 수 있다.

또한, 마이크로프로세서(121)는 링거액이 정상적으로 환자혈관으로 주입되는 경우 일정한 주기로 링거액 방울은 떨어지므로 링거액 방울의 낙하 주기를 감지할 수 있다. 이에 따라, 비정상적인 형태로 링거액이 정상적으로 환자혈관으로 주입되지 않는 경우, 링거액 방울이 떨어지는 기준 낙하주기와 비교하면 비상적인 경우 낙하주기가 길어지게 되므로 마이크로프로세서(121)는 이 주기를 판단하여 통신모듈(122)을 통해 관리자에게 가령 "링거액 주입이 비정상적인 상태" 라는 메시지를 송출할 수도 있다.

도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 링거액 모니터링 장치의 원격관리 시스템을 나타낸 도면이며, 도 5는 도 4의 원격관리 시스템에서 상기 링거액 모니터링 정보의 원격관리 과정을 나타낸 도면이다.

도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 원격관리 시스템은, 각 병실(100A, 100B,....100M)에 설치되어 있는 다수의 링거액 모니터링 장치(100)가 감지한 링거액 모니터링 정보를 2.4GHz 지그비(ZigBee) 센서 네트워크를 통해 관리 서버(200)에 전송할 수 있다. 이때, 관리자는 상기 관리서버(200)와 유무선 인터넷망으로 연결된 관리자 PC(300)에 의하거나, 와이파이(wifi) 또는 이동통신망으로연결된 관리자 스마트폰(태블릿)(400)을 통해 상기 링거액 모니터링 정보를 확인할 수 있어, 원격관리가 이루어진다.

여기서, 링거액 모니터링 장치(100A~100M)은 통신모듈은 소출력 무선통신을 이용하여 환자별 고유아이디(ID), 병실아이디, 링거액의 식별번호 등의 데이터를 관리 서버(200)에 전송하는 역할을 하며, 특히 2.4GHz ZigBee 센서 네트워크와 같은 저전력 네트워크망을 이용할 경우, 층별, 병실별, 환자별 데이터 수집과 관리가 용이한 장점을 가지며, 이뿐만 아니라 블루투스, 와이파이와 같은 무선통신, Ethernet, PLC 등 유선통신 등도 통신모듈의 변경만으로 변경가능하다.

또한, 통신 방법에서 통신모듈은 2.4GHz ZigBee 센서네트워크로 대표되는 IEEE 802.15.4 저전력 센서 네트워크를 사용할 수 있습니다.

도 5를 참조하여, 도 4에 도시된 원격 관리 시스템에서의 원격관리 과정을 살펴보면 다음과 같다.

본 발명에 따른 원격관리 시스템에서 각 병실(100A, 100B,....100M)의 각 환자별로 본 발명의 링거액 모니터링 장치(100)가 배치되므로, 각 환자마다 배치된 장치 노드ID, 각 병실별 노드ID 및 그룹ID로 구성된다. 이에 따라, 장치별 노드ID를 통해서 환자를 식별할 수 있고, 병실별 노드 ID를 통해 병실을 식별할 수 있으며, 그룹 ID를 통해 병원에서 정한 그룹(가령, 중증 정도 여부에 따른 구분, 층별구분, 남녀 구분, 연령별 구분 등)을 식별할 수 있다. 이때, 그룹 ID는 관리자에 의해 임의로 구성이 가능하며, 편의상 간단하게 병실별로 부여할 수 있다

또한, 링거액 모니터링 장치(100)는 장치를 초기화하고 관리서버(200)의 코디네이터에 노드 ID, 네트워크 ID를 접속하여 등록한다(S101). 이때, 장치 초기화 과정에서 환자 정보, 링거액 정보 등 개인별 정보를 입력할 수 있으며, 각각의 링거액 모니터링 장치(100)는 고유한 노드 ID를 부여받아 전체 센서 네트워크를 관리하는 관리서버(200)의 코디네이터 노드에 접속하여 통신한다. 또한, 관리서버(200)의 코디네이터 노드와 개별 노드 간의 통신거리가 물리적인 제약으로 불가능한 경우, 지그비 센서네트워크의 네트워크 토폴로지에 따라 멀티홉 방식 등의 다양한 네트워크 토폴로지를 구성할 수 있다.

이후, 관리서버(200)는 관리자 PC(300) 또는 스마트폰(400)에 링거액 모니터링 장치의 통신상태, 디바이스 ID(노드 ID, 네트워크 ID)를 전송하여 표시한다(S102).

이후, 관리자는 관리자 PC(300) 또는 스마트폰(400)을 통해 장치별 환자정보와 링거액 정보를 확인하고 필요시 정보를 수정하여 관리서버(200)에 전송하면(S103), 관리서버(200)는 수정사항에 대해서 링거액 모니터링 장치에 전송하여 정보를 갱신한다(S104).

이후, 관리서버(200)는 등록된 링거액 모니터링 장치(100)에 주기적으로 상태 정보에 대한 요청 메시지를 전송하여 장치 상태를 갱신하고(S105, S106, S107, S108), 주기적으로 업데이트된 링거액 모니터링 장치의 정보들을 관리자에게 통보한다(S109).

또한, 관리서버(200)는 관리자의 요청이 있을시 즉시 장치 정보를 요청하여 갱신한다(S110, S111, S112, S113).

또한, 링거액 모니터링 장치의 상태 정보가 변경시 주기적인 요청 혹은 관리자의 요청이 없더라도 즉시 관리서버(200)에 통보하면(S114), 관리자는 관리자 PC 또는 스마트폰(400)을 통해 알려주어 이를 확인할 수 있다(S115).

이와 같이, 관리자(간호사)는 관리자 PC(300) 또는 스마트폰(태플릿)(400) 등을 이용하여 관리서버(200)에 접속하여, 실시간으로 각 병실별 환자의 링거액 모니터링 상황을 인지할 수 있다. 게다가, 관리자의 요청에 의해 링거액 모니터링 장치의 상태 갱신, 환자 정보, 링거액 정보 등의 개인별 정보를 관리서버에 요청하여 정보를 획득할 수 있다. 이를 위해, 관리서버(200)는 링거액 모니터링 장치와 주기적으로 통신을 주고받으며, 관리자의 요청에 의해 정보를 갱신할 수 있도록 구현한다.

특히, 본 발명에서는 점적 챔버(101)의 외벽에 설치된 발광부(130) 및 수광부(140)의 광센서를 통한 링거액 모니터링에 있어, 종래와 달리 외부광(잡음)의 영향에 따른 오동작을 방지하므로, 이에 대해 보다 자세히 살펴본다.

도 6에 도시된 바와 같이, 외부광으로 자연광(Sun)과, 백열등(Incandescent) 및 형광등(Flourescent)의 실내 조명등을 통해 발광부(130)와 수광부(140)의 광센서의 동작과정에서 잡음의 영향을 받게 되므로, 대기에 의한 흡수 손실과 광결합 손실을 보상해줄 필요가 있다. 이때, 대기에 의한 손실은 파장의 함수로서 일반적으로 파장이 짧을수록 결합손이 큰 상황이므로, 도 6을 참조하면, 700~800nm의 파장에서 대기손실을 최소화할 수 있으며, LED 광원은 IR 대역의 최단 파장인 785nm 대역이 바람직하다.

또한, 광결합 손실은 빔의 확산과 밀접한 관련이 있으므로, 비확산설계 또는 빔의 퍼짐을 최소화하여 수광부(140)에 결합되는 발광부(130)의 광량이 증가하게 할 필요가 있다. 이에 따라, 도 7a에 도시된 바와 같이, 발광부(130)의 종단에는 송신기 렌즈로서 제1렌즈(133)를 장착하여 발광소자(132)에서 송출되는 빛의 확산을 적절히 제어할 수 있다. 즉, 점적 챔버(101)의 지름은 수 cm로 매우 짧은 거리에 해당하므로, 제1다이오드(132)에서 송출되는 빛은 확산되지 않고, 비확산 전송되어 수신기 렌즈로서 수광부(140)의 제2렌즈(142)로 집광될 수 있다. 이처럼, 빛이 퍼지지 않고 전송되므로 단위면적당 빛의 세기를 더욱 집중할 수 있다.

도 7b의 종래의 확산 전송과 비교해 보면, 도 7a의 본 발명의 비확산 전송의 경우는 송신부과 수신부의 광축이 이탈될 경우 수광부의 광량이 떨어지는 단점이 있지만, 점적 챔버(101)는 거리가 매우 짧으며 발광부(130)과 수광부(140)를 클램프와 같이 집게로 고정시켜 동작시키므로 광축 이탈의 염려를 불식시킬 수 있다.

따라서, 본 발명에 따른 송신기 렌즈를 통해 비확산 전송을 하면, 불필요한 위치로 빛을 확산하지 않고 정확하게 수광부(140)로 집중할 수 있어 단위면적당 빛의 세기를 높일 수 있다. 또한, 단위면적당 같은 에너지를 방출하기 위한 발광소자(132)의 출력파워를 줄일 수 있어, 발광부(130)에서의 불필요한 전력소모를 줄이고 전체 시스템의 배터리 수명을 증가시킬 수 있다.

한편, 본 발명에서는 전술한 외부 잡음광의 존재를 최소화하기 위해, 상기 제2렌즈(142)와 함께 잡음제거필터(141)를 수광소자(143)의 앞단에 형성한다. 즉, 상기 잡음제거필터(141)는 발광소자(132)의 광신호를 제외한 다른 대역의 자연광 또는 외부광 등의 잡음을 제거하는 기능을 하고, 집광용 제2렌즈(142)는 비확산 전송되어 들어오는 빛을 수광소자(143)인 포토다이오드로 집속시켜 주는 기능을 한다.

일반적으로 잡음제거필터는 대역통과 필터, 대역차단 필터, 대역저지 필터 등이 있고, 이러한 필터들은 도 8에 도시된 바와 같이, 박막필름(Thin Film) 필터로서 코팅을 통해 형성되므로 온도변화에 민감한 문제점이 있다. 특히, 대역통과 필터는 온도에 따라 통과 대역이 수십 nm이상 변동하므로 온도 변화가 넓은 현장 환경에서는 사용이 불가능하지만, 본 발명에 적용되는 점적 챔버는 병실과 같은 실온에서만 사용되므로 비교적 온도변화가 적기 때문에 잡음제거필터로서 박막필름형 대역통과필터가 바람직하다.

한편, 외부광(잡음)은 도 9에 도시된 바와 같이, 낮은 주파수 영역에서 큰 전력을 가지므로, 이를 극복하기 위해 본 발명에서는 오실레이터(oscillator)를 이용하여 펄스포지션 변조방식(PPM: Pulse-Position Modulation)을 구현할 수 있다.

도 10에 도시된 바와 같이, 외부 잡음과 PPM 변조방식의 스펙트럼 분포를 살펴보면, 본 발명에서는 PPM 변조부(131)를 통해 전원신호를 PPM 변조하여 신호 전력이 높은 주파수로 이동시킬 수 있으므로, 잡음제거필터를 통해 외부광(잡음)과 광신호를 주파수 영역에서 분리가 가능하게 하여 손쉽게 외부광(잡음)을 제거할 수 있다. 즉, 단순히 외부광을 제거하는 잡음제거필터(141)만을 사용하면 발광소자로부터 광신호대역과 외부광(잡음)의 분리가 명확하지 않아 광신호대역까지 차단될 수 있지만, PPM변조방식을 동시에 적용하면 주파수 영역에서 잡음과 신호대역의 분리가 더욱 명확해지므로 잡음제거필터(141)를 사용한 외부광(잡음) 제거가 용이하다.

이와 같이, 본 발명은 발광부와 수광부에 PPM변조와 잡음제거필터를 적용하여 외부광(잡음)의 영향을 최소화하여 안정적으로 동작할 수 있으며, 링거액의 소진여부, 정상적인 주입과 비정상적인 상태를 관찰할 수 있다.

또한, 링거액 정맥 주사가 필요한 환자에게 적용할 경우, 원격관리 시스템을 통해 보호자 및 간호사 등에게 정맥 주사의 정상 유무와 소진 여부를 적절히 통보해주어 안정성과 편의성을 도모할 수 있다.

이상의 설명에서 본 발명은 특정의 실시 예와 관련하여 도시 및 설명하였지만, 특허청구범위에 의해 나타난 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 개조 및 변화가 가능 하다는 것을 당 업계에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구나 쉽게 알 수 있을 것이다.

110: 전원부(배터리)
111: 충전회로
120: 제어부
121: 마이크로프로세서
122: 통신모듈
123: 점적 챔버 장착 스위치
124: DAC(Digital to Analog Converter)
125: ADC(Analog to Digital Converter)
130: 발광부
131: PPM 변조부
132: 발광소자
133, 142: 렌즈
140: 수광부
141: 잡음제거필터
143: 수광소자
144: 증폭기
150: 알람부
151: 저전압경고 알람부
152: 통신상태 알람부
153: 링거액소진 알람부
154: 동작상태 알람부

Claims

일정 전압을 인가하는 전원;
링거액이 수용되는 챔버의 일측에 형성되어, 인가된 전압 신호를 광신호로 변환하는 발광소자 및 상기 발광소자에서 상기 챔버를 향하여 송신되는 광신호를 집중시켜 확산을 방지하는 송신기 렌즈를 포함하는 발광부;
상기 챔버의 타측에 형성되어, 상기 송신기 렌즈를 통해 수신된 광신호를 집광하는 수신기 렌즈 및 상기 수신기 렌즈를 통해 집광된 광신호를 전기신호로 변환하는 수광소자를 포함하는 수광부;
상기 전원에서 인가된 전압 신호를 PPM 변조하고 아날로그 신호로 변조하여 PPM 변조된 아날로그 신호를 상기 발광소자에 인가하며, 상기 수광부에서 수신된 전기신호를 디지털신호로 변환하고 수신된 디지털 신호를 통해 링거액 모니터링 상태를 판단하는 제어부; 및
상기 제어부의 판단에 따라 디스플레이 상에 표시하거나 오디오를 통한 경보신호를 통해 링거액 모니터링 정보를 알려주는 알람부를 포함하는 것을 특징으로 하는 링거액 모니터링 장치.
제1항에 있어서,
상기 제어부가 PPM 변조를 수행하지 않고,
상기 발광부는 인가된 전압 신호를 PPM 변조하는 PPM 변조부를 더 포함하고,
상기 발광소자는 상기 PPM 변조부에 의해 변조된 PPM 신호를 광신호로 변환하는 것을 특징으로 하는 링거액 모니터링 장치.
제1항에 있어서,
상기 수광부는 상기 발광부로부터 전송된 PPM 광신호에서 광신호대역과 잡음을 분리하여 상기 잡음을 제거하는 잡음제거필터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 링거액 모니터링 장치.
제1항에 있어서,
상기 발광소자의 광원은 700~800nm의 파장 범위인 것을 특징으로 하는 링거액 모니터링 장치.
제1항에 있어서,
상기 챔버는 링거용기와 튜브 사이에서 상기 링거액을 저장하는 점적 챔버인 것을 특징으로 하는 링거액 모니터링 장치.
제1항에 있어서,
상기 전원은 충전형 배터리 모듈이며, 상기 전원과 연결되어 충전하는 충전회로를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 링거액 모니터링 장치.
제1항에 있어서,
상기 알람부는, 상기 전원, 상기부과 연결된 제어부가 전원 또는 배터리의 전압 크기를 측정하여 배터리의 방전상태를 모니터링하여 배터리 교체시기를 알려주는 저전압 알람부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 링거액 모니터링 장치.
제1항의 링거액 모니터링 장치 및 상기 링거액 모니터링 장치를 관리하는 관리자 장치와 네트워크로 연결된 서버에 있어서,
상기 링거액 모니터링 장치는 상기 서버와 통신하는 통신모듈을 더 포함하고,
상기 서버는 상기 통신모듈을 통해 상기 링거액 모니터링 정보를 실시간 업데이트시키며, 상기 관리자 장치는 상기 서버에 접속하여 실시간으로 상기 링거액 모니터링 정보를 확인하는 것을 특징으로 하는 원격관리 시스템.
제8항에 있어서,
사용자 인증으로, 환자를 식별하는 장치 노드 아이디와, 병실을 식별하는 병실 노드 아이디와, 그룹을 식별하는 그룹 아이디를 포함하는 것을 특징으로 하는 원격관리 시스템.
제1항의 링거액 모니터링 장치 및 상기 링거액 모니터링 장치를 관리하는 관리자 장치와 네트워크로 연결된 서버에서의 원격관리 방법에 있어서,
상기 링거액 모니터링 장치는 상기 서버와 통신하는 통신모듈을 더 포함하고,
(a) 상기 링거액 모니터링 장치는 장치를 초기화하고 상기 서버에 노드 아이디, 네트워크 아이디를 접속하여 등록하는 단계;
(b) 상기 서버는 상기 관리자 장치에 상기 링거액 모니터링 장치의 통신상태, 장치 아이디를 전송하여 표시하는 단계;
(c) 상기 관리자 장치는 장치별 환자정보와 상기 링거액 모니터링 정보를 확인하고 정보를 수정하여 상기 서버에 전송하면, 상기 서버는 수정 정보에 대해서 상기 링거액 모니터링 장치에 전송하여 정보를 갱신하는 단계;
(d) 상기 서버는 등록된 링거액 모니터링 장치에 주기적으로 상기 링거액 모니터링 정보에 대한 요청 메시지를 전송하여 상기 링거액 모니터링 정보를 갱신하고, 주기적으로 업데이트된 링거액 모니터링 정보를 상기 관리자 장치에 전송하는 단계;
(e) 상기 링거액 모니터링 장치는 상기 링거액 모니터링 정보의 변경시에 상기 관리자 장치의 주기적인 요청이 있거나 요청이 없더라도 상기 서버에 전송하면, 상기 관리자 장치가 상기 변경된 링거액 모니터링 정보를 수신하여 확인하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 원격관리 방법.