KR20170137830A - 마이크로파 전력 센서 조립체를 포함하는 의료 제제 용기 - Google Patents
마이크로파 전력 센서 조립체를 포함하는 의료 제제 용기 Download PDFInfo
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Abstract
본원은 마이크로파 전력 센서 조립체를 포함하는 의료 제제 용기에 관한 것이다. 마이크로파 전력 센서 조립체는 마이크로파오븐 내의 가열 동안 의료 제제의 물리적 특성이나 화학적 특성을 측정하도록 구성된 센서를 포함한다. 마이크로파 전력 센서 조립체는 마이크로파오븐에 의해 방출된 마이크로파 방사로부터 에너지를 수집하도록 구성되고, 상기 수집된 마이크로파 에너지에 의해 센서에 에너지를 공급한다.
Description
본원은 마이크로파 전력 센서 조립체를 포함하는 의료 제제 용기에 관한 것이다. 마이크로파 전력 센서 조립체는 마이크로파오븐 내에서 가열되는 동안 의료 제제의 물리적 특성이나 화학적 특성을 측정하도록 구성되는 센서를 포함한다. 마이크로파 전력 센서 조립체는 마이크로파오븐에 의해 방출되는 마이크로파 방사로부터 에너지를 수집하도록 구성되고 수집된 마이크로파 에너지에 의해 센서에 에너지를 공급한다.
예컨대 환자에게 가열 제제의 후속 투여와 관련하여 정맥내 주입액과 같은 의료 제제의 물리적 및/또는 화학적 특성을 모니터링하는 것이 상당히 중요하다. 의료 제제는 그것의 가열과 관련된 플라스틱 백과 같은 적합한 유형의 의료 제제 용기에 놓여질 수 있다.
과열에 의해 의료 제제의 활성제나 의약 조성물이 비활성되는 것을 방지하고, 의료 제제의 투여와 관련하여 대상인 수용자/환자를 해치지 않도록 하기 위하여, 예컨대 오븐, 워터 배스(water bath) 또는 다른 가열 디바이스 내의 가열 동안 다양한 유형의 정맥내 주입액의 온도를 정확히 제어하는 것이 중요하다.
본원의 일 측면은 의료 제제를 두는 의료 제제 용기에 관한 것이다. 의료 제제 용기는 그것의 가열 동안 의료 제제의 물리적 특성 및/또는 화학적 특성을 측정하도록 구성된 센서를 포함하는 마이크로파 전력 센서 조립체를 포함한다. 마이크로파 전력 센서 조립체는 마이크로파오븐에 의해 방출된 마이크로파 방사로부터 에너지를 수집하고, 수집된 마이크로파 에너지에 의해, 센서 및 가능하면 센서 조립체의 다른 회로에 에너지를 공급하기 위해 구성된다. 따라서, 의료 제제의 원하는 물리적 및/또는 화학적 특성이 마이크로파오븐 내의 의료 제제의 가열 동안 모니터링되거나 측정될 수 있다.
US 2007/0229266 A1는 조영제를 두기 위한 프리필드 시린지를 개시한다. RFID 태그가 프리필드 시린지의 성형 재료 플런저 구조에 집적된다. 프리필드 시린지는 준비실에 배열된 가열 오븐(36)에서 가열되어서 조영제의 온도를 약 체온으로 올릴 수 있다. RFID 태그는 프리필드 시린지의 사용 및 수명에 관련된 다양한 유형의 데이터, 예컨대 고유 용기 식별 번호, RFID 태그로의 액세스를 제한하는 보안 코드, 용기 내 약제의 양, 용기 내 약제의 ID 또는 유형, 제조일, 만료 시기 및/또는 만료일 등을 저장할 수 있다.
본원의 제1 측면은 의료 제제 용기에 관한 것으로, 이 의료 제제 용기는 마이크로파 전력 센서 조립체를 포함한다. 상기 마이크로파 전력 센서 조립체는:
미리결정된 여기 주파수로 마이크로파 방사에 응답하여 RF 안테나 신호를 생성하기 위해 미리결정된 조종 주파수를 갖는 마이크로파 안테나;
상기 RF 안테나 신호에 결합되어, 상기 RF 안테나 신호를 정류하고 상기 RF 안테나 신호로부터 에너지를 추출함으로써 전력 공급 전압을 제공하도록 구성된 dc 전력 공급 회로; 및
상기 전력 공급 전압에 연결되고 상기 의료 제제 용기에 둔 의료 제제의 물리적 또는 화학적 특성을 측정하도록 구성된 센서를 포함한다.
상기 의료 제제 용기는 다양한 형태의 적합한 용기, 예컨대 의료 유체 백, 한천 용기, 시린지 중 적어도 하나를 포함한다.
센서는 상기 의료 제제와, 온도, 점도, 압력, 색, 습도, 반사율, 전도율 등과 같은 물리적 접촉 또는 감각 접촉을 이룰 수 있다. 센서는 문제되는 의료 제제의 중심에서 물리적 또는 화학적 특성, 예컨대 온도를 측정하도록 배열될 수 있다. 대안으로, 센서는 예컨대 의료 제제의 외표면에 접촉함으로써 의료 제제의 표면에서의 물리적 또는 화학적 특성을 측정하도록 배열될 수 있다.
센서의 일부 실시태양은 의료 제제와 물리적 접촉 없이 동작할 수 있고, 대신에 원격으로 예컨대 적외선(infrared, IR) 온도 검출기 등을 사용하여 의료 제제의 물리적 특성을 감지/측정한다. 센서의 감지부가 대안으로 또는 추가적으로 의료 제제의 화학적 특성을, 예컨대 의료 제제에서 함수량 또는 특정 화학 작용제의 존재 및/또는 농도를 측정하거나 검출할 수 있다. 마이크로파 전력 센서 조립체는 상이한 유형의 다수의 개별적인 센서를 포함하거나, 동일한 유형의 다수의 개별적인 센서를 포함할 수 있다. 상이한 유형의 다수의 개별적인 센서는 의료 제제의 상이한 물리적 특성 및/또는 화학적 특성을 측정하도록 구성되고, 반면에, 동일한 유형의 다수의 센서는 문제되는 의료 제제의 상이한 위치에서, 예컨대 중심에서 그리고 표면에서 동시에 온도와 같은 물리적 또는 화학적 특성을 측정하도록 구성된다. 그러므로, 센서는 수반되는 도면을 참조하여 이하 설명되는 바와 같이 의료 제제 용기의 층을 통해 직접적인 물리적 접촉 또는 비직접적 접촉과 같은 다양한 기술을 사용하여 의료 제제와 물리적 접촉이나 감각 접촉을 이루도록 배치될 수 있다. 마이크로파 전력 센서 조립체는 상기 의료 제제 용기의 벽부, 리드부 또는 하부에 부분적으로 또는 전체적으로 내장될 수 있다. 이것은 전형적으로 마이크로파 전력 센서 조립체를 의료 제제 용기에 영구적 방식으로 고정시킬 수 있다. 대안으로, 마이크로파 전력 센서 조립체는 상기 의료 제제 용기의 벽부, 리드부 또는 하부에 예컨대 접착제 또는 탄성 밴드 등에 의해 분리 가능하게 고정될 수 있다.
현재의 의료 제제 용기는 다양한 유형의 상업적으로 이용가능한 마이크로파오븐의 오븐 챔버 내에 삽입될 수 있고, 급속하고 효율적인 방식으로 의료 제제를 가열 시킬 수 있다. 센서는 의료 제제의 온도가 의사나 간호사와 같은 의료 전문가에 의해 수동으로 또는 자동으로 모니터링되고 제어되도록 온도 센서를 포함한다. 마이크로파오븐은 잘 알려지고 대중적인 주방용품이기 때문에, 저가로 다양한 구성 및 치수가 용이하다. 마이크로파오븐은 제제 내의 극성 문자가 열 에너지를 회전하여 증강하도록 하고, 유전 가열을 유발하는 마이크로파 스펙트럼의 전자기 방사에 의해 의료 제제를 가열한다.
의료 제제의 측정된 물리적 및/또는 화학적 특성의 파라미터 값이 의료 제제의 가열 동안 마이크로파오븐 챔버의 외부에 무선으로 송신될 수 있다. 대안으로, 의료 제제의 측정된 물리적 및/또는 화학적 특성의 파라미터 값이 의료 제제 용기와 연결되거나 통합되는 디스플레이와 같은 적합한 파라미터 지시자에 디스플레이될 수 있다. 파라미터 지시자는 LED, 상이한 색의 다수의 LED, 확성기, 문자 숫자식 디스플레이 및 E-잉크 페이퍼의 그룹으로부터 선택되는 적어도 하나의 지시자를 포함한다. 파라미터 지시자의 기능 및 기술의 자세한 사항이 이하 수반되는 도면을 참조하여 자세히 설명된다. 그러나, 일부 응용에서 파라미터 지시자로서 특히 E-잉크 페이퍼의 사용을 선호하는데, 이는 E-잉크 페이퍼가 마이크로파오븐이 꺼지고 E-잉크 페이퍼의 쌍안정(bi-stable) 동작으로 인해 에너지 소스가 에너지가 중단된 후에 측정된 파라미터 값 또는 값들이 사용자에 의해 검사될 수 있다.
수집된 마이크로파 에너지에 의해 에너지가 공급되는 마이크로파 전력 센서 조립체의 능력은 베터리 제거와 같은 다양한 장점을 수반한다. 오븐 구획 내부의 극심한 EMI 유해 환경으로 인해 오븐 챔버 내부의 조립체에 전원을 공급하기 위한 배터리 또는 유사한 화학적 에너지 저장 디바이스를 위치시키는 것이 안전하지 않다. 게다가, 센서 조립체의 배터리를 대체해야 할 필요성이 외부 환경에 대해 밀폐된 배터리 전력 센서 조립체의 하우징의 구비를 어렵게 만든다. 센서는 서미스터와 같은 온도 센서를 포함할 수 있다.
그러나, 마이크로파오븐 내의 마이크로파 장 또는 마이크로파 전자기 방사의 세기가 종종 과도하여 마이크로파 전력 액티브 센서 조립체의 dc(DC) 전력 공급 회로 또는 다른 전자 회로의 다양한 능동 또는 수동 부품를 돌이킬 수 없이 손상을 입힐 수 있다. 부품 손상은, dc 전력 공급 회로의 능동 또는 수동 부품의 최대 전압 정격(voltage rating) 및/또는 최대 전력 소요량(power rating)을 초과하는, RF 전자기 방사에 응답하여 마이크로파 전력 센서 조립체의 RF 안테나에 의해 전달된, RF 신호 전압에 의해 유발될 수 있다. 이러한 RF 신호 전압 손상은 DC 전력 공급 회로의 능동 또는 수동 부품의 파괴를 유발한다. 이는 DC 전력 공급 회로, 또한 가능하게는 추가의 전자 회로가 초미세 CMOS 반도체 기판 상에 집적되는 경우에 특히 그러한데, 반도체 기판에 형성된 능동 또는 수동 부품이 과열 또는 붕괴되지 않고 견딜 수 있는 전압 레벨 및/또는 전력 레벨에 대한 극심한 제한을 주게 된다.
그러므로, 전자레인지 내부의 과도한 레벨의 마이크로파 에너지에 노출시 RF 안테나에 의해 수집되고 마이크로파 전력 능동 센서 조립체의 DC 전력 공급 회로에 공급되는 전력의 양을 제한하는 것이 유리할 것이다. 의료 제제 용기의 일 실시태양에 따라 이것이 완수되며, 여기서 마이크로파 전력 센서 조립체는 미리결정된 신호 제한 특성에 따라 RF 안테나 신호의 진폭이나 전력을 제한하기 위해 dc 전력 공급 회로와 RF 안테나 신호 중간에 연결된 RF 전력 리미터를 더 포함한다.
마이크로파 전력 센서 조립체의 특정 응용에서 소형의 CMOS 반도체 기판의 부품에서 대량의 RF 전력을 흡수하거나 소비시키는 것이 불가능하거나 적어도 비현실적일 것이다. 따라서, 너무 많은 에너지가 반도체 기판에 들어가는 것을 방지하는 것이 더욱 유리할 것이다. 이것은 RF 전력 리미터의 실시태양에 따라 완수되며, RF 전력 리미터는 다음을 포함한다: RF 안테나 신호가, 예컨대 한 쌍의 RF 안테나 단자의 양 단에 접속되는 가변적 임피던스 회로, 여기서 상기 가변적 임피던스 회로는, 전력 리미터의 입력 임피던스와 마이크로파 안테나의 임피던스 사이의 매칭을 감소시키도록, 미리결정된 여기 주파수로 RF 안테나 신호의 진폭이나 전력을 증가시킴에 따라 감소하는 입력 임피던스를 보인다.
가변적 임피던스 회로는 임계 레벨 미만의 RF 안테나 신호의 전력이나 진폭 레벨에서 실질적으로 변하지 않는 입력 임피던스를 나타내도록 구성되고, 임계 레벨을 초과하는 RF 안테나 신호의 전력이나 진폭 레벨에서 입력 임피던스의 점진적이거나 급격한 감소를 보이도록 구성된다. 가변적 임피던스 회로의 입력 임피던스는 예컨대 임계 레벨을 초과하는 RF 안테나 신호의 입력 전력의 증가에 따라 점진적으로 감소할 수 있다.
가변적 임피던스 회로는 수반되는 도면을 참조하여 이하 설명되는 PIN 리미터 다이오드 또는 제어 FET 트랜지스터를 포함할 수 있다. DC 전력 공급 회로는 수반되는 도면을 참조하여 이하 기재된 이유로 제한된 RF 안테나 신호의 정류를 위해 하나 이상의 RF 쇼트키 다이오드(들)을 포함할 수 있다.
마이크로파 안테나는 예컨대 모노폴 안테나, 다이폴 안테나, 패치 안테나 중 적어도 하나의 다양한 안테나 설계를 포함할 수 있다. 마이크로파 안테나는 마이크로파 전력 센서 조립체를 지지하는, 프린트 회로 보드와 같은 기판이나 캐리어의 배선이나 컨덕터 패턴으로 일체로 형성될 수 있다. 모노폴 마이크로파 안테나는 일반적으로 소형이고 전방향성(omnidirectional)이다.
마이크로파 전력 센서 조립체의 일 실시태양은 방출된 마이크로파 방사의 기본적인 915 MHz 주파수를 사용하여 산업상 유형의 마이크로파오븐를 위해 구성된다. 대안의 마이크로파 전력 센서 조립체의 실시태양은 방출된 마이크로파 방사의 기본적인 2.45 GHz 주파수를 사용하여 소비자 유형의 마이크로파오븐을 위해 구성된다. 조종 주파수 및 가능한 물리적 치수의 마이크로파 안테나는 예컨대 이러한 유형의 마이크로파 전력 센서 조립체 사이에서 상이할 수 있다. 하나의 경우에, 마이크로파 안테나는 오븐 챔버 내의 의료 제제의 가열 동안 산업상 또는 소비자 변형의 마이크로파오븐의 오븐 챔버에서 마이크로파 방사에 의해 생성된 여기에 응답한다. 마이크로파 안테나는 RF 안테나 신호를 생성하고, DC 전력 공급 회로는 제한된 RF 안테나 신호로부터, 또는 수신된 RF 안테나 신호로부터 직접 에너지를 정류하고 추출한다. DC 전력 공급 회로에 의해 생성된 전력 공급 전압이 마이크로파 전력 센서 조립체의 능동 전자 회로 및 부품에 연결될 수 있고, 그에 전기적 전력을 공급한다. 능동 전자 회로 및 부품은 센서에 더하여, 디지털 프로세서, 디스플레이, 무선 데이터 송신기 등을 포함할 수 있다. 그러므로, 마이크로파 전력 센서 조립체가 임의의 배터리 소스 없이, 대신에 오븐 챔버 내에서 마이크로파 방사로부터 수집된 에너지에 의존하여 작동할 수 있다.
마이크로파 안테나는, 마이크로파 전력 센서 조립체의 특정 실시태양에 에너지를 공급하도록 사용되는 마이크로파 방사의, 예컨대 2.45 GHz 또는 915 MHz인, 예상되는 여기 주파수로부터 미리결정된 주파수 양으로 디튜닝될 수 있다. 마이크로파 안테나의 미리결정된 조종 주파수는 예컨대 상기 마이크로파 방사의 미리결정된 여기 주파수(915 MHz 또는 2.45 GHz)로부터 +50 % 초과 또는 -33 % 초과, 예컨대 적어도 +100 % 또는 적어도 -50 % 만큼 편차가 있을 수 있다. 이 디튜닝은 마이크로파 안테나에 의한 마이크로파 에너지의 양을 감소시키고, 따라서, RF 전력 리미터(존재한다면) 및 dc 전력 공급 회로 중에 하나에 인가된 RF 안테나 신호의 레벨을 감소시키고, 오븐 챔버 내의 가열점에 마이크로파 안테나가 위치한다면 RF 안테나 신호의 과도한 전압 또는 전력 레벨에 대항하여 후자의 회로를 보호하는 것을 도울 수 있다.
표준인 2.45 GHz(또는 915 MHz) 마이크로파 방사 주파수보다 높은 마이크로파 안테나의 조종 주파수는 마이크로파 안테나가 더 작은 물리적 치수를 가질 수 있는 추가의 장점을 제공한다. 더 작은 물리적 치수는 수반되는 도면을 참조하여 이하 설명되는 것처럼 다양한 장점을 제공한다.
일 실시태양에서, 마이크로파 안테나의 생성 임피던스가 마이크로파 방사의 미리결정된 여기 주파수에서 RF 전력 리미터에서의 입력 임피던스보다 적어도 2배 더 크다.
마이크로파 전력 센서 조립체는 하우징에 의해 둘러싸인다. 따라서, 마이크로파 전력 센서 조립체의 일 실시태양은 다음을 포함한다: 마이크로파 전자기 방사에 대하여 적어도 전력 공급 회로를 감싸고 차페하는, 금속 시트나 금속 네트와 같은 전기적 도전성 하우징. 마이크로파 안테나는, 바람직하게는 마이크로파 방사가 실질적으로 상당한 감소 없이 마이크로파 안테나에 도달하고 이로써 마이크로파 에너지를 수집하도록 하는 전기적 도전 물질을 포함한다면, 하우징 외부에 배치된다. 전기적 도전성의 하우징은 마이크로파 전자기 방사에 대하여 적어도 RF 전력 리미터와 전력 공급 회로를 둘러싸고 차폐하는, 금속 시트 또는 금속 네트를 포함할 수 있다.
하우징이 오븐 챔버 내부에 존재하는 의료 제제의 유해 액체, 기체 또는 다른 오염 물질에 대항하여 내부에 둘러싸인 이러한 회로 및 센서를 보호하도록 기밀하게 밀봉될 수 있다. 센서의 감지부는 의료 제제와의 물리적 접촉을 획득하도록 하우징으로부터 돌출될 수 있다.
마이크로파 전력 센서 조립체가 동작 전력의 수신을 위해 전력 공급 전압이 결합되는 디지털 프로세서 및 의료 제제의 측정된 물리적 또는 화학적 특성의 파라미터 값을 오븐 챔버 외부에 송신하기 위한 무선 데이터 송신기를 포함할 수 있다. 무선 데이터 송신기는 무선 데이터 신호를, 특정 응용에 따라 의료 제제의 가열 동안 규칙적인 시간 간격으로, 또는 비규칙적인 시간 간격으로, 계속하여 송신하도록 구성될 수 있다. 무선 데이터 송신기는 광 데이터 송신기를 포함할 수 있다. 무선 데이터 송신기는 의료 제제의 물리적 또는 화학적 특성의 측정된 파라미터 값을 수신 또는 오븐 챔버의 외부에 송신하기 위해 디지털 디바이스에, 또는 가능하면 센서에 직접 결합될 수 있다. 무선 데이터 송신기는 디지털 포맷으로 인코딩된 측정된 파라미터 값을 포함하는 무선 데이터 신호를 방출하도록 구성될 수 있다. 무선 데이터 신호는 수반되는 도면을 참조하여 이하 기재되는 것처럼 오븐 챔버의 외부에 배치된 적합한 무선 수신기에 송신될 수 있다. 통상의 기술자는 광 데이터 송신기 및 광 데이터 신호를 사용하는 특정 장점이 존재하며, 이는 이미 전술한 오븐 챔버 내의 마이크로파 방사의 과도한 레벨에 완전히 영향을 받지 않기 때문임을 이해해야 할 것이다. 게다가, 마이크로파오븐은 잠재적으로 유해한 마이크로파 방사의 외부로의 누출 및 사용자에게 도달하는 것을 방지하기 위하여, RF 데이터 신호를 포함하는, 마이크로파의 임의의 방출을 차단하는 페러데이 케이지로서 필수적으로 작용하는 경향이 있다.
마이크로파 전력 센서 조립체의 일 실시태양은 의료 제제의 가열 동안 타겟 온도 프로필의 저장을 위해, 데이터 메모리, 예컨대 플래시 메모리 또는 EEPROM과 같은 비휘발성 메모리를 포함한다. 디지털 프로세서는 데이터 메모리로부터 타겟 온도 프로필을 판독하고 오븐 챔버의 외부에 무선 데이터 송신기를 통해 타겟 온도 프로필을 송신하도록 구성될 수 있다. 마이크로파 전력 센서 조립체의 이 실시태양의 다양한 특징 및 장점이 수반되는 도면을 참조하여 이하 자세히 기재된다.
본원의 제2 측면은 가열 동안 의료 제제의 물리적 또는 화학적 특성을 모니터링하는 방법에 관한 것으로, 다음을 포함한다:
a) 전술한 실시태양 중 임의의 실시태양에 따른 의료 제제를 함유하는 의료 제제 용기를 마이크로파오븐의 오븐 챔버 내에 위치시키는 단계;
b) 상기 오븐 챔버 내부에 전자기 방사를 제공하여 상기 의료 제제를 조사하고 가열하도록 상기 마이크로파오븐을 작동시키는 단계;
c) 상기 마이크로파 전력 센서 조립체의 전자기 방사에 의한 조사에 응답하여 상기 RF 안테나 신호로부터 에너지를 추출하는 단계; 및
d) 상기 센서에 의해 상기 의료 제제의 물리적 특성 또는 화학적 특성을 반복적으로 측정하는 단계.
의료 제제의 물리적 또는 화학적 특성을 모니터링하는 방법은 다음 중 적어도 하나의 추가 단계를 포함한다:
- 상기 의료 제제의 측정된 물리적 또는 화학적 특성의 파라미터 값을 디스플레이하는 단계, 및
- 무선 데이터 통신 링크를 통해 상기 의료 제제의 물리적 또는 화학적 특성의 파라미터 값을 상기 오븐 챔버 외부에 배치된 무선 수신기에 송신하는 단계.
상기 무선 데이터 통신 링크는 바람직하게는 예컨대 전술한 오븐 챔버 외부에 배열된 광 수신기에 무선의 예컨대 광학의 데이터 송신 채널을 설정하도록 전술한 무선 데이터 송신기에 의해 사용될 수 있다. 광 데이터 송신기는 적외선 스펙트럼 또는 가시 스펙트럼의 광파와 같은 광 데이터 신호를 방출하는 것이다.
의료 제제의 물리적 또는 화학적 특성을 모니터링하는 방법은 전술한 이유로 RF 전력 리미터의 미리결정된 신호 제한 특성에 따라 RF 안테나 신호의 진폭이나 전력을 제한하는 단계를 포함한다. 신호 제한 특성은 RF 안테나 신호의 신호 파형의 왜곡 없이 자동 이득 제어(Automatic Gain Control, AGC) 기능에 의해, 또는 RF 안테나 신호의 신호 파형의 피크-클리핑(peak-clipping)에 의해 수행될 수 있다.
수반되는 도면과 관련하여 본원의 바람직한 실시태양을 더 자세히 설명한다:
도 1a는 본원의 제1 실시태양에 따른 마이크로파 전력 센서 조립체를 포함하는 의료 제제 용기의 개략적 블록도를 도시한다.
도 1b는 본원의 제2 실시태양에 따른 마이크로파 전력 센서 조립체를 포함하는 의료 제제 용기의 간략적 블록도를 도시한다.
도 2는 의료 제제 용기에서 사용되는 본원의 제3 실시태양에 따른 마이크로파 전력 센서 조립체의 개략적 블록도이다.
도 3은 본원의 제4 실시태양에 따른 다양한 유형의 의료 제제 용기에 응용을 위한 마이크로파 전력 센서 조립체의 개략적 블록도이다.
도 4a는 본원의 다양한 실시태양에 따른 마이크로파 전력 센서 조립체의 제1 실시예의 RF 전력 리미터 및 DC 전력 공급 회로의 간단한 전기 회로도이다.
도 4b는 본원의 다양한 실시태양에 따른 마이크로파 전력 센서 조립체의 제2 실시예의 RF 전력 리미터 및 DC 전력 공급 회로의 간단한 전기 회로도이다.
도 5는 정맥내 주입액 백의 형태인 일례의 의료 제제 용기를 도시한다.
도 6은 본원의 다양한 실시태양에 따른 마이크로파 전력 센서 조립체를 포함하는 정맥내 주입액 백을 도시한다.
도 7은 본원의 다양한 대안의 실시태양에 따른 마이크로파 전력 센서 조립체를 포함하는 정맥내 주입액 백을 도시한다.
도 1a는 본원의 제1 실시태양에 따른 마이크로파 전력 센서 조립체를 포함하는 의료 제제 용기의 개략적 블록도를 도시한다.
도 1b는 본원의 제2 실시태양에 따른 마이크로파 전력 센서 조립체를 포함하는 의료 제제 용기의 간략적 블록도를 도시한다.
도 2는 의료 제제 용기에서 사용되는 본원의 제3 실시태양에 따른 마이크로파 전력 센서 조립체의 개략적 블록도이다.
도 3은 본원의 제4 실시태양에 따른 다양한 유형의 의료 제제 용기에 응용을 위한 마이크로파 전력 센서 조립체의 개략적 블록도이다.
도 4a는 본원의 다양한 실시태양에 따른 마이크로파 전력 센서 조립체의 제1 실시예의 RF 전력 리미터 및 DC 전력 공급 회로의 간단한 전기 회로도이다.
도 4b는 본원의 다양한 실시태양에 따른 마이크로파 전력 센서 조립체의 제2 실시예의 RF 전력 리미터 및 DC 전력 공급 회로의 간단한 전기 회로도이다.
도 5는 정맥내 주입액 백의 형태인 일례의 의료 제제 용기를 도시한다.
도 6은 본원의 다양한 실시태양에 따른 마이크로파 전력 센서 조립체를 포함하는 정맥내 주입액 백을 도시한다.
도 7은 본원의 다양한 대안의 실시태양에 따른 마이크로파 전력 센서 조립체를 포함하는 정맥내 주입액 백을 도시한다.
도 1a는 본원의 제1 실시태양에 따른 마이크로파 전력 센서 조립체(105)를 포함하는 의료 제제 용기(100)의 개략적 블록도이다. 의료 제제 용기(100)는 도 1에 도시된 주입액 백 또는 시린지 또는 한천 용기를 포함할 수 있다. 의료 제제 용기(100)는 산업상 또는 소비자의 다양한 유형의 마이크로파오븐(미도시)에 사용되기 위해 적합하다. 마이크로파 전력 센서 조립체(105)는 도 6 및 7을 참조하여 이하 추가로 설명될 벽부, 리드부, 하부와 같은 의료 제제 용기의 재료 내에 부분적으로 또는 전체적으로 내장될 수 있다.
마이크로파 전력 센서 조립체(105)는 마이크로파 영역이나 주파수 영역 내의 조종 주파수, 예컨대 800 MHz 내지 3.0 GHz 사이의 조종 주파수를 가진 마이크로파 안테나(102)를 포함한다. 마이크로파 안테나(102)는 의료 제제 용기(100) 내에 둔 의료 제제의 가열 동안 산업상 또는 소비자 유형의 마이크로파오븐의 오븐 챔버 내에 생성된 마이크로파 방사 또는 전자기장 에 의한 여기(excitation)에 응답한다. 의료 제제 용기(100)는 의료 전문가에 의해 오븐 챔버에 위치되거나 삽입될 수 있고 마이크로파오븐이 그 이후에 작동된다. 통상의 기술자는 의료 제제 용기(100)가 소비자 유형의 마이크로파오븐에 사용될 의도라면 마이크로파 안테나(102)가 약 2.45 GHz의 조종 주파수로 설계되거나 치수화될 수 있다. 마이크로파 안테나(102)는 의료 제제 용기(100)가 산업상 유형의 마이크로파오븐에 사용될 의도하면 약 915 MHz의 조종 주파수로 설계되거나 치수화될 수 있다. 마이크로파 안테나(102)의 조종 주파수는 대안으로 전술한 바와 같이 마이크로파 방사의, 2.45 GHz 또는 915 MHz인, 예상되는 여기 주파수로부터 미리결정된 양으로 디튜닝될 수 있다.
마이크로파 전력 센서 조립체(105)의 센서(108)의 감지부는 의료 제제와 물리적 접촉을 이루어서, 온도, 속도, 압력, 색, 습도, 전기 전도도 등과 같은 가열 동안 의료 제제의 물리적 특성을 측정하거나 검출할 수 있다. 대안으로, 센서(108)가 의료 제제와 물리적 접촉 없이 동작하고, 대신에 원격 또는 비접촉 감지에 의해, 예컨대 적외선(IR) 온도 검출기 등을 사용하여 의료 제제의 물리적 특성을 검출할 수 있다. 센서(108)의 이 감지부는 대안으로 가열 하의 의료 제제의 화학적 특성, 예컨대 그것의 함수량, 그것의 pH 레벨 또는 의료 제제 내에 있는 소금, 설탕, 산, 지방 등과 같은 특정 화학 작용제의 존재 및/또는 농도를 측정하거나 검출할 수 있다.
통상의 기술자는 센서(108)가 의료 제제의 다수의 상이한 물리적 특성 및/또는 하나 이상의 화학적 특성을 측정하거나 검출하도록 구성될 수 있음을 이해해야 할 것이다. 마이크로파 전력 센서 조립체(105)는 의료 제제의 상이한 물리적 특성 및/또는 화학적 특성을 측정하도록 상이한 유형의 다수의 개별적인 센서를 포함할 수 있다.
마이크로파 안테나(102)는 전술한 것처럼 마이크로파 방사에 의한 여기에 응답하여, 이하 기재되는 것처럼 선택적인 RF 전력 리미터(104)를 통해 또는 직접 마이크로파 전력 센서 조립체(100)의 dc(DC) 전력 고급 회로(106)의 입력부에 연결되는 RF(radio frequency) 안테나 신호를 생성한다. DC 전력 공급 회로(106)는 수신된 RF 안테나 신호를 정류하고 그로부터 DC 전력 공급 전압 VDD을 추출하도록 구성된다. DC 전력 공급 회로(106)는 정류 요소의 출력부에 결합되는 하나 이상의 필터 또는 평활한 커패시터(들)을 포함할 수 있다. 다수의 유형의 정류 요소가 반도체 다이오드 또는 능동 제어 반도체 스위치/트랜지스터과 같이 사용될 수 있다. 일 실시태양에서, 정류 요소는 회로도(106)에 개략적으로 나타낸 바와 같이 쇼트키 다이오드를 포함한다. 하나 이상의 필터 또는 평활한 커피시터(들)이 DC 공급 전압 VDD의 전압 리플과 노이즈를 억제하도록 제공되고, 에너지 저장소로서 더 제공될 수 있다. 에너지 저장소는 특정 시간 기간 동안 추출된 에너지를 저장하고, DC 전력 공급 전압이 추가로 기재되는 것처럼 RF 안테나 신호의 짧은 드롭 아웃(drop out) 동안 충전되거나 전력 공급되는 상태에 있음을 보장한다. 센서(108)가 예컨대 VDD에 연결된 센서(108)의 입력 또는 전력 공급단을 통해 DC 공급 전력 VDD에 의해 전력이나 에너지가 공급된다. 센서(108)가 적절히 기능하도록 전력이 요구되는 다양한 유형의 능동 디지털 및/또는 아날로그 전자 회로 및/또는 디스플레이 부품을 포함한다.
마이크로파 전력 센서 조립체(105)는 바람직하게는 적어도 DC 전력 공급 회로(106) 및 센서(108)를 둘러싸고 에워싸는 하우징 또는 케이싱(110)을 포함한다. 하우징(110)이 기밀하게 밀봉되어 내부에 둘러싸인 이러한 회로 및 센서(들)을 오븐 챔버 내부의 유해한 액체, 가스 또는 다른 오염 물질에 대하여 보호할 수 있다. 전술한 센서(108)의 감지부가 하우징(110)의 외부에 그리고 의료 제제 용기(100)의 벽부를 통해 돌출될 수 있다. 이것은 감지부가 의료 제제와 물리적 접촉을 이루도록 할 것이다. 하우징(110)은 전기적 전도층 또는 실드, 예컨대 작동시 마이크로파오븐에 의해 생성되는 강한 RF 마이크로파 전자기장에 대항하여, 적어도 전력 공급 회로(106) 및 센서(108)를 둘러싸는 금속 시트 또는 금속 네트를 포함할 수 있다. 마이크로파 또는 RF 안테나(102)는 바람직하게는 마이크로파 방사나 마이크로파 장으로부터 마이크로파 에너지를 방해없이 수집하도록 하는 전기적으로 차폐된 하우징(110) 외부에 위치된다.
의료 제제의 측정되거나 검출된 물리적 특성 및/또는 화학적 특성은 다양한 방법으로 마이크로파오븐의 사용자에게 나타내어 진다. 마이크로파 전력 센서 조립체(105)의 특정 실시태양에서, 후자가 도 3을 참조하여 이하 자세히 설명될 것과 같이 마이크로파오븐의 외부에 의료 제제의 측정된 물리적 및/또는 화학적 특성의 파라미터 값들 또는 각각의 파라미터 값을 디스플레이하도록 구성되는 디스플레이를 포함한다. 마이크로파 전력 센서 조립체(105)의 대안의 실시태양에서, 도 2를 참조하여 이하 설명되는 것처럼 마이크로파오븐 챔버의 외부에 의료 제제의 측정된 물리적 및/또는 화학적 특성의 파라미터 값들 또는 각각의 파라미터 값을 송신하기 위해 구성된 무선 데이터 통신 송신기를 포함한다.
도 1b는 전술한 용기(100)와 같은 의료 제제 용기의 응용/통합을 위해 본원의 제2 실시태양에 따른 마이크로파 전력 센서 조립체(155)의 개략적 블록도를 도시한다. 마이크로파 전력 센서 조립체(155)는 전술한 회로 및 요소(102, 106, 108 및 110)에 더하여 RF 전력 리미터(104)를 포함한다. RF 전력 리미터(104)는 DC 전력 공급 회로(106)의 입력부 및 RF 안테나 출력부의 RF 안테나 신호 중간에 연결된다.
따라서, RF 안테나 신호가 마이크로파 전력 센서 조립체의 제1 실시태양에서와 같이 DC 전력 공급 회로(106)에 직접 연결되는 대신에, RF 전력 리미터(104)의 입력부에 전기적으로 결합되거나 연결된다. RF 전력 리미터(104)는 RF 전력 리미터(104)의 신호 제한 특성에 따라 RF 안테나 신호의 진폭 레벨, 전력 레벨 또는 에너지 레벨과 같은 레벨을 제한하도록 구성된다. RF 전력 리미터(104)는 RF 안테나 신호에 응답하여 리미터 출력부에서 제한된 RF 안테나 신호 VLIM 를 제공한다. 신호 제한 특성이 예컨대 특정 임계 레벨 미만의, RF 안테나 신호의 비교적 작은 레벨인 선형 행동, 및 임계 레벨을 초과하는 비선형 행동을 포함할 수 있다. 이 방법으로, RF 안테나 신호의 레벨 및 제한된 RF 안테나 신호의 레벨이 입계 레벨 미만의 RF 안테나 신호와 상당히 동일할 것이며, 반면에 제한된 RF 안테나 신호의 레벨이 임계 레벨을 초과하는 RF 안테나 신호의 레벨보다 작을 것이다. 선택적인 RF 전력 리미터(104)의 상이한 유형의 신호 제한 특성의 제공에 대한 다양한 회로 설명 및 메커니즘이 이하 추가로 기재된다.
RF 전력 리미터(104)를 구비하면 예컨대, 오븐 챔버 내의 RF 전자기 방사에 응답하여 RF 안테나 신호의 과도하게 상당한 전력 레벨이나 진폭 레벨에 의해 형성되는 과전압 상태에 대항하여, 제한된 RF 안테나 신호에 전기적으로 결합되는 다운 스트림 DC 전력 공급 회로(106)를 보호함으로써 여러 장점을 가지게 된다. 이러한 과도한 신호 입력 조건은, 반송파에 변조된 데이터 신호를 안전하게 송신하거나 디코딩하도록 충분한 RF 전력을 획득하는 것을 종종 시도하는 일반적인 무선 RF 데이터 통신 장비의 동작과는 상당히 상반된다. 반면에, 마이크로파 전력 센서 조립체(105)는 RF 안테나 신호의 과도하게 큰 전압 및 입력 전력을 야기하는 오븐 챔버 내의 RF 전자기 방사의 소스에 매우 근접하게 위치될 수 있을 것이다. 게다가, 오븐 챔버 내의 마이크로파 방사의 강도가 정상파로 인해 챔버를 통해 상당히 가변적이다. 이러한 정상파는 마이크로파 방사의 상당히 상이한 전계 강도로 동작시 오븐 챔버 내에서 소위 "가열점(hot spot)" 및 "냉점(cold spot)"의 형성을 유발한다. 마이크로파 전력 센서 조립체(105)가 한편으로는 냉점에 위치되는 경우에 마이크로파 안테나로부터 충분한 전력을 추출하도록 구성되어 적절한 동작을 보장하고, 다른 한편으로는 마이크로파 안테나가 가열점에 위치되는 경우에 매우 큰 진폭 RF 안테나 신호를 견딜 수 있다. 후자의 경우에, 이하 자세히 설명하는 것처럼 방사를 위해 들어오는 RF 신호 전력의 상당한 부분을 마이크로파 안테나에 다시 반사함으로써 RF 전력 리미터(104)가 이러한 큰 진폭 RF 안테나 신호가 감쇠되는 것을 보장한다.
도 2는 전술한 용기(100)와 같은 의료 제제 용기의 응용 및 통합을 위해 본원의 제3 실시태양에 따른 마이크로파 전력 센서 조립체(205)의 개략적 블록도이다. 마이크로파 전력 센서 조립체의 제1 및 제3 실시태양의 대응되는 요소 및 특징이 비교를 용이하게 하기 위해 대응되는 도면 부호에 할당된다. 마이크로파 전력 센서 조립체(200)가 전술한 마이크로파 안테나(102)와 동일한 특징을 가지는 마이크로파 안테나(202)를 포함한다. RF 안테나 신호가 전술한 RF 전력 리미터(104)와 동일한 특징을 갖는 선택적 RF 전력 리미터(204)의 입력부에 전기적으로 결합된다. RF 전력 리미터(204)의 출력부가 DC 전력 공급 회로(206)에 연결되고, DC 전력 공급 회로(206)는 마이크로파 전력 센서 조립체의 제1 및 제2 실시태양에 관련하여 전술한 것처럼 제한된 RF 안테나 신호 VLIM를 정류하고 그로부터 DC 전력 공급 전압 VDD를 추출하도록 구성된다. DC 전력 공급 전압 VDD이 센서(208), 제어기(214) 예컨대 디지털 프로세서 및 광 데이터 송신기(218)에 에너지를 공급하거나 전력을 공급한다. DC 전력 공급 전압 VDD이 각각의 전력 공급단 또는 센서(208), 제어기(214) 및 광 데이터 송신기(218)의 입력부에 결합되거나 연결될 수 있다. 따라서, 이러한 회로가 동작 전력의 수신을 위해 DC 전력 공급 전압 VDD에 연결된다. 센서(208)가 적절하게 기능하도록 전력을 필요로 하는 다양한 유형의 능동 디지털 및/또는 아날로그 전자 회로 및/또는 디스플레이 구성요소를 포함할 수 있다. 디지털 프로세서(214)가 마이크로파 전력 센서 조립체(200)의 다양한 미리결정된 제어 기능을 수행하도록 구성된 고정 배선(hard-wired) 디지털 프로세서를 포함할 수 있다. 대안으로, 디지털 프로세서(214)가 소프트웨어 프로그램가능한 마이크로프로세서의 프로그램 메모리 내에 저장된 실행가능한 프로그램 명령어의 세트에 따라 마이크로파 전력 센서 조립체(200)의 제어 기능을 수행하도록 구성된 소프트웨어 프로그램가능한 마이크로프로세서를 포함할 수 있다. 디지털 프로세서(214)가 문제되는 의료 제제의 전술한 물리적 또는 화학적 특성의 측정된 파라미터 값의 수신을 위해 센서(208)에 연결된 입력 포트를 포함할 수 있다. 센서(208)의 감지부가 의료 제제와 물리적 접촉 또는 감각적 접촉 상태가 되어서 가열/준비 동안의 의료 제제의 물리적 특성 예컨대 온도, 점도, 압력, 색, 습도, 전도율 등을 측정하거나 검출할 수 있다. 통상의 기술자는 센서(208)에 의해 측정된 파라미터 값이 센서(208)의 특성 및 센서와 집적된 임의의 신호 조건 회로(signal conditioning circuitry)에 따라 아날로그 포맷 또는 디지털 포맷으로 출력될 수 있음을 이해해야 할 것이다. 파라미터 값이 디지털 포맷으로 출력된다면, 디지털 프로세서(214)의 입력 포트가 일반적인 I/O 포트 또는 산업 표준 데이터 통신 포트 예컨대 I2C 또는 SPI를 포함할 수 있다. 센서(208)에 의해 파라미터 값이 아날로그 포맷으로 출력된다면, 디지털 프로세서(214)의 입력 포트가 내부 A/D 컨버터에 연결된 아날로그 입력부를 포함하여, 수신된 파라미터 값을 디지털 포맷으로 변환하고 측정된 파라미터 값을 포함하는 대응하는 데이터 스트림 또는 데이터 신호를 생성한다. 광 데이터 송신기(218)가, 오븐 챔버의 외부에 배열된 적합한 광 수신기(미도시)로의 송신 및 광학적 변조를 위해 광 데이터 송신기(218)에 미리결정된 데이터 포맷으로 인코딩된 측정된 파라미터 값을 공급하는 디지털 프로세서(214)의 데이터 포트에 결합된다. 광 데이터 송신기(218)는 광 데이터 신호를 적외선 스펙트럼 또는 가시 스펙트럼의 파장으로 방출하는 변조된 LED 다이오드를 포함할 수 있다. 광 수신기는 LED와 같은 광검출기를 포함할 수 있다. 디지털 프로세서(214) 및 광 데이터 송신기(218)가 특정 응용에 따라 의료 제제의 가열 동안 일정한 시간 간격으로 또는 불규칙적 시간 간격으로, 광 데이터 신호를 계속하여 송신하도록 구성될 수 있다. 마이크로파 전력 센서 조립체(200)는 바람직하게는 적어도 RF 전력 리미터(204), dc 전력 공급 회로(206), 디지털 프로세서(214), 센서(208) 및 광 데이터 송신기(218)를 둘러싸고 에워싸는 하우징 또는 케이싱(210)을 포함한다. 하우징(210)은 전술한 하우징(110)과 동일한 특징을 가질 수 있다.
마이크로파오븐이 오븐 챔버 외부의 외적 환경에서 동작시 오븐에 의해 방출된 마이크로파 방사의 누출을 방지하기 위해 오븐의 EMI 실드와 같이 기능하는 금속 네트 또는 그리드에 의해 덮혀진 내표면을 가진 유리 리드를 포함할 수 있다. 광검출기가 마이크로파오븐의 유리 리드의 외표면에 직접 부착될 수 있고, 따라서 광 데이터 신호가 유리 리드를 통해 광검출기에 전송된다. 광검출기는 광학파가 광검출기에 방해없이 전파되는 광 데이터 신호를 운반하도록 하는 EMI 실드의 개구에 위치될 수 있다. 광검출기는 전기적으로 또는 무선으로 마이크로파오븐의 마이크로프로세서에 결합되고, 마이크로파오븐의 제어기에, 측정된 파라미터 값을 포함하는 수신된 광 데이터 신호를 송신한다. 마이크로파오븐의 마이크로프로세서가 마이크로파오븐의 동작을 자동으로 제어하도록 수신된 파라미터 값을 사용하도록 구성될 수 있다. 일 실시태양에서, 의료 제제의 측정된 파라미터 값이 의료 제제의 현재 온도를 포함할 수 있고, 마이크로파오븐의 마이크로프로세서가 의료 제제의 현재 온도가 특정 타겟 온도에 도달하는 때에 가열을 종료하도록 구성될 수 있다.
마이크로파 전력 센서 조립체(200)의 또 다른 실시태양은 의료 제제의 가열을 위한 타겟 온도 프로필을 저장하기 위해 플래시 메모리와 같은 비휘발성 메모리인 데이터 메모리를 더 포함한다. 디지털 프로세서(214)는 데이터 메모리로부터 타겟 온도 프로필을 판독하고 타겟 온도 프로필을 광 데이터 송신기(218)을 통해 또는 또 다른 적합한 무선 데이터 송신기를 통해 오븐 챔버의 외부에 송신하도록 구성된다. 타겟 온도 프로필은 마이크로파오븐의 유리 리드의 외표면에 부착되는 전술한 광검출기에 송신될 수 있고, 그로부터 마이크로파오븐의 마이크로프로세서에 송신될 수 있다. 온도 프로필은 의료 제제의 가열을 위한 시간에 걸쳐 일련의 타겟 온도를 특정할 수 있다. 특정 실시태양에서, 타겟 온도 프로필은 의료 제제의 중단 또는 종료 온도와 같은 하나의 온도 값에 의해 형성될 수 있다. 그러므로, 마이크로파오븐의 제어 프로그램은 초기에 중단 또는 종료 온도를 수신하고 기록하며, 그 이후에 의료 제제의 가열 동안 마이크로파 전력 센서 조립체(205)에 의해 반복적으로 송신된 들어오는 온도 값을 모니터링한다. 의료 제제의 측정된 온도가 저장된 중단 온도에 도달한다는 것에 응답하여, 이 제어 프로그램은 마이크로파오븐의 가열을 종료할 수 있고, 또는 가능하면 의료 제제의 과열을 피하도록 오븐 챔버 내의 방출된 마이크로파 에너지의 양을 현저히 줄이도록 한다. 그러므로, 마이크로파 전력 센서 조립체와 마이크로파오븐은 결합하여 "지능적인(intelligent)" 협력의 마이크로파 가열 시스템을 형성한다.
도 3은 전술한 용기(100)와 같이 의료 제제 용기의 응용 및 통합을 위한 본원의 제4 실시태양에 따른 마이크로파 전력 센서 조립체(305)의 개략적 블록도를 도시한다. 제3 및 제4 실시태양의 마이크로파 전력 센서 조립체의 대응되는 요소 및 특징이 비교를 용이하게 하도록 대응되는 도면 부호로 할당되었다. 현재의 마이크로파 전력 센서 조립체(305)와 전술한 마이크로파 전력 센서 조립체(205)의 주요 차이점은 후자의 광 데이터 송신기(218)가 디스플레이(312)에 의해 대체되었다는 것이다. 디스플레이(312)는 오븐 챔버의 외부에 의료 제제의 물리적 또는 화학적 특성의 측정된 파라미터 값을 디스플레이 하기 위한 파라미터 지시자로서 기능한다. 디스플레이(312)는 또한 마이크로파 전력 센서 조립체(300)의 dc 전력 공급 회로(306)에 의해 생성된 DC 전력 공급 전압 VDD에 의해 또한 전력이 공급된다. 통상의 기술자는 도시된 RF 전력 리미터(304)가 선택적 회로이며, 다른 실시태양이 DC 전력 공급 회로(306)에 직접 RF 안테나(302)에 의해 생성된 RF 안테나 신호를 결합할 수 있음을 이해해야 할 것이다. 디스플레이(312)는 오븐 챔버의 외부(미도시)에 의료 제제 용기의 의료 제제의 모니터링된 물리적 또는 화학적 특성 또는 특성들의 파라미터 값을 디스플레이 하기 위한 파라미터 지시자로서 기능한다. 디스플레이(312)는 바람직하게는 충분한 크기 및/또는 밝기로 측정된 파라미터 값을 나타내어서, 사용자가 오븐의 동작시 오븐의 유리문 또는 리드를 통해 현재의 파라미터 값을 판독하도록 할 수 있다. 디스플레이(312)가 다양한 유형의 파라미터 값 지시자 예컨대 LED, 상이한 색의 다수의 LED, 확성기, 문자 숫자식 디스플레이 및 E-잉크 페이퍼를 포함할 수 있다. 마이크로파 전력 센서 조립체(305)가 바람직하게는 적어도 RF 전력 리미터(304), DC 전력 공급 회로(306), 디지털 프로세서(314), 센서(308) 및 디스플레이(312)를 둘러싸고 에워싸는 하우징 또는 케이싱(310)을 포함한다. 하우징(210)이 전술한 하우징(110)과 동일한 특징을 포함할 수 있다.
도 4a는 현재 마이크로파 전력 센서 조립체(155, 205, 305)의 전술한 제2, 제3 및 제4 실시태양에서 사용되기에 적합한 1 실시예의 RF 전력 리미터(104, 204, 304) 및 DC 전력 공급 회로(106, 206, 306)의 간략한 전기 회로도를 도시한다. RF 전력 리미터는 PIN 리미터 다이오드 및 병렬 인덕터 L1를 포함한다. PIN 리미터 다이오드(D1)가 RF 안테나 신호로부터 RF 전력 리미터의 접지에 연결되고, 마이크로파 안테나(102, 202, 302)에 가변적 션트 임피던스를 주고, 여기서 션트 임피던스가 들어오는 RF 안테나 신호의 레벨에 따라 변화한다. RF 전력 리미터가 따라서 마이크로파 안테나(102, 202, 302)의 출력에서 생성된 RF 안테나 신호와 비교하여 제한되거나 감쇠된 RF 안테나 신호 VLIM를 생성한다. 제한된 RF 안테나 신호 VLIM가 DC 전력 공급 회로(106, 206, 306)의 입력부, 특히 쇼트키 다이오드 D2의 형태인 정류 요소의 캐소드에 인가된다. 병렬 인덕터가 PIN 리미터 다이오드(D1)의 적절한 DC 바이어싱을 보장한다. PIN 리미터 다이오드의 임피던스는 작은 레벨인 RF 안테나 신호보다 비교적 크고, 예컨대 1000 옴(ohm)보다 크고, RF 안테나 신호 레벨의 증가에 따라 점진적으로 감소되어서, RF 전력 리미터의 입력 임피던스는 대응되는 방식으로 동작한다. 일례의 실시태양에서, 마이크로 안테나의 발생 임피던스는 약 1000 옴일 것이며, dc 전력 공급기의 입력 임피던스는 약 200 옴을 공급하고, PIN 리미터 다이오드의 임피던스는 적은 레벨의 RF 안테나 신호에 대하여 1000 옴을 초과한다. RF 안테나 신호 레벨의 증가에 따라, PIN 리미터 다이오드의 임피던스가 점진적으로 감소하여 큰 레벨의 RF 안테나 신호에 대하여 약 50 옴의 값에 도달하거나 심지어는 더 작을 수 있다. 따라서, 마이크로파 안테나와 RF 전력 리미터 사이의 임피던스 매칭이 RF 안테나 신호 레벨의 증가에 따라 점진적으로 감쇠된다. 결과적으로, RF 안테나 신호의 레벨이 증가하기 때문에, RF 안테나 신호의 증가하는 부분이 마이크로파 안테나에 다시 반사되고 그로부터 방출된다. 따라서, RF 안테나 신호의 높은 레벨에 대해 전술한 과전압 및/또는 과열 문제를 유발하는 과도한 RF 전압 레벨 및 전력 레벨에 대항하여 dc 전력 공급 회로의 부품을 차폐하게 된다.
도 4b는 현재 마이크로파 전력 센서 조립체의 전술한 제2, 제3 및 제4 실시태양 중 임의의 실시태양에서 사용되기에 적합한 2 실시예의 RF 전력 리미터(104, 204, 304) 및 DC 전력 공급 회로(106, 206, 306)의 간략한 전기 회로도를 도시한다. RF 전력 리미터는 제어가능한 MOSFET 트랜지터 M1를 포함한다. 제어가능한 MOSFET M1은 RF 안테나 신호로부터 RF 전력 리미터의 접지에 연결되어 마이크로파 안테나에 가변적 션트 임피던스를 주고, 여기서 임피던스는 들어오는 RF 안테나 신호의 레벨에 따라 변화된다. 그러나, PIN 리미터 다이오드의 임피던스 특성 및 신호 제한 특성이 PIN 다이오드 그 자체의 고유 파라미터에 의해 고정되는 반면, MOSFET M1의 신호 제한 특성은 M1의 게이트/제어단(305)의 게이트 전압을 제어하거나 조정함으로써 디지털 프로세서(214, 314)에 의해 정확히 제어될 수 있다. 이러한 특징이 RF 전력 리미터의 현재 실시태양의 임피던스 특성 및 이로 인한 신호 제한 특성의 선택이나 적응에 상당한 유연성을 제공한다. 디지털 프로세서(214, 314)는 예컨대 적합한 입력 포트를 통해 dc 전력 공급 전압 VDD의 레벨을 모니터링할 수 있다. 디지털 프로세서는 특정 기준을 만족하는 예컨대 미리정의된 임계 레벨에 dc 전력 공급 전압 VDD이 도달하는 경우에, M1의 게이트 전압의 조정을 통해 M1의 임피던스를 갑자기 또는 점진적으로 감소시키도록 구성될 수 있다. 후자는 정상적인 DC 전압의 공급을 나타내거나 DC 전력 공급 회로(106, 206, 306)의 완전히 충전된 상태를 나타내어서, RF 안테나 신호로부터 들어오는 전력의 양이 dc 전력 공급 회로 내의 전술한 잠재적으로 유해한 과전압 조건을 방지하도록 감소될 수 있는 것이 장점이다. 디지털 프로세서는 M1의 임피던스를 조절하여서, 미리결정된 임계 레벨 미만으로 실질적으로 유지시키고, 임계 레벨을 초과하지만 더 작은 임피던스로 감소시킨다. 미리결정된 임계 레벨을 초과하지만 더 작은 M1의 임피던스는 실질적으로 유지되거나 임피던스가 증가하는 dc 전력 공급 전압에 따라 점진적으로 감소되도록 변화될 수 있다.
도 5는 액상 또는 고상의 얼린 형태인 다양한 유형의 의료 제제를 함유할 수 있는 정맥내 주입액 백(500)의 형태인 일례의 의료 제제 용기를 도시한다. 이 의료 제제는 전형적으로 활성제 또는 의약 조성물을 포함한다. 정맥내 주입액 백(500)이 추가로 이하 기재되는 것처럼 전술한 실시태양 중 임의의 실시태양에 따른 집적된 마이크로파 전력 센서 조립체(105, 205, 305)를 포함할 수 있다. 정맥내 주입액 백(500)이 2.45 GHz 마이크로파 방사를 사용하여 소비자 유형의 마이크로파오븐에 사용되기 위해 설계될 수 있다. 정맥내 주입액 백(500)이 마이크로파 전력 센서 조립체(105, 205, 305)의 사전-제작 부착을 위해 미리지정된 영역(502)을 포함할 수 있다.
정맥내 주입액 백(500)이 폴의 메이팅 구조(mating structure)에 백을 붙이도록 구멍(eye)이나 홀을 포함할 수 있다. 게다가 정맥내 주입액 백(500)은 액상 의료 제제를 IV 라인이나 튜빙으로 전달 하기 위한 유체 유동 채널(미도시)를 포함한다. 정맥내 주입액 백(500) (IV 백)은 플라스틱, 실리콘, 고무 또는 유사한 탄성 물질로 제조될 수 있다.
도 6은 마이크로파 전력 센서 조립체(105, 155, 205, 305)가 부착되는 벽 영역의 확대된 단면도(500)와 함께 전술한 정맥내 주입액 백(500)의 단면도를 도시한다. 이 실시태양에서, 마이크로파 전력 센서 조립체는 예컨대 접착제 또는 탄성 밴드 등에 의해 미리지정된 영역(502)의 외표면에 분리 가능하게 부착된다. 이 부착 매커니즘은 마이크로파 전력 센서 조립체의 재사용을 지원하고, 여기서 정맥내 주입액 백(500)이 가열되었고 처리되고 난 후에 마이크로파 전력 센서 조립체는 해체된다. 이는 본원에 따른 정맥내 주입액 백의 사용과 연관하여 장기적으로 비용을 줄이게 된다.
마이크로파 전력 센서 조립체의 센서(108, 158, 208, 308)는 예컨대 의료 제제와 센서 사이의 열 저항성을 줄이도록, 용기의 벽부의 미리지정된 영역(502)의 외표면과 물리적으로 접촉되게 될 것이다.
마이크로파 전력 센서 조립체(105, 155, 205, 305)는 비교적 짧은 모노폴 마이크로파 안테나(미도시)를 포함한다. 모노폴 마이크로파 안테나의 조종 주파수가 마이크로파오븐에 의해 방출되는 마이크로파 방사의 예상되는 2.45 GHz 방사 주파수보다 어느 정도 크다. 따라서, 모노폴 마이크로파 안테나(502)가 의도적으로 디튜닝되어서 다수의 장점을 가진다. 2.45 GHz 마이크로파 방사 주파수로의 튜닝과 비교하여 모노폴 마이크로파 안테나의 더 높은 조종 주파수는 더 작은 물리적 치수를 초래한다. 더 작은 물리적 치수는 더 작은 치수의 마이크로파 전력 센서 조립체 및 다양한 종류의 장비 예컨대 현재의 정맥내 주입액 백(500)으로의 더 간단한 집적을 가능하게 한다. 또한 디튜닝은 모노폴 마이크로파 안테나에 의한 마이크로파 에너지의 양을 감소시키고, 따라서, RF 전력 리미터(존재한다면) 및 DC 전력 공급 회로 중에 하나에 인가된 RF 안테나 신호 레벨을 감소시킨다. 2.45 GHz 마이크로파 방사 주파수에 튜닝에 비교하여 모노폴 마이크로파 안테나의 조종 주파수가 적어도 50 % 더 높아서 모노폴 마이크로파 안테나(502)의 주파수를 3.675 GHz에 또는 3.675 GHz를 초과하여 튜닝하게 된다. 마이크로파 전력 센서 조립체는 전술한 광 데이터 송신기와 같은 무선 데이터 송신기(미도시)를 더 포함할 수 있다. 무선 데이터 송신기는 마이크로파오븐 내의 액상 의료 제제의 가열 동안 온도 센서(526)에 의해 제공된 것처럼 백(500) 내에 있는 액상 의료 제제의 반복적으로 측정된 온도 값을 포함하는 무선 전자기 데이터 신호를 방출하도록 구성된다. 광 데이터 송신기가 사용되면, 생성된 광 데이터 신호가 적외선이고 충분히 큰 레벨 또는 전력을 가져서 오븐 도어를 관통해서 전술한 바와 같이 오븐 챔버 외부에 위치된 광 수신기에 도달할 수 있다. 통상의 기술자는 광 데이터 송신기가 전술한 바와 같이 디스플레이(312)와 같은 디스플레이에 의해 대체되거나 보충될 수 있음을 이해해야 할 것이다. 디스플레이는 액상 의료 제제의 측정된 온도 값을 나타낼 수 있고, 액상 의료 제제의 미리프로그램된 특정 타겟 온도가 오븐 챔버의 외부에 도달하는 것을 간단히 나타낼 수 있다. 사용자는 가열 동안 디스플레이 상의 온도 지시를 판독하여 액상 의료 제제의 현재 온도를 모니터링하고 타겟 온도 또는 원하는 온도에 도달되는 때에 마이크로파오븐을 수동으로 중단시킬 수 있다. 대안으로, 전술한 마이크로파오븐의 마이크로프로세서는 원하는 온도가 도달되는 때에 마이크로파오븐의 가열을 자동으로 중단하도록 구성될 수 있다. 이것은 마이크로파 전력 센서 조립체에 의해 송신된 광 데이터 신호가 광검출기를 통해 마이크로파오븐의 마이크로프로세서에 결합되는 것을 요구한다. 광검출기는 오븐 도어의 외부에 탑채될 수도 있고, 또는 대안으로 구멍이나 실드 메시(shielding mesh)를 통하여 오븐 챔버로 보이도록 마이크로파오븐 내에 위치될 수도 있다.
도 7은 마이크로파 전력 센서 조립체(105, 155, 205, 305)가 집적되는 벽부 영역의 확대된 단면도(750)와 함께 전술한 정맥내 주입액 백(700)의 대안의 실시태양의 단면도를 도시한다. 현재 실시태양에서, 마이크로파 전력 센서 조립체(105, 155, 205, 305)는 백 벽부(723) 내에 완전히 내장된다. 이것은 사출 성형, 오버몰딩, 용접 등과 같은 다양한 유형의 제조 기술에 의해 수행될 수 있다.
Claims (15)
- 의료 제제 용기로서,
마이크로파 전력 센서 조립체를 포함하고,
상기 마이크로파 전력 센서 조립체는,
미리결정된 여기 주파수로 마이크로파 방사에 응답하여 RF 안테나 신호를 생성하기 위해 미리결정된 조종 주파수를 갖는 마이크로파 안테나;
상기 RF 안테나 신호가 결합되어 상기 RF 안테나 신호를 정류하고 상기 RF 안테나 신호로부터 에너지를 추출함으로써 전력 공급 전압을 제공하도록 구성된 dc 전력 공급 회로; 및
상기 전력 공급 전압이 연결되고 상기 의료 제제 용기에 둔 의료 제제의 물리적 또는 화학적 특성을 측정하도록 구성된 센서를 포함하는,
의료 제제 용기. - 제1항에 있어서,
상기 마이크로파 전력 센서 조립체는
미리결정된 신호 제한 특성에 따라 상기 RF 안테나 신호의 진폭이나 전력을 제한하기 위해 상기 RF 안테나 신호와 상기 dc 전력 공급 회로 중간에 연결되는 RF 전력 리미터를 더 포함하는, 의료 제제 용기. - 제2항에 있어서,
상기 마이크로파 전력 센서 조립체의 상기 RF 전력 리미터는 상기 RF 안테나 신호가 접속되는 가변적 임피던스 회로를 포함하고,
상기 가변적 임피던스 회로는 상기 전력 리미터의 입력 임피던스 및 상기 마이크로파 안테나의 임피던스 사이의 매칭을 감소시키도록 상기 미리결정된 여기 주파수에서 RF 안테나 신호의 진폭이나 전력의 증가에 따라 감소하는 입력 임피던스를 보이도록 하는, 의료 제제 용기. - 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 마이크로파 안테나의 미리결정된 조종 주파수는 상기 마이크로파 방사의 상기 미리결정된 여기 주파수로부터 +50 % 초과 또는 -33 % 초과 만큼 편차가 있는, 의료 제제 용기. - 제4항에 있어서,
상기 마이크로파 안테나의 미리결정된 조종 주파수는 상기 마이크로파 방사의 미리결정된 여기 주파수보다 50 % 이상 높은 것인, 의료 제제 용기. - 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 마이크로파 안테나는 모노폴 안테나, 다이폴 안테나, 패치 안테나 중 적어도 하나를 포함하는, 의료 제제 용기. - 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
의료 유체 백, 한천 용기, 시린지 중 적어도 하나를 포함하는, 의료 제제 용기. - 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 마이크로파 전력 센서 조립체의 센서는 상기 의료 제제와 물리적 접촉 또는 감각 접촉을 이루도록 배치되는, 의료 제제 용기. - 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 마이크로파 전력 센서 조립체는 상기 의료 제제 용기의 벽부, 리드부 또는 하부에 부분적으로 또는 전체적으로 내장되는 것인, 의료 제제 용기. - 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 마이크로파 전력 센서 조립체는 상기 의료 제제 용기의 벽부, 리드부 또는 하부에 예컨대 접착제에 의해 분리 가능하게 고정되는, 의료 제제 용기. - 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 마이크로파 전력 센서 조립체는 마이크로파 전자기 방사에 대항하여 적어도 상기 전력 공급 회로를 둘러싸고 차폐하는 금속 시트 또는 금속 네트와 같은 전기 도전성 하우징을 포함하는, 의료 제제 용기. - 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 마이크로파 전력 센서 조립체는
동작 전력의 수신을 위해 전력 공급 전압이 결합되는 디지털 프로세서, 및
의료 제제의 측정된 물리적 또는 화학적 특성의 파라미터 값을 오븐 챔버 외부에 송신하기 위한 무선 데이터 송신기를 더 포함하는, 의료 제제 용기. - 제12항에 있어서,
상기 마이크로파 전력 센서 조립체는 상기 의료 제제의 가열에 대한 타겟 온도 프로필을 저장하기 위해 데이터 메모리를 더 포함하고,
상기 디지털 프로세서는 상기 데이터 메모리로부터 상기 타겟 온도 프로필을 판독하고 상기 무선 데이터 송신기를 통해 오븐 챔버 외부에 상기 타겟 온도 프로필을 송신하도록 구성되는, 의료 제제 용기. - 가열 동안 의료 제제의 물리적 또는 화학적 특성을 모니터링하는 방법으로서,
a) 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 따른 의료 제제 용기로서, 의료 제제를 함유하는 의료 제제 용기를 마이크로파오븐의 오븐 챔버 내에 위치시키는 단계;
b) 상기 오븐 챔버 내부에 전자기 방사를 제공하여 상기 의료 제제를 조사하고 가열하도록 상기 마이크로파오븐을 작동시키는 단계;
c) 상기 마이크로파 전력 센서 조립체의 전자기 방사에 의한 조사에 응답하여 상기 RF 안테나 신호로부터 에너지를 추출하는 단계; 및
d) 상기 센서에 의해 상기 의료 제제의 물리적 또는 화학적 특성을 반복적으로 측정하는 단계
를 포함하는,
가열 동안 의료 제제의 물리적 또는 화학적 특성을 모니터링하는 방법. - 제14항에 있어서,
- 상기 의료 제제의 측정된 물리적 또는 화학적 특성의 파라미터 값을 디스플레이하는 단계, 및
- 무선 데이터 통신 링크를 통해 상기 의료 제제의 물리적 또는 화학적 특성의 파라미터 값을 상기 오븐 챔버 외부에 배치된 무선 수신기에 송신하는 단계
중 적어도 하나의 추가 단계를 포함하는, 가열 동안 의료 제제의 물리적 또는 화학적 특성을 모니터링하는 방법.
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