KR20180032832A

KR20180032832A - 광센서를 이용한 주입량 측정이 가능한 인슐린 주입기

Info

Publication number: KR20180032832A
Application number: KR1020160121961A
Authority: KR
Inventors: 최규동
Original assignee: 최규동
Priority date: 2016-09-23
Filing date: 2016-09-23
Publication date: 2018-04-02
Also published as: WO2018056606A1

Abstract

본 발명은 광센서를 이용한 주입량 측정이 가능한 인슐린 주입기에 관한 것으로, 인슐린을 저장하며 내부에는 이동이 가능한 피스톤(11)을 구비하는 약물 카트리지(10);와, 상기 약물 카트리지(10)에 저장된 인슐린을 주입하도록 구동하며, 구동 모터(21)에 연동하여 회전 구동하는 스크류(22)와, 상기 스크류(22)의 회전 구동에 의하여 선형 구동되도록 작동하며 일 측 말단이 상기 피스톤(11)에 접촉되어 상기 피스톤(11)을 압축 구동하는 플런저(23)를 포함하여 구성되는 주입 구동부(20);와, 상기 주입 구동부(20)의 구동을 제어하는 주제어부(40); 를 포함하여 구성되는 인슐린 주입기에 있어서,
상기 플런져(23)의 타 측 말단에 설치되는 광 반사판(110);과, 상기 광 반사판(110)을 향하여 광신호를 송신하는 광송신부(121)와, 상기 광 반사판(110)에서 반사된 상기 광신호를 수신하는 광수신부(122) 및 상기 광송신부(121)에서 송신된 광신호와 상기 광수신부(122)에서 수신된 광신호를 비교하여 상기 플런저(23)의 선형 이동 거리를 측정하는 주입량 산출 모듈(123)을 포함하여 구성되며, 상기 주입량 산출 모듈(123)에서 산출된 상기 플런저(23)의 선형 이동 거리를 상기 주제어부(40)로 전달하는 주입량 측정부(120); 를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 광센서를 이용한 주입량 측정이 가능한 인슐린 주입기(100)에 관한 것이다.

Description

광센서를 이용한 주입량 측정이 가능한 인슐린 주입기{Insulin Injection Appartus with Opical Sensor}

본 발명은 광센서를 이용한 주입량 측정이 가능한 인슐린 주입기에 관한 것으로, 인슐린을 저장하며 내부에는 이동이 가능한 피스톤(11)을 구비하는 약물 카트리지(10);와, 상기 약물 카트리지(10)에 저장된 인슐린을 주입하도록 구동하며, 구동 모터(21)에 연동하여 회전 구동하는 스크류(22)와, 상기 스크류(22)의 회전 구동에 의하여 선형 구동되도록 작동하며 일 측 말단이 상기 피스톤(11)에 접촉되어 상기 피스톤(11)을 압축 구동하는 플런저(23)를 포함하여 구성되는 주입 구동부(20);와, 상기 주입 구동부(20)의 구동을 제어하는 주제어부(40); 를 포함하여 구성되는 인슐린 주입기에 있어서,

상기 플런져(23)의 타 측 말단에 설치되는 광 반사판(110);과, 상기 광 반사판(110)을 향하여 광신호를 송신하는 광송신부(121)와, 상기 광 반사판(110)에서 반사된 상기 광신호를 수신하는 광수신부(122) 및 상기 광송신부(121)에서 송신된 광신호와 상기 광수신부(122)에서 수신된 광신호를 비교하여 상기 플런저(23)의 선형 이동 거리를 측정하는 주입량 산출 모듈(123)을 포함하여 구성되며, 상기 주입량 산출 모듈(123)에서 산출된 상기 플런저(23)의 선형 이동 거리를 상기 주제어부(40)로 전달하는 주입량 측정부(120); 를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 광센서를 이용한 주입량 측정이 가능한 인슐린 주입기(100)에 관한 것이다.

당뇨병은 현재 전 세계적으로 약 2억 명 정도가 앓고 있을 정도로 흔한 질환으로 알려져 있으며, 당뇨병과 관련된 합병증 및 동반 질환은 인적, 사회적, 경제적 손실을 수반하여 중요한 보건 문제 중의 하나로 대두되고 있다.

우리나라도 예외가 아니어서 건강보험 심사평가원의 최근 10년간 건강 보험 자료를 분석한 결과 2020년경에는 국민 7명당 1명꼴인 722만 명(전 국민의 14.4%)이 당뇨병환자가 될 것으로 추정되고 있으며, 이에 동반하는 사회경제적 비용의 손실도 막대할 것으로 예상되고 있다.

당뇨병을 치료하고 관리하는데 있어서 환자의 혈당관리, 즉 혈당조절이 가장 중요한데, 인슐린은 보통 인슐린주사기, 인슐린 펜, 인슐린 펌프를 이용하여 환자에게 주입한다.

인슐린주사기는 인슐린 투여에 있어서 가장 일반적인 방법으로, 매우 저렴하게 인슐린을 투여할 수 있고, 사용이 쉽고, 사용법 습득이 간편한 장점이 있다.

인슐린 펜은 자체 카트리지에 내장된 인슐린을 주입하기 위한 장치로서, 수많은 종류의 상품과 모델이 있다. 대부분의 인슐린 펜은 재사용 펜과 1회용 펜 두 종류로 나누어진다. 인슐린 펜은 인슐린 주사기에 비해 외출도중 주입이 간편하고 편리하며, 간편한 다이얼 조작으로 정확한 사용량을 주입 가능하게 하는 등의 장점이 있다.

인슐린 펌프는 췌장과 같은 구실을 하는 의료기기로 환자의 체외에 부착하여 인슐린을 적절히 공급해 정상혈당을 유지하고 그동안 췌장기능을 서서히 회복시키는 기능을 한다. 인슐린펌프는 인슐린 펜보다도 더 정교하게 인슐린을 24시간 연속 피하 주입한다.

이러한 인슐린 주입 수단 중 가장 널리 사용되는 인슐린 펜은 통상적으로 하기 특허문헌 1의 "펜형 휴대용 인슐린 주입 장치(대한민국 등록 특허 제10-1217147호)"에 개시된 것과 같이, 인슐린이 수용된 카트리지를 장착하여 인슐린을 인체 내에 주입하기 위한 펜형 휴대용 인슐린 주입 장치로서, 케이스와, 상기 케이스 내부에 고정 설치된 모터와, 상기 케이스 내부에 고정 설치되고 상기 모터의 구동축에 연결되어 모터의 회전력을 전달하기 위하여 맞물린 복수의 기어가 설치된 기어박스를 포함하는 구동유닛과; 길이방향으로 관통구멍이 형성되어 있고 관통구멍이 형성된 일단이 상기 케이스에 회전 가능하게 연결된 푸셔하우징과, 상기 기어박스로 부터 회전력을 전달받도록 일단이 기어박스에 연결되고 상기 푸셔하우징의 관통구멍에 삽입된 전동축과, 상기 푸셔하우징의 관통구멍 내부에 설치되고 상기 전동축의 회전력을 전달받아 푸셔하우징의 관통구멍 내부에서 길이방향으로 슬라이딩하도록 구속된 푸셔를 포함하는 피스톤푸싱유닛을 포함하여 구성된다. 이 경우, 주입된 인슐린의 양을 측정할 수 있는 주입량 측정 모듈이 상기 모터에 설치되는 엔코더 등의 구성을 통하여 추가되는 것이 일반적이다.

이러한 기존 발명의 경우, 상기 전동축을 구성하는 스크류와 상기 푸셔 하우징을 구성하는 플런저의 나사산은 이상적인 경우 도 1에 나타낸 것과 같이 그 회전 중심축이 일치하도록 설치되는 것이 바람직하며, 이러한 경우 상기 스크류의 회전 각도와 상기 플런저의 선형 이동량은 정확하게 비례하게 된다. 따라서, 이러한 경우에는 상기 모터의 회전을 측정하는 엔코더만으로도 충분히 정확하게 상기 플런저의 선형 이동량을 측정할 수 있고, 상기 플런져의 선형 이동에 따라 구동된 상기 푸셔의 이동에 의한 인슐린 등의 약물의 주입량을 정확히 측정할 수 있다.

그러나 작동 중의 부하 또는 스크류의 변형 등 여러 가지 요인에 의하여 실제로는 도 2에 나타낸 것과 같이 플런져의 회전 중심축과 스크류의 회전 중심축은 서로 각도가 어긋나게 결합되어 있는 경우가 많다. 이러한 경우에는 도 3에 나타낸 것과 같이 결합 각도의 기울기에 따라 상기 스크류 회전 각도와 이동거리 사이는 정확한 정비례관계를 가지지 못하고 동요에 의한 편차(Fluctuation)을 나타내게 된다. 이러한 편차는 도 3에서 확인할 수 있는 것과 같이 상기 결합 각도의 기울기가 클수록 더욱 크게 나타난다. 또한, 이러한 편차는 도 4에 나타낸 것과 같이 상기 스크류의 회전 각도에 따라 계속적으로 나타나게 된다.

따라서, 기존 발명과 같이 모터의 회전을 탐지하는 엔코더를 이용하여 인슐린의 주입량을 측정하고자 하는 경우, 이와 같은 비정상적인 플런저와 스크류의 결합 상태에서는 언제나 정확한 주입량을 측정할 수 없다는 문제가 있었다.

대한민국 등록 특허 제10-1217147호

본 발명은 상기한 기존 발명들의 문제점을 해결하여, 플런저의 선형 이동량을 광센서를 이용하여 직접적으로 측정하는 것이 가능하여, 플런저와 스크류의 결합 상태에 관계없이 언제나 정확한 주입량을 측정할 수 있는 광센서를 이용한 주입량 측정이 가능한 인슐린 주입기를 제공하는 것을 그 과제로 한다.

또한, 모터 제어에 필요한 플런져의 이동 속도도 광센서를 이용하여 직접적으로 정확하게 측정이 가능한 광센서를 이용한 주입량 측정이 가능한 인슐린 주입기를 제공하는 것을 그 과제로 한다.

상기한 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 광센서를 이용한 주입량 측정이 가능한 인슐린 주입기는, 인슐린을 저장하며 내부에는 이동이 가능한 피스톤(11)을 구비하는 약물 카트리지(10);와, 상기 약물 카트리지(10)에 저장된 인슐린을 주입하도록 구동하며, 구동 모터(21)에 연동하여 회전 구동하는 스크류(22)와, 상기 스크류(22)의 회전 구동에 의하여 선형 구동되도록 작동하며 일 측 말단이 상기 피스톤(11)에 접촉되어 상기 피스톤(11)을 압축 구동하는 플런저(23)를 포함하여 구성되는 주입 구동부(20);와, 상기 주입 구동부(20)의 구동을 제어하는 주제어부(40); 를 포함하여 구성되는 인슐린 주입기에 있어서,

상기 플런져(23)의 타 측 말단에 설치되는 광 반사판(110);과, 상기 광 반사판(110)을 향하여 광신호를 송신하는 광송신부(121)와, 상기 광 반사판(110)에서 반사된 상기 광신호를 수신하는 광수신부(122) 및 상기 광송신부(121)에서 송신된 광신호와 상기 광수신부(122)에서 수신된 광신호를 비교하여 상기 플런저(23)의 선형 이동 거리를 측정하는 주입량 산출 모듈(123)을 포함하여 구성되며, 상기 주입량 산출 모듈(123)에서 산출된 상기 플런저(23)의 선형 이동 거리를 상기 주제어부(40)로 전달하는 주입량 측정부(120); 를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 광송신부(121)는 펄스 형태의 광신호를 송신하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 주입량 측정 모듈(120)은, 상기 플런저(23)의 선형 이동 거리를 실시간으로 측정하여 시간에 대한 미분값으로 상기 플런저(23)의 이동 속도를 더 측정하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 주입량 측정 모듈(120)은, 도플러 측정방법에 따라 상기 플런저(23)의 이동 속도를 더 측정하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의하는 경우, 플런저의 선형 이동량을 광센서를 이용하여 직접적으로 측정하는 것이 가능하여, 플런저와 스크류의 결합 상태에 관계없이 언제나 정확한 주입량을 측정할 수 있는 광센서를 이용한 주입량 측정이 가능한 인슐린 주입기를 제공할 수 있다는 장점이 있다.

또한, 모터 제어에 필요한 플런져의 이동 속도도 광센서를 이용하여 직접적으로 정확하게 측정이 가능한 광센서를 이용한 주입량 측정이 가능한 인슐린 주입기를 제공하는 것이 가능하다는 장점이 있다.

도 1: 인슐린 주입기의 바람직한 플런저와 스크류의 결합 상태를 나타내는 도면.
도 2: 인슐린 주입기의 비정상적인 플런저와 스크류의 결합 상태를 나타내는 도면.
도 3: 인슐린 주입기의 비정상적인 플런저와 스크류의 결합 상태에서, 결합 각도의 기울기에 따른 스크류 회전 각도와 이동거리 사이의 편차를 나타내는 도면.
도 4: 인슐린 주입기의 비정상적인 플런저와 스크류의 결합 상태에서, 스크류 회전 각도와 이동거리 사이의 편차를 나타내는 도면.
도 5: 본 발명의 일 실시예에 의한 광센서를 이용한 주입량 측정이 가능한 인슐린 주입기의 구성을 나타내는 블럭 다이어그램.
도 6: 인슐린 주입기의 모터 구동 단계를 나타내는 그래프.

이하에서는 첨부된 도면을 참조로 하여, 본 발명의 일 실시 예에 따른 광센서를 이용한 주입량 측정이 가능한 인슐린 주입기를 상세히 설명한다. 우선, 도면들 중, 동일한 구성요소 또는 부품들은 가능한 한 동일한 참조부호로 나타내고 있음에 유의하여야 한다. 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 기능 혹은 구성에 관한 구체적인 설명은 본 발명의 요지를 모호하지 않게 하기 위하여 생략한다

본 발명의 일 실시 예에 따른 광센서를 이용한 주입량 측정이 가능한 인슐린 주입기는 도 5에 나타낸 것과 같이, 인슐린을 사용자에게 주입하는 인슐린 주입기에 있어서, 광 반사판(110) 및 산소포화도 및 심박 측정 모듈(120); 을 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

이 경우, 상기 인슐린 주입기는 앞서 설명한 것과 같이 인슐린 펜 또는 인슐린 펌프 등을 포함하는 다양한 기존의 인슐린 주입기를 포함하는 것이 가능하다. 상기 인슐린 주입기는 통상적으로 인슐린을 저장하며 내부에는 이동이 가능한 피스톤(11)을 구비하는 약물 카트리지(10)와, 상기 약물 카트리지(10)에 저장된 인슐린을 주입하도록 구동하며, 구동 모터(21)에 연동하여 회전 구동하는 스크류(22)와, 상기 스크류(22)의 회전 구동에 의하여 선형 구동되도록 작동하며 일 측 말단이 상기 피스톤(11)에 접촉되어 상기 피스톤(11)을 압축 구동하는 플런저(23)를 포함하여 구성되는 주입 구동부(20)와, 상기 주입 구동부(20)의 구동을 제어하는 주제어부(40)를 포함하여 구성되는 것이 일반적이다. 또한, 작동 상태 및 인슐린 투여량 등의 정보를 표시하는 디스플레이 등을 더 포함하여 구성될 수도 있다. 이러한 기본적인 인슐린 주입기의 구성에 관하여는 상기 특허 문헌 1을 포함한 다수의 기존 발명을 통하여 널리 알려져 실시되고 있는 수준의 기술이므로, 상세한 설명은 생략한다.

다음으로, 광 반사판(110)에 관하여 설명한다. 상기 광 반사판(110)은 도 5에 나타낸 것과 같이 상기 플런져(23)의 타 측 말단에 설치되어, 상기 플런져(23)와 함께 이동하면서 후술할 광송신부(121)에서 송신된 광신호가 반사되어 후술할 광수신부(122)로 수신되될 수 있도록 구성된다.

다음으로, 주입량 측정 모듈(120)에 관하여 설명한다. 상기 주입량 측정 모듈(120)은 도 5에 나타낸 것과 같이, 상기 광 반사판(110)을 향하여 광신호를 송신하는 광송신부(121)와, 상기 광 반사판(110)에서 반사된 상기 광신호를 수신하는 광수신부(122) 및 상기 광송신부(121)에서 송신된 광신호와 상기 광수신부(122)에서 수신된 광신호를 비교하여 상기 플런저(23)의 선형 이동 거리를 측정하는 주입량 산출 모듈(123)을 포함하여 구성된다. 상기 주입량 산출 모듈(123)에서 산출된 상기 플런저(23)의 선형 이동 거리는 상기 주제어부(40)로 전달되어 약물의 주입 과정에서 정밀한 정량 주입을 위하여 상기 주입 구동부(20)를 구동하는 데 이용된다.

이 경우, 상기 광송신부(121)에서 송신된 광신호와 상기 광수신부(122)에서 수신된 광신호를 비교하여 상기 플런저(23)의 선형 이동 거리를 측정하는 방법으로는 다양한 실시예가 가능하다.

그 일 실시예로, 상기 광송신부(121)에서 단일 펄스로 구성된 광신호를 송신한 후, 상기 광수신부(122)에서 상기 광 반사판(110)에서 반사된 상기 광신호가 수신될 때까지의 지연 시간을 이용하여 상기 플런저(23)의 선형 이동 거리를 측정하는 것이 가능하다.

한편, 상기 주입 구동부(20)를 구성하는 상기 모터(21)의 경우, 통상적으로 도 6에 나타낸 것과 같이 소정의 작동 구동을 수행하는 경우 증속 구간-정속 구간-감속 구간을 가지는 작동 특성을 가진다. 따라서, 정밀한 주입량 제어를 위한 작동을 위하여, 상기 플런저(23)의 선형 이동 거리뿐만이 아니라 상기 플런저(23)의 이동 속도 역시 측정한 후 이를 피드백하여 작동을 제어하는 것이 필요하다.

이를 위하여 상기 주입량 측정 모듈(120)은, 상기 플런저(23)의 선형 이동 거리를 실시간으로 측정하여 시간에 대한 미분값으로 상기 플런저(23)의 이동 속도를 더 측정하는 것이 바람직하다.

한편, 상기 플런저(23)의 이동 속도 역시 측정하는 또 다른 실시예로 도플러 효과를 이용하는 것도 가능하다. 즉, 도 5에 나타낸 것과 같이 상기 광송신부(121)에서 소정의 시간 폭을 가지는 일련의 펄스로 구성된 광신호를 송신하는 경우, 상기 플런저(23)의 이동에 따라 상기 광 반사판(110)에서 반사되어 상기 광수신부(122)에서 수신된 광신호는 도 5에 나타내 것과 같이 도플러 효과에 의하여 그 펄스의 시간폭에 편이(偏移, deviation)가 발생하게 된다. 따라서, 이러한 편이를 측정하여 상기 플런저(23)의 이동 속도를 측정하는 것이 가능하다.

이상에서는 도면과 명세서에서 최적 실시 예들이 개시되었다. 여기서 특정한 용어들이 사용되었으나, 이는 단지 본 발명을 설명하기 위한 목적에서 사용된 것이지 의미 한정이나 특허청구범위에 기재된 본 발명의 범위를 제한하기 위하여 사용된 것은 아니다. 그러므로 본 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.

10: 약물 카트리지 11: 피스톤
20: 주입 구동부
21: 구동 모터 22: 스크류
23: 플런저
40: 주제어부
100: 광센서를 이용한 주입량 측정이 가능한 인슐린 주입기
110: 광 반사판
120: 주입량 측정부
121: 광 송신부
122: 광 수신부
123: 주입량 산출 모듈
130: 주입량 측정부

Claims

인슐린을 저장하며 내부에는 이동이 가능한 피스톤(11)을 구비하는 약물 카트리지(10);
상기 약물 카트리지(10)에 저장된 인슐린을 주입하도록 구동하며, 구동 모터(21)에 연동하여 회전 구동하는 스크류(22)와, 상기 스크류(22)의 회전 구동에 의하여 선형 구동되도록 작동하며 일 측 말단이 상기 피스톤(11)에 접촉되어 상기 피스톤(11)을 압축 구동하는 플런저(23)를 포함하여 구성되는 주입 구동부(20);
상기 주입 구동부(20)의 구동을 제어하는 주제어부(40); 를 포함하여 구성되는 인슐린 주입기에 있어서,
상기 플런져(23)의 타 측 말단에 설치되는 광 반사판(110);
상기 광 반사판(110)을 향하여 광신호를 송신하는 광송신부(121)와, 상기 광 반사판(110)에서 반사된 상기 광신호를 수신하는 광수신부(122) 및 상기 광송신부(121)에서 송신된 광신호와 상기 광수신부(122)에서 수신된 광신호를 비교하여 상기 플런저(23)의 선형 이동 거리를 측정하는 주입량 산출 모듈(123)을 포함하여 구성되며, 상기 주입량 산출 모듈(123)에서 산출된 상기 플런저(23)의 선형 이동 거리를 상기 주제어부(40)로 전달하는 주입량 측정부(120); 를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 광센서를 이용한 주입량 측정이 가능한 인슐린 주입기(100).
청구항 제 1항에 있어서,
상기 광송신부(121)는 펄스 형태의 광신호를 송신하는 것을 특징으로 하는 광센서를 이용한 주입량 측정이 가능한 인슐린 주입기(100).
청구항 제 2항에 있어서,
상기 주입량 측정 모듈(120)은,
상기 플런저(23)의 선형 이동 거리를 실시간으로 측정하여 시간에 대한 미분값으로 상기 플런저(23)의 이동 속도를 더 측정하는 것을 특징으로 하는 광센서를 이용한 주입량 측정이 가능한 인슐린 주입기(100).
청구항 제 2항에 있어서,
상기 주입량 측정 모듈(120)은,
도플러 측정방법에 따라 상기 플런저(23)의 이동 속도를 더 측정하는 것을 특징으로 하는 광센서를 이용한 주입량 측정이 가능한 인슐린 주입기(100).