KR20190021959A - 냄새를 이용한 혈당감지방식의 인슐린 투여시스템 - Google Patents

냄새를 이용한 혈당감지방식의 인슐린 투여시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 상시 착용상태의 인슐린펌프의 구동을 통해 당뇨환자에게 인슐린을 투여함에 있어 후각센서를 통해 사용자가 발산하는 아이소프렌의 농도를 통해 혈당 상태를 정확하게 파악함으로 적절한 시기에 정량의 인슐린이 투여될 수 있도록 하는 냄새를 이용한 혈당감지방식의 인슐린 투여시스템에 관한 것이다.

Description

냄새를 이용한 혈당감지방식의 인슐린 투여시스템 {Insulin administration system with blood sugar level detection type using smell}
본 발명은 인슐린 투여시스템에 관한 것으로, 자세하게는 상시 착용상태의 인슐린펌프의 구동을 통해 당뇨환자에게 인슐린을 투여함에 있어 후각센서를 통해 사용자가 발산하는 아이소프렌의 농도를 통해 혈당 상태를 정확하게 파악함으로 적절한 시기에 정량의 인슐린이 투여될 수 있도록 하는 냄새를 이용한 혈당감지방식의 인슐린 투여시스템에 관한 것이다.
일반적으로 당뇨병은 췌장에서의 인슐린(insulin) 분비량이 부족하거나 분비한 인슐린이 비정상적으로 기능함에 의해 체내의 당분 흡수가 이루어지지 않는 만성적 질환을 말한다.
이러한 당뇨환자 중에는 운동이나 식이요법 등으로 치료 가능한 인슐린 비의존형도 존재하나 1형 당뇨병 환자의 대부분은 주기적으로 인슐린 공급을 필요로 하게 된다.
인슐린은 위에서 파괴되어 경구로는 복용할 수 없음에 따라 인슐린 투여가 필요한 당뇨병 환자는, 통상 펜 형태의 소형 주사기를 이용해, 팔, 대퇴부, 복벽의 피하 지방층에 인슐린 제제를 자가 주사하게 된다.
인슐린 제제는 작용하는 발현 시간과 지속 시간이 다른 여러 종류가 존재하며 환자 자신의 당뇨병에 관한 지식과 치료상의 세세한 주의를 통해 인슐린 필요량의 변화에 따라 투여량을 조절하는 것이 극히 중요하다.
이때 가장 중요한 것이 인슐린의 필요량의 산출로 특히 고령자는 매일 동일한 양의 인슐린을 주사하는 경우도 있지만, 통상은, 식사, 활동량, 혈당치의 각 상황에 맞추어 인슐린량을 조절할 필요가 있다.
당뇨병 상태에서 환자의 고혈당은 미소혈관의 악화에 관련된 일련의 생리학적 장애(신부전, 피부 궤양 또는 눈의 유리체 출혈 등)를 일으킬 가능성이 있으며, 인슐린의 우발적인 과잉 투여에 또는 과도한 운동 또는 불충분한 음식 섭취에 부수하여, 인슐린 또는 글루코오스 저하 작용약의 통상 투여후 등에 저혈당이 일어나, 극단적인 경우에는 대뇌의 에너지 대사를 유지할 수 없게 되어, 정신 증상을 일으키기 시작하고, 나아가서는 의식 소실을 일으켜 심한 경우는 사망에 이를 가능성도 있다.
이에 실질적으로 환자의 혈당치에 따라 인슐린 주입량을 정하고 소정의 시간 간격으로 인슐린을 투여하여 관리하는 것이 일반적으로, 인슐린 투여장치가 타이머를 통해 인슐린 펌프를 구동하여 사용자가 의식하지 못하더라도 설정된 주기에 따라 자동으로 공급되는 제품도 출시되고 있다.
하지만, 환자 개개인의 혈당 수치 및 인슐린 투여에 따른 혈당 변화는 실시간으로 변동하면서 개별 환자마다 모두 상이하므로 경우에 따라서는 인슐린이 과다투여되거나 저혈당 상황에서 투입이 안 되는 경우도 발생하는 문제가 있었고, 단순 타이머 방식의 투여를 통해서는 정확하고 효율적인 인슐린 투여량 및 투여 시기 및 간격의 조절이 불가능하였다.
공개특허공보 제10-2006-0019263호 (2006.03.03)
본 발명은 상기와 같은 문제를 해결하기 위하여 창출된 것으로, 본 발명의 목적은 후각센서를 통해 사용자가 발산하는 아이소프렌의 농도를 통해 혈당 상태를 실시간으로 파악하여 상시 착용상태의 인슐린펌프를 통해 적절한 시기에 정량의 인슐린이 투여될 수 있도록 하는 냄새를 이용한 혈당감지방식의 인슐린 투여시스템을 제공하는 것이다.
상기와 같은 목적을 위해 본 발명은 사용자가 상시 착용한 상태에서 설정량의 속효성 인슐린을 지속적으로 피하주사하는 인슐린펌프를 구비한 인슐린 투여 시스템에 있어서, 사용자의 신체에 착용되며 사용자로부터 발산되는 냄새 중 아이소프렌 농도를 측정하는 제1후각센서를 구비한 착용부; 상기 아이소프렌의 농도를 분석하여 사용자의 저혈당 상태를 판단하는 판단부; 사용자의 저혈당 상태에 따라 투여할 인슐린 투여량을 실시간으로 산출하는 분석부; 산출된 인슐린 투여량을 인슐린펌프에 전달하여 설정량의 인슐린이 실시간으로 투여될 수 있도록 하는 데이터 송수신 모듈; 로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
이때 사용자의 손가락으로부터 무채혈 방식으로 혈당을 측정하여 기준정보를 획득하는 혈당측정모듈부; 상기 기준정보와 상기 판단부의 사용자의 저혈당 상태를 비교하여 차이에 대한 정보를 통해 아이소프렌 농도의 판단 기준을 보정하는 제1보정부; 를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 제1후각센서와 떨어진 곳에 별도로 구비되어 사용자 주변의 아이소프렌 농도를 측정하는 제2후각센서를 구비하되, 상기 제1후각센서의 측정값에 대하여 상기 제2후각센서의 측정값에 대한 부분을 차감 보상하는 제2보정부; 를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 인슐린펌프에 수용된 인슐린 잔량과, 상기 분석부를 통해 산출된 투여량 및 상기 판단부를 통해 판단된 혈당상태를 시간흐름에 따라 누적저장하는 저장부; 상기 저장부에 저장된 데이터를 실시간으로 분석하며 인슐린 잔량의 예측치와 인슐린 투여량 및 사용자의 혈당상태에 대한 특이사항을 감지하며 이상판단시 지정된 단말기로 송출하는 모니터링부; 를 더 포함할 수 있다.
본 발명을 통해 사용자의 혈당을 냄새를 통해 실시간으로 측정하면서, 사용자의 혈당 상태를 비롯하여 인슐린의 투여량에 따른 효과 반응 지연 시간 등의 요소가 실시간으로 반영할 수 있어 사용자에게 특화되어 최적의 인슐린 투여 패턴을 결정하여 투여가 이루어질 수 있다.
도 1은 본 발명의 개념도,
도 2는 본 발명의 1 실시예에 따른 구성 및 연결관계를 나타낸 블록도,
도 3은 본 발명의 2 실시예에 따른 구성 및 연결관계를 나타낸 블록도 이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명 냄새를 이용한 혈당감지방식의 인슐린 투여시스템의 구성을 구체적으로 설명한다.
도 1은 본 발명의 개념도로, 본 발명은 기본적으로 인슐린 치료를 요하는 당뇨병 환자가 사용할 수 있도록 하며, 사용자가 상시 착용한 상태에서 설정량의 속효성 인슐린을 지속적으로 피하주사하는 인슐린펌프(200)를 구비한 인슐린 투여 시스템을 기반으로 적용되는 기술이다.
통상 제1형 당뇨병과 임신성 당뇨병이 주 대상이며, 인슐린을 맞고 있는 제2형 당뇨병 환자는 기존의 1∼2회의 인슐린 주사요법으로 혈당조절이 안 되는 경우에 사용할 수도 있다.
종래의 인슐린 치료시 환자에게 인슐린을 공급하는 방법은 여러 방법이 있었으며 가장 전통적인 방식으로는 인슐린 주사를 정해진 시간마다 맞거나 인슐린을 지속적으로 투여하는 방법 등이 사용되었다.
하지만, 당뇨병 환자가 정상인과 비슷한 혈당 상태를 유지하기 위해서는 인슐린의 투여 횟수가 잦거나 지속적으로 투여할 필요가 있음에 따라 측정된 혈당수치에 따라 인슐린이 자동으로 체내에 계속 투여되도록 하는 기계인 인슐린펌프가 개발되었다.
인슐린펌프는 인슐린이 24시간 계속하여 체내에 투여 가능하도록 제작된 기계로서, 소량의 속효성 인슐린을 지속적으로 피하주사하면서 동시에 식사에 맞추어 인슐린 주사량을 조절하므로, 체내에서 자연스럽게 분비되는 인슐린과 거의 흡사한 혈중농도를 유지하여 혈당을 훨씬 정상에 가깝게 조절할 수 있는 장점이 있다. 최근에는 소형으로 제작되어 벨트나 옷에 착용할 수 있으며, 아랫배 피하에 주삿바늘을 꽂은 후 펌프가 작동함에 따라 자동으로 일정량의 인슐린이 지속적으로 피하에 주입된다. 또한, 매 식사 전에 식사량 등 필요에 따라 인위적으로 펌프를 동작시켜 인슐린을 주입함으로 식후 고혈당을 방지할 수 있다.
또한, 피하에 꽂은 주삿바늘은 가늘고 작아서 통증을 일으키지 않으며, 2∼3일에 한 번 갈아주면 되므로 매일 주사해야 하는 번거로움을 크게 줄일 수 있다.
도 2는 본 발명의 1 실시예에 따른 구성 및 연결관계를 나타낸 블록도 이다.
본 발명에서는 사용자의 신체에 착용되며 사용자로부터 발산되는 냄새 중 아이소프렌 농도를 측정하는 제1후각센서(111)를 구비한 착용부(110)가 구비된다.
아이소프렌은 인간의 호흡에서 가장 일반적인 천연 화학물질의 일종으로, 현재 저혈당에 빠지면 환자 체내에 있는 이소프렌이 크게 증가하는 것으로 알려졌다. 물론 인간의 후각으로는 아이소프렌 존재를 감지할 수 없으나, 이를 이용하여 인간보다 후각이 만 배 가까이 뛰어난 개를 훈련시켜 환자의 호흡에서 저혈당 관련 화학 물질을 인지하는 당뇨병 탐지견도 등장하고 있다.
상기 제1후각센서(111)는 이러한 아이소프렌의 감지할 수 있는 특화된 센서로서, 관련 성분을 직접 감지하거나, 공기 중 아이소프렌의 변화 추이를 간접적으로 감지할 수 있도록 신호처리 과정을 특화시켜 적용할 수 있으며, 저혈당 상태의 환자의 호흡으로부터 제1후각센서를 통해 수집된 다수의 데이터 분석을 통해 추후 제1후각센서로부터 저혈당 상태임을 인지할 수 있는 기준을 추출하여 활용하는 방식을 사용할 수도 있다.
상기 착용부(110)는 다양한 형태로 구성될 수 있으나, 사용자의 신체로부터 발산되는 아이소프렌은 호흡에서 가장 잘 감지됨에 따라 목걸이나 마스크 형태를 비롯하여 가능한 사용자의 입이나 코와 같은 호흡기에 근접한 위치에 제1후각센서(111)가 위치할 수 있는 형태로 구성된다.
이후 판단부(120)에서는 상기 제1후각센서(111)를 통해 감지된 아이소프렌의 농도를 분석하여 사용자의 저혈당 상태를 판단하게 된다. 이때 저혈당에 빠진 환자 체내의 아이소프렌이 증가하는 것은 공통이나 사람에 따라 그 정도가 달라질 수 있으며 일부 환자에서는 아이소프렌의 상승세가 2배에 가까운 경우도 있으므로 저혈당 상태가 아닌 상태, 즉 평상상태에서 수집되는 아이소프렌의 농도를 기준으로 하여 갑작스럽게 농도가 높아지는 상황을 감지하여 저혈당 상태로 판단할 수 있다.
이후 분석부(130)에서는 상기 판단부(120)에서 판단된 사용자의 저혈당 상태에 따라 투여할 인슐린 투여량을 실시간으로 산출하게 된다. 종래의 인슐린펌프의 인슐린 자동투여 알고리즘을 적용할 수 있으며 바람직하게는 사용자별 의사의 처방정보를 반영하거나 실험값을 통해 인슐린량을 정리한 테이블을 투여량을 산출하는 알고리즘에 적용할 필요가 있다.
이때 데이터 송수신 모듈(140)을 통해 상기 분석부(130)에서 산출된 인슐린 투여량을 인슐린펌프(200)에 전달하여 설정량의 인슐린이 실시간으로 투여될 수 있도록 한다. 이는 상기 착용부(110)가 사용자의 호흡기에 인접하여 착용되고 상기 인슐린펌프(200)가 허리 등에 착용되어 사용자의 복부 피하의 주삿바늘을 통해 인슐린을 공급하는 구조로 떨어져 착용되는 상태를 고려하여 다양한 유무선의 통신모듈을 통해 구성할 수 있다.
또한, 상기 착용부(110)에는 간단히 전원부와 제1후각센서(111)를 구비한 상태에서 감지된 아이소프렌 농도를 사용자가 소지한 스마트폰과 같은 단말기로 전송하되, 단말기에 판단부(120) 및 분석부(130)를 구성하여 연산이 이루어지도록 하고 이 결과를 다시 근거리 무선통신모듈을 통해 인슐린펌프(200)로 전송하는 형태로 구성될 수도 있다.
도 3은 본 발명의 2 실시예에 따른 구성 및 연결관계를 나타낸 블록도로서, 앞서 설명한 본 발명의 1 실시예를 포함하되, 사용자가 발산하는 냄새를 통한 혈당 감지의 정확성을 높이면서 사용자에 최적화하고, 각종 이상상태를 신속하여 알려 조치할 수 있도록 지원하는 다양한 구성들이 부가되고 있다. 이하의 설명에서 1 실시예에서 설명된 동일한 구성의 설명은 생략한다.
본 발명의 2 실시예에서는 두 가지 방식으로 사용자에게 최적화된 혈당감지 및 저혈당의 판단이 이루어지도록 보정할 수 있는 구성을 제공하게 된다.
먼저, 사용자의 손가락으로부터 무채혈 방식으로 혈당을 측정하여 기준정보를 획득하는 혈당측정모듈부(150)를 구비하게 된다. 이는 최소 장비 사용시 1회 또는 아이소프렌을 감지에 따른 정확한 저혈당 판단을 위해 필요에 따라 사용되는 구성이다.
물론 채혈방식의 혈당 측정을 할 수도 있으나 많은 사용자가 채혈의 고통과 두려움이 상당하며 혈당의 변화량을 보기 위해서는 상당한 불쾌감이 수반되는 단점이 있음에 따라 본 발명에서는 상용의 다양한 무채혈 방식의 기기를 활용하여 혈당측정모듈부를 구성할 수 있다.
이때 가급적이면 저혈당 상태에서 상기 혈당측정모듈부(150)를 통한 혈당을 측정하는 것이 바람직하며 이를 보정을 위한 기준정보로서 활용하게 된다.
이에 대응하여 함께 구비되는 제1보정부(160)에서는 상기 혈당측정모듈부(150)에서 획득된 기준정보와 상기 판단부(120)의 사용자의 저혈당 상태를 비교하여 차이에 대한 정보를 통해 아이소프렌 농도의 판단 기준을 보정하게 된다.
즉 실제 저혈당 상태를 비교적 정확하게 인지한 혈당측정모듈부(150)의 측정결과를 통해 사용자의 저혈당 상태를 인지할 수 있는 아이소프렌의 농도를 정확하게 파악하여 판단기준으로 보정하는 것으로, 물론 저혈당 상태가 아닌 정상상태에서 상기 혈당측정모듈부(150)에서 획득된 값을 기준정보로 하고 상기 판단부(120)에서 정상으로 인지하는 상태에서의 아이소프렌 농도를 비교하여 사용자의 정상상태에서의 정확한 아이소프렌 농도를 획득, 상기 판단부(120)의 판단 기준으로 반영할 수도 있다.
본 발명의 2 실시예에서는 또 다른 보정 수단으로서 상기 제1후각센서(111)와 떨어진 곳에 별도로 구비되어 사용자 주변의 아이소프렌 농도를 측정하는 제2후각센서(112)를 구비하게 되고, 이와 함께 구비되는 제2보정부(170)에서는 상기 제1후각센서(111)의 측정값에 대하여 상기 제2후각센서(112)의 측정값에 대한 부분을 차감 보상하게 된다.
즉 상기 제1후각센서(111)를 통해 사용자로부터 발산되는 아이소프렌의 농도를 통해 저혈당 상태를 판단시 주변의 환경요인에 따라 사용자로부터 발산된 것이 아닌 이미 공기 중에 포함된 아이소프렌 또는 이와 동등하게 제1후각센서(111)를 통해 인지될 수 있는 물질이 존재함에 따라 상기 제1후각센서(111)의 측정값도 영향을 받게 된다. 이에 상기 제1후각센서(111)의 측정결과에 대하여 상기 제2후각센서(112)의 측정결과에 대한 부분을 차감 보상하여 사용자로부터 발산된 아이소프렌의 농도에 대한 더욱 정확한 분석이 이루어질 수 있다.
이를 위해 상기 제2후각센서(112)는 가급적 사용자의 호흡기와 충분히 떨어진 위치에 설치되는 것이 바람직하며, 상기 착용부(110)상의 제1후각센서(111)와 떨어진 위치를 비롯하여 인슐린펌프(200)나 단말기 등에 함께 설치하는 방안이 적용될 수 있다.
또한, 본 발명의 2 실시예에서는 본 발명에 따른 인슐린 투여시스템의 검증과 이상상태 여부 등을 신속하게 파악하여 조치가 이루어질 수 있도록 지원하는 구성으로 상기 인슐린펌프에 수용된 인슐린 잔량과, 상기 분석부(130)를 통해 산출된 투여량 및 상기 판단부(120)를 통해 판단된 혈당 상태를 시간 흐름에 따라 누적저장하는 저장부(180)가 구비된다.
즉 시스템을 구성하여 동작상태를 확인할 수 있는 변수로서 상기 인슐린펌프에 수용된 인슐린의 초기량을 기본값으로 저장한 상태에서, 시간 흐름에 따라 분석부를 통해 산출된 인슐린의 투여량을 저장하면서, 앞서 저장된 수용된 인슐린의 초기량에서 차감하게 되고, 인슐린 투여와 함께 아이소프렌 농도를 통해 실질적으로 실시간으로 측정되는 혈당 상태를 저장하여 시스템의 원활한 동작 여부를 비롯하여 추후 관리자의 확인 및 시스템의 검교정이 쉽게 이루어질 수 있도록 한다.
이에 대응하여 상기 저장부(180)에 저장된 데이터를 실시간으로 분석할 수 있는 모니터링부(190)를 구비하여 저장부의 인슐린 잔량의 예측치와 인슐린 투여량 및 사용자의 혈당 상태에 대한 특이사항을 감지할 수 있도록 한다. 즉 인슐린의 잔량이 설정치보다 낮거나 인슐린의 공급에도 저혈당 상태의 호전이 없는 등 미리 설정된 정보 대비 이상상황으로 판단시 미리 지정된 단말기로 이러한 정보를 송출하도록 구성함으로 시스템이나 사용자의 이상을 신속하게 인지하여 조치가 이루어질 수 있도록 한다.
본 발명의 권리는 위에서 설명된 실시예에 한정되지 않고 청구범위에 기재된 바에 의해 정의되며, 본 발명의 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 청구범위에 기재된 권리범위 내에서 다양한 변형과 개작을 할 수 있다는 것은 자명하다.
110: 착용부 111: 제1후각센서
112: 제2후각센서 120: 판단부
130: 분석부 140: 송수신 모듈
150: 혈당측정모듈부 160: 제1보정부
170: 제2보정부 180: 저장부
190: 모니터링부 200: 인슐린펌프

Claims (4)

  1. 사용자가 상시 착용한 상태에서 설정량의 속효성 인슐린을 지속적으로 피하주사하는 인슐린펌프(200)를 구비한 인슐린 투여 시스템에 있어서,
    사용자의 신체에 착용되며 사용자로부터 발산되는 냄새 중 아이소프렌 농도를 측정하는 제1후각센서(111)를 구비한 착용부(110);
    상기 아이소프렌의 농도를 분석하여 사용자의 저혈당 상태를 판단하는 판단부(120);
    사용자의 저혈당 상태에 따라 투여할 인슐린 투여량을 실시간으로 산출하는 분석부(130);
    산출된 인슐린 투여량을 인슐린펌프(200)에 전달하여 설정량의 인슐린이 실시간으로 투여될 수 있도록 하는 데이터 송수신 모듈(140); 로 이루어지는 것을 특징으로 하는 냄새를 이용한 혈당감지방식의 인슐린 투여시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    사용자의 손가락으로부터 무채혈 방식으로 혈당을 측정하여 기준정보를 획득하는 혈당측정모듈부(150);
    상기 기준정보와 상기 판단부의 사용자의 저혈당 상태를 비교하여 차이에 대한 정보를 통해 아이소프렌 농도의 판단 기준을 보정하는 제1보정부(160); 를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 냄새를 이용한 혈당감지방식의 인슐린 투여시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1후각센서(111)와 떨어진 곳에 별도로 구비되어 사용자 주변의 아이소프렌 농도를 측정하는 제2후각센서(112)를 구비하되, 상기 제1후각센서(111)의 측정값에 대하여 상기 제2후각센서(112)의 측정값에 대한 부분을 차감 보상하는 제2보정부(170); 를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 냄새를 이용한 혈당감지방식의 인슐린 투여시스템.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 인슐린펌프(200)에 수용된 인슐린 잔량과, 상기 분석부(130)를 통해 산출된 투여량 및 상기 판단부(120)를 통해 판단된 혈당 상태를 시간 흐름에 따라 누적저장하는 저장부(180);
    상기 저장부(180)에 저장된 데이터를 실시간으로 분석하며 인슐린 잔량의 예측치와 인슐린 투여량 및 사용자의 혈당 상태에 대한 특이사항을 감지하며 이상판단시 지정된 단말기로 송출하는 모니터링부(190); 를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 냄새를 이용한 혈당감지방식의 인슐린 투여시스템.
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