KR20200114394A - 프로포폴 농도 측정시스템 및 이를 이용한 프로포폴 농도 측정방법 - Google Patents

프로포폴 농도 측정시스템 및 이를 이용한 프로포폴 농도 측정방법 Download PDF

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KR20200114394A
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Abstract

프로포폴 농도 측정시스템 및 이를 이용한 프로포폴 농도 측정방법에서, 상기 프로포폴 농도 측정시스템은, 측정장치 및 분석부를 포함한다. 상기 측정장치는 환자가 호흡하는 공기가 통과하는 도관부, 및 환자의 호흡 중, 호기로부터 센싱 신호를 측정하는 센싱부를 포함한다. 상기 분석부는 상기 센싱 신호로부터 프로포폴 농도를 분석한다. 상기 도관부는, 상기 도관부를 따라 연장되며, 호기가 통과하는 경로와 흡기가 통과하는 경로를 구분하는 차단 프레임을 포함한다. 상기 센싱부는, 상기 호기가 통과하는 경로에만 개방된다.

Description

프로포폴 농도 측정시스템 및 이를 이용한 프로포폴 농도 측정방법{SYSTEM FOR MEASURING CONCENTRATION OF PROPOFOL AND METHOD FOR MEASURING THE CONCENTRATION OF PROPOFOL USING THE SAME}
본 발명은 프로포폴 농도 측정시스템 및 이를 이용한 프로포폴 농도 측정방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 프로포폴을 이용한 마취를 진행하는 경우 환자의 호흡 중 호기 복합가스 내에 상대적으로 낮은 농도로 포함된 프로포폴의 농도를 실시간으로 분석할 수 있는 프로포폴 농도 측정시스템 및 이를 이용한 프로포폴 농도 측정방법에 관한 것이다.
최근 환자에 대한 마취를 수행함에 있어, 세보프루렌(sevoflurane) 등과 같은 흡입 마취제의 부작용이 다수 발생함에 따라, 정맥 마취제인 프로포폴(propofol)의 사용이 확대되고 있다.
이러한 프로포폴의 사용에 있어서는, TCI(Target Concentration Infusion) 개념을 이용하여 주입 속도를 조절하는 방법을 사용하고 있으나, 환자마다 다른 심박, 대사, 분포 면적 등으로 부정확한 문제가 있어, 마취 심도에 있어 어려움이 문제되고 있다. 또한, 프로포폴의 혈류 내에서의 지나친 농도 증가는 새로운 증후군 형태의 부작용을 초래하고 있다.
이에, 프로포폴의 농도를 측정하기 위한 기술이 개발되고 있으며, 예를 들어, GC-MS spectroscopy, Ion mobility, SAW 센서, UV/Visible spectrometer, photoacoustic spectroscopy, 전기화학 센서 등을 이용한 농도 측정 방법이 대표적이다.
그러나, 이러한 센서들의 경우 아직 초기 단계의 기술에 불과하여 측정의 정확성이 높지 않으며, 특히, GC-MS spectroscopy 또는 Ion mobility의 경우 랩(lab) 수준의 고가의 장치이며 실시간 모니터링이 어려우며 수술실에 설치하는 것이 어려운 문제가 있다. 또한, SAW 센서의 경우 가스 특이도가 낮은 문제가 있으며, UV/Visible spectrometer 또는 전기화학 센서의 경우 프로포폴에 일부 선택적인 고분자를 작용기로 사용하지만 민감도 및 선택도가 측정 한계에 미치지 못하거나 재사용이 어려운 문제가 있다.
한편, 사용자의 호흡시, 호기에 포함된 복합가스의 농도를 측정하는 기술은 대한민국 등록특허 제10-1699000호 등을 비롯하여 다수의 기술들이 개발되고는 있으나, 프로포폴의 경우, 호기 내에 상대적으로 매우 낮은 농도로 포함되기 때문에 이를 검출하거나 분석하는 것은 용이하지 않은 상황이다.
대한민국 등록특허 제10-1699000호
이에, 본 발명의 기술적 과제는 이러한 점에서 착안된 것으로 본 발명의 목적은 환자의 호흡 중, 호기 복합가스 내에 포함된 프로포폴의 농도가 상대적으로 매우 낮다 하더라도 상기 프로포폴의 농도를 실시간으로 분석할 수 있으며, 이를 바탕으로 환자에 대한 적정한 마취 심도를 제공할 수 있는 프로포폴 농도 측정시스템을 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 다른 목적은 상기 프로포폴 농도 측정시스템을 이용한 프로포폴 농도 측정방법을 제공하는 것이다.
상기한 본 발명의 목적을 실현하기 위한 일 실시예에 의한 프로포폴 농도 측정시스템은, 측정장치 및 분석부를 포함한다. 상기 측정장치는 환자가 호흡하는 공기가 통과하는 도관부, 및 환자의 호흡 중, 호기로부터 센싱 신호를 측정하는 센싱부를 포함한다. 상기 분석부는 상기 센싱 신호로부터 프로포폴 농도를 분석한다. 상기 도관부는, 상기 도관부를 따라 연장되며, 호기가 통과하는 경로와 흡기가 통과하는 경로를 구분하는 차단 프레임을 포함한다. 상기 센싱부는, 상기 호기가 통과하는 경로에만 개방된다.
일 실시예에서, 상기 측정장치는, 내부에 수납공간을 형성하는 외형 프레임을 더 포함하고, 상기 도관부와 상기 센싱부는 상기 수납공간에 일체로 수납될 수 있다.
일 실시예에서, 상기 도관부에 연결되어, 환자의 호기로부터 수분을 선택적으로 필터링하는 수분 필터를 더 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 센싱부는, 환자의 호기에서 신호값을 검출하는 PID 센서 및 VOC 센서, 환자의 호기의 주입시간 및 속도를 검출하는 압력센서, 및 환자의 호기의 온도 및 습도를 검출하는 온습도센서를 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 도관부는, 내부에 상기 차단 프레임이 형성되어 상기 호기가 통과하는 상부 경로 및 상기 흡기가 통과하는 하부 경로가 구분되는 도관 프레임, 및 상기 도관 프레임의 양 끝단에 각각 형성되어, 상기 호기는 상기 상부 경로로만 유동되고, 상기 흡기는 상기 하부 경로로만 유동되도록 하는 체크밸브를 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 센싱부는, 상기 도관 프레임의 상면에 위치하여, 상기 상부 경로에만 개방될 수 있다.
일 실시예에서, 상기 분석부는, 상기 센싱부로부터 상기 센싱 신호를 제공받는 검출부, 상기 센싱 신호를 바탕으로 프로포폴 농도를 연산하는 농도 연산부, 상기 연산된 프로포폴 농도를 바탕으로 상기 센싱 신호의 출력값을 판단하는 판단부, 및 상기 판단부에서 판단된 센싱 신호의 출력값을 외부로 표시하는 표시부를 포함할 수 있다.
상기한 본 발명의 다른 목적을 실현하기 위한 일 실시예에 의한 프로포폴 농도 측정방법은, 센싱부의 센싱 신호를 제공받는 검출 단계, 상기 센싱 신호를 바탕으로 프로포폴의 농도를 연산하는 연산 단계, 상기 연산된 프로포폴 농도를 바탕으로 상기 센싱 신호의 출력값을 판단하는 판단 단계, 및 상기 출력값을 외부로 표시하는 표시단계를 포함한다. 상기 센싱부는, 환자의 호기가 통과하는 경로와 흡기가 통과하는 경로로 구분된 도관부에서, 상기 호기가 통과하는 경로에만 개방되어 상기 센싱 신호를 측정할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 검출 단계에서는, 상기 센싱부의 압력센서에서, 환자의 호기의 주입시간 및 속도를 검출하고, 상기 센싱부의 온습도센서에서, 환자의 호기의 온도 및 습도를 검출하며, 상기 센싱부의 PID 센서 및 VOC 센서에서, 환자의 호기에서 신호값을 검출할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 연산 단계는, 상기 VOC 센서의 신호값에서, 최대 피크값과 최소 피크값을 검출하는 단계, 상기 최대 피크값과 최소 피크값의 차이인 초기값을 저장하는 단계, 상기 최대 피크값을 바탕으로 프로포폴 축적 농도를 계산하는 단계, 및 상기 초기값을 고려하여 상기 프로포폴의 1회 주입량의 농도를 계산하는 단계를 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 연산 단계는, 상기 초기값의 저장 및, 최대 피크값 및 최소 피크값의 검출 전에, 상기 검출된 습도를 바탕으로 상기 VOC 센서의 신호값을 보정하는 단계를 더 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 판단 단계는, 상기 프로포폴의 1회 주입량의 농도를 바탕으로, 상기 출력값을 판단할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 표시 단계는, 상기 VOC 센서의 신호값을 바탕으로 계산된 프로포폴의 농도만 상기 출력값으로 표시하거나, 상기 VOC 센서의 신호값을 바탕으로 계산된 프로포폴의 농도와 상기 PID 센서의 신호값을 모두 상기 출력값으로 표시할 수 있다.
본 발명의 실시예들에 의하면, 종래 프로포폴의 농도를 환자의 호기를 통해 검출하지 못했던 한계를 극복하여, 환자의 호기만을 이용하여 프로포폴의 농도를 측정함으로써, 실제 환자의 체내의 프로포폴의 양을 실시간으로 모니터링할 수 있고, 이에 단순히 TCI 개념만을 이용하여 프로포폴의 주입량과 주입속도를 조절함에 있어 발생하는 부작용을 최소화할 수 있다.
특히, 프로포폴이 호기에 포함된 농도는 매우 미량이므로, 환자의 호기로부터 프로포폴을 반복적이고 누적적으로 측정할 필요가 있는 바, 호기만 통과하는 경로에만 센싱부가 개방되도록 설계함으로써, 프로포폴에 대한 누적 검출이 가능할 수 있다.
이 경우, VOC 센서의 신호값에서의 최대 피크값 및 최소 피크값을 고려하여 프로포폴에 대한 축적 농도를 계산하고, 별도의 초기값을 바탕으로 1회 주입량의 농도를 계산하는 알고리즘을 적용함으로써, 보다 정확하게 환자의 체내에 축적된 프로포폴의 농도를 검출할 수 있다.
또한, 환자의 상태에 따라, 호기에 포함된 습도가 변화하므로, 상기 습도를 고려하여 VOC 센서의 신호값을 보정함으로써, 프로포폴 농도 측정값의 정확성을 보다 향상시킬 수 있다.
나아가, PID 센서의 경우, 체내에 축적되는 프로포폴의 농도가 일정량 이상인 경우에만 검출값을 사용할 수 있는 점을 고려하여, 프로포폴의 농도에 따라 PID 센서의 값을 선택적으로 표시함으로써, 사용자는 보다 정확하고 신뢰성 높은 프로포폴의 농도를 실시간으로 확인할 수 있다.
즉, 프로포폴의 농도가 일정량 이상인 경우, VOC 센서의 신호값을 바탕으로 연산된 농도와 PID 센서에서 검출된 농도를 동시에 제공함으로써, 상대적으로 높은 프로포폴의 농도가 축적된 경우에 대하여 보다 신뢰성이 높은 정보를 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 프로포폴 농도 측정시스템을 포함한 환자 마취 시스템을 도시한 모식도이다.
도 2는 도 1의 측정장치를 도시한 사시도이다.
도 3은 도 2의 I-I'선을 따라 절단한 내부를 도시한 상기 측정장치의 내부 사시도이다.
도 4는 도 1의 프로포폴 농도 측정시스템을 이용한 프로포폴 농도 측정방법을 도시한 흐름도이다.
도 5a는 도 4의 농도 측정방법에서, 검출단계를 통해 온습도 센서에서의 습도 측정 결과의 예를 도시한 그래프이고, 도 5b는 온습도 센서에서의 온도 및 습도 측정 결과의 예를 도시한 그래프이고, 도 5c는 VOC 센서에서의 측정 결과의 예를 도시한 그래프이며, 도 5d는 PID 센서에서의 측정 결과의 예를 도시한 그래프이다.
도 6a는 도 4의 연산단계에서, VOC 센서에서의 측정 결과로부터 최대 피크값의 예를 도시한 그래프이고, 도 6b는 도 4의 연산단계에서, VOC 센서에서의 측정 결과로부터 초기값, 최대 피크값, 및 최소 피크값의 예를 도시한 그래프이다.
도 7a는 도 4의 연산단계에서, 프로포폴의 주입량의 농도를 계산한 예를 도시한 그래프이고, 도 7b는 도 7a에서의 농도 계산에 사용되는 주요 인자를 도시한 그래프이다.
도 8은 도 4의 표시단계에서, VOC 센서를 통한 프로포폴의 농도와, PID 센서를 통한 프로포폴의 농도의 예를 도시한 그래프이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 실시예들을 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다. 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다.
상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
본 출원에서, "포함하다" 또는 "이루어진다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하고자 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 프로포폴 농도 측정시스템을 포함한 환자 마취 시스템을 도시한 모식도이다. 도 2는 도 1의 측정장치를 도시한 사시도이다. 도 3은 도 2의 I-I'선을 따라 절단한 내부를 도시한 상기 측정장치의 내부 사시도이다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 실시예에 의한 프로포폴 농도 측정시스템(20)은 측정장치(100), 수분필터(200) 및 분석부(300)를 포함한다.
본 실시예에서의 상기 농도 측정시스템(20)은, 일반적인 환자의 마취 시스템(10)에 적용될 수 있으며, 환자(1)와 호흡장치(3)의 사이에 연결될 수 있다.
즉, 종래 환자의 마취 시스템(10)에서는, 환자(1)는 호흡장치(3)를 통해 호흡을 보조받으며, 프로포폴 마취제(2)는, 환자의 호흡장치(3)와 함께 제어장치(4)에 의해 제어되며, 마취가 수행된다.
이에, 상기 농도 측정시스템(20)은, 상기 환자(1)와 상기 호흡장치(3)를 연결하는 호흡관에 연결될 수 있으며, 이에 따라 상기 농도 측정시스템(20)은 다양한 형태의 마취 시스템에 용이하게 연결되어 사용성이 향상된다.
보다 구체적으로, 상기 측정장치(100)는 외형 프레임(101), 센싱부(103) 및 도관부(160)를 포함한다.
상기 외형 프레임(101)은 상기 측정장치(100)의 외형을 형성하며, 내부에 수납공간(102)을 형성한다.
상기 외형 프레임(101)은 전체적으로 사각 블록 형상일 수 있으며, 이와 달리 다양한 형상으로 형성될 수 있다.
상기 수납공간(102)에는 상기 센싱부(103) 및 상기 도관부(160)가 일체로, 즉 하나의 공간 내에 동시에 수납된다.
상기 도관부(160)는 상기 수납공간(102) 상에서 일 방향으로 연장되며, 도관 프레임(161), 차단 프레임(162) 및 제1 및 제2 체크밸브들(165, 166)을 포함한다.
이 경우, 상기 도관부(160)는, 앞서 설명한 상기 환자(1)와 상기 호흡장치(3)를 연결하며 환자에게 호흡을 제공하는 별도의 호흡관의 중간에 연결될 수 있다.
그리하여, 상기 도관부(160)를 통해서는, 상기 환자(1)의 호기(날숨) 및 흡기(들숨)가 통과하게 된다.
상기 도관 프레임(161)은 상기 수납공간(102)을 관통하며, 전체적으로 원통형 형상을 가지고 내부는 호흡이 통과할 수 있는 공간으로 형성된다.
이 경우, 상기 도관 프레임(161)은 도시된 바와 같이, 상기 수납공간(102)에서, 하측에 위치할 수 있으나, 이에 국한되지는 않는다.
상기 차단 프레임(162)은 상기 도관 프레임(161)의 내부에 상기 도관 프레임(161)의 연장 방향과 평행한 방향으로 연장되며, 상기 도관 프레임(161)의 내부를 상부 경로(163)와 하부 경로(164)로 구획한다.
이렇게 상부 경로(163)와 하부 경로(164)로 구획됨에 따라, 상기 환자(1)의 호기는 상기 상부 경로(163)를 통해서만 이동되고, 상기 환자(1)의 흡기는 상기 하부 경로(164)를 통해서만 이동된다.
즉, 환자(1)가 내뿜는 호기는 상기 상부 경로(163)를 통해 상기 호흡 장치(3)로 제공되며, 환자(1)가 흡입할 흡기는 상기 호흡 장치(3)로부터 상기 하부 경로(164)를 통해 상기 환자(1)에게 제공된다.
이 경우, 상기 제1 체크밸브(165)는 상기 도관 프레임(161)의 일단에서, 상기 상부 경로(163) 및 하부 경로(164)를 각각 On/Off 개방하며, 상기 상부 경로(163)와 상기 하부 경로(164) 사이의 공기의 순환을 차단한다.
마찬가지로, 상기 제2 체크밸브(166)는 상기 도관 프레임(161)의 타단에서, 상기 상부 경로(163) 및 하부 경로(164)를 각각 On/Off 개방하며, 상기 상부 경로(163)와 상기 하부 경로(164) 사이의 공기의 순환을 차단한다.
그리하여, 상기 상부 경로(163)를 통해서는 환자(1)의 호기만이 통과하게 되며, 상기 하부 경로(164)를 통해서는 환자(1)의 흡기만이 통과하고, 상기 호기와 흡기는 서로 혼합되지 않는다.
상기 센싱부(103)는 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 상부경로(163)의 상면에 위치하며, 상기 상부경로(163)와 개방되어, 상기 상부경로(163)를 통과하는 환자의 호기와 직접 접촉되어 필요한 정보를 센싱한다.
상기 센싱부(103)는, 예를 들어, PID(photo ionization detector, 광이온화) 센서(110), 압력센서(120), 온습도 센서(130) 및 VOC(volatile organic compounds) 센서(140)를 포함할 수 있다.
이 경우, 상기 PID 센서(110), 상기 압력센서(120), 상기 온습도 센서(130) 및 상기 VOC 센서(140)는 모두 상기 상부경로(163) 상에 위치하여, 상기 상부경로(163)를 통과하는 상기 호기와 직접 접촉하여, 필요한 정보를 센싱한다.
보다 구체적으로, 상기 PID 센서(110)는 상기 환자(1)의 호기로부터 PID 신호값을 검출하는데, 본 실시예에서의 상기 PID 신호값은 프로포폴이 포함된 농도값이라고 할 수 있다.
즉, 상기 PID 센서(110)의 경우, UV를 인가하여 VOC 계열의 성분을 이온화하여 이를 센싱하는 것으로, 환자의 호기에 포함된 수분에는 전혀 영향을 받지 않으며 프로포폴에만 영향을 받는 센서로서, 이에 따라, 상기 PID 센서(110)의 신호값은 결국 환자의 호기에 포함된 프로포폴의 농도값이라고 할 수 있다.
다만, 후술하겠으나, 상기 PID 센서(110)에서 측정되는 프로포폴의 농도값은 호기에 포함된 프로포폴의 농도가 일정 농도 이상이어야 비로소 의미있는 검출값을 검출할 수 있으며, 일정 농도 미만인 경우 측정된 값의 정확도는 높지 않다. 이에 따라, 상기 PID 센서(110)에서 측정된 신호값의 유효성을 판단할 수 있는 기준이 필요하다.
상기 압력센서(120)는 상기 환자(1)의 호기가 제공됨에 따라 발생하는 압력을 바탕으로 호기의 주입 여부 및 주입압력을 판단할 수 있으며, 결국 환자의 호기의 주입시간 및 주입속도를 검출할 수 있다.
상기 온습도 센서(130)는 상기 환자(1)의 호기의 온도 및 호기에 포함된 습도를 센싱하는 것으로, 상기 환자(1)의 매 호흡마다 발생하는 호기의 온도 및 습도를 각각 센싱할 수 있다.
상기 VOC 센서(140)는 상기 환자(1)의 호기에 포함된 VOC 계열의 성분을 측정하는 것으로, 본 실시예의 경우 환자의 호기에는 프로포폴만이 포함되므로 결국, 상기 VOC 센서(140)에서 측정되는 신호는 프로포폴의 농도와 연관된 신호일 수 있다.
다만, 상기 VOC 센서(140)는 환자의 호기의 온도 및 습도에 의해 영향을 받으므로, 후술하겠으나, 상기 측정된 신호값에 대한 보정이 필요하며, 측정된 신호값 역시 프로포폴의 농도와 연관되는 것일 뿐, 프로포폴의 농도를 그대로 나타내지는 않아 프로포폴의 농도를 추출하기 위한 별도의 연산 알고리즘이 필요하며, 이에 대하여는 후술한다.
한편, 본 실시예에서는, 상기 도관부(160)가 상기 수납공간(102)의 하부에 위치하고 상부 경로(163)를 통해서 호기가 통과하며, 상기 도관부(160)의 상면 상에 상기 센싱부(103)가 위치하는 것을 도시하였으나, 상기 도관부(160)가 상기 수납공간(102)의 상부 또는 일 측에 위치할 수 있으며, 이 경우, 상기 센싱부(103)는 상기 도관부(160)에서 환자의 호기만 통과하는 경로 상에 위치하도록 설계가 변경될 수 있다.
상기 수분필터(200)는 상기 도관부(160)의 일단에 연결되어, 환자(1)의 호기에 포함된 수분을 1차적으로 필터링하여 상기 호기가 상기 상부경로(163)를 통과하여 제공될 수 있도록 한다.
그리하여, 상기 온습도센서(130)에서는 1차적으로 수분이 필터링되어 제거된 호기의 습도를 측정하게 되며, 상기 호기에 포함된 프로포폴의 농도를 습도의 영향을 상대적으로 줄인 상태에서 측정할 수 있게 된다.
상기 분석부(300)는 상기 센싱부(103)에서 센싱된 신호를 바탕으로 환자의 호기에 포함된 프로포폴의 농도를 분석하는 것으로, 검출부(310), 농도 연산부(320), 판단부(330) 및 표시부(340)를 포함한다.
이 경우, 상기 분석부(300)의 구체적인 농도 분석 방법에 대하여는 도 4 이하를 참조한 프로포폴 농도 측정 방법에 대한 설명에서 설명한다.
도 4는 도 1의 프로포폴 농도 측정시스템을 이용한 프로포폴 농도 측정방법을 도시한 흐름도이다. 도 5a는 도 4의 농도 측정방법에서, 검출단계를 통해 온습도 센서에서의 습도 측정 결과의 예를 도시한 그래프이고, 도 5b는 온습도 센서에서의 온도 및 습도 측정 결과의 예를 도시한 그래프이고, 도 5c는 VOC 센서에서의 측정 결과의 예를 도시한 그래프이며, 도 5d는 PID 센서에서의 측정 결과의 예를 도시한 그래프이다. 도 6a는 도 4의 연산단계에서, VOC 센서에서의 측정 결과로부터 최대 피크값의 예를 도시한 그래프이고, 도 6b는 도 4의 연산단계에서, VOC 센서에서의 측정 결과로부터 초기값, 최대 피크값, 및 최소 피크값의 예를 도시한 그래프이다. 도 7a는 도 4의 연산단계에서, 프로포폴의 주입량의 농도를 계산한 예를 도시한 그래프이고, 도 7b는 도 7a에서의 농도 계산에 사용되는 주요 인자를 도시한 그래프이다. 도 8은 도 4의 표시단계에서, VOC 센서를 통한 프로포폴의 농도와, PID 센서를 통한 프로포폴의 농도의 예를 도시한 그래프이다.
우선, 도 4를 참조하면, 상기 프로포폴 농도 측정시스템(20)을 이용한 프로포폴 농도 측정방법에서는, 우선, 상기 센싱부(103)의 센서들(110, 120, 130, 140)을 초기화한다(단계 S10).
이 후, 환자(1)가 호흡을 수행함에 따라, 상기 검출부(310)는 상기 상부 경로(163)를 통과하는 호기로부터 각종 정보를 검출한다(단계 S20, 검출 단계).
이 경우, 상기 검출부(310)는 실질적으로 상기 센서부(103)의 각각의 센서들로부터 제공되는 신호를 검출하는 것으로, 실시예에 따라서는 상기 검출부(310)가 별도로 구비되지 않고 상기 센서부(103)에서 직접 필요한 신호를 검출할 수도 있다.
구체적으로, 상기 압력센서(120)를 통해서는 상기 호기의 주입 속도 및 주입 시간을 검출하고, 상기 온습도센서(130)를 통해서는 상기 호기의 온도 및 습도를 검출한다.
이렇게 상기 온습도센서(130)를 통해 검출된 호기의 습도 변화에 대한 그래프는 도 5a와 같으며, 이를 상기 압력센서(120)에서 검출된 호기의 주입 속도 및 시간에 대한 검출 결과와 동시에 나타낸 것은 도 5b와 같다.
즉, 도 5a 및 도 5b를 통해서, 환자의 호기에 포함되는 습도의 양을 검출할 수 있으며, 환자의 호기의 주입 속도, 주입 시간, 및 환자의 호기와 흡기의 시간을 파악할 수 있다.
또한, 상기 PID 센서(110)에서는, PID 센서의 신호값을 검출하는데, 상기 검출된 신호값은 곧 상기 호기에 포함된 프로포폴의 농도에 해당된다.
즉, 도 5d에는 상기 PID 센서(110)를 통해 검출되는 신호값의 예가 도시되고 있는데, 일정 시간 경과 후, 호기에 포함되는 누적 프로포폴의 양이 증가함에 따라 상기 PID 센서(110)를 통해 검출되는 신호값이 증가함을 확인할 수 있다.
다만, 상기 PID 센서(110)를 통해 검출되는 신호값은 상대적으로 매우 적으며, 일정 수준 이상의 신호값이 발생하기 위해서는 프로포폴의 농도가 일정량 이상이어야 함을 확인할 수 있다.
나아가, 상기 VOC 센서(140)에서도, VOC 센서의 신호값을 검출하는데, 이 때 검출되는 신호값은 단순히 상기 호기에 포함된 프로포폴의 농도라고 할 수는 없으며 복합적인 정보가 포함되고 있어, 이에 대한 별도의 처리가 필요하다.
도 5c는 이러한 VOC 센서(140)를 통해 검출되는 신호값의 예를 도시한 것으로, 환자가 호흡을 수행함에 따라, 호기에서 신호값이 검출되며, 특히, 호기가 누적되어 제공됨에 따라, 즉 누적되는 프로포폴의 농도가 증가함에 따라 상기 신호값의 최대 피크값 및 최소 피크값이 점진적으로 증가하는 것을 확인할 수 있다.
상기 검출 단계(단계 S20) 이 후, 상기 농도 연산부(320)는 상기 센싱 신호를 바탕으로 상기 환자(1)의 호기에 포함된 프로포폴의 농도를 연산한다(단계 S30, 연산 단계).
이 경우, 상기 연산 단계(단계 S30)에서는 상기 VOC 센서(140)를 통해 검출된 신호값을 바탕으로 프로포폴의 농도를 연산하는 단계에 해당되며, 앞서 설명한 바와 같이 상기 PID 센서(110)를 통해 검출된 신호값은 별도의 연산 없이 그대로 프로포폴의 농도값이라고 정의할 수 있다.
보다 구체적으로, 상기 연산 단계(단계 S30)에서는, 우선, 상기 VOC 센서(140)의 신호값을 습도를 고려하여 보정한다(단계 S31).
상기 VOC 센서(140)에서 검출되는 신호값은, 습도의 영향을 받기 때문에, 상기 온습도 센서(130)를 통해 매 호기마다 검출되는 습도의 검출값을 반영하여 상기 VOC 센서(140)의 신호값을 보정한다.
이 경우, 상기 VOC 센서(140)의 신호값 보정은, 별도의 레퍼런스나 룩업테이블 등을 이용하여 보정될 수 있으며, 상기 신호값의 보정 방법은 제한되지는 않는다.
이 후, 상기 VOC 센서(140)의 신호값, 즉 상기 습도를 고려한 보정된 신호값에서, 최대 피크값과 최소 피크값을 검출한다(단계 S32).
본 실시예의 경우, 환자의 호기는 지속적으로 상기 센서부(103)를 통해 제공되며, 이에 따라, 상기 센서부(103)에 제공되어 누적되는 프로포폴의 양은 환자의 호기의 개수가 증가할수록 증가하게 된다.
이에 따라, 도 6a에 도시된 바와 같이, 상기 VOC 센서(140)를 통해 검출되는 신호값은, 환자의 매 호기마다 26ppb 만큼의 프로포폴이 포함된 경우라 하더라도, 시간이 경과함에 따라 신호값은 점진적으로 증가하게 된다.
도 6a는 환자의 체내의 프로포폴의 농도가 일정하게 유지된다고 가정할 때, 매 호기마다 일정한 양인 26ppb 만큼의 프로포폴이 포함되어 호흡하는 것을 가정한 그래프이다.
즉, 도 6a를 참조하면, 환자의 호기에 프로포폴이 포함되지 않은 경우(0ppb)에는 상기 VOC 센서(140)의 검출 신호값은 호기와 흡기에 따라 일정한 범위 내에서 최대값 및 최소값의 범위에서 검출된다.
그러나, 환자의 매 호기마다 26ppb 만큼의 프로포폴이 포함된다면, 환자의 호흡에 따라 축적되는 프로포폴의 양은 26ppb, 52ppb, 72ppb 등으로 점진적으로 누적되게 되며, 이에 따라 상기 VOC 센서(140)의 검출 신호값에서, 매 사이클의 최대 피크값(PH) 및 최소 피크값(Pm)은 증가하게 된다.
이와 같이, 상기 연산 단계(단계 S30)에서는, 우선, 환자의 매 호기에 해당되는 사이클 마다, 상기 VOC 센서(140)의 검출 신호값에서, 최대 피크값(PH) 및 최소 피크값(Pm)을 검출한다.
이 후, 상기 호기의 주입 시에 있어, 상기 VOC 센서(140)에서 측정되는 최대 피크값 및 최소 피크값의 차이인 초기값을 저장한다(단계 S33).
상기 초기값은, 후술되는 누적 프로포폴의 농도를 연산하기 위한 것으로, 상기 호기에 프로포폴이 포함되지 않은 경우, 즉 체내에 프로포폴이 제공되기 전에, 상기 VOC 센서(140)에서 측정되는 최대 피크값 및 최소 피크값의 차이로서, 도 6b에 도시된 Aref에 해당된다.
이 경우, 호기에 프로포폴이 포함되지 않는 경우라면, 실질적으로 흡기가 수행되는 경우 센싱된 VOC 센서(140)의 신호값은 0(zero)에 해당되므로, 상기 초기값은 도 6b에 도시된 신호값의 사이클에서의 최대값에 해당될 수 있다.
이상과 같이, 상기 VOC 센서(140)의 신호값으로부터, 초기값(Aref) 및, 매 호기 사이클마다의 최대 피크값(PH) 및 최소 피크값(Pm)을 도출한 이후, 프로포폴의 축적 농도를 계산한다(단계 S34).
즉, 도 7b에 도시된 바와 같이, 각각의 사이클 마다, 상기 최대 피크값(PH)에서 상기 초기값(Aref)을 뺀 값으로(PH-Aref), 매 호기 사이클을 통해 축적되는 프로포폴의 농도를 계산하게 된다.
이렇게 연산된 프로포폴의 축적 농도는 도 7a에 도시된 바와 같이, 시간의 경과에 따라, 총 축적농도가 증가하게 된다.
한편, 상기와 같이, 호기가 수행됨에 따라 축적되는 프로포폴의 농도를 바탕으로 매 호기에서의 프로포폴의 농도, 즉 1회 프로포폴의 주입량의 농도를 계산한다(단계 S35).
즉, 매 호기 사이클마다 연산된, 최대 피크값(PH)에서 상기 초기값(Aref)을 뺀 값(PH-Aref)을 바탕으로, 이전 사이클에서의 상기 차이값(PH-Aref)과 본 사이클에서의 상기 차이값(PH-Aref)의 변화량, 즉 Δ(PH-Aref)를 연산함으로써, 매 호기에서의 프로포폴의 농도를 계산할 수 있다.
한편, 도 7a에 도시된 바와 같이, 매 호기마다 도 6a에서와 같이 일정량(26ppb) 만큼씩 프로포폴이 주입되는 경우를 가정하였을 때, 총 프로포폴의 주입량(X축)과 무관하게 VOC 센서의 신호값(Y축)이 일정하게 유지되는 것을 통해, 매 호기에서의 프로포폴의 주입량의 농도가 일정하게 유지됨을 확인할 수 있다.
이와 동일하게, 매 호기 사이클마다, 초기값(Aref)에서 최소 피크값(Pm)을 뺀 값(Aref-Pm)을 바탕으로, 이전 사이클에서의 상기 차이값(Aref-Pm)과 본 사이클에서의 상기 차이값(Aref-Pm)의 변화량, 즉 Δ(Aref-Pm)을 연산함으로써, 매 호기에서의 프로포폴의 농도를 계산할 수도 있다. 이 역시, 도 7a를 통해 일정하게 유지되는 것을 확인할 수 있다.
다만, 체내에 프로포폴을 주입한 경우라 하더라도, 환자의 체내로 프로포폴이 흡수되어 호기를 통해 일정 농도의 프로포폴이 검출되기까지는 소정의 시간이 필요하므로, 도 7a에서, Δ(PH-Aref) 또는 Δ(Aref-Pm)은 소정 시간의 경과 후 일정한 값으로 검출된다.
이상과 같이, 상기 VOC 센서(140)의 신호값을 바탕으로, 프로포폴의 축적 농도 및 1회 프로포폴의 주입량의 농도를 계산한 후, 상기 판단부(330)는 상기 1회 프로포폴의 주입량의 농도가 70ppb 미만인지의 여부를 판단한다(단계 S40).
그리하여, 상기 1회 프로포폴의 주입량의 농도가 70ppb 보다 크다면, 상기 PID 센서(110)에서 검출된 신호값을 검출한다(단계 S50).
이 경우, 상기 PID 센서(110)에서 검출된 신호값은, PID 센서가 습도의 영향을 받지 않는 특성으로, 상기 호기에 포함된 프로포폴의 농도에 해당된다는 것은 이미 설명한 바와 같다.
다만, PID 센서(110)는 프로포폴의 농도가 매우 작은 경우라면 검출되는 값의 신뢰성이 높지 않으므로, 본 실시예서와 같이, 신호값이 70ppb 보다 큰 경우에만 신뢰성을 인정하여, 상기와 같이 신호값을 검출한다.
즉, 도 8에 도시된 바와 같이, 상기 PID 센서(110)를 통해 검출되는 프로포폴의 농도가 대략 50ppb 이상인 경우 상기 VOC 센서(140)의 신호값을 바탕으로 연산되는 프로포폴의 농도와 유사함을 확인할 수 있으며, 이에 따라 본 실시예에서는 신뢰성을 향상시키기 위해 판단 기준 농도를 70ppb로 가정하였다.
결과적으로, 상기 판단부(300)에서의 판단 결과, 상기 1회 프로포폴의 주입량의 농도가 70ppb 이하라면, 앞서 상기 VOC 센서(140)의 신호값을 바탕으로 연산된, 프로포폴의 축적 농도 계산결과(단계 S34)와 상기 1회 프로포폴 주입량의 농도 계산결과(단계 S35) 만을, 상기 표시부(340)를 통해 표시한다(단계 S61).
그러나, 상기 판단부(300)에서의 판단 결과, 상기 1회 프로포폴의 주입량의 농도가 70ppb 초과라면, 상기 PID 센서(110)에서 검출된 신호값(단계 S50)을 바탕으로 프로포폴의 농도를 계산한다(단계 S62). 이 경우, 상기 PID 센서에서 검출된 신호값은 그대로 프로포폴의 농도라 할 수 있음은 이미 설명한 바와 같다.
그리하여, 앞서 상기 VOC 센서(140)의 신호값을 바탕으로 연산된, 프로포폴의 축적 농도 계산결과(단계 S34)와 상기 1회 프로포폴 주입량의 농도 계산결과(단계 S35), 나아가 상기 PID 센서(110)를 통해 계산된 프로포폴의 농도 계산결과(단계 S62)를 모두 상기 표시부(340)를 통해 표시한다(단계 S63).
그리하여, 외부로 상기 프로포폴의 농도 측정 결과를 표시하게 된다(단계 S60).
상기와 같은 본 발명의 실시예들에 의하면, 종래 프로포폴의 농도를 환자의 호기를 통해 검출하지 못했던 한계를 극복하여, 환자의 호기만을 이용하여 프로포폴의 농도를 측정함으로써, 실제 환자의 체내의 프로포폴의 양을 실시간으로 모니터링할 수 있고, 이에 단순히 TCI 개념만을 이용하여 프로포폴의 주입량과 주입속도를 조절함에 있어 발생하는 부작용을 최소화할 수 있다.
특히, 프로포폴이 호기에 포함된 농도는 매우 미량이므로, 환자의 호기로부터 프로포폴을 반복적이고 누적적으로 측정할 필요가 있는 바, 호기만 통과하는 경로에만 센싱부가 개방되도록 설계함으로써, 프로포폴에 대한 누적 검출이 가능할 수 있다.
이 경우, VOC 센서의 신호값에서의 최대 피크값 및 최소 피크값을 고려하여 프로포폴에 대한 축적 농도를 계산하고, 별도의 초기값을 바탕으로 1회 주입량의 농도를 계산하는 알고리즘을 적용함으로써, 보다 정확하게 환자의 체내에 축적된 프로포폴의 농도를 검출할 수 있다.
또한, 환자의 상태에 따라, 호기에 포함된 습도가 변화하므로, 상기 습도를 고려하여 VOC 센서의 신호값을 보정함으로써, 프로포폴 농도 측정값의 정확성을 보다 향상시킬 수 있다.
나아가, PID 센서의 경우, 체내에 축적되는 프로포폴의 농도가 일정량 이상인 경우에만 검출값을 사용할 수 있는 점을 고려하여, 프로포폴의 농도에 따라 PID 센서의 값을 선택적으로 표시함으로써, 사용자는 보다 정확하고 신뢰성 높은 프로포폴의 농도를 실시간으로 확인할 수 있다.
즉, 프로포폴의 농도가 일정량 이상인 경우, VOC 센서의 신호값을 바탕으로 연산된 농도와 PID 센서에서 검출된 농도를 동시에 제공함으로써, 상대적으로 높은 프로포폴의 농도가 축적된 경우에 대하여 보다 신뢰성이 높은 정보를 제공할 수 있다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
10 : 환자 마취 시스템 100 : 측정장치
103 : 센싱부 110 : PID 센서
120 : 압력 센서 130 : 온습도 센서
140 : VOC 센서 160 : 도관부
161 : 도관 프레임 162 : 차단 프레임
163 : 상부 경로 164 : 하부 경로
165, 166 : 체크 밸브 200 : 수분필터
300 : 분석부 310 : 검출부
320 : 농도 연산부 330 : 판단부
340 : 표시부

Claims (13)

  1. 환자가 호흡하는 공기가 통과하는 도관부, 및 환자의 호흡 중, 호기로부터 센싱 신호를 측정하는 센싱부를 포함하는 측정장치; 및
    상기 센싱 신호로부터 프로포폴 농도를 분석하는 분석부를 포함하며,
    상기 도관부는, 상기 도관부를 따라 연장되며, 호기가 통과하는 경로와 흡기가 통과하는 경로를 구분하는 차단 프레임을 포함하고,
    상기 센싱부는, 상기 호기가 통과하는 경로에만 개방되는 프로포폴 농도 측정시스템.
  2. 제1항에 있어서, 상기 측정장치는,
    내부에 수납공간을 형성하는 외형 프레임을 더 포함하고,
    상기 도관부와 상기 센싱부는 상기 수납공간에 일체로 수납되는 것을 특징으로 하는 프로포폴 농도 측정시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 도관부에 연결되어, 환자의 호기로부터 수분을 선택적으로 필터링하는 수분 필터를 더 포함하는 프로포폴 농도 측정시스템.
  4. 제1항에 있어서, 상기 센싱부는,
    환자의 호기에서 신호값을 검출하는 PID 센서 및 VOC 센서;
    환자의 호기의 주입시간 및 속도를 검출하는 압력센서; 및
    환자의 호기의 온도 및 습도를 검출하는 온습도센서를 포함하는 것을 특징으로 하는 프로포폴 농도 측정시스템.
  5. 제1항에 있어서, 상기 도관부는,
    내부에 상기 차단 프레임이 형성되어 상기 호기가 통과하는 상부 경로 및 상기 흡기가 통과하는 하부 경로가 구분되는 도관 프레임; 및
    상기 도관 프레임의 양 끝단에 각각 형성되어, 상기 호기는 상기 상부 경로로만 유동되고, 상기 흡기는 상기 하부 경로로만 유동되도록 하는 체크밸브를 포함하는 것을 특징으로 하는 프로포폴 농도 측정시스템.
  6. 제5항에 있어서, 상기 센싱부는,
    상기 도관 프레임의 상면에 위치하여, 상기 상부 경로에만 개방되는 것을 특징으로 하는 프로포폴 농도 측정시스템.
  7. 제1항에 있어서, 상기 분석부는,
    상기 센싱부로부터 상기 센싱 신호를 제공받는 검출부;
    상기 센싱 신호를 바탕으로 프로포폴 농도를 연산하는 농도 연산부;
    상기 연산된 프로포폴 농도를 바탕으로 상기 센싱 신호의 출력값을 판단하는 판단부; 및
    상기 판단부에서 판단된 센싱 신호의 출력값을 외부로 표시하는 표시부를 포함하는 것을 특징으로 하는 프로포폴 농도 측정시스템.
  8. 센싱부의 센싱 신호를 제공받는 검출 단계;
    상기 센싱 신호를 바탕으로 프로포폴의 농도를 연산하는 연산 단계;
    상기 연산된 프로포폴 농도를 바탕으로 상기 센싱 신호의 출력값을 판단하는 판단 단계; 및
    상기 출력값을 외부로 표시하는 표시단계를 포함하고,
    상기 센싱부는, 환자의 호기가 통과하는 경로와 흡기가 통과하는 경로로 구분된 도관부에서, 상기 호기가 통과하는 경로에만 개방되어 상기 센싱 신호를 측정하는 프로포폴 농도 측정방법.
  9. 제8항에 있어서, 상기 검출 단계에서는,
    상기 센싱부의 압력센서에서, 환자의 호기의 주입시간 및 속도를 검출하고,
    상기 센싱부의 온습도센서에서, 환자의 호기의 온도 및 습도를 검출하며,
    상기 센싱부의 PID 센서 및 VOC 센서에서, 환자의 호기에서 신호값을 검출하는 것을 특징으로 하는 프로포폴 농도 측정방법.
  10. 제9항에 있어서, 상기 연산 단계는,
    상기 VOC 센서의 신호값에서, 최대 피크값과 최소 피크값을 검출하는 단계;
    상기 최대 피크값과 최소 피크값의 차이인 초기값을 저장하는 단계;
    상기 최대 피크값을 바탕으로 프로포폴 축적 농도를 계산하는 단계; 및
    상기 초기값을 고려하여 상기 프로포폴의 1회 주입량의 농도를 계산하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 프로포폴 농도 측정시스템.
  11. 제10항에 있어서, 상기 연산 단계는,
    상기 초기값의 저장 및, 최대 피크값 및 최소 피크값의 검출 전에, 상기 검출된 습도를 바탕으로 상기 VOC 센서의 신호값을 보정하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 프로포폴 농도 측정시스템.
  12. 제10항에 있어서, 상기 판단 단계는,
    상기 프로포폴의 1회 주입량의 농도를 바탕으로, 상기 출력값을 판단하는 것을 특징으로 하는 프로포폴 농도 측정시스템.
  13. 제12항에 있어서, 상기 표시 단계는,
    상기 VOC 센서의 신호값을 바탕으로 계산된 프로포폴의 농도만 상기 출력값으로 표시하거나,
    상기 VOC 센서의 신호값을 바탕으로 계산된 프로포폴의 농도와 상기 PID 센서의 신호값을 모두 상기 출력값으로 표시하는 것을 특징으로 하는 프로포폴 농도 측정시스템.
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