KR20210072105A - 포유류 대상의 생리학적 파라미터를 비침습적으로 측정하기 위한 장치 및 방법 및 그 응용 - Google Patents
포유류 대상의 생리학적 파라미터를 비침습적으로 측정하기 위한 장치 및 방법 및 그 응용 Download PDFInfo
- Publication number
- KR20210072105A KR20210072105A KR1020217016173A KR20217016173A KR20210072105A KR 20210072105 A KR20210072105 A KR 20210072105A KR 1020217016173 A KR1020217016173 A KR 1020217016173A KR 20217016173 A KR20217016173 A KR 20217016173A KR 20210072105 A KR20210072105 A KR 20210072105A
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- mammalian subject
- sensor
- ees
- sensor system
- physiological parameter
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 171
- 238000005259 measurement Methods 0.000 title claims abstract description 52
- 239000003814 drug Substances 0.000 claims abstract description 52
- 229960005486 vaccine Drugs 0.000 claims abstract description 38
- 208000037265 diseases, disorders, signs and symptoms Diseases 0.000 claims abstract description 32
- 201000010099 disease Diseases 0.000 claims abstract description 31
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 claims description 70
- 230000033001 locomotion Effects 0.000 claims description 46
- 230000036772 blood pressure Effects 0.000 claims description 41
- 230000000694 effects Effects 0.000 claims description 29
- 238000001514 detection method Methods 0.000 claims description 25
- 238000012545 processing Methods 0.000 claims description 24
- 230000029058 respiratory gaseous exchange Effects 0.000 claims description 23
- 230000006854 communication Effects 0.000 claims description 22
- 238000004891 communication Methods 0.000 claims description 22
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 claims description 20
- 239000008280 blood Substances 0.000 claims description 20
- 210000004369 blood Anatomy 0.000 claims description 20
- 238000011282 treatment Methods 0.000 claims description 20
- 238000006213 oxygenation reaction Methods 0.000 claims description 19
- WYTGDNHDOZPMIW-RCBQFDQVSA-N alstonine Natural products C1=CC2=C3C=CC=CC3=NC2=C2N1C[C@H]1[C@H](C)OC=C(C(=O)OC)[C@H]1C2 WYTGDNHDOZPMIW-RCBQFDQVSA-N 0.000 claims description 18
- 230000000241 respiratory effect Effects 0.000 claims description 15
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 claims description 14
- 230000007958 sleep Effects 0.000 claims description 13
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims description 12
- 208000037656 Respiratory Sounds Diseases 0.000 claims description 11
- 238000002567 electromyography Methods 0.000 claims description 11
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 11
- 238000013186 photoplethysmography Methods 0.000 claims description 11
- 229940079593 drug Drugs 0.000 claims description 10
- 229940124597 therapeutic agent Drugs 0.000 claims description 10
- 210000000779 thoracic wall Anatomy 0.000 claims description 9
- 206010011224 Cough Diseases 0.000 claims description 8
- 208000008784 apnea Diseases 0.000 claims description 7
- 238000009530 blood pressure measurement Methods 0.000 claims description 7
- 238000009472 formulation Methods 0.000 claims description 7
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 7
- 206010021079 Hypopnoea Diseases 0.000 claims description 6
- 206010047924 Wheezing Diseases 0.000 claims description 6
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 claims description 6
- 230000037081 physical activity Effects 0.000 claims description 6
- 210000001260 vocal cord Anatomy 0.000 claims description 6
- 206010041235 Snoring Diseases 0.000 claims description 5
- 230000004872 arterial blood pressure Effects 0.000 claims description 5
- 230000036757 core body temperature Effects 0.000 claims description 5
- 238000006748 scratching Methods 0.000 claims description 5
- 230000002393 scratching effect Effects 0.000 claims description 5
- 230000004617 sleep duration Effects 0.000 claims description 5
- 206010041232 sneezing Diseases 0.000 claims description 5
- 230000009184 walking Effects 0.000 claims description 5
- 230000007175 bidirectional communication Effects 0.000 claims description 3
- 206010016766 flatulence Diseases 0.000 claims description 3
- 230000003860 sleep quality Effects 0.000 claims 2
- 210000003414 extremity Anatomy 0.000 description 54
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 46
- 210000000115 thoracic cavity Anatomy 0.000 description 42
- 206010011469 Crying Diseases 0.000 description 37
- 210000000038 chest Anatomy 0.000 description 33
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 27
- 238000011161 development Methods 0.000 description 25
- 230000018109 developmental process Effects 0.000 description 25
- 238000005538 encapsulation Methods 0.000 description 25
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 24
- 229920001296 polysiloxane Polymers 0.000 description 20
- 238000013461 design Methods 0.000 description 18
- 230000036387 respiratory rate Effects 0.000 description 18
- 238000004422 calculation algorithm Methods 0.000 description 17
- 238000007726 management method Methods 0.000 description 17
- 230000008569 process Effects 0.000 description 17
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 14
- 238000005452 bending Methods 0.000 description 12
- 230000000747 cardiac effect Effects 0.000 description 12
- VLKZOEOYAKHREP-UHFFFAOYSA-N n-Hexane Chemical compound CCCCCC VLKZOEOYAKHREP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 12
- 230000036541 health Effects 0.000 description 11
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 11
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 description 10
- 230000006870 function Effects 0.000 description 10
- -1 BTA-C585 Chemical compound 0.000 description 9
- 210000002683 foot Anatomy 0.000 description 9
- 230000001954 sterilising effect Effects 0.000 description 9
- 238000004659 sterilization and disinfection Methods 0.000 description 9
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- 241000289581 Macropus sp. Species 0.000 description 8
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 8
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 8
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 8
- 239000000499 gel Substances 0.000 description 8
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 7
- 239000006229 carbon black Substances 0.000 description 7
- 230000000875 corresponding effect Effects 0.000 description 7
- 238000003306 harvesting Methods 0.000 description 7
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 7
- 238000010561 standard procedure Methods 0.000 description 7
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 7
- 108091006146 Channels Proteins 0.000 description 6
- 239000004642 Polyimide Substances 0.000 description 6
- 239000000853 adhesive Substances 0.000 description 6
- 230000001070 adhesive effect Effects 0.000 description 6
- 230000008859 change Effects 0.000 description 6
- 239000004205 dimethyl polysiloxane Substances 0.000 description 6
- 235000013870 dimethyl polysiloxane Nutrition 0.000 description 6
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 6
- 238000001914 filtration Methods 0.000 description 6
- 229920000435 poly(dimethylsiloxane) Polymers 0.000 description 6
- 229920001721 polyimide Polymers 0.000 description 6
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 6
- 230000000284 resting effect Effects 0.000 description 6
- 238000005070 sampling Methods 0.000 description 6
- 239000012591 Dulbecco’s Phosphate Buffered Saline Substances 0.000 description 5
- 241000124008 Mammalia Species 0.000 description 5
- 208000002193 Pain Diseases 0.000 description 5
- MJVKYGMNSQJLIN-KYZVSKTDSA-N [(2r,3r,4r,5r)-5-(4-amino-2-oxopyrimidin-1-yl)-2-(chloromethyl)-4-fluoro-3-(2-methylpropanoyloxy)oxolan-2-yl]methyl 2-methylpropanoate Chemical compound F[C@@H]1[C@H](OC(=O)C(C)C)[C@](COC(=O)C(C)C)(CCl)O[C@H]1N1C(=O)N=C(N)C=C1 MJVKYGMNSQJLIN-KYZVSKTDSA-N 0.000 description 5
- 239000000090 biomarker Substances 0.000 description 5
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 description 5
- 230000014478 crying behavior Effects 0.000 description 5
- 238000007405 data analysis Methods 0.000 description 5
- 238000003745 diagnosis Methods 0.000 description 5
- 230000005484 gravity Effects 0.000 description 5
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 5
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 5
- CXQXSVUQTKDNFP-UHFFFAOYSA-N octamethyltrisiloxane Chemical compound C[Si](C)(C)O[Si](C)(C)O[Si](C)(C)C CXQXSVUQTKDNFP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 230000036407 pain Effects 0.000 description 5
- 230000000737 periodic effect Effects 0.000 description 5
- 238000004987 plasma desorption mass spectroscopy Methods 0.000 description 5
- 230000002028 premature Effects 0.000 description 5
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 5
- 230000035882 stress Effects 0.000 description 5
- 230000001225 therapeutic effect Effects 0.000 description 5
- 210000003371 toe Anatomy 0.000 description 5
- 239000013598 vector Substances 0.000 description 5
- 206010015150 Erythema Diseases 0.000 description 4
- 208000026935 allergic disease Diseases 0.000 description 4
- 238000012512 characterization method Methods 0.000 description 4
- 230000006378 damage Effects 0.000 description 4
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 4
- 208000015181 infectious disease Diseases 0.000 description 4
- 208000014674 injury Diseases 0.000 description 4
- 230000007774 longterm Effects 0.000 description 4
- 238000003756 stirring Methods 0.000 description 4
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 4
- 230000008685 targeting Effects 0.000 description 4
- 230000008733 trauma Effects 0.000 description 4
- 238000012795 verification Methods 0.000 description 4
- 206010037660 Pyrexia Diseases 0.000 description 3
- 206010044565 Tremor Diseases 0.000 description 3
- 230000003044 adaptive effect Effects 0.000 description 3
- 230000006399 behavior Effects 0.000 description 3
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 3
- 208000029028 brain injury Diseases 0.000 description 3
- 239000000872 buffer Substances 0.000 description 3
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 3
- 238000012937 correction Methods 0.000 description 3
- 230000009977 dual effect Effects 0.000 description 3
- 230000020169 heat generation Effects 0.000 description 3
- 239000000017 hydrogel Substances 0.000 description 3
- 238000007654 immersion Methods 0.000 description 3
- 230000006698 induction Effects 0.000 description 3
- 238000011002 quantification Methods 0.000 description 3
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 3
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 3
- 238000011160 research Methods 0.000 description 3
- 238000007789 sealing Methods 0.000 description 3
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 3
- 230000002123 temporal effect Effects 0.000 description 3
- 238000009528 vital sign measurement Methods 0.000 description 3
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000004078 waterproofing Methods 0.000 description 3
- GTUIRORNXIOHQR-VIFPVBQESA-N 2-[(3s)-3-methyl-1,4-dioxa-8-azaspiro[4.5]decan-8-yl]-8-nitro-6-(trifluoromethyl)-1,3-benzothiazin-4-one Chemical compound O1[C@@H](C)COC11CCN(C=2SC3=C([N+]([O-])=O)C=C(C=C3C(=O)N=2)C(F)(F)F)CC1 GTUIRORNXIOHQR-VIFPVBQESA-N 0.000 description 2
- BLUJRJMLDHEMRX-UHFFFAOYSA-N 2-[[2-hydroxy-5-[(5-methyltetrazol-1-yl)iminomethyl]phenyl]-(4-hydroxyphenyl)methyl]-4-[(5-methyltetrazol-1-yl)iminomethyl]phenol Chemical compound Cc1nnnn1N=Cc1ccc(O)c(c1)C(c1ccc(O)cc1)c1cc(C=Nn2nnnc2C)ccc1O BLUJRJMLDHEMRX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- BUPRVECGWBHCQV-UHFFFAOYSA-N 2-amino-1-[3-(4-fluoroanilino)-2-(4-fluorophenyl)-8,8-dimethyl-5,6-dihydroimidazo[1,2-a]pyrazin-7-yl]ethanone Chemical compound C=1C=C(F)C=CC=1C=1N=C2C(C)(C)N(C(=O)CN)CCN2C=1NC1=CC=C(F)C=C1 BUPRVECGWBHCQV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- LRFVTYWOQMYALW-UHFFFAOYSA-N 9H-xanthine Chemical compound O=C1NC(=O)NC2=C1NC=N2 LRFVTYWOQMYALW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 206010001052 Acute respiratory distress syndrome Diseases 0.000 description 2
- 206010003497 Asphyxia Diseases 0.000 description 2
- 241000593357 Austroderia fulvida Species 0.000 description 2
- 208000035473 Communicable disease Diseases 0.000 description 2
- 208000002330 Congenital Heart Defects Diseases 0.000 description 2
- 208000028399 Critical Illness Diseases 0.000 description 2
- 206010013786 Dry skin Diseases 0.000 description 2
- 206010020751 Hypersensitivity Diseases 0.000 description 2
- 206010023789 Large for dates baby Diseases 0.000 description 2
- 208000013616 Respiratory Distress Syndrome Diseases 0.000 description 2
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 208000034972 Sudden Infant Death Diseases 0.000 description 2
- 206010042440 Sudden infant death syndrome Diseases 0.000 description 2
- 101001045744 Sus scrofa Hepatocyte nuclear factor 1-beta Proteins 0.000 description 2
- 241000237983 Trochidae Species 0.000 description 2
- 241000907316 Zika virus Species 0.000 description 2
- 210000001015 abdomen Anatomy 0.000 description 2
- 230000002411 adverse Effects 0.000 description 2
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 2
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- OSGAYBCDTDRGGQ-UHFFFAOYSA-L calcium sulfate Chemical compound [Ca+2].[O-]S([O-])(=O)=O OSGAYBCDTDRGGQ-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 2
- 230000036996 cardiovascular health Effects 0.000 description 2
- 238000005266 casting Methods 0.000 description 2
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 2
- 238000007906 compression Methods 0.000 description 2
- 208000028831 congenital heart disease Diseases 0.000 description 2
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 2
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 2
- 238000013480 data collection Methods 0.000 description 2
- VYFYYTLLBUKUHU-UHFFFAOYSA-N dopamine Chemical compound NCCC1=CC=C(O)C(O)=C1 VYFYYTLLBUKUHU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000037336 dry skin Effects 0.000 description 2
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 2
- 238000013399 early diagnosis Methods 0.000 description 2
- 229920005839 ecoflex® Polymers 0.000 description 2
- 231100000321 erythema Toxicity 0.000 description 2
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 description 2
- 230000007717 exclusion Effects 0.000 description 2
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010931 gold Substances 0.000 description 2
- 230000003862 health status Effects 0.000 description 2
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 2
- 230000000004 hemodynamic effect Effects 0.000 description 2
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 2
- 230000001965 increasing effect Effects 0.000 description 2
- 230000001939 inductive effect Effects 0.000 description 2
- 206010022000 influenza Diseases 0.000 description 2
- 238000003698 laser cutting Methods 0.000 description 2
- 230000000670 limiting effect Effects 0.000 description 2
- DYLGFOYVTXJFJP-MYYYXRDXSA-N lumefantrine Chemical compound C12=CC(Cl)=CC=C2C=2C(C(O)CN(CCCC)CCCC)=CC(Cl)=CC=2\C1=C/C1=CC=C(Cl)C=C1 DYLGFOYVTXJFJP-MYYYXRDXSA-N 0.000 description 2
- 229960004985 lumefantrine Drugs 0.000 description 2
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 2
- JFIBVDBTCDTBRH-REZTVBANSA-N n'-(2-adamantyl)-n-[(2e)-3,7-dimethylocta-2,6-dienyl]ethane-1,2-diamine Chemical compound C1C(C2)CC3CC1C(NCCNC/C=C(C)/CCC=C(C)C)C2C3 JFIBVDBTCDTBRH-REZTVBANSA-N 0.000 description 2
- GOFXWTVKPWJNGD-UWJYYQICSA-N n-[2-[(2s)-2-[5-[(3s)-3-aminopyrrolidin-1-yl]-6-methylpyrazolo[1,5-a]pyrimidin-2-yl]piperidine-1-carbonyl]-4-chlorophenyl]methanesulfonamide Chemical compound CC1=CN2N=C([C@H]3N(CCCC3)C(=O)C=3C(=CC=C(Cl)C=3)NS(C)(=O)=O)C=C2N=C1N1CC[C@H](N)C1 GOFXWTVKPWJNGD-UWJYYQICSA-N 0.000 description 2
- 230000001537 neural effect Effects 0.000 description 2
- 230000001123 neurodevelopmental effect Effects 0.000 description 2
- 239000002547 new drug Substances 0.000 description 2
- 230000008520 organization Effects 0.000 description 2
- 230000010355 oscillation Effects 0.000 description 2
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 2
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 2
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 2
- 238000004806 packaging method and process Methods 0.000 description 2
- 230000001144 postural effect Effects 0.000 description 2
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 2
- 229950007560 presatovir Drugs 0.000 description 2
- 238000002106 pulse oximetry Methods 0.000 description 2
- 238000002390 rotary evaporation Methods 0.000 description 2
- QZAYGJVTTNCVMB-UHFFFAOYSA-N serotonin Chemical compound C1=C(O)C=C2C(CCN)=CNC2=C1 QZAYGJVTTNCVMB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000004088 simulation Methods 0.000 description 2
- 238000005476 soldering Methods 0.000 description 2
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 2
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 2
- 239000002904 solvent Substances 0.000 description 2
- 230000009747 swallowing Effects 0.000 description 2
- 230000035488 systolic blood pressure Effects 0.000 description 2
- 210000001519 tissue Anatomy 0.000 description 2
- 230000001052 transient effect Effects 0.000 description 2
- 238000010200 validation analysis Methods 0.000 description 2
- 210000005166 vasculature Anatomy 0.000 description 2
- SFLSHLFXELFNJZ-QMMMGPOBSA-N (-)-norepinephrine Chemical compound NC[C@H](O)C1=CC=C(O)C(O)=C1 SFLSHLFXELFNJZ-QMMMGPOBSA-N 0.000 description 1
- AMFDITJFBUXZQN-KUBHLMPHSA-N (2s,3s,4r,5r)-2-(4-amino-5h-pyrrolo[3,2-d]pyrimidin-7-yl)-5-(hydroxymethyl)pyrrolidine-3,4-diol Chemical compound C=1NC=2C(N)=NC=NC=2C=1[C@@H]1N[C@H](CO)[C@@H](O)[C@H]1O AMFDITJFBUXZQN-KUBHLMPHSA-N 0.000 description 1
- QLUWQAFDTNAYPN-LLVKDONJSA-N (5r)-3-[3-fluoro-4-(1-methyl-5,6-dihydro-1,2,4-triazin-4-yl)phenyl]-5-(hydroxymethyl)-1,3-oxazolidin-2-one Chemical compound C1=NN(C)CCN1C1=CC=C(N2C(O[C@@H](CO)C2)=O)C=C1F QLUWQAFDTNAYPN-LLVKDONJSA-N 0.000 description 1
- QZSZPSDRJPPZDZ-OAQYLSRUSA-N (9bs)-9b-(4-chlorophenyl)-1-(pyridine-3-carbonyl)-2,3-dihydroimidazo[5,6]pyrrolo[1,2-a]pyridin-5-one Chemical compound C1=CC(Cl)=CC=C1[C@]1(C2=CN=CC=C2C2=O)N2CCN1C(=O)C1=CC=CN=C1 QZSZPSDRJPPZDZ-OAQYLSRUSA-N 0.000 description 1
- BQZUYCCCNXOADJ-TVNMEPFQSA-N (E)-N-[[4-(4-acetylpiperazin-1-yl)phenyl]methyl]-3-(4-tert-butylphenyl)-N-[(2S)-1-[4-[(4-cyanophenyl)methyl]piperazin-1-yl]-1-oxo-3-phenylpropan-2-yl]prop-2-enamide Chemical compound C1CN(C(=O)C)CCN1C(C=C1)=CC=C1CN(C(=O)\C=C\C=1C=CC(=CC=1)C(C)(C)C)[C@H](C(=O)N1CCN(CC=2C=CC(=CC=2)C#N)CC1)CC1=CC=CC=C1 BQZUYCCCNXOADJ-TVNMEPFQSA-N 0.000 description 1
- NGYNBSHYFOFVLS-LBPRGKRZSA-N 1-[4-chloro-2-hydroxy-3-[(3s)-piperidin-3-yl]sulfonylphenyl]-3-(3-fluoro-2-methylphenyl)urea Chemical compound CC1=C(F)C=CC=C1NC(=O)NC1=CC=C(Cl)C(S(=O)(=O)[C@@H]2CNCCC2)=C1O NGYNBSHYFOFVLS-LBPRGKRZSA-N 0.000 description 1
- RNFJDJUURJAICM-UHFFFAOYSA-N 2,2,4,4,6,6-hexaphenoxy-1,3,5-triaza-2$l^{5},4$l^{5},6$l^{5}-triphosphacyclohexa-1,3,5-triene Chemical compound N=1P(OC=2C=CC=CC=2)(OC=2C=CC=CC=2)=NP(OC=2C=CC=CC=2)(OC=2C=CC=CC=2)=NP=1(OC=1C=CC=CC=1)OC1=CC=CC=C1 RNFJDJUURJAICM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- OIZSVTOIBNSVOS-UHFFFAOYSA-N 2-(1,1-difluoroethyl)-5-methyl-n-[4-(pentafluoro-$l^{6}-sulfanyl)phenyl]-[1,2,4]triazolo[1,5-a]pyrimidin-7-amine Chemical compound N12N=C(C(C)(F)F)N=C2N=C(C)C=C1NC1=CC=C(S(F)(F)(F)(F)F)C=C1 OIZSVTOIBNSVOS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- UZPXHZIQHWKNPF-UHFFFAOYSA-N 2-[3-[12-[5-(2-hydroxyethyl)-4-methyl-1,3-thiazol-3-ium-3-yl]dodecyl]-4-methyl-1,3-thiazol-3-ium-5-yl]ethanol Chemical compound CC1=C(CCO)SC=[N+]1CCCCCCCCCCCC[N+]1=CSC(CCO)=C1C UZPXHZIQHWKNPF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- DJUOWOXTPXUHDQ-MRVPVSSYSA-N 2-[[(3S)-3-(aminomethyl)-4-chloro-1-hydroxy-3H-2,1-benzoxaborol-7-yl]oxy]ethanol Chemical compound NC[C@@H]1C2=C(B(O1)O)C(=CC=C2Cl)OCCO DJUOWOXTPXUHDQ-MRVPVSSYSA-N 0.000 description 1
- RTJQABCNNLMCJF-UHFFFAOYSA-N 5-(4-methylsulfonylphenyl)-3-[6-(trifluoromethyl)pyridin-3-yl]pyridin-2-amine Chemical compound C1=CC(S(=O)(=O)C)=CC=C1C1=CN=C(N)C(C=2C=NC(=CC=2)C(F)(F)F)=C1 RTJQABCNNLMCJF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- DLYPREQTTOHKSM-UHFFFAOYSA-N 7-chloro-n-[[2-[(dimethylamino)methyl]cyclopenta-1,4-dien-1-yl]methyl]quinolin-4-amine;cyclopenta-1,3-diene;iron(2+) Chemical compound [Fe+2].C1C=CC=[C-]1.C1=[C-]CC(CN(C)C)=C1CNC1=CC=NC2=CC(Cl)=CC=C12 DLYPREQTTOHKSM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 241000894006 Bacteria Species 0.000 description 1
- 238000010989 Bland-Altman Methods 0.000 description 1
- GTQTUABHRCWVLL-UHFFFAOYSA-N C(CCN1C(=CC2=CC(=CC=C12)Cl)CN1C2=C(N(C1=O)CC(F)(F)F)C=CN=C2)S(=O)(=O)C Chemical compound C(CCN1C(=CC2=CC(=CC=C12)Cl)CN1C2=C(N(C1=O)CC(F)(F)F)C=CN=C2)S(=O)(=O)C GTQTUABHRCWVLL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 101100328518 Caenorhabditis elegans cnt-1 gene Proteins 0.000 description 1
- 208000006545 Chronic Obstructive Pulmonary Disease Diseases 0.000 description 1
- XZISSTDXPBUCJA-DYESRHJHSA-N ClC1=CC(=C(C(=C1)F)N1C[C@H]([C@](CC1)(O)COC1=C2CCC(NC2=C(C=C1)F)=O)O)F Chemical compound ClC1=CC(=C(C(=C1)F)N1C[C@H]([C@](CC1)(O)COC1=C2CCC(NC2=C(C=C1)F)=O)O)F XZISSTDXPBUCJA-DYESRHJHSA-N 0.000 description 1
- 206010010904 Convulsion Diseases 0.000 description 1
- 201000003883 Cystic fibrosis Diseases 0.000 description 1
- 208000001490 Dengue Diseases 0.000 description 1
- 206010012310 Dengue fever Diseases 0.000 description 1
- 201000004624 Dermatitis Diseases 0.000 description 1
- 101710088335 Diacylglycerol acyltransferase/mycolyltransferase Ag85A Proteins 0.000 description 1
- 241001115402 Ebolavirus Species 0.000 description 1
- 241000233866 Fungi Species 0.000 description 1
- 241000282819 Giraffa Species 0.000 description 1
- 102100034221 Growth-regulated alpha protein Human genes 0.000 description 1
- 206010018852 Haematoma Diseases 0.000 description 1
- 208000032843 Hemorrhage Diseases 0.000 description 1
- 101001069921 Homo sapiens Growth-regulated alpha protein Proteins 0.000 description 1
- 208000008454 Hyperhidrosis Diseases 0.000 description 1
- 108060003951 Immunoglobulin Proteins 0.000 description 1
- 208000032571 Infant acute respiratory distress syndrome Diseases 0.000 description 1
- 229940125776 JNJ-53718678 Drugs 0.000 description 1
- 208000007914 Labor Pain Diseases 0.000 description 1
- 208000035945 Labour pain Diseases 0.000 description 1
- 208000019395 Lactation disease Diseases 0.000 description 1
- LBHLFPGPEGDCJG-UHFFFAOYSA-N N(4)-{2,6-dimethoxy-4-methyl-5-[3-(trifluoromethyl)phenoxy]quinolin-8-yl}pentane-1,4-diamine Chemical compound COC=1C=C(NC(C)CCCN)C2=NC(OC)=CC(C)=C2C=1OC1=CC=CC(C(F)(F)F)=C1 LBHLFPGPEGDCJG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 206010028974 Neonatal respiratory distress syndrome Diseases 0.000 description 1
- 208000028389 Nerve injury Diseases 0.000 description 1
- 208000012902 Nervous system disease Diseases 0.000 description 1
- 208000025966 Neurological disease Diseases 0.000 description 1
- 208000035109 Pneumococcal Infections Diseases 0.000 description 1
- 206010035664 Pneumonia Diseases 0.000 description 1
- 206010036590 Premature baby Diseases 0.000 description 1
- 108010076504 Protein Sorting Signals Proteins 0.000 description 1
- 206010061603 Respiratory syncytial virus infection Diseases 0.000 description 1
- IWUCXVSUMQZMFG-AFCXAGJDSA-N Ribavirin Chemical compound N1=C(C(=O)N)N=CN1[C@H]1[C@H](O)[C@H](O)[C@@H](CO)O1 IWUCXVSUMQZMFG-AFCXAGJDSA-N 0.000 description 1
- 208000000705 Rift Valley Fever Diseases 0.000 description 1
- 206010040047 Sepsis Diseases 0.000 description 1
- CYQFCXCEBYINGO-UHFFFAOYSA-N THC Natural products C1=C(C)CCC2C(C)(C)OC3=CC(CCCCC)=CC(O)=C3C21 CYQFCXCEBYINGO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 241001441712 Tobacco vein distorting virus Species 0.000 description 1
- 241000700605 Viruses Species 0.000 description 1
- 208000020329 Zika virus infectious disease Diseases 0.000 description 1
- WXJFKKQWPMNTIM-VWLOTQADSA-N [(2s)-1-(4-amino-2-oxopyrimidin-1-yl)-3-hydroxypropan-2-yl]oxymethyl-(3-hexadecoxypropoxy)phosphinic acid Chemical compound CCCCCCCCCCCCCCCCOCCCOP(O)(=O)CO[C@H](CO)CN1C=CC(N)=NC1=O WXJFKKQWPMNTIM-VWLOTQADSA-N 0.000 description 1
- 230000005856 abnormality Effects 0.000 description 1
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 1
- YQNQNVDNTFHQSW-UHFFFAOYSA-N acetic acid [2-[[(5-nitro-2-thiazolyl)amino]-oxomethyl]phenyl] ester Chemical compound CC(=O)OC1=CC=CC=C1C(=O)NC1=NC=C([N+]([O-])=O)S1 YQNQNVDNTFHQSW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- OIPILFWXSMYKGL-UHFFFAOYSA-N acetylcholine Chemical compound CC(=O)OCC[N+](C)(C)C OIPILFWXSMYKGL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229960004373 acetylcholine Drugs 0.000 description 1
- 230000004913 activation Effects 0.000 description 1
- 239000008186 active pharmaceutical agent Substances 0.000 description 1
- 230000001154 acute effect Effects 0.000 description 1
- 239000012790 adhesive layer Substances 0.000 description 1
- 230000007815 allergy Effects 0.000 description 1
- 210000003484 anatomy Anatomy 0.000 description 1
- 239000003242 anti bacterial agent Substances 0.000 description 1
- 230000003276 anti-hypertensive effect Effects 0.000 description 1
- 230000002141 anti-parasite Effects 0.000 description 1
- 229940088710 antibiotic agent Drugs 0.000 description 1
- 229940121375 antifungal agent Drugs 0.000 description 1
- 229940006133 antiglaucoma drug and miotics carbonic anhydrase inhibitors Drugs 0.000 description 1
- 239000002220 antihypertensive agent Substances 0.000 description 1
- 229940030600 antihypertensive agent Drugs 0.000 description 1
- 229940125687 antiparasitic agent Drugs 0.000 description 1
- 239000003096 antiparasitic agent Substances 0.000 description 1
- 239000003443 antiviral agent Substances 0.000 description 1
- 229940121357 antivirals Drugs 0.000 description 1
- 210000000709 aorta Anatomy 0.000 description 1
- 210000001765 aortic valve Anatomy 0.000 description 1
- 206010003119 arrhythmia Diseases 0.000 description 1
- 229950005882 artefenomel Drugs 0.000 description 1
- 210000001367 artery Anatomy 0.000 description 1
- FIHJKUPKCHIPAT-AHIGJZGOSA-N artesunate Chemical compound C([C@](OO1)(C)O2)C[C@H]3[C@H](C)CC[C@@H]4[C@@]31[C@@H]2O[C@@H](OC(=O)CCC(O)=O)[C@@H]4C FIHJKUPKCHIPAT-AHIGJZGOSA-N 0.000 description 1
- 229960004991 artesunate Drugs 0.000 description 1
- 208000006673 asthma Diseases 0.000 description 1
- 230000002238 attenuated effect Effects 0.000 description 1
- UPAZUDUZKTYFBG-HNPUZVNISA-N azane [(2S,3R,4R,5S,6R)-2,5-dihydroxy-6-[[(2R,3R,4R,5S,6R)-6-(hydroxymethyl)-5-phosphonooxy-3-[[(3R)-3-tetradecanoyloxytetradecanoyl]amino]-4-[(3R)-3-tetradecanoyloxytetradecanoyl]oxyoxan-2-yl]oxymethyl]-3-[[(3R)-3-hydroxytetradecanoyl]amino]oxan-4-yl] (3R)-3-hydroxytetradecanoate Chemical compound [NH4+].CCCCCCCCCCCCCC(=O)O[C@H](CCCCCCCCCCC)CC(=O)N[C@H]1[C@H](OC[C@H]2O[C@H](O)[C@H](NC(=O)C[C@H](O)CCCCCCCCCCC)[C@@H](OC(=O)C[C@H](O)CCCCCCCCCCC)[C@@H]2O)O[C@H](CO)[C@@H](OP(O)([O-])=O)[C@@H]1OC(=O)C[C@@H](CCCCCCCCCCC)OC(=O)CCCCCCCCCCCCC UPAZUDUZKTYFBG-HNPUZVNISA-N 0.000 description 1
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 description 1
- 238000003287 bathing Methods 0.000 description 1
- 229960000508 bedaquiline Drugs 0.000 description 1
- QUIJNHUBAXPXFS-XLJNKUFUSA-N bedaquiline Chemical compound C1([C@H](C2=CC3=CC(Br)=CC=C3N=C2OC)[C@@](O)(CCN(C)C)C=2C3=CC=CC=C3C=CC=2)=CC=CC=C1 QUIJNHUBAXPXFS-XLJNKUFUSA-N 0.000 description 1
- 229940090821 bexsero Drugs 0.000 description 1
- 230000033228 biological regulation Effects 0.000 description 1
- 208000034158 bleeding Diseases 0.000 description 1
- 230000000740 bleeding effect Effects 0.000 description 1
- 230000017531 blood circulation Effects 0.000 description 1
- 238000009529 body temperature measurement Methods 0.000 description 1
- 230000006931 brain damage Effects 0.000 description 1
- 231100000874 brain damage Toxicity 0.000 description 1
- 229950005107 brincidofovir Drugs 0.000 description 1
- 239000003489 carbonate dehydratase inhibitor Substances 0.000 description 1
- 210000001638 cerebellum Anatomy 0.000 description 1
- XLCNVWUKICLURR-NTNLSYPKSA-N chembl1828820 Chemical compound C=1C=C([C@@H]2CC[C@]3(CC2)O[C@@]2(OO3)C3CC4CC(C3)CC2C4)C=CC=1OCCN1CCOCC1 XLCNVWUKICLURR-NTNLSYPKSA-N 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 1
- 238000003851 corona treatment Methods 0.000 description 1
- 230000002596 correlated effect Effects 0.000 description 1
- 238000005336 cracking Methods 0.000 description 1
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 description 1
- 230000001351 cycling effect Effects 0.000 description 1
- 229950003518 danirixin Drugs 0.000 description 1
- 230000001934 delay Effects 0.000 description 1
- 229940069587 delpazolid Drugs 0.000 description 1
- CYQFCXCEBYINGO-IAGOWNOFSA-N delta1-THC Chemical compound C1=C(C)CC[C@H]2C(C)(C)OC3=CC(CCCCC)=CC(O)=C3[C@@H]21 CYQFCXCEBYINGO-IAGOWNOFSA-N 0.000 description 1
- 208000025729 dengue disease Diseases 0.000 description 1
- 239000002274 desiccant Substances 0.000 description 1
- 208000035475 disorder Diseases 0.000 description 1
- 229960003638 dopamine Drugs 0.000 description 1
- 229960004242 dronabinol Drugs 0.000 description 1
- 238000009509 drug development Methods 0.000 description 1
- 230000002500 effect on skin Effects 0.000 description 1
- 230000002708 enhancing effect Effects 0.000 description 1
- 230000003628 erosive effect Effects 0.000 description 1
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 description 1
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 238000004880 explosion Methods 0.000 description 1
- ZCGNOVWYSGBHAU-UHFFFAOYSA-N favipiravir Chemical compound NC(=O)C1=NC(F)=CNC1=O ZCGNOVWYSGBHAU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229950008454 favipiravir Drugs 0.000 description 1
- 229950010451 ferroquine Drugs 0.000 description 1
- 230000001605 fetal effect Effects 0.000 description 1
- 239000003063 flame retardant Substances 0.000 description 1
- GJXWDTUCERCKIX-UHFFFAOYSA-N fosmidomycin Chemical compound O=CN(O)CCCP(O)(O)=O GJXWDTUCERCKIX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229950006501 fosmidomycin Drugs 0.000 description 1
- 238000011990 functional testing Methods 0.000 description 1
- 108700002314 gontivimab Proteins 0.000 description 1
- 210000004247 hand Anatomy 0.000 description 1
- GWUAFYNDGVNXRS-UHFFFAOYSA-N helium;molecular oxygen Chemical compound [He].O=O GWUAFYNDGVNXRS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000009610 hypersensitivity Effects 0.000 description 1
- 238000003384 imaging method Methods 0.000 description 1
- 102000018358 immunoglobulin Human genes 0.000 description 1
- 238000010921 in-depth analysis Methods 0.000 description 1
- 208000037797 influenza A Diseases 0.000 description 1
- 230000010354 integration Effects 0.000 description 1
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 1
- 230000002452 interceptive effect Effects 0.000 description 1
- 238000001361 intraarterial administration Methods 0.000 description 1
- 230000007794 irritation Effects 0.000 description 1
- 230000003907 kidney function Effects 0.000 description 1
- 238000003475 lamination Methods 0.000 description 1
- 238000000608 laser ablation Methods 0.000 description 1
- 238000012417 linear regression Methods 0.000 description 1
- 229950001063 lumicitabine Drugs 0.000 description 1
- 210000004072 lung Anatomy 0.000 description 1
- 238000010801 machine learning Methods 0.000 description 1
- 238000012423 maintenance Methods 0.000 description 1
- 201000004792 malaria Diseases 0.000 description 1
- 230000008774 maternal effect Effects 0.000 description 1
- 239000011259 mixed solution Substances 0.000 description 1
- 229960001521 motavizumab Drugs 0.000 description 1
- 238000000491 multivariate analysis Methods 0.000 description 1
- 230000002107 myocardial effect Effects 0.000 description 1
- VDRYGTNDKXIPSK-UHFFFAOYSA-N n-(2-hydroxyethyl)-1-[(6-methoxy-5-methylpyrimidin-4-yl)methyl]-6-methylpyrrolo[3,2-b]pyridine-3-carboxamide Chemical compound COC1=NC=NC(CN2C3=CC(C)=CN=C3C(C(=O)NCCO)=C2)=C1C VDRYGTNDKXIPSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000008764 nerve damage Effects 0.000 description 1
- 210000000653 nervous system Anatomy 0.000 description 1
- 230000007472 neurodevelopment Effects 0.000 description 1
- 201000002652 newborn respiratory distress syndrome Diseases 0.000 description 1
- 229960002480 nitazoxanide Drugs 0.000 description 1
- CKLPLPZSUQEDRT-WPCRTTGESA-N nitd609 Chemical compound O=C1NC2=CC=C(Cl)C=C2[C@@]11C(NC=2C3=CC(F)=C(Cl)C=2)=C3C[C@H](C)N1 CKLPLPZSUQEDRT-WPCRTTGESA-N 0.000 description 1
- 231100000344 non-irritating Toxicity 0.000 description 1
- 229960002748 norepinephrine Drugs 0.000 description 1
- SFLSHLFXELFNJZ-UHFFFAOYSA-N norepinephrine Natural products NCC(O)C1=CC=C(O)C(O)=C1 SFLSHLFXELFNJZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 208000001797 obstructive sleep apnea Diseases 0.000 description 1
- 238000005457 optimization Methods 0.000 description 1
- 229960000402 palivizumab Drugs 0.000 description 1
- 238000002559 palpation Methods 0.000 description 1
- 230000003071 parasitic effect Effects 0.000 description 1
- 230000036961 partial effect Effects 0.000 description 1
- 230000001575 pathological effect Effects 0.000 description 1
- 230000035699 permeability Effects 0.000 description 1
- 230000004962 physiological condition Effects 0.000 description 1
- 230000001766 physiological effect Effects 0.000 description 1
- 230000035479 physiological effects, processes and functions Effects 0.000 description 1
- 230000035790 physiological processes and functions Effects 0.000 description 1
- 201000003144 pneumothorax Diseases 0.000 description 1
- 238000006116 polymerization reaction Methods 0.000 description 1
- 239000003450 potassium channel blocker Substances 0.000 description 1
- 108090000623 proteins and genes Proteins 0.000 description 1
- 102000004169 proteins and genes Human genes 0.000 description 1
- 230000002829 reductive effect Effects 0.000 description 1
- 230000011514 reflex Effects 0.000 description 1
- RWWYLEGWBNMMLJ-YSOARWBDSA-N remdesivir Chemical compound NC1=NC=NN2C1=CC=C2[C@]1([C@@H]([C@@H]([C@H](O1)CO[P@](=O)(OC1=CC=CC=C1)N[C@H](C(=O)OCC(CC)CC)C)O)O)C#N RWWYLEGWBNMMLJ-YSOARWBDSA-N 0.000 description 1
- RWWYLEGWBNMMLJ-MEUHYHILSA-N remdesivir Drugs C([C@@H]1[C@H]([C@@H](O)[C@@](C#N)(O1)C=1N2N=CN=C(N)C2=CC=1)O)OP(=O)(N[C@@H](C)C(=O)OCC(CC)CC)OC1=CC=CC=C1 RWWYLEGWBNMMLJ-MEUHYHILSA-N 0.000 description 1
- 208000030925 respiratory syncytial virus infectious disease Diseases 0.000 description 1
- 208000023504 respiratory system disease Diseases 0.000 description 1
- 230000002441 reversible effect Effects 0.000 description 1
- 238000012552 review Methods 0.000 description 1
- 238000011076 safety test Methods 0.000 description 1
- 238000009781 safety test method Methods 0.000 description 1
- 238000011012 sanitization Methods 0.000 description 1
- 238000012216 screening Methods 0.000 description 1
- 238000005201 scrubbing Methods 0.000 description 1
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 1
- 230000037307 sensitive skin Effects 0.000 description 1
- 230000021317 sensory perception Effects 0.000 description 1
- 229940076279 serotonin Drugs 0.000 description 1
- 239000002210 silicon-based material Substances 0.000 description 1
- 229920002379 silicone rubber Polymers 0.000 description 1
- 238000004513 sizing Methods 0.000 description 1
- 230000037380 skin damage Effects 0.000 description 1
- 230000005236 sound signal Effects 0.000 description 1
- 238000004528 spin coating Methods 0.000 description 1
- 239000007921 spray Substances 0.000 description 1
- 238000007619 statistical method Methods 0.000 description 1
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 1
- 238000005728 strengthening Methods 0.000 description 1
- 229950010758 suptavumab Drugs 0.000 description 1
- 238000001356 surgical procedure Methods 0.000 description 1
- 230000002459 sustained effect Effects 0.000 description 1
- FNDDDNOJWPQCBZ-ZDUSSCGKSA-N sutezolid Chemical compound O=C1O[C@@H](CNC(=O)C)CN1C(C=C1F)=CC=C1N1CCSCC1 FNDDDNOJWPQCBZ-ZDUSSCGKSA-N 0.000 description 1
- 229950000448 sutezolid Drugs 0.000 description 1
- 208000013460 sweaty Diseases 0.000 description 1
- 230000001360 synchronised effect Effects 0.000 description 1
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 description 1
- 229950000856 tafenoquine Drugs 0.000 description 1
- 230000036962 time dependent Effects 0.000 description 1
- 231100000041 toxicology testing Toxicity 0.000 description 1
- 201000008827 tuberculosis Diseases 0.000 description 1
- 241000701161 unidentified adenovirus Species 0.000 description 1
- 230000002861 ventricular Effects 0.000 description 1
- 230000035899 viability Effects 0.000 description 1
- 229940100050 virazole Drugs 0.000 description 1
- 238000012800 visualization Methods 0.000 description 1
- 238000005303 weighing Methods 0.000 description 1
- 229940075420 xanthine Drugs 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
- A61B5/24—Detecting, measuring or recording bioelectric or biomagnetic signals of the body or parts thereof
- A61B5/316—Modalities, i.e. specific diagnostic methods
- A61B5/389—Electromyography [EMG]
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
- A61B5/0002—Remote monitoring of patients using telemetry, e.g. transmission of vital signals via a communication network
- A61B5/0004—Remote monitoring of patients using telemetry, e.g. transmission of vital signals via a communication network characterised by the type of physiological signal transmitted
- A61B5/0006—ECG or EEG signals
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
- A61B5/0002—Remote monitoring of patients using telemetry, e.g. transmission of vital signals via a communication network
- A61B5/0015—Remote monitoring of patients using telemetry, e.g. transmission of vital signals via a communication network characterised by features of the telemetry system
- A61B5/002—Monitoring the patient using a local or closed circuit, e.g. in a room or building
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
- A61B5/0002—Remote monitoring of patients using telemetry, e.g. transmission of vital signals via a communication network
- A61B5/0015—Remote monitoring of patients using telemetry, e.g. transmission of vital signals via a communication network characterised by features of the telemetry system
- A61B5/0024—Remote monitoring of patients using telemetry, e.g. transmission of vital signals via a communication network characterised by features of the telemetry system for multiple sensor units attached to the patient, e.g. using a body or personal area network
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
- A61B5/02—Detecting, measuring or recording pulse, heart rate, blood pressure or blood flow; Combined pulse/heart-rate/blood pressure determination; Evaluating a cardiovascular condition not otherwise provided for, e.g. using combinations of techniques provided for in this group with electrocardiography or electroauscultation; Heart catheters for measuring blood pressure
- A61B5/0205—Simultaneously evaluating both cardiovascular conditions and different types of body conditions, e.g. heart and respiratory condition
- A61B5/02055—Simultaneously evaluating both cardiovascular condition and temperature
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
- A61B5/02—Detecting, measuring or recording pulse, heart rate, blood pressure or blood flow; Combined pulse/heart-rate/blood pressure determination; Evaluating a cardiovascular condition not otherwise provided for, e.g. using combinations of techniques provided for in this group with electrocardiography or electroauscultation; Heart catheters for measuring blood pressure
- A61B5/021—Measuring pressure in heart or blood vessels
- A61B5/02108—Measuring pressure in heart or blood vessels from analysis of pulse wave characteristics
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
- A61B5/02—Detecting, measuring or recording pulse, heart rate, blood pressure or blood flow; Combined pulse/heart-rate/blood pressure determination; Evaluating a cardiovascular condition not otherwise provided for, e.g. using combinations of techniques provided for in this group with electrocardiography or electroauscultation; Heart catheters for measuring blood pressure
- A61B5/024—Detecting, measuring or recording pulse rate or heart rate
- A61B5/02405—Determining heart rate variability
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
- A61B5/02—Detecting, measuring or recording pulse, heart rate, blood pressure or blood flow; Combined pulse/heart-rate/blood pressure determination; Evaluating a cardiovascular condition not otherwise provided for, e.g. using combinations of techniques provided for in this group with electrocardiography or electroauscultation; Heart catheters for measuring blood pressure
- A61B5/024—Detecting, measuring or recording pulse rate or heart rate
- A61B5/02416—Detecting, measuring or recording pulse rate or heart rate using photoplethysmograph signals, e.g. generated by infrared radiation
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
- A61B5/02—Detecting, measuring or recording pulse, heart rate, blood pressure or blood flow; Combined pulse/heart-rate/blood pressure determination; Evaluating a cardiovascular condition not otherwise provided for, e.g. using combinations of techniques provided for in this group with electrocardiography or electroauscultation; Heart catheters for measuring blood pressure
- A61B5/024—Detecting, measuring or recording pulse rate or heart rate
- A61B5/02416—Detecting, measuring or recording pulse rate or heart rate using photoplethysmograph signals, e.g. generated by infrared radiation
- A61B5/02427—Details of sensor
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
- A61B5/08—Detecting, measuring or recording devices for evaluating the respiratory organs
- A61B5/0816—Measuring devices for examining respiratory frequency
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
- A61B5/08—Detecting, measuring or recording devices for evaluating the respiratory organs
- A61B5/0823—Detecting or evaluating cough events
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
- A61B5/08—Detecting, measuring or recording devices for evaluating the respiratory organs
- A61B5/0826—Detecting or evaluating apnoea events
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
- A61B5/08—Detecting, measuring or recording devices for evaluating the respiratory organs
- A61B5/091—Measuring volume of inspired or expired gases, e.g. to determine lung capacity
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
- A61B5/103—Detecting, measuring or recording devices for testing the shape, pattern, colour, size or movement of the body or parts thereof, for diagnostic purposes
- A61B5/11—Measuring movement of the entire body or parts thereof, e.g. head or hand tremor, mobility of a limb
- A61B5/1113—Local tracking of patients, e.g. in a hospital or private home
- A61B5/1114—Tracking parts of the body
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
- A61B5/103—Detecting, measuring or recording devices for testing the shape, pattern, colour, size or movement of the body or parts thereof, for diagnostic purposes
- A61B5/11—Measuring movement of the entire body or parts thereof, e.g. head or hand tremor, mobility of a limb
- A61B5/1118—Determining activity level
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
- A61B5/103—Detecting, measuring or recording devices for testing the shape, pattern, colour, size or movement of the body or parts thereof, for diagnostic purposes
- A61B5/11—Measuring movement of the entire body or parts thereof, e.g. head or hand tremor, mobility of a limb
- A61B5/113—Measuring movement of the entire body or parts thereof, e.g. head or hand tremor, mobility of a limb occurring during breathing
- A61B5/1135—Measuring movement of the entire body or parts thereof, e.g. head or hand tremor, mobility of a limb occurring during breathing by monitoring thoracic expansion
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
- A61B5/145—Measuring characteristics of blood in vivo, e.g. gas concentration, pH value; Measuring characteristics of body fluids or tissues, e.g. interstitial fluid, cerebral tissue
- A61B5/1455—Measuring characteristics of blood in vivo, e.g. gas concentration, pH value; Measuring characteristics of body fluids or tissues, e.g. interstitial fluid, cerebral tissue using optical sensors, e.g. spectral photometrical oximeters
- A61B5/14551—Measuring characteristics of blood in vivo, e.g. gas concentration, pH value; Measuring characteristics of body fluids or tissues, e.g. interstitial fluid, cerebral tissue using optical sensors, e.g. spectral photometrical oximeters for measuring blood gases
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
- A61B5/24—Detecting, measuring or recording bioelectric or biomagnetic signals of the body or parts thereof
- A61B5/25—Bioelectric electrodes therefor
- A61B5/251—Means for maintaining electrode contact with the body
- A61B5/257—Means for maintaining electrode contact with the body using adhesive means, e.g. adhesive pads or tapes
- A61B5/259—Means for maintaining electrode contact with the body using adhesive means, e.g. adhesive pads or tapes using conductive adhesive means, e.g. gels
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
- A61B5/24—Detecting, measuring or recording bioelectric or biomagnetic signals of the body or parts thereof
- A61B5/316—Modalities, i.e. specific diagnostic methods
- A61B5/318—Heart-related electrical modalities, e.g. electrocardiography [ECG]
- A61B5/339—Displays specially adapted therefor
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
- A61B5/48—Other medical applications
- A61B5/4803—Speech analysis specially adapted for diagnostic purposes
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
- A61B5/48—Other medical applications
- A61B5/4806—Sleep evaluation
- A61B5/4809—Sleep detection, i.e. determining whether a subject is asleep or not
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
- A61B5/48—Other medical applications
- A61B5/4806—Sleep evaluation
- A61B5/4815—Sleep quality
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
- A61B5/48—Other medical applications
- A61B5/4836—Diagnosis combined with treatment in closed-loop systems or methods
- A61B5/4839—Diagnosis combined with treatment in closed-loop systems or methods combined with drug delivery
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
- A61B5/68—Arrangements of detecting, measuring or recording means, e.g. sensors, in relation to patient
- A61B5/6801—Arrangements of detecting, measuring or recording means, e.g. sensors, in relation to patient specially adapted to be attached to or worn on the body surface
- A61B5/683—Means for maintaining contact with the body
- A61B5/6832—Means for maintaining contact with the body using adhesives
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
- A61B5/74—Details of notification to user or communication with user or patient ; user input means
- A61B5/746—Alarms related to a physiological condition, e.g. details of setting alarm thresholds or avoiding false alarms
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
- A61B5/74—Details of notification to user or communication with user or patient ; user input means
- A61B5/7465—Arrangements for interactive communication between patient and care services, e.g. by using a telephone network
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B7/00—Instruments for auscultation
- A61B7/003—Detecting lung or respiration noise
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B2503/00—Evaluating a particular growth phase or type of persons or animals
- A61B2503/04—Babies, e.g. for SIDS detection
- A61B2503/045—Newborns, e.g. premature baby monitoring
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B2503/00—Evaluating a particular growth phase or type of persons or animals
- A61B2503/06—Children, e.g. for attention deficit diagnosis
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B2503/00—Evaluating a particular growth phase or type of persons or animals
- A61B2503/40—Animals
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B2562/00—Details of sensors; Constructional details of sensor housings or probes; Accessories for sensors
- A61B2562/02—Details of sensors specially adapted for in-vivo measurements
- A61B2562/0219—Inertial sensors, e.g. accelerometers, gyroscopes, tilt switches
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B2562/00—Details of sensors; Constructional details of sensor housings or probes; Accessories for sensors
- A61B2562/02—Details of sensors specially adapted for in-vivo measurements
- A61B2562/0271—Thermal or temperature sensors
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B2562/00—Details of sensors; Constructional details of sensor housings or probes; Accessories for sensors
- A61B2562/16—Details of sensor housings or probes; Details of structural supports for sensors
- A61B2562/164—Details of sensor housings or probes; Details of structural supports for sensors the sensor is mounted in or on a conformable substrate or carrier
Landscapes
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Veterinary Medicine (AREA)
- Animal Behavior & Ethology (AREA)
- Public Health (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Biomedical Technology (AREA)
- Heart & Thoracic Surgery (AREA)
- Medical Informatics (AREA)
- Molecular Biology (AREA)
- Surgery (AREA)
- Pathology (AREA)
- Biophysics (AREA)
- Physiology (AREA)
- Cardiology (AREA)
- Pulmonology (AREA)
- Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
- Dentistry (AREA)
- Oral & Maxillofacial Surgery (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Dispersion Chemistry (AREA)
- Vascular Medicine (AREA)
- Bioinformatics & Cheminformatics (AREA)
- Medicinal Chemistry (AREA)
- Pharmacology & Pharmacy (AREA)
- Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Anesthesiology (AREA)
- Nursing (AREA)
- Audiology, Speech & Language Pathology (AREA)
- Measuring And Recording Apparatus For Diagnosis (AREA)
- Measurement Of The Respiration, Hearing Ability, Form, And Blood Characteristics Of Living Organisms (AREA)
- Measuring Pulse, Heart Rate, Blood Pressure Or Blood Flow (AREA)
Abstract
포유류 대상의 생리학적 파라미터를 비침습적이고 지속적으로 측정하기 위한 장치 및 방법이 제공된다. 장치는 포유류 대상에 부착된 다수의 센서 시스템, 및 마이크로컨트롤러 유닛(MCU)을 포함한다. 센서 시스템은 시간-동기화되고 서로 무선 및 양방향으로 통신한다, 각각의 센서 시스템은, 포유류 대상의 바이탈 사인을 검출하고 생리학적 파라미터 중 대응하는 하나를 생성하도록 구성된 적어도 하나의 센서를 포함한다. MCU는 센서 시스템으로부터 포유류 대상의 생리학적 파라미터를 수신하고, 이를 디스플레이하도록 구성된다. 장치와 방법은 질병에 대한 치료제를 또는 백신을 개발하거나, 질병을 진단하는 것과 같은 응용에서 사용될 수 있다.
Description
관련 출원에 대한 교차 참조
본 PCT 출원은, 각각 2018년 10월 31일에 출원된 미국 가특허 출원 제62/753,303호, 제62/753,453호 및 제62/753,625호 및 2019년 6월 4일 출원된 미국 가특허 출원 제62/857,179호에 대한 우선권 및 이익을 주장한다. 이들 출원 내용은 그 전체가 본원에 참조로 포함된다.
이 PCT 출원은, 변리사 사건 번호가 0116936.213WO2인, John A. Rogers 등에 의한 "포유류 대상의 생리학적 파라미터를 측정하기 위한 장치 및 방법 및 그 응용(APPARATUS AND METHOD FOR MEASURING PHYSIOLOGICAL PARAMETERS OF MAMMAL SUBJECT AND APPLICATIONS OF SAME)"라는 제목의 공동 계류 중인 PCT 특허 출원, 변리사 사건 번호가 0116936.214WO2인, John A. Rogers 등에 의한 "포유류 대상의 생리학적 파라미터를 측정하기 위한 센서 네트워크 및 그 응용(SENSOR NETWORK FOR MEASURING PHYSIOLOGICAL PARAMETERS OF MAMMAL SUBJECT AND APPLICATIONS OF SAME)"라는 제목의 공동 계류 중인 PCT 특허 출원, 및 변리사 사건 번호가 0116936.215US2인, John A. Rogers 등에 의한 "포유류 대상의 혈압을 비침습적으로 측정하기 위한 장치 및 방법(APPARATUS AND METHOD FOR NON-INVASIVELY MEASURING BLOOD PRESSURE OF MAMMAL SUBJECT)"이라는 제목의 공동 계류 중인 미국 특허 출원과 관련되며, 이들 각각은 이 PCT 출원이 출원된 날과 동일자에 출원되었고, 양수인이 이 출원과 동일하며, 이들 각각은 그 전체가 본원에 참조로 포함된다.
특허, 특허 출원 및 다양한 출판물을 포함할 수 있는 일부 참고 문헌이 본 발명의 설명에서 인용되고 논의된다. 이러한 참고 문헌의 인용 및/또는 논의는 단지 본 발명의 설명을 명확하게 하기 위해 제공되며, 이러한 참고 문헌이 본원에 설명된 발명에 대한 "선행 기술"이라는 것을 인정하는 것은 아니다. 본 명세서에서 인용되고 논의된 모든 참고 문헌은 그 전체가 참조로 본원에 포함되며, 마치 각각의 참고 문헌이 개별적으로 참조로 포함된 것과 동일한 정도로 포함된다.
발명의 분야
본 발명은 일반적으로 건강 관리에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 포유류 대상의 생리학적 파라미터를 비침습적으로 측정하기 위한 장치 및 방법 및 그 응용에 관한 것이다.
본원에 제공된 배경 설명은 일반적으로 본 발명의 맥락을 제시하기 위한 것이다. 발명의 배경 부분에 논의된 주제는 그것이 단지 발명의 배경 부분에서 언급되었다고 해서 선행 기술로 간주되어서는 안 된다. 유사하게, 발명의 배경 부분에서 언급되거나 발명의 배경 부분의 주제와 관련된 문제는 선행 기술에서 이미 인식된 것으로 추정되어서는 안 된다. 발명의 배경 부분의 주제는 단지 다른 접근법을 나타내며, 그 자체로도 발명일 수 있다. 발명의 배경 부분에 기술된 정도의, 현재 지명된 발명자들의 작업뿐만 아니라 출원 당시 선행 기술로서의 자격이 없는 설명의 측면은 본 발명에 대한 선행 기술로서 명백하게 또는 묵시적으로도 인정되지 않는다.
현재의 신생아 및 소아 중환자 치료는 건강 상태를 지속적으로 측정하기 위해 종종 침습성 카테터가 있는 다수의 유선 장치를 수반함으로써 복잡하다. 예를 들어, 미국에서는 매년 480,000명 이상의 위독한 영아와 아동이 집중 치료실에 입원하고 있으며, 1 세 미만의 영아는 19 세 미만 연령 그룹 중 가장 높은 사망률을 보이고, 나이든 아이들에 비해 더 많은 집중 치료를 필요로 한다. 또한 매년 300,000명의 신생아가 미국의 NICU에 입원하며, 시장은 2022년까지 118억 6천만 달러에 이를 것으로 예상된다. 이들 취약한 환자에는 무게가 500 g(1.1 lbs)에 불과할 수 있는 미숙아가 포함되지만, 아기라는 용어는 7배 정도 더 무거울 수 있다. 바이탈 사인을 지속적으로 모니터링하는 것은 중환자 치료에 필수적이지만, 기존 기술은 종종 벽에 묶여 있는 전자 처리 시스템에 연결된 하드 와이어(hard-wire)와 함께 다수의 리드(lead)와 피부 접촉 인터페이스의 사용을 필요로 하므로 임상 치료의 효과를 방해하고, 캥거루 케어(Kangaroo mother care, KMC)라고 하는 치료에 도움이 되는 피부-대-피부(skin-to-skin) 접촉을 수행하는 것을 어렵게 하고, 따라서 부모와 자녀 사이의 심리적 유대를 방해한다. 따라서 신생아 및 소아 집중 치료실에서 바이탈 사인을 지속적으로 모니터링하기 위해서는 일반적으로 피부에 다수의 유선 장치를 적용해야 하고, 동맥 라인(arterial line)과 같은 침습적 기술을 사용해야 하는데, 이들은 합병증의 위험을 높이고 피부-대-피부 치료 기회를 방해한다. 따라서 독특한 요구를 충족할 수 있는 새로운 기술이 필요하다.
따라서, 상기한 결점과 약점을 해결하기 위해 지금까지 언급되지 않은 요구가 본 기술 분야에 존재한다.
본 발명의 목적 중 하나는 바이탈 사인 모니터링 시스템 및/또는 소아 의료 기기로 사용될 수 있는 포유류 대상의 생리학적 파라미터를 비침습적으로 측정하기 위한 장치, 이의 방법, 및 그 응용을 제공하는 것이다.
일 양태에서, 본 발명은 포유류 대상의 생리학적 파라미터를 비침습적으로 측정하기 위한 장치에 관한 것이다. 특정 실시형태에서, 장치는, 포유류 대상에 부착된 다수의 센서 시스템으로서, 센서 시스템은 시간-동기화되고 서로 무선 및 양방향으로 통신하며, 각각의 센서 시스템은, 포유류 대상의 바이탈 사인을 검출하고 생리학적 파라미터 중 대응하는 하나를 생성하도록 구성된 적어도 하나의 센서를 포함하는, 다수의 센서 시스템; 및 다수의 센서 시스템과 무선 통신하도록 구성되고 센서 시스템으로부터 포유류 대상의 생리학적 파라미터를 수신하고, 이를 디스플레이하도록 구성된 마이크로컨트롤러 유닛(microcontroller unit, MCU)을 포함한다.
일 실시형태에서, 센서는: 심전도(electrocardiogram, ECG) 및 근전도(electromyography, EMG) 기술 중 적어도 하나와 관련된 전기 신호; 움직임, 호흡 및 동맥 혈압측정(arterial tonometry)과 관련된 기계적 신호; 성대 발성, 호흡음(respiratory sound) 및 심음(heart sound)과 관련된 음향 신호; 및 혈액 산소화와 관련된 광학 신호 중 하나를 포함하는 신호로서 바이탈 사인을 검출하도록 구성된다.
일 실시형태에서, 각각의 센서 시스템은: 다수의 전자 부품, 및 다양한 전자 부품에 전기적으로 연결된 다수의 유연하고 신축성 있는 인터커넥트(interconnect); 및 포유류 대상에 부착된 조직-대향면(tissue-facing surface)과 환경-대향면(environment facing surface)을 형성하도록 전자 부품 및 유연하고 신축성 있는 인터커넥트를 적어도 부분적으로 둘러싸는 탄성 캡슐화 층(encapsulation layer)을 포함하는 표피 전자 시스템(epidermal electronic system, EES)이다
일 실시형태에서, 다수의 유연하고 신축성 있는 인터커넥트는 구불구불한 인터커넥트 및 지그재그 인터커넥트 중 적어도 하나를 포함한다. 일 실시형태에서, 각각의 센서 시스템은 접이식 전자 보드(foldable electronic board)를 더 포함하고, 여기서 다수의 전자 부품과 다수의 유연하고 신축성 있는 인터커넥트는 접이식 전자 보드 상에 배치된다.
일 실시형태에서, 센서 시스템은: 포유류 대상의 몸통 부위에 배치되는 제 1 EES; 및 포유류 대상의 팔다리 부위에 배치되는 제 2 EES를 포함한다. 일 실시형태에서, 제 1 EES는 심전도(ECG) EES이고, ECG EES의 전자 부품은 ECG 생성을 위해 서로 공간적으로 떨어진 적어도 두 개의 전극을 포함한다. 일 실시형태에서, 제 2 EES는 광혈류 측정(photoplethysmogram, PPG) EES이고, PPG EES의 전자 부품은 센서 공간 내에 위치한 광원과 광 검출기를 포함하는 PPG 센서를 포함한다. 일 실시형태에서, 각각의 센서 시스템의 전자 부품은 온도계를 포함한다.
일 실시형태에서, 각각의 센서 시스템은 전원 공급 장치를 더 포함하고, 전원 공급 장치는 내장형 전원 공급 장치 또는 분리형 모듈형 전원 공급 장치이다.
일 실시형태에서, 센서 시스템은: 포유류 대상의 몸통 부위에 배치되는 제 1 센서 시스템으로서, 여기서 제 1 센서 시스템은 관성 운동 센서 시스템 또는 가속도계 시스템인, 제 1 센서 시스템; 및 포유류 대상의 팔다리 부위에 배치되는 제 2 센서 시스템을 포함하고, 여기서 제 2 센서 시스템은 광혈류 측정(PPG) 표피 전자 시스템(EES)이다.
일 실시형태에서, 각각의 센서 시스템은 근거리 무선 통신(Near Field Communication, NFC) 프로토콜 또는 블루투스 프로토콜을 통해 MCU와 무선 통신한다. 일 실시형태에서, 각각의 센서 시스템은 단일 링크를 통해 무선 데이터 전송 및 무선 전력 전송을 가능하게 하기 위해 NFC 프로토콜에 따른 자기 코일(magnetic coil)을 포함한다.
일 실시형태에서, 각각의 센서 시스템은 위치 또는 움직임 모니터링을 위한 가속도계; 및 온도를 측정하기 위한 온도 센서를 포함한다.
일 실시형태에서, 각각의 센서 시스템은 방수형이다.
일 실시형태에서, 포유류 대상의 생리학적 파라미터는: 심박수, 심박 변이도(heart rate variability), 심음, 혈압, 흉벽 변위(chest wall displacement), 근전도, 심전도, 혈액 산소화, 호흡수, 호흡 노력, 호흡 박자(respiratory cadence), 일회 호흡량(tidal volume), 기침, 코골이, 재채기, 헛기침, 천명(wheezing), 무호흡증, 저호흡증, 신체 활동, 심부 위치(core body position), 말초 팔다리 위치, 긁기, 발성, 문지르기, 걷기, 수면의 질, 수면 시간, 수면 중 깨어있는 시간, 피부 온도, 심부 체온 및 이들의 조합 중 하나 이상을 포함한다
일 실시형태에서, 혈압은: 포유류 대상의 제 1 위치에 배치된 제 1 센서 및 포유류 대상의 제 2 위치에 배치된 제 2 센서의 출력 신호를 수신하고; 출력 신호를 처리하여, 제 1 센서에 의한 제 1 신호의 검출과 제 2 센서에 의한 제 2 신호의 검출 사이의 시간 지연(Δt)으로서 맥파 도달 시간(pulse arrival time, PAT)을 결정하고; PAT 및 제 1 위치와 제 2 위치 사이의 맥파 도달 거리(L)를 기반으로 맥파 속도(pulse wave velocity, PWV)를 결정하고(여기서 PWV = 
임); 및 PWV로부터 포유류 대상의 혈압(P)을 결정함으로써 측정된다(여기서 P = αPWV2 + β)이고, α와 β는 포유류 대상의 동맥 구조 및 동맥 물질 특성에 따라 경험적으로 결정된 상수임). 일 실시형태에서, 5 kPA 내지 20 kPa의 혈압 범위에서,
0.13 kPa x s2/m2 ≤ α ≤ 0.23 kPa x s2/m2이고; 및
2.2 kPa ≤ β ≤ 3.2 kPa이다.
일 실시형태에서, 포유류 대상은 인간 대상 또는 비-인간 대상이다.
또 다른 양태에서, 본 발명은 포유류 대상에서 질병에 대한 백신을 개발하기 위한 방법에 관한 것으로, 방법은: 질병이 없는 포유류 대상에게 백신 제제를 제공하는 단계와; 위에서 논의된 장치를 사용하여 포유류 대상의 생리학적 파라미터를 일정 기간 동안 지속적으로 모니터링하는 단계; 및 생리학적 파라미터를 기반으로 일정 기간 동안 포유류 대상에 대한 백신 제제의 효과를 평가하는 단계를 포함한다.
또 다른 양태에서, 본 발명은 포유류 대상에서 질병에 대한 치료제를 개발하기 위한 방법에 관한 것으로, 방법은: 질병이 있는 포유류 대상에게 치료제를 제공하는 단계와; 위에서 논의된 장치를 사용하여 포유류 대상의 생리학적 파라미터를 일정 기간 동안 지속적으로 모니터링하는 단계; 및 생리학적 파라미터를 기반으로 일정 기간 동안 질병에 대한 치료제의 효과를 평가하는 단계를 포함한다.
추가 양태에서, 본 발명은 포유류 대상에서 질병을 진단하기 위한 방법에 관한 것으로, 방법은: 위에서 논의된 장치를 사용하여 포유류 대상의 생리학적 파라미터를 일정 기간 동안 지속적으로 모니터링하는 단계; 및 생리학적 파라미터를 기반으로 포유류 대상이 질병이 있는지 여부를 결정하는 단계를 포함한다.
일 실시형태에서, 방법은, 생리학적 파라미터를 기반으로 질병의 상응하는 치료를 수행하는 단계를 더 포함한다. 일 실시형태에서, 치료는 포유류 대상에게 호흡기 약물을 제공하는 단계를 포함한다.
또 다른 양태에서, 본 발명은 포유류 대상의 생리학적 파라미터를 비침습적으로 측정하는 방법에 관한 것으로, 방법은: 포유류 대상에서 다수의 센서 시스템을 이용하는 단계로서, 센서 시스템은 시간-동기화되고 서로 무선 및 양방향으로 통신하고, 센서 시스템 각각은 생리학적 파라미터 중 하나를 모니터링하기 위해 적어도 하나의 센서를 포함하는, 단계와; 센서 시스템에 의해 포유류 대상의 생리학적 파라미터를 측정하는 단계와; 센서 시스템에 원격으로 통신 가능하게 연결된 마이크로컨트롤러에서 포유류 대상의 생리학적 파라미터를 수신하는 단계; 및 마이크로컨트롤러에서 포유류 대상의 생리학적 파라미터를 디스플레이하는 단계를 포함한다.
일 실시형태에서, 센서는 심전도(ECG) 및 근전도(EMG) 기술 중 적어도 하나와 관련된 전기 신호; 움직임, 호흡 및 동맥 혈압측정과 관련된 기계적 신호; 성대 발성, 호흡음 및 심음과 관련된 음향 신호; 및 혈액 산소화와 관련된 광학 신호로 이루어진 군에서 선택되는 신호로서 포유류 대상의 바이탈 사인을 검출하도록 구성된다.
일 실시형태에서, 다수의 센서 시스템 각각은, 다수의 전자 부품, 및 다양한 전자 부품에 전기적으로 연결된 다수의 유연하고 신축성 있는 인터커넥트; 및 포유류 대상에 부착된 조직-대향면과 환경-대향면을 형성하도록 전자 부품 및 유연하고 신축성 있는 인터커넥트를 적어도 부분적으로 둘러싸는 탄성 캡슐화 층을 포함하는 표피 전자 시스템(EES)이다. 일 실시형태에서, 다수의 유연하고 신축성 있는 인터커넥트는 구불구불한 인터커넥트 및 지그재그 인터커넥트 중 적어도 하나를 포함한다. 일 실시형태에서, 각각의 센서 시스템은 접이식 전자 보드를 더 포함하고, 여기서 다수의 전자 부품과 다수의 유연하고 신축성 있는 인터커넥트는 접이식 전자 보드 상에 배치된다.
일 실시형태에서, 다수의 센서 시스템은: 포유류 대상의 몸통 부위에 배치되는 제 1 EES; 및 포유류 대상의 팔다리 부위에 배치되는 제 2 EES를 포함한다. 일 실시형태에서, 제 1 EES는 심전도(ECG) EES이고, ECG 생성을 위해 서로 공간적으로 떨어진 적어도 두 개의 전극을 포함한다. 일 실시형태에서, 제 2 EES는 광혈류 측정(PPG) EES이고, 센서 공간 내에 위치한 광원과 광 검출기를 포함하는 PPG 센서를 포함한다.
일 실시형태에서, 센서 시스템은: 포유류 대상의 몸통 부위에 배치되는 제 1 센서 시스템으로서, 여기서 제 1 센서 시스템은 관성 운동 센서 시스템 또는 가속도계 시스템인, 제 1 센서 시스템; 및 포유류 대상의 팔다리 부위에 배치되는 제 2 센서 시스템을 포함하고, 여기서 제 2 센서 시스템은 광혈류 측정(PPG) 표피 전자 시스템(EES)이다.
일 실시형태에서, 포유류 대상의 생리학적 파라미터는: 심박수, 심박 변이도, 심음, 혈압, 흉벽 변위, 근전도, 심전도, 혈액 산소화, 호흡수, 호흡 노력, 호흡 박자, 일회 호흡량, 기침, 코골이, 재채기, 헛기침, 천명, 무호흡증, 저호흡증, 신체 활동, 심부 위치, 말초 팔다리 위치, 긁기, 발성, 문지르기, 걷기, 수면의 질, 수면 시간, 수면 중 깨어있는 시간, 피부 온도, 심부 체온 및 이들의 조합 중 하나 이상을 포함한다
일 실시형태에서, 혈압은: 포유류 대상의 제 1 위치에 배치된 제 1 센서 및 포유류 대상의 제 2 위치에 배치된 제 2 센서의 출력 신호를 수신하고; 출력 신호를 처리하여, 제 1 센서에 의한 제 1 신호의 검출과 제 2 센서에 의한 제 2 신호의 검출 사이의 시간 지연(Δt)으로서 맥파 도달 시간(PAT)을 결정하고; PAT 및 제 1 위치와 제 2 위치 사이의 맥파 도달 거리(L)를 기반으로 맥파 속도(PWV)를 결정하고(여기서 PWV = 
임); 및 PWV로부터 포유류 대상의 혈압(P)을 결정함으로써 측정된다(여기서 P = αPWV2 + β)이고, α와 β는 포유류 대상의 동맥 구조 및 동맥 물질 특성에 따라 경험적으로 결정된 상수임). 일 실시형태에서, 5 kPA 내지 20 kPa의 혈압 범위에서,
0.13 kPa x s2/m2 ≤ α ≤ 0.23 kPa x s2/m2이고; 및
2.2 kPa ≤ β ≤ 3.2 kPa이다.
일 실시형태에서, 다수의 센서 시스템 각각은 전원 공급 장치를 더 포함하고, 전원 공급 장치는 내장형 전원 공급 장치 또는 분리형 모듈형 전원 공급 장치이다.
일 실시형태에서, 다수의 센서 시스템 각각은 근거리 무선 통신(NFC) 프로토콜 또는 블루투스 프로토콜을 통해 마이크로컨트롤러와 무선 통신한다.
일 실시형태에서, 다수의 센서 시스템 각각은: 위치 또는 움직임 모니터링을 위한 가속도계; 및 온도를 측정하기 위한 온도 센서 중 하나 이상을 더 포함한다. 일 실시형태에서, 다수의 센서 시스템 각각은 단일 링크를 통해 무선 데이터 전송 및 무선 전력 전송을 가능하게 하기 위해 NFC 프로토콜에 따른 자기 코일을 포함한다.
추가 양태에서, 본 발명은, 하나 이상의 프로세서에 의해 실행될 때, 위에 개시된 방법이 수행될 수 있도록 하는 명령을 저장하는 비-일시적 유형의 컴퓨터 판독 가능 매체에 관한 것이다.
본 발명의 이들 및 다른 양태는 다음의 도면과 함께 취해진 바람직한 실시형태의 다음의 설명으로부터 명백해질 것이지만, 그 안에서의 변형 및 수정이 본 발명의 새로운 개념의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 이루어질 수 있다.
다음의 도면은 본 명세서의 일부를 형성하고 본 발명의 특정 양태를 더 입증하기 위해 포함된다. 본 발명은 본원에 제시된 특정 실시형태의 상세한 설명과 함께 하나 이상의 이들 도면을 참조하여 더 잘 이해될 수 있다. 아래에 설명된 도면은 오직 예시를 위한 것이다. 도면은 어떤 식으로든 본 교시의 범위를 제한하지 않는다.
도 1은 본 발명의 특정 실시형태에 따른 장치의 기능 블록도를 개략적으로 도시한다.
도 2A 내지 도 2D는 본 발명의 실시형태에 따라, 임상 표준 기기와 비교하여 신생아 집중 치료실(neonatal intensive care unit, NICU)에서 생리학적 파라미터를 측정하기 위한 장치에서 초박형 피부-유사 무선 모듈의 개략도 및 사진 이미지를 보여준다. 도 2A는 각각의 EES의 아날로그 프론트 엔드(analog front end) 및 전자 부품, 마이크로컨트롤러를 포함하는 근거리 무선 통신(Near Field Communication, NFC) 단일 칩 시스템(SoC)의 구성요소, 범용 입력/출력(general-purpose input/output, GPIO), 및 NFC 리더 모듈 및 순환 버퍼가 있는 블루투스 저에너지(Bluetooth low energy, BLE) 인터페이스를 포함하는 호스트 리더 플랫폼(host reader platform)이 있는 무선 인터페이스를 도시하는 기능 블록도이다. 도 2B는 본 발명의 또 다른 실시형태에 따른 두 개의 센서 시스템의 기능 블록도를 도시한다. 도 2C는 본 발명의 일 실시형태에 따른, 가슴과 같은 몸통에 장착하도록 구성된 센서 시스템의 개략도이다. 도 2D는 본 발명의 일 실시형태에 따라, 기계적으로 분리된 센서 시스템이 연결된 주회로 부품을 고정하기 위해 래핑(wrapping) 유형의 메커니즘에 의해서와 같이, 발, 다리, 손, 팔 손가락, 발가락 또는 손발톱과 같은 말단에 장착하도록 구성된 센서 시스템을 도시한다.
도 3A는 본 발명의 특정 실시형태에 따른 포유류 대상의 생리학적 파라미터를 비침습적이고 지속적으로 측정하는 방법의 흐름도를 도시한다.
도 3B는 본 발명의 특정 실시형태에 따른 포유류 대상의 혈압을 비침습적이고 지속적으로 측정하는 방법의 흐름도를 도시한다.
도 3C는 본 발명의 특정 실시형태에 따라 포유류 대상에서 질병에 대한 백신을 개발하는 방법의 흐름도를 도시한다.
도 3D는 본 발명의 특정 실시형태에 따라 포유류 대상에서 질병에 대한 치료제를 개발하기 위한 방법의 흐름도를 도시한다.
도 3E는 본 발명의 특정 실시형태에 따라 포유류 대상에서 질병을 진단하기 위한 방법의 흐름도를 도시한다.
도 4는 본 발명의 특정 실시형태에 따른 광범위한 치료제의 개발, 테스트, 승인 및 시판-후 추적을 지원하기 위한 웨어러블 센서 기술의 사용을 나타내는 흐름도를 도시한다.
도 5는 본 발명의 특정 실시형태에 따라 NICU/PICU에 입원한 신생아의 임상적 특성의 표를 도시한다.
도 6A는 ECG 처리를 위한 아날로그 프론트 엔드, 3축 가속도계, 온도계 IC 및 흉부 EES 및 맥박 산소측정기 IC용 BLE SoC, 온도계, 및 사지 EES용 BLE SoC을 포함하는 두 개의 시간-동기화된 EES를 포함하는 장치의 핵심 구성요소의 기능 블록도를 개략적으로 도시한다.
도 6B는 본 발명의 특정 실시형태에 따른 내장형 배터리 모듈형 전원 공급 장치 옵션을 갖는 흉부 EES 센서의 분해도를 개략적으로 도시한다.
도 6C는 도 6B에 도시된 바와 같은 흉부 EES 센서의 형성을 개략적으로 도시한다.
도 6D는 본 발명의 특정 실시형태에 따른 유연한 무선 센서의 예를 개략적으로 도시하며, 여기서 패널 (a)는 실제 아기 인형 상의 흉부 EES의 사진 이미지를 보여주고, 패널 (b)는 EES 패널의 방수 기능을 보여주고, 패널 (c)는 발 인터페이스의 발목-발바닥 주위에서 구부러진 전체 사지 EES FPCB의 사진 이미지를 보여주며, 패널 (d)는 인터커넥트가 늘어났을 때 흉부 EES FPCB의 역학을 보여준다.
도 6E는 본 발명의 특정 실시형태에 따른 패널 (a)의 모듈형 코일 흉부 EES 버전 및 패널 (b)의 내장형 배터리 버전을 갖는 실제 아기 인형 상의 흉부 EES의 사진 이미지를 보여준다.
도 6F는 본 발명의 특정 실시형태에 따른 흉부 EES 및 사지 EES의 배치에 관한 사진 이미지를 보여주며, 여기서 패널 (a)는 발 인터페이스의 발목-발바닥에서 NICU 아기에 대한 사지 EES의 배치를 보여주고, 패널 (b)는 발-발가락 인터페이스에서 PICU 아기에 대한 사지 EES의 배치를 보여주고, 패널 (c)는 손목-손 인터페이스에서 PICU 아기에 대한 사지 EES의 배치를 보여주고, 패널 (d)은 가슴이 패인, 호흡 질병이 있는 PICU 아기에 대한 흉부 EES의 배치를 보여주며, 패널 (e)은 가슴이 패인 NICU 아기에 대한 흉부 EES의 배치를 보여준다.
도 6G는 본 발명의 특정 실시형태에 따라 3.9 mm의 굽힘 반경까지 최적화된 사지 EES의 구불구불한 인터커넥트의 신장 및 굽힘 특성을 도시한다.
도 7A 내지 도 7D는 본 발명의 특정 실시형태에 따른 신생아/소아 집중 치료실에서의 데이터 수집을 도시한다. 도 7A는 신생아(GA: 몇 주)로부터 실시간으로 EES에 의해 수집된 대표적인 ECG, PPG 및 호흡 파형을 도시한다. 도 7B는 임상 표준에 대한 HR, SpO2, RR 및 온도를 포함하는 EES에 의해 캡처된 바이탈 사인의 대표적인 비교를 도시한다. 도 7C는 SpO2의 신호 처리 알고리즘을 패널 (a)에서 그리고 신호 처리의 두 가지 다른 결과를 패널 (b)에서 보여준다. 도 7D는 24 시간 작동 동안 장치의 열 발생과 관련된 안전에 대한 대표적인 도면을 도시하며, 여기서 패널 (a)는 흉부 유닛이 24 시간 작동 이후 상당한 발열을 일으키지 않았음을 보여주며, 패널 (b)는 사지 유닛이 24 시간 작동 이후 상당한 발열을 일으키지 않았음을 보여준다.
도 8A 내지 도 8D는 본 발명의 특정 실시형태에 따른 임상 환경에서 EES를 사용한 신생아/소아 치료를 위한 고급 기능을 도시한다. 도 8A는 캥거루 케어(KMC) 추적 및 바이탈 사인 모니터링을 도시하며, 여기서 패널 (a)는 반듯이 눕기 및 오른쪽 측면과 같은 침대에 누워있는 위치뿐만 아니라 부모의 비-KMC 안기 및 일반적인 KMC 위치를 포함하는 다양한 신생아 인형 위치에 대한 가속도 측정 신호를 보여주고, 패널 (b)는 EES에 의해 캡처된, 중력 벡터와 관련된, NICU 내의 신생아(N = 3)의 다양한 위치에 대한 신생아 방향을 보여주며, 패널 (c)는 조산아(GA: 31 주)에 대한 KMC 이전, 도중 및 이후의 EES를 사용한 심부 및 말초 온도 모니터링을 보여준다. 도 8B는 신생아 환자의 울음 신호 분석을 보여주며, 여기서 패널 (a)는 수유 장애가 있는, 임신 기간에 비해 과체중아(large-for-gestational-age, LGA) 유아인 GA 37 주의 신생아로부터의의 시간-주파수 신호의 스펙트로그램을 보여준다. 신생아 기계-음향 신호는 부모의 토닥거리기, 신생아 울음, 및 휴식 이벤트로부터 제공되고; 패널 (b)는 울거나 울지 않는 이벤트 동안 신생아 기계-음향 신호의 고속 푸리에 변환 처리시 신호 주파수의 대표적인 전력 스펙트럼을 보여주며, 패널 (c)는 총 11 번의 우는 이벤트 동안 개별 신생(N = 3)의 EES 및 인간 기록 사이의 울음 지속 시간 분석의 비교를 보여준다. 도 8C는 울음 감지 통계 자료를 보여준다. 도 8D는 시간-동기화 검증을 보여주며, 여기서 패널 (a)는 장치의 개략적 구조를 보여주고, 패널 (b)는 검증 데이터를 보여준다. 도 8E는 EES로부터의 맥파 도달 시간(PAT) 추적 및 신생아의 혈압과의 그 상관관계를 보여주며, 여기서 패널 (a)는 건강한 성인을 대상으로 한 사이클링 시험 동안의 PAT-유래 수축기 혈압과 혈압 커프(표준 방법)를 비교한 결과를 보여주고, 패널 (b)는 (PAT 유래) EES 및 동맥 라인(A-라인)을 사용한 지속적인 신생아 혈압 모니터링을 보여주며, 패널 (c)는 PAT-유래 혈압 및 표준 방법과의 그 상관관계를 보여준다.
도 9A는 본 발명의 특정 실시형태에 따른 EES에 대한 탈착식 배터리 크기 옵션을 도시하며, 여기서 패널 (a)는 자석 및 1 개 또는 두 개 코인 셀 배터리의 위치를 강조 표시한 개략적인 레이아웃 및 질식 위험 한계에 해당하는 31.7 mm 직경의 원과의 비교를 보여주며, 패널 (b)는 캡슐화된 배터리의 앞면(왼쪽)과 뒷면(오른쪽)의 사진 이미지를 보여준다.
도 9B는 본 발명의 특정 실시형태에 따른 흉부 유닛에 사용되는 구불구불한 인터커넥트의 개략도를 도시한다.
도 9C는 본 발명의 특정 실시형태에 따른 흉부 유닛의 기계적 특성의 계산적 설명을 보여주며, 여기서 패널 (a)는 인터커넥트의 초기 길이(서브-시스템 간의 간격)가 Lo = 5 mm이고, 탄성 신축성을 증가시키기 위해 인터커넥트는, 초기 수평 길이가 Lo = 5 mm로부터 L* = 1.65 mm로 줄어들도록 사전 압축된 것을 보여주고; 패널 (b)는 설계 및 최적화된 인터커넥트의 탄성 신축성이 503%를 달성하는 것을 나타내는 유한 요소 분석(finite element analysis, FEA)의 시뮬레이션 결과를 보여주며, 여기서 인터커넥트의 탄성 신축성은 ε = (L-L*)/L*로 정의되고, 여기서 L은 인터커넥트의 구리 층이 제공하는 신장된 길이이고; 패널 (c)는 ~20 mm의 굽힘 반경에 대한 흉부 유닛의 구리 층에서의 변형 시뮬레이션 결과를 보여주고, 여기서 흉부 유닛의 등가 굽힘 강성은 내지 ~9.6 Nmm2이다.
도 9D는 본 발명의 특정 실시형태에 따른 사지 유닛에서 사용되는 대표적인 인터커넥트를 개략적으로 도시한다.
도 9E는 본 발명의 특정 실시형태에 따른 사지 유닛의 기계적 특성을 개략적으로 도시하며, 여기서 패널 (a) 신장, 패널 (b) 비틀림, 패널 (c) 반경 3.9 mm에서의 굽힘, 및 패널 (d) 사지 유닛의 전체 굽힘 역학 동안 대표적인 인터커넥트의 캡슐화 층(왼쪽) 및 구리 층(오른쪽)에서의 변형 분포가 도시되어 있다.
도 10A 내지 도 10C는 본 발명의 특정 실시형태에 따른 신생아/소아 집중 치료실에서의 데이터 수집을 도시한다. 도 10A는 패널 (a) 심박수, 패널 (b) 호흡수, 패널 (c) 혈액 산소화 및 패널 (d) 맥파 도착 및 전달 시간에 대한 신호 처리 알고리즘을 보여준다. 도 10B는 SpO2에 대한 상세한 신호 처리 알고리즘을 보여주며, 여기서 신호에 대한 SpO2 계산 알고리즘의 처리는 동작 잡음이 없는 패널 (a)에 및 동작 잡음이 있는 패널 (b)에 도시되어 있다. 도 10C는 24 시간 작동 동안 장치의 열 발생과 관련된 안전에 대한 대표적인 도면을 보여주며, 여기서 패널 (a)는 흉부 유닛이 24 시간 작동 이후 상당한 발열을 일으키지 않았음을 보여주며, 패널 (b)는 사지 유닛이 24 시간 작동 이후 상당한 발열을 일으키지 않았음을 보여준다.
도 11은 본 발명의 특정 실시형태에 따른 흉부 유닛에서 가속도 측정 데이터에 의해 동작 잡음이 있는 이벤트를 캡처하기 위한 개략도를 도시하며, 여기서 가속도 측정 데이터에서 더 큰 움직임의 관찰되면, 이는 A-라인(빨간색)에 의해 측정된 SBP의 스파이크가 대상의 움직임에 직접적인 영향을 미친다는 것을 시사한다.
도 12는 본 발명의 특정 실시형태에 따른 창 크기 및 재-보정 간격의 보정 효과를 보여주며, 여기서 패널 (a)는 초기 1 분 동안 단일 보정이 발생함을 나타내고, 패널 (b)는 A-라인에 대한 5 분의 PT 데이터를 보여주며, 패널 (c)는 또 다른 보정 방식이 5 분의 데이터 기간으로 30 분마다 재-보정과 관련됨을 보여준다. 보정 기간이 길수록, 평균차와 표준 편차는 모두 향상된다. 재-보정은 평균차를 줄이는 효과를 보여준다.
도 13은 본 발명의 특정 실시형태에 따른 NICU에서 흉부 유닛에 의해 캡처된 울음 특성을 보여주며, 여기서 패널 (a) 내지 패널 (c)는 NICU 내의 신생아로부터의 울거나 울지 않는 이벤트 동안 신생아 기계-음향 신호의 고속 푸리에 변환 처리시 신호 주파수의 대표적인 전력 스펙트럼을 보여준다. 신생아 기계-음향 신호는 패널 (a) 부모의 토닥거리기, 패널 (b) 휴식 이벤트, 및 패널 (c) 신생아 울음으로부터 제공되고; 패널 (d)는 흉부 유닛 및 개별적인 우는 이벤트의 인간 기록 사이의 울음 지속 시간 분석의 비교를 보여주며, 패널 (e)은 각각의 신생아(n = 3)의 울음의 기본 주파수를 보여준다.
도 14는 본 발명의 특정 실시형태에 따라 모든 집단(0.4 M 데이터 포인트)에서 얻은 심박수 및 혈액 산소화에 대한 전반적인 BA 플롯을 도시한다.
도 1은 본 발명의 특정 실시형태에 따른 장치의 기능 블록도를 개략적으로 도시한다.
도 2A 내지 도 2D는 본 발명의 실시형태에 따라, 임상 표준 기기와 비교하여 신생아 집중 치료실(neonatal intensive care unit, NICU)에서 생리학적 파라미터를 측정하기 위한 장치에서 초박형 피부-유사 무선 모듈의 개략도 및 사진 이미지를 보여준다. 도 2A는 각각의 EES의 아날로그 프론트 엔드(analog front end) 및 전자 부품, 마이크로컨트롤러를 포함하는 근거리 무선 통신(Near Field Communication, NFC) 단일 칩 시스템(SoC)의 구성요소, 범용 입력/출력(general-purpose input/output, GPIO), 및 NFC 리더 모듈 및 순환 버퍼가 있는 블루투스 저에너지(Bluetooth low energy, BLE) 인터페이스를 포함하는 호스트 리더 플랫폼(host reader platform)이 있는 무선 인터페이스를 도시하는 기능 블록도이다. 도 2B는 본 발명의 또 다른 실시형태에 따른 두 개의 센서 시스템의 기능 블록도를 도시한다. 도 2C는 본 발명의 일 실시형태에 따른, 가슴과 같은 몸통에 장착하도록 구성된 센서 시스템의 개략도이다. 도 2D는 본 발명의 일 실시형태에 따라, 기계적으로 분리된 센서 시스템이 연결된 주회로 부품을 고정하기 위해 래핑(wrapping) 유형의 메커니즘에 의해서와 같이, 발, 다리, 손, 팔 손가락, 발가락 또는 손발톱과 같은 말단에 장착하도록 구성된 센서 시스템을 도시한다.
도 3A는 본 발명의 특정 실시형태에 따른 포유류 대상의 생리학적 파라미터를 비침습적이고 지속적으로 측정하는 방법의 흐름도를 도시한다.
도 3B는 본 발명의 특정 실시형태에 따른 포유류 대상의 혈압을 비침습적이고 지속적으로 측정하는 방법의 흐름도를 도시한다.
도 3C는 본 발명의 특정 실시형태에 따라 포유류 대상에서 질병에 대한 백신을 개발하는 방법의 흐름도를 도시한다.
도 3D는 본 발명의 특정 실시형태에 따라 포유류 대상에서 질병에 대한 치료제를 개발하기 위한 방법의 흐름도를 도시한다.
도 3E는 본 발명의 특정 실시형태에 따라 포유류 대상에서 질병을 진단하기 위한 방법의 흐름도를 도시한다.
도 4는 본 발명의 특정 실시형태에 따른 광범위한 치료제의 개발, 테스트, 승인 및 시판-후 추적을 지원하기 위한 웨어러블 센서 기술의 사용을 나타내는 흐름도를 도시한다.
도 5는 본 발명의 특정 실시형태에 따라 NICU/PICU에 입원한 신생아의 임상적 특성의 표를 도시한다.
도 6A는 ECG 처리를 위한 아날로그 프론트 엔드, 3축 가속도계, 온도계 IC 및 흉부 EES 및 맥박 산소측정기 IC용 BLE SoC, 온도계, 및 사지 EES용 BLE SoC을 포함하는 두 개의 시간-동기화된 EES를 포함하는 장치의 핵심 구성요소의 기능 블록도를 개략적으로 도시한다.
도 6B는 본 발명의 특정 실시형태에 따른 내장형 배터리 모듈형 전원 공급 장치 옵션을 갖는 흉부 EES 센서의 분해도를 개략적으로 도시한다.
도 6C는 도 6B에 도시된 바와 같은 흉부 EES 센서의 형성을 개략적으로 도시한다.
도 6D는 본 발명의 특정 실시형태에 따른 유연한 무선 센서의 예를 개략적으로 도시하며, 여기서 패널 (a)는 실제 아기 인형 상의 흉부 EES의 사진 이미지를 보여주고, 패널 (b)는 EES 패널의 방수 기능을 보여주고, 패널 (c)는 발 인터페이스의 발목-발바닥 주위에서 구부러진 전체 사지 EES FPCB의 사진 이미지를 보여주며, 패널 (d)는 인터커넥트가 늘어났을 때 흉부 EES FPCB의 역학을 보여준다.
도 6E는 본 발명의 특정 실시형태에 따른 패널 (a)의 모듈형 코일 흉부 EES 버전 및 패널 (b)의 내장형 배터리 버전을 갖는 실제 아기 인형 상의 흉부 EES의 사진 이미지를 보여준다.
도 6F는 본 발명의 특정 실시형태에 따른 흉부 EES 및 사지 EES의 배치에 관한 사진 이미지를 보여주며, 여기서 패널 (a)는 발 인터페이스의 발목-발바닥에서 NICU 아기에 대한 사지 EES의 배치를 보여주고, 패널 (b)는 발-발가락 인터페이스에서 PICU 아기에 대한 사지 EES의 배치를 보여주고, 패널 (c)는 손목-손 인터페이스에서 PICU 아기에 대한 사지 EES의 배치를 보여주고, 패널 (d)은 가슴이 패인, 호흡 질병이 있는 PICU 아기에 대한 흉부 EES의 배치를 보여주며, 패널 (e)은 가슴이 패인 NICU 아기에 대한 흉부 EES의 배치를 보여준다.
도 6G는 본 발명의 특정 실시형태에 따라 3.9 mm의 굽힘 반경까지 최적화된 사지 EES의 구불구불한 인터커넥트의 신장 및 굽힘 특성을 도시한다.
도 7A 내지 도 7D는 본 발명의 특정 실시형태에 따른 신생아/소아 집중 치료실에서의 데이터 수집을 도시한다. 도 7A는 신생아(GA: 몇 주)로부터 실시간으로 EES에 의해 수집된 대표적인 ECG, PPG 및 호흡 파형을 도시한다. 도 7B는 임상 표준에 대한 HR, SpO2, RR 및 온도를 포함하는 EES에 의해 캡처된 바이탈 사인의 대표적인 비교를 도시한다. 도 7C는 SpO2의 신호 처리 알고리즘을 패널 (a)에서 그리고 신호 처리의 두 가지 다른 결과를 패널 (b)에서 보여준다. 도 7D는 24 시간 작동 동안 장치의 열 발생과 관련된 안전에 대한 대표적인 도면을 도시하며, 여기서 패널 (a)는 흉부 유닛이 24 시간 작동 이후 상당한 발열을 일으키지 않았음을 보여주며, 패널 (b)는 사지 유닛이 24 시간 작동 이후 상당한 발열을 일으키지 않았음을 보여준다.
도 8A 내지 도 8D는 본 발명의 특정 실시형태에 따른 임상 환경에서 EES를 사용한 신생아/소아 치료를 위한 고급 기능을 도시한다. 도 8A는 캥거루 케어(KMC) 추적 및 바이탈 사인 모니터링을 도시하며, 여기서 패널 (a)는 반듯이 눕기 및 오른쪽 측면과 같은 침대에 누워있는 위치뿐만 아니라 부모의 비-KMC 안기 및 일반적인 KMC 위치를 포함하는 다양한 신생아 인형 위치에 대한 가속도 측정 신호를 보여주고, 패널 (b)는 EES에 의해 캡처된, 중력 벡터와 관련된, NICU 내의 신생아(N = 3)의 다양한 위치에 대한 신생아 방향을 보여주며, 패널 (c)는 조산아(GA: 31 주)에 대한 KMC 이전, 도중 및 이후의 EES를 사용한 심부 및 말초 온도 모니터링을 보여준다. 도 8B는 신생아 환자의 울음 신호 분석을 보여주며, 여기서 패널 (a)는 수유 장애가 있는, 임신 기간에 비해 과체중아(large-for-gestational-age, LGA) 유아인 GA 37 주의 신생아로부터의의 시간-주파수 신호의 스펙트로그램을 보여준다. 신생아 기계-음향 신호는 부모의 토닥거리기, 신생아 울음, 및 휴식 이벤트로부터 제공되고; 패널 (b)는 울거나 울지 않는 이벤트 동안 신생아 기계-음향 신호의 고속 푸리에 변환 처리시 신호 주파수의 대표적인 전력 스펙트럼을 보여주며, 패널 (c)는 총 11 번의 우는 이벤트 동안 개별 신생(N = 3)의 EES 및 인간 기록 사이의 울음 지속 시간 분석의 비교를 보여준다. 도 8C는 울음 감지 통계 자료를 보여준다. 도 8D는 시간-동기화 검증을 보여주며, 여기서 패널 (a)는 장치의 개략적 구조를 보여주고, 패널 (b)는 검증 데이터를 보여준다. 도 8E는 EES로부터의 맥파 도달 시간(PAT) 추적 및 신생아의 혈압과의 그 상관관계를 보여주며, 여기서 패널 (a)는 건강한 성인을 대상으로 한 사이클링 시험 동안의 PAT-유래 수축기 혈압과 혈압 커프(표준 방법)를 비교한 결과를 보여주고, 패널 (b)는 (PAT 유래) EES 및 동맥 라인(A-라인)을 사용한 지속적인 신생아 혈압 모니터링을 보여주며, 패널 (c)는 PAT-유래 혈압 및 표준 방법과의 그 상관관계를 보여준다.
도 9A는 본 발명의 특정 실시형태에 따른 EES에 대한 탈착식 배터리 크기 옵션을 도시하며, 여기서 패널 (a)는 자석 및 1 개 또는 두 개 코인 셀 배터리의 위치를 강조 표시한 개략적인 레이아웃 및 질식 위험 한계에 해당하는 31.7 mm 직경의 원과의 비교를 보여주며, 패널 (b)는 캡슐화된 배터리의 앞면(왼쪽)과 뒷면(오른쪽)의 사진 이미지를 보여준다.
도 9B는 본 발명의 특정 실시형태에 따른 흉부 유닛에 사용되는 구불구불한 인터커넥트의 개략도를 도시한다.
도 9C는 본 발명의 특정 실시형태에 따른 흉부 유닛의 기계적 특성의 계산적 설명을 보여주며, 여기서 패널 (a)는 인터커넥트의 초기 길이(서브-시스템 간의 간격)가 Lo = 5 mm이고, 탄성 신축성을 증가시키기 위해 인터커넥트는, 초기 수평 길이가 Lo = 5 mm로부터 L* = 1.65 mm로 줄어들도록 사전 압축된 것을 보여주고; 패널 (b)는 설계 및 최적화된 인터커넥트의 탄성 신축성이 503%를 달성하는 것을 나타내는 유한 요소 분석(finite element analysis, FEA)의 시뮬레이션 결과를 보여주며, 여기서 인터커넥트의 탄성 신축성은 ε = (L-L*)/L*로 정의되고, 여기서 L은 인터커넥트의 구리 층이 제공하는 신장된 길이이고; 패널 (c)는 ~20 mm의 굽힘 반경에 대한 흉부 유닛의 구리 층에서의 변형 시뮬레이션 결과를 보여주고, 여기서 흉부 유닛의 등가 굽힘 강성은 내지 ~9.6 Nmm2이다.
도 9D는 본 발명의 특정 실시형태에 따른 사지 유닛에서 사용되는 대표적인 인터커넥트를 개략적으로 도시한다.
도 9E는 본 발명의 특정 실시형태에 따른 사지 유닛의 기계적 특성을 개략적으로 도시하며, 여기서 패널 (a) 신장, 패널 (b) 비틀림, 패널 (c) 반경 3.9 mm에서의 굽힘, 및 패널 (d) 사지 유닛의 전체 굽힘 역학 동안 대표적인 인터커넥트의 캡슐화 층(왼쪽) 및 구리 층(오른쪽)에서의 변형 분포가 도시되어 있다.
도 10A 내지 도 10C는 본 발명의 특정 실시형태에 따른 신생아/소아 집중 치료실에서의 데이터 수집을 도시한다. 도 10A는 패널 (a) 심박수, 패널 (b) 호흡수, 패널 (c) 혈액 산소화 및 패널 (d) 맥파 도착 및 전달 시간에 대한 신호 처리 알고리즘을 보여준다. 도 10B는 SpO2에 대한 상세한 신호 처리 알고리즘을 보여주며, 여기서 신호에 대한 SpO2 계산 알고리즘의 처리는 동작 잡음이 없는 패널 (a)에 및 동작 잡음이 있는 패널 (b)에 도시되어 있다. 도 10C는 24 시간 작동 동안 장치의 열 발생과 관련된 안전에 대한 대표적인 도면을 보여주며, 여기서 패널 (a)는 흉부 유닛이 24 시간 작동 이후 상당한 발열을 일으키지 않았음을 보여주며, 패널 (b)는 사지 유닛이 24 시간 작동 이후 상당한 발열을 일으키지 않았음을 보여준다.
도 11은 본 발명의 특정 실시형태에 따른 흉부 유닛에서 가속도 측정 데이터에 의해 동작 잡음이 있는 이벤트를 캡처하기 위한 개략도를 도시하며, 여기서 가속도 측정 데이터에서 더 큰 움직임의 관찰되면, 이는 A-라인(빨간색)에 의해 측정된 SBP의 스파이크가 대상의 움직임에 직접적인 영향을 미친다는 것을 시사한다.
도 12는 본 발명의 특정 실시형태에 따른 창 크기 및 재-보정 간격의 보정 효과를 보여주며, 여기서 패널 (a)는 초기 1 분 동안 단일 보정이 발생함을 나타내고, 패널 (b)는 A-라인에 대한 5 분의 PT 데이터를 보여주며, 패널 (c)는 또 다른 보정 방식이 5 분의 데이터 기간으로 30 분마다 재-보정과 관련됨을 보여준다. 보정 기간이 길수록, 평균차와 표준 편차는 모두 향상된다. 재-보정은 평균차를 줄이는 효과를 보여준다.
도 13은 본 발명의 특정 실시형태에 따른 NICU에서 흉부 유닛에 의해 캡처된 울음 특성을 보여주며, 여기서 패널 (a) 내지 패널 (c)는 NICU 내의 신생아로부터의 울거나 울지 않는 이벤트 동안 신생아 기계-음향 신호의 고속 푸리에 변환 처리시 신호 주파수의 대표적인 전력 스펙트럼을 보여준다. 신생아 기계-음향 신호는 패널 (a) 부모의 토닥거리기, 패널 (b) 휴식 이벤트, 및 패널 (c) 신생아 울음으로부터 제공되고; 패널 (d)는 흉부 유닛 및 개별적인 우는 이벤트의 인간 기록 사이의 울음 지속 시간 분석의 비교를 보여주며, 패널 (e)은 각각의 신생아(n = 3)의 울음의 기본 주파수를 보여준다.
도 14는 본 발명의 특정 실시형태에 따라 모든 집단(0.4 M 데이터 포인트)에서 얻은 심박수 및 혈액 산소화에 대한 전반적인 BA 플롯을 도시한다.
본 발명은 이제 본 발명의 예시적인 실시형태가 도시된 첨부 도면을 참조하여 아래에서 더욱 충분히 설명될 것이다.
그러나 본 발명은 많은 다른 형태로 구체화될 수 있으며 본원에 명시된 실시형태에 한정되지 않는다. 오히려, 이들 실시형태는 본 개시가 철저하고 완전하며, 본 기술 분야의 숙련자에게 본 발명의 범위를 충분히 전달하도록 제공된다. 동일한 참조 번호는 전체에 걸쳐 동일한 요소를 나타낸다.
본 명세서에서 사용되는 용어는 일반적으로, 본 발명의 맥락에서, 그리고 각각의 용어가 사용되는 특정 맥락에서, 본 기술 분야에서의 일반적인 의미를 갖는다. 본 발명을 설명하기 위해 사용되는 특정 용어는, 본 발명의 설명과 관련하여 실무자에게 추가 지침을 제공하기 위해, 아래 또는 명세서의 다른 곳에서 논의된다. 편의를 위해, 예를 들어 이탤릭체 및/또는 따옴표를 사용하여, 특정 용어는 강조 표시될 수 있다. 강조 표시 및/또는 대문자의 사용은 용어의 범위와 의미에 영향을 주지 않으며; 용어의 범위와 의미는 해당 용어가 강조 표시되는지 및/또는 대문자로 표시되는지 여부에 관계없이 동일한 문맥에서 동일하다. 동일한 것이 하나 이상의 방식으로 언급될 수 있음을 알 것이다. 결과적으로, 본원에 논의된 하나 이상의 용어에 대해 대안적인 언어 및 동의어가 사용될 수 있으며, 용어가 본원에서 상세히 설명되거나 논의되는지 여부에 대해 어떠한 특별한 의미도 부여되지 않는다. 특정 용어에 대한 동의어가 제공된다. 하나 이상의 동의어의 인용은 다른 동의어의 사용을 배제하지 않는다. 본원에서 논의된 임의의 용어의 예를 포함하여, 본 명세서 어느 곳에서든지 예의 사용은 단지 예시일 뿐이며, 본 발명 또는 임의의 도시된 용어의 범위 및 의미를 제한하지 않는다. 마찬가지로, 본 발명은 본 명세서에 주어진 다양한 실시형태로 한정되지 않는다.
제 1, 제 2, 제 3 등의 용어가 다양한 요소, 구성요소, 부위, 층 및/또는 섹션을 설명하기 위해 본원에서 사용될 수 있지만, 이들 요소, 구성요소, 부위, 층 및/또는 섹션은 이들 용어에 의해 한정되어서는 안 됨을 알 것이다. 이들 용어는 하나의 요소, 구성요소, 부위, 층 또는 섹션을 또 다른 요소, 구성요소, 부위, 층 또는 섹션과 구별하기 위해서만 사용된다. 따라서, 아래에서 논의되는 제 1 요소, 구성요소, 부위, 층 또는 섹션은 본 발명의 교시에서 벗어나지 않고 제 2 요소, 구성요소, 부위, 층 또는 섹션으로 지칭될 수 있다.
본원의 설명 아래의 청구 범위 전체에서 사용되는 바와 같이, 단수 용어의 의미는 문맥이 명백하게 달리 지시하지 않는 한 복수 대상을 포함하는 것을 알 것이다. 또한 어느 하나의 요소가 또 다른 요소 "위에" 있고, 이에 "부착된", 이에 "연결된", 이에 "결합된", 이와 "접촉하는" 등으로 언급될 때, 이는 직접 다른 요소 위에 있을 수 있고, 이에 부착되거나, 이에 연결되거나, 이에 결합되거나 이와 접촉할 수 있고, 중간 요소가 또한 존재할 수 있음을 알 것이다. 반대로, 어느 하나의 요소가 예를 들어 또 다른 요소 "위에 직접 있는", 이에 "직접 부착된", 이에 "직접 연결된", 이에 "직접 결합된" 또는 이에 "직접 접촉하는" 것으로 언급될 때, 중간 요소는 존재하지 않는다. 또한, 어느 하나의 구조 또는 특징이 또 다른 특징에 "인접하게" 배치된 것에 대한 언급은 인접한 특징과 중복되거나 겹치거나 밑에 놓이는 부분을 가질 수 있음을 본 기술 분야의 숙련자는 인식할 것이다.
본 명세서에서 사용될 때 "~로 구성된다" 및/또는 "~로 구성되는", 또는 "포함한다" 및/또는 "포함하는", 또는 "갖는다" 및/또는 "갖는"이라는 용어는 언급된 특징, 부위, 정수, 단계, 연산, 요소 및/또는 구성요소의 존재를 명시하지만, 하나 이상의 다른 특징, 부위, 정수, 단계, 연산, 요소, 구성요소 및/또는 이들의 그룹의 존재 또는 추가를 배제하지는 않음을 또한 알 것이다.
또한, "하부" 또는 "하단" 및 "상부" 또는 "상단"과 같은 상대적 용어는 도면에 도시된 하나의 요소와 또 다른 요소의 관계를 설명하기 위해 본원에서 사용될 수 있다.
상대적 용어는 도면에 도시된 방향에 더하여 장치의 다른 방향을 포함하기 위한 것임을 알 것이다. 예를 들어, 하나의 도면에 있는 장치가 뒤집힌 경우, 다른 요소의 "하부" 측면에 있는 것으로 설명된 요소는 다른 요소의 "상부" 측면에 위치한다. 따라서, "하부"라는 예시적인 용어는 도면의 특정 방향에 따라 하부 및 상부의 방향을 모두 포함할 수 있다. 유사하게, 하나의 도면에서 있는 장치가 뒤집힌 경우, 다른 요소 "아래" 또는 "밑에" 있는 것으로 설명된 요소는 다른 요소 "위에" 위치한다. 따라서 "아래" 또는 "밑에"라는 예시적인 용어는 위와 아래의 방향을 모두 포함할 수 있다.
달리 정의되지 않는 한, 본원에 사용된 (기술적 및 과학적 용어를 포함하는) 모든 용어는 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 일반적으로 알고 있는 것과 동일한 의미를 갖는다. 또한, 일반적으로 사용되는 사전에서 정의된 용어와 같은 용어는 관련 기술 및 본 개시의 맥락에서 그 의미와 일치하는 의미를 갖는 것으로 해석되어야 하며, 본원에서 명시적으로 정의되지 않는 한 이상화된 또는 지나치게 형식적인 의미로 해석되지 않음을 또한 알 것이다.
본 개시에서 "약", "대략" 또는 "실질적으로"라는 용어는 일반적으로 주어진 값 또는 범위의 20% 이내, 바람직하게는 10% 이내, 더욱 바람직하게는 5% 이내를 의미할 것이다. 본원에 제공된 수량은 대략적이며, 이는 "약", "대략" 또는 "실질적으로"라는 용어가 명시적으로 언급되지 않으면 추론될 수 있음을 의미한다.
본 개시에서 사용된 "A, B, C 중 적어도 하나"라는 문구는 비-배타적 논리 OR을 사용하여 논리(A 또는 B 또는 C)를 의미하는 것으로 해석되어야 한다. 본원에서 사용된 "및/또는"이라는 용어는 하나 이상의 나열된 관련 항목의 임의의 및 모든 조합을 포함한다.
본 개시에서 사용된 "공간적으로 분리된"이라는 용어는 피부 상의 두 개의 다른 위치를 의미하며, 여기서 이들 위치에 배치된 두 개의 센서 시스템은 물리적으로 접촉하지 않는다. 예를 들어, 하나의 센서 시스템은 몸통에 있고, 또 다른 센서 시스템은 팔다리에 있을 수 있다.
본 개시에서 사용된 "포유류 대상"이라는 용어는 살아있는 인간 대상 또는 살아있는 비-인간 대상을 의미한다. 본 발명의 예시를 위해, 장치 및 방법은 신생아 또는 유아의 생리학적 파라미터를 모니터링 및/또는 측정하기 위해 적용된다. 본 발명을 실시하는 데 있어서 어린이 또는 성인의 생리학적 파라미터를 모니터링 및/또는 측정하기 위해 장치가 또한 적용될 수 있음을 본 기술 분야의 숙련자는 알아야 한다.
아래의 설명은 본질적으로 단지 예시일 뿐이며, 본 발명, 그 적용 또는 사용을 제한하기 위한 것은 아니다. 본 발명의 광범위한 교시는 다양한 형태로 구현될 수 있다. 따라서, 본 발명은 특정 예를 포함하지만, 본 발명의 진정한 범위는 이에 한정되어는 안 되며, 도면, 명세서 및 다음의 청구 범위의 연구에서 다른 수정이 명백해질 것이기 때문이다. 명확성을 위해, 동일한 참조 번호가 유사한 요소를 식별하기 위해 도면에서 사용된다. 방법 내의 하나 이상의 단계는 본 발명의 원리를 변경하지 않고 다른 순서로 (또는 동시에) 실행될 수 있음을 알아야 한다.
서로 시간-동기화되는 다중 모드 연속 바이탈 사인을 수집하는 능력은 생리학에 대한 깊은 통찰력을 제공한다. 이는 건강 관리 모니터링에 직접 적용된다. 그러나, 보다 구체적으로, 이 기술은 생리적 바이탈 사인이 새로운 약물의 안전성과 효능 모두를 결정하는 중요한 종점인 임상 시험 연구에서 직접적인 유용성을 갖는다. 이는 본 개시에 의해 측정된 다음과 같은 생리적 바이탈 사인 중 임의의 것에서 입증할 수 있는 변화를 유도하는 임의의 약물과 특히 관련이 있다. 여기에는: 심박수, 심박 변이도, 박출량(stroke volume), 흉벽 변위, ECG, 호흡수, 호흡음(예를 들어, 천명), 혈액 산소화, 동맥 긴장(arterial tone), 온도(중추 및 말초 모두), 기침 횟수, 삼키기, 움직임, 수면, 및 발성이 포함된다.
일 양태에서, 본 발명은 포유류 대상의 생리학적 파라미터를 비침습적이고 지속적으로 측정하기 위한 장치에 관한 것이다. 도 1은 본 발명의 특정 실시형태에 따른 장치의 기능 블록도를 개략적으로 도시하고 있다. 도 1에 도시된 바와 같이, 장치(100)는 다수의 센서 시스템(110 및 150), 즉 제 1 센서 시스템(110) 및 제 2 센서 시스템(150), 및 센서 시스템(110 및 150)과 무선 통신하도록 구성된 마이크로컨트롤러 유닛(MCU)(190)을 포함한다. 센서 시스템(110 및 150)은 시간-동기화되고 서로 무선 및 양방향으로 통신하며, 각각 포유류 대상에 부착된다. 특정 실시형태에서, 각각의 센서 시스템은 표피 전자 시스템(EES)이다. 예를 들어, 도 1은 제 1 센서 시스템(110)이 포유류 대상의 제 1 신호를 검출하기 위해 포유류 대상의 제 1 위치(410)에 부착되고, 제 2 센서 시스템(150)이 포유류 대상의 제 2 신호를 검출하기 위해 포유류 대상의 제 2 위치(420)에 부착된 것을 도시하고 있다.
특정 실시형태에서, 제 2 위치(420)는 제 1 위치(410)보다 포유류 대상의 심장에서 더 멀거나 가깝다. 예를 들어, 예시적인 일 실시형태에서, 제 1 위치(410)는 포유류의 몸통 부위에 위치하고, 제 2 위치(420)는 포유류 대상의 말단 부위 또는 팔다리 부위에 위치한다. 이 경우, 제 1 신호는 몸통 부위에서 측정된 심박 신호이고, 제 2 신호는 말단 부위 또는 팔다리 부위에서 측정된 맥박 신호일 수 있다. 즉, 제 1 센서 시스템(110)은 몸통 센서 시스템이고, 제 2 센서 시스템(150)은 팔다리 센서 시스템이다. 다른 실시형태에서, 제 1 위치(410)와 제 2 위치(420)가 공간적으로 분리되어 있는 한, 제 1 위치(410)와 제 2 위치(420)는 포유류 대상의 다른 부위에 위치할 수 있다. 특정 실시형태에서, 제 1 센서 시스템(110)은 심전도(ECG) 센서 시스템일 수 있고, 제 2 센서 시스템 (120)은 광혈류 측정(PPG) 센서 시스템일 수 있다. 특정 실시형태에서, 제 1 센서 시스템(110)과 제 2 센서 시스템(150)은 별개의 물리적 장치로서 구현될 수 있다. 대안으로, 특정 실시형태에서, 제 1 센서 시스템(110)과 제 2 센서 시스템(150)은 하나의 물리적 장치에 일체로 상주할 수 있다.
각각의 센서 시스템(110 및 150)은 포유류 대상의 바이탈 사인을 검출하고 이어서 하나 이상의 대응하는 생리학적 파라미터를 생성하기 위해 사용되는 하나 이상의 센서를 포함한다. 특정 실시형태에서, 센서는 바이탈 사인을 신호로서 검출하기 위한 다양한 유형의 센서일 수 있으며, 신호는 예를 들어 심전도(ECG) 및 근전도(EMG) 기술 중 적어도 하나와 관련된 전기 신호; 움직임, 호흡 및 동맥 혈압측정과 관련된 기계적 신호; 성대 발성, 호흡음 및 심음과 관련된 음향 신호; 및 혈액 산소화와 관련된 광학 신호일 수 있다. MCU(190)는 센서 시스템(110 및 150)으로부터 생리학적 파라미터를 나타내는 출력 신호를 수신하고, 포유류 대상의 생리학적 파라미터를 디스플레이하도록 구성된다. 특정 실시형태에서, MCU(190)는 포유류 대상의 특정 바이탈 사인을 얻기 위해 출력 신호를 추가로 처리할 수 있다.
위에서 논의한 바와 같이, 특정 실시형태에서, 각각의 센서 시스템은 EES일 수 있다. 특정 실시형태에서, 제 1 EES(110)는 심전도(ECG) EES일 수 있고, 제 2 EES(150)는 광혈류 측정(PPG) EES일 수 있다. 특정 실시형태에서, 제 1 센서 시스템(110)은 ECG EES(110)(몸통 센서 시스템)이고, 제 2 센서 시스템(150)은 PPG EES(150)(팔다리 센서 시스템 또는 말단 센서 시스템)이다.
도 2A 내지 도 2D는 본 발명의 실시형태에 따라, 임상 표준 기기와 비교하여 신생아 집중 치료실(NICU)에서 생리학적 파라미터를 측정하기 위한 장치에서 초박형 피부-유사 무선 모듈의 개략도 및 사진 이미지를 보여준다. 구체적으로, 도 2A 및 2B는 두 개의 다른 예시적인 실시형태에서 EES의 기능 블록도를 도시하고 있다.
도 2A를 참조하면, 특정 실시형태에서, 센서 부재(123)는 ECG 생성을 위해 전극 거리(D)만큼 서로 공간적으로 분리된 두 개의 전극(121 및 122)을 포함하지만 이에 한정되지는 않는다. 전극(121 및 122)은 메쉬 전극 또는 고체 전극일 수 있다. 또한, 센서 부재(123)는 입력 임피던스 매칭의 필요성을 제거하고 따라서 증폭기를 측정 및 테스트 장비에서 사용하기에 특히 적합하게 하도록 구성된 두 개의 전극(121 및 122)에 전기적으로 결합된 계측 증폭기(예를 들어, Inst. Amp), 및 계측 증폭기에 전기적으로 결합되고, 신호의 대역폭을 제한하여 관심 대역에 걸쳐 나이키스트-샤논 샘플링 정리(Nyquist-Shannon sampling theorem)를 거의 또는 완전히 만족시키기 위해 신호 샘플러(signal sampler) 전에 사용되는 주파수 중복방지 필터(anti-aliasing filter, AAF)를 더 포함하지만 이에 한정되지는 않는다
도 2A를 더 참조하면, 몸통 센서 시스템(110)의 SoC(124)는 마이크로프로세서 유닛, 예를 들어, CPU, 근거리 무선 통신(NFC) 인터페이스, 예를 들어, NFC ISO 15693 인터페이스, 범용 입력/출력(GPIO) 포트, 하나 이상의 온도 센서, 및 센서 부재(123)로부터 데이터를 수신하고 수신된 데이터를 처리하기 위해 서로 통신하는 아날로그-디지털 변환기(ADC)를 포함하지만 이에 한정되지는 않는다.
또한 도 2A를 참조하면, 몸통 센서 시스템(110)의 트랜시버(transceiver, 125)는 무선 데이터 전송 및 무선 전력 수확을 위해 SoC(124)에 결합된다. 예시적인 실시형태에서, 트랜시버(125)는, NFC 프로토콜을 준수하도록 조정되고 단일 링크를 통해 무선 데이터 전송 및 무선 전력 수확을 동시에 가능하게 하도록 구성된 자기 루프 안테나(magnetic loop antenna)를 포함한다.
도 2A에 도시된 바와 같이, 말단 센서 시스템(150)의 센서 부재(163)는 센서 공간 내에 위치한 PPG 센서를 포함하고, 이 PPG 센서는 적외선(IR) 발광 다이오드(LED)(161)와 적색 LED(162)를 갖는 광원 및 IR LED(161)와 적색 LED(162)에 전기적으로 결합된 광 검출기(PD)를 갖는다. 센서 부재(163)는 또한 IR LED(161)와 적색 LED(162)를 구동하기 위해 두 개의 전극(161, 162)에 전기적으로 결합된 LED 드라이버 및 PD에 전기적으로 결합된 트랜스-Z 증폭기를 포함하지만 이에 한정되지는 않는다.
도 2A를 참조하면, 말단 센서 시스템(150)의 SoC(164)는 마이크로프로세서 유닛, 예를 들어, CPU, 근거리 무선 통신(NFC) 인터페이스, 예를 들어, NFC ISO 15693 인터페이스, 범용 입력/출력(GPIO) 포트, 하나 이상의 온도 센서, 및 센서 부재(123)로부터 데이터를 수신하고 수신된 데이터를 처리하기 위해 서로 통신하는 아날로그-디지털 변환기(ADC)를 포함하지만 이에 한정되지는 않는다.
계속 도 2B를 참조하면, 트랜시버(165)는 무선 데이터 전송 및 무선 전력 수확을 위해 SoC(164)에 결합된다. 예시적인 실시형태에서, 트랜시버(165)는 NFC 프로토콜을 준수하도록 조정되고 단일 링크를 통해 무선 데이터 전송 및 무선 전력 수확을 동시에 가능하게 하도록 구성된 자기 루프 안테나를 포함한다.
또한, 다수의 공간적으로 분리된 센서 시스템 각각은, 센서 부재, SoC 및 트랜시버를 포함하는 다수의 전자 부품에 전기적으로 연결되는 다수의 유연하고 신축성 있는 인터커넥트(도 2C 및 도 2D); 및 조직-대향면과 환경-대향면을 형성하도록 전자 부품과 다수의 유연하고 신축성 있는 인터커넥트를 둘러싸는 탄성 캡슐화 층(도 2C 및 도 2D)을 더 포함하고, 여기서 조직-대향면은 포유류 대상의 피부 표면에 순응하도록 구성된다. 일 실시형태에서, 캡슐화 층은 난연 물질을 포함한다.
작동 중에, 몸통 센서 시스템(110)(ECG EES(110))과 말단 센서 시스템(150)(PPG EES 150)은 안테나(195)를 갖는 리더 시스템(190), 대안적으로는, 마이크로컨트롤러 유닛(MCU)과 무선 통신한다. 특히, 몸통 센서 시스템(110)(ECG EES 110)과 말단 센서 시스템(150)(PPG EES 150) 모두의 RF 루프 안테나(125 및 165)는 안테나(195)와 무선 통신하고, 도 2A에 도시된 바와 같이 전력 전송 및 데이터 통신의 이중 목적을 제공한다. 일 실시형태에서, 리더 시스템(190)은 또한 NFC ISO 15693 리더, 순환 버퍼 및 블루투스 저에너지(BLE) 인터페이스를 포함하지만 이에 한정되지는 않으며, 이들은 이전에 NFC 센서에서 달성될 것보다 더 높은 속도인, 듀얼 채널에서 최대 800 바이트/초의 속도로 데이터가 연속적으로 스트리밍될 수 있도록 구성된다. 이러한 높은 속도를 달성하기 위한 핵심은 데이터를 순환 버퍼에 6 개의 블록(24 바이트)으로 패키징함으로써 전송과 관련된 오버헤드(overhead)를 최소화하는 것이다. 주 안테나(195)는 RF 전력을 ECG EES(110)와 PPG EES(150)로 동시에 전송하기 위해 호스트 시스템에 연결된다. 이와 같이, 장치는, 전형적인 인큐베이터에서 풀 커버리지 무선 작동을 위해, 생물학적 조직, 침구, 담요, 패딩 매트리스, 전선, 센서 및 NICU 인큐베이터에서 발견되는 기타 물질을 통해 최대 25 cm의 수직 거리에서 작동할 수 있다. BLE 무선 전송은 최대 20 m 범위의 개인용 컴퓨터, 태블릿 컴퓨터 또는 스마트폰으로의 데이터 전송을 가능하게 한다. 병원의 중앙 모니터링 시스템에 대한 연결은 간단한 방식으로 설정될 수 있다.
도 2B 내지 도 2D에 도시된 또 다른 실시형태에서, 제 1 센서 시스템(210)과 제 2 센서 시스템(250)은 도 2A에 도시된 제 1 센서 시스템(110) 및 제 2 센서 시스템(150)과 유사하지만, 제 1 센서 시스템(210)과 제 2 센서 시스템(250) 각각은 상기 센서 시스템에 전력을 제공하기 위한 배터리(205), 및 배터리(205)와, SoC(224/264) 및 트랜시버(안테나)(195)에 전기적으로 결합된 전력 관리 유닛/IC (PMIC)(206)를 더 포함한다. 전력 관리 유닛(206)은 기본 무선 전력 전송 및 휴대성을 위한 보조 배터리(205)의 이중 전력 작동 모드를 작동 가능하게 포함한다. 또한, 제 1 센서 시스템(ECG EES)(210)의 센서 부재(또는 센서 회로)(223)는 fECG 측정을 위한 선택 전극 및 ECG 아날로그 프론트 엔드(AFE) 위에서 심진동파(SCG) 및 호흡수 측정을 위한 6축 관성 측정 유닛(IMU)을 더 포함한다. 제 2 센서 시스템(PPG EES)(250)의 센서 부재(또는 센서 회로)(263)는 또한 동작 잡음 감소 알고리즘을 위한 PPG AFE 및 6축 IMU를 더 포함한다. 제 1 센서 시스템(210)과 제 2 센서 시스템(250) 각각의 SoC(224/264)는 다운-샘플러 및 BLE 라디오를 더 포함한다. 전력 관리 유닛(206)과 센서 부재(223 및 263) 각각은 BLE SoC(224/264)에 의해 제어된다.
특정 실시형태에서, 배터리(205)는 무선 충전으로 작동 가능하게 충전되는 충전식 배터리이다. 일 실시형태에서, 제 1 센서 시스템(210)과 제 2 센서 시스템(250) 각각의 전자 부품은 단락 보호 부품인 고장 방지 요소 또는 배터리 폭발을 방지하기 위한 배터리 회로(도시되지 않음)를 더 포함한다.
위에서 논의된 실시형태에서, 각각의 센서 시스템은 EES일 수 있다. 그러나, 특정 실시형태에서, 하나 이상의 센서 시스템은 EES 이외의 시스템일 수 있다. 예를 들어, 일 실시형태에서, 도 1에 도시된 바와 같은 제 1 센서 시스템(110)은 관성 운동 센서 시스템 또는 가속도계 시스템으로 구현될 수 있고, 제 2 센서 시스템(110)은 여전히 PPG EES일 수 있다.
도 3A는 본 발명의 특정 실시형태에 따른 포유류 대상의 생리학적 파라미터를 비침습적으로 측정하는 방법의 흐름도를 도시하고 있다. 특정 실시형태에서, 도 3A에 도시된 방법은 도 1에 도시된 장치 상에서 구현될 수 있다. 본 개시에서 달리 명시되지 않는 한, 방법의 단계는 다른 순차적 순서로 배치될 수 있으며, 따라서 도 3A에 도시된 바와 같은 순차적 순서로 제한되지 않는다는 점에 특히 유의해야 한다.
도 3A에 도시된 바와 같이, 절차 310에서, 센서 시스템(즉, 도 1에 도시된 바와 같은 제 1 센서 시스템(110)과 제 2 센서 시스템(150))이 포유류 대상에 이용된다. 예를 들어, 제 1 센서 시스템(110)은 포유류 대상의 심장 박동을 측정하기 위해 포유류 대상의 맥박을 측정하기 위해 몸통 부위(410)의 제 1 위치에 부착되고, 제 2 센서 시스템(150)은 포유류 대상의 팔다리 부위(420)의 제 2 위치에 부착된다. 또한, 센서 시스템(110 및 150)은 MCU(190)와 무선 통신하고, 시간-동기화되며 제 1 및 제 2 위치에 의해 정의된 거리만큼 공간적으로 분리된다.
절차 320에서, 센서 시스템(110 및 150)은 포유류 대상의 생리학적 파라미터를 측정하거나 모니터링하기 위해 사용된다. 특정 실시형태에서, 포유류 대상의 생리학적 파라미터는: 심박수, 심박 변이도, 심음, 혈압, 흉벽 변위, 근전도, 심전도, 혈액 산소화, 호흡수, 호흡 노력, 호흡 박자, 일회 호흡량, 기침, 코골이, 재채기, 헛기침, 천명, 무호흡증, 저호흡증, 신체 활동, 심부 위치, 말초 팔다리 위치, 긁기, 발성, 문지르기, 걷기, 수면의 질, 수면 시간, 수면 중 깨어있는 시간, 피부 온도, 심부 체온 및 이들의 조합 중 하나 이상을 포함한다 생리학적 파라미터가 얻어지면, 센서 시스템(110 및 150)은 각각 대응하는 출력 신호를 생성할 수 있으며, 이들 출력 신호는 MCU(190)에 무선으로 전송된다.
절차 330에서, MCU(190)는 센서 시스템(110, 150)으로부터 생리학적 파라미터를 수신한다. 구체적으로, MCU(190)는 제 1 센서 시스템(110)과 제 2 센서 시스템(150)으로부터 출력 신호를 수신하고 이어서 생리학적 파라미터를 얻기 위해 출력 신호를 처리한다. 절차 340에서, MCU(190)는 생리학적 파라미터를 디스플레이할 수 있다.
위에서 논의한 바와 같이, 모니터링 또는 측정될 수 있는 생리학적 파라미터 중 하나는 포유류 대상의 혈압이다. 도 3B는 본 발명의 특정 실시형태에 따른 포유류 대상의 혈압을 비침습적이고 지속적으로 측정하는 방법의 흐름도를 도시하고 있다. 특정 실시형태에서, 도 3B에 도시된 방법은 도 1에 도시된 장치 상에서 구현될 수 있다. 본 개시에서 달리 명시되지 않는 한, 방법의 단계는 다른 순차적 순서로 배치될 수 있으며, 따라서 도 3B에 도시된 바와 같은 순차적 순서로 제한되지 않는다는 점에 특히 유의해야 한다.
도 3B에 도시된 바와 같이, 절차 350에서, MCU(190)는 포유류 대상의 제 1 신호를 측정하기 위해 포유류 대상의 제 1 위치(410)에 배치된 제 1 센서 시스템(110) 및 포유류 대상의 제 2 신호를 측정하기 위해 포유류 대상의 제 2 위치(420)에 배치된 제 2 센서 시스템(150)으로부터 출력 신호를 수신한다. 특정 실시형태에서, 제 1 위치(410)는 포유류 대상의 몸통 부위에 있고, 제 2 위치(420)는 포유류 대상의 말단 부위 또는 팔다리 부위에 있다. 이 경우, 제 1 신호는 몸통 부위에서 감지된 심박 신호이고, 제 2 신호는 말단 부위 또는 팔다리 부위에서 감지된 맥박 신호일 수 있다. 절차 355에서, MCU(190)는 출력 신호를 처리하여, 제 1 신호의 검출과 제 2 신호의 검출 사이의 시간 지연(Δt)으로서 맥파 도달 시간(PAT)을 결정할 수 있다. PAT가 결정되면, 절차 360에서, MCU(190)는 PAT 및 제 1 위치(410)와 제 2 위치(420) 사이의 맥파 도달 거리(L)를 기반으로 맥파 속도(PWV)를 결정할 수 있다. 일 실시형태에서, PWV는 다음에 의해 결정된다:
방정식 1을 기반으로 PWV가 얻어지면, 절차 365에서, MCU(190)는 PWV로부터 포유류 대상의 혈압(P)을 더 계산하고 결정할 수 있으며, 여기서 P는 PWV의 포물선 함수이다. 일 실시형태에서, P와 PWV 사이의 관계는 다음과 같이 표현될 수 있다:
여기서 α와 β는 는 포유류 대상의 동맥 구조 및 동맥 물질 특성에 따라 경험적으로 결정된 상수이다. 일 실시형태에서, 5 kPA 내지 20 kPa의 혈압 범위에서,
0.13 kPa x s2/m2 ≤ α ≤ 0.23 kPa x s2/m2이고; 및
2.2 kPa ≤ β ≤ 3.2 kPa이다.
일 실시형태에서, 센서 시스템 각각은 전원 공급 장치를 더 포함하고, 전원 공급 장치는 내장형 전원 공급 장치 또는 분리형 모듈형 전원 공급 장치이다.
일 실시형태에서, 센서 시스템 각각은 근거리 무선 통신(NFC) 프로토콜 또는 블루투스 프로토콜을 통해 MCU와 무선 통신한다. 일 실시형태에서, 센서 시스템 각각은 단일 링크를 통해 무선 데이터 전송 및 무선 전력 전송을 가능하게 하기 위해 NFC 프로토콜에 따른 자기 코일을 포함한다.
일 실시형태에서, 각각의 센서 시스템은 위치 또는 움직임 모니터링을 위한 가속도계; 및 온도를 측정하기 위한 온도 센서 중 하나 이상을 더 포함한다.
일 실시형태에서, 각각의 센서 시스템은 방수형이다.
특정 실시형태에서, 위에서 논의된 센서 시스템, 장치 및 방법은 다목적이며 다음과 같은 임상 응용을 포함하는 다양한 건강 관리 응용에 사용될 수 있다:
- 신생아 집중 치료실의 중환자 치료 모니터링
- 소아 집중 치료실의 집중 치료실 모니터링
- 신생아/소아 심장 치료실의 중환자 치료 모니터링
- 신생아/소아 신경집중 치료실의 중환자 치료 모니터링
- 고위험 신생아를 위한 퇴원 후 가정 모니터링
- 고위험 산모/태아 모니터링을 위한 분만-전(ante-partum) 가정 모니터링
- 산고를 겪고 있는 여성을 위한 분만-중(intra-partum) 모니터링
- 고위험 여성을 위한 분만-후(post-partum) 모니터링
- 디지털 건강/디지털 의료
- 임상 시험
특정 실시형태에서, 위에서 논의된 센서 시스템 및 장치는 생리학적 파라미터에 영향을 미치는 치료제의 지원 및 개발에서 포괄적이고 연속적이며 인체 외부(on-body) 센서 시스템으로서 더 사용될 수 있다. 임상 시험은 여전히 신약에 대한 비용이 많이 들고 위험성이 높은 제안이다. 작지만 임상적으로 의미 있는 변화를 감지하고 측정하는 새로운 결과 측정 도구가 지속적으로 필요하다. 이러한 도구는 다음과 같은 여러 가지 용도로 사용된다:
- 중환자 치료, 급성 환자, 외래 환자 또는 가정 환경에서 주어진 약물의 이점과 위험에 대한 객관적인 표시 제공
- 규제 기관(예를 들어, FDA)의 새로운 치료제 승인을 촉진하는 규제 종점 역할
- 약물의 안전성 및 효능에 대한 시판-후 감시
- 라벨 정보 처방 및 마케팅을 지원하는 데이터
- 생리학적 결과를 추적하고, 환자가 보고한 결과를 요청하고, 사용자와 임상 제공자 모두에게 실시간 또는 요약 피드백을 제공하기 위한 디지털 생태계 내의 환자의 참여.
특정 실시형태에서, 위에서 논의된 장치 및 방법은 여러 가지 다양한 응용에서 사용될 수 있다. 예를 들어, 이 기술의 적용 가능성은 광범위한 치료제에 걸쳐 광범위하다. 전기 신호(예를 들어, ECG, EMG), 기계적 신호(예를 들어, 흉벽 움직임, 호흡, 동맥 혈압측정), 음향 신호(예를 들어, 성대 발성, 심음) 및 광학 신호(예를 들어, 혈액 산소화)로 특징지어지는 생리적 바이탈 사인에 영향을 주는 모든 제제는 본원에 기술된 기술과 쌍을 이룰 수 있다.
특정 실시형태에서, 센서가 측정하는 측정 가능한 생리학적 파라미터에 대한 직접적인 영향을 고려할 때, 가장 관련성이 높은 이 기술과 쌍을 이루는 치료제가 존재한다. 특히, 집중 치료실, 전염병, 호흡기 내과, 및 심장 내과에서 사용되는 치료제가 가장 관련 있다.
특정 실시형태에서, 위에서 논의된 장치 및 방법은 감염성 질병에 대한 응용의 맥락에서 진단, 모니터링, 관리 및 치료에도 적용 가능하다:
- 호흡기 세포융합 바이러스 감염에 대해 개발 중인 백신 및 치료제: 예로는 RSV 6120/ΔNS1, RSV 6120/F1/G2/ΔNS1, RSV- MVA-BN® 백신, RSV F 백신, ALS-008176, BTA-C585, PC786, ALN-RSV01, PanAd3-RSV, MVA-RSV, 프레사토비르(Presatovir), GSK3844766A, GSK3389245A, GSK3003891A, GSK3888550A, AK0529, 헬리옥스(Heliox), 팔리비주맙(Palivizumab), GS-5806, MDI8897, PC786, EDP-938, RSV ΔNS2/Δ1313/I1314L, RSV 276, RSV D46/NS2/N/ΔM2-2-HindIII, D46/NS2/N/ΔM2-2-HindIII, RSV LID ΔM2-2 1030s, GSK3003892A, GSK3003893A, GSK3003895A, GSK3003896A, GSK3003898A, GSK3003899A, 모타비주맙(motavizumab)(MEDI-524), 프레사토비르, RSV cps2 백신, RSV ΔNS2 Δ1313 I1314L 백신, 비라졸(virazole), A-60444, GS-5806, 섭타부맙(suptavumab), RV521, AK0529, RSV 다클론 면역글로불린(RSV polyclonal immunoglobulin), VRC-RSVRGP084-00VP, Ad26.RSV.preF, RSV A 멤피스 37(RSV A Memphis 37), Influenza A/California/04/2009, rRSV A/Maryland/001/11, Ad35.RSV.FA2, DPX-RSV(A), RSV(A)-Alum, JNJ- 53718678, ALS-008176, BTA9881, MEDI8897, 루미시타빈(lumicitabine), ALX-0171, EDP- 938, SeVRSV 백신, EDP-938, rBCG-N-hRSV 1/100, 다니릭신(danirixin), CXCL1, ALS-008176, MDT-637, ALS-008176, ALS-008112, PC786, 벡세로(Bexsero), GSK3389245A_HD, RSV preF Protein, JNJ-64417184, 아데노바이러스 RSV-TK, 및 MDT-637, GSK3389245A, MEDI8897, MVA-BN RSV, rBCG-N-hRSV, synGEM, VXA-RSV-f oral, SeVRSV, RSV 6l20/delta NS2/l030s가 있다.
- 에볼라 바이러스에 대해 개발 중인 백신 및 치료제: 예로는 BCX4430, brincidofovir, favipiravir, GS-5734가 있다.
- 결핵에 대해 개발 중인 백신 및 치료제: 예로는 수테졸리드(sutezolid), BTZ 043, 니타조사나이드(nitazoxanide), Q203, SQ109, Ad5 Ag85A, DAR-901, Hl:IC31, H4:IC31, H56: IC31, ID93+GLA-SE, M72+AS01E, MTBVAC, RUTI, TB/FLU- 04L, 바카이(vaccae), VPM 1002 (rBCG), 베다퀼린(bedaquiline), 델파졸리드(delpazolid), GSK-3036656, OPC-167832, PBTZ-169, Q203, SQ109, 수테졸리드(sutezolid), TBA-7371가 있다.
- 지카 바이러스(zika virus)에 대해 개발 중인 백신 및 치료제: 약독화 부탄탄(butantan attenuated), 부탄탄 ZIKV, ChadOx1-Zk, Chimerivax-Zika, GEO-ZM05, GLS-500, mRNA- 1325, MV-Zika, NI.LV-Zk, replikins zika 백신, rZn V-3'D4delta30.
- 말라리아에 대해 개발 중인 백신 및 치료제: ACT451840, AQ13, 아르테페노멜(artefenomel), 아르테미시닌-나프토퀸 (artemisinin-napthoquine), 아르테수네이트+페로퀸(artesunate+ferroquine), CDRI 87/78, DSM265, 포스미도마이신(fosmidomycin), KAE609, KAF156/루메판트린(KAF156/lumefantrine), MMV390048, P218, SAR97276, 세부파린(sevuparin), SJ557733, 타페노퀸(tafenoquine)
- 뎅기열에 대해 개발 중인 백신 및 치료제: CYD-TDV, TDENV-PIV, TDENV-LAV, TDV, TV003, TVDV, V180
- 리프트 밸리열(rift valley fever)에 대해 개발 중인 백신 및 치료제: 예로는 RVP MP-12가 있다.
- 폐렴 구균 감염에 대해 개발 중인 백신 및 치료제
- 패혈증 또는 중환자 치료의 맥락에서 사용되는 항생제, 항바이러스제, 항진균제 또는 항기생충제인, 개발 중인 백신 및 치료제
- 인플루엔자에 대해 개발 중인 백신 및 치료제
- 폐렴(박테리아, 곰팡이, 바이러스)에 대해 개발 중인 백신 및 치료제
특정 실시형태에서, 위에서 논의된 장치 및 방법은 또한 수면 의학의 맥락에서 진단, 모니터링, 관리 및 치료에도 적용 가능하다:
- 폐쇄성 수면 무호흡증에 대해 개발 중인 백신 및 치료제: 예로는 노르아드레날린(noradrenaline) 및 도파민(dopamine)을 표적으로 하는 치료제, 칼륨 채널 차단제(potassium channel blocker)를 표적으로 하는 치료제, 세로토닌(serotonin)을 조절하는 치료제, 아세틸콜린, 테트라하이드로칸나비놀(tetrahydrocannabinol), 크산틴(xanthine), 탄산탈수효소 억제제(carbonic anhydrase inhibitor)를 표적으로 하는 치료제, 및 γ-아미노부티르산-벤조다이아제핀 수용체 복합체(γ-aminobutyric acid-benzodiazepine receptor complex)를 표적으로 하는 약물이 있다.
특정 실시형태에서, 위에서 논의된 장치 및 방법은 또한 심장과 관련된 응용의 진단, 모니터링, 관리 및 치료에도 적용 가능하다:
- 심장 부정맥에 대해 개발 중인 백신 및 치료제
- 혈압에 영향을 미치는, 개발 중인 백신 및 치료제(혈압상승제(pressor) 및 항-고혈압제(anti-hypertensive) 모두)
특정 실시형태에서, 위에서 논의된 장치 및 방법은 호흡기 약물을 포함하는 응용의 진단, 모니터링, 관리 및 치료에도 적용 가능하다:
- 천식에 대해 개발 중인 백신 및 치료제
- 만성 폐쇄성 폐 질환에 대해 개발 중인 백신 및 치료제
- 유아 호흡 곤란 증후군에 대해 개발 중인 백신 및 치료제
- 낭포성 섬유증에 대해 개발 중인 백신 및 치료제
특정 실시형태에서, 위에서 논의된 장치 및 방법은 또한 알레르기/면역학을 포함하는 적용의 진단, 모니터링, 관리 및 치료에 적용 가능하다:
- 과민증을 포함하는 알레르기 질환에 대해 개발 중인 백신 및 치료제
- 폐에 영향을 미치는 알레르기 질환에 대해 개발 중인 백신 및 치료제
도 3C 내지 도 3E는 본 발명의 특정 실시형태들에 따라 위에서 논의된 장치 및 방법의 다양한 응용의 다수의 흐름도를 도시하고 있다. 특정 실시형태에서, 도 3C 내지 도 3E에 도시된 응용 및 방법은 도 1에 도시된 장치 상에서 구현될 수 있다. 특히, 본 개시에서 달리 명시되지 않는 한, 방법의 단계는 다른 순차적 순서로 배치될 수 있으며, 따라서 도 3C 내지 도 3E 각각에 도시된 바와 같은 순차적 순서로 제한되지 않는다는 점에 특히 유의해야 한다.
도 3C는 본 발명의 특정 실시형태에 따라 포유류 대상에서 질병에 대한 백신을 개발하는 방법의 흐름도를 도시하고 있다. 도 3C에 도시된 바와 같이, 절차 370에서, 질병이 없는 포유류 대상에게 백신 제제가 제공된다. 백신 제제가 제공되면, 절차 372에서, 포유류 대상의 생리학적 파라미터를 얻기 위해, 일정 기간 동안 지속적으로 포유류 대상이 모니터링된다. 절차 375에서, 일정 기간 동안 포유류 대상에 대한 백신 제제의 효과는 얻어진 생리학적 파라미터를 기반으로 평가될 수 있다.
도 3D는 본 발명의 특정 실시형태에 따라 포유류 대상에서 질병에 대한 치료제를 개발하기 위한 방법의 흐름도를 도시하고 있다. 도 3D에 도시된 바와 같이, 3D, 절차 380에서, 질병이 있는 포유류 대상에게 치료제가 제공된다. 치료제가 제공되면, 절차 382에서, 포유류 대상의 생리학적 파라미터를 얻기 위해, 일정 기간 동안 지속적으로 포유류 대상이 모니터링된다. 절차 385에서, 일정 기간 동안 질병에 대한 치료제의 효과는 생리학적 파라미터를 기반으로 평가될 수 있다.
도 3E는 본 발명의 특정 실시형태에 따른 포유류 대상에서 질병을 진단하기 위한 방법의 흐름도를 도시하고 있다. 도 3E에 도시된 바와 같이, 절차 390에서, 포유류 대상의 생리학적 파라미터를 얻기 위해, 일정 기간 동안 지속적으로 포유류 대상이 모니터링된다. 절차 392에서, 생리학적 파라미터를 기반으로 포유류 대상이 질병이 있는지 여부에 대한 결정이 이루어질 수 있다. 포유류 대상이 질병이 있는 것으로 진단된 경우, 절차 395에서, 생리학적 파라미터를 기반으로 질병의 상응하는 치료가 수행될 수 있다. 일 실시형태에서, 치료는 포유류 대상에게 호흡기 약물을 제공하는 것을 포함하며, 여기서 호흡기 약물의 유형 및 투여량은 생리학적 파라미터를 기반으로 결정될 수 있다.
위에서 논의된 장치 및 방법은 바이탈 사인 모니터링 시스템 및/또는 소아 의료 장치의 일부로 사용될 수 있다. 특정 실시형태에서, 생존력(viability) 한계에 근접한 재태 연령(gestational age)에서도 신생아의 피부에 부드럽고 비침습적으로 인터페이스할 수 있는, 바이노달 쌍(bi-nodal pair)의 얇은 저-모듈러스 측정 모듈을 이용하는 배터리-구동 무선(예를 들어, Bluetooth 5 지원) 바이탈 사인 모니터링 시스템이 개시된다. 이 기술의 핵심적인 구별되는 특징은 모든 바이탈 사인을 모니터링하는 동시에 충전 사이에 적어도 24 시간 연속 사용을 가능하게 하는 저-배터리 전원 작동을 포함한다. 이러한 설계를 통해, 현재는 측정되지 않은 고급 생리학적 파라미터 외에도 전통적인 바이탈 사인을 측정할 수 있다. 피부 인터페이스 및 센서의 전기/기계적 설계는 심장 제세동(cardiac defibrillation)과 같은 인명 구조 개입 중에도 연약한 신생아 피부와의 안전한 통합을 가능하게 한다. 본 발명은 또한 무선 에너지 수확 방식을 사용하는 것과 같은 무선 수단을 사용하여 전력을 공급받는 시스템을 포함한다.
특정 실시형태에서, 위에서 논의된 방법은 본원에 기술된 센서 네트워크, 센서 시스템 및 전자 부품 중 임의의 것을 사용할 수 있다. 특정 실시형태에서, 본 발명은 또한 본원에 기술된 임의의 방법을 수행하기 위한 임의의 센서 네트워크에 관한 것이다.
특정 실시형태에서, 본 발명은 생리학적 파라미터의 무선 모니터링을 위한 센서 네트워크를 제공하며, 센서 네트워크는: 다수의 시간-동기화 센서 시스템으로서, 각각의 센서 시스템은 생리학적 파라미터를 측정하거나 모니터링하는 센서를 포함하는, 다수의 시간-동기화된 센서 시스템과; 다수의 시간-동기화된 센서 시스템에 대해 데이터를 무선으로 전송하기 위한 양방향 무선 통신 시스템; 및 모니터링된 생리학적 파라미터의 실시간 디스플레이, 모니터링된 생리학적 파라미터의 기록 및/또는 불일치 상태에 대한 경보를 위해 양방향 무선 통신 시스템과 통신하는 원격 리더를 포함한다.
특정 실시형태에서, 본 발명은 본질적으로 분리형 전원 공급 장치(예를 들어, 배터리)를 제공하는 모듈형인 무선 센서 시스템을 제공한다. 일 실시형태에서, 본 발명은 수중 또는 고습 조건 또는 땀을 많이 흘리는 환경에서 사용할 수 있는 방수 기능을 갖춘 무선 센서 시스템을 제공한다. 일 실시형태에서, 본 발명은, 임상 시험 연구와 관련되고, 새로운 치료제의 승인을 지원하며, 디지털 헬스(digital health)를 지원하는 이용 사례를 위한 무선 센서 시스템을 제공한다.
특정 실시형태에서, 본 발명의 특징은 다음을 포함할 수 있다:
- 구불구불한 인터커넥트를 통해 센서의 표면적을 최소화하는 새로운 접이식 전자 보드 디자인
- 연약한 피부 상에 장치를 유지할 수 있지만 신속한 배터리 교체로 지속적인 작동을 가능하게 하는, 전자 회로 기판에서 완전히 분리되는, 제거 가능한 모듈형 배터리를 포함하는 다중 모드 전원 옵션
- 적어도 72 시간 연장된 저전력 작동으로 인한 더 긴 작동 시간
- 디지털 의료 평가를 향한 이러한 기술 적용, 특히 임상 시험을 위한 약물 개발 도구로서의 장치 결합.
도 4는 본 발명의 특정 실시형태에 따른 광범위한 치료제의 개발, 테스트, 승인 및 시판-후 추적을 지원하기 위한 웨어러블 센서 기술의 사용을 나타내는 흐름도를 도시하고 있다.
특정 실시형태에서, 위에서 논의된 장치 및 방법은 광범위한 응용과 관련된 이점을 제공한다:
- 역학: 접이식 전자 기판 및 구불구불한 인터커넥트의 사용은, 전자 부품을 통합하는 표면적을 최소화하면서 기판의 높은 신축성을 제공한다. 부드러운 실리콘 쉘(silicone shell) 내에 ECG와 PPG를 모두 캡슐화하면, 전선과 전자 장치가 노출되지 않는다. 보다 정확하게, 캡슐화 공정은, 접착제 층을 사용하여 전자 장치가 적층된 실리콘의 평평한 층(예를 들어, 엘켐(Elkem)의 실비온(Silbione) RTV 4420) 및 이 전자장치를 덮는 동일한 실리콘의 쉘 층(shell layer)의 사용을 수반한다. 평평한 층과 쉘은 경화되지 않은 실리콘 층을 통해 접착된다. 캡슐화 전에, 실리콘 보드(예를 들어, Silbione RT GEL 4717 또는 Ecoflex Gel)에 부드러운 실리콘 젤 층을 추가하여, 장치의 전체적인 부드러움을 향상시키고 변형 절연 층 역할을 한다. 모든 실리콘에 대한 경화 단계는 오븐 내에서 수행된다(온도 범위 70-100℃). 결과적인 장치는 신체에 배치될 때 겪는 일반적인 변형과 일치하는 수준의 신장 기능을 피부 적합성에 결합한다.
- 전극 방수: ECG 장치는 신체에서 ECG 전기 신호를 캡처하기 위한 두 개의 전극으로 구성된다. 방수 장치를 제공하기 위해, 두 측정 지점에서의 전기 접촉은, 메인 실리콘 캡슐화 쉘에 (예를 들어, 코로나 처리 사용하여) 완전히 결합된 카본 블랙 PDMS(CB-PDMS) 패드를 통해 이루어지며, 결과적으로 개구가 없는 실리콘 캡슐화가 된다. CB-PDMS 패드로부터 전자 기판의 금 전극으로의 접촉은 전도성 접착제를 통해 이루어진다.
- 전력: 더 나은 모듈성을 제공하기 위해, 설계는 (i) 내장형 배터리, (ii) 모듈형 배터리, (iii) 모듈형 코일의 세 가지 다른 전력 공급 방식을 포함한다. (ii) 및 (iii)의 경우, 배터리와 코일 모듈은 교체될 수 있으며, 자석 연결을 통해 메인 모듈(전력 공급 부분을 제외한 모든 전자장치를 포함함)에 연결된다. 연약한 피부에서 장치를 분리하지 않고 배터리를 교체할 수 있으므로, 접착제가 벗겨지는 횟수가 제한된다. 또한, 메인 모듈에 배터리가 없기 때문에, 이 부분은 보다 광범위한 위생 처리를 위해 오토클레이브 가능하다. 교체 가능한 배터리 유닛은 용량 및 크기 변화와 관련된 다양한 수명을 포함하고, 배터리 유닛은 센서 보드의 자석 인터커넥트에 결합된다. 가장 얇은 프로파일은 CR1216 코인 셀 배터리를 사용하여 달성되며, 최대 두께가 3 mm인 배터리 모듈이 된다.
특정 실시형태에서, 위에서 논의된 장치 및 방법은 관련 기술의 시스템에 비해 특정 이점을 제공한다. 이전 그룹은 내장형 센서와 무선 통신 기능을 갖춘 신생아 조끼를 개발하였다. 다른 그룹은 신생아 침대를 설치하였다. 이들 시스템은 부피가 크고 신생아의 상당한 표면적을 덮기 때문에 실용적이지 않으며, 의료 서비스를 단순화하는 대신에 이를 더욱 복잡하게 한다. 이전에 보고된 또 다른 기술은 연구 단계에 불과한데, 이는 여전히 다수의 와이어를 필요로 하고, 특히 움직이는 신생아의 맥락에서 충실도가 높은 감지를 가능하게 하는 긴밀한 피부 연결이 없다.
본 발명의 이들 및 다른 양태는 아래에서 더 설명된다. 본 발명의 범위를 제한하려는 의도 없이, 본 발명의 실시형태에 따른 실시예가 아래에 제공된다. 독자의 편의를 위해 실시예에서 제목 또는 부제가 사용될 수 있으며, 이는 본 발명의 범위를 제한하지 않아야 한다. 또한, 특정 이론이 본원에 제안되고 개시되지만, 이들이 옳건 그르건, 본 발명이 특정한 이론이나 작동 방식에 관계없이 본 발명에 따라 실행되는 한, 이들은 본 발명의 범위를 제한해서는 안 된다.
실시예 1
본 발명의 일 양태와 관련된 이 실시예는 신생아 및 소아 환자에 대해 최대 24 시간 동안 지속적이고 비침습적으로 생리학적 신호를 모니터링하는 바이노달, 무선 및 기계적으로 부드러운 전자 플랫폼에 관한 것이다. 이 웨어러블 플랫폼의 공학 기술의 발전은, 신생아 및 소아 환자 관리 향상을 목표로 하는 다중 모드 전원 옵션, 부드러운 역학, 및 고급 임상 진단 기능, 즉 치료에 도움이 되는 캥거루 케어(KMC)라고도 피부-대-피부 케어, 울음 신호 패턴 및 지속 시간의 정량화, 및 심박수, 호흡수, 온도 및 동맥 산화도를 포함하는 임상 바이탈 사인의 무선 캡처와 함께, 비침습적이고 지속적인 혈압 평가를 포함한다. 플랫폼은 재태 연령(gestational age, GA)이 23 내지 41 주인 신생아 집중 치료실(NICU)의 신생아 환자 40 명 및 생활 연령(chronological age, CA)이 최대 3 년인 소아 집중 치료실(PICU)의 소아 환자 10 명을 대상으로 한 임상 연구에 의해 검증되었다. 임상 연구에 따르면, 이 플랫폼은 병원의 임상 표준과 비교할 때 최대 24 시간 동안 정확한 바이탈 사인 측정을 지속적으로 입증하는 동시에, 캥거루 케어 및 우는 행위의 추적과 같은 바이탈 사인 측정 이상의 더 고급 수준의 기능을 안정적으로 제공한다.
구체적으로, 이 실시예는 최대 24 시간 동안 생리학적 신호의 장기간 무선 모니터링을 가능하게 하는, EES라고 하는, 신생아 친화적이고 부드러우며 신축성 있는 전자 플랫폼을 입증한다. 이 플랫폼은 신생아/소아 집중 치료실에서 임상적으로 검증되었으며, 임상 표준과 비교할 때 심박수(HR), 호흡수(RR), 동맥 산화도(SpO2), 온도 및 혈액(BP)을 포함하는 바이탈 사인의 장기적이고 정확한 비침습적 측정을 입증하였다. 또한, 다중 모드 무선 장치를 사용하면, 신생아 및 소아 관리의 개선을 위한 울음 분석 및 치료에 도움이 되는 피부-대-피부 케어 추적과 같은, 종래의 임상 표준을 벗어난 생리학적 신호를 탐색할 수 있다.
KMC는 신생아가 부모의 가슴에 안겨 피부-대-피부 접촉을 제공하는 치료 방법이다. KMC는 신생아 사망률을 낮추고, 심박수, 온도 및 호흡수를 안정화하며, 감염 위험을 줄이는 것으로 알려져 있다. 자원이 부족한 국가에서, KMC는 고비용 인큐베이터 대신에 지속적으로 수행되어, 신생아 건강과 부모/유아 유대감을 강화한다. 그러나, KMC의 치료에 도움이 되는 이점에도 불구하고, KMC 준수를 정량화하는 것은 여전히 어렵고, 종종 부모에 의한 자가-보고에 의존한다. 또한, KMC 기간 동안의 바이탈 사인 모니터링은 신생아에 대해 유선 센서를 사용하는 경우 특히 어렵다. KMC 이벤트를 식별할 수 있을 뿐만 아니라 동시에 바이탈 사인을 측정할 수 있는, 피부-대-피부 접촉에 방해가 되지 않는 무선 작동 모드 및 역학을 갖는 시스템은 따라서 KMC의 이점 및 결과적으로 부모와 간병인에게 전달되는 유익한 정보를 정량화할 수 있는 수단을 제공한다.
이 실시예에서, 최대 24 시간의 연속 작동으로 검증된 신생아 및 소아 바이탈 사인 모니터링을 위해 기계적으로 부드럽고 신축성 있는 무선 전자 플랫폼이 제공된다. 이 플랫폼은 임상 및 사용자 선호도에 따라 작동할 수 있는 다음과 같은 다중 모드 전원 옵션을 제공한다: (1) 센서 내부의 충전식 배터리가 시스템을 작동에 필요한 전력을 지원하여, 장기적인 바이탈 사인 모니터링, 안정적인 작동, 및 비용 효율성을 제공하는 내장형 배터리 플랫폼, (2) 피부/센서 인터페이스를 방해하지 않고 교체될 수 있는 배터리 인터페이스를 통해 전원이 공급되는 교체 가능한 배터리 플랫폼으로서, 미발달 피부를 갖는 조산아를 돌볼 때 특히 매력적인 옵션, (3) RF 루프 안테나가 있는 모듈형 장치가 전형적인 인큐베이터 아래에 있는 기본 안테나에 의해 전원이 공급되고, 전체 센서의 가장 얇은 프로파일로 완전한 배터리-프리(battery-free) 작동을 내부에 제공하는, 무선 전력 전송 플랫폼. 이 실시예에서, 본 발명자들은 신생아 및 소아 집중 치료실에서 3 세 미만 환자 50 명을 대상으로 플랫폼을 검증했으며, 이들 신생아의 임상적 특징은 도 5에 나타낸 바와 같이 표에 나열되어 있다. 표준 방법과 비교하여, 모든 기능에 대한 정량적 검증은 최대 24 시간 동안 지속적인 모니터링을 수반한다. 결과는 이 플랫폼이 피부가 약한 신생아에게도 피부에 부정적인 영향을 미치지 않고 최대 24 시간 동안 지속적인 실시간 바이탈 사인 모니터링을 제공하며, 임상 표준과 비교했을 때 높은 정확도를 제공한다. 또한, 이 플랫폼은 신생아 스트레스의 지표인 우는 행위 모니터링 및 KMC 추적과 같은 비표준 생리학적 신호의 검출에 빛을 밝혀, 신생아 및 소아 관리를 개선하기 위한 새로운 통찰력을 위한 플랫폼을 제공한다.
결과
무선 바이탈 사인 모니터링 시스템 센서 설계
도 6A는 ECG 처리를 위한 아날로그 프론트 엔드, 3축 가속도계, 온도계 IC 및 흉부 EES 및 맥박 산소측정기 IC용 BLE SoC, 온도계, 및 사지 EES용 BLE SoC을 포함하는 두 개의 시간-동기화된 EES를 포함하는 장치의 핵심 구성요소의 기능 블록도를 개략적으로 도시한다. 특히, 도 6A에 도시된 장치는 흉부 EES와 사지 EES를 포함한다. 각갹의 EES를 작동하는 데 필요한 전력을 공급하는 세 가지 다른 전원. Chest EES는 ECG 감지 유닛, 3축 가속도계(BMI160, Bosch Sensortec)를 통한 동작 감지 유닛, 및 임상 등급의 온도계(MAX30205, Maxim Integrated)를 포함한다. ECG 감지 유닛은 두 개의 금-도금 전극, 계측 증폭기, 아날로그 필터, 증폭기, 및 BLE SoC(nRF52832, Nordic Semiconductor)를 포함한다. 나머지는 카본 블랙 PDMS용이다. 가속도계에 의한 동작 감지의 데이터 수집은 직렬 주변기기 인터페이스(Serial Peripheral Interface, SPI) 통신 프로토콜을 통해 BLE SoC에 의해 제어되는 반면, 온도계에 의한 온도 데이터는 내부 집적 회로(Inter-integrated Circuit, I2C) 통신 프로토콜을 통해 수집된다. Limb EES는 혈액 산소화(SpO2)를 측정하기 위한 통합 맥박 산소측정 모듈(MAX30101, Maxim Integrated) 및 온도계(MAX30205, Maxim Integrated)를 포함한다. 두 IC 모두 I2C 프로토콜을 통해 BLE SoC에 의해 제어된다. 내장형 및 분리형 배터리 작동을 위한 전력 관리 회로는 3.3 V 또는 1.8 V에서 다양한 IC의 전압을 공급하기 위해 전압을 낮추는 전압 조정기를 포함한다. 무선 전력 전송 플랫폼은 13.56 MHz로 조정된 유도 코일, 전파 정류기(full-wave rectifier), 2단계 전압 조정기 및 방열판(heat sink)을 포함한다.
도 6B는 본 발명의 특정 실시형태에 따른 내장형 배터리 모듈형 전원 공급 장치 옵션을 갖는 흉부 EES 센서의 분해도를 개략적으로 도시하고 있다. 도 6B에 도시된 바와 같이, 흉부 EES 센서(600)는 상부 캡슐화(640)와 하부 캡슐화(670) 사이에 다수의 자석(650)과 함께 접혀서 배치되는 다수의 유연한 회로(610)에 의해 형성되는 1차 전지를 포함한다. 또한, 상부 캡슐화(640)와 배터리 캡슐화(620) 사이에 다수의 자석(630)이 캡슐화된다. 흉부 EES는 심전도(ECG), 기계-음향 신호 및 피부 온도를 기록하기 위해 흉부에 장착된다.
도 6C는 (2층 인쇄 회로 기판일 수 있는) 유연한 기판(612) 상에 회로 칩을 배치함으로써 유연한 회로(610)가 형성되어 평면 구조를 형성하는, 도 6B에 도시된 바와 같은 흉부 EES 센서의 형성을 개략적으로 도시하고 있다. 평면 구조는 이어서 접히고, 접힌 구조는 캡슐화와 함께 장착되어, 흉부 EES 센서(600)를 형성한다. Limb EES라고 하는 다른 EES는 발바닥, 발가락, 및 손과 같은 팔다리에 장착되어, 반사 모드에 의한 광용적맥파(photoplethysmogram, PPG) 및 주변 피부 온도를 기록한다. 도 6D, 도 6E 및 도 6F는 본 발명의 특정 실시형태에 따른 유연한 무선 센서의 예 및 사진 이미지를 도시하고 있다. 흉부 EES의 독특한 구조는, 블루투스 저에너지(BLE) 프로토콜의 무선 통신, 생리학적 신호 감지, 내장형 배터리(Li-polymer, 45 mAh) 작동, 또는 (1) 코인 셀(예를 들어, CR1216)과 자석으로 구성되는 탈착식 배터리 유닛, 및 (2) 13.56 MHz로 조정된 RF 코일 및 전력 조절 회로로 구성된 배터리-프리 유도성 유도 무선 전력 전송 플랫폼의 두 가지 다른 소스와 호환될 수 있는, 자기적으로 분리 가능한 전원 공급 회로에 필요한 IC 구성요소의 최적 분배를 위한 접이식 아일랜드(foldable island)를 포함한다. 배꼽 인터커넥트를 통해 연결된, 중앙 아일랜드에 위치한 BLE 단일 칩 시스템(SoC)은 전원 회로 및 감지 아일랜드 모두를 제어하며, 가장 작은 아일랜드(L x W x H = 1.9 x 0.4 cm)는 또 다른 배꼽 인터커넥트를 통해 광학 및 온도 센서로 구성된다. 유사하게, Limb EES는 비틀림과 굽힘에 최적화된 독특한 실시형태로 설계된다. 가장 긴 아일랜드는 내장형 배터리 작동의 무선 충전 또는 자기적으로 분리 가능한 모듈형 전원 작동을 지원하는 전원 회로로 구성된다. 배꼽 인터커넥트가 있는 코어 유닛의 이러한 분포는, NICU 내의 신생아를 위한 발목-발바닥(발바닥에 있는 광학 센서), PICU 내에 있는 나이가 더 많은 그룹을 위한 발-발가락 및 손목-손(발가락 또는 손에 있는 광학 센서)과 같은 다수의 사지 인터페이스에 유연한 래핑(wrapping)을 제공한다. 실리콘 소재(Silbione RTV 4420, Elkem)로 코팅하면 EES 및 모듈형 유닛이 캡슐화된다. 모듈형 전원 솔루션에는 다음과 같은 몇 가지 장점이 있다. (1) 특히 재태 연령이 지나치게 낮은 미숙아의 경우, 발육이 불량한 피부를 손상시키는 주요 원인인, 하이드로겔 접착제를 통해 피부에 부착되는 센서가 자주 제거되는 것을 방지할 수 있는, 배터리 용량에 의해 제한되는 지점 이상으로 연장되는 작동 수명, (2) 내장형 배터리로는 달성할 수 없는 센서의 오토클레이브 멸균에 대한 적합성, 및 (3) 부모와 자녀 간의 안전한 피부-대-피부 상호작용을 가능하게 하는 얇은 센서 프로필 제공. 매트리스 아래에 배치된 안테나에 연결된 코일을 사용하면, 얇은 프로파일 플랫폼으로 침대에 있는 신생아의 지속적인 바이탈 사인 모니터링이 가능하다. 코일 모듈형 유닛을 배터리 유닛으로 교체하면, 수유 또는 캥거루 케어와 같이 침대까지의 물리적 거리를 나타내는 이벤트에 대해서도 효율적인 솔루션을 제공한다. 교체 가능한 배터리 장치는 용량 및 크기 변화와 관련된 다양한 수명을 포함한다. 가장 얇은 프로파일은 CR1216 코인 셀 배터리를 사용하여 달성되며, 최대 두께가 3 mm인 배터리 모듈이 된다. 압축될 때 수직으로 좌굴된 인터페이스를 형성하도록 설계된 흉부 EES의 아일랜드를 연결하는 구불구불한 인터커넥트의 유한 요소 분석(FEA)은, 이 좌굴된 인터페이스가 센서의 유연성 및 가역적이고 탄성인 이축 변형에 기여하고, 이에 따라 기흉(pneumothorax)과 같은 극심한 곡률에서도 아기의 가슴에 잘 고정되는 것을 보여준다. 도 6G는 3.9 mm의 굽힘 반경까지 최적화된 사지 EES의 구불구불한 인터커넥트의 신장 및 굽힘 특성을 보여준다. FEA 결과는 발 인터페이스의 발목-발바닥에 감겨진 것으로 가정되는 전체 사지 EES의 변형 특성을 보여준다.
도 6D 내지 도 6F에 도시된 바와 같이, 흉부 EES의 유연한 특성은, 패인 흉벽으로 인해 가슴 주변의 매우 굽은 표면에도 장착할 수 있게 하고, 그 결과 다양한 피부 인터페이스에 장착될 수 있는 사지 EES의 탄력성을 제공한다. 사지 EES는 일반적으로 NICU에서 발견되는 발 크기가 작은 아기의 경우 발목-발바닥 주위에 감겨질 수 있다. EES는 일반적으로 생활 연령이 몇 개월 이상인 아기의 경우 발-발가락 또는 손목-손 주위에 장착될 수 있다. 비틀림과 굽힘에 최적화된 사지 EES의 메커니즘은 다양한 연령대에 적용하기에 적합하다.
신생아/소아 집중 치료실에서의 임상 데이터 실시간 측정
실시간 데이터 분석을 지원하는 컴퓨터 시스템으로의 지속적인 무선 데이터 전송은 간호사, 의사 및 부모를 위해 직관적인 방식으로 그래픽으로 디스플레이될 수 있는 결과를 제공한다. BLE 작동 모드를 통한 무선 및 실시간 스트리밍을 통해, 환자 중심의 정확한 바이탈 사인 측정을 제공할 수 있다. 흉부 EES는 각각 504 Hz, 100 Hz 및 5 Hz에서 샘플링된 ECG, 가속도계를 통한 가슴 움직임 및 피부 온도를 측정한다. 사지 EES는 각각 100 Hz 및 5 Hz에서 샘플링된 PPG 및 피부 온도를 측정한다. 도 7A는 기지국(Surface Pro)으로 실시간 스트리밍된 신생아에서 측정된 ECG, PPG 및 가슴 움직임의 파형을 나타낸다. Python에서 개발된 프로그램은 데이터를 수신하고 실시간 신호 처리를 실행하여 바이탈 사인을 생성한다. 필터링 및 R-피크 감지 프로세스로 구성된 간소화된 팬-톰킨스(Pan-Tompkins) 알고리즘은 HR을 생성한다. Z-축에서 측정된 가슴 움직임 데이터는 대역 통과 필터링(f c1 = 0.1 Hz, f c2 = 1 Hz) 및 간소화된 자동 다중 스케일-기반 피크 검출(automatic multi scale-based peak detection, AMPD)을 통해 처리되어 RR을 생성한다.
도 7B는 신생아에서 EES 시스템에 의해 획득된 HR, SpO2, RR 및 온도 데이터의 1 시간 길이 표현을 보여준다. 이러한 대표적인 데이터는 소프트웨어 라이선스(BedMaster, Anandic Medical Systems)에서 유도된 출력을 갖는 임상 표준 기기(Intellivue MX800, Philips, HR 및 SpO2용; Giraffe Omnibed Incubator, 온도용 GE; 의사의 호흡수 직접 관찰)를 사용하여 동시에 캡처된 데이터와 잘 일치한다. 계산된 바이탈 사인은 표준 방법(Intellivue MX800, Philips)의 동일한 바이탈 사인과 비교할 때 측정 가능한 차이가 없다. 본 발명자들은 삽관되지 않은 대상의 ECG, PPG 또는 기류 측정치로부터 위독한 신생아 및 소아에서 호흡수를 유도하는 알려진 부정확성을 고려하여, 의사의 호흡수 직접 관찰을 사용하기로 결정하였다.
SpO2의 계산은 효과적인 동작 잡음 감소에 대해 알려진 알고리즘을 포함하며, 이는 NICU 및 PICU 내의 아기가 일반적으로 가만히 있지 못하기 때문에 정확한 값을 계산하는 데 중요하다(도 7C). 대역 통과 필터링된(f c1 = 0.5 Hz, f c2 = 5 Hz) 및 정규화된 PPG 신호는, 신호의 연속적인 시간-주파수 분석을 구성하는 연속 웨이블릿 변환(continuous wavelet transform, CWT)에 의해 추가 처리된다. CWT는 동작-유도 잡음에 의해 유발될 있는 시간 영역에서의 주파수의 급격한 변화를 감지하는 데 효과적이며, 이는 첫 번째 동작 잡음 감소 단계의 역할을 한다. 전력비 계산 및 중앙값을 얻은 후, 신호 처리는 이산 포화 변환(Discrete Saturation Transform, DST) 알고리즘에 의해 동작 잡음을 더욱 억제한다. DST 알고리즘은, 광학 밀도 비율을 기반으로 기준 노이즈 신호 및 실제 신호 계열의 적응형 필터링 및 결정과 관련된다. 적응형 필터링은 미리 결정된 기준을 기반으로 하는 노이즈 내용물을 자동으로 제거한다. 이러한 일련의 신호 처리는 정확한 SpO2 값을 산출하기 위해 실시간으로 발생한다.
블랜드-앨트먼(Bland-Altman) 방법을 사용하는 도 7D의 정량적 비교는 EES와 표준 방법 간의 좋은 일치를 더 지원한다. 도 7D에 도시된 바와 같이, HR), SpO2, RR 및 온도의 평균차는 각각 분당 -0.11회, 0.18%, 분당 0.45회, 및 0.2℃이다. HR, SpO2, RR 및 온도에 대한 표준 편차는 각각 분당 1.56 회, 2.9%, 분당 1.64회 및 0.26℃이다.
캥거루 케어 및 울음 분석
기존의 표준 방법만큼 정확한 핵심 바이탈 사인을 측정할 수 있는 능력 외에도, EES 센서는 더 고급 수준의 기능을 제공한다. 도 8A는 캥거루 케어(KMC) 추적 및 바이탈 사인 모니터링을 도시하고 있다. 도 8B는 본 발명의 특정 실시형태에 따른 신생아 환자의 울음 신호 분석을 도시하고 있다.
구체적으로, 도 8A의 패널 (a)는 흉부 EES의 가속도계로부터의 움직임 정보를 사용한 자세 검출을 나타낸다. 수많은 문헌은, KMC가 아기의 건강 상태를 촉진할 수 있으며 특히 자원이 부족한 환경에서 2차 임상 진료로서 널리 일어나고 있음을 보고하고 있다. 따라서, 정상적인 동작 관련 결과로부터 KMC 활동을 식별하는 것은 KMC의 효과를 특성화하는 데 중요하다. 세계 보건기구(WHO)의 지침에 따르면, 신생아는 KMC 동안 부모의 가슴에서 똑바로 선 자세로 안기고, 신생아의 복부는 부모의 명치 부위 높이에 놓이며, 신생아의 머리는 부모와 눈을 마주치도록 한쪽으로 돌려진다. KMC 동안 신생아 신체 위치는 일반적인 일상 활동 동안의 신생아 신체 위치와 뚜렷하게 다르다. KMC 위치는 각각 x-, y-, 및 z-방향으로 -0.048 ± 0.003 g, -0.786 ± 0.003 g, 및 0.637 ± 0.003 g의 가속력을 보여주었고, 이는 중력 벡터로 각각 90.418° ± 0.156°, 138.178° ± 0.249°, 및 47.360° ± 0.230°에 해당한다. 신생아 반듯이 눕기, (신생아가 수직이 아닌 수평 위치에 있는) 전형적인 신생아 안기, 및 오른쪽 측면 위치는 3축 가속력에서 KMC 위치(KMC와 비교하여 모든 위치에서 p = 0)와 비교할 때 유의한 차이를 보였다. 이러한 결과는 이 장치를 사용하여 다른 일상 활동으로부터 KMC 이벤트를 식별할 수 있는 가능성을 입증한다. 도 8A의 패널 (b)는 KMC 기간 동안 NICU에서 얻은 자세 정보의 3차원 표현을 제공한다. KMC 이벤트는 기준으로서 중력 벡터를 사용하여 x-, y- 및 z-방향으로 각각 118.5 ± 43.4°, 103.7 ± 5.3° 및 52.0 ± 22.3°의 각도를 보여주었다. 신생아 휴식 이벤트(오른쪽 측면 위치), 일반적인 신생아 안기 이벤트, 및 임상 환경에서의 KMC 이벤트에서 검증한 결과, 3축 가속력에서 유의한 차이가 나타났다(p = 0, 도 4B, N = 3). 도 8A의 패널 (c)는 연구 기간 전체에 걸쳐 후방 및 주변에서 신생아 피부 온도의 성공적인 모니터링을 보여준다. 도 8A의 패널 (c)의 신생아 환자는, 신생아가 에서 측면 위치로 누워있는 동안, KMC 동안, 및 KMC 후 신생아 휴식 이벤트 이후 각각 32.84 ± 0.25℃, 37.59 ± 0.03℃, 34.98 ± 0.16℃의 주변 온도를 나타냈다. 이는 KMC가 인큐베이터 관리에 대한 비용 효율적인 대안으로 작용하여, 이전 연구에서 나타난 바와 같이 신생아에게 효과적인 열 제어 및 보호를 제공하는 능력을 보여준다. 동일한 위치에서의 각각 36.38 ± 0.09℃, 36.27 ± 0.26℃ 및 36.60 ± 0.14℃의 이후 온도는, EES가 KMC 기간을 추적할 수 있을 뿐만 아니라, 신생아의 생리학적 상태에 대해 부모와 간병인에게 피드백을 제공하기 위해 KMC 활동 동안 바이탈 사인을 모니터링할 수 있는 능력을 나타내는 임상적으로 관련된 차이를 나타내지 않았다.
신생아 신경계의 발육기에서, 신경 질환의 조기 진단은 시기 절절하게 개입 및 치료를 가능하게 한다. 울음 분석은, 분만 외상, 뇌 손상 또는 통증 스트레스와 같은 신생아의 신경생리학적 상태를 분석하는 비침습적 방법으로 보고되었다. 울음 신호의 캡처는 일반적으로 오디오 측정을 수반하며, 여기서 신호는 환경 내에서 비-특정 오디오 신호로 쉽게 오염될 수 있다. 본 발명자들은 흉부 EES의 가속도계 기능을 활용하여 우는 행위 동안 신생아 피부의 기계적 진동을 캡처한다. 도 8B는 우는 이벤트 캡처 및 울음 지속 시간 측정을 위해 신생아 가슴에서 캡처된 시간-주파수 신호를 보여준다. 울음 신호는 심장 박동(1 내지 3 Hz) 또는 근육 떨림(<20 Hz)과 같은 다른 생리학적 신호와 구별되는 주파수를 가졌다. 도 8B의 패널 (a)는 휴식 이벤트 또는 신생아에 대한 토닥거리기와 비교한 전형적인 울음 신호의 스펙트로그램을 보여준다. 우는 행위는 400 내지 500 Hz 사이의 강한 신호를 반영했으며, 이는 토닥거리기로 유도된 근육 떨림의 강한 고조파가 주파수 전력 분석에서 주기적인 패턴을 유도하는, 토닥거리기 신호와 구별된다(또한 도 8C의 울음 감지 통계 자료 참조). 도 8B의 패널 (b)는 0.2 초 시간에서 우는 이벤트의 고속 푸리에 변환 처리시의 주파수 전력 스펙트럼을 보여주며, 460 Hz에서 국부 최대값이 관찰되었다. NICE 환자로부터 얻은 울음 신호의 기본 주파수는 410.7 ± 47.9(도 S8, N = 3)였으며, 이는 이전에 보고된 울음 연구 결과와 일치하였다. 도 8B의 패널 (c)는 흉부 EES에 의해 식별된 신생아당 우는 기간을 보여준다. 총 11 번의 우는 이벤트가 기록되었으며, 임상 병상에서의 수동 기록(N = 3)과 비교할 때 차이가 없었다. 또한 흉부 EES에 의해 식별된 각각의 우는 이벤트의 지속 시간을 임상 기록과 비교하였는데, 이는 평균차가 -3.9 ± 13.9 초(4.5%의 평균차를 나타냄)를 보였고, 울음 지속 시간 분석에서 높은 정확성을 입증하였다.
도 8A 및 도 8B는 NICU에서 KMC 이벤트 추적 및 신생아 바이탈 사인 모니터링의 개념 증명을 보여준다. KMC는 의료 시설이 제한된, 자원이 부족한 국가에서 특히 중요하다. 이는 인큐베이터 관리에 대한 저렴한 대안을 제공하여, 바이탈 사인 안정성을 높이고, 감염 위험을 줄이며 신생아 사망률과 이환율을 낮춘다. 흉부 EES의 KMC 식별 기능(도 8A)은 부모와 의사가 치료에 도움이 되는 피부-대-피부 케어 활동을 추적할 수 있도록 한다. 또한, 이 플랫폼은 KMC 기간 동안 바이탈 사인을 무선으로 실시간으로 캡처할 수 있도록 하여, 신생아의 생리적 상태를 모니터링하면서 신생아와 부모 간의 유대감을 강화한다. 본 발명자들은 NICU 및 부족한 국가를 포함하는 외래 환자 환경 모두에서 신생아 관리의 향상을 위해 KMC 추적 및 무선 바이탈 사인 모니터링을 제공하는 흉부 EES를 구상한다. 본원에 나타낸 연구는 신생아가 미리 정해진 위치(오른쪽 측면-KMC-오른쪽 측면)에 있었던 3 시간 연구였다.
신생아 울음은 신생아가 고통을 표현하는 주요 의사 소통 방법 중 하나이다. 우는 행위 및 패턴의 분석은, 영아 돌연사 증후군, 질식, 선천성 심장 질환, 및 호흡 곤란 증후군의 감지를 포함하여, 신생아의 신경 발달 및 생리적 상태를 반영하는 것으로 최근에 제안되었다. 본 발명자들은 우는 행위의 뚜렷한 기본 주파수를 기반으로 NICE에서 신생아 울음 신호를 캡처하는 흉부 EES의 능력을 입증했다(도 8B). 흉부 EES에 의한 우는 이벤트의 성공적인 캡처 및 우는 기간의 높은 수준의 상관 관계는 울음 감지 플랫폼의 성공적인 개발에 대한 증거를 제공한다. 이러한 우는 행위를 비교하기 위해 사용된 임상 기록은 손으로 확보되어 비교에 인적 오류를 도입하게 되고, 이는 장치의 정밀도가 더 큰 시간적 해결 방법으로 추가로 검증되어야 함을 나타낸다. 또한, 울음 패턴과 음성 특징에 대한 심층 분석은 이 플랫폼의 정밀도와 기능(예를 들어, 잠재적인 건강 위험의 탐지)을 향상시킬 수 있고, 관심 있는 추가 파라미터는 울음의 진폭, 타이밍 변수(시작, 지속 시간, 발화간(inter-utterance) 간격), 및 시간에 따른 기본 주파수의 변화를 포함한다. 실시간 다중 모드 바이탈 사인 정보와 결합된, 건강한 신생아와 병에 걸린 신생아의 울음 패턴에 대한 추가 분석을 통해, 흉부 EES는 신생아 건강 관리에 대한 추가 통찰력을 제공할 수 있다.
비침습적 혈압 모니터링을 위한 시간-동기화된 바이노달 통신
혈압은 신생아 및 소아 집중 치료실에 입원한 신생아와 어린이에서 흔히 발생하는 질병인 혈류역학 상태 및 심혈관 건강을 반영하므로, 모니터링해야 할 필수 바이탈 사인 중 하나이다. 현재 임상 진료에서의 측정은 동맥 라인에 대한 침습적 카테터와 관련되고, 이는 부모와 간병인 모두에게 상당한 장벽을 만든다. 이 실시예에서, 본 발명자들은 수많은 문헌에서 유망한 혈압 대용으로 강조된 맥파 도달 시간(PAT)에 의해 혈압을 계산하는 비침습적 방법을 제시한다. PAT는 맥파가 심장으로부터 원위의 신체 부위로 이동하는 데 필요한 시간으로 정의되며, 혈관계 구조와 탄성 및 혈압에 따라 달라진다. 물리적으로 멀리 떨어진 두 개의 EES 센서 간의 시간-동기화는 정확한 PAT 판독값을 얻기 위한 핵심이다. 이는 시간대 API에서 허용하는 BLE SoC의 다중 프로토콜 기능을 통해 가능하다. 각각의 EES가 BLE 작동 모드에서 독립적으로 기지국(Surface Pro)과 통신하는 1 초마다, 흉부 EES는 로컬 클럭 정보를 흉부 EES로 전송하여 두 개의 EES의 로컬 클럭 간의 시차를 동기화한다(도 8D). 결과는 24 시간의 연속 작동(도 8D) 동안 3.6 Ms의 평균 표준 편차로 1 ms 미만의 시간 지연을 달성하고, 이로써 EES는 PPG 신호의 ECG R-피크와 발치(foot) 사이의 정확한 PAT 판독값을 계산할 수 있다. 두 번의 휴식 및 운동 주기 동안 건강한 성인에서 측정된 표준 방법(BP742N 5 Series, Omron)에 대한 PAT-유래 SBP 일치 간의 유효성 검사에 대한 두 가지 측정치는 비슷한 추세 차이를 보이지 않는다. 도 8E는 PICU 내의 두 명의 다른 유아에서 측정된 PAT-유래 SBP를 제시한다.
도 8E에 도시된 데이터는 플랫폼을 이용해 PAT를 캡처하는 것은, 지속적인 비침습적 프로빙 기술을 통해 신생아 및 소아 집중 치료실에서 환자의 혈압 추세를 지속적으로 모니터링하여, 위험을 줄이고 측정과 관련된 편안함을 개선할 수 있는 유망한 방법임을 확인한다. 종래의 혈압 측정은 실제로 비침습적이지만 비연속적이고, 혈류를 막기 위해 팔에 압력을 가하는 커프의 팽창에 의존하지만 이는 자주 반복될 수 없고, 또는 표준 판독값을 제공하지만 출혈, 혈종, 신경 손상 및 감염의 위험을 증가시키는 동맥내 캐뉼라를 통한 직접적인 압력 측정을 기반으로 하는 연속적이지만 침습적이다. PAT 측정 측면에서 부드러운 무선 바이노달 플랫폼의 능력은 연약한 집단의 혈압 추세를 지속적으로 측정할 수 있는 소프트 웨어러블 대안을 제공한다. 현재까지, 혈압과 PAT 간의 관계는 주로, 일반적으로 유선 장치를 사용하는 수면 연구의 맥락에서 성인 집단과 유아 집단에서 연구되었다. 신생아 집중 치료실에서 혈압 대용에 대한 탐색은 제한적이며, 최근에는 유선 장치 대신 웨어러블 플랫폼의 사용이 특히 해당 집단에 맞게 조정되었다.
방법
제조
제조는 레이저 공정을 통해 얻어진 유연한 전자 기판 상에 전자 부품을 납땜하는 단계를 포함한다. 조립된 회로 기판을 부드러운 실리콘 엘라스토머 쉘에 내장하면, 전자 부품의 원치 않는 노출을 방지할 수 있다. 장치의 내장형 배터리 버전의 경우, 알루미늄 몰드로 주조된 실비온 RTV 4420(파트 A 및 파트 B, 5%의 Silc-Pig 실리콘 불투명 염료와 혼합됨) 층이 상부 쉘을 제공한다. 250 rpm으로 코팅된 실비온 4420 RTV 하부층 스핀은 평평한 하부층을 만든다. 두 층 모두 100℃ 오븐에서 20 분 동안 완전히 경화된다. ECG 장치 캡슐화의 경우, 평평한 실비온 RTV 4420 하부층 상에 적층된 3M 96042 양면 테이프 층을 사용하면, 전자 부품이 바닥면과 잘 접촉될 수 있다. PPG 장치 캡슐화의 경우, 평평한 실비온 RTV 4420 하부층은 그대로 유지된다. CO2 유니버셜 레이저 커터를 사용하여, 하부층 상에 절단된 개구는 ECG 전극의 전기 접촉은 물론 PPG의 LED 모듈에 대한 광학 투명도를 제공한다. ECG 장치의 경우, 유연한 회로 기판이 3M 96042 양면 테이프 층에 부착되고, 장치의 왼쪽, 중간 및 오른쪽 부분에 추가된 실비온 RT GEL 4717은 접이식 전자 기판 부품에 부드러운 쿠션을 제공한다. 경화되지 않은 실비온 RTV 4420을 사용하여 최종적으로 조립된 상부 및 하부층이 100℃ 오븐에 50 분 동안 배치되어, 장치의 밀폐된 캡슐화를 생성한다. PPG 장치의 경우, 투명한 실비온 RTV 4420의 얇은 층이 바닥면에 250 rpm으로 스핀 코팅되고, 100℃ 오븐에서 20 분 동안 경화되어, LED 모듈의 완벽한 밀봉을 제공한다. 레이저 절단은 최종적으로 두 장치의 윤곽에 대해 반듯한 절단을 제공한다.
모듈형 장치의 센서 부분에 대한 캡슐화 공정의 수정은, 기판에 납땜된 자석을 노출하기 위해 레이저 절단 구멍이 있는 3M 96042 양면 테이프로 코팅된 평평한 실비온 RTV 4420으로 상부 쉘을 교체하는 것을 포함한다. 또한 얇은 프로파일 배터리(코인 셀 및 Li-Polymer) 또는 별도로 캡슐화된 코일은 부드러운 테이퍼 에지와 함께 캡슐화의 얇은 프로파일을 달성하기 위해 드롭 캐스팅(drop casting) 기술의 이점을 얻는다.
카본 블랙 PDMS(CB-PDMS)의 합성
Ease Release 200(Mann Release Technologies)으로 코팅된 유리 슬라이드에 테이프 마스크를 적용하여 CB-PDMS 250 μm 두께의 필름을 생성하였다. 교반 막대가 있는 200 mL 둥근 바닥 플라스크에 4.5 g의 카본 블랙과 15.0 g의 Sylgard 184 염기를 칭량하였다. 두 성분을 모두 n-헥산(-100 mL)에 용해시키고 실온에서 10 분 동안 격렬하게 교반하였다. 혼합 용액에 헥산으로 10 배 희석된 Sylgard 184 경화제 1.5 g을 첨가하고, 반응물을 2-3 분 동안 교반하였다. 용매를 빠르게 제거하고, 부드럽게 퍼질 수 있는 페이스트가 달성될 때까지 40℃에서 회전 증발을 통해 폴리머를 동시에 탈기하였다. 폴리머를 유리 주형에 펴서, 평평한 에지로 과도한 n-헥산 증발로 인한 균열을 방지하였다. 샘플을 70℃에서 밤새 경화시켜 CB-PMDS 필름을 생성하였다.
CB-PDMS 캡슐화 장치
상기한 바와 같이 상부 쉘을 제조 하였다. 간단히 말해서, 실비온 4420RTV를 스핀 코팅하고 상기한 바와 같이 경화시켜 CB-PDMS 밀폐 하부층을 제조하였다. CO2 유니버셜 레이저 커터를 사용하여 동일한 치수의 센서 개구를 생성하였다. CB-PDMS 전극 패드는 모든 가장자리에서 2 mm의 초과 오버랩으로 동일한 형태로 절단되었다. 실비온 하부층과 CB-PDMS 패드를 모두 BD-20A 고주파 발생기(Electro-Technic Products, Inc.)로 40 초 동안 코로나 처리하고, 함께 15 초 동안 압축하고 70℃에서 밤새 경화하였다. 경화된 하부층에 3M 96042 양면 테이프의 층을 적층하여 패드용 구멍이 있는 장치 형태로 절단하였다. 양면 3M 전기 테이프 접착제를 사용하여 CB-PDMS를 금-전극에 접착하였다. 장치 구성요소와 상단 및 하부층 사이의 밀봉은 상기한 바와 가팅 수행되었다.
CB-PDMS 밀폐 장치의 방수 분석
비-기능성 장치인 CB-PDMS 밀폐 장치를 물 투과성을 모니터링하기 위해 전자 부품을 드라이에라이트(Drierite)로 대체하여 제조하였다. 비-기능성 장치를 1x DPBS에서 37℃로 침지시키고 무게 변화를 측정하였다. 내부에 세 개의 수분 표시기가 있는 기능성 CB-PDMS 밀폐 장치를 1x DPBS에서 70℃로 연속적으로 배양하였다. ECG 장치의 일일 측정은 장치가 고장이 날 때까지 측정되었다.
PAT 시간-동기화 특성화
본 발명자들은 벤치 탑 검증 실험을 통해 두 개의 노드(ECG 및 PPG) 간의 시간-동기화를 특성화하였다: 2-채널 함수 발생기는 두 개의 채널 사이에 제어된 시간 지연을 갖고 주기적 신호(1 초만큼 분리된 20 ms 3.5 V 사각 펄스)를 제공하였다. 첫 번째 채널을 적절한 ECG 레이아웃 핀에 연결하고 두 번째 채널을 PPG 광학 모듈 위에 있는 적색 LED에 연결함으로써, 본 발명자들은 함수 발생기에 연결된 오실로스코프를 통해 측정된 시간 지연이, 1 ms 미만의 평균 지연 및 3.6 Ms의 평균 표준 편차를 갖는 바이노달 시스템으로 측정된 시간 지연과 일치하는 것을 성공적으로 입증하였다(도 8D).
오토클레이브성 시험
센서 모듈형 부품(배터리 제외) 및 자석의 오토클레이브성 테스트는 Heidolph Tuttnauer 3545E 오토클레이브 멸균기 전자 모델 AE-K를 사용하여 수행되었다. 멸균에는 121℃까지의 온도 상승과 이후 15 분의 멸균 시간, 및 건조가 포함되었다. 이 공정으로 장치 성능을 변하지 않았으며, 플랫폼의 오토클레이브 멸균 가능성을 성공적으로 입증하였다.
온도 센서 특성화
온도 센서의 정확도는 기준 온도계(Fisherbrand™ 13202376, Fisher Scientific) 측정을 표준으로 사용하여 결정되었다. EES의 온도계와 기준 온도계는 모두 42℃로 가열되고 실온으로 냉각된 온수 욕조에 배치되었다. 냉각 기간 동안, EES와 온도계 사이의 온도 측정치를 기록하여 30℃ 내지 41℃의 온도 범위에서 EES의 온도 센서 정밀도를 특성화하였다.
데이터 분석 및 알고리즘 - KMC 및 울음 분석
KMC 분석은 100 Hz의 샘플링 속도로 가속도계 측정치를 기반으로 하였다. 가속도계는 x-, y-, Z-축을 중력 벡터와 정렬시키고 가속도계 신호를 중력과 연관시켜 보정되었다. 가속 신호는 0.1 Hz에서 차단 주파수의 버터워스(Butterworth) 저역 통과 필터로 처리되었으며, 중력에 대한 장치 축의 각도는 삼각법 처리를 통해 계산되었다. x-, y-, 및 z-축의 가속도계 신호는 3차원으로 플로팅되었으며 임상적으로 기록된 신체 위치와 비교되었다.
Cry 신호 기록은 1600 Hz의 샘플링 속도로 EES에 의해 달성되었다. 가속도계 신호는 20 Hz 컷오프 주파수의 버터워스 고역 통과 필터로 처리되었다. 고속 푸리에 변환은 200 ms 세그먼트에서 수행되었다. 우는 이벤트는, 350 Hz 내지 500 Hz 사이의 국부 최대값이 중요하고 낮은 주파수 신호(예를 들어, 토닥거리기)의 주기적 고조파가 제외된 곳에서 식별되었다.
실시예 2
본 발명의 일 양태와 관련된 이 실시예는, 신생아 및 소아 집중 치료실에서 고급 무선 생리학적 모니터링을 위한 피부 인터페이스 바이오 센서의 적용 및 선행 연구에 관한 것이다.
NICU 및 PICU의 환자에 대한 선행 연구는, 종래의 유선 인터페이스를 사용하는 임상 표준 모니터링 시스템에 비해 높은 수준의 신뢰성과 정확성을 갖고 HR, SpO2, RR뿐만 아니라 심부 및 주변 온도를 캡처하기 위한 한 쌍의 부드러운 피부 인터페이스 무선 장치의 가능성을 입증한다. 실제로. 데이터는 무선 작동 및 부드럽고 기계적으로 안정된 측정 인터페이스가 유선 시스템에 비해 동작 및 기타 기생 효과와 관련된 노이즈 아티팩트의 크기와 확산을 감소시킨다는 것을 보여준다. 이러한 기본 바이탈 사인 외에도, 시간-동기화 기술은 SBP의 유망한 대용 역할을 하는 데이터를 생성하고, 이에 따라 일시적인 측정을 위한 커프 및 지속적인 추적을 위한 동맥 라인의 사용을 우회할 수 있는 잠재력을 제공한다48. 성인 및 소아 집단에 대한 예측 결과는, NICU 및 PICU의 환자에 대한 가속도계 기반 PTT를 활용하는 첫 번째 측정으로서 본원에 제시된 결과에 대한 확신을 제공한다. 장치 설계와 사용자 인터페이스의 단순성은, 전통적인 NICU/PICU 시설의 범위를 넘어서, 개발 도상국 및 가정에도 배포할 수 있는 기회를 제공한다. 이러한 및 다른 상황에서 지속적인 고품질의 디지털 데이터 스트림을 사용할 수 있다는 사실은 고급 분석을 사용하여 임상 및 원격 관리의 활용 범위를 연장할 수 있는 기회를 제시한다.
작업의 또 다른 중요한 결과는 SCG, 신체 방향, 활동 및 음성 바이오마커와 같은 고급의 특이한 생리학적 신호를 캡처하기 위한 입증된 능력에 있다. SCG를 사용한 심장 모니터링은 ECG와 관련된 데이터를 보완하는 중요한 데이터를 생성하며, 심장 합병증의 조기 발견에서 높은 유용성을 갖는다. SCG 측정은 성인 집단에 대해 보고되지만, 일상적인 임상 진료에서 사용하는 경우는 드물고, 적어도 부분적으로는 가슴의 높은 곡률 정도와 피부 표면의 연약함으로 인해 신생아 및/또는 소아와 상황에서 사용되지 않는다. 동일한 데이터 스트림은, 디지털 필터링 기술을 통해, 신체 방향 및 활동에 대한 정보를 생성하며, 이는 KMC 식별 및 정량화, 수유, 안기, 휴식, 토닥거리기 및 잠재적 수면 패턴과 관련이 있다. 이러한 측정치를 정량화하면, 이러한 활동이 생리적 안정성, 신경 발달 및 기타 장단기 결과에 미치는 역할에 대한 통찰력을 제공할 수 있다. 종합적인 측정치는 관리의 최적화 및 향상을 가능하게 수 있으며, 바이탈 사인 및 기타 파라미터는 효능의 길잡이 특징의 역할을 할 수 있다. 여기에서, 전통적인 바이탈 사인 모니터링뿐만 아니라 기계 학습과 같은 방법을 포함하는 고급 분석은 매우 강력할 수 있다. 이러한 기술은 신생아가 고통을 전달하는 주요 방법을 나타내는 풍부한 정보 소스로서 신생아 울음 분석에 특별한 가치를 제공할 수 있다55. 마이크 녹음을 사용하는 통제된 환경에서의 연구에 따르면, 울음 패턴은 영아 돌연사 증후군, 질식, 선천성 심장 질환, 및 호흡 곤란 증후군의 감지와 잠재적인 관련성이 있는 신경 발달 및 생리적 상태를 반영한다57. 본원에 소개된 플랫폼은 NICU 및 PICU의 시끄러운 환경에서 주변 소리와 관련된 어려움을 제거하고, 이에 따라 실제로 관심 있는 환경에서 상대적으로 덜 탐구되었지만 풍부한 정보 소스를 활용할 수 있는 기회를 제공한다.
플랫폼의 견고함, 전원 공급 장치에서의 옵션, 밀봉/방수 구조, 부드러운 역학, 장치와 관련된 피부 찢어짐 또는 피부염의 사례가 없는 피부 안전 접착제 인터페이스, 확립된 멸균 기술과의 호환성, 장치의 재사용 가능성, 및 구성 부품, 재료 및 설계와 고급 제조 관행과의 정렬은 광범위한 활용 가능성을 시사한다. 결과는 신생아/소아 환자를 돌보는 의사, 간호사 및 부모를 위한 정보의 품질과 다양성을 향상시킬 수 있는 잠재력을 갖는다. 고급 학습 알고리즘이 결합된, 다각적인 생리학적 데이터, 특히 지속적인 심장 활동, 호흡, 온도, 혈압, 움직임, 신체 방향, 및 음성 바이오마커의 증가하는 기반은, 관련 임상 연구에서 데이터를 광범위하게 수집하고 분석할 때, 발작 및 무호흡을 포함하는, 이들 집단의 많은 일반적인 합병증의 조기 진단을 가능하게 할 수 있다. 신생아 및 소아 중환자 치료를 넘어서는 핵심 기술은 급성-후 모니터링, 외래 환자 또는 가정 환경, 외상 상황 및 자원이 부족한 환경에서 명확한 적용을 갖는다.
특정 실시형태에서, 이러한 충족되지 않은 임상적 요구를 해결하기 위해 부드러운 피부-유사 전자 시스템이 제공된다. NICU에서의 평가 연구는 NICU에서 심박수(HR), 혈액 산소화(SpO2), 온도, 호흡수(RR) 및 맥파 속도(PWV)를 임상적으로 정확하게 측정할 수 있는 능력을 확인한다. 그러나, 이 시스템은 (1) 전력 전송 및 데이터 통신에 사용되는 NFC 프로토콜이 지원하는 적당한 최대 작동 거리(~30 cm), (2) 초박형의 규정을 준수하는 기계 설계의 기계적으로 취약한 특성, (3) 충분하지만 제한적인 측정 능력 범위, 및 (4) 맞춤형 도구를 사용하여 특수 시설에서만 제조할 수 있는 고도로 발전된 장치 구성에 대한 요구에 의해 제한된다. 아래에 보고된 결과는 부드러운 전자 설계에서는 유사한 원칙을 채택하고 연장하지만, 이러한 제한을 우회하기 위해 블루투스 기술에 의존하는 기계적으로 견고하고 제조 가능한 시스템에서는 그렇지 않다. 이러한 시스템에는 모듈형 1차 배터리로부터 통합 2차 배터리, 무선 전력 수확 방식에 이르기까지 광범위한 임상 사용 사례 및 공급자 선호도를 처리하는 작동 및 전원 공급 장치에서 다양한 옵션이 포함된다. 이러한 플랫폼은 이전에 보고된 시스템의 기능과 치료 표준을 모두 뛰어 넘는 중요한 모니터링 방식을 추가로 지원한다. 여기에는 (1) 움직임 및 신체 방향 변화를 모니터링하고, (2) KMC 및 기타 형태의 직접적인 관리의 치료 효과를 추적 및 평가하고, (3) 판막 기능을 반영하는 흉벽의 피부를 통해 생성된 기계적 진동을 캡처하여 심장 활동과 관련된 음향 특징을 캡처하고, (4) 울음의 음조 및 시간적 특성과 관련된 음성 바이오마커를 기록하고, 및 (5) 수축기 혈압에 대한 신뢰할 수 있는 대용으로서 여러 측정을 통해 맥파 역학을 정량화하는 능력이 포함된다.
심박수, 호흡수 및 혈액 산소화의 핵심 바이탈 사인을 넘어서 혈류역학 및 심혈관 건강 상태에 대한 추가 정량 정보를 제공하는 이 시스템의 능력은 NICU/PICU에서 환자 관리와 직접적인 관련이 있다. 심진도(seismocardiogram, SCG)라고 하는 심장 진동의 시각화는 일반적인 임상 진료, 특히 NICU/PICU에서 거의 수행되지 않지만, 심근 활동의 기계적 결과, 판막 움직임 및 기타 ECG 데이터에는 없는 특징에 대한 필수 정보를 제공한다. 신생아 및 소아 환자를 대상으로 한 현재 임상 진료에서 BP의 일시적인 측정은 팔다리 주위를 감싸는 소형화된 종래의 BP 커프를 수반하는 반면, 지속적인 추적은 말초 동맥에 삽입되는 카테터 기반 압력 센서(동맥 라인)를 필요로 한다. 두 절차, 특히 후자의 절차는 침습적이며, 정보의 필수적인 유용성에도 불구하고 제한된 경우에만 사용될 정도로 여러 위험 요소를 수반한다. 시스템의 기능을 통해, 미숙아에서 흔히 발생하고 발성, 동작 범위 및 자세 제어의 이상을 유발할 수 있는 신경계, 호흡기 및 병리학적 장애의 측면을 해결할 수 있다. 이러한 행동을 정량적이고 지속적으로 추적하면, 분만 외상, 뇌 손상 또는 통증 스트레스와 관련된 합병증을 조기에 발견할 수 있다. 움직임 및 신체 활동의 측정은 특히 감각 운동 발달에 대한 통찰력을 제공할 수 있다. 이러한 동일한 데이터는 또한, 사망률을 낮추고 심박수, 온도, 및 호흡수를 안정화하며, 감염 위험을 줄이는 방식으로 소아 환자가 부모의 가슴에 안기는, 치료에 도움이 되는 피부-대-피부 "치료", KMC와 같은 신생아 관리를 위한 효과적인 방법에 영향을 미칠 수 있다.
이 실시예의 장치 및 시스템 설계는 실시예 1에서 사용된 것들과 유사하다. NICU 및 PICU 모두에서 광범위한 연령대에 걸쳐 도 5의 동일한 50 명의 환자에 대한 선행 연구를 통한 기술 플랫폼, 측정 능력, 임상 효과 및 안전성이 아래에서 자세히 설명된다. 50 명의 환자에서, 변형된 신생아 피부 상태 척도(3-9)를 사용하여 피부 점수의 변화를 결정하였다. 척도는 각각의 센서를 제거하고 15 분 후에 밑에 있는 피부의 점수를 매기는 데 사용된다. 점수는 사전 테스트 피부와 비교된다. 점수가 높을수록 피부 홍반(1-3), 건조(1-3) 및 손상(1-3)이 더 크다는 것을 나타낸다. 피부 건조, 홍반 또는 손상의 증거가 없는 경우 만점은 3 점이다. 9의 점수는 균열/갈라진 틈이 있는 매우 건조한 피부, 센서 아래 피부의 50% 이상에서 눈에 띄는 홍반, 광범위한 손상을 나타내는 최악의 점수이다. 점수의 평균 변화(음의 변화는 개선을 의미함)는 -0.02이었다. 두 명의 대상(4%)만이 척도의 증가를 보였으며 이는 1 점 증가로 제한되었다.
결과
장치 및 시스템 설계
이 실시예는 BLE SoC 및 관련 센서들에 의해 모두 가능한 심전도(ECG), 발성 음향 신호 및 심장/호흡 활동, 신체 방향 및 움직임, 및 피부 온도를 기록하기 위해 얇은 하이드로겔 결합 층을 통해 가슴(흉부 유닛)의 곡면 피부에 부드럽게 배치할 수 있는 설계에서 전원 공급을 위한 모듈형 배터리 유닛을 사용한다. 전체 레이아웃은, 구불구불한 인터커넥트 트레이스가 있는 개방형 디자인으로 구성된 얇고 유연한 인쇄 회로 기판(PCB) 및 실장된 부품을 포함한다. 제작은 조립 및 포장의 핵심 단계로서, 별개이지만 연결된 플랫폼을 접는 단계를 수반한다. 시스템 수준 역학의 3차원 유한 요소 분석(FEA)에서 얻은 정량적 통찰력은 활성 부품의 최적 분포를 정의하여 장치의 측면 치수를 ~250%까지 줄이는 데 도움이 되었다. 조립의 사전 압축 공정은 구불구불한 구성으로 좌굴된 레이아웃을 형성하여 유연성과 신축성을 향상시킨다. 내부 실리콘 젤 라이너(~300 μm 두께, ~4 kPa)가 있는 탄성 인클로저는 장치의 부드러움을 향상시켜, 가장 낮은 재태 연령에 태어난 신생아의 연약한 피부 및 매우 굽은 해부학적 특징과의 호환성을 보장한다. 도핑된 실리콘 재료(폴리디메틸실록산 중의 카본 블랙(carbon black in polydimethylsiloxane), 약칭해서 'CB PDMS'; 4.2 Ωcm의 벌크 저항)를 사용하여 형성된 한 쌍의 얇은 전도성 요소는 유연한 인쇄 회로 기판의 해당 금 전극 및 ECG 측정을 위한 전도성 하이드로겔 피부 인터페이스에의 대한 부드러운 전기 연결부 역할을 한다. 결과는, NICU 및 PICU에 초점을 맞추지만 이에 한정되지 않는 광범위한 환경에 적용할 수 있는 부드럽고 완전히 밀봉된 방수 시스템이다.
새로운 전력 관리 체계
모듈형 배터리 유닛은 내장된 자석의 일치하는 세트의 쌍을 통해 장치에 기계적 및 전기적으로 결합되고, 이에 따라 (1) 임상 관리의 중단을 최소화하고, 임상 직원의 부담을 줄이며, 결과적으로 피부 손상 위험을 줄일 목적으로, 환자로부터 장치를 제거하지 않고도 배터리를 교체할 수 있고; (2) 장치의 오토클레이브 멸균을 위해 배터리를 제거할 수 있고; 및 (3) 장치에서 배터리를 기계적으로 분리하여 굽힘성을 개선하고, 따라서 피부 인터페이스에서의 순응도(compliance)를 개선할 수 있다. 자기 방식은 또한 배터리 크기, 형태 및 저장 용량(및 따라서 작동 수명)의 선택뿐만 아니라 무선 전력 전송에 의존하는 배터리-프리 방식을 포함하는 대체 방식에서도 전원 공급 장치에 대한 다른 옵션을 제공한다. 후자의 가능성의 예로서, 자기 결합 수확 장치는 침대 아래에 배치된 전송 안테나로부터 전력을 수신하도록 구성될 수 있고, 생물학적 조직에서 무시할 수 있는 흡수로 13.56 MHz의 무선 주파수에서 작동하도록 설계될 수 있다.
모듈형 배터리는 다양한 형태로 캡슐화되어, 질식 위험 방지 요건과의 가능성 있는 호환성을 보여준다. 탈착식 배터리가 나이가 많은 유아에게 삼키기 및 질식 위험으로 작용할 수 있다는 점을 감안할 때, 배터리는 3 세 미만의 어린이가 사용하는 소비자 제품에 대한 최소 크기 요건보다 큰 기하학적 구조로 설계될 수 있다(도 9A 참조). 세 번째 옵션은 모든 외부 연결을 제거하기 위해 장치의 밀폐된 인클로저 내에 있는 무선 충전식 배터리(Li-polymer, 45 mAh)를 제공하는 것이다.
센서 역학 및 설계
도 9B는 흉부 유닛에 사용되는 구불구불한 인터커넥트의 개략도를 도시하고 있고, 도 9C는 본 발명의 특정 실시형태에 따른 흉부 유닛의 기계적 특성의 계산적 설명을 보여준다. 세 개의 서브-시스템은, 높은 신축성을 제공하고 장치가 인체에 장착될 때 생리적 변형에 순응하는 부드럽고 구불구불한 인터커넥트에 의해 기계적 및 전기적으로 연결된다. 부드럽고 구불구불한 인터커넥트는, 폴리이미드(PI)로 캡슐화되고 면외 방향으로 25 μm 분리된 두 개의 12 μm 두께 구리 층으로 구성된다. 각각의 구리 층은 너비가 W = 75 μm인 세 개의 구불구불한 트레이스를 특징으로 하며, 트레이스 사이의 평면 내 분리는 75 μm이다. 구불구불한 인터커넥트의 총 두께는 99 μm이다. 흉부 유닛에서, 폴리이미드(PI)로 캡슐화된 구불구불한 인터커넥트, 접이식 구성, 및 젤 라이너가 있는 부드러운 인클로저는 장치 수준에서 ~33%를 초과하는 단축(uniaxial) 탄성 신축성을 유도하고, 이는 외부 실리콘 쉘의 캡슐화 이전의 인터커넥트의 ~500% 신축성에 해당한다(도 9B 및 9C). 겔(-300 μm 두께, -4 kPa 모듈러스)은 접힌 아일랜드 사이에 변형 분리를 제공하여, 피부 인터페이스에서의 응력을, 실제 사용에서 예상되는 범위의 상한에서 값인 최대 20%의 단축 신장(uniaxial stretching)을 위한 감각 인식 임계값(20 kPa) 미만으로 감소시킨다. 결과적인 탄성 굽힘 반경 및 등가 굽힘 강성은 도 9C의 패널 (c)에 도시된 바와 같이 각각 ~20 mm 및 ~9.6 Nmm2이다. 이러한 기계적 특성은, 작은 아기 및/또는 낮은 재태 연령에서 발생하는 극단적인 곡률의 경우에도, 부드럽고 자극이 없는 피부 인터페이스를 보장한다.
이 사지 유닛은 발, 손바닥 또는 발가락 주위를 감싸는 것을 용이하게 하는 레이아웃을 특징으로 하고, 이는 다양한 연령과 해부학의 신생아 및 소아 환자를 수용한다. 사지 유닛의 전체적인 디자인은 180°만큼 큰 각도를 통해 반경 ~3.9 mm만큼 작은 반경으로 구부러질 수 있고, 17%만큼 높은 단축 변형까지 탄력적으로 늘어날 수 있는 배꼽 인터커넥트를 사용한다(도 9D 및 9E 참조). 도 9D는 본 발명의 특정 실시형태에 따른 사지 유닛에서 사용되는 대표적인 인터커넥트를 개략적으로 도시하고 있다. 부드럽고 구불구불한 인터커넥트는 폴리이미드(PI)로 캡슐화되고 면외 방향으로 25 μm 분리된 두 개의 12 μm 두께 구리 층으로 구성된다. 각각의 구리 층은 너비가 W = 75 μm인 세 개의 구불구불한 트레이스를 특징으로 하며, 트레이스 사이의 평면 내 분리는 75 μm이다. 구불구불한 인터커넥트의 총 두께는 99 μm이다. 도 9E는 본 발명의 특정 실시형태에 따른 사지 유닛의 기계적 특성을 개략적으로 도시하며, 여기서 패널 (a) 신장, 패널 (b) 비틀림, 패널 (c) 반경 3.9 mm에서의 굽힘, 및 패널 (d) 사지 유닛의 전체 굽힘 역학 동안 대표적인 인터커넥트의 캡슐화 층(왼쪽) 및 구리 층(오른쪽)에서의 변형 분포가 도시되어 있다. 사지 유닛의 기본적인 디자인 특징은 흉부 유닛과 유사하지만, 다른 사지 인터페이스와 해부학적으로 일치하는 구성이다: NICU 신생아를 위한 발목-발바닥 및 PICU의 더 큰 소아 환자를 위한 손목-손 및 발-발가락.
흉부 유닛은 광대역 3축 가속도계(BMI160, Bosch Sensortec)와, 임상 등급 온도 센서(MAX30205, Maxim Integrated), 및 두 개의 금-도금 전극으로 구성된 ECG 시스템을 포함한다. 사지 유닛은 이중 파장 PPG를 측정하기 위한 통합 맥박 산소측정 모듈(MAX30101, Maxim Integrated) 및 온도 센서(MAX30205, Maxim Integrated)를 포함한다. 배터리 작동을 위한 전력 관리 회로는 전압 조정기를 사용하여, 다양한 부품에 필요한 전압(3.3 V 또는 1.8 V)을 제공한다. 모듈형 배터리-프리 플랫폼은 13.56 MHz로 조정된 유도 코일과, 전파 정류기, 및 2단계 캐스케이드 전압 조정 장치를 포함한다.
집중 치료실에서의 신생아/소아 환자에 대한 임상 연구
부드러운 기계적 특성 및 무선 작동 모드는, 특히 제한된 표면적에서 매우 굽은 해부학적 부위에 위치할 때 신생아 및 소아 집중 치료실 환자에서 효과적인 사용에 매우 중요하다. 발목에서 발바닥까지 감싸는 것은 NICU에서 흔히 볼 수 있는 것처럼 조산아에게 효과적이다. 다른 옵션은 발-발가락 또는 손목-손 주위에 장착하는 것을 포함하며, 이는 일반적으로 생활 연령이 12 개월 이상인 아기에게 가장 적합하다. 이러한 장착 옵션은 KMC 동안의 긴밀한 접촉에서부터 유아 수유, 기저귀 교체, 및 목욕을 위한 및 부모 안기에 이르기까지 임상 관리의 일상적이고 전문적인 절차의 거의 모든 측면을 향상시킨다.
신생아/소아 집중 치료실에서의 임상 데이터 실시간 측정
실시간 데이터 분석을 지원하는 컴퓨터 시스템으로의 지속적인 무선 데이터 전송은 간호사, 의사 및 부모를 위해 직관적인 방식으로 그래픽으로 디스플레이될 수 있는 결과를 제공한다. 흉부 유닛은, 504 Hz(ECG), 0.2 Hz (온도) 및 100 Hz(SCG)의 샘플링 주파수로, SCG, 호흡수 등을 포함하는, 고대역폭 3축 가속도계로 수집된 데이터에서 추론될 수 있는 다양한 정보와 함께, ECG 및 피부 온도를 측정한다. SCG는 HR뿐만 아니라 수축기 간격, 박출-전 기간 (pre-ejection period, PEP), 및 좌심실 박출 시간에 대한 정보를 제공한다. 사지 유닛은 각각 100 Hz와 0.2 Hz에서 샘플링된 적색(660 nm) 및 적외선(IR, 880 nm) 파장과 피부 온도에서 PPG를 측정한다.
장치로부터의 스트리밍 원시 데이터는 모바일 태블릿에서 실시간 신호 처리를 거쳐, 무시할 수 있는 시간 지연으로 동적 적응형 바이탈 사인 디스플레이를 제공한다. 대부분의 경우, 서로 다른 독립적인 데이터 스트림에서 관련 정보가 추출될 수 있다. 도 10A는 패널 (a) 심박수, 패널 (b) 호흡수, 패널 (c) 혈액 산소화 및 패널 (d) 맥파 도착 및 전달 시간에 대한 신호 처리 알고리즘을 보여준다. 예를 들어, HR은 ECG(도 10A의 패널 (a)), PPG, 및 SCG 데이터로부터 개별적으로 얻어져서, 다수의 중복 추정을 제공할 수 있다. 유사하게, RR은 이들 데이터 소스 중 어느 하나로부터뿐만 아니라 가속도 측정(도 10A의 패널 (b))으로부터도 결정될 수 있다. 완전한 다중 모드 데이터 스위트(data suite)가 제공하는 중복성을 활용하기 위한 기회는 현재 연구의 주제에 해당한다.
말초 모세관 산소 포화도(SpO2)의 계산은, 자연적으로 발생하는 움직임으로 인해 NICU 및 PICU에서 일반적으로 발생하는 동작 잡음의 효과를 최소화하도록 설계된 알고리즘으로 이중 색상 PPG를 활용한다(도 10A의 패널 (c)). 이 플랫폼은 동작 잡음 효과를 줄이기 위한 간단하지만 효과적인 수단으로서, 가장 일반적으로 동작 잡음으로 인한, 주파수의 빠른 시간적 변화를 감지하는 데 효과적이다(도 10B).
HR 및 SpO2에 대한 결과는 미국 식품의약국(FDA)에서 설정한 규제 지침 내에 있으며, 이는 HR에 대해 ± 10% 또는 ± 5 bpm 미만, 반사 모드 SpO2의 팔에 대해 3.5% 미만의 오류를 요구한다. 21 CFR 870.2375에 따른 RR 모니터에 대한 FDA 지침은 정확도 측면에서 요구 사항을 지정하지 않지만, 510(k) 클리어드 베드사이드 모니터링 시스템(Siemens SC 6000)은 분당 ± 3 호흡수의 목표 정확도를 제공한다. 추가 신생아(n = 50)에 대한 추가 안전 테스트를 수행하여 피부 내성을 평가하였고, 표준 모니터링 시스템과 함께 부수적으로 작동하는 센서의 열 발생을 무시할 수 있는지 확인하였다. 이러한 결과에는 다양한 연령대(23 내지 40 주의 재태 연령 및 1 주 내지 4 세의 생활 연령) 및 인종(16 명의 백인, 24 명의 히스패닉계/라틴계, 및 10 명의 흑인/아프리카계 미국인)이 포함되었다(도 5). 열 안전 테스트는 세 명의 환자의 부분 집합에서 두 장치(도 10C)에서 열이 발생하지 않음을 입증하였다. 마지막으로, 신생아 피부 상태 점수(NSCS)에 의해 등급이 매겨진 50 명의 대상 모두에서 피부 이상 반응이 발견되지 않았다(도 5).
비침습적 혈압 모니터링을 위한 시간-동기화된 바이노달 통신
맥파 도달 시간(PAT) 및 맥파 전달 시간(pulse transit time, PTT)은 수축기 BP(SBP)에 대해 확립된 상관관계를 갖는 두 개의 관련성은 있지만 별개인 측정치이다. 흉부 유닛의 ECG의 R-피크와 사지 유닛의 PPG의 골 부위 사이의 시간차로부터 계산된 PAT는, 각각의 심장 주기에서 맥파가 대동맥으로부터 말초 팔다리 위치로 이동하는 시간 지연에 해당한다. 일부 연구에 따르면, PAT에서 PEP를 제외하면 SBP와의 상관관계가 향상될 수 있다. SCG와 PPG 파형 사이의 피크-발 시간 지연으로부터 계산된 PTT는, 대동맥 판막이 열릴 때 잔류 피크를 캡처함으로써 이러한 제외를 달성한다. 궁극적으로, PAT와 PTT는 모두 혈관계의 기하학적 구조, 탄력성, SBP, 및 기타 요인에 따라 달라진다. 성인 대상에 대한 광범위한 연구는, 경험적 모델과 이론적 모델을 모두 사용하여 PAT, PTT 및 SBP 간의 보정된 상관관계를 설정하며, 이들 중 일부는 특정 시나리오(예를 들어, Sotera ViSi Mobile® System)에서 모니터링을 위해 임상적으로 승인되었다. 유아에서 PAT와 SBP의 상관관계를 보고하는 연구는 거의 없으며, 주로 수면 연구의 맥락에서 그리고 핵심적인 임상 도구보다는 선별 방법으로 보고된다. 이러한 중환자 치료 집단의 PTT 측정치를 보고하는 사람은 없다.
이 디자인은 흉부 및 사지 장치의 동기식 작동을 통합하여, 각각의 심장 주기 동안에 대한 PAT 및 PTT의 측정을 가능하게 한다. 타이밍 정확도를 보장하기 위해, 흉부 유닛은 매초마다 16 MHz의 로컬 클럭 정보를 사지 유닛으로 전송한다. 결과는 타이밍 드리프트를 제거하여, 평균적으로 1 ms 이상의 동기화 정확도 및 연속적인 24 시간 작동 기간 동안 3.6 Ms의 표준 편차를 가능하게 한다(도 8D 참조). 이 방식은 표준 작동 모드에 비해 ~0.2 mA의 추가 전류 소비를 필요로 한다. 1 초의 타이밍 간격은, 여기에서 관심 있는 측정된 시간 지연이 일반적으로 >100 ms라는 점을 고려할 때 전력 소비와 타이밍 정확도 간의 균형을 제공한다. 비례 모델은 방정식 3에 나타낸 SBP에 대한 PAT 및 PTT 데이터의 선형 관계를 유도하며, 여기서 PT는 PAT 또는 PTT에 해당할 수 있다.
SBP = -α(PT) + β
(3)
방정식 내의 계수의 계산은 초기 보정 역할을 하는 A-라인을 사용하여 측정된 SBP 데이터의 5 분에 대한 PAT 및 PTT 데이터의 선형 회귀를 포함한다. 여기에서 PTT 형태의 PEP의 제외에 대한 설명은 NICU/PICU에서 처음 보고되었다. 흉부 유닛의 가속도 측정 데이터(도 11)는 동작 잡음과 A-라인 데이터의 오버슈트(overshoot)의 상관된 거동을 보여준다. 이러한 방식은 보다 안정적인 SBP 출력을 도출하기 위해 이동 움직임이 발생할 때 데이터의 신뢰성을 결정하기 위한 신호 품질 지수를 측정할 수 있는 기회를 제공한다. 결과는 5 시간 측정 기간 동안의 강력한 일치를 보여준다. 1.31 및 -1.25 mmHg의 평균차와 PAT 및 PTT-유래 SBP 값에 대한 7.64 및 6.11 mmHg의 표준 편차는 각각 통계적 타당성을 나타낸다. 결과는 각각 <5 mmHg 및 <8 mmHg의 평균차와 표준 편차를 필요로 하는 ANSI/AAMI SP10 표준 내에 있다. 도 12는 데이터에 대한 효과를 요약한 것이다.
고급 사용 사례: 캥거루 케어 및 울음 분석
SCG 및 PTT 외에도, 고대역폭 3축 가속도계로부터의 데이터의 추가 사용으로부터 몇 가지 추가적인 중요한 작동 모드가 뒤따른다. 예를 들면 동작/움직임(KMC 추적 및 유아 안기 포함), 및 울음의 음조, 강약 및 주파수와 같은 음성 바이오마커 측정이 있다. 세계 보건기구(WHO)의 지침에 따르면, KMC는 신생아의 복부가 부모의 명치 부위 높이에 놓이고, 신생아의 머리가 부모와 눈을 마주치도록 한쪽으로 돌려진 상태에서, 신생아를 부모의 가슴에 똑바로 선 자세로 안는 것을 포함한다. 흉부 유닛의 가속도계로부터의 저역 통과 필터링된(0-0.1 Hz) 데이터를 사용하여 정확하고 지속적으로 모니터링될 수 있는 이러한 신체 위치는 대부분의 다른 활동 및 관리 형태에서 발생하는 것과는 다르다.
도 8A의 패널 (a)는 장치 및 기준 좌표 프레임과 그 상대 방향을 나타낸다. 여기서 파이(phi)와 세타(theta)는 오른손 법칙에 따라 각각 x- 및 y-축을 중심으로 한 회전에 해당한다. 도 8A의 패널 (b)는 신생아의 등에 배치된 흉부 유닛의 데이터를 사용하는 심부 방향의 측정을 보여준다. 방향의 시간 의존적 재현은 간단한 계산 방식에서 비롯된다. 여기서, KMC 위치의 고정된 홀드는 기준 프레임에 대해 각각 2 내지 3 라디안(rad)및 -0.5 내지 0 라디안의 파이 및 세타 각도를 생성한다. 반듯이 눕기, 수평 및 오른쪽 측면 방향의 경우에 대해 수집된 데이터는 회전 각도 측면에서 각각 KMC 위치(KMC와 비교하여 모든 위치에 대해 P-값 < 10-5)와 크게 다르다. KMC 기간 동안 NICU에서 얻은 3차원 표현 및 각도를 기반으로, KMC 이벤트는 각각 파이 및 세타에서 2.85 ± 0.10 라디안, -0.29 ± 0.28 라디안(데이터는 2.4 시간 동안 평균 ± 표준)에 해당한다. 이 임상 환경에서 휴식(오른쪽 및 왼쪽 측면 위치), 안기, 수유 및 KMC 이벤트 간의 비교는 각각 3축 가속 및 회전 각도에서 상당한 차이를 보여준다(P-값 < 10-5, n = 3).
유아용 침대에 대한 신생아 제거 및 복귀를 포함하는, KMC 연구 이전, 도중 및 이후에 가속도 측정 데이터로부터 유도된 활동의 측정과 함께, HR, SpO2, 중추 및 말초 피부 온도의 결과를 기반으로, 활동은 1 내지 10 Hz 사이의 대역 통과 필터링 후 3축 가속도 측정 데이터의 실효값에 해당한다. 데이터는 KMC 동안의 피부-대-피부 접촉이, 예상과 일치하고 이전 연구에서 입증된 바와 같이, 말초 피부 온도의 뚜렷하고 점진적인 증가를 유발했음을 보여준다. 휴식 및 KMC 이벤트 중 평균 활동 수준은 0.07 ± 0.02 g/s이고, 직접적인 관리 동안 이들 값은 0.24 ± 0.05 g/s이다(데이터는 신생아 3 명에 대해 평균 ± 표준이고, 총 8 시간의 KMC/휴식 시간 및 75 분의 직접 진료). 이들 데이터는 다양한 형태의 관료 동안 신생아의 장애를 최소화하는 데 도움이 되는 정량적 지표를 제공할 수 있으며, 따라서 저호흡증, 무호흡증 및 산소 불포화의 위험을 줄일 수 있다. 현재의 작업은 이러한 기회를 탐색하고, 전체적인 측정 결과를 사용하여, 특히 생리학적 파라미터에 대한 영향이 향상될 것으로 예상되는 4 시간을 초과하는 기간 동안 KMC의 타이밍 및 기술에 대한 피드백을 제공하는 방법을 설정하는 것이다.
활동, 방향 및 SCG 외에도, 가속도계는 또한 일반적으로 음성 바이오마커에 대한 정보 및 특히 데이터의 고주파 성분 분석을 통해 울음에 대한 정보를 제공한다. 울음 분석은 종종 분만 외상, 뇌 손상 또는 통증 스트레스의 영향을 받는 신경생리학적 상태를 분석하는 비침습적 방법의 역할을 할 수 있다. 마이크를 사용한 측정으로 캡처된 울음은 환경의 주변 소리에 의해 쉽게 당황스럽게 되며, NICU 및 PICU 환경에서 특히 문제가 된다. 반대로 가속도계는 가슴의 기계적 진동 움직임에만 반응하며, 주변 소음의 영향을 거의 받지 않는다. 도 8B의 패널 (b)는 대표적인 신생아로부터 캡처된 전형적인 데이터(위) 및 시간-주파수 신호(아래)를 보여준다. 울음과 관련된 신호는 독특한 주파수(일반적으로 400 내지 500 Hz 사이, 강한 고조파 포함)를 갖는데, 이는 심장 활동(1 내지 50 Hz) 및 근육 떨림(<20 Hz)과 같은 다른 생리학적 영향 또는 토닥거리기, 문지르기 또는 쓰다듬기와 같은 다양한 관리 작업과 잘 분리된다(도 13의 패널 (a) 내지 패널 (c) 참조). 도 13은 이러한 방식으로 측정되고, 침대 옆에서 수동 녹음으로 측정된 11 번의 우는 이벤트를 요약한 것이다(n = 3 명의 유아). 이러한 두 가지 방식을 사용하여 캡처된 이벤트의 지속 시간은 -3.9 ± 13.9 초의 평균차를 보여준다(데이터는 11 번의 우는 이벤트에 대한 평균 ± 표준임)(도 13의 패널 (d)). 410.7 ± 47.9의 기본 주파수(도 13의 패널 (e))는 발표된 결과와 일치한다.
도 14는 본 발명의 특정 실시형태에 따라 모든 집단(0.4 M 데이터 포인트)에서 얻은 심박수 및 혈액 산소화에 대한 전반적인 BA 플롯을 도시하고 있다.
온라인 방법
흉부 및 사지 유닛의 제작 및 조립
제조는 레이저 절제 공정을 사용하여 패터닝화된 유연한 인쇄 회로 기판 상에 전자 부품을 납땜하는 단계를 포함한다. 조립되고 접힌 시스템을 부드러운 실리콘 인클로저에 내장하여 공정을 완료하였다. 전원 공급 장치에 모듈형 옵션이 있는 흉부 유닛의 경우, 부드러운 실리콘 소재(실비온 RTV 4420, 파트 A 및 파트 B, 5%의 Silc-Pig 실리콘 불투명 염료와 혼합됨)의 필름을 250 rpm에서 스핀 캐스팅하여 형성하였고, 유리 슬라이드에서 열로 경화(100℃ 오븐에서 20 분)하여 캡슐화 공정의 상부 및 하부층으로 사용하였다. 두 층의 경화에는 오븐에서 20 분 동안 100℃로 가열하는 단계가 포함되었다. CO2 레이저(ULS)를 사용한 절단 공정은 하부층 상에 ECG 전극 및 상부층 상의 자석에 대한 개구를 형성한다. 실리콘 기반 접착제(3M 96042)로 전자장치를 하부층에 접착하였다. 이 단계 동안 구불구불한 부분의 사전 압축은 높은 수준의 신축성을 보장하였고 굽힘성을 개선하였다. 100℃에서 20 분 동안 경화된 실리콘 젤(Ecoflex, Smooth-On)은 전자장치 아래(가운데 부분) 및 위(전체 커버리지) 모두에서 부드러운 변형 방지 인터페이스 층을 제공하였다. 실비온의 오버레이를 결합하여 캡슐화 과정을 마무리하였다. 드롭 캐스팅 기술은 전원 공급 장치를 위한 다양한 모듈 위에 실비온 코팅을 형성하였다.
장치의 통합된 2차 배터리 버전의 제조는, 관련된 캡슐화 공정을 이용했지만, 배터리와 관련된 기계적 부하를 최소화하기 위해 변형 절연 층으로서 밀폐된 에어-포켓 설계를 생성하도록 설계되었다. 여기에서, 기계 가공된 알루미늄 금형으로 주조된 실비온은 상부 캡핑 층(capping layer) 역할을 하였다. 상기한 바와 같이 형성된 이 동일한 재료의 필름은 쉘의 주변부에 대한 하부 밀봉부 역할을 하여 인클로저를 완성하였다.
유사한 공정으로, PPG 측정을 위한 LED 모듈의 위치에 투명한 부위를 갖는 사지 유닛에 대한 캡슐화 인클로저를 형성하였다. 모든 장치의 경우, 최종 레이저 절단 단계를 통해 부드럽고 깨끗한 주변부를 생성하였다.
카본 블랙(CB-PDMS)이 도핑된 PDMS의 부드러운 통합 전극의 제조
제조는 n-헥산(100 mL)을 함유하는 200 mL 둥근 바닥 플라스크에 15.0 g의 실리콘 프리폴리머(Sylgard 184베이스)에 4.5 g의 카본 블랙을 첨가하고, 실온에서 10 분 동안 교반 막대로 격렬하게 교반하는 단계를 포함한다. 2 내지 3 분 동안 연속 교반하면서 1 mL 헥산에 미리 희석된 1.5 g의 실리콘 경화제(Sylgard 184 경화제)를 첨가하여 중합을 유도하였다. 40℃에서 회전 증발로 용매를 동시에 빠르게 제거하고 폴리머를 탈기하여 부드러운 페이스트를 만들었다. 경화되지 않은 CB-PDMS는 이형제 스프레이(Ease Release 200, Mann Release Technologies)로 코팅된 레벨 가이드가 포함된 유리 슬라이드에 평평한 가장자리로 펼쳐져서, 70℃ 오븐에서 밤새 경화된 후 CB-PDMS (250 μm 두께)의 얇은 고체 필름을 생성하였다. 흉부 유닛의 바닥면에 있는 ECG 전극용 개구의 모든 가장자리를 따라 2 mm 더 큰 측면 형상까지 CO2 레이저로 절단한 전극 패드는 결합을 위한 중첩 부위를 제공하였다. 두 탄성 표면을 코로나 건(BD-20A 고주파 발생기, Electro-Technic Products, Inc.)으로 40 초 동안 처리한 후 즉시 압력 유도 적층(15 초) 및 70℃ 오븐에서 밤새 경화하여 우수한 접착력을 얻었다. 양면 전도성 테이프(3M 9719)로 CB-PDMS 패드를 유연한 인쇄 회로 기판의 금-전극에 접착하였다.
캡슐화 구조의 수침 시험
투과 시험은 전자 부품이 건조제(Drierite)로 대체된 플랫폼을 사용하였다(n = 4). 연구에는 37℃에서 1x DPBS(Dulbecco의 인산염 완충 식염수)에 지속적으로 침지한 후 일일 중량 측정이 포함되었다. CB-PDMS와 실비온 사이의 밀봉과 반대로, 상부 및 하부 실비온 층 사이의 주변 밀봉부의 부분적인 박리 이후 ~19-28 일에 장치 무게가 급격히 증가하였다(24 시간 내에 >1000 mg). 70℃에서 1x DPBS에 지속적으로 침지된 기능성 흉부 유닛을 사용한 추가 테스트에서 18일 동안 매일 평가했을 때 안정적인 작동이 입증되었다.
시간 동기식 작동의 정량화
시간-동기화의 특성화는 2-채널 함수 발생기를 사용하여 둘 사이의 제어된 시간 지연을 갖는 한 쌍의 주기적 신호(1 초만큼 분리된 20 ms 3.5 V 사각 펄스)를 제공하였다. 한 채널을 ECG 모듈에 연결하고 다른 채널을 PPG 모듈 위에 적색 LED에 연결하면, 평균 지연이 1 ms 미만이고 표준 편차가 3.6 ms인 동기화를 확인한 데이터가 생성되었다.
오토클레이브 멸균과의 호환성 테스트
테스트는 모듈형 1차 배터리 및 Heidolph Tuttnauer 3545E 오토클레이브 멸균기(전자 모델 AE-K)가 있는 흉부 유닛에 초점을 맞추었다. 공정은 121℃로 상승한 온도, 15 분의 멸균 시간, 및 60 분의 건조 시간을 포함하였고, 배터리가 제거된 장치를 사용하여 수행되었다. 멸균 전후의 기능 테스트에서는 성능에 변화가 없는 것으로 나타났다.
온도 센서 특성화
온도 센서의 정확도 측정은 기준 온도계(Fisherbrand™ 13202376, Fisher Scientific)를 표준으로 사용하는 동시 측정과 함께 수조에 담그고 42℃로 가열한 다음 실온으로 냉각하는 단계를 포함하였다.
임상 시험
연구 프로토콜은 Ann & Robert H. Lurie Children's Hospital of Chicago 및 노스웨스턴 대학교(Northwestern University)의 임상 시험 심사 위원회(Institutional Review Board)(STU00202449)에 의해 승인되었고, ClinicalTrials.gov(NCT02865070)에 등록되었다. 모든 참가자에 대해 적어도 한 부모의 동의를 얻은 후, 훈련된 연구 직원이 실험 센서를 가슴과 팔다리(발 또는 손)에 배치하였다. 센서는 기존의 표준 모니터링 장비를 방해하지 않도록 하는 방식으로 배치되었다. 센서를 배치하거나 센서를 제거하기 전에 피부 준비를 수행하지 않았다. 프로토콜은 최대 24 시간의 수집 시간을 가능하게 하였다. 그러나, 의료 절차(예를 들어, 수술) 또는 이미징에는 센서의 제거가 필요하였다. 센서를 제거할 때, 위원회 인증 피부과 전문의가 자극, 발적 또는 짓무름의 증거가 있는지 밑에 있는 피부를 평가하였다. 데이터는 부모와 임상 직원이 볼 수 없는 배치된 태블릿 PC(Surface Pro 4, Microsoft)에서 추가 데이터 분석을 위해 전송, 수집 및 저장되었다. 신생아 집중 치료실과 소아 집중 치료실에 입원한 Northwestern Prentice Women's Hospital과 Lurie Children's Hospital의 모든 대상은 재태 연령에 관계없이 자격이 있었다.
데이터 분석 및 알고리즘 - KMC 및 울음 분석
KMC 분석은 100 Hz의 샘플링 속도에서 캡처된 가속도계 측정에 의존하였다. 보정에는 장치의 x-, y-, 및 Z-축을 중력 벡터와 정렬하는 단계가 포함되었다. 신호 처리에서는 차단 주파수가 0.1 Hz인 버터워스 저역 통과 필터(3차)를 사용하였다. 간단한 삼각법은 가속도 값에서 방향 각도를 정의하였다. 3차원으로 표시된 결과는 수동으로 기록된 신체 위치와 관련이 있었다. 1 내지 10 Hz 사이의 버터워스 대역 통과 필터(3차)를 통해 가속 신호를 처리한 다음 x-, y-, 및 Z-축을 따라 가속 값의 제곱 평균을 계산하여, 매초 결정된 신생아 활동 수준에 대한 측정치를 얻었다.
울음을 포함하여 발성의 진동 특징을 기록하는 단계는 1600 Hz의 샘플링 속도에서 가속도계의 작동을 포함하였다. 신호 처리는 20 Hz 컷오프 주파수의 버터워스 고역 통과 필터(3차)를 사용하였다. 고속 푸리에 변환은 지속 시간이 200 ms인 시간 세그먼트에서 전력 스펙트럼을 산출하였다. 우는 이벤트는 저주파 신호(예를 들어, 토닥거리기로 인한 신호)에서 고조파를 제외하고, 350 Hz 내지 500 Hz 사이의 중요한 피크를 갖는 스펙트럼에 해당한다.
통계적 분석은 각각의 그룹에 대한 데이터 포인트가 정규 분포를 따른다는 가정 하에 MATLAB을 통한 일원 다변량 분산 분석(one-way Multivariate Analysis of Variance, MANOVA)을 사용하였다. P-값 <0.05는 유의한 것으로 간주되었다.
특정 실시형태에서, 본원에 기술된 임의의 시스템 및 장치는 본 발명의 임의의 방법을 실행하는 데 사용될 수 있다.
추가 양태에서, 본 발명은 하나 이상의 프로세서에 의해 실행될 때, 위에 개시된 방법이 수행될 수 있도록 하는 명령을 저장하는 비-일시적 유형의 컴퓨터 판독 가능 매체에 관한 것이다.
본 발명의 예시적인 실시형태에 대한 상기한 설명은 예시 및 설명의 목적으로만 제시되었으며, 본 발명을 개시된 정확한 형태에 대해 철저한 것이 되거나 이를 제한하기 위한 것은 아니다. 상기한 교시에 비추어 많은 수정 및 변형이 가능하다.
본 기술 분야의 숙련자가 고려되는 특정 용도에 적합한 다양한 수정과 함께 본 발명 및 다양한 실시형태를 이용할 수 있도록, 본 발명의 원리 및 그 실제 응용을 설명하기 위해 실시형태가 선택되었고 기술되었다. 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않으면서 본 발명이 속하는 분야의 숙련자에게 대안적인 실시형태가 명백해질 것이다. 따라서, 본 발명의 범위는 상기한 설명 및 본원에 기술된 예시적인 실시형태가 아닌 첨부된 청구 범위에 의해 정의된다.
참조 문헌 목록
[1] Wheeler, D.S., Wong, H.R. & Shanley, T.P. Pediatric critical care medicine: basic science and clinical evidence, (Springer, London, 2007).
[2] Xu, J., Murphy, S.L., Kochanek, K.D., Bastian, B. & Arias, E. Deaths: final data for 2016. Natl. Vital Stat. Rep. 67, 1-76 (2018).
[3] Bonner, O., Beardsall, K., Crilly, N. & Lasenby, J. 'There were more wires than him': the potential for wireless patient monitoring in neonatal intensive care. BMJ Innov. 3, 12-18 (2017).
[4] Bowdle, T.A. Complications of invasive monitoring. Anesthesiol. Clin. N. A. 20, 571-588 (2002).
[5] Cilley, R. Arterial access in infants and children in Seminars in pediatric surgery, Vol. 1 174-180 (1992).
[6] Joseph, R., Chong, A., Teh, M., Wee, A. & Tan, K. Thrombotic complication of umbilical arterial catheterization and its sequelae. Annals of the Academy of Medicine, Singapore 14, 576-582 (1985).
[7] Baserga, M.C., Puri, A. & Sola, A. The use of topical nitroglycerin ointment to treat peripheral tissue ischemia secondary to arterial line complications in neonates. Journal of perinatology 22, 416 (2002).
[8] Scheer, B., Perel, A. & Pfeiffer, U.J. Clinical review: complications and risk factors of peripheral arterial catheters used for haemodynamic monitoring in anaesthesia and intensive care medicine. Crit. Care 6, 199-204 (2002).
[9] Chung, H.U., et al. Binodal, wireless epidermal electronic systems with in-sensor analytics for neonatal intensive care. Science 363, eaau0780 (2019).
[10] Fanaroff, J.M. & Fanaroff, A.A. Blood pressure disorders in the neonate: hypotension and hypertension in Seminars in Fetal and Neonatal Medicine, Vol. 11 174-181 (2006).
[11] Wilson, R.A., Bamrah, V.S., Lindsay, J., Schwaiger, M. & Morganroth, J. Diagnostic accuracy of seismocardiography compared with electrocardiography for the anatomic and physiologic diagnosis of coronary artery disease during exercise testing. Am. J. Cardiol. 71, 536-545 (1993).
[12] Mahoney, M.C. & Cohen, M.I. Effectiveness of developmental intervention in the neonatal intensive care unit: implications for neonatal physical therapy. Pediat. Phys. Ther. 17, 194- 208 (2005).
[13] Shinya, Y., Kawai, M., Niwa, F., Imafuku, M. & Myowa, M. Fundamental frequency variation of neonatal spontaneous crying predicts language acquisition in preterm and term infants. Front. Psychol. 8, 2195 (2017).
[14] Boundy, E.O., et al. Kangaroo Mother Care and Neonatal Outcomes: A Meta-analysis. Pediatrics 137, e20l52238 (2016).
[15] Dehghani, K., Movahed, Z., Dehghani, H. & Nasiriani, K. A randomized controlled trial of kangaroo mother care versus conventional method on vital signs and arterial oxygen saturation rate in newborns who were hospitalized in neonatal intensive care unit. J. Clin. Neonatol. 4, 26-31 (2015).
[16] Shwayder, T. & Akland, T. Neonatal skin barrier: structure, function, and disorders. Dermatol. Ther. 18, 87-103 (2005).
[17] Mutashar, S., Hannan, M., Samad, S. & Hussain, A. Analysis and optimization of spiral circular inductive coupling link for bio-implanted applications on air and within human tissue. Sensors 14, 11522-11541 (2014).
[18] Toys and Products Intended for Lise By Children Linder 3 Years Old. in 16 C.F.R. Part 1501 and 1500.50-53 (ed. COMMISSION, U.S.C.P.S.) (2001).
[19] James, D.K., Dryburgh, E.H. & Chiswick, M.L. Foot length - a new and potentially useful measurement in the neonate. Arch. Dis. Child. 54, 226-230 (1979).
[20] Means, L.W. & Walters, R.E. Sex, handedness and asymmetry of hand and foot length. Neuropsychologia 20, 715-719 (1982).
[21] Di Rienzo, M., et al. Wearable seismocardiography: towards a beat-by-beat assessment of cardiac mechanics in ambulant subjects. Auton. Neurosci. 178, 50-59 (2013).
[22] Leeudomwong, T., Deesudchit, T. & Chinrungrueng, C. Motion-Resistant Pulse Oximetry Processing Based on Time-Frequency Analysis. Engineering Journal 21, 181-196 (2017).
[23] Fu, T.-H., Liu, S.-H. & Tang, K.-T. Heart rate extraction from photoplethysmogram waveform using wavelet multi-resolution analysis. J. Med. Biol. Eng. 28, 229-232 (2008).
[24] Daw, W., et al. Medical devices for measuring respiratory rate in children: a review. Journal of Advances in Biomedical Engineering and Technology 3, 21-27 (2016).
[25] Bland, J.M. & Altman, D.G. Statistical methods for assessing agreement between two methods of clinical measurement. The Lancet 327, 307-310 (1986).
[26] Cardiac Monitors, Heart Rate Meters, And Alarms in ANSI/AAMI EC 13-2002.
[27] 21 CFR 870.2700 - Oximeter (ed. Administration, U.S.F.D.).
[28] Breathing Frequency Monitor. Vol. 21 CFR 870.2375 (ed. Administration, U.S.F.D.).
[29] Lund, C.H. & Osborne, J.W. Validity and reliability of the neonatal skin condition score. Journal of Obstetric, Gynecologic, & Neonatal Nursing 33, 320-327 (2004).
[30] Sharma, M., et al. Cuff-Less and Continuous Blood Pressure Monitoring: A Methodological Review. Technologies 5, 21 (2017).
[31] Payne, R.A., Symeonides, C.N., Webb, D.J. & Maxwell, S.R. Pulse transit time measured from the ECG: an unreliable marker of beat-to-beat blood pressure. J. Appl. Physiol. 100, 136-141 (2006).
[32] Foo, J.Y.A., Lim, C.S. & Wang, P. Evaluation of blood pressure changes using vascular transit time. Physiol. Meas. 27, 685-694 (2006).
[33] Peter, L., Noury, N. & Cemy, M. A review of methods for non-invasive and continuous blood pressure monitoring: Pulse transit time method is promising? IRBM 35, 271 - 282 (2014).
[34] Ma, Y., et al. Relation between blood pressure and pulse wave velocity for human arteries. PNAS WS, 11144-11149 (2018).
[35] Wippermann, C.F., Schranz, D. & Huth, R.G. Evaluation of the pulse wave arrival time as a marker for blood pressure changes in critically ill infants and children. J. Clin. Monit. 11, 324-328 (1995).
[36] Galland, B.C., Tan, E. & Taylor, B.J. Pulse transit time and blood pressure changes following auditory-evoked subcortical arousal and waking of infants. Sleep 30, 891-897 (2007).
[37] Kangaroo mother care: a practical guide, (World Health Organization, Dept of Reproductive Health and Research, 2003).
[38] Liu, G.-Z., Guo, Y.-W., Zhu, Q.-S., Huang, B.-Y. & Wang, L. Estimation of respiration rate from three-dimensional acceleration data based on body sensor network. Telemed. J. E-Health 17, 705-711 (2011).
[39] Cattaneo, A., et al. Kangaroo mother care for low birthweight infants: a randomized controlled trial in different settings. Acta. Paediatr. 87, 976-985 (1998).
[40] Levy, J., et al. Impact of hands-on care on infant sleep in the neonatal intensive care unit. Pediatr. Pulmonol. 52, 84-90 (2017).
[41] Reggiannini, B., Sheinkopf, S.J., Silverman, H.F., Li, X. & Lester, B.M. A flexible analysis tool for the quantitative acoustic assessment of infant cry. J. Speech Lang. Hear. Res. 56, 1416-1428 (2013).
[42] Liu, Y., et al. Epidermal mechano-acoustic sensing electronics for cardiovascular diagnostics and human-machine interfaces. Sci. Adv. 2, el60H85 (2016).
[43] Huntsman, R.J., Lowry, N.J. & Sankaran, K. Non epileptic motor phenomena in the neonate. Paediatr. Child Health 13, 680-684 (2008).
[44] Fahn, S., Jankovic, J. & Hallett, M. Chapter 18 - Tremors in Principles and Practice of Movement Disorders (Second Edition) (eds. Fahn, S., Jankovic, J. & Hallett, M.) 389-414 (W.B. Saunders, Edinburgh, 2011).
[45] Pandia, K., Inan, O.T. & Kovacs, G.T.A. A frequency domain analysis of respiratory variations in the seismocardiogram signal in 2013 35th Annual International Conference of the IEEE Engineering in Medicine and Biology Society (EMBC) 6881-6884 (2013).
[46] Shinya, Y., Kawai, M., Niwa, F. & Myowa-Yamakoshi, M. Preterm birth is associated with an increased fundamental frequency of spontaneous crying in human infants at term- equivalent age. Biol. Lett. 10(2014).
[47] Pickering, T.G., et al. Recommendations for Blood Pressure Measurement in Humans and Experimental Animals. Circulation 111, 697-716 (2005).
[48] Brzezinski, M., Luisetti, T. & London, M.J. Radial artery cannulation: a comprehensive review of recent anatomic and physiologic investigations. Anesth. Analg. 109, 1763-1781 (2009).
[49] Sahoo, P.K., Thakkar, H.K. & Lee, M.-Y. A cardiac early warning system with multi channel SCG and ECG monitoring for mobile health. Sensors 17, 711 (2017).
[50] Inan Omer, T., et al. Novel wearable seismocardiography and machine learning algorithms can assess clinical status of heart failure patients. Circ. Heart Fail. 11, e004313 (2018).
[51] Hadush, M.Y., Berhe, A.H. & Medhanyie, A. A. Foot length, chest and head circumference measurements in detection of low birth weight neonates in Mekelle, Ethiopia: a hospital based cross sectional study. BMC Pediatr. 17, 111 (2017).
[52] August, D.L., New, K., Ray, R.A. & Kandasamy, Y. Frequency, location and risk factors of neonatal skin injuries from mechanical forces of pressure, friction, shear and stripping: a systematic literature review. J. Neonatal Nurs. 24, 173-180 (2018).
[53] Oranges, T., Dini, V. & Romanelli, M. Skin physiology of the neonate and infant: clinical implications. Adv. Wound Care 4, 587-595 (2015).
[54] Barbeau, D.Y. & Weiss, M.D. Sleep disturbances in newborns. Children 4, 90 (2017).
[55] Newman, J.D. Neural circuits underlying crying and cry responding in mammals. Behav. Brain Res. 182, 155-165 (2007).
[56] Corwin, M. J., et al. Newborn acoustic cry characteristics of infants subsequently dying of sudden infant death syndrome. Pediatrics 96, 73-77 (1995).
[57] Farsaie Alaie, FL, Abou-Abbas, L. & Tadj, C. Cry-based infant pathology classification using GMMs. Speech Commun. 77, 28-52 (2016).
[58] Joshi, R., et al. A ballistographic approach for continuous and non-obtrusive monitoring of movement in neonates. IEEEJ. Transl. Eng. Health Med. 6, 2700809-2700809 (2018).
[59] Pan J & Tompkins, WJJITBE A real-time QRS detection algorithm. 32(3):230-236 (1985).
[60] Scholkmann F, Boss J, & Wolf MJA An efficient algorithm for automatic peak detection in noisy periodic and quasi-periodic signals. 5(4):588-603 (2012).
[61] Shensa MJJITosp, The discrete wavelet transform: wedding the a trous and Mallat algorithms. 40(l0):2464-2482 (1992).
[62] Cattaneo A, Davanzo R, Bergman N, & Charpak NJJoTP, Kangaroo mother care in low- income countries. 44(5):279-282 (1998).
[63] Smith LA, Dawes PJ, & Galland BC, The use of pulse transit time in pediatric sleep studies: A systematic review. Sleep Medicine Reviews (2016).
[64] Mahoney LGS, Assessment of the transitional circulation in late preterm and term neonates using non-invasive biomarkers: a longitudinal analysis and evaluation of repeatability. (University of Brighton) (2016).
Claims (41)
- 포유류 대상의 생리학적 파라미터를 비침습적으로 측정하기 위한 장치로서, 장치는:
포유류 대상에 부착된 다수의 센서 시스템으로서, 센서 시스템은 시간-동기화되고 서로 무선 및 양방향으로 통신하며, 각각의 센서 시스템은, 포유류 대상의 바이탈 사인을 검출하고 생리학적 파라미터 중 대응하는 하나를 생성하도록 구성된 적어도 하나의 센서를 포함하는, 다수의 센서 시스템; 및
다수의 센서 시스템과 무선 통신하도록 구성되고 센서 시스템으로부터 포유류 대상의 생리학적 파라미터를 수신하고, 이를 디스플레이하도록 구성된 마이크로컨트롤러 유닛(MCU)을 포함하는 장치.
- 제 1 항에 있어서,
센서는:
심전도(ECG) 및 근전도(EMG) 기술 중 적어도 하나와 관련된 전기 신호;
움직임, 호흡 및 동맥 혈압측정과 관련된 기계적 신호;
성대 발성, 호흡음 및 심음과 관련된 음향 신호; 및
혈액 산소화와 관련된 광학 신호 중 하나를 포함하는 신호로서 바이탈 사인을 검출하도록 구성되는, 장치.
- 제 1 항에 있어서,
각각의 센서 시스템은:
다수의 전자 부품, 및 다양한 전자 부품에 전기적으로 연결된 다수의 유연하고 신축성 있는 인터커넥트(interconnect); 및
포유류 대상에 부착된 조직-대향면과 환경-대향면을 형성하도록 전자 부품 및 유연하고 신축성 있는 인터커넥트를 적어도 부분적으로 둘러싸는 탄성 캡슐화 층을 포함하는 표피 전자 시스템(EES)인, 장치.
- 제 3 항에 있어서,
다수의 유연하고 신축성 있는 인터커넥트는 구불구불한 인터커넥트 및 지그재그 인터커넥트 중 적어도 하나를 포함하는, 장치.
- 제 3 항에 있어서,
각각의 센서 시스템은 접이식 전자 보드를 더 포함하고, 다수의 전자 부품과 다수의 유연하고 신축성 있는 인터커넥트는 접이식 전자 보드 상에 배치되는, 장치.
- 제 3 항에 있어서,
센서 시스템은:
포유류 대상의 몸통 부위에 배치되는 제 1 EES; 및
포유류 대상의 팔다리 부위에 배치되는 제 2 EES를 포함하는, 장치.
- 제 6 항에 있어서,
제 1 EES는 심전도(ECG) EES이고, ECG EES의 전자 부품은 ECG 생성을 위해 서로 공간적으로 떨어진 적어도 두 개의 전극을 포함하는, 장치.
- 제 6 항에 있어서,
제 2 EES는 광혈류 측정(PPG) EES이고, PPG EES의 전자 부품은 센서 공간 내에 위치한 광원과 광 검출기를 포함하는 PPG 센서를 포함하는, 장치.
- 제 6 항에 있어서,
각각의 센서 시스템의 전자 부품은 온도계를 포함하는, 장치.
- 제 3 항에 있어서,
각각의 센서 시스템은 전원 공급 장치를 더 포함하고, 전원 공급 장치는 내장형 전원 공급 장치 또는 분리형 모듈형 전원 공급 장치인, 장치.
- 제 1 항에 있어서,
센서 시스템은:
포유류 대상의 몸통 부위에 배치되는 제 1 센서 시스템으로서, 제 1 센서 시스템은 관성 운동 센서 시스템 또는 가속도계 시스템인, 제 1 센서 시스템; 및
포유류 대상의 팔다리 부위에 배치되는 제 2 센서 시스템을 포함하고, 제 2 센서 시스템은 광혈류 측정(PPG) 표피 전자 시스템(EES)인, 장치.
- 제 1 항에 있어서,
각각의 센서 시스템은 근거리 무선 통신(NFC) 프로토콜 또는 블루투스 프로토콜을 통해 MCU와 무선 통신하는, 장치.
- 제 12 항에 있어서,
각각의 센서 시스템은 단일 링크를 통해 무선 데이터 전송 및 무선 전력 전송을 가능하게 하기 위해 NFC 프로토콜에 따른 자기 코일을 포함하는, 장치.
- 제 1 항에 있어서,
다수의 센서 시스템 각각은:
위치 또는 움직임 모니터링을 위한 가속도계; 및
온도를 측정하기 위한 온도 센서 중 하나 이상을 더 포함하는, 장치.
- 제 1 항에 있어서,
각각의 센서 시스템은 방수형인, 장치.
- 제 1 항에 있어서,
포유류 대상의 생리학적 파라미터는: 심박수, 심박 변이도, 심음, 혈압, 흉벽 변위, 근전도, 심전도, 혈액 산소화, 호흡수, 호흡 노력, 호흡 박자, 일회 호흡량, 기침, 코골이, 재채기, 헛기침, 천명, 무호흡증, 저호흡증, 신체 활동, 심부 위치, 말초 팔다리 위치, 긁기, 발성, 문지르기, 걷기, 수면의 질, 수면 시간, 수면 중 깨어있는 시간, 피부 온도, 심부 체온 및 이들의 조합 중 하나 이상을 포함하는, 장치.
- 제 16 항에 있어서,
혈압은:
포유류 대상의 제 1 위치에 배치된 제 1 센서 및 포유류 대상의 제 2 위치에 배치된 제 2 센서의 출력 신호를 수신하고;
출력 신호를 처리하여, 제 1 센서에 의한 제 1 신호의 검출과 제 2 센서에 의한 제 2 신호의 검출 사이의 시간 지연(Δt)으로서 맥파 도달 시간(PAT)을 결정하고;
PAT 및 제 1 위치와 제 2 위치 사이의 맥파 도달 거리(L)를 기반으로 맥파 속도(PWV)를 결정하고(여기서 PWV =임); 및
PWV로부터 포유류 대상의 혈압(P)을 결정함으로써(여기서 P = αPWV2 + β)이고, α와 β는 포유류 대상의 동맥 구조 및 동맥 물질 특성에 따라 경험적으로 결정된 상수임) 측정되는, 장치.
- 제 17 항에 있어서,
5 kPA 내지 20 kPa의 혈압 범위에서,
0.13 kPa x s2/m2 ≤ α ≤ 0.23 kPa x s2/m2이고; 및
2.2 kPa ≤ β ≤ 3.2 kPa인, 장치.
- 제 1 항 내지 제 18 항 중 어느 한 항에 있어서,
포유류 대상은 인간 대상 또는 비-인간 대상인, 장치.
- 포유류 대상에서 질병에 대한 백신을 개발하기 위한 방법으로서, 방법은:
질병이 없는 포유류 대상에게 백신 제제를 제공하는 단계와;
제 1 항 내지 제 19 항 중 어느 한 항의 장치를 사용하여 포유류 대상의 생리학적 파라미터를 일정 기간 동안 지속적으로 모니터링하는 단계; 및
생리학적 파라미터를 기반으로 일정 기간 동안 포유류 대상에 대한 백신 제제의 효과를 평가하는 단계를 포함하는 방법.
- 포유류 대상에서 질병에 대한 치료제를 개발하기 위한 방법으로서, 방법은:
질병이 있는 포유류 대상에게 치료제를 제공하는 단계와;
제 1 항 내지 제 19 항 중 어느 한 항의 장치를 사용하여 포유류 대상의 생리학적 파라미터를 일정 기간 동안 지속적으로 모니터링하는 단계; 및
생리학적 파라미터를 기반으로 일정 기간 동안 질병에 대한 치료제의 효과를 평가하는 단계를 포함하는 방법.
- 포유류 대상에서 질병을 진단하기 위한 방법으로서, 방법은:
제 1 항 내지 제 18 항 중 어느 한 항의 장치를 사용하여 포유류 대상의 생리학적 파라미터를 일정 기간 동안 지속적으로 모니터링하는 단계; 및
생리학적 파라미터를 기반으로 포유류 대상이 질병이 있는지 여부를 결정하는 단계를 포함하는 방법.
- 제 22 항에 있어서,
생리학적 파라미터를 기반으로 질병의 상응하는 치료를 수행하는 단계를 더 포함하는 방법.
- 제 23 항에 있어서,
치료는 포유류 대상에게 호흡기 약물을 제공하는 단계를 포함하는, 방법.
- 포유류 대상의 생리학적 파라미터를 비침습적으로 측정하는 방법으로서, 방법은:
포유류 대상에서 다수의 센서 시스템을 이용하는 단계로서, 센서 시스템은 시간-동기화되고 서로 무선 및 양방향으로 통신하고, 센서 시스템 각각은 생리학적 파라미터 중 하나를 모니터링하기 위해 적어도 하나의 센서를 포함하는, 단계와;
센서 시스템에 의해 포유류 대상의 생리학적 파라미터를 측정하는 단계와;
센서 시스템에 원격으로 통신 가능하게 연결된 마이크로컨트롤러에서 포유류 대상의 생리학적 파라미터를 수신하는 단계; 및
마이크로컨트롤러에서 포유류 대상의 생리학적 파라미터를 디스플레이하는 단계를 포함하는 방법.
- 제 25 항에 있어서,
센서는:
심전도(ECG) 및 근전도(EMG) 기술 중 적어도 하나와 관련된 전기 신호;
움직임, 호흡 및 동맥 혈압측정과 관련된 기계적 신호;
성대 발성, 호흡음 및 심음과 관련된 음향 신호; 및
혈액 산소화와 관련된 광학 신호로 이루어진 군에서 선택되는 신호로서 포유류 대상의 바이탈 사인을 검출하도록 구성되는, 방법.
- 제 25 항에 있어서,
다수의 센서 시스템 각각은:
다수의 전자 부품, 및 다양한 전자 부품에 전기적으로 연결된 다수의 유연하고 신축성 있는 인터커넥트(interconnect); 및
포유류 대상에 부착된 조직-대향면과 환경-대향면을 형성하도록 전자 부품 및 유연하고 신축성 있는 인터커넥트를 적어도 부분적으로 둘러싸는 탄성 캡슐화 층을 포함하는 표피 전자 시스템(EES)인, 방법.
- 제 27 항에 있어서,
다수의 유연하고 신축성 있는 인터커넥트는 구불구불한 인터커넥트 및 지그재그 인터커넥트 중 적어도 하나를 포함하는, 방법.
- 제 27 항에 있어서,
각각의 센서 시스템은 접이식 전자 보드를 더 포함하고, 다수의 전자 부품과 다수의 유연하고 신축성 있는 인터커넥트는 접이식 전자 보드 상에 배치되는, 방법.
- 제 25 항에 있어서,
다수의 센서 시스템은:
포유류 대상의 몸통 부위에 배치되는 제 1 EES; 및
포유류 대상의 팔다리 부위에 배치되는 제 2 EES를 포함하는, 방법.
- 제 30 항에 있어서,
제 1 EES는 심전도(ECG) EES이고, ECG 생성을 위해 서로 공간적으로 떨어진 적어도 두 개의 전극을 포함하는, 방법.
- 제 30 항에 있어서,
제 2 EES는 광혈류 측정(PPG) EES이고, 센서 공간 내에 위치한 광원과 광 검출기를 포함하는 PPG 센서를 포함하는, 방법.
- 제 25 항에 있어서,
센서 시스템은:
포유류 대상의 몸통 부위에 배치되는 제 1 센서 시스템으로서, 제 1 센서 시스템은 관성 운동 센서 시스템 또는 가속도계 시스템인, 제 1 센서 시스템; 및
포유류 대상의 팔다리 부위에 배치되는 제 2 센서 시스템을 포함하고, 제 2 센서 시스템은 광혈류 측정(PPG) 표피 전자 시스템(EES)인, 방법.
- 제 25 항에 있어서,
포유류 대상의 생리학적 파라미터는: 심박수, 심박 변이도, 심음, 혈압, 흉벽 변위, 근전도, 심전도, 혈액 산소화, 호흡수, 호흡 노력, 호흡 박자, 일회 호흡량, 기침, 코골이, 재채기, 헛기침, 천명, 무호흡증, 저호흡증, 신체 활동, 심부 위치, 말초 팔다리 위치, 긁기, 발성, 문지르기, 걷기, 수면의 질, 수면 시간, 수면 중 깨어있는 시간, 피부 온도, 심부 체온 및 이들의 조합 중 하나 이상을 포함하는, 방법.
- 제 34 항에 있어서,
혈압은:
포유류 대상의 제 1 위치에 배치된 제 1 센서 및 포유류 대상의 제 2 위치에 배치된 제 2 센서의 출력 신호를 수신하고;
출력 신호를 처리하여, 제 1 센서에 의한 제 1 신호의 검출과 제 2 센서에 의한 제 2 신호의 검출 사이의 시간 지연(Δt)으로서 맥파 도달 시간(PAT)을 결정하고;
PAT 및 제 1 위치와 제 2 위치 사이의 맥파 도달 거리(L)를 기반으로 맥파 속도(PWV)를 결정하고(여기서 PWV =임); 및
PWV로부터 포유류 대상의 혈압(P)을 결정함으로써(여기서 P = αPWV2 + β)이고, α와 β는 포유류 대상의 동맥 구조 및 동맥 물질 특성에 따라 경험적으로 결정된 상수임) 측정되는, 방법.
- 제 35 항에 있어서,
5 kPA 내지 20 kPa의 혈압 범위에서,
0.13 kPa x s2/m2 ≤ α ≤ 0.23 kPa x s2/m2이고; 및
2.2 kPa ≤ β ≤ 3.2 kPa인, 방법.
- 제 25 항에 있어서,
다수의 센서 시스템 각각은 전원 공급 장치를 더 포함하고, 전원 공급 장치는 내장형 전원 공급 장치 또는 분리형 모듈형 전원 공급 장치인, 방법.
- 제 25 항에 있어서,
다수의 센서 시스템 각각은 근거리 무선 통신(NFC) 프로토콜 또는 블루투스 프로토콜을 통해 마이크로컨트롤러와 무선 통신하는, 방법.
- 제 25 항에 있어서,
다수의 센서 시스템 각각은:
위치 또는 움직임 모니터링을 위한 가속도계; 및
온도를 측정하기 위한 온도 센서 중 하나 이상을 더 포함하는, 방법.
- 제 39 항에 있어서,
다수의 센서 시스템 각각은 단일 링크를 통해 무선 데이터 전송 및 무선 전력 전송을 가능하게 하기 위해 NFC 프로토콜에 따른 자기 코일을 포함하는, 방법.
- 하나 이상의 프로세서에 의해 실행될 때, 제 20 항 내지 제 40 항 중 어느 한 항의 방법이 수행될 수 있도록 하는 명령을 저장하는 비-일시적 유형의 컴퓨터 판독 가능 매체.
Applications Claiming Priority (9)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US201862753303P | 2018-10-31 | 2018-10-31 | |
| US201862753625P | 2018-10-31 | 2018-10-31 | |
| US201862753453P | 2018-10-31 | 2018-10-31 | |
| US16/753,303 | 2018-10-31 | ||
| US62/753,453 | 2018-10-31 | ||
| US62/753,625 | 2018-10-31 | ||
| US201962857179P | 2019-06-04 | 2019-06-04 | |
| US62/857,179 | 2019-06-04 | ||
| PCT/US2019/059190 WO2020092786A1 (en) | 2018-10-31 | 2019-10-31 | Apparatus and method for non-invasively measuring physiological parameters of mammal subject and applications thereof |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20210072105A true KR20210072105A (ko) | 2021-06-16 |
Family
ID=70463272
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020217016173A KR20210072105A (ko) | 2018-10-31 | 2019-10-31 | 포유류 대상의 생리학적 파라미터를 비침습적으로 측정하기 위한 장치 및 방법 및 그 응용 |
Country Status (6)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US20210386300A1 (ko) |
| EP (1) | EP3863508A4 (ko) |
| JP (1) | JP7330281B2 (ko) |
| KR (1) | KR20210072105A (ko) |
| CN (1) | CN113316414A (ko) |
| WO (1) | WO2020092786A1 (ko) |
Families Citing this family (14)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2018524677A (ja) | 2015-06-01 | 2018-08-30 | ザ ボード オブ トラスティーズ オブ ザ ユニヴァーシティー オブ イリノイ | 無線電力及び近距離無線通信機能を備えた小型電子システム |
| KR20180034342A (ko) | 2015-06-01 | 2018-04-04 | 더 보드 오브 트러스티즈 오브 더 유니버시티 오브 일리노이 | 대안적인 자외선 감지방법 |
| US11911136B2 (en) | 2019-06-17 | 2024-02-27 | IMEC Nederland | System and method for calculating cardiac pulse transit or arrival time information |
| CN112515627A (zh) * | 2019-09-17 | 2021-03-19 | 智感云端科技股份有限公司 | 复合式生理检测装置 |
| US20210275110A1 (en) * | 2019-12-30 | 2021-09-09 | RubyElf, LLC | Systems For Synchronizing Different Devices To A Cardiac Cycle And For Generating Pulse Waveforms From Synchronized ECG and PPG Systems |
| CN115955940A (zh) * | 2020-05-29 | 2023-04-11 | 生命Q私人有限公司 | 用于从传感器数据检测咳嗽的系统和方法 |
| US20230290506A1 (en) * | 2020-07-22 | 2023-09-14 | REHABILITATION INSTITUTE OF CHICAGO d/b/a Shirley Ryan AbilityLab | Systems and methods for rapidly screening for signs and symptoms of disorders |
| US20220125319A1 (en) * | 2020-10-27 | 2022-04-28 | Farnaz Zand | Moisture and Fever Sensing Apparatus |
| EP4014850B1 (en) * | 2020-12-16 | 2024-07-24 | Polar Electro Oy | Method for measuring pre-ejection period |
| FR3124373A1 (fr) * | 2021-06-23 | 2022-12-30 | Tecmoled | Système de télésurveillance des paramètres physiologiques |
| WO2023133314A1 (en) * | 2022-01-07 | 2023-07-13 | Northwestern University | Methods and devices for continuous organ and organ allograft monitoring |
| TWI795219B (zh) * | 2022-02-22 | 2023-03-01 | 昌泰科醫股份有限公司 | 基於血流動力學分析且與氣血循環及深層睡眠相關的特定生理綜合症偵測方法及系統 |
| CN115349876B (zh) * | 2022-09-22 | 2023-09-15 | 北京市神经外科研究所 | 一种肌电采集系统 |
| CN116740219B (zh) * | 2023-08-14 | 2024-01-09 | 之江实验室 | 一种三维光声断层成像方法、装置、设备及可读存储介质 |
Family Cites Families (15)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6949691B2 (en) * | 2001-06-15 | 2005-09-27 | New Century Pharmaceuticals Inc. | Human albumin animal models for drug evaluation, toxicology and immunogenicity studies |
| US8140143B2 (en) * | 2009-04-16 | 2012-03-20 | Massachusetts Institute Of Technology | Washable wearable biosensor |
| US20140275888A1 (en) * | 2013-03-15 | 2014-09-18 | Venture Gain LLC | Wearable Wireless Multisensor Health Monitor with Head Photoplethysmograph |
| EP3102101A4 (en) * | 2014-02-07 | 2017-08-23 | The Regents of the University of California | Wireless high-density micro-electrocorticographic device |
| KR101628752B1 (ko) * | 2014-07-10 | 2016-06-21 | 연세대학교 산학협력단 | 심방세동환자에게 적용가능한 비침습적 대동맥 혈압추정 장치 및 그 방법 |
| CN106999060A (zh) * | 2014-08-11 | 2017-08-01 | 伊利诺伊大学评议会 | 用于分析温度特性和热传送特性的表皮器件 |
| US10722160B2 (en) * | 2014-12-03 | 2020-07-28 | The Regents Of The University Of California | Non-invasive and wearable chemical sensors and biosensors |
| WO2016210334A1 (en) | 2015-06-26 | 2016-12-29 | Rhythm Diagnostic Systems, Inc. | Health monitoring systems and methods |
| US9642578B2 (en) * | 2015-07-19 | 2017-05-09 | Sanmina Corporation | System and method for health monitoring using a non-invasive, multi-band biosensor |
| US10277386B2 (en) * | 2016-02-22 | 2019-04-30 | Mc10, Inc. | System, devices, and method for on-body data and power transmission |
| US10849508B2 (en) * | 2016-06-03 | 2020-12-01 | Fourth Frontier Technologies Pvt. Ltd. | System and method for continuous monitoring of blood pressure |
| US20190209028A1 (en) * | 2016-06-30 | 2019-07-11 | Intel Corporation | Devices and methods for sensing biologic function |
| WO2018013569A1 (en) | 2016-07-11 | 2018-01-18 | Mc10, Inc. | Multi-sensor blood pressure measurement system |
| JP6741570B2 (ja) | 2016-12-28 | 2020-08-19 | オムロン株式会社 | 脈波測定装置および脈波測定方法、並びに血圧測定装置 |
| EP3570732A4 (en) | 2017-01-18 | 2020-10-14 | Mc10, Inc. | DIGITAL STETHOSCOPE WITH MECHANICAL-ACOUSTIC SENSOR SUITE |
-
2019
- 2019-10-31 KR KR1020217016173A patent/KR20210072105A/ko not_active Application Discontinuation
- 2019-10-31 EP EP19877904.3A patent/EP3863508A4/en active Pending
- 2019-10-31 CN CN201980071572.XA patent/CN113316414A/zh active Pending
- 2019-10-31 JP JP2021548565A patent/JP7330281B2/ja active Active
- 2019-10-31 WO PCT/US2019/059190 patent/WO2020092786A1/en unknown
- 2019-10-31 US US17/287,196 patent/US20210386300A1/en active Pending
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2022509542A (ja) | 2022-01-20 |
| US20210386300A1 (en) | 2021-12-16 |
| EP3863508A4 (en) | 2022-08-03 |
| EP3863508A1 (en) | 2021-08-18 |
| JP7330281B2 (ja) | 2023-08-21 |
| CN113316414A (zh) | 2021-08-27 |
| WO2020092786A1 (en) | 2020-05-07 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Chung et al. | Skin-interfaced biosensors for advanced wireless physiological monitoring in neonatal and pediatric intensive-care units | |
| JP7330281B2 (ja) | 哺乳動物対象の生理学的パラメータを非侵襲的に測定するための装置及び方法並びにその適用 | |
| EP3873330B1 (en) | Sensor network for measuring physiological parameters of mammal subject and applications of same | |
| Jiang et al. | A wearable tele-health system towards monitoring COVID-19 and chronic diseases | |
| US20210113099A1 (en) | Wireless medical sensors and methods | |
| US20190254600A1 (en) | Body-worn vital sign monitor | |
| US20190365263A1 (en) | Digital stethoscope using mechano-acoustic sensor suite | |
| CN113301846A (zh) | 能量转换监测设备、系统和方法 | |
| Zhang et al. | Technology development for simultaneous wearable monitoring of cerebral hemodynamics and blood pressure | |
| Beppler et al. | An ultra-miniaturized near infrared spectroscopy system to assess sleep apnea in children with Down syndrome | |
| TWM618094U (zh) | 睡眠感測裝置，睡眠感測資料蒐集平台，及睡眠品質分析系統 | |
| Nathan et al. | Smart watches for physiological monitoring: a case study on blood pressure measurement | |
| Bestbier | Development of a vital signs monitoring wireless ear probe | |
| US20240000322A1 (en) | Advanced mechano-acoustic sensing and applications of same | |
| Lee | Mechanoacoustic Sensing at Suprasternal Notch | |
| US20220031246A1 (en) | Body-worn vital sign monitor | |
| Ruby et al. | Recent Trends in Wearable Device Technology for Health State Monitoring | |
| WO2022094451A1 (en) | Advanced mechano-acoustic sensing and applications of same | |
| Bestbier | Development of a vital signs monitoring ear probe. | |
| Conant | Non-invasive systems for out-of-clinic monitoring of biomechanical measures |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| E902 | Notification of reason for refusal |