KR20220061498A - 카테터의 위치확인 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 시술자가 휴대용 단말기를 통해 간편하게 카테터의 위치를 감지할 수 있어 사용상 편의성을 증대시킬 수 있는 카테터의 위치확인 시스템을 개시한다. 본 발명은 시술 중에 카테터의 진입 위치를 감지할 수 있는 카테터의 위치확인 시스템으로서, 가이드 와이어의 선단에 마그넷 부재가 구비된 카테터 조립체; 상기 가이드 와이어의 선단에 장착된 상기 마그넷 부재로 발생된 자기장을 감지하는 센서 어레이 디바이스; 및 상기 센서 어레이 디바이스로부터 상기 카테터의 위치 데이터를 전송받아 디스플레이로 표시하는 휴대용 단말기를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

카테터의 위치확인 시스템{System for detecting catheter position}

본 발명은 카테터의 위치확인 시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 자기 센서를 이용한 카테터의 위치확인 시스템에 관한 것이다.

일반적으로 카테터(catheter)는 외과 분야에서 사용하는 튜브 형태의 기구로서, 그 재질은 보통 합성수지, 플라스틱 고무, 라텍스, 실리콘, 금속 등으로 이루어진다. 또한 심장질환, 비뇨기, 신경질환, 정맥질환 등의 치료 목적으로 정맥내 삽입되어 약물을 주입하는 기능을 한다.

이와 같은 카테터를 이용한 시술방식은 쇄골하정맥을 지나 상대정맥으로 이동하면서 이루어지는 방식으로서 좌심카테터법이 있고, 정맥에서 우심방으로 진행시킨 카테터를 심방중격으로 천공하고 다시 좌심방, 좌심실의 순으로 진행하면서 검사하는 방식의 경중격좌심 카테터법도 있다.

이러한 카테터법은 심장 내부나 대혈관 내의 혈압이나 혈액의 산소 함량을 측정하여, 심장판막증이나 선천성 심장질환의 종류를 정확히 진단하고, 중증도를 파악하는데 도움이 됨과 동시에, 수술여부의 치료방침을 결정하는데도 중요한 자료를 제공하게 된다. 따라서 심장카테터법을 응용하면 심장 내의 심음도나 심전도를 기록할 수 있고, 심장 내부의 조영제를 넣어 그 호흡을 엑스선으로 촬영할 수 있으며, 또한 심장 조직의 일부를 절제하여 검사할 수 있다.

이러한 카테터법의 시술시 카테터는 쇄골하정맥을 지나서 상대정맥으로 삽입되어야 심장의 우심방에 진입할 수 있다. 그러나 내경정맥을 통해 목쪽으로 삽입되어 경로이탈이 발생할 수 있어 실시간으로 경로이탈의 발생을 인식할 수 있는 방법이 필요하다.

예를 들어 정맥 카테터는 쇄골하정맥을 통하거나 경정맥을 통해서 상대정맥으로 이동하여 심장으로 삽입되어야 하는데, 이때 카테터가 이동하면서 상태정맥에 도달하기 전에 다른 경정맥들로 삽입되는 경우가 발생하므로 진단이 어려워지거나, 또는 투입된 약제가 대정맥으로 가지 않고 목쪽으로 이동하여 역류되는 문제점이 있었다.

따라서, 의료진은 카테터를 시술하고자 하는 혈관이나 심장, 척추 등의 신체 내에 삽입하여 정확한 위치에 도달하면 삽입을 중지시키고 다음 작업을 수행하여야 한다.

또한 종래의 카테터는 시술 중에 신체의 외부에서 정확한 확인이 어렵기 때문에 시술자의 경험이나 직감에 의존해 삽입을 중지하거나, 또는 카테터 내에 조영제 또는 금속을 삽입하고 신체 외부에 설치된 엑스레이(x-ray) 또는 투시조영장치(c-arm) 등의 방사선 영상장치에 의해 그 위치를 파악하면서 시술이 이루어지는 것이 일반적이다.

예를 들어 경막외 마취 및 통증 조절(epidural anesthesia and pain control)에 있어서, 삽입된 카테터의 위치를 확인하기 위해서는 엑스레이 영상을 이용하거나, 환자의 ECG 신호를 기반으로 카테터 팁의 위치를 확인할 수 있지만, 카테터가 잘못 위치된 경우에는 재삽입하여야만 그 위치를 교정할 수 있는 문제점이 있다.

이와 같은 방법으로는 카테터의 끝단부의 위치를 정확하게 파악하기가 어려워 여전히 직감에 의한 시술이 이루어지므로, 숙련자에게만 의존하게 되거나, 반복되는 엑스레이 촬영으로 인해 비용증가와 방사선에 피폭 위험이 제기된다. 아울러 종래의 외부 검출장치를 이용한 카테터 위치확인 기술들도 장치의 구성이 복잡하고 고가인 문제가 있다.

<선행문헌 1> : 대한민국 공개특허공보 제2015-0128008호(2015. 11. 18. 공개)

본 발명은 위와 같은 문제점을 해소하기 위해 창안된 것으로서, 시술자가 휴대용 단말기를 통해 간편하게 카테터의 위치를 감지할 수 있어 사용상 편의성을 증대시킬 수 있는 카테터의 위치확인 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.

위와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일실시 형태에 따르면, 시술 중에 카테터의 진입 위치를 감지할 수 있는 카테터의 위치확인 시스템으로서, 가이드 와이어의 선단에 마그넷 부재가 구비된 카테터 조립체; 상기 마그넷 부재로 발생된 자기장을 감지하는 센서 어레이 디바이스; 및 상기 센서 어레이 디바이스로부터 상기 카테터의 위치 데이터를 전송받아 디스플레이로 표시하는 단말기를 포함하는 카테터의 위치확인 시스템이 제공된다.

상기 센서 어레이 디바이스는, 다수의 자기장 센서가 일렬로 배치된 제1 자기장 센서 어레이, 및 상기 제2 자기장 센서 어레이에 배치된 상기 자기장 센서와 수직선상에서 서로 어긋나게 배치된 다수의 자기장 센서가 일렬로 배치된 제2 자기장 센서 어레이를 포함하여 이루어질 수 있다.

상기 센서 어레이 디바이스는, 상기 제1 및 제2 자기장 센서 어레이가 수용된 케이싱부, 상기 케이싱부의 하방으로 일정길이로 연장되고 다수의 파지홈이 형성된 손잡이부, 상기 케이싱부의 내부에 구비되어 상기 휴대용 단말기로 상기 위치 데이터를 무선으로 전송하는 무선통신모듈, 및 상기 센서 어레이 디바이스로 전원을 공급하기 위한 배터리부를 포함하여 이루어진 것일 수 있다.

상기 마그넷 부재는, 상기 가이드 와이어의 내부에 삽입된 복수의 네오디뮴 자석(Neodymium Magnet)이거나, 상기 가이드 와이어의 선단에 마그넷 파우더가 코팅되어 이루어진 것일 수 있다.

또한 본 발명은 카테터의 위치확인 시스템의 제어방법으로서, 상기 가이드 와이어의 선단에 배치된 상기 마그넷 부재에서 발생된 자기장을 상기 센서 어레이 디바이스의 자기장 센서를 통해 스캔하는 측정단계; 측정된 자기장 신호를 신호처리부를 통해 필터링 및 증폭되어 신호 출력으로 제공하는 신호처리단계; 상기 신호처리부의 출력 신호를 디지털 신호로 변환하고 신호 변환부를 통해 AD 변환 처리하는 신호변환단계; 상기 신호 변환부의 출력신호에 기초하여 자기장의 세기 분포를 정량적으로 수치화시키고, 가이드 와이어의 선단에 위치한 마그넷 부재의 위치와 방향을 정량적으로 분석하는 데이터처리단계; 및 데이터 처리를 통해 정량적으로 수치화된 결과값을 휴대용 단말기의 디스플레이에 그래픽으로 출력하는 영상 처리 단계를 포함하여 이루어진 카테터의 위치확인 시스템의 제어방법이 제공된다.

덧붙여 상기한 과제의 해결수단은, 본 발명의 특징을 모두 열거한 것이 아니다. 본 발명의 다양한 특징과 그에 따른 장점과 효과는 아래의 구체적인 실시형태를 참조하여 보다 상세하게 이해될 수 있을 것이다.

본 발명에 따르면, 카테터의 와이어 가이드의 선단에 마그넷 부재를 설치하고, 이를 와전류 스캐너 방식으로 검출하는 센서 어레이 디바이스를 통해 검출하여 휴대용 단말기의 디스플레이에 그래픽으로 출력할 수 있어, 시술의 편의성을 증대하고 휴대성과 효율성을 대폭 개선할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 카테터의 위치확인 시스템의 개략적인 구성도,
도 2는 레이더 칩이 장착된 가이드 와이어의 구성도,
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 카테터의 위치확인 시스템의 카테터의 위치 감지 방식을 나타내는 개략도,
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 카테터의 위치확인 시스템의 센서 어레이 디바이스의 사시도,
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 카테터의 위치확인 시스템의 센서 어레이 디바이스의 정면도,
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 카테터의 위치확인 시스템의 센서 어레이 디바이스의 측단면도,
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 카테터의 위치확인 시스템의 센서 어레이 디바이스의 마그넷 부재의 감지 상태를 보여주는 상태도,
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 카테터의 위치확인 시스템의 센서 어레이 디바이스의 마그넷 부재의 감지 상태를 보여주는 단면 상태도, 및
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 카테터의 위치확인 시스템의 제어 순서도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있도록 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 다만, 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명함에 있어, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 유사한 기능 및 작용을 하는 부분에 대해서는 도면 전체에 걸쳐 되도록 동일한 부호를 사용한다.

덧붙여, 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 '연결'되어 있다고 할 때, 이는 '직접적으로 연결'되어 있는 경우뿐만 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 '간접적으로 연결'되어 있는 경우도 포함한다. 또한, 어떤 구성요소를 '포함'한다는 것은, 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있다는 것을 의미한다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 카테터의 위치확인 시스템은 카테터 조립체(50)의 가이드 와이어(30)의 내부에 제1 마그넷(21)과 제2 마그넷(21)으로 이루어진 마그넷 부재(20)가 구비된 카테터 조립체가 제공된다.

한편 카테터 조립체(50)의 가이드 와이어(30)의 선단에 장착된 마그넷 부재(20)를 감지하고 무선통신이 가능한 센서 어레이 디바이스(10)가 제공된다.

또한 센서 어레이 디바이스(10)로부터 카테터의 위치 데이터를 무선통신에 의해 전송받아 디스플레이부로 표시하는 휴대용 단말기(500)를 포함하여 이루어진다.

이러한 주요 구성요소를 통해 도 1과 같이 환자(P)의 몸속으로 투입된 가이드 와이어(30)의 마그넷 부재(20)를 센서 어레이 디바이스(10)를 통해 탐지하고, 이를 휴대용 단말기(500)의 디스플레이로 표시한다. 이를 통해 시술자가 카테터 시술시 카테터의 진입위치를 용이하게 실시간으로 파악할 수 있다.

여기서 가이드 와이어(30)의 선단에 장착된 마그넷 부재(20)는 복수의 네오디뮴 자석(Neodymium Magnet)이 가이드 와이어(30)의 내부에 장착된 구성일 수 있다. 이 경우 자석의 크기에 따라 자석의 적용 개수를 달리할 수 있음은 물론이다. 이 밖에 가이드 와이어의 제조시 마그넷 파우더를 가이드 와이어의 선단에 코팅하여도 동일한 작용을 기대할 수 있다.

한편 도 2를 참조하면, 가이드 와이어(30)에는 감지를 위한 레이더 칩(C1)이 장착된 카테터 조립체가 제공될 수도 있다. 그러나 이는 제조단가가 높고 감지 시스템에 소요되는 제작비용도 높아서 실무에 적용되기 어렵다. 예를 들어 혈관 스캐너 기술이 접목되어 가이드 와이어를 UWB 레이더 안테나로 적용하고 레이저 포인터를 통해 카테터의 위치를 감지하는 기술로서 제공될 수 있다.

도 3을 참조하면, 센서 어레이부(10)는 다수의 자기장 센서가 일렬로 배치된 제1 자기장 센서 어레이(11a)와 다수의 자기장 센서가 일렬로 배치된 제2 자기장 센서 어레이(11b)가 케이싱부(10a)의 서로 수직선상에서 상하 2열로 서로 어긋나게 배치되어 구성된다.

구체적으로 센서 어레이부(10)의 자기장 센서 어레이(11a,11b)는 가이드 와이어(30)의 선단에 장착된 마그넷 부재(20)의 자기장을 측정하기 위해 다수의 자기장 검출 센서들이 어레이(array) 형태로 배열되어 구성된다. 여기서 검출된 자기장 데이터는 신호변환부와 데이터처리부를 통해 휴대용 단말기(500)의 디스플레이에 그래픽으로 표시되어 카테터의 삽입 진로를 시술자에게 인식시킬 수 있다.

이러한 자기장 감지기술에 대해 본 발명에서는 에디 커런트(Eddy current; 와전류)를 측정하는 와전류 스캐너 기술이 적용된다(예를 들어 대한민국 등록특허 제0956164호가 적용될 수 있다).

도 4 내지 도 6을 참조하면, 본 발명의 센서 어레이 디바이스(10)는 자기장 감지 센서들이 배열되는 케이싱부(10a)와 시술자가 용이하게 파지할 수 있도록 케이싱부(10a)의 하방으로 형성된 손잡이부(10b)를 포함한다.

구체적으로, 케이싱부(10a)에는 자기장 감지 센서들이 다수개가 서로 어긋나게 배치된다. 이는 센서 감지범위를 최대한 겹쳐지게 하여 감지 정밀도를 향상시키기 위함이다. 이를 위치별로 구분해보면 케이싱부(10a)의 상부단에 일렬로 배치된 제1 자기장 센서 어레이(11a)와 하부단에 일렬로 배치된 제2 자기장 센서 어레이(11b)가, 수직방향에서 서로 어긋나게 배치되어 있다.

한편 손잡이부(10b)는 시술자가 용이하게 장치를 파지하여 사용하기 위한 요소로서, 다수의 파지홈(12)이 일정간격마다 형성된다.

또한 도 6과 같이 케이싱부(10a)의 내부에는 앞서 설명한 자기장 센서 어레이(11a,11b)들 이외에 측정된 자기장 데이터에 대한 신호를 신호처리하고 변환하는 모듈이 제공되고, 아울러 휴대용 단말기(500)과 무선통신을 위한 무선통신모듈(14; 도 6)도 포함되어 있다. 또한 별도로 도시하진 않았으나 센서 어레이 디바이스(10)는 내부에는 휴대용으로 사용하기 위해 충전용 배터리가 구비될 수도 있다.

도 7을 참조하면, 본 발명은 와전류를 측정하는 에디 커런트 스캐너 기술을 이용하여 카테터의 진입위치를 실시간으로 시술자에게 제공하기 위한 카테터 위치 감지 시스템을 제공한다.

본 발명은 넓은 면적의 와전류를 측정하는 경우, 하나의 에디 커런트 센서로 감지하는데 비효율적인 문제를 해결하고자 자기장 센서들을 하나의 어레이 형태로 케이싱부(10a)에 2열로 서로 수직선상에서 어긋나게 배치한 구성을 제공한다. 이에 따라 시술자가 한번의 스캔동작에 의해 보다 많은 자기장 분포 정보를 획득할 수 있다.

또한 본 발명은 가이드 와이어(30)의 선단에 마그넷 부재(20)를 부착하고, 이로부터 발생된 자기장을 검출하는 방식을 취한다. 이때 검출된 자기장 검출 값은 자기장 센서와 측정물의 방향과 거리를 고려하여 X축 및 Y축 방향에 대한 미분치로 연산하게 된다.

이와 같이 자기장 센서 어레이(11a,11b)에서 측정된 값들이 연산부에서 연산되면, 그 결과값은 휴대용 단말기(예를 들어 스마트 휴대폰이나 테블릿 PC 등)의 디스플레이로 표시될 수 있어 시술자가 간편하게 휴대하여 실시간으로 카테터의 진입 위치를 확인할 수 있다.

도 8 및 도 9를 참조하면, 예를 들어 시술자가 카테터의 가이드 와이어(30)를 피하 조직 아래의 정맥으로 삽입하는 경우, 가이드 와이어(30)의 선단에 배치된 마그넷 부재(20)에서 발생된 자기장을 센서 어레이 디바이스(10)의 자기장 센서 어레이(11a,11b)를 통해 스캔하게 된다(S10). 측정된 자기장 신호는 신호처리부를 통해 필터링 및 증폭되어 신호 출력이 이루어지게 된다(S20). 다음으로 신호처리부의 출력 신호를 디지털 신호로 변환하고 신호 변환부를 통해 AD 변환 처리한다(S30). 이어 신호 변환부의 출력신호에 기초하여 자기장의 세기 분포를 정량적으로 수치화시키고, 카테터의 가이드 와이어(30)의 선단에 위치한 마그넷 부재(20)의 위치와 방향을 정량적으로 분석한다(S40). 다음으로 데이터 처리를 통해 정량적으로 수치화된 결과값을 휴대용 단말기(500)의 디스플레이에 그래픽으로 출력한다(S50).

이와 같이 본 발명의 카테터의 위치확인 시스템은 카테터의 와이어 가이드(30)의 선단에 마그넷 부재(20)를 설치하고, 이를 와전류 스캐너 방식으로 검출하는 센서 어레이 디바이스(10)를 통해 검출하여 휴대용 단말기(500)의 디스플레이에 그래픽형태로 출력할 수 있어, 시술 상의 편의성을 증대하고 휴대성과 효율성을 대폭 개선할 수 있다.

이상에서는 본 발명을 특정의 실시예에 대해서 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 실시예에만 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이하의 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상의 요지를 벗어나지 않는 범위에서 얼마든지 다양하게 변경하여 실시할 수 있을 것이다.

10: 센서 어레이 디바이스
10a: 케이싱부
10b: 손잡이부
11a: 제1 자기장 센서 어레이
11b: 제2 자기장 센서 어레이
12: 파지홈
20: 마그넷 부재
21: 제1 마그넷
22: 제2 마그넷
30: 가이드 와이어
50: 카테터 본체
500: 휴대용 단말기

Claims (5)

1. 시술 중에 카테터의 진입 위치를 감지할 수 있는 카테터의 위치확인 시스템으로서,
   가이드 와이어의 선단에 마그넷 부재가 구비된 카테터 조립체;
   상기 마그넷 부재로 발생된 자기장을 감지하는 센서 어레이 디바이스; 및
   상기 센서 어레이 디바이스로부터 상기 카테터의 위치 데이터를 전송받아 디스플레이로 표시하는 단말기를 포함하는 것을 특징으로 하는 카테터의 위치확인 시스템.
2. 제1항에 있어서,
   상기 센서 어레이 디바이스는,
   다수의 자기장 센서가 일렬로 배치된 제1 자기장 센서 어레이, 및
   상기 제2 자기장 센서 어레이에 배치된 상기 자기장 센서와 수직선상에서 서로 어긋나게 배치된 다수의 자기장 센서가 일렬로 배치된 제2 자기장 센서 어레이를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 카테터의 위치확인 시스템.
3. 제2항에 있어서,
   상기 센서 어레이 디바이스는,
   상기 제1 및 제2 자기장 센서 어레이가 수용된 케이싱부,
   상기 케이싱부의 하방으로 일정길이로 연장되고 다수의 파지홈이 형성된 손잡이부,
   상기 케이싱부의 내부에 구비되어 상기 휴대용 단말기로 상기 위치 데이터를 무선으로 전송하는 무선통신모듈, 및
   상기 센서 어레이 디바이스로 전원을 공급하기 위한 배터리부를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 카테터의 위치확인 시스템.
4. 제1항에 있어서,
   상기 마그넷 부재는, 상기 가이드 와이어의 내부에 삽입된 복수의 네오디뮴 자석(Neodymium Magnet)이거나,
   상기 가이드 와이어의 선단에 마그넷 파우더가 코팅되어 이루어진 것을 특징으로 하는 카테터의 위치확인 시스템.
5. 청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 한항에 기재된 카테터의 위치확인 시스템의 제어방법으로서,
   상기 가이드 와이어의 선단에 배치된 상기 마그넷 부재에서 발생된 자기장을 상기 센서 어레이 디바이스의 자기장 센서를 통해 스캔하는 측정단계;
   측정된 자기장 신호를 신호처리부를 통해 필터링 및 증폭되어 신호 출력으로 제공하는 신호처리단계;
   상기 신호처리부의 출력 신호를 디지털 신호로 변환하고 신호 변환부를 통해 AD 변환 처리하는 신호변환단계;
   상기 신호 변환부의 출력신호에 기초하여 자기장의 세기 분포를 정량적으로 수치화시키고, 가이드 와이어의 선단에 위치한 마그넷 부재의 위치와 방향을 정량적으로 분석하는 데이터처리단계; 및
   데이터 처리를 통해 정량적으로 수치화된 결과값을 휴대용 단말기의 디스플레이에 그래픽으로 출력하는 영상 처리 단계를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 카테터의 위치확인 시스템의 제어방법.

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