KR20230081511A - 침윤 감지 및 통보를 위한 초박 패치형 생체 임피던스 측정 시스템 - Google Patents

침윤 감지 및 통보를 위한 초박 패치형 생체 임피던스 측정 시스템 Download PDF

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Abstract

초박 패치형 생체 임피던스 측정 시스템이 제공된다. 이 초박 패치형 생체 임피던스 측정 시스템은 중앙 부위에 정맥 주사용 주사기의 바늘이 환자의 피부에 주사되기 위한 부위에 해당하는 주사 홀, 주사 홀의 양측에 한 쌍으로 구비된 4개의 전극들 및 4개의 전극들과 전기적으로 연결되어 신호를 인가하고 읽어들이기 위한 4채널 커넥터 패드를 포함하되, 환자의 피부에 부착되는 유연성을 갖는 초박 패치 형태의 생체 임피던스 측정 센서, 생체 임피던스 측정 센서의 4채널 커넥터 패드와 전기적으로 연결되어 생체 임피던스 측정 센서로부터 측정된 생체 임피던스의 변이 양상을 분류하는 계층적 다단계 분류기를 구비하는 분류부, 및 계층적 다단계 분류기에 의해 감지된 침윤 상태를 무선 통신을 통해 외부로 전송하는 통신부를 포함한다.

Description

침윤 감지 및 통보를 위한 초박 패치형 생체 임피던스 측정 시스템{Ultra_Thin Patch Type Bio Impedance Measuring System for Detecting and Noticing Infiltration}
본 발명은 초박 패치형 생체 임피던스 측정 시스템에 관한 것으로, 더 구체적으로 환자의 정맥에 수액 및 약제를 주입하는 정맥 요법을 시행하는 중에 빈번하게 유발되는 침윤 또는 일혈 현상을 실시간으로 조기 감지한 후, 침윤 감지 결과를 무선 통신으로 통보할 수 있는 침윤 감지 및 통보를 위한 초박 패치형 생체 임피던스 측정 시스템에 관한 것이다.
체내에 수액이나 약물, 혈액 등을 공급하기 위해 정맥 요법(IntraVenous therapy :IV therapy)이 이용된다.
그런데 수액이나 혈액 등이 혈관 밖으로 유출되는 경우 피부가 붓는 부종이나 발적이 발생하고 피부가 변색되며 상당한 통증이 유발된다.
이러한 현상을 침윤(infiltration)이라고 한다. 이러한 침윤보다 더 심각해지는 경우가 일혈(extravasation)일 수 있다.
그런데 이러한 침윤 또는 일혈 여부는 피부 안쪽에서 발생하므로, 침윤 및 일혈 여부를 직접적으로 진단하기가 쉽지 않다. 일반적으로 침윤 및 일혈 현상을 검출하기 위해서 광 센서(photo sensor)를 이용하고 있다.
광 센서를 팔이나 손 등의 피부에 접촉하여 광을 피부에 침투시키면 피부로부터 광 일부가 반사되어 다시 광 센서에서 감지된다. 이처럼 피부에서 반사되어 감지되는 광을 이용하여 침윤 여부가 판단되고 있다.
최근의 광 센서는 적은 광량의 빛도 잘 감지하고 있지만, 피부에서 반사되거나 분산되는 -70 dBm 이하의 광 신호를 검출하는 것은 아직 쉽지 않다. 이처럼 적은 광량의 광을 감지하기 위해서는 고가의 광 검출기(photodetector)와 감지 회로가 요구된다.
그러나 고가의 광 검출기와 감지 회로를 이용하여도 정확한 침윤 판단을 하는 데에는 많은 오류가 발생하고 있다.
이에 따라, 다른 방식으로 침윤 또는 일혈 여부를 판단할 수 있는 방안이 요구되고 있는 실정이다.
미국 등록특허 US 7,826,890 B1
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 생체 임피던스(bio impedance)를 측정할 수 있는 초박 패치(patch) 형태의 생체 임피던스 측정 센서를 이용하여 측정된 인가 주파수별 생체 임피던스를 계층적 다단계 분류기(hierarchical multi level classifier)로 생체 임피던스 파라미터(parameter) 값을 분석하는 것을 통하여 정맥 요법이 시행되는 환자에게서 유발되는 침윤 또는 일혈 현상을 실시간으로 조기 감지한 후, 침윤 감지 결과를 외부로 무선 통신으로 통보할 수 있는 초박 패치형 생체 임피던스 측정 시스템(system)을 제공하는 데 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이상에 언급한 과제들에 제한되지 않으며, 언급되지 않는 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기한 과제를 달성하기 위하여, 본 발명은 초박 패치형 생체 임피던스 시스템을 제공한다. 이 초박 패치형 생체 임피던스 시스템은 중앙 부위에 정맥 주사용 주사기의 바늘이 환자의 피부에 주사되기 위한 부위에 해당하는 주사 홀, 주사 홀의 양측에 한 쌍으로 구비된 4개의 전극들 및 4개의 전극들과 전기적으로 연결되어 신호를 인가하고 읽어들이기 위한 4채널 커넥터 패드를 포함하되, 환자의 피부에 부착되는 유연성을 갖는 초박 패치 형태의 생체 임피던스 측정 센서, 생체 임피던스 측정 센서의 4채널 커넥터 패드와 전기적으로 연결되어 생체 임피던스 측정 센서로부터 측정된 생체 임피던스의 변이 양상을 분류하는 계층적 다단계 분류기를 구비하는 분류부, 및 계층적 다단계 분류기에 의해 감지된 침윤 상태를 무선 통신을 통해 외부로 전송하는 통신부를 포함할 수 있다.
초박 패치형 생체 임피던스 측정 시스템은 4개의 전극들 중 주사 홀에서 먼 2개의 전극들에 교류 전류를 인가하고, 그리고 주사 홀에 가까운 2개의 전극들로부터 전압을 측정할 수 있다.
주사 홀에서 먼 2개의 전극들에 인가되는 교류 전류의 주파수들은 5 kHz, 20 kHz, 50 kHz, 100 kHz, 150 kHz 및 200 kHz일 수 있다.
초박 패치형 생체 임피던스 측정 시스템은 주사 홀에 가까운 2개의 전극들로부터 교류 전류의 주파수별로 측정된 전압으로부터 임피던스, 저항, 커패시턴스, 리액턴스 또는 위상각에 대한 생체 임피던스 파라미터의 변이 양상을 분석할 수 있다.
초박 패치형 생체 임피던스 측정 시스템은 생체 임피던스 측정 센서로부터 측정된 전압으로부터 임피던스의 절댓값과 위상각을 획득하기 위한 임피던스 디지털 변환부, 임피던스 디지털 변환부로부터 전송된 임피던스의 절댓값과 위상각을 기반으로 저항, 커패시턴스 및 리액턴스에 대한 생체 임피던스 파라미터를 산출하는 산출부, 분류부에서 분석된 생체 임피던스 파라미터 값을 외부로 전송하기 위한 통신부를 제어하는 송신부, 및 임피던스 디지털 변환부, 산출부, 분류부, 송신부 및 통신부로 전원을 제공하는 배터리부를 포함할 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 과제의 해결 수단에 따르면 중앙 부위에 정맥 주사용 주사기의 바늘이 환자의 피부에 주사되기 위한 부위에 해당하는 주사 홀(hole), 주사 홀의 양측에 한 쌍으로 구비된 4개의 전극들 및 4개의 전극들과 전기적으로 연결되어 신호를 인가하고 읽어들이기 위한 4채널 커넥터 패드(4-channel connector pad)를 포함하되, 환자의 피부에 부착되는 유연성(flexible)을 갖는 초박 패치 형태의 생체 임피던스 측정 센서, 생체 임피던스 측정 센서의 4채널 커넥터 패드와 전기적으로 연결되어 생체 임피던스 측정 센서로부터 측정된 생체 임피던스의 변이 양상을 분류하는 계층적 다단계 분류기를 구비하는 분류부, 및 계층적 다단계 분류기에 의해 감지된 침윤 상태를 무선 통신을 통해 외부로 전송하는 통신부를 포함함으로써, 초박 패치 형태의 생체 임피던스 측정 센서를 이용하여 측정된 인가 주파수별 생체 임피던스를 계층적 다단계 분류기로 생체 임피던스 파라미터 값을 분석하여 정맥 요법이 시행되는 환자에게서 유발되는 침윤 또는 일혈 현상을 실시간으로 조기 감지한 후, 침윤 감지 결과를 무선 통신으로 외부로 통보할 수 있다. 이에 따라, 정맥 요법이 시행되는 환자에게서 유발되는 침윤 또는 일혈 현상을 실시간으로 조기 감지한 후, 침윤 감기 결과를 무선 통신으로 외부로 통보할 수 있는 초박 패치형 생체 임피던스 측정 시스템이 제공될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 초박 패치형 생체 임피던스 측정 시스템을 설명하기 위한 개략적인 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 초박 패치형 생체 임피던스 측정 시스템의 일 구성인 생체 임피던스 측정 센서를 설명하기 위한 평면도이다.
도 3a 내지 도 3e는 본 발명의 일 실시예에 따른 초박 패치형 생체 임피던스 측정 시스템의 일 구성인 생체 임피던스 측정 센서의 제조 방법을 설명하기 위해 도 2의 Ⅰ-Ⅰ' 선을 따라 절단한 공정 단면도들이다.
도 4a 내지 도 4c는 본 발명의 일 실시예에 따른 초박 패치형 생체 임피던스 측정 시스템의 일 구성인 분류부의 분류 방법을 설명하기 위한 분해 블록 순서도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 초박 패치형 생체 임피던스 측정 시스템의 수행 방법을 설명하기 위한 블록 순서도이다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면들과 함께 상세하게 후술 되어 있는 실시예를 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 여기서 설명되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예는 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
명세서 전문에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다. 따라서, 동일한 참조 부호 또는 유사한 참조 부호들은 해당 도면에서 언급 또는 설명되지 않았더라도, 다른 도면을 참조하여 설명될 수 있다. 또한, 참조 부호가 표시되지 않았더라도, 다른 도면들을 참조하여 설명될 수 있다.
본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 '포함한다(comprises)' 및/또는 '포함하는(comprising)'은 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/또는 장치는 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 장치의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다. 또한, 바람직한 실시예에 따른 것이기 때문에, 설명의 순서에 따라 제시되는 참조 부호는 그 순서에 반드시 한정되지는 않는다.
하나의 구성 요소(element)가 다른 구성 요소와 '접속된(connected to)' 또는 '결합한(coupled to)'이라고 지칭되는 것은, 다른 구성 요소와 직접적으로 연결된 또는 결합한 경우, 또는 중간에 다른 구성 요소를 개재한 경우를 모두 포함한다. 반면, 하나의 구성 요소가 다른 구성 요소와 '직접적으로 접속된(directly connected to)' 또는 '직접적으로 결합한(directly coupled to)'으로 지칭되는 것은 중간에 다른 구성 요소를 개재하지 않은 것을 나타낸다. '및/또는'은 언급된 아이템(item)들의 각각 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다.
공간적으로 상대적인 용어인 '아래(below)', '밑(beneath)', '하부(lower)', '위(above)', '상부(upper)' 등은 도면에 도시되어 있는 바와 같이 하나의 장치 또는 구성 요소들과 다른 장치 또는 구성 요소들과의 상관관계를 용이하게 기술하기 위해 사용될 수 있다. 공간적으로 상대적인 용어는 도면에 도시되어 있는 방향에 더하여 사용시 또는 동작 시 장치의 서로 다른 방향을 포함하는 용어로 이해되어야 한다. 예를 들면, 도면에 도시되어 있는 장치를 뒤집을 경우, 다른 장치의 '아래(below)' 또는 '밑(beneath)'으로 기술된 장치는 다른 장치의 '위(above)'에 놓일 수 있다. 따라서, 예시적인 용어인 '아래'는 아래와 위의 방향을 모두 포함할 수 있다. 장치는 다른 방향으로도 배향될 수 있고, 이에 따라 공간적으로 상대적인 용어들은 배향에 따라 해석될 수 있다.
또한, 본 명세서에서 기술하는 실시예들은 본 발명의 이상적인 예시도인 단면도 및/또는 평면도들을 참고하여 설명될 것이다. 도면들에 있어서, 막 및 영역들의 두께는 기술적 내용의 효과적인 설명을 위해 과장된 것이다. 따라서, 제조 기술 및/또는 허용 오차 등에 의해 예시도의 형태가 변형될 수 있다. 따라서, 본 발명의 실시예들은 도시된 특정 형태로 제한되는 것이 아니라 제조 공정에 따라 생성되는 형태의 변화도 포함하는 것이다. 따라서, 도면에서 예시된 영역들은 개략적인 속성을 가지며, 도면에서 예시된 영역들의 모양은 장치의 영역의 특정 형태를 예시하기 위한 것이며 발명의 범주를 제한하기 위한 것이 아니다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 초박 패치형 생체 임피던스 측정 시스템을 설명하기 위한 개략적인 구성도이고, 그리고 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 초박 패치형 생체 임피던스 측정 시스템의 일 구성인 생체 임피던스 측정 센서를 설명하기 위한 평면도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 초박 패치형 생체 임피던스 측정 시스템은 초박 패치 형태의 생체 임피던스 측정 센서(100) 및 제어부(200)를 포함할 수 있다.
초박 패치 형태의 생체 임피던스 측정 센서(100)는 중앙 부위에 정맥 주사용 주사기의 바늘이 환자의 피부에 주사되기 위한 부위에 해당하는 주사 홀(115), 주사 홀(115)의 양측에 한 쌍으로 구비된 4개의 전극들(110) 및 4개의 전극들(110)과 전기적으로 연결되어 신호를 인가하고 읽어들이기 위한 4채널 커넥터 패드(120)를 포함할 수 있다. 초박 패치 형태의 생체 임피던스 측정 센서(100)는 환자의 피부에 부착되는 유연성을 갖는 초박 패치 형태일 수 있다.
초박 패치 형태의 생체 임피던스 측정 센서(100)는 멤스(Micro-Electro Mechanical System : MEMS) 기반으로 제조될 수 있다. 초박 패치 형태의 생체 임피던스 측정 센서(100)의 제조 방법은 후술된 도 3a 내지 도 3e를 통해 자세히 설명된다.
초박 패치형 생체 임피던스 측정 시스템은 초박 패치 형태의 생체 임피던스 측정 센서(100)의 4개의 전극들(110) 중 주사 홀(115)에서 먼 2개의 전극들에 교류 전류를 인가하고, 그리고 주사 홀(115)에 가까운 2개의 전극들로부터 전압을 측정할 수 있다.
초박 패치 형태의 생체 임피던스 측정 센서(100)의 응답 속도는 약 3 ~ 5 초 이내일 수 있다.
본 발명의 초박 패치형 생체 임피던스 측정 시스템의 생체 임피던스 측정 센서(100)의 사용 기간은 대략 3일 이내일 수 있다.
주사 홀(115)에서 먼 2개의 전극들에 인가되는 교류 전류의 주파수들은 5 kHz, 20 kHz, 50 kHz, 100 kHz, 150 kHz 및 200 kHz일 수 있다. 이때, 교류 전류의 전류 값은 375 ㎂일 수 있다.
초박 패치형 생체 임피던스 측정 시스템은 주사 홀(115)에 가까운 2개의 전극들로부터 교류 전류의 주파수별로 측정된 전압으로부터 임피던스(Z), 저항(R), 커패시턴스(C)(capacitance), 리액턴스(Xc)(reactance) 및 위상각(θ)에 대한 생체 임피던스 파라미터의 변이 양상을 분석할 수 있다.
주사 홀(115)에 가까운 2개의 전극들까지 각각의 거리는 3 mm, 6 mm 또는 9 mm 등으로 다양하게 제작될 수 있다. 이는 영유아, 소아 및 성인에게도 사용할 수 있도록 하기 위한 것일 수 있다.
제어부(200)는 임피던스 디지털(digital) 변환부(210), 산출부(220), 분류부(230), 송신부(240), 통신부(250) 및 배터리(battery)부(260)를 포함할 수 있다.
임피던스 디지털 변환부(210)는 생체 임피던스 측정 센서(100)로부터 측정된 전압으로부터 임피던스의 절댓값(magnitude)(│Z│)과 위상각(θ)을 획득하는 역할을 수행할 수 있다. 임피던스 디지털 변환부(210)는 AFE4300일 수 있다.
임피던스 디지털 변환부(210)는 정맥 요법이 시행되는 환자에 부착된 초박 패치 형태의 생체 임피던스 측정 센서(100)로부터 획득한 신호를 입력받아 분석하기 위해 측정된 생체 임피던스를 초기화(시리얼 포트(serial port) 초기화)하는 과정과 아날로그-디지털 변환기(Analog-Digital Converter : ADC)를 통한 아날로그-디지털 변환, 필터링(filtering) 및 시리얼 데이터(data) 수신 등의 과정에 필요한 명령을 수행할 수 있다.
임피던스 디지털 변환부(210)의 명령에 따른 기능 수행은 아래 표 1과 같다.
명령(Command) 기능 수행(Perform function)
'R' Read AFE4300 register, 2. Send register data
(AFE4300 register를 read, reply message를 send하는 기능 수행)
'W' Write AFE4300 register, 2. Send reply message
(AFE4300 register를 write, reply message를 send하는 기능 수행)
'd' Send AFE4300 ADC result data
(AFE4300 ADC result data를 send하는 기능 수행)
'c' Set AFE4300 input channel
(AFE4300 ADC input channel을 set하는 기능 수행)
'f' Set AFE4300 DAC frequency
(AFE4300 DAC frequency를 set하는 기능 수행)
'e' Enable AFE4300 IQ mode
(AFE4300 IQ mode를 enable/disable하는 기능 수행)
'm' Set AFE4300 IQ mode
(AFE4300 IQ mode를 set하는 기능 수행)
'k' 1. Set AFE4300 IQ mode clock division
(AFE4300 IQ mode clock division을 set하는 기능 수행)
'z' Software reset system
(시스템의 S/W를 reset하는 기능 수행)
'i' Reset all AFE4300 register
(AFE4300의 모든 register들을 reset하는 기능을 수행 )
산출부(220)는 임피던스 디지털 변환부(210)로부터 전송된 임피던스의 절댓값(│Z│)과 위상각(θ)을 기반으로 저항(R), 커패시턴스(C) 및 리액턴스(Xc)에 대한 생체 임피던스 파라미터를 산출하는 역할을 수행할 수 있다. 산출부(220)는 STM32L432일 수 있다, 즉, 산출부(220)는 ARM 기반 마이크로프로세서(microprocessor)일 수 있다.
임피던스 디지털 변환부(210)로 입력된 전압은 산출부(220)로 입력되면, 산출부(220)는 임피던스 디지털 변환부(210)에서 설정(레지스터에 저장)한 값에 따라 순차적으로 데이터를 처리할 수 있다.
임피던스 디지털 변환부(210)에서 설정된 값들은 산출부(220)를 거쳐 분류부(230)로 전달될 수 있다. 즉, 산출부(220)는 임피던스 디지털 변환부(210)과 고속 통신으로 임피던스 디지털 변환부(210)의 레지스터에 설정한 값들을 읽어들이고, 그리고 분류부(230)와 통신하는 기능을 수행할 수 있다.
산출부(220)는 임피던스 디지털 변환부(210)로부터 분류부(230)로 임피던스(Z) 값, IQ mode의 절댓값(│Z│)과 위상각(θ) 값을 전달하는 통로 역할을 수행할 수 있다.
산출부(220)는 임피던스 디지털 변환부(210)에서 획득된 임피던스(Z)를 기반으로 저항(R), 커패시턴스(C) 및 리액턴스(Xc) 값들을 산출하는 기능을 수행할 수 있다.
분류부(230)는 생체 임피던스 측정 센서(100)의 4채널 커넥터 패드(120)와 전기적으로 연결되어 생체 임피던스 측정 센서(100)로부터 측정된 생체 임피던스의 변이 양상을 분류하는 계층적 다단계 분류기를 구비할 수 있다. 즉, 분류부(230)는 생체 임피던스 측정 센서(100)로부터 측정된 생체 임피던스의 변이 양상을 계층적 다단계 분류 방식을 이용하여 분류할 수 있다. 분류부(230)는 Ardiuno Mega2560일 수 있다.
분류부(230)는 임피던스 디지털 변환부(210)로부터 전달된 안정 상태 또는 정맥 요법 시행 초기의 임피던스(Z) 및 IQ mode의 절댓값(│Z│)과 위상각(θ) 값과 정맥 요법 시행 중 전달되는 시간 경과에 따른 임피던스(Z) 값을 실시간으로 비교 분류할 수 있다.
그리고 분류부(230)는 산출부(220)로부터 전달된 안정 상태의 저항(R), 커패시턴스(C) 및 리액턴스(Xc)에 대한 정맥 요법 시행 초기의 값들과 정맥 요법 시행 중 변화하는 측정치들(R, C 및 Xc)에 대한 값을 실시간으로 분류할 수 있다.
또한, 분류부(230)는 안정 상태인 정맥 요법 시행 초기의 측정치들(Z, R, C, Xc 및 θ)과 정맥 요법 시행 중 실시간으로 측정된 측정치들(Z, R, C, Xc 및 θ) 사이의 변이 양상을 분석하는 기능을 수행할 수 있다.
즉, 뷴류부(230)는 침윤 유발 현상을 조기에 감지할 수 있는 계층적 다단계 분류기에 정맥 요법 시행 초기인 안정 상태와 정맥 요법 시행 중 측정된 생체 임피던스 파라미터들(Z, R, C, Xc 및 θ)의 변이 양상을 분석하여 침윤 유발 현상을 조기에 감지할 수 있는 기능을 수행할 수 있다.
게다가, 분류부(230)는 정맥 요법 시행 중 실시간으로 측정된 시간 경과에 따른 생체 임피던스 파라미터들(Z, R, C, Xc 및 θ)의 변이 양상과 인가 주파수별(5kHz, 20kHz, 50kHz, 100kHz, 150kHz 및 200kHz) 생체 임피던스 파라미터들(Z, R, C, Xc 및 θ)의 변이 양상 데이터들을 계층적 다단계 분류기에 입력시켜 침윤 조기 감지 기능을 수행할 수 있다.
송신부(240)는 분류부(230)에서 분석된 생체 임피던스 파라미터 값을 외부로 전송하기 위한 통신부(250)를 제어하는 역할을 수행할 수 있다. 송신부(240)는 ESP8266일 수 있다.
또한, 송신부(240)는 분류부(230)에서 분석된 생체 임피던스 파라미터 값을 표시하는 동시에 초박 패치형 생체 임피던스 시스템의 현재 상태를 표시하기 위한 디스플레이(display)부(미도시)를 더 포함할 수 있다.
송신부(240)는 임피던스 디지털 변환부(210)과 분류부(230)로부터 산출부(220)로 전달된 값과 분류부(230)에서 분석한 생체 임피던스 파라미터들(Z, R, C, Xc 및 θ)에 대한 데이터를 전달받아 인가 주파수별(5kHz, 20kHz, 50kHz, 100kHz, 150kHz 및 200kHz), 시간 경과별 생체 임피던스 파라미터들(Z, R, C, Xc 및 θ)에 대한 변이 양상을 그래프(graph)와 표 형태로 도시하는 기능을 수행할 수 있다.
송신부(240)는 정맥 요법을 시행하는 환자의 정보(환자 등록 번호, 환자 이름, 나이, 성별, 수액 세트 번호, 침윤 상태 또는 일혈 상태 등)를 사전에 스마트폰으로 미리 입력한 후, 웹(web)으로 접속하면 인터넷 브라우저(internet browser) 창을 표시하는 디스플레이부에서 환자의 정보를 확인하는 기능을 수행할 수 있다.
분류부(230)에서 침윤이 유발되었다고 판정되어, 분류부(230)로부터 송신부(240)로 메시지(message)를 전송되면, 송신부(240)는 문자를 발송하고, 그리고 간호사가 문자에 포함된 링크(link)로 접속하면 간호사의 스마트폰에 환자의 정보가 표시될 수 있다.
통신부(250)는 분류부(230)에 의해 감지된 침윤 상태를 무선 통신을 통해 외부로 전송하는 역할을 수행할 수 있다. 통신부(250)는 라즈베리 파이(rasberry_Pi)일 수 있다.
통신부(250)는 정맥 요법 시행 중 침윤 유발 현상의 유무를 간호사의 스마트폰으로 환자의 정보에 대한 문자와 함께 발송하든지, 또는 침윤 유발 현상에 관한 측정된 데이터인 생체 임피던스 파라미터들(Z, R, C, Xc 및 θ)의 변이 양상을 시간 결과별, 또는 인가 주파수별(5kHz, 20kHz, 50kHz, 100kHz, 150kHz 및 200kHz)로 그래프 및 표 형태로 간호사의 스마트폰에 표시하는 기능을 수행할 수 있다.
배터리부(260)는 임피던스 디지털 변환부(210), 산출부(220), 분류부(230), 송신부(240) 및 통신부(250)로 전원을 제공하는 역할을 수행할 수 있다.
제어부(200)는 배터리부(260)의 충전을 위해 상용 전원과 연결된 어댑터(adapter)(270)를 더 포함할 수 있다. 도시되지 않았지만, 배터리부(260)와 어댑터(270) 사이에는 배터리부(26)를 관리하기 위한 배터리 관리 시스템(Battery Management System : BMS)이 구비될 수 있다.
통신부(250)와 무선 통신을 통해 접속되는 외부에는 외부 단말 장치(310 및 320)가 구비될 수 있다. 외부 단말 장치(310 및 320)는 개인용 컴퓨터(Personal Computer : PC), 스마트폰(smart phone)(320) 또는 서버(server) 등일 수 있다. 외부 단말 장치(310 및 320)가 개인용 컴퓨터 또는 스마트폰(320) 등과 같은 개인 단말 장치일 경우, 간호사는 정맥 요법이 시행되는 환자에게서 유발되는 침윤 또는 일혈 현상을 실시간으로 확인할 수 있다. 외부 단말 장치(310 및 320)가 서버일 경우, 빅데이터(big data)를 이용하여 정맥 요법이 시행되는 복수의 환자들 각각에게서 유발되는 침윤 또는 일혈 현상에 대해 실시간으로 통보되는 결과로부터 조기적인 처치를 위한 정보를 제공하거나, 또는 병적 진단 및 예측 정확도를 향상시킬 수 있다.
도 3a 내지 도 3e는 본 발명의 일 실시예에 따른 초박 패치형 생체 임피던스 측정 시스템의 일 구성인 생체 임피던스 측정 센서의 제조 방법을 설명하기 위해 도 2의 Ⅰ-Ⅰ' 선을 따라 절단한 공정 단면도들이다.
도 3a를 참조하면, 기판(10) 상에 전극층(11)이 형성된다. 기판(10)은 폴리이미드(PolyImide : PI)를 포함할 수 있다. 기판(10)의 두께는 25 ㎛일 수 있다.
전극층(11)은 구리(Cu)를 포함할 수 있다. 즉, 전극층(11)은 구리 필름(film) 형태인 동박일 수 있다.
기판(10)은 폴리이미드 필름 또는 폴리이미드 레진(resin)을 스핀 코팅(spin coating)한 후, 큐어링(curing)한 것일 수 있다.
이후, 기판(10) 상에 진공 증착 공정을 이용하여 구리 필름을 증착하는 것에 의해 전극층(11)이 형성될 수 있다.
도 3b를 참조하면, 전극층(11)을 패터닝(patterning)하는 것에 의해 전극 패턴(pattern)(11p)이 형성될 수 있다.
전극 패턴(11p)을 형성하는 것은 전극층(11) 상에 감광성 수지인 포토레지스트(photoresist)(미도시)를 도포한 후, 전극 패턴(11p)을 형성하기 위한 포토마스크(photomask)(미도시)를 정렬(align)하여 자외선(UltraViolet ray : UV ray)에 노광하여 포토마스크에 가려지지 않는 포토레지스트 부위를 자외선에 노출한 후, 노광된 포토레지스트를 현상액(develope solution)에 담가 자외선에 노출된 포토레지스트 부위를 제거하여 포토레지스트 패턴(미도시)을 형성한 후, 전극층(10)을 식각액(etchant)에 담궈서 전극 패턴(11p)을 형성하는 것일 수 있다.
전극층(10)을 식각한 후에 포토레지스트 패턴을 스트립(strip) 용액에 담가서 제거하는 것에 의해 기판(10) 상에 전극 패턴(11p)이 형성될 수 있다.
도 3c를 참조하면, 전극 패턴(11p)을 갖는 기판(10) 상에 전극 패턴(11p)의 일부를 노출하는 덮개층(12)이 형성될 수 있다.
덮개층(12)을 형성하는 것은 폴리이미드 레진을 스핀 코팅하여 큐어링한 후, 전극 패턴(11p)의 일부를 노출하도록 개구(opening)를 형성하는 것일 수 있다. 덮개층(12)의 두께는 25 ㎛일 수 있다.
도 3d를 참조하면, 덮개층(12)에 의해 노출된 전극 패턴(11p) 상에 전해 도금 방식 또는 무전해 도금 방식에 의해 도금층(13)이 형성될 수 있다. 도금층(13)은 금(Au)를 포함할 수 있다.
도 3e를 참조하면, 레이저(laser) 가공을 통해 외곽 및 중앙부를 절단하는 것에 의해 양측에 한 쌍으로 구비된 4개의 전극들(110) 사이에 주사 홀(115)을 갖는 초박 패치 형태의 생체 임피던스 측정 센서(도 1 및 도 2의 100 참조)가 완성될 수 있다.
도시되지 않았지만, 기판(10)의 하부에는 환자의 피부에 초박 패치 형태의 생체 임피던스 측정 센서를 접착하기 위한 접착층이 더 구비될 수 있다. 하지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 이와는 달리, 초박 패치 형태의 생체 임피던스 측정 센서의 덮개층(12)의 상부를 덮으면서 환자의 피부에 초박 패치 형태의 생체 임피던스 측정 센서를 고정하기 위한 기존의 투명 드레싱 거즈(dressing gauze)가 혼용되어 사용될 수도 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 초박 패치형 생체 임피던스 측정 시스템은 중앙 부위에 정맥 주사용 주사기의 바늘이 환자의 피부에 주사되기 위한 부위에 해당하는 주사 홀, 주사 홀의 양측에 한 쌍으로 구비된 4개의 전극들 및 4개의 전극들과 전기적으로 연결되어 신호를 인가하고 읽어들이기 위한 4채널 커넥터 패드를 포함하되, 환자의 피부에 부착되는 초박 패치 형태의 생체 임피던스 측정 센서, 생체 임피던스 측정 센서의 4채널 커넥터 패드와 전기적으로 연결되어 생체 임피던스 측정 센서로부터 측정된 생체 임피던스의 변이 양상을 분류하는 계층적 다단계 분류기를 구비하는 분류부, 및 계층적 다단계 분류기에 의해 감지된 침윤 상태를 무선 통신을 통해 외부로 전송하는 통신부를 포함함으로써, 초박 패치 형태의 생체 임피던스 측정 센서를 이용하여 측정된 인가 주파수별 생체 임피던스를 계층적 다단계 분류기로 생체 임피던스 파라미터 값을 분석하여 정맥 요법이 시행되는 환자에게서 유발되는 침윤 또는 일혈 현상을 실시간으로 조기 감지한 후, 침윤 감지 결과를 무선 통신으로 외부로 통보할 수 있다. 이에 따라, 정맥 요법이 시행되는 환자에게서 유발되는 침윤 또는 일혈 현상을 실시간으로 조기 감지한 후, 침윤 감기 결과를 무선 통신으로 외부로 통보할 수 있는 초박 패치형 생체 임피던스 측정 시스템이 제공될 수 있다.
도 4a 내지 도 4c는 본 발명의 일 실시예에 따른 초박 패치형 생체 임피던스 측정 시스템의 일 구성인 분류부의 분류 방법을 설명하기 위한 분해 블록 순서도이다.
도 4a 및 도 4c를 참조하면, 정맥 요법 시행 초기(안정 상태)에 인가 주파수 5kHz, 20kHz, 50kHz, 100kHz, 150kHz 및 200kHz를 초박 패치 형태의 생체 임피던스 측정 센서(도 1 및 도 2의 100 참조)에 인가하여 임피던스(Z)를 3회 측정하고, 생체막 모델(model)을 이용하여 생체 임피던스 파라미터들(R, C, Xc)을 산출하여 평균치와 표준 편차가 AFE4300의 레지스트에 저장될 수 있다.
이어서, 안정 상태의 생체 임피던스 파라미터들(R, C, Xc)의 평균치가 산출될 수 있다.
정맥 요법 시행 중 실시간으로 인가 주파수별 생체 임피던스(Z)를 측정하고, 이를 이용하여 인가 주파수별 생체 임피던스 파라미터들(R, C, Xc)에 대한 값을 산출한 후, 안정 상태의 생체 임피던스 파라미터들(R, C, Xc)의 값들과 비교 분석하여 침윤 유발 현상이 판정될 수 있다.
즉, 생체 임피던스 파라미터들(Z, R, C, Xc)에 대한 모든 조건을 만족할 경우에만 침윤 감지 판정이 이루어질 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 초박 패치형 생체 임피던스 측정 시스템은 침윤 감지 판정이 이루어지면, 간호사의 스마트폰으로 침윤 발생 문자를 발송하거나, 경고음을 발생하거나, 또는 간호사의 스마트폰으로 인가 주파수별 생체 임피던스 파라미터들(Z, R, C, Xc)의 변이 양상을 표 및 그래프 형태로 전송할 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 초박 패치형 생체 임피던스 측정 시스템의 수행 방법을 설명하기 위한 블록 순서도이다.
도 5를 참조하면, 수액 세트(set)가 설치될 수 있다. 수액 세트는 주사 바늘, 수액 백(bag), 수액 튜브(tube) 또는 수액 백 걸이 폴(pole)대 등을 포함할 수 있다.
이어서, 정맥 요법이 실시될 수 있다. 정맥 요법의 실시는 정맥 요법을 시행 받는 환자의 신체 부위(이마, 팔, 다리 등)에 초박 패치 형태의 생체 임피던스 측정 센서(도 1 및 도 2의 100 참조)를 부착하고, 생체 임피던스 측정 센서의 주사 홀(도 1 및 도 2의 115 참조)을 통해 주사 바늘을 환자의 신체 부위에 찔러 넣는 것일 수 있다.
주사 바늘과 생체 임피던스 측정 센서를 부착한 환자의 신체 부위에 투명 드레싱 거즈가 부착될 수 있다. 투명 드레싱 거즈의 부착은 환자가 움직이더라도 주사 바늘이 빠지지 않도록 고정하기 위한 것일 수 있다.
생체 임피던스 측정 센서의 4채널 커넥터 패드(도 1 및 도 2의 120 참조)와 제어부(도 1의 200 참조)의 임피던스 디지털 변환부(도 1의 210 참조)가 전기적으로 연결될 수 있다.
교정, 환자 이력 사항 입력, 인가 주파수 설정 등과 같은 초기화 과정이 수행될 수 있다.
안정 상태에 해당하는 정맥 요법의 시행 초기에 초박 패치형 생체 임피던스 측정 시스템으로 인가 주파수별로 생체 임피던스를 3회 측정한 후, 측정된 생체 임피던스 파라미터들이 저장될 수 있다.
정맥 요법 시행 중에 측정되는 인가 주파수별 생체 임피던스 파라미터들과 초기에 안정 상태에서 저장된 생체 임피던스 파라미터들을 실시간으로 지속적으로 비교 및 분석하여 이들 사이의 변이 양상이 발생할 경우, 본 발명의 일 실시예에 따른 초박 패치형 생체 임피던스 측정 시스템은 침윤이 유발되었음을 판정하고, 간호사의 스마트폰에 연동된 앱(Application : App)을 통해 통보하고, 그리고 알람(alarm)을 통해 경고음을 발생할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 초박 패치형 생체 임피던스 측정 시스템은 제어부의 분류부(도 1의 230)의 계층적 다단계 분류기에 의해 생체 임피던스 측정 센서로부터 측정된 생체 임피던스의 변이 양상을 분류하여 침윤이 유발되었음을 판정할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 초박 패치형 생체 임피던스 측정 시스템의 제어부의 분류부의 계층적 다단계 분류기에서는 인가 주파수별로 저장된 안정 상태의 생체 임피던스 파라미터들의 값과 실시간으로 측정되는 생체 임피던스 파라미터들을 비교하여 생체 임피던스 파라미터들 각각의 측정치가 허용 범위를 벗어나는 경우, 침윤이 유발되었다고 판정할 수 있다.
간호사의 스마트폰으로 통보되는 데이터는 침윤 유발 유무 문자와 침윤 유발 전후의 생체 임피던스 파라미터들의 변이 양상을 관찰할 수 있는 표 및 그래프일 수 있다.
이상, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예들을 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들에는 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.
10 : 기판
11 : 전극층
11p : 전극 패턴
12 : 덮개층
13 : 도금층
100 : 초박 패치 형태의 생체 임피던스 측정 센서
110 : 전극
115 : 주사 홀
120 : 4채널 커넥터 패드
200 : 제어부
210 : 임피던스 디지털 변환부
220 : 산출부
230 : 분류부
240 : 송신부
250 : 통신부
260 : 배터리부
270 : 어댑터
310 : 외부 단말 장치
320 : 스마트폰

Claims (5)

  1. 중앙 부위에 정맥 주사용 주사기의 바늘이 환자의 피부에 주사되기 위한 부위에 해당하는 주사 홀, 상기 주사 홀의 양측에 한 쌍으로 구비된 4개의 전극들 및 상기 4개의 전극들과 전기적으로 연결되어 신호를 인가하고 읽어들이기 위한 4채널 커넥터 패드를 포함하되, 상기 환자의 상기 피부에 부착되는 유연성을 갖는 초박 패치 형태의 생체 임피던스 측정 센서;
    상기 생체 임피던스 측정 센서의 상기 4채널 커넥터 패드와 전기적으로 연결되어 상기 생체 임피던스 측정 센서로부터 측정된 생체 임피던스의 변이 양상을 분류하는 계층적 다단계 분류기를 구비하는 분류부; 및
    상기 계층적 다단계 분류기에 의해 감지된 침윤 상태를 무선 통신을 통해 외부로 전송하는 통신부를 포함하는 초박 패치형 생체 임피던스 측정 시스템.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 4개의 전극들 중 상기 주사 홀에서 먼 2개의 전극들에 교류 전류를 인가하고, 그리고 상기 주사 홀에 가까운 2개의 전극들로부터 전압을 측정하는 초박 패치형 생체 임피던스 측정 시스템.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 주사 홀에서 먼 상기 2개의 전극들에 인가되는 상기 교류 전류의 주파수들은 5kHz, 20kHz, 50kHz, 100kHz, 150kHz 및 200kHz인 초박 패치형 생체 임피던스 측정 시스템.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 주사 홀에 가까운 상기 2개의 전극들로부터 상기 교류 전류의 상기 주파수별로 측정된 상기 전압으로부터 임피던스, 저항, 커패시턴스, 리액턴스 또는 위상각에 대한 생체 임피던스 파라미터의 변이 양상을 분석하는 초박 패치형 생체 임피던스 측정 시스템.
  5. 제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 생체 임피던스 측정 센서로부터 측정된 상기 전압으로부터 상기 임피던스의 절대 값과 위상각을 획득하기 위한 임피던스 디지털 변환부;
    상기 임피던스 디지털 변환부로부터 전송된 상기 임피던스의 절댓값과 위상각을 기반으로 상기 저항, 상기 커패시턴스 및 상기 리액턴스에 대한 상기 생체 임피던스 파라미터를 산출하는 산출부;
    상기 분류부에서 분석된 생체 임피던스 파라미터 값을 상기 외부로 전송하기 위한 상기 통신부를 제어하는 송신부; 및
    상기 임피던스 디지털 변환부, 상기 산출부, 상기 분류부, 상기 송신부 및 상기 통신부로 전원을 제공하는 배터리부를 포함하는 초박 패치형 생체 임피던스 측정 시스템.
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