KR20230110374A - 살아있는 대상체의 심장 기능을 결정하기 위한 장치및 방법 - Google Patents
살아있는 대상체의 심장 기능을 결정하기 위한 장치및 방법 Download PDFInfo
- Publication number
- KR20230110374A KR20230110374A KR1020237023073A KR20237023073A KR20230110374A KR 20230110374 A KR20230110374 A KR 20230110374A KR 1020237023073 A KR1020237023073 A KR 1020237023073A KR 20237023073 A KR20237023073 A KR 20237023073A KR 20230110374 A KR20230110374 A KR 20230110374A
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- input data
- data vector
- living subject
- mathematical model
- cardiac output
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 76
- 230000004217 heart function Effects 0.000 title description 8
- 230000000747 cardiac effect Effects 0.000 claims abstract description 55
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 claims abstract description 28
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims abstract description 8
- 238000013178 mathematical model Methods 0.000 claims description 26
- 238000013528 artificial neural network Methods 0.000 claims description 13
- 239000012530 fluid Substances 0.000 claims description 12
- 230000035485 pulse pressure Effects 0.000 claims description 12
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 claims description 8
- 239000008280 blood Substances 0.000 claims description 8
- 210000004369 blood Anatomy 0.000 claims description 8
- 230000017531 blood circulation Effects 0.000 claims description 8
- 238000005259 measurement Methods 0.000 claims description 8
- 238000012549 training Methods 0.000 claims description 8
- 230000035488 systolic blood pressure Effects 0.000 claims description 7
- 210000004204 blood vessel Anatomy 0.000 claims description 6
- 230000004087 circulation Effects 0.000 claims description 6
- 230000035487 diastolic blood pressure Effects 0.000 claims description 5
- 238000009529 body temperature measurement Methods 0.000 claims description 4
- 230000001131 transforming effect Effects 0.000 claims description 4
- 230000036760 body temperature Effects 0.000 claims description 3
- 238000005457 optimization Methods 0.000 claims description 3
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 claims 5
- 238000003306 harvesting Methods 0.000 abstract description 37
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 abstract description 19
- 230000008054 signal transmission Effects 0.000 abstract description 9
- 230000000295 complement effect Effects 0.000 abstract description 4
- 230000008569 process Effects 0.000 abstract description 4
- 230000000704 physical effect Effects 0.000 abstract 1
- 230000005672 electromagnetic field Effects 0.000 description 15
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 13
- 210000001147 pulmonary artery Anatomy 0.000 description 12
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 9
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 8
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 description 7
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 5
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 4
- 238000004590 computer program Methods 0.000 description 4
- 238000013461 design Methods 0.000 description 4
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 4
- 230000006870 function Effects 0.000 description 4
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 4
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 4
- 230000036772 blood pressure Effects 0.000 description 3
- 238000005266 casting Methods 0.000 description 3
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 3
- 230000001939 inductive effect Effects 0.000 description 3
- 238000001802 infusion Methods 0.000 description 3
- 210000001367 artery Anatomy 0.000 description 2
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000002596 correlated effect Effects 0.000 description 2
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 description 2
- 239000004205 dimethyl polysiloxane Substances 0.000 description 2
- 235000013870 dimethyl polysiloxane Nutrition 0.000 description 2
- 201000010099 disease Diseases 0.000 description 2
- 208000037265 diseases, disorders, signs and symptoms Diseases 0.000 description 2
- 238000000605 extraction Methods 0.000 description 2
- 238000010801 machine learning Methods 0.000 description 2
- 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 2
- 239000013307 optical fiber Substances 0.000 description 2
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 2
- 230000000737 periodic effect Effects 0.000 description 2
- 238000004987 plasma desorption mass spectroscopy Methods 0.000 description 2
- 229920000435 poly(dimethylsiloxane) Polymers 0.000 description 2
- CCEKAJIANROZEO-UHFFFAOYSA-N sulfluramid Chemical group CCNS(=O)(=O)C(F)(F)C(F)(F)C(F)(F)C(F)(F)C(F)(F)C(F)(F)C(F)(F)C(F)(F)F CCEKAJIANROZEO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000002604 ultrasonography Methods 0.000 description 2
- 230000002792 vascular Effects 0.000 description 2
- 241000257303 Hymenoptera Species 0.000 description 1
- 238000012351 Integrated analysis Methods 0.000 description 1
- 230000009471 action Effects 0.000 description 1
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 1
- 238000003491 array Methods 0.000 description 1
- 230000004872 arterial blood pressure Effects 0.000 description 1
- 230000002802 cardiorespiratory effect Effects 0.000 description 1
- 125000004122 cyclic group Chemical group 0.000 description 1
- 238000003745 diagnosis Methods 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 238000010790 dilution Methods 0.000 description 1
- 239000012895 dilution Substances 0.000 description 1
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 1
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 239000000284 extract Substances 0.000 description 1
- 239000000835 fiber Substances 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 230000002706 hydrostatic effect Effects 0.000 description 1
- 208000015181 infectious disease Diseases 0.000 description 1
- 238000002347 injection Methods 0.000 description 1
- 239000007924 injection Substances 0.000 description 1
- 210000005240 left ventricle Anatomy 0.000 description 1
- 210000004072 lung Anatomy 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000012806 monitoring device Methods 0.000 description 1
- 230000010355 oscillation Effects 0.000 description 1
- 230000036284 oxygen consumption Effects 0.000 description 1
- 238000006213 oxygenation reaction Methods 0.000 description 1
- 238000005086 pumping Methods 0.000 description 1
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 1
- 230000003252 repetitive effect Effects 0.000 description 1
- 210000005245 right atrium Anatomy 0.000 description 1
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 1
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 1
- 230000003595 spectral effect Effects 0.000 description 1
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 1
- 230000001225 therapeutic effect Effects 0.000 description 1
- 230000002463 transducing effect Effects 0.000 description 1
- 238000010200 validation analysis Methods 0.000 description 1
- 210000003462 vein Anatomy 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Classifications
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
- A61B5/01—Measuring temperature of body parts ; Diagnostic temperature sensing, e.g. for malignant or inflamed tissue
-
- 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
-
- 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 for evaluating the cardiovascular system, e.g. pulse, heart rate, blood pressure or blood flow
- A61B5/026—Measuring blood flow
- A61B5/029—Measuring blood output from the heart, e.g. minute volume
-
- 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
- A61B5/0031—Implanted circuitry
-
- 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 for evaluating the cardiovascular system, e.g. pulse, heart rate, blood pressure or blood flow
- 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 for evaluating the cardiovascular system, e.g. pulse, heart rate, blood pressure or blood flow
- A61B5/021—Measuring pressure in heart or blood vessels
- A61B5/0215—Measuring pressure in heart or blood vessels by means inserted into the body
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
- A61B5/02—Detecting, measuring or recording for evaluating the cardiovascular system, e.g. pulse, heart rate, blood pressure or blood flow
- A61B5/021—Measuring pressure in heart or blood vessels
- A61B5/0215—Measuring pressure in heart or blood vessels by means inserted into the body
- A61B5/02158—Measuring pressure in heart or blood vessels by means inserted into the body provided with two or more sensor elements
-
- 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 for evaluating the cardiovascular system, e.g. pulse, heart rate, blood pressure or blood flow
- A61B5/026—Measuring blood flow
- A61B5/0265—Measuring blood flow using electromagnetic means, e.g. electromagnetic flowmeter
- A61B5/027—Measuring blood flow using electromagnetic means, e.g. electromagnetic flowmeter using catheters
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
- A61B5/05—Detecting, measuring or recording for diagnosis by means of electric currents or magnetic fields; Measuring using microwaves or radio waves
-
- 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
- A61B5/6846—Arrangements of detecting, measuring or recording means, e.g. sensors, in relation to patient specially adapted to be brought in contact with an internal body part, i.e. invasive
- A61B5/6847—Arrangements of detecting, measuring or recording means, e.g. sensors, in relation to patient specially adapted to be brought in contact with an internal body part, i.e. invasive mounted on an invasive device
- A61B5/6852—Catheters
-
- 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
- A61B5/6846—Arrangements of detecting, measuring or recording means, e.g. sensors, in relation to patient specially adapted to be brought in contact with an internal body part, i.e. invasive
- A61B5/6867—Arrangements of detecting, measuring or recording means, e.g. sensors, in relation to patient specially adapted to be brought in contact with an internal body part, i.e. invasive specially adapted to be attached or implanted in a specific body part
- A61B5/6876—Blood vessel
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
- A61B5/72—Signal processing specially adapted for physiological signals or for diagnostic purposes
- A61B5/7235—Details of waveform analysis
- A61B5/7264—Classification of physiological signals or data, e.g. using neural networks, statistical classifiers, expert systems or fuzzy systems
-
- 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
- A61B5/742—Details of notification to user or communication with user or patient ; user input means using visual displays
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B8/00—Diagnosis using ultrasonic, sonic or infrasonic waves
- A61B8/06—Measuring blood flow
- A61B8/065—Measuring blood flow to determine blood output from the heart
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61M—DEVICES FOR INTRODUCING MEDIA INTO, OR ONTO, THE BODY; DEVICES FOR TRANSDUCING BODY MEDIA OR FOR TAKING MEDIA FROM THE BODY; DEVICES FOR PRODUCING OR ENDING SLEEP OR STUPOR
- A61M60/00—Blood pumps; Devices for mechanical circulatory actuation; Balloon pumps for circulatory assistance
- A61M60/10—Location thereof with respect to the patient's body
- A61M60/122—Implantable pumps or pumping devices, i.e. the blood being pumped inside the patient's body
- A61M60/126—Implantable pumps or pumping devices, i.e. the blood being pumped inside the patient's body implantable via, into, inside, in line, branching on, or around a blood vessel
- A61M60/135—Implantable pumps or pumping devices, i.e. the blood being pumped inside the patient's body implantable via, into, inside, in line, branching on, or around a blood vessel inside a blood vessel, e.g. using grafting
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61M—DEVICES FOR INTRODUCING MEDIA INTO, OR ONTO, THE BODY; DEVICES FOR TRANSDUCING BODY MEDIA OR FOR TAKING MEDIA FROM THE BODY; DEVICES FOR PRODUCING OR ENDING SLEEP OR STUPOR
- A61M60/00—Blood pumps; Devices for mechanical circulatory actuation; Balloon pumps for circulatory assistance
- A61M60/50—Details relating to control
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61M—DEVICES FOR INTRODUCING MEDIA INTO, OR ONTO, THE BODY; DEVICES FOR TRANSDUCING BODY MEDIA OR FOR TAKING MEDIA FROM THE BODY; DEVICES FOR PRODUCING OR ENDING SLEEP OR STUPOR
- A61M60/00—Blood pumps; Devices for mechanical circulatory actuation; Balloon pumps for circulatory assistance
- A61M60/50—Details relating to control
- A61M60/508—Electronic control means, e.g. for feedback regulation
- A61M60/515—Regulation using real-time patient data
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61M—DEVICES FOR INTRODUCING MEDIA INTO, OR ONTO, THE BODY; DEVICES FOR TRANSDUCING BODY MEDIA OR FOR TAKING MEDIA FROM THE BODY; DEVICES FOR PRODUCING OR ENDING SLEEP OR STUPOR
- A61M60/00—Blood pumps; Devices for mechanical circulatory actuation; Balloon pumps for circulatory assistance
- A61M60/50—Details relating to control
- A61M60/508—Electronic control means, e.g. for feedback regulation
- A61M60/538—Regulation using real-time blood pump operational parameter data, e.g. motor current
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61M—DEVICES FOR INTRODUCING MEDIA INTO, OR ONTO, THE BODY; DEVICES FOR TRANSDUCING BODY MEDIA OR FOR TAKING MEDIA FROM THE BODY; DEVICES FOR PRODUCING OR ENDING SLEEP OR STUPOR
- A61M60/00—Blood pumps; Devices for mechanical circulatory actuation; Balloon pumps for circulatory assistance
- A61M60/80—Constructional details other than related to driving
- A61M60/855—Constructional details other than related to driving of implantable pumps or pumping devices
- A61M60/857—Implantable blood tubes
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61M—DEVICES FOR INTRODUCING MEDIA INTO, OR ONTO, THE BODY; DEVICES FOR TRANSDUCING BODY MEDIA OR FOR TAKING MEDIA FROM THE BODY; DEVICES FOR PRODUCING OR ENDING SLEEP OR STUPOR
- A61M60/00—Blood pumps; Devices for mechanical circulatory actuation; Balloon pumps for circulatory assistance
- A61M60/80—Constructional details other than related to driving
- A61M60/855—Constructional details other than related to driving of implantable pumps or pumping devices
- A61M60/871—Energy supply devices; Converters therefor
-
- G—PHYSICS
- G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
- G06N—COMPUTING ARRANGEMENTS BASED ON SPECIFIC COMPUTATIONAL MODELS
- G06N3/00—Computing arrangements based on biological models
- G06N3/02—Neural networks
- G06N3/08—Learning methods
-
- G—PHYSICS
- G16—INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGY [ICT] SPECIALLY ADAPTED FOR SPECIFIC APPLICATION FIELDS
- G16H—HEALTHCARE INFORMATICS, i.e. INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGY [ICT] SPECIALLY ADAPTED FOR THE HANDLING OR PROCESSING OF MEDICAL OR HEALTHCARE DATA
- G16H50/00—ICT specially adapted for medical diagnosis, medical simulation or medical data mining; ICT specially adapted for detecting, monitoring or modelling epidemics or pandemics
- G16H50/20—ICT specially adapted for medical diagnosis, medical simulation or medical data mining; ICT specially adapted for detecting, monitoring or modelling epidemics or pandemics for computer-aided diagnosis, e.g. based on medical expert systems
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B2560/00—Constructional details of operational features of apparatus; Accessories for medical measuring apparatus
- A61B2560/02—Operational features
- A61B2560/0204—Operational features of power management
- A61B2560/0214—Operational features of power management of power generation or supply
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B2560/00—Constructional details of operational features of apparatus; Accessories for medical measuring apparatus
- A61B2560/02—Operational features
- A61B2560/0204—Operational features of power management
- A61B2560/0214—Operational features of power management of power generation or supply
- A61B2560/0219—Operational features of power management of power generation or supply of externally powered implanted units
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B2560/00—Constructional details of operational features of apparatus; Accessories for medical measuring apparatus
- A61B2560/04—Constructional details of apparatus
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B2560/00—Constructional details of operational features of apparatus; Accessories for medical measuring apparatus
- A61B2560/04—Constructional details of apparatus
- A61B2560/0462—Apparatus with built-in 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
- A61B2562/02—Details of sensors specially adapted for in-vivo measurements
- A61B2562/0233—Special features of optical sensors or probes classified in A61B5/00
-
- 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
- A61B2562/0247—Pressure 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
- A61B2562/02—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
- A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
- A61B5/02—Detecting, measuring or recording for evaluating the cardiovascular system, e.g. pulse, heart rate, blood pressure or blood flow
- A61B5/021—Measuring pressure in heart or blood vessels
- A61B5/0215—Measuring pressure in heart or blood vessels by means inserted into the body
- A61B5/02154—Measuring pressure in heart or blood vessels by means inserted into the body by optical transmission
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61M—DEVICES FOR INTRODUCING MEDIA INTO, OR ONTO, THE BODY; DEVICES FOR TRANSDUCING BODY MEDIA OR FOR TAKING MEDIA FROM THE BODY; DEVICES FOR PRODUCING OR ENDING SLEEP OR STUPOR
- A61M2205/00—General characteristics of the apparatus
- A61M2205/33—Controlling, regulating or measuring
- A61M2205/3317—Electromagnetic, inductive or dielectric measuring means
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61M—DEVICES FOR INTRODUCING MEDIA INTO, OR ONTO, THE BODY; DEVICES FOR TRANSDUCING BODY MEDIA OR FOR TAKING MEDIA FROM THE BODY; DEVICES FOR PRODUCING OR ENDING SLEEP OR STUPOR
- A61M2205/00—General characteristics of the apparatus
- A61M2205/33—Controlling, regulating or measuring
- A61M2205/3331—Pressure; Flow
- A61M2205/3334—Measuring or controlling the flow rate
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61M—DEVICES FOR INTRODUCING MEDIA INTO, OR ONTO, THE BODY; DEVICES FOR TRANSDUCING BODY MEDIA OR FOR TAKING MEDIA FROM THE BODY; DEVICES FOR PRODUCING OR ENDING SLEEP OR STUPOR
- A61M2205/00—General characteristics of the apparatus
- A61M2205/33—Controlling, regulating or measuring
- A61M2205/3331—Pressure; Flow
- A61M2205/3344—Measuring or controlling pressure at the body treatment site
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61M—DEVICES FOR INTRODUCING MEDIA INTO, OR ONTO, THE BODY; DEVICES FOR TRANSDUCING BODY MEDIA OR FOR TAKING MEDIA FROM THE BODY; DEVICES FOR PRODUCING OR ENDING SLEEP OR STUPOR
- A61M2205/00—General characteristics of the apparatus
- A61M2205/33—Controlling, regulating or measuring
- A61M2205/3365—Rotational speed
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61M—DEVICES FOR INTRODUCING MEDIA INTO, OR ONTO, THE BODY; DEVICES FOR TRANSDUCING BODY MEDIA OR FOR TAKING MEDIA FROM THE BODY; DEVICES FOR PRODUCING OR ENDING SLEEP OR STUPOR
- A61M2205/00—General characteristics of the apparatus
- A61M2205/35—Communication
- A61M2205/3507—Communication with implanted devices, e.g. external control
- A61M2205/3523—Communication with implanted devices, e.g. external control using telemetric means
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61M—DEVICES FOR INTRODUCING MEDIA INTO, OR ONTO, THE BODY; DEVICES FOR TRANSDUCING BODY MEDIA OR FOR TAKING MEDIA FROM THE BODY; DEVICES FOR PRODUCING OR ENDING SLEEP OR STUPOR
- A61M2205/00—General characteristics of the apparatus
- A61M2205/82—Internal energy supply devices
- A61M2205/8206—Internal energy supply devices battery-operated
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61M—DEVICES FOR INTRODUCING MEDIA INTO, OR ONTO, THE BODY; DEVICES FOR TRANSDUCING BODY MEDIA OR FOR TAKING MEDIA FROM THE BODY; DEVICES FOR PRODUCING OR ENDING SLEEP OR STUPOR
- A61M2230/00—Measuring parameters of the user
- A61M2230/50—Temperature
Landscapes
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Heart & Thoracic Surgery (AREA)
- Biomedical Technology (AREA)
- Public Health (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Animal Behavior & Ethology (AREA)
- Veterinary Medicine (AREA)
- Cardiology (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Medical Informatics (AREA)
- Molecular Biology (AREA)
- Pathology (AREA)
- Biophysics (AREA)
- Surgery (AREA)
- Hematology (AREA)
- Physiology (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Anesthesiology (AREA)
- Vascular Medicine (AREA)
- Artificial Intelligence (AREA)
- Radiology & Medical Imaging (AREA)
- Nuclear Medicine, Radiotherapy & Molecular Imaging (AREA)
- Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
- Evolutionary Computation (AREA)
- Mathematical Physics (AREA)
- Transplantation (AREA)
- Psychiatry (AREA)
- Pulmonology (AREA)
- Signal Processing (AREA)
- Computer Vision & Pattern Recognition (AREA)
- Fuzzy Systems (AREA)
- Theoretical Computer Science (AREA)
- Data Mining & Analysis (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Computing Systems (AREA)
- Computational Linguistics (AREA)
- Software Systems (AREA)
Abstract
본 발명은 심장 펌프 기능을 결정하기 위한 시스템, 방법 및 알고리즘에 관한 것으로서, 살아있는 대상체에 이들을 사용하는 방법에 대해 기술된다. 또한, 본 발명은 서로 조합하여 가장 잘 작동되는 상기 시스템의 상호보완적인 부분들에 관해 기술하고 있다. 몸체 내에 위치되어 부분적으로 일체형의 디지털 센서 시스템-온-칩(SoC) 장치를 수용하는 의료용 카테터, 시스 및 샤프트들이 기술된다. 이러한 장치들은 몸체 내에 위치되는 부분들에서 신호 변환 체인, 아날로그 신호로부터 디지털 신호로의 변환 및 디지털 신호 전송을 수행하며 단일의 설정으로 하나 및 다수의 물리적 특성들을 구현할 수 있게 한다. 특정 경우에서, 상기 장치들은 무선 데이터 전송 기능을 일체로 형성하며 배터리-프리 기능을 위한 무선 에너지 하베스팅 기능과도 일체로 형성한다. 또한, 본 발명은 심장 성능을 평가하기 위해 카테터/시스/샤프트에 의해 얻어진 데이터를 수신하고 처리하며 분석하도록 구성된 상호보완적인 모니터 시스템에 대해 기술하고 있다. 또한, 본 발명은 심장 보조 장치들과 함께, 또는 심장 보조 장치들 없이도 환자들에 적용할 수 있도록 개선된 시스템들에 대해서 기술하고 있다.
Description
본 발명은 살아있는 대상체의 심장 기능을 결정하기 위한 장치 및 방법에 관한 것이다.
배경 기술(Technical Background)
심장의 펌핑 작용은 몸의 중요한 기본적인 기능으로서 많은 질병 상태, 스포츠 및 그 밖의 적용 분야에 있어 정확한 결정이 중요하다. 일정 시간 기간에 걸쳐 좌심실로부터 혈액의 통합적인 직진 흐름으로 정의되는 심박출량(cardiac output)의 결정은, 다수의 측정가능한 생물학적 변수와 함께 매우 비선형 형태로 상호연관된다. 이러한 상호연관성은, 순환 시스템의 다양한 위치에서 인조 장치, 예컨대, 심장 보조 펌프가 제공되고 작동됨으로써 추가로 영향을 받을 수 있다.
심장 카테터 삽입술, 열 희석(thermodilution) 및 펄스 파형 분석법을 포함하여, 다수의 심장 펌프 기능의 주기적 측정 기술법이 있는데, 이 모든 방법들은 모두 특정 제한사항, 가령, 부정확도, 비효율성, 침습성, 및 주기적인 용도에 있어서 실시 어려움 등의 문제를 가진다.
새로운 카테터의 필요성(Need for new catheter)
심장 성능, 특히, 심박출량을 결정하고 모니터링 하는 것은, 종종, 해당 심박출량 변수를 위한 단일의 핵심적인 생리학적 변수의 평가에 좌우된다.
통상, 심박출량(Cardiac Output: CO)을 계산하기 위한 변수 측정은 침습 카테터(invasive catheter)에 좌우된다. 이러한 카테터는 종종 몸체 내부의 압력을 몸체 외부의 센서로 전파하는 유체 라인(fluid line)을 포함하거나, 또는 광 신호를 몸체 내부의 측정 위치로부터 몸체 외부의 센서로 전파하는 광학 라인(optical line)으로 구성되거나, 혹은 아날로그 신호를 몸체 내부의, 예컨대, 서미스터(thermistor)로부터 몸체 외부의 아날로그-디지털 컨버터로 전송하는 전기 라인을 포함한다. 물리적 신호 또는 아날로그 신호를 몸체 내부로부터 몸체 외부의 트랜스듀서로 전송하면 기계적 또는 전기적 잡음(noise)이 발생하기 쉬울 뿐만 아니라 이러한 카테터를 제작하는 것은 어렵고도 비용이 많이 들고, 주기적으로 사용하는 데 있어 취급이 귀찮고, 다수의 연결(아날로그 와이어, 유체)과 외부의 전력 공급장치 및 신호 전송 라인이 필요하여 환자 관리가 보다 복잡하게 된다.
따라서, 심박출량 결정을 위한 추후 시스템은 이러한 제한사항들을 해결하기 위하여 카테터 디자인에서 신규한 형상을 지녀야 한다.
통상, 열 희석(thermodilution) 또는 펄스 외형 분석(pulse contour analysis)과 함께 수행되는, 심박출량의 결정을 위한 단일의 변수를 이용하는 방법은, 다음과 같이 몇몇 단점을 가진다:
1) 대체 변수(surrogate parameter)는 접근 불가능한 심장 기능 변수를 정확하게 나타내지 못하지만 반드시 필요하고,
2) 대체 값(surrogate value)들은 그 밖의 다른 생리적 및 기술적 변수들에 의해 입증될 수 있으며,
3) 단일 센서에 의존하면, 상기 방법은 센서 에러, 가령, 잡음, 표류(drift), 센서 부정확성, 센서 변위(sensor displacement)에 민감하게 되고,
4) 이식되거나, 외부에 제공되거나 또는 경피 카테터에 따른 심장 보조 시스템은 심박출량(CO)을 계산하기 위해 현재 사용되는 알고리즘의 주된 입증 문제들이다.
다중 변수 및 다중 변수 통합 분석의 필요성(Need for multiple parameters and their integrated analysis)
그와는 대조적으로, 다중 생물학적 신호들의 조합에 따른 심장 기능 결정 방법들은 앞에서 언급한 단점들을 해결하는 데 가능성을 가진다. 다중 생체 변수들을 모니터링 할 때, 현재의 한 중요한 제한사항으로는, 환자 관리의 복잡성이 증가되는 문제인데 이는 각각의 추가적인 센서가 전력 공급장치 및 센서 신호 출력을 위한 자체의 케이블과 함께 필요하며 그에 따라 복잡성 및 비용이 증가하기 때문이다.
따라서, 심박출량 결정을 위한 추후 시스템은 다음과 같이:
a) 최소량의 장비와 함께, 다중 신호 모드를 동기 방식으로 획득할 수 있는 기능,
b) 다중 신호 변수들을 조합하여 분석할 수 있는 기능, 및
c) 기계적인 순환 시스템 지지부를 수용하는 환자에게 적용할 수 있으며 안정적인 것이 바람직하다.
따라서, 신규하고 혁신적인 심장 모니터 장치 및 카테터/시스/샤프트와 함께 사용되는 알고리즘이 필요하다.
종래 기술
대부분의 현재 기술의 모니터링 카테터는, 몸체 내부에 단일의 물리적 모드로 프로빙(probing) 할 수 있고, 일반적인 형태에서는, 외부 트랜스듀서에 의해 물리적 신호가 아날로그 신호로 변환되며 상기 아날로그 신호는 추가적인 단계에서 디지털 신호로 변환되는 몸체 외부로 안내할 수 있는데, 통상적인 예는 전류 침습 압력 모니터 카테터(current invasive pressure monitor catheter)이다.
또한, 몸체 내부에서 아날로그 신호로 변환시킴으로써 와이어 끝단에서 압력을 전달하는 단일 신호를 측정하고, 아날로그 신호를 몸체 외부의 카테터 부분으로 안내하기 위해 몸체 내부에 위치될 수 있는 의료용 압력 와이어가 있으며, 상기 장치는 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하고 데이터 전송을 위해(Radi Patent 1997, patents.justia.com/patents/6112598), (Volcano patent 2002, http://patents.justia.com/patent/6976965 참조) 몸체 외부에 있는 제2 장치(인터페이스 박스)에 연결된다. 비슷한 카테터를 통해 저 주파수 압력 뿐만 아니라 고 주파수 압력 진동을 판독함으로써, 몸체로부터 단일 초음파 도플러 신호를 추출할 수 있도록 하는 의료용 도플러 와이어가 있는데, 이 경우, 아날로그 신호는 카테터 끝단으로부터, 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환시키기 위해(Volcano patent 2002, http://patents.justia.com/patent/6976965 참조) 추가적인 기기가 필요한 몸체 외부의 한 위치로 안내된다. 또한, 제한된 개수의 다중-모드 센싱 의료용 카테터가 존재하는데, 이러한 카테터는 통상 아날로그 센싱 요소와 물리적 신호(압력, 광)를 몸체로부터 몸체 외부로 전기 신호로 안내하는 섬유의 다수의 채널을 가진다. 한 예는 Edwards Life Science로부터 CCOmbo/SvO2 폐동맥 카테터이다. 상기 카테터는 몸체 내부의 끝단에서 아날로그 온도 센싱 서미스터와 조합되며, 유체로 채워진 루미나(lumina)를 포함하여, 몸체 외부에서 압력이 결정될 수 있으며 외부 압력이 트랜스듀서에 추가되고, 광 스펙트럼(optical spectrum)을 몸체 외부로 안내하는 광섬유를 포함하며, 실제의 광센서는 물리적 신호를 디지털 스트림(digital stream) 내에 전달하여 정보가 몸체 외부에 위치된다.
심박출량을 계산하기 위한 종래 기술의 모니터에서, 현재 사용되는 주 방법들은 폐동맥 카테터이며 PiCCO 시스템에서 폐가 종래 기술의 주 몸체를 형성한다.
a) 구체적인 폐동맥 카테터:
폐동맥 카테터는 여러 상태에서 정확하지 않지만 오랫동안 의료 용도의 심박출량 모니터링의 중심으로 간주되어 왔다. 가장 간단한 폐동맥 카테터는 저온의 유체를 우심방으로 주입한 후에 폐동맥에서의 온도 곡선을 측정한다. 이 카테터는 종종 배치하기가 어렵고, 감염 및 폐동맥 손상 위험을 가지며, 측정 편차가 크고, 심각한 병을 가진 환자에게는 특히, 삼첨판(심장) 밸브 부족이 존재한다. 심박출량을 결정하기 위한 대안의 Fick 방법은 동맥 순환 및, 폐동맥 카테터에 의해 폐동맥으로부터 흡입된 혈액 내의 산소량에 좌우된다. 상기 방법이 몸체 내의 총 산소 소모량(병이 있는 환자들에게는 통상 변경됨) 정보에 좌우되기 때문에, 신뢰적이지 않다. 또 다른 방법은 광섬유가 구비된 카테터에 의해 중앙 정맥 산소 포화도를 지속적으로 모니터링하는 방법이다. 상기 변수들은 심박출량과 관련 없는 다수의 요인들에 좌우되기 때문에, 심박출량의 훌륭한 대체 요인으로서 간주되지 않는다. 상기 방법들에 따른 앞에서 언급한 모든 폐동맥 카테터는 모두 오래된 것으로서, 이들은 다수의 기간 만료된 특허를 가진다.
b) 구체적인 PiCCO 시스템:
PiCCO 시스템은 중앙 정맥 내에 주입된 저온의 유체 볼루스(cold fluid bolus)의 주입 후에 중심 동맥(central artery) 내에서의 볼루스 열 희석 측정에 좌우되며, 따라서, 중앙의 혈관 카테터와 분리될 필요가 있다. 기술적으로는, 상기 시스템은 개별의 외부 모듈로 데이터 전송장치 및 외부 신호 디지타이저(signal digitizer)를 가진 카테터의 끝단에 위치된 서미스터로 구성된다. 또한, PiCCO 시스템은, 외부 압력 트랜스듀서를 이용하여 모니터링 해야 하는 유체로 채워진 내강을 통해, 그 후, 외부의 아날로그-디지털 컨버터 및 데이터 전송장치에 의해 중앙 동맥으로부터 안내되는 혈액 압력 형태(blood pressure contour)를 이용할 수 있다.
c) HighDim 종래 기술(미국 특허출원번호 13/827,063호)은 심박출량을 계산하기 위하여 다차원 비선형 최적화 방법을 이용하여 분석되는 다중-변수의 생리학적 데이터에 따른 심박출량을 계산하기 위한 장치 및 방법들에 관해 기술하고 있다. 상기 방법의 제한사항은, 순환 보조 장치, 예컨대, 이식형 심장 펌프가 환자의 심박출량에 영향을 미치는 경우에는 해당되지 않는다는 점이다. 상기 경우에서, 진정한 심박출량은 과소평가되는데, 그 이유는, 기계장치의 요인은 중요하지 않을 뿐만 아니라, 미국 특허출원번호 13/827,063호에 기술된 알고리즘 학습 프로세스에서는 설명되지 않은 이식형 심장 펌프가 순환 시스템에서의 변화를 유도할 것이다.
의료용 모니터링 기술을 개선하면, 환자 관리가 개선될 수 있기 때문에 바람직하다.
몸체 내부의 한 위치에서 다수의 물리적 신호를 측정하는 것은 상호 보완적이며 반복적이고 상호연관적인 신호의 정보 내용을 사용할 수 있는 시스템 및 알고리즘에 대한 입력으로 적절하다.
용어 정의
용어, 임의의 형상의 "몸체 내부(inside body)"는, 의료용 침습 장치가 전체적으로 또는 제한적으로 혈관, 체강 및 몸체 조직 중 하나에 삽입된 몸체 부분에 배열된다는 의미이다.
카테터(catheter)를 사용한다는 것은, 1 센티미터보다는 작고 수백 마이크로미터보다는 큰 직경의 중공 튜브(hollow tube)가 몸체의 외부로 안내되는 급수관(water column)을 통해, 치료 액체를 주입하거나, 혈액을 뽑거나 정전 압력을 측정하기 위해 몸체 구성요소, 보통 혈관내 구성요소를 몸체 외부와 연결하는 것을 의미한다.
시스(sheath)를 사용한다는 것은, 1 센티미터보다는 작고 100 마이크로미터보다는 큰 직경의 중공 튜브가 주 내강(main lumen) 내에 기다란 내측 물체를 포함하며 이를 몸체 외부로부터 몸체 내부로 안내하도록 사용되는 것을 의미한다. 이러한 시스는 물체를 수용하는 주 내강 외에도 그 밖의 목적을 위해 0개(zero) 또는 그 이상의 추가적인 중공 루미나(hollow lumina)를 포함할 수 있다.
샤프트(shaft)를 사용한다는 것은, 1 센티미터보다는 작고 100 마이크로미터보다는 큰 직경을 가진 기다란 물체가 몸체 상에 펌프 및 센서 어레이 중 하나 이상을 포함하는 다수의 기능적인 하위시스템(subsystem)을 수용하는 것을 의미한다.
본 명세서에서, 용어 "C/S/S"는 "카테터/ 시스 /샤프트"를 의미하는 것으로 사용된다.
소형 디지털 센서 시스템-온-칩(SoC)
본 명세서에서 기술된 것과 같이, 소형 디지털 센서 시스템-온-칩은 몸체 내부의 목표 위치에서 사용 가능한 공간보다 크지 않으며(오직 진단 목적을 위해 배열된 샤프트와 카테터를 위해 통상 5 제곱 밀리미터보다 작으며, 심장 펌프와 함께 사용되는 시스를 위해서는 20 제곱 밀리미터보다 작음) 장치 축에 대해 수직으로 측정된 직경, 및 적어도 신호를 아날로그 방식으로 전송하고, 아날로그-디지털 변화, 및 디지털 전송을 포함하는 물리적 모드의 정량적인 측정을 위한 디지털 엔코딩 회로를 가진 일체형의 패키지이다.
이러한 소형 디지털 센서를 사용하면, 다음과 같이:
a) 잡음 및 편심(bias)에 취약한 아날로그 신호의 전송이 제거되며,
b) 일체형의 트랜스듀싱 및 디지털라이징 센서 요소로 인해 잡음 공급원(noise source)의 수가 감소되고,
c) 다중 센서 출력의 디지털 멀티플렉싱(digital multiplexing)으로 인해 신호 라인의 개수가 최소화될 수 있으며,
d) 요구되는 전기 연결부가 적기 때문에 C/S/S/의 제작이 간단해지고,
e) 매우 낮은 전력 요구량을 가진 디지털 센서가 존재한다는 이점을 갖는다.
이러한 센서들의 크기 제한은 중요한데, 그 이유는 혈관에 대해 허용가능한 접근 크기는 제한되고 단순히 진단 용도를 위해 통상 범위가 0.5 내지 3 밀리미터 사이의 장치 직경을 가지며, 순환 보조 장치의 샤프트를 위해서는 최대 5mm 및 체외 순환에 사용되는 카테터를 위해서는 최대 8mm이다.
의료 용도를 위해 이러한 센서를 위한 전력 요구량은, 전력 공급을 단순하게 하고 센서가 과도하게 가열되는 것을 방지하기 위해 중요하다.
컴퓨터
본 명세서에 사용되는 용어 "컴퓨터"는 임의의 적절한 연산 시스템에 관한 것이다. 특히, 컴퓨터는 데스크톱 컴퓨터, 랩탑 컴퓨터, 태블릿, 스마트폰 또는 이와 비슷한 장치 뿐만 아니라 내장형 연산 시스템, 가령, 마이크로컨트롤러 또는 그 밖의 다른 임의의 단일 또는 다중 프로세서 내장 시스템일 수 있다.
에너지 하베스팅(Energy harvesting)
용어 "에너지 하베스팅"이란, 한 장치가, 에너지 공급원에 유선 연결을 가지지 않고도, 주변에 있는 물리적 에너지 공급원으로부터 전기 에너지를 추출하는 공정을 가리키도록 사용된다. 에너지 하베스팅 기술은 당업계에서 통상의 기술자에게 잘 알려져 있는 기술이다. 본 발명에서, 용어 "코일"은 "전기 코일"을 가리킨다.
심장 펌프(Heart pump)
용어 "심장 펌프"는 혈액을 혈액 순환의 한 구성요소로부터 혈액 순환의 또 다른 구성요소로 펌핑하는 의료용 장치로서 정의된다. 일반적인 펌프는, a) 몸체 외부에 기계적 펌프 부분을 가진 체외 펌프, b) 몸체 내부에 기계적 펌프 부분을 가지며 피부를 가로지르는 샤프트의 끝단에 장착되는 카테터-기반의 펌프, 및 c) 몸체 내부에 기계적 펌프 부분을 가지며 피부를 가로지르는 전력 공급 케이블을 제외하고는 어떠한 부분도 없는 완전히 이식가능한 펌프를 포함한다.
심층 신경망(Deep Neural Network)
머신 러닝(machine learning) 분야에서, 심층 신경망(DNN)은, 유닛들의 다수의 숨겨진 층들이 입력층과 출력층 사이에 있는, 인공 신경망(Artificial Neural Network: ANN)이다.
심층 믿음망(Deep Believe Network)
머신 러닝 분야에서, 심층 믿음망(DBN)은, 층들 사이에는 연결부를 가지지만 각각의 층 내의 유닛들 사이에는 연결부를 가지지 않는, 잠재 변수(latent variable)의 다중층을 포함하는 심층 신경망의 한 타입이다.
본 발명에 따르면, 환자의 심장 성능을 반영하고 의료용 침습 장치(medical invasive device)에 의해 심박출량(cardiac output)이 안정된(settled) 것을 나타내도록 심박출량 변수를 추출할 수 있게 하기 위하여 신호의 정확한 측정이 필요한데, 각각의 독립 청구항들의 특징들에 의해 정의되는 심박출량의 계산 방법 및 기기가 제공된다. 바람직한 실시예들이 종속항들에 기술된다.
특히, 본 발명은 혁신적인 형상을 가진 의료용 침습 장치에 관해 기술하고 있는데, 예를 들어, 신호 전송, 아날로그-디지털 신호 변환 및 디지털 신호 전송은, 소형 디지털 센서 시스템-온-칩(SoC)을 사용하여, 혈관 내강 안에 위치되도록 배열된 카테터의 한 부분으로 이동된다.
그에 따라, 의료용 디지털 센서 SoC 어레이가 몸체 내부의 위치에서 카테터, 시스 및 샤프트 상에 장착된다.
이러한 혁신적인 형상으로 인한 이점은:
1) 몸체 외부에 있는 신호 트랜스듀서 모듈(signal transducer module) 필요성이 줄어들거나 제거되어 산업용 제작, 분배 및 사용이 단순해지고,
2) 민감한 아날로그 신호를 수용하는 와이어 및 신호 전송을 위한 광학 라인(optical line)의 압력 전파를 위한 정전 칼럼(hydrostatic column)이 제거된다. 몸체 내부에 위치된 한 위치에서, 물리적 신호 센싱, 신호 전송, 아날로그-디지털 신호 변환 및 디지털 신호 전송의 단계를 수행하는 소형 디지털 센서를 포함하는 C/S/S/ 형태의 장치들로 구성된 제안 설정을 가진다.
본 발명에 따르면, 상이하고, 상호 보완적인 물리적 신호를 측정하는 다중 센서 SoC가 몸체 내부에 위치되도록 배열된 의료용 C/S/S의 한 부분 내에 배치될 수 있다.
본 발명에서 함께 사용되는 센서는 밑에서 보다 상세하게 기술된다.
혁신적인 형상에서, 의료용 디지털 센서 SoC 및 SoC 어레이가 제공되는데, 센서들은 몸체 내부에 위치된 의료용 침습 장치의 한 부분에 장착된다. 생체신호 모니터링을 위한 일체형의 다중-모드(multimodal) 센서 어레이가, 다음과 같이:
a) 순환 보조 장치의 샤프트;
b) 단독의 샤프트;
c) 혈관 접근 시스;
d) 혈관내 카테터 중 하나와 일체형으로 구성될 수 있다.
다수의 센서 조합이 가능하며 밑에서는 비-제한적이며 한 예시로서 제공된다.
일체형으로 구성하면, 환자에 대한 접근 케이블의 개수를 센서 어레이 당 하나로 줄일 수 있으며 그에 따라 의료 실시가 개선되는 이점을 가진다.
그 외에도, 밑에서, 몸체 내부에 위치되도록 배열된 한 위치에서 디지털 전송장치를 가진 디지털 센서 SoC 장치를 포함하는 의료용 C/S/S 형태의 장치들이 기술되는데, 이러한 장치들은 몸체 외부에 위치되도록 배열된 부분에서 디지털 인터페이스(digital interface)와 일체형으로 구성되어, 디지털 데이터 전송과 전력 공급을 위해 커넥터 케이블이 연결될 수 있다.
본 발명의 상기 양태에 따른 실시예들이 이미 의료적 모니터링을 단순하게 하고 개선하였지만, 유선 전력 공급 및 통신은 포기하는 것이 바람직하다. 이런 이유로, 추가적인 개선이 가능해진다.
본 발명의 또 다른 양태에 따르면, 무선 전송 카테터 및/또는 시스 및/또는 샤프트가 일체형의 의료용 센서 SoC 및 SoC 어레이로 구성될 수 있다. 그에 따라, 일체형의 다중-모드 생의학 센서 어셈블리가 일체형 배터리에 의해 구동될 수 있으며 무선 데이터 전송에 의해 판독될 수 있다.
따라서, 본 발명의 추가적인 양태는 단일 실시예에서 몸체 외부에 위치되도록 배열된 부분에 위치된 소형 배터리 및 무선 통신 칩과 조합하여 몸체 내부에 위치되도록 배열된 부분에서 소형 디지털 센서 SoC를 가진 의료용 C/S/S로 구성된다. 이에 따라, 전력 공급 및 통신을 위한 케이블이 필요 없으며 의료 실시가 현저하게 개선될 수 있다. 또한, 환자에게 연결되는 금속 연결부가 필요 없기 때문에 전기적 안전성이 향상될 것이다.
본 발명의 추가적인 실시예에 따르면, 의료용 C/S/S는 무선 신호 전송을 위한 전자장치 및 소형 배터리를 포함하는 플러그 모듈(pluggable module)과 조합하여 커넥터와 몸체 내부에 위치되도록 배열된 소형 디지털 센서들로 구성될 수 있다.
이에 따라, 충전된 교체 모듈에 꽂음으로써, 빈 배터리가 교체될 수 있는 이점을 가진다.
본 발명에 따른 센서 어레이를 위한 요소들로서 사용될 수 있는 광범위한 센서 모드들로부터, 다음의 사항들이 바람직하다:
- 소형 디지털 압력 센서 SoC가 바람직한데, 이 SoC들은 주어진 위치들에서 혈압(심장 기능의 중요한 변수임)을 측정할 수 있지만, 종래의 센서들에 비해, 유체로 채워진 압축 접근 채널(pressurized access channel) 또는 종래의 압력 모니터링 카테터에서 일반적으로 사용되는 체외 트랜스듀서(extracorporeal transducer)가 필요 없으며 본 장치를 따라 아날로그 신호 전송에 좌우되지 않기 때문이다. 저온의 유체 볼루스를 주입한 후에 발생하는 온도 요동(temperature fluctuation)을 측정할 수 있기 때문에, 소형 디지털 온도 센서의 실시예가 몸체 온도를 모니터링 할 수 있는데, 볼루스 주입 후의 온도 요동의 특성 및 시간은 심장 성능에 연관된다.
- 다수의 파장을 위한 리시버 및 소형 디지털 광 이미터로 인해, 혈액의 스펙트럼 구성요소를 결정할 수 있고 표준 공식을 이용하여 혈액 산소화(blood oxygenation)를 유도할 수 있으며, 이러한 혈액 산소화는 잘 알려져 있으며 그 시간은 심폐 기능에 관한 관련 정보를 포함할 수 있다.
- 소형 디지털 진동 센서로 인해, 혈류의 동력학적이고 난류 양태를 감지할 수 있으며, 심장 기능에 대한 정보를 제공할 수 있다.
- 초음파 도플러 센서로 인해, 혈류 속도를 측정할 수 있으며 그에 따라 심장 기능 정보를 제공할 수 있다.
- 다이렉트 초음파 흐름 센서로 인해, 포인트들 간의 파형 속도를 결정할 수 있으며 그에 따라 혈류 속도를 측정할 수 있어서 심장 기능에 관한 정보를 제공할 수 있다.
- 전압 센서로 인해, 전기적 심장 작동 시간 및 주파수를 직접 탐지할 수 있으며, 국부적인 몸체 임피던스(body impedance)를 측정할 수 있다.
종래 기술에 비해 위에서 언급한 개선 사항들이 환자 관리를 개선되었지만, 배터리 필요성을 없애는 것이 여전히 바람직한데, 그 이유는 제작하기가 간단하며, 보존 수명이 향상되고, 비용이 절감되며, 배터리 유출 위험이 줄어들기 때문이다. 따라서, 추가로 개선시키는 것이 바람직하다.
본 발명의 추가적인 양태에서, 플러그 모듈(pluggable module)과 몸체 외부에 위치되도록 배열된 부분 중 한 부분에서 무선 전송 전자장치를 가지며 몸체 내부에 위치되도록 배열된 부분에서 디지털 센서 SoC를 포함하는 의료용 C/S/S 형태로 구성된 장치에는, 배터리 또는 케이블을 통해 전력 공급 필요성을 없앨 수 있는 에너지 전달 및 하베스팅 메커니즘이 추가로 제공된다. 배터리가 없고, 에너지 하베스팅 의료용 센서 어레이가 카테터, 시스 및 샤프트와 함께 기술된다. 배터리가 없음으로써, 배터리 방출은 더 이상 문제가 되지 않기 때문에, 보다 컴팩트한 디자인이 가능하며 의료 실시를 개선시킬 수 있다.
무선 기술에 있어서 최근의 발전으로 인해, 배터리 작동식이며 케이블 필요성을 줄여 준 무선 센서를 제작하는 것이 가능하다.
에너지 하베스팅에 있어서 최근의 발전으로 인해, 주변 공급원(environmental source), 가령, 전자기장, 태양광, 진동, 열 등으로부터 에너지를 하베스팅할 수 있다.
다음의 에너지 하베스팅 메커니즘이 사용될 수 있다:
a) 전자기장을 통한 유도 에너지 전송,
b) 커패시티브 에너지 전송,
c) 태양전지 기반의 에너지 전송,
d) 진동 기반의 에너지 하베스팅,
e) 열전기 에너지 전송.
이들 중 바람직한 예는 유도 에너지 전송 메커니즘인데, 그 이유는 그 밖의 설정에 비해 통상 더 많은 에너지가 전송되며 에너지 트랜스미터 쪽의 높은 전압도 필요하지 않기 때문이다.
또한, 본 발명은 생체 신호를 기술적 조절 신호 및 모터 변수와 조합하기 위한 알고리즘을 제공한다. 종래 기술에서의 다중-변수의 생체 신호 모니터링이 카테터-기반(catheter-based) 또는 이식형 순환 펌프(implantable circulatory pump)로부터 시작된 성능 신호 및 기술적 조절 신호와 조합되어 따라서 종래 기술에 비해 진보성을 지닌 신규한 조합에 관해 기술하고 있다. 이는 카테터-기반의 또는 이식형 순환 보조 장치를 가진 환자에게 생체 신호 분석을 적용할 수 있는 실질적인 이점을 지닌다.
또한, 본 발명은 심장 보조 장치(heart assist device)를 가지거나 심장 보조 장치를 가지지 않은 환자에게 적합한 다중-변수 신호와 함께 사용할 수 있는 방법에 관한 것이다.
한 방법은, 다수의 생리적 데이터 공급원들과 심장 보조 장치로부터 유도된 다수의 변수들과 조합하여, 이 데이터를 목표 심박출량 값들과 상호연관시키는 비선형 수학적 모델을 세운다. 생리적 데이터 벡터(physiologic data vector)는 하나 이상의 측정가능한 또는 유도가능한 변수들, 가령, 수축기 및 확장기 혈압, 맥압, 비트-비트 기간(beat-to-beat interval), 평균 동맥압, 수축기 동안 압력 상승의 최대 경사, 맥압파(pulse pressure wave)의 수축기 부분 하의 면적, 성별(남성 또는 여성), 나이, 키, 몸무게, 및 진단 계층을 포함한다. 심장 보조 장치로부터 유도된 변수들은, 장치 혈류, 장치 타입, 장치 성능 설정, 모터 전류, 회전 주파수, 장치 내부의 압력, 장치에 걸쳐 제공되는 압력들 중 하나 이상의 이상을 포함한다. 목표 심박출량 값들은 복수의 환자들에 걸쳐 다양한 방법들을 사용하여 얻어진다. 그 뒤, 공급 데이터를 목표 심박출량 데이터로 변환시키는 수학적 모델을 찾기 위하여, 다차원 비선형 최적화 방법(multidimensional nonlinear optimization)이 사용된다. 상기 모델은 환자를 위한 생리적 데이터를 얻고 상기 모델을 수집된 데이터에 적용함으로써 환자에게 적용될 수 있다.
모델을 세우기 위해 심장 보조 장치 변수를 생리학적 변수에 추가하는 단계가 포함된다. 종래 기술에 비해, 본 발명은 보다 우수한 결과를 얻기 위하여 보조 장치와 생물학 정보를 결합한다. 종래 기술에 기술된 설정을 이용하여, 보조 장치는 증거로서 사용되는데, 본 발명에서는 기계 변수(machine parameter)가 유용한 정보의 공급원이다. 실질적으로, 이러한 모니터링이 적용될 수 있는 환자 범위가 확장될 것이다.
또 다른 실시예에서, 동일한 순환 구성요소의 2개의 상이한 위치에서 동일한 생물학적 변수(바람직하게는 혈압 및 시간)가 측정된다. 상기 접근법의 이점으로는, 매우 비선형의 생물학적 공정(biologic process)인 맥파 전파(pulse wave propagation)가 추가적인 정보로서 수학적 모델로 세워질 수 있으며 그에 따라 수학적 모델이 보다 탄탄해 질 수 있다는 점이다. 그에 비해, 일반적인 의료 실시에 있어서와 같이, 맥파 전파를 무시해도, 맥파 전파가 심박출량 분석을 위한 증거 요인이 된다.
추가로, 본 발명은 의료 신호 및 모터 조절/성능 신호의 조합에 따른 심장 성능을 결정하기 위한 모니터에 관해 기술하고 있을 뿐만 아니라:
- 의료용 센서 SoC, 선택적인 무선 데이터 전송장치, 선택적인 무선 에너지 하베스팅 및 다중-모드 신호에 적합한 모니터가 장착된 C/S/S의 조합에 따른 바이탈 사인(vital sign)을 모니터링 하기 위한 시스템;
- 환자 모니터링을 위한 생체 신호 및 모터 변수를 조합하는 시스템의 사용 방법;
- 환자 모니터링을 위한 무선 센서 어레이 데이터 전송의 사용 방법;
- 환자 모니터링을 위한 카테터, 시스, 및 샤프트의 에너지 하베스팅의 사용 방법; 및
- 환자 모니터링을 위한 무선 의료용 센서 어레이를 조합하는 시스템의 사용 방법에 관해 기술하고 있다.
이제, 첨부도면을 참조하여, 밑에 기술된 실시예들에 의해, 본 발명에 따른 살아있는 대상체의 심박출량의 계산 방법과 함께, 본 발명에 따른 의료용 침습 장치가 보다 상세하게 기술될 것이다:
도 1은 본 발명에 따른 의료용 침습 장치의 한 실시예의 횡단면도;
도 2는 본 발명에 따른 의료용 침습 장치의 한 실시예의 측면도;
도 3은 일체형의 가요성 전자 보드 및 수용 코일 회로를 가진 시스의 한 실시예 및 본 발명에 따른 일체형 이미터 코일 회로를 가진 샤프트의 한 실시예의 도면;
도 4는 본 발명의 따라 동축 배열된 샤프트(내측 요소)의 한 세그먼트를 덮고 있는 시스(외측 요소)의 한 실시예의 도면.
도 1은 본 발명에 따른 의료용 침습 장치의 한 실시예의 횡단면도;
도 2는 본 발명에 따른 의료용 침습 장치의 한 실시예의 측면도;
도 3은 일체형의 가요성 전자 보드 및 수용 코일 회로를 가진 시스의 한 실시예 및 본 발명에 따른 일체형 이미터 코일 회로를 가진 샤프트의 한 실시예의 도면;
도 4는 본 발명의 따라 동축 배열된 샤프트(내측 요소)의 한 세그먼트를 덮고 있는 시스(외측 요소)의 한 실시예의 도면.
센서 카테터(Sensor catheter)
본 발명에 따른 C/S/S의 한 실시예에서, 폴리머 캐스팅(polymer casting)으로 독립식 모니터링 카테터를 제작했는데, 이러한 카테터는 0.018" 내측 내강(가이드 와이어를 위한) 및 2.8mm의 외측 직경을 가지며 현재의 폐동맥 카테터의 시스보다 작다. 폴리머로 형성된 가요성 전자 보드가 폴리머 캐스트에 포함되는데, 상기 가요성 전자 보드는 몸체 외부에 있는 부분과 몸체 내부의 장치의 한 부분을 연결하며 2.4mm의 직경 및 15mm의 길이를 가진다. 몸체 내부에 있는 부분에서, 가요성 보드는 하나의 소형 패키지 방식으로 2개의 디지털 센서 즉 디지털 압력 센서와 디지털 온도 센서를 가지고, 2*2*0.76 밀리미터(STMicroelectronics, 부품 번호 LPS22HB)의 단일 플라스틱 몸체에 수용된, 일체형의 아날로그-디지털 컨버터 및 디지털 신호 전송장치를 포함하며, 몸체 외부에 있는 부분에서는, 가요성 전자 보드가 유선 판독부(wired readout)를 위한 커넥터를 포함한다.
무선 센서 카테터(Wireless sensor catheter)
본 발명에 따른 C/S/S의 한 실시예에서, 폴리머 캐스팅으로 독립식 모니터링 카테터를 제작했는데, 이러한 카테터는 0.018" 내측 내강(가이드 와이어를 위한) 및 2.8mm의 외측 직경을 가지며, 현재의 폐동맥 카테터의 시스보다 작다. 폴리머로 형성된 가요성 전자 보드가 폴리머 캐스트에 포함되는데, 상기 가요성 전자 보드는 몸체 외부에 있는 부분과 몸체 내부의 장치의 한 부분을 연결하며 2.4mm의 직경 및 15mm의 길이를 가진다. 몸체 내부에 있는 부분에서, 가요성 보드는 하나의 소형 패키지 방식으로 2개의 디지털 센서 즉 디지털 압력 센서와 디지털 온도 센서를 가지고, 2*2*0.76 밀리미터(STMicroelectronics, 부품 번호 LPS22HB)의 단일 플라스틱 몸체에 수용된, 일체형의 아날로그-디지털 컨버터 및 디지털 신호 전송장치를 포함하며, 몸체 외부에 있는 부분에서는, 가요성 전자 보드가 소형 배터리(타입)와 무선 전송장치(IT) 및 디지털 통신장치를 포함하는 소형 칩을 수용한다.
성공적인 에너지 하베스팅(energy harvesting)을 위하여, 시간에 걸쳐 하베스팅된 에너지는, 원하는 측정 기간(통상 10 밀리초 내지 4 시간 사이)에서 센서를 구동하기에 충분해야 하며, 원하는 전송 기간(통상 100 밀리초 내지 4 시간 사이)에서 무선 전송장치를 구동하기에 충분해야 한다.
장치의 유도(inductive) 방식의 무선 전력공급을 위하여, 외부 전자기장이 생성되어야 한다. 전자기장을 위한 필요요건들에는, 안전성, 충분한 에너지 전달 용량, 및 기존의 조절장치와의 호환성이 포함된다. 본 발명의 발명자들은 다음과 같이 몇몇 디자인 특징들을 특정하였다:
1) 비슷한 공진 주파수(공진 주파수)를 가진 이미터 코일 및 C/S/S 상의 맞춤식의 에너지 수용 코일이 형성되며, 수용된 에너지가 C/S/S에 일체형으로 구성된 전자장치를 구동시키기에 충분하도록 최적화된다. 이러한 설정의 한 예가 실시예에 도시된다. 바람직한 설정에서, 상기 조합이, 의료 용도의 사용을 합법으로 허용해 주는 무선주파수 밴드(radio주파수 밴드)에서 사용되며, 적용부위 옆에서, 예컨대, 카테터 삽입 부위로부터 30-50cm에서 용이하게 수행되는, 에너지 이미터로부터 에너지 리시버로의 일정 거리에서 사용된다.
2) 이미팅 필드(emitting field)가 환자 침대 옆에 있는 이미터에 의해 생성된다. 이러한 에너지 전송은 업계에서 잘 알려져 있으며, ISO 표준 15693에 상세하게 기술되어 있는데, 최대 1-1.5 미터까지 에너지 전송 및 데이터 전송을 수행한다. 이러한 해결책의 이점은 환자로부터 의료용으로 적절한 거리가 유지되어 환자 케어가 간단하다는 점이며, 단점으로는 전송되는 에너지가 작고 통상 수신 장치 상에서 매우 제한적인 기능만을 허용한다는 점이다.
3) 이미팅 필드가 피부에 있는 장치의 출구 부위의 근처(최대 10cm)에 제공된 트랜스미터에 의해 생성된다. 이러한 에너지 및 데이터 전송은 업계에서 잘 알려져 있으며, ISO 표준 14443에 상세하게 기술되어 있다. 작은 거리의 이점은, 리시버 쪽에서의 에너지 수율이 증가되어 장치 쪽에서 보다 많은 기능을 수행할 수 있지만, 단점으로는 환자로부터의 상기 거리에 있는 이미터 코일이 환자의 케어를 방해할 수 있다는 사실로서, 이러한 설정은 이미터 코일이 시간에 걸쳐 충분하게 가깝게 유지되어야 한다는 점이다.
4) 무선 충전 표준, 예컨대, Qi 표준에 따라 트랜스미터에 의해 이미팅 필드가 생성된다. Qi 표준은 원래 이미팅 코일에 대해 가까운 근접거리(센티미터 거리)에 있는 휴대폰과 같은 장치의 고-전류 충전에 사용되지만, 본 발명의 발명자들은 긴 거리(최대 1m)에서도 소량의 에너지를 전송할 수 있는 변형된 설정도 사용될 수 있다는 사실을 발견하였다. 전송된 에너지의 양이 너무 적어도(거의 거리의 3제곱으로 줄어들어도), 그래도 여전히, 저-전력 전자장에 상기 설정을 사용하기에 충분하다.
5) 센서가 구비된 시스를 가로지르는 카테터에 의해 이미팅 필드가 생성된다. 이는 센서가 구비된 시스가 순환 보조 장치의 샤프트를 몸체 내부로 안내하도록 사용될 때 특히 바람직하며, 이미팅 코일 및 센서가 구비된 장치의 근접성을 보장하고 에너지 전송을 최적화할 수 있다. 이러한 설정의 한 예가 밑에 제공된다.
정보 및 에너지 전송과의 무선 상호작동을 위한 그 밖의 표준, 예컨대, EPC 표준은 주파수 밴드, 데이터 전송 프로토콜 및 그 밖의 세부사항들에서 차이가 있지만, 특정 필요요건들이 허용하는 한, 어디서든 사용될 수 있다.
모든 옵션들에서, 통상, 높은 주파수가 이미터 및 수용 코일들의 디자인을 용이하게 할 수 있는데, 그 이유는 작은 커패시터(커패시터) 및 코일의 낮은 인덕턴스(inductance)로 원하는 공진 주파수가 구현될 수 있기 때문이다.
무선 에너지 전송/하베스팅(Wireless energy transfer/harvesting)
다수의 실험에서, 우리의 C/S/S 시스템에 일체형으로 구성된 코일들에 의한 에너지 하베스팅을 실험하였다. 이를 위하여, 구리 와이어 수용 코일(200 마이크로미터 구리 와이어, 25 감김부, 코일 직경 4 mm, 코일 길이 85 mm, 공진에 의해 추정된 인덕턴스는 0.384 마이크로헨리로 튜닝됨)를 시스 내에 일체형으로 구성하여 PDMS에 캐스팅하였다. 1 나노패러드(nanofarad) 커패시터를 수용 코일에 평행하게 연결함으로써 공진 회로를 제작하였다. 8.12 MHz의 주파수에서 수용 코일 내의 공진을 관측하였다.
뿐만 아니라, 에너지 전송 코일을 200 마이크로미터 구리 와이어로부터 제작하였는데, 이러한 200 마이크로미터 구리 와이어는 30 감김부, 2 mm의 코일 직경 및 150 mm의 코일 길이를 가지고, 0.377 마이크로헨리의 측정된 인덕턴스를 가진다. 전송 코일을 카테터-기반의 심장 보조 장치의 샤프트 내에 배열하였다. 1 나노패러드의 커패시터를 이미터 코일에 평행하게 연결함으로써 공진 회로를 제작하였다. 실험적으로, 수신 회로에서와 동일한 공진 주파수(8.2 MHz)에서, 이미터 회로 내의 공진을 관측하였다. 이미터 코일이 수용 코일에 대해 동축 배열되도록 샤프트를 시스 내부에 삽입하였다. 직렬로 100 Ohm 전류-제한 레지스터에 연결된 이미터 회로를, 파형 발생기 휴렛 패커드 33120A에 의해 생성된 10 V의 진폭 및 8.12 MHz의 주파수를 가진 사인파 신호에 의해 구동시켰다. 정류(rectification)를 위해 사용되는 다이오드 TS4148에 수신 회로를 직렬로 연결하였다. 정류된 신호를 텍사스 인스트루먼트 사의 LM3671 스텝-다운 DC-DC 컨버터에 따라 형성된 전압 조정기에 공급하였다.
이미터 회로로부터 리시버 회로로의 성공적인 에너지 전송은 다음과 같다:
전압 조정기의 출력부에 연결된 1 kOhm의 저항 하중을 가로지르는 전압은 3V로서, 이는 3 mA의 전류 및 9 mW의 전압에 상응하였다. 압력 및 온도 센서 LPS22HB의 명세 및 노르딕 세미컨덕터로부터의 블루투스 저-에너지(LE) IC nrf52832의 명세서에 따르면, 상기 전압은 압력 및 온도 신호를 획득하고, 획득된 데이터를 원격 블루투스 LE 장치에 전송하는데 충분하다.
이러한 결과는, 충분한 에너지가 에너지 하베스팅, 센서 수용 카테터에 전송될 수 있다는 사실을 확인해 준다.
무선 에너지 전송/하베스팅(Wireless energy transfer/harvesting)
본 발명에 따른 C/S/S의 한 실시예에서, 구리 와이어 수용 코일(200 마이크로미터 구리 와이어, 25 감김부, 코일 직경 5 mm, 코일 길이 4 mm, 공진에 의해 추정된 인덕턴스는 1.57 마이크로헨리로 튜닝됨)를 시스 내에 일체형으로 구성하여 PDMS에 캐스팅하였다. 100 피코패러드(picofarad)의 커패시터를 수용 코일에 평행하게 연결함으로써 공진 회로를 제작하였다. 12.76 MHz의 주파수에서, 수신 회로 내의 공진을 관측하였다. 카테터로부터 이미터 코일을 분리하였는데, 이는 2 감김부, 88 mm의 코일 직경 및 4 mm의 코일 길이를 가지고, 1.56 마이크로헨리의 측정된 인덕턴스를 가지는 200 마이크로미터 구리 와이어로 구현하였다. 100 피코패러드의 커패시터를 이미터 코일에 평행하게 연결함으로써 공진 회로를 제작하였다. 12.75 MHz의 주파수에서, 이미터 회로 내의 공진을 관측하였다. 직렬로 1 kOhm 전류-제한 레지스터에 연결된 이미터 회로를, 파형 발생기 휴렛 패커드 33120A에 의해 생성된 10 V의 진폭 및 12.76 MHz의 주파수를 가진 사인파 신호에 의해 구동시켰다. SMD1206 레드 LED를 수신 회로에 평행하게 연결하였다. 이미터 회로로부터 리시버 회로로의 성공적인 에너지 전송은 다음과 같다:
이미터 코일이 수용 코일에 근접하게(1-3 mm의 거리에) 위치될 때, LED는 밝게 빛나기 시작하는데, LED 명세에 따르면, 하베스팅된 전압이 적어도 수백 마이크로와트가 사용될 수 있다는 것을 나타낸다.
무선, 에너지
하베스팅
센서 카테터(Wireless, energy harvesting sensor catheter)
본 발명에 따른 C/S/S의 한 실시예에서, 2.8mm의 내측 개방 내강 및 4mm의 외측 직경을 가진, 폴리머 캐스팅으로 카테터-기반의 심장 보조 장치를 위한 접근 시스를 제작했는데, 이러한 크기는 심장 보조 장치의 접근 시스를 위한 크기 요건에 상응한다. 폴리머로 형성된 가요성 전자 보드가 폴리머 캐스트에 포함되는데, 상기 가요성 전자 보드는 몸체 외부에 있는 부분과 몸체 내부의 장치의 한 부분을 연결하며 3mm의 직경 및 15mm의 길이를 가진다. 몸체 내부에 있는 부분에서, 가요성 보드는 하나의 소형 패키지 방식으로 2개의 디지털 센서 즉 디지털 압력 센서와 디지털 온도 센서를 가지고, 2*2*0.76 밀리미터(STMicroelectronics, 부품 번호 LPS22HB)의 단일 플라스틱 몸체에 수용된, 일체형의 아날로그-디지털 컨버터 및 디지털 신호 전송장치를 포함하며, 몸체 외부에 있는 부분에서는, 가요성 전자 보드가 에너지 하베스팅(TI), 무선 전송장치 및 디지털 통신장치를 포함하는 소형 칩을 수용한다.
본 발명은 다음과 같이 추가적인 실시예들을 포함한다:
실시예 1:
혈관, 체강 및 몸체 조직 중 하나에 삽입되도록 배열된 몸체 부분(body portion)을 가진 의료용 침습 장치에 있어서,
상기 의료용 침습 장치에는 전자 회로가 구비되고 몸체 부분에는 센서 장치와 디지털 데이터 전송 장치가 일체형으로 구성되는 것을 특징으로 하는 의료용 침습 장치.
실시예 2:
실시예 1에 있어서, 몸체 부분에 아날로그-디지털 컨버터 장치를 가지는 것을 특징으로 하는 의료용 침습 장치.
실시예 3:
실시예 1 또는 실시예 2에 있어서, 의료용 침습 장치는 몸체 외부에 위치되도록 배열된 외측 부분을 가지는 것을 특징으로 하는 의료용 침습 장치.
실시예 4:
실시예 1 내지 실시예 3 중 어느 한 실시예에 있어서, 전자 회로는 온도 센서, 압력 센서, 진동 센서, 초음파 센서, 광 센서, 전압 센서 또는 이들의 임의의 조합을 가진 센서 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 의료용 침습 장치.
실시예 5:
실시예 1 내지 실시예 4 중 어느 한 실시예에 있어서, 센서 장치는 상이한 물리적 신호들을 측정하기 위해 2개 이상의 센서를 포함하는 것을 특징으로 하는 의료용 침습 장치.
실시예 6:
실시예 1 내지 실시예 5 중 어느 한 실시예에 있어서, 센서 장치는 상이한 물리적 신호들을 측정하기 위해 3개 이상의 센서를 포함하는 것을 특징으로 하는 의료용 침습 장치.
실시예 7:
실시예 1 내지 실시예 6 중 어느 한 실시예에 있어서, 의료용 침습 장치는 피부 레벨에 횡단 방향으로 배열되고 몸체 부분을 수용하는 기다란 물체(elongated object)인 샤프트를 가지는 것을 특징으로 하는 의료용 침습 장치.
실시예 8:
실시예 1 내지 실시예 7 중 어느 한 실시예에 있어서, 의료용 침습 장치는 다수의 유체 칼럼(fluid column)을 포함하며 몸체에 삽입하도록 배열된 기다란 물체인 카테터인 것을 특징으로 하는 의료용 침습 장치.
실시예 9:
실시예 1 내지 실시예 8 중 어느 한 실시예에 있어서, 의료용 침습 장치는 카테터, 치료 장치의 샤프트, 및 심장 펌프의 샤프트 중 하나를 안내하도록(guide) 배열된 기다란 물체인 시스(sheath)인 것을 특징으로 하는 의료용 침습 장치.
실시예 10:
실시예 1 내지 실시예 9 중 어느 한 실시예에 있어서, 몸체 부분은 60 mm2보다 작은 횡방향 횡단면적을 가지는 것을 특징으로 하는 의료용 침습 장치.
실시예 11:
실시예 1 내지 실시예 10 중 어느 한 실시예에 있어서, 몸체 부분은 20 mm2보다 작은 횡방향 횡단면적을 가지는 것을 특징으로 하는 의료용 침습 장치.
실시예 12:
실시예 1 내지 실시예 11 중 어느 한 실시예에 있어서, 몸체 부분은 5 mm2보다 작은 횡방향 횡단면적을 가지는 것을 특징으로 하는 의료용 침습 장치.
실시예 13:
실시예 1 내지 실시예 12 중 어느 한 실시예에 있어서, 전자 회로는 무선 데이터 전송 유닛을 포함하는 것을 특징으로 하는 의료용 침습 장치.
실시예 14:
실시예 3 내지 실시예 13 중 어느 한 실시예에 있어서, 외측 부분은 무선 데이터 전송 유닛을 포함하는 것을 특징으로 하는 의료용 침습 장치.
실시예 15:
실시예 14에 있어서, 무선 데이터 전송 유닛은 외측 부분의 베이스(base)로부터 연결이 분리될 수 있는(disconnectable) 것을 특징으로 하는 의료용 침습 장치.
실시예 16:
실시예 1 내지 실시예 15 중 어느 한 실시예에 있어서, 배터리 및 커패시터 중 하나에 의해 전력이 공급되는 것을 특징으로 하는 의료용 침습 장치.
실시예 17:
실시예 3 내지 실시예 16 중 어느 한 실시예에 있어서, 배터리 또는 커패시터는 외측 부분으로부터 연결이 분리될 수 있는 것을 특징으로 하는 의료용 침습 장치.
실시예 18:
실시예 1 내지 실시예 17 중 어느 한 실시예에 있어서, 전자 회로는 와이어에 의해 의료용 침습 장치에 연결되지 않은 에너지 공급원으로부터 에너지를 하베스팅하도록 배열된 하베스팅 유닛(harvesting unit)을 포함하는 것을 특징으로 하는 의료용 침습 장치.
실시예 19:
실시예 3 내지 실시예 18 중 어느 한 실시예에 있어서, 외측 부분은 하베스팅 유닛을 수용하는 것을 특징으로 하는 의료용 침습 장치.
실시예 20:
실시예 19에 있어서, 하베스팅 유닛은 전자기 에너지를 하베스팅하기 위한 코일을 포함하는 것을 특징으로 하는 의료용 침습 장치.
실시예 21:
실시예 19 또는 실시예 20에 있어서, 하베스팅 유닛은 태양 전지(solar cell)를 포함하는 것을 특징으로 하는 의료용 침습 장치.
실시예 22:
실시예 18 내지 실시예 21 중 어느 한 실시예에 있어서, 하베스팅 유닛은 진동-기반의 발전기(vibration-based power generator)를 포함하는 것을 특징으로 하는 의료용 침습 장치.
실시예 23:
실시예 18 내지 실시예 22 중 어느 한 실시예에 있어서, 하베스팅 유닛은 열전기 발전기(thermoelectric generator)를 포함하는 것을 특징으로 하는 의료용 침습 장치.
실시예 24:
실시예 1 내지 실시예 23 중 어느 한 실시예에 있어서, 의료용 침습 장치는, 통상 주변에 생성되는 전자기장이 코일로 전달되는 에너지를 방출하도록 일정 주파수로 튜닝된 수용 코일 회로를 가진 하베스팅 유닛을 포함하며, 코일로 전달되는 에너지는 몸체 부분 상에서 전자 회로 및 선택적으로는 의료용 침습 장치의 그 밖의 임의의 전자 회로를 구동하도록 제공되는 것을 특징으로 하는 의료용 침습 장치.
실시예 25:
실시예 1 내지 실시예 24 중 어느 한 실시예에 있어서, 의료용 침습 장치는 전자기장으로부터 에너지 하베스팅을 위해 배열된 수용 코일 회로를 가진 하베스팅 유닛을 포함하며, 전자기장은 다수의 이미팅 코일 회로에 의해 생성되고, 이미팅 코일 회로는 수용 코일 회로의 공진 주파수(resonance frequency)의 10%, 바람직하게는 수용 코일 회로의 공진 주파수의 1%, 특히 바람직하게는 수용 코일 회로의 공진 주파수의 0.1% 내에 있는 공진 주파수를 가지는 것을 특징으로 하는 의료용 침습 장치.
실시예 26:
실시예 1 내지 실시예 25 중 어느 한 실시예에 있어서, 의료용 침습 장치는 5.725 내지 5.875 GHz 사이의 주파수 밴드에 있는 전자기장으로부터 에너지 하베스팅을 위해 배열된 다수의 코일 회로를 포함하는 것을 특징으로 하는 의료용 침습 장치.
실시예 27:
실시예 1 내지 실시예 26 중 어느 한 실시예에 있어서, 의료용 침습 장치는 2.4 내지 2.5 GHz 사이의 주파수 밴드에 있는 전자기장으로부터 에너지 하베스팅을 위해 배열된 다수의 코일 회로를 포함하는 것을 특징으로 하는 의료용 침습 장치.
실시예 28:
실시예 1 내지 실시예 27 중 어느 한 실시예에 있어서, 의료용 침습 장치는 902 내지 928 MHz 사이의 주파수 밴드에 있는 전자기장으로부터 에너지 하베스팅을 위해 배열된 다수의 코일 회로를 포함하는 것을 특징으로 하는 의료용 침습 장치.
실시예 29:
실시예 1 내지 실시예 28 중 어느 한 실시예에 있어서, 의료용 침습 장치는 13.553 내지 13.567 MHz 사이의 주파수 밴드에 있는 전자기장으로부터 에너지 하베스팅을 위해 배열된 다수의 코일 회로를 포함하는 것을 특징으로 하는 의료용 침습 장치.
실시예 30:
실시예 1 내지 실시예 29 중 어느 한 실시예에 있어서, 의료용 침습 장치는 6.765 내지 6.795 MHz 사이의 주파수 밴드에 있는 전자기장으로부터 에너지 하베스팅을 위해 배열된 다수의 코일 회로를 포함하는 것을 특징으로 하는 의료용 침습 장치.
실시예 31:
실시예 1 내지 실시예 30 중 어느 한 실시예에 있어서, 의료용 침습 장치는 235 내지 275 kHz 사이의 주파수 밴드(Power Matters Alliance(PMA) 정의 밴드)에 있는 전자기장으로부터 에너지 하베스팅을 위해 배열된 다수의 코일 회로를 포함하는 것을 특징으로 하는 의료용 침습 장치.
실시예 32:
실시예 1 내지 실시예 31 중 어느 한 실시예에 있어서, 의료용 침습 장치는 110 내지 205 kHz 사이의 주파수 밴드(Wireless Power Consortium(WPC) 정의 밴드)에 있는 전자기장으로부터 에너지 하베스팅을 위해 배열된 다수의 코일 회로를 포함하는 것을 특징으로 하는 의료용 침습 장치.
실시예 33:
실시예 9 내지 실시예 32 중 어느 한 실시예에 따라, 시스인 외측 요소(outer element)와 코일 회로를 포함하는 카테터 또는 샤프트인 내측 요소(inner element)를 포함하는 키트(kit)에 있어서, 외측 요소는 내측 요소의 적어도 한 세그먼트를 덮는 것을 특징으로 하는 키트.
실시예 34:
실시예 33에 있어서, 내측 요소는 외측 요소에 대해 동축 배열되는 것을 특징으로 하는 키트.
실시예 35:
실시예 33 또는 실시예 34에 있어서, 내측 코일은 에너지를 외측 요소로 전달하도록 배열되는 것을 특징으로 하는 키트.
실시예 36:
실시예 35에 있어서, 내측 코일은 무선 전송에 의해 외측 요소로부터 데이터를 수신하도록 배열되는 것을 특징으로 하는 키트.
실시예 37:
실시예 33 내지 실시예 36 중 어느 한 실시예에 있어서, 외측 코일은 무선 전송에 의해 내측 요소로부터 데이터를 수신하도록 배열되는 것을 특징으로 하는 키트.
실시예 38:
실시예 33 내지 실시예 37 중 어느 한 실시예에 있어서, 내측 요소는 경피적 심장 펌프(percutaneous heart pump)의 샤프트인 것을 특징으로 하는 키트.
실시예 39:
살아있는 대상체의 심박출량(CO)의 계산 방법에 있어서, 입력 데이터 벡터와 목표 CO 값을 연결하는 수학적 모델이 구성되는 것을 특징으로 하는 심박출량 계산 방법.
실시예 40:
실시예 39에 있어서, 수학적 모델은 비선형인 것을 특징으로 하는 심박출량 계산 방법.
실시예 41:
실시예 39 또는 실시예 40에 있어서, 입력 데이터 벡터는 실시예 1 내지 실시예 32 중 어느 한 실시예에 따른 의료용 침습 장치에 의해 획득된 하나 이상의 센서 측정을 포함하는 것을 특징으로 하는 심박출량 계산 방법.
실시예 42:
실시예 39 내지 실시예 41 중 어느 한 실시예에 있어서, 입력 데이터 벡터는 살아있는 대상체로부터의 생리적 입력 공급원 데이터(physiologic input source data)를 포함하는 것을 특징으로 하는 심박출량 계산 방법.
실시예 43:
실시예 39 내지 실시예 42 중 어느 한 실시예에 있어서, 입력 데이터 벡터는 반복되는 온도 측정 곡선 하의 면적을 포함하는 것을 특징으로 하는 심박출량 계산 방법.
실시예 44:
실시예 39 내지 실시예 43 중 어느 한 실시예에 있어서, 입력 데이터 벡터는 유체 볼루스(fluid bolus)를 정액 순환(venous circulation)에 주입한 후에 반복되는 온도 측정의 곡선 하의 면적을 포함하며, 상기 주입된 볼루스는 혈액 온도와 상이한 온도를 가지는 것을 특징으로 하는 심박출량 계산 방법.
실시예 45:
실시예 39 내지 실시예 44 중 어느 한 실시예에 있어서, 입력 데이터 벡터는 동맥 맥박 압력 분석(arterial pulse pressure analysis)으로부터 얻어진 숫자들을 포함하는 것을 특징으로 하는 심박출량 계산 방법.
실시예 46:
실시예 39 내지 실시예 45 중 어느 한 실시예에 있어서, 입력 데이터 벡터는 동맥 맥박 압력 분석으로부터 얻어진 숫자들을 포함하되, 상기 숫자들은, 비트-비트 기간(beat-to-beat interval), 심박동수, 수축기 혈압, 확장기 혈압, 맥압, 시간 차이당 최고 수축기 혈압 차이, 및 맥압파(pulse pressure wave)의 수축기 부분 하의 면적 중 하나인 것을 특징으로 하는 심박출량 계산 방법.
실시예 47:
실시예 39 내지 실시예 46 중 어느 한 실시예에 있어서, 입력 데이터 벡터는, 살아있는 대상체의 수축기 혈압, 살아있는 대상체의 확장기 혈압, 및 살아있는 대상체의 맥압 중 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 심박출량 계산 방법.
실시예 48:
실시예 39 내지 실시예 47 중 어느 한 항에 있어서, 입력 데이터 벡터는, 살아있는 대상체의 나이, 살아있는 대상체의 성별, 살아있는 대상체의 키(height), 살아있는 대상체의 무게(weight), 살아있는 대상체의 체온(temperature) 중 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 심박출량 계산 방법.
실시예 49:
실시예 39 내지 실시예 48 중 어느 한 실시예에 있어서, 입력 데이터 벡터는, 심장 펌프 타입, 심장 펌프 성능 설정, 심장 펌프 크기, 심장 펌프 혈류, 심장 펌프 회전 속도, 심장 펌프 소비 전력, 심장 펌프 소비 전류, 심장 펌프 압력 센서 판독 중 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 심박출량 계산 방법.
실시예 50:
실시예 39 내지 실시예 49 중 어느 한 실시예에 있어서, 목표 CO 값은 다수의 시간 지점들에서 반복적으로 측정된 온도의 곡선 하의 면적을 결정하는 것을 포함하는 알고리즘에 의해 결정되는 것을 특징으로 하는 심박출량 계산 방법.
실시예 51:
실시예 39 내지 실시예 50 중 어느 한 실시예에 있어서, 목표 CO 값은 실시예 1 내지 실시예 32 중 어느 한 실시예에 따른 의료용 침습 장치에 의해 측정된 생리적 신호들을 분석함으로써 결정되는 것을 특징으로 하는 심박출량 계산 방법.
실시예 52:
실시예 39 내지 실시예 51 중 어느 한 실시예에 있어서, 수학적 모델을 생성하는 것은 최소 자승 최적법(least-square optimal method)으로 입력 데이터 벡터를 목표 CO 값에 맞추는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 심박출량 계산 방법.
실시예 53:
실시예 39 내지 실시예 52 중 어느 한 실시예에 있어서, 수학적 모델을 생성하는 것은 인공 신경망(Artificial Neural Network: ANN)의 훈련(training)을 포함하는 것을 특징으로 하는 심박출량 계산 방법.
실시예 54:
실시예 39 내지 실시예 53 중 어느 한 실시예에 있어서, 수학적 모델은 심층 신경망(Deep Neural Network: DNN)의 비지도 훈련(unsupervised training)을 포함하는 것을 특징으로 하는 심박출량 계산 방법.
실시예 55:
실시예 39 내지 실시예 53 중 어느 한 실시예에 있어서, 수학적 모델은 심층 신경망(DNN)의 지도 훈련(supervised training)을 포함하는 것을 특징으로 하는 심박출량 계산 방법.
실시예 56:
실시예 39 내지 실시예 55 중 어느 한 실시예에 있어서, 수학적 모델은 심층 믿음망(Deep Believe Network: DBN)의 훈련을 포함하는 것을 특징으로 하는 심박출량 계산 방법.
실시예 57:
실시예 39 내지 실시예 56 중 어느 한 실시예에 있어서, 상기 방법은:
입력 데이터 벡터를 얻는 단계;
수학적 모델을 이용하여 입력 데이터 벡터를 변환하는 단계; 및
변환 결과를 생리적 유닛들에서 CO 값으로 나타내는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 심박출량 계산 방법.
실시예 58:
실시예 39 내지 실시예 57 중 어느 한 실시예에 따라, 상기 방법은:
복수의 목표 CO 값을 얻는 단계;
적어도 부분적으로 목표 CO 값들에 따라 수학적 모델을 생성하는 단계;
입력 데이터 벡터를 얻는 단계;
수학적 모델을 이용하여 입력 데이터 벡터를 변환하는 단계; 및
변환 결과를 생리적 유닛들에서 CO 값으로 나타내는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 심박출량 계산 방법.
실시예 59:
실시예 1 내지 실시예 32 중 어느 한 실시예에 따른 의료용 침습 장치에 의해 전송되는 데이터를 수용하기 위한 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 기기(apparatus).
실시예 60:
실시예 59에 있어서, 데이터는 의료용 침습 장치에 의해 무선으로 전송되는 것을 특징으로 하는 기기.
실시예 61:
실시예 59 또는 실시예 60에 있어서, 제2 기기로부터 전송된 입력 데이터 벡터를 유도하기 위해 사용되는 데이터를 수신하는 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 기기.
실시예 62:
실시예 61에 있어서, 제2 기기는 환자와 같은 방에 위치되도록 배열된 장치로서 구성된 의료용 모니터로서 환자의 바이탈 사인(vital sign)을 보여주도록 배열된 디스플레이를 포함하는 것을 특징으로 하는 기기.
실시예 63:
실시예 61 또는 실시예 62에 있어서, 제2 기기는 심장 펌프의 조절 장치인 것을 특징으로 하는 기기.
실시예 64:
실시예 61 내지 실시예 63 중 어느 한 실시예에 있어서, 제2 기기로부터 무선으로 전송된 입력 데이터 벡터를 유도하기 위해 사용되는 데이터를 수신하는 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 기기.
실시예 65:
실시예 60 내지 실시예 64 중 어느 한 실시예에 있어서, 무선 데이터 전송은 WiFi 표준, 블루투스 표준, Ants 표준 중 하나를 따르는 것을 특징으로 하는 기기.
실시예 66:
컴퓨터에서 실행될 때, 실시예 39 내지 실시예 58 중 어느 한 실시예에 따른 방법을 수행하도록 배열된 코드 구성(code structure)을 포함하는 것을 특징으로 하는 컴퓨터 프로그램인 컴퓨터 판독가능한 기록 매체.
실시예 67:
실시예 59 내지 실시예 65 중 어느 한 실시예에 있어서, 제66항에 따른 컴퓨터 프로그램인 컴퓨터 판독가능한 기록 매체를 포함하는 것을 특징으로 하는 기기.
실시예 68:
실시예 59 내지 실시예 65 또는 실시예 67 중 어느 한 항에 있어서, 심박출량(CO)을 보여주도록 배열된 디스플레이를 포함하는 것을 특징으로 하는 기기.
실시예 69:
실시예 66에 있어서, 컴퓨터 판독 매체에 저장된 것을 특징으로 하는 컴퓨터 프로그램인 컴퓨터 판독가능한 기록 매체.
실시예 70:
기계 판독 캐리어(machine readable carrier)에 저장된 컴퓨터 프로그램인 컴퓨터 판독가능한 기록 매체 제품에 있어서, 컴퓨터에서 실행될 때, 실시예 39 내지 실시예 58 중 어느 한 실시예에 따른 방법을 수행하기 위한 프로그램 코드 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 컴퓨터 프로그램인 컴퓨터 판독가능한 기록 매체 제품.
Claims (23)
- 살아있는 대상체의 심박출량(CO)의 계산 방법에 있어서, 상기 방법은 입력 데이터 벡터와 목표 CO 값을 연결하는 수학적 모델이 구성되는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 심박출량 계산 방법.
- 제1항에 있어서, 수학적 모델은 비선형인 것을 특징으로 하는 심박출량 계산 방법.
- 제1항에 있어서, 입력 데이터 벡터는 의료용 침습 장치에 의해 획득된 하나 이상의 센서 측정을 포함하고;
상기 의료용 침습 장치는 전자 회로 및 몸체 부분을 포함하고 - 상기 몸체 부분은 환자의 혈관, 환자의 체강, 및 환자의 신체 조직 중 하나에 삽입되도록 배치됨 -;
상기 몸체 부분에 센서 장치 및 디지털 데이터 전송 장치가 일체형으로 구성되는 것; 을 특징으로 하는 심박출량 계산 방법. - 제1항에 있어서, 입력 데이터 벡터는 살아있는 대상체로부터의 생리적 입력 공급원 데이터를 포함하는 것을 특징으로 하는 심박출량 계산 방법.
- 제1항에 있어서, 입력 데이터 벡터는 반복되는 온도 측정 곡선 하의 면적을 포함하는 것을 특징으로 하는 심박출량 계산 방법.
- 제1항에 있어서, 입력 데이터 벡터는 유체 볼루스를 정액 순환에 주입한 후에 반복되는 온도 측정의 곡선 하의 면적을 포함하며, 상기 주입된 볼루스는 혈액 온도와 상이한 온도를 가지는 것을 특징으로 하는 심박출량 계산 방법.
- 제1항에 있어서, 입력 데이터 벡터는 동맥 맥박 압력 분석으로부터 얻어진 숫자들을 포함하는 것을 특징으로 하는 심박출량 계산 방법.
- 제1항에 있어서, 입력 데이터 벡터는 동맥 맥박 압력 분석으로부터 얻어진 숫자들을 포함하고, 상기 숫자들은, 비트-비트 기간, 심박동수, 수축기 혈압, 확장기 혈압, 맥압, 시간 차이당 최고 수축기 혈압 차이, 맥박 곡선 하의 면적, 및 맥압파의 수축기 부분 하의 면적 중 하나인 것을 특징으로 하는 심박출량 계산 방법.
- 제1항에 있어서, 입력 데이터 벡터는, 살아있는 대상체의 수축기 혈압, 살아있는 대상체의 확장기 혈압, 및 살아있는 대상체의 맥압 중 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 심박출량 계산 방법.
- 제1항에 있어서, 입력 데이터 벡터는, 살아있는 대상체의 나이, 살아있는 대상체의 성별, 살아있는 대상체의 키, 살아있는 대상체의 몸무게, 살아있는 대상체의 체온 중 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 심박출량 계산 방법.
- 제1항에 있어서, 입력 데이터 벡터는, 심장 펌프 타입, 심장 펌프 성능 설정, 심장 펌프 크기, 심장 펌프 혈류, 심장 펌프 회전 속도, 심장 펌프 소비 전력, 심장 펌프 소비 전류, 심장 펌프 압력 센서 판독 중 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 심박출량 계산 방법.
- 제1항에 있어서, 목표 CO 값은 다수의 시간 지점들에서 반복적으로 측정된 온도의 곡선 하의 면적을 결정하는 것을 포함하는 알고리즘에 의해 결정되는 것을 특징으로 하는 심박출량 계산 방법.
- 제1항에 있어서, 목표 CO 값은 의료용 침습 장치에 의해 측정된 생리적 신호들을 분석하여 결정되고;
상기 의료용 침습 장치는 전자 회로 및 몸체 부분을 포함하고 - 상기 몸체 부분은 환자의 혈관, 환자의 체강, 및 환자의 신체 조직 중 하나에 삽입되도록 배치됨 -;
상기 몸체 부분에 센서 장치 및 디지털 데이터 전송 장치가 일체형으로 구성되는 것을 특징으로 하는 심박출량 계산 방법. - 제1항에 있어서, 수학적 모델을 생성하는 것은 최소 자승 최적법으로 입력 데이터 벡터를 목표 CO 값에 맞추는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 심박출량 계산 방법.
- 제1항에 있어서, 수학적 모델을 구성하는 것은 인공 신경망(ANN)의 훈련을 포함하는 것을 특징으로 하는 심박출량 계산 방법.
- 제1항에 있어서, 수학적 모델은 심층 신경망(DNN)의 비지도 훈련을 포함하는 것을 특징으로 하는 심박출량 계산 방법.
- 제1항에 있어서, 수학적 모델은 심층 신경망(DNN)의 지도 훈련을 포함하는 것을 특징으로 하는 심박출량 계산 방법.
- 제1항에 있어서, 수학적 모델은 심층 믿음망(DBN)의 훈련을 포함하는 것을 특징으로 하는 심박출량 계산 방법.
- 제1항에 있어서, 상기 방법은:
입력 데이터 벡터를 얻는 단계;
적어도 수학적 모델을 이용하여 입력 데이터 벡터를 변환하는 단계; 및
변환 결과를 생리적 유닛들에서 CO 값으로 나타내는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 심박출량 계산 방법. - 제1항에 있어서, 상기 방법은:
복수의 목표 CO 값을 얻는 단계;
적어도 부분적으로 목표 CO 값들에 따라 수학적 모델을 생성하는 단계;
입력 데이터 벡터를 얻는 단계;
적어도 수학적 모델을 이용하여 입력 데이터 벡터를 변환하는 단계; 및
변환 결과를 생리적 유닛들에서 CO 값으로 나타내는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 심박출량 계산 방법. - 컴퓨터에서 실행될 때, 입력 데이터 벡터와 목표 CO 값을 연결하는 수학적 모델이 구성되는 것을 포함하는 살아있는 대상체의 심박출량(CO)의 계산 방법을 수행하도록 배열된 코드 구성을 포함하는 것을 특징으로 하는 컴퓨터 판독가능한 기록 매체.
- 제21항에 있어서, 컴퓨터 판독 매체에 저장된 것을 특징으로 하는 컴퓨터 판독가능한 기록 매체.
- 기계 판독 캐리어에 저장된 컴퓨터 판독가능한 기록 매체 제품에 있어서, 컴퓨터에서 실행될 때, 입력 데이터 벡터와 목표 CO 값을 연결하는 수학적 모델이 구성되는 것을 포함하는 살아있는 대상체의 심박출량(CO)의 계산 방법을 수행하기 위한 프로그램 코드 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 컴퓨터 판독가능한 기록 매체 제품.
Applications Claiming Priority (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| EP17152103.2 | 2017-01-19 | ||
| EP17152103 | 2017-01-19 | ||
| PCT/EP2018/051255 WO2018134330A2 (en) | 2017-01-19 | 2018-01-19 | Devices and methods for determining heart function of a living subject |
| KR1020197024179A KR102555070B1 (ko) | 2017-01-19 | 2018-01-19 | 살아있는 대상체의 심장 기능을 결정하기 위한 장치 및 방법 |
Related Parent Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020197024179A Division KR102555070B1 (ko) | 2017-01-19 | 2018-01-19 | 살아있는 대상체의 심장 기능을 결정하기 위한 장치 및 방법 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20230110374A true KR20230110374A (ko) | 2023-07-21 |
Family
ID=57965642
Family Applications (2)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020197024179A KR102555070B1 (ko) | 2017-01-19 | 2018-01-19 | 살아있는 대상체의 심장 기능을 결정하기 위한 장치 및 방법 |
| KR1020237023073A KR20230110374A (ko) | 2017-01-19 | 2018-01-19 | 살아있는 대상체의 심장 기능을 결정하기 위한 장치및 방법 |
Family Applications Before (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020197024179A KR102555070B1 (ko) | 2017-01-19 | 2018-01-19 | 살아있는 대상체의 심장 기능을 결정하기 위한 장치 및 방법 |
Country Status (6)
| Country | Link |
|---|---|
| US (2) | US11389640B2 (ko) |
| EP (1) | EP3570739A2 (ko) |
| JP (3) | JP7113851B2 (ko) |
| KR (2) | KR102555070B1 (ko) |
| CN (2) | CN116919343A (ko) |
| WO (1) | WO2018134330A2 (ko) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US11694813B2 (en) | 2019-01-16 | 2023-07-04 | Abiomed, Inc. | Left ventricular volume and cardiac output estimation using machine learning model |
Family Cites Families (43)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5579778A (en) * | 1993-09-09 | 1996-12-03 | University Of Utah Research Foundation | Method and apparatus for producing thermodilution cardiac output measurements utilizing a neural network |
| US5509424A (en) * | 1994-01-28 | 1996-04-23 | Aws Salim Nashef | Continuous cardiac output monitoring system |
| EP1658808A1 (en) | 1994-09-02 | 2006-05-24 | Volcano Corporation | Microminiature pressure sensor and guidewire using the same |
| SE9600333D0 (sv) | 1995-06-22 | 1996-01-30 | Radi Medical Systems | Sensor arrangement |
| US6186955B1 (en) * | 1998-11-16 | 2001-02-13 | Gail D. Baura | Noninvasive continuous cardiac output monitor |
| WO2000069490A1 (en) * | 1999-05-18 | 2000-11-23 | Sonometrics Corporation | System for incorporating sonomicrometer functions into medical instruments and implantable biomedical devices |
| US8372139B2 (en) * | 2001-02-14 | 2013-02-12 | Advanced Bio Prosthetic Surfaces, Ltd. | In vivo sensor and method of making same |
| CN2451037Y (zh) * | 2000-12-02 | 2001-10-03 | 郑利民 | 经左心插管心输出量测定导管 |
| CN1819855A (zh) * | 2003-05-13 | 2006-08-16 | 萨瓦柯公司 | 检测、诊断和治疗心血管疾病的系统和方法 |
| EP2215959A1 (en) | 2005-01-21 | 2010-08-11 | Olympus Corporation | Radio intra-subject information acquiring system |
| US7803121B2 (en) | 2005-08-22 | 2010-09-28 | Scisense Inc. | Implant transmitter |
| AT502922B1 (de) | 2005-11-08 | 2011-07-15 | Arc Seibersdorf Res Gmbh | Verfahren und vorrichtung zur bestimmung des herzzeitvolumens |
| EP2096992B1 (en) * | 2006-12-21 | 2011-02-16 | Koninklijke Philips Electronics N.V. | Electrically isolated catheter with wireless sensors |
| US20140194753A1 (en) | 2006-12-21 | 2014-07-10 | Koninklijke Philips N.V. | Electrically isolated catheter with wireless sensors |
| AT504990B1 (de) * | 2007-02-27 | 2008-12-15 | Miracor Medizintechnik Handels | Katheter zur unterstützung der leistung eines herzens |
| WO2008139347A1 (en) * | 2007-05-09 | 2008-11-20 | Koninklijke Philips Electronics N.V. | Sensor probe for measuring a physical property inside a bodily lumen |
| US7828710B2 (en) * | 2007-06-05 | 2010-11-09 | Medical Value Partners, Llc | Apparatus comprising a drive cable for a medical device |
| EP2016961B1 (en) * | 2007-07-18 | 2010-02-17 | Surgery in Motion Ltd. | Cardiac assist device |
| ES2385603T3 (es) * | 2007-11-23 | 2012-07-27 | Pulsion Medical Systems Ag | Conjunto de sensor venoso central para medir datos fisiológicos para la determinación del gasto cardiaco y procedimiento para determinar el gasto cardiaco |
| WO2009108705A1 (en) * | 2008-02-25 | 2009-09-03 | Autonomic Technologies, Inc. | Devices, methods, and systems for harvesting energy in the body |
| CA2762123C (en) * | 2008-09-11 | 2013-06-11 | Acist Medical Systems, Inc. | Physiological sensor delivery device and method |
| AU2010266166B2 (en) * | 2009-07-01 | 2015-09-03 | The Penn State Research Foundation | Blood pump with expandable cannula |
| WO2011062683A1 (en) | 2009-11-20 | 2011-05-26 | Keimar, Inc. | Systems for intravascular measurement |
| US10478076B2 (en) * | 2009-12-28 | 2019-11-19 | Gambro Lundia Ab | Monitoring a property of the cardiovascular system of a subject |
| US20110301414A1 (en) * | 2010-06-04 | 2011-12-08 | Robert Hotto | Intelligent endoscopy systems and methods |
| EP2399639A1 (de) | 2010-06-25 | 2011-12-28 | ECP Entwicklungsgesellschaft mbH | System zum einführen einer pumpe |
| US8972253B2 (en) * | 2010-09-15 | 2015-03-03 | Microsoft Technology Licensing, Llc | Deep belief network for large vocabulary continuous speech recognition |
| US20120150003A1 (en) | 2010-12-09 | 2012-06-14 | Siemens Medical Solutions Usa, Inc. | System Non-invasive Cardiac Output Determination |
| AU2012214727B2 (en) | 2011-01-30 | 2015-10-29 | Guided Interventions, Inc. | System for detection of blood pressure using a pressure sensing guide wire |
| EP2564771A1 (de) * | 2011-09-05 | 2013-03-06 | ECP Entwicklungsgesellschaft mbH | Medizinprodukt mit einem Funktionselement zum invasiven Einsatz im Körper eines Patienten |
| EP2606920A1 (de) * | 2011-12-22 | 2013-06-26 | ECP Entwicklungsgesellschaft mbH | Schleuseneinrichtung zum Einführen eines Katheters |
| US9332917B2 (en) | 2012-02-22 | 2016-05-10 | Siemens Medical Solutions Usa, Inc. | System for non-invasive cardiac output determination |
| EP2662113B1 (en) * | 2012-05-08 | 2016-08-31 | BIOTRONIK SE & Co. KG | Leadless heart stimulation and/or monitoring device |
| US20150174307A1 (en) * | 2012-07-19 | 2015-06-25 | Regents Of The University Of Minnesota | Cardiac assist device with pulse wave analysis |
| WO2014070999A2 (en) * | 2012-11-05 | 2014-05-08 | Landy Toth | Systems, methods, and devices for monitoring and treatment of tissues within and/or through a lumen wall |
| US9949696B2 (en) | 2013-03-14 | 2018-04-24 | Tensys Medical, Inc. | Apparatus and methods for computing cardiac output of a living subject via applanation tonometry |
| US9345436B2 (en) | 2013-03-14 | 2016-05-24 | HighDim GmbH | Apparatus and methods for computing cardiac output of a living subject |
| CN104224160B (zh) * | 2013-06-20 | 2018-12-04 | 珠海凯迪莱医疗科技有限公司 | 心输出量检测器无线传输装置 |
| EP3131615B1 (en) * | 2014-04-15 | 2021-06-09 | Tc1 Llc | Sensors for catheter pumps |
| EP2962721B1 (en) | 2014-07-04 | 2019-05-08 | Abiomed Europe GmbH | Sheath for sealed access to a vessel |
| CA3161026A1 (en) | 2014-09-17 | 2016-03-24 | Canary Medical Inc. | Devices, systems and methods for using and monitoring medical devices |
| JP6187776B2 (ja) | 2014-12-12 | 2017-08-30 | カシオ計算機株式会社 | 電子機器 |
| CN113350658B (zh) * | 2016-02-24 | 2024-03-29 | 禾木（中国）生物工程有限公司 | 柔性增强的神经血管导管 |
-
2018
- 2018-01-19 JP JP2019560468A patent/JP7113851B2/ja active Active
- 2018-01-19 CN CN202310823231.1A patent/CN116919343A/zh active Pending
- 2018-01-19 WO PCT/EP2018/051255 patent/WO2018134330A2/en unknown
- 2018-01-19 EP EP18701150.7A patent/EP3570739A2/en active Pending
- 2018-01-19 CN CN201880018884.XA patent/CN110545717B/zh active Active
- 2018-01-19 KR KR1020197024179A patent/KR102555070B1/ko active IP Right Grant
- 2018-01-19 KR KR1020237023073A patent/KR20230110374A/ko not_active Application Discontinuation
- 2018-01-19 US US16/479,438 patent/US11389640B2/en active Active
-
2022
- 2022-06-08 US US17/835,132 patent/US20220296875A1/en active Pending
- 2022-07-26 JP JP2022118369A patent/JP7520923B2/ja active Active
-
2024
- 2024-07-10 JP JP2024110706A patent/JP2024153675A/ja active Pending
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| KR20190121306A (ko) | 2019-10-25 |
| JP7113851B2 (ja) | 2022-08-05 |
| CN110545717B (zh) | 2023-08-04 |
| KR102555070B1 (ko) | 2023-07-12 |
| CN116919343A (zh) | 2023-10-24 |
| US20190381226A1 (en) | 2019-12-19 |
| CN110545717A (zh) | 2019-12-06 |
| JP2024153675A (ja) | 2024-10-29 |
| JP2022169520A (ja) | 2022-11-09 |
| US11389640B2 (en) | 2022-07-19 |
| JP2020515361A (ja) | 2020-05-28 |
| EP3570739A2 (en) | 2019-11-27 |
| JP7520923B2 (ja) | 2024-07-23 |
| WO2018134330A3 (en) | 2018-08-30 |
| WO2018134330A2 (en) | 2018-07-26 |
| US20220296875A1 (en) | 2022-09-22 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US11559218B2 (en) | Intravascular pressure and flow data diagnostic systems, devices, and methods | |
| CN106456019B (zh) | 血压测量设备的连续校准 | |
| JP6397849B2 (ja) | 測定システム | |
| EP2538843B1 (en) | Body parameter sensor and monitor interface | |
| CN101785666B (zh) | 用于确定生理参数的仪器及方法 | |
| US20050113655A1 (en) | Wireless pulse oximeter configured for web serving, remote patient monitoring and method of operation | |
| JP2022532844A (ja) | パッチ式生理センサ | |
| JP2024153675A (ja) | 生体の心機能を決定するデバイスおよび方法 | |
| US20220386961A1 (en) | Vascular access devices, systems, and methods for monitoring patient health | |
| KR20190043453A (ko) | 혈압 추정 장치 및 방법 | |
| US20190380595A1 (en) | Patient monitoring system with gatekeeper signal | |
| US20240156406A1 (en) | Systems and methods for measuring extravascular lung water | |
| Khan et al. | Wirelessly powered implantable system for wireless long-term monitoring of intracranial pressure | |
| WO2022165320A1 (en) | Implantable, wireless cardiac hemodynamics monitor system and applications of same |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A107 | Divisional application of patent | ||
| PA0104 | Divisional application for international application |
Comment text: Divisional Application for International Patent Patent event code: PA01041R01D Patent event date: 20230707 Application number text: 1020197024179 Filing date: 20190819 |
|
| PA0201 | Request for examination | ||
| PG1501 | Laying open of application | ||
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| PE0902 | Notice of grounds for rejection |
Comment text: Notification of reason for refusal Patent event date: 20230803 Patent event code: PE09021S01D |
|
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| PE0902 | Notice of grounds for rejection |
Comment text: Notification of reason for refusal Patent event date: 20240715 Patent event code: PE09021S01D |