KR20230113834A - 주사 장치용 팁 결정기 - Google Patents

주사 장치용 팁 결정기 Download PDF

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매튜 제임스 헤이스
캉탱 르 마스네
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아레스 트레이딩 에스.아.
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Abstract

시스템은 바늘을 경로(108)를 따라서 이동시키고, 두 개의 광원으로부터의 광을 경로의 각 부분에 조사하며, 바늘에 의해 반사된 각각의 광원으로부터 수신된 신호를 분석함으로써 피하주사 바늘(104)의 팁(106)의 위치를 결정한다.

Description

주사 장치용 팁 결정기{TIP DETERMINER FOR AN INJECTION DEVICE}
본 발명은 바늘 팁의 위치를 결정하기 위한 시스템에 관한 것이며, 구체적으로, 그러나 비제한적으로, 자동 주사기와 같은 의료 장치 내의 피하주사 바늘의 팁 위치를 결정하기 위한 광학 검출기 시스템에 관한 것이다.
특정 의학적 상태에 대한 치료는 빈번한 약물 투여를 필요로 할 수 있다. 피하주사 바늘을 구비한 주사기를 사용하여 흔히 달성되는 경피 주사는 약물을 투여하는 보편적인 방법이다.
자동 휴대용 주사 장치(자동 주사기)는 사용자가 주사기와 같은 약물 용기를 자동 주사기 내부에 배치하고 자동 주사기의 작동 시에 미리 결정된 용량의 약물을 자신의 신체에 주사할 수 있게 한다. 예를 들어 정맥 주사, 근육 주사 및 피하 주사와 같은 다양한 형태의 주사는 다양한 바늘 침투 깊이를 필요로 한다.
본 발명의 양태 및 특징은 첨부된 청구범위에 제시되어 있다.
본 발명의 예는 이제 첨부 도면을 참조하여 설명될 것이다.
도 1은 주사 시스템의 개략도이다.
도 2는 바늘 평면에서의 광 프로파일의 그래프이다.
도 3은 바늘이 궤도를 따라서 전진할 때 신호 생성기에 의해 생성되는 신호의 그래프이다.
도 4는 신호 처리 체인의 도시도이다.
도 5는 광원 및 신호 생성기에 의해 생성되는 신호의 개략도이다.
도 6은 신호 처리 흐름도이다.
도 7은 신호 생성기용 회로 설계의 예를 도시한다.
도 8은 다른 주사 시스템의 개략도이다.
도 9는 다른 주사 시스템의 개략도이다.
도 10은 다른 주사 시스템의 개략도이다.
도 11은 또 다른 주사 시스템의 개략도이다.
명세서 및 도면 전체에 걸쳐서, 유사한 참조 부호는 유사한 부분을 지칭한다.
도 1은 자동 주사기(100)의 바늘(104)의 팁(106)의 위치를 검출하기 위한 자동 주사기(100)를 도시한다. 자동 주사기(100)는, 바늘(104)이 구비되거나 제거 가능한 바늘(104)이 결합될 수 있는 주사기 또는 기타 약물 용기(카트리지 등)(103)를 삽입하기 위해 개방될 수 있는 하우징(102)을 갖는다. 바늘(104)은 피하주사 바늘이며, 그 팁(106)은 환자의 피부를 뚫기에 적합하다. 자동 주사기(100)는 미리 결정된 용량의 약물을 환자에게 주사하기 위해 사용될 수 있다. 약물이 투여되고 바늘(104)이 환자로부터 철회되면, 사용자는 하우징(102)을 개방하고 약물 용기(103)를 제거할 수 있다. 또한, 다시 주사할 때가 되면, 사용자는 하우징(102)을 개방하고, 다른 약물 용기를 삽입하며, 프로세스를 반복할 수 있다. 자동 주사기 하우징(102)은, 바늘(104)을 바늘 경로(108)를 따라서 이동시키도록 작동할 수 있고 선형 액추에이터일 수 있는 액추에이터(112)를 포함한다. 바늘이 자동 주사기에 배치될 때, 바늘의 장축은 바늘 경로 상에 놓인다. 하우징(102)은 또한 개구(110)를 포함하며, 바늘(104)은 환자에게 주사하기 위해 상기 개구를 통해서 하우징(102)을 넘어서 돌출할 수 있다. 액추에이터(112)의 작동은 바늘(104)을 A-B 방향으로 이동시켜, 예를 들어 바늘(104)이 개구(110)를 향해 B 방향으로 이동하여 결국 그 개구를 넘어서 돌출하게 하거나, 또는 대안적으로 바늘(104)이 반대 방향인 A 방향으로 이동하여 하우징(102) 내로 후퇴하게 한다.
자동 주사기(100)는 또한 제1 LED(발광 다이오드)(114), 제2 LED(116) 및 포토다이오드 검출기(118)를 갖는다. LED 및 포토다이오드 검출기(118)는 인쇄 회로 기판(PCB)(122) 상에 배치되고 프로세서(120)에 전자적으로 결합된다. 후술하는 방법에 따라 바늘 팁(106)의 위치를 결정하도록 작용할 때 프로세서(120)는 위치 결정기로 지칭될 수 있다. 액추에이터(112)는 또한 프로세서(120)/위치 결정기에 전자적으로 결합된다. 액추에이터(120)는 이동 액추에이터 부품의 위치에 기초하여 신호를 생성하고, 이 신호를 프로세서(120)에 송신한다.
액추에이터(112)는 바늘(104)을 궤도 또는 경로(108)를 따라서 이동시키도록 구성된다. 신장 단계에서, 액추에이터(112)는 바늘 팁(106)을 구비하는 바늘(104)의 적어도 일부가 개구(110)를 넘어서 외부로 돌출할 때까지 바늘(104)을 경로(108)를 따라서 개구(110) 쪽으로 그리고 개구를 통해서 구동시킨다. 이 단계 중에, 액추에이터(112)는 바늘(104)을 경로(108)를 따라서 거의 일정한 속도로 전진시킨다. 예를 들어, 액추에이터(112)는 바늘(104)을 6.6, 10, 또는 20 mms-1로 구동시킬 수 있다. 바늘 팁(106)이 하우징(102)의 내부를 넘어서 돌출하면, 이는 환자의 피부를 뚫기 위해 사용될 수 있다. 액추에이터(112)는 필요한 주사 깊이에 도달할 때까지 바늘(104)을 경로(108)를 따라서 계속 전진시킬 수 있다. 액추에이터(112)는 또한 바늘(104)을 통해서 약물을 환자의 체내에 투여하기 위해 주사기 또는 카트리지의 플런저를 가압하도록 구성된다.
후퇴 단계 중에, 액추에이터(112)는 환자에게서 바늘(104)을 빼내어 하우징(102) 내부로 다시 후퇴시키기 위해 바늘(104)을 신장 단계 중에 사용된 방향과 반대 방향으로 경로(108)를 따라서 이동시킬 수 있다.
LED(114, 116)는 PCB(122)의 표면 상에 서로 인접하여 배치된다. 제1 LED(114)는 바늘 경로(108)의 제1 부분(115)에 광을 조사하도록 구성된다. 제1 LED(114)로부터의 광은 도 1에서 파선으로 도시되어 있다. 제2 LED(116)는 바늘 경로(108)의 제2 부분(117)에 광을 조사하도록 구성된다. 제2 LED(116)로부터의 광은 도 1에서 점선으로 도시되어 있다. 자동 주사기(100)에 설치된 바늘(104)의 경우에, 경로(108)는 일반적으로 바늘(104)의 장축을 따라서 실질적으로 연장되지만 다른 경로가 사용될 수도 있다. 완전히 후퇴된 위치에서 시작하여, 신장 단계 중에 바늘(104)이 경로(108)를 따라서 A 방향으로 이동함에 따라, 바늘 팁(106)은 경로(108)의 제1 부분(115), 이후 경로(108)의 제2 부분(117), 이후 개구(110)를 만난다. 도 1에서, 바늘 팁(106)은 경로(108)의 제1 부분(115) 및 제2 부분(117)을 통해 전진했지만, 개구(110)에는 아직 도달하지 못했다.
자동 주사기(100)는 또한 포토다이오드 검출기(118)를 포함하는 신호 생성기(130)를 포함한다. 포토다이오드 검출기(118)는 PCB(122)의 표면 상에 배치된다. 포토다이오드 검출기(118)는 넓은 수취 각도 검출기일 수 있다. 포토다이오드 검출기(118)는 제1 LED(114)에 의해 방출되고 바늘(104)에 의해 반사된 광을 수취 및 검출할 수 있다. 포토다이오드 검출기(118)는 또한 제2 LED(116)에 의해 방출되고 바늘(104)에 의해 반사된 광을 수취 및 검출할 수 있다. 포토다이오드 검출기(118)는 바늘(104)과의 입사각에 대해 실질적으로 180°로 바늘(104)에 의해 반사된 광을 수취하기 위해 PCB(122) 상의 제1 및 제2 LED(114, 116) 근처에 배치될 수 있다. 이 배치는 포토다이오드 검출기(118)에 의해 수취되는 주위 광의 양을 감소시킨다.
각각의 LED로부터의 광은 렌즈(124)를 사용하여 방해 및 안내된다. 렌즈(124)는 PCB(122) 위에 장착되는 주문형 쌍원추 또는 프리즘 부품이다. 렌즈(124)는 제1 LED(114) 및 제2 LED(116) 위에 배치되어, 각각의 LED로부터 발생되는 광 평면을 포함하여 좁은 광 평면이 생성될 수 있게 한다. 두 개의 광 평면은 바늘 이동 방향에 걸쳐서 약간 분리된 공간 위치에서 최대 강도를 갖는다. 렌즈(124)는 제1 LED(114) 및 제2 LED(116)에 의해 방출된 광이 형상화 및 평행화되게 할 수 있다.
도 2는 바늘 경로(108)에서 각각의 LED로부터의 실험적으로 얻어진 광 강도 프로파일을 그래프로 도시한 것이다. y-축은 바늘 경로(108)를 따라서 다양한 지점에 배치된 검출기에 의해 수취되는 광의 정규화된 강도를 도시한다. 이러한 검출기는 일반적으로 자동 주사기(100)의 일부가 아니며, 경로(108)에서 각각의 빔으로부터의 광 강도 프로파일을 플롯 도시하기 위해 바늘 경로(108)를 따라서 다양한 지점에 배치되었다. x-축은 검출기의 경로(108)를 따르는, mm로 측정된 위치를 도시하며, 0 mm에 있는 원점은 제1 LED(114)에 의해 방출된 제1 광선과 제2 LED(116)에 의해 방출된 제2 광선 사이의 경로(108)를 따르는 위치를 나타낸다.
좌측의 트레이스(202)는 제1 LED(114)에 의해 방출되고 바늘 경로(108)를 따르는 특정 위치에서 광 검출기에 의해 검출되는 광의 강도를 나타낸다. 우측의 트레이스(204)는 제2 LED(116)에 의해 방출되고 바늘 경로(108)를 따르는 특정 위치에서 광 검출기에 의해 검출되는 광의 강도를 나타낸다. 통상의 기술자라면 알게 되듯이, 제1 LED(114) 및 제2 LED(116)로부터의 각각의 빔은 공간적으로 분리된다.
좌측의 트레이스(202)는 제1 LED(114)에 의해 조명되는, 경로(108)의 제1 부분과 연관된다. 우측의 트레이스(204)는 제2 LED(116)에 의해 조명되는, 경로(108)의 제2 부분과 연관된다. 제1 부분과 제2 부분은 경로(108) 상에서 중첩될 수 있으며 경로(108)의 상이한 영역을 포함할 수도 있다.
제1 LED(114)로부터의 광의 강도 프로파일은 경로의 제1 지점(206)에서 최대일 수 있다. 제2 LED(116)로부터의 광의 강도 프로파일은 경로의 제2 지점(208)에서 최대일 수 있다. 경로 상의 제1 지점(204)은 경로 상의 제2 지점(208)과는 다른 경로 상의 위치에 있다. 제1 LED(114) 및 제2 LED(116)에 의해 방출되는 광의 조명 프로파일은 각각 경로의 제1 지점(206) 및 제2 지점(208)에 중심 맞춤된다.
이제 도 1 내지 도 3을 참조하여 시스템의 작동을 설명할 것이다.
도 3은 바늘(104)이 경로(108)를 따라서 이동할 때 신호 생성기(130)에 의해 생성되는 제1 신호(302) 및 제2 신호(304)의 진폭을 나타내는 그래프이다. x-축은 경로(108) 상의 바늘 팁(106)의 위치를 나타낸다.
바늘(104)이 완전히 후퇴되면, 제1 또는 제2 광원으로부터의 무시할만한 양의 광이 바늘(104), 바늘 팁(106) 또는 포토다이오드 검출기(118)에 입사된다. 액추에이터(112)가 바늘(104)을 완전히 후퇴된 위치로부터 경로(108)를 따라서 B 방향으로 이동시킴에 따라, 바늘(104)은 경로(108)의 제1 부분(115)으로 전진하고, 제1 LED(114)에 의해 방출된 광 내로 전진한다. 바늘(104)이 경로(108)를 따라서 더 전진하면, 제1 LED(114)로부터의 광은 더 많은 비율의 바늘(104)에 입사되며, 따라서 제1 LED에 의해 방출되는 더 많은 광이 바늘(104)에 의해 반사된다. 포토다이오드 검출기(118)는, 그리고 그에 따른 신호 생성기(130)는 이 반사된 광의 적어도 일부를 수취하고 제1 신호(302)를 생성한다. 제1 신호(302)는, 제1 LED(114)에 의해 방출되고 바늘(104)에 의해 반사된, 신호 생성기(130)에 의해 수취되는 광의 양을 나타낸다. 바늘(104)의 더 많은 표면이 경로(108)의 제1 부분(115)으로 전진함에 따라, 즉 제1 LED(114)로부터의 더 많은 광이 바늘(104) 및 바늘 팁(106)의 반사면에 입사됨에 따라, 제1 신호(302)의 진폭이 증가한다.
액추에이터(112)가 바늘(104)을 B 방향으로 계속 전진시킴에 따라, 바늘(104)은 경로(108)의 제2 부분(117)으로 전진하고, 제2 LED(116)에 의해 방출된 광 내로 전진한다. 바늘(104)이 경로(108)를 따라서 더 전진하면, 제2 LED(116)로부터의 광은 더 많은 비율의 바늘(104)에 입사되며, 따라서 제2 LED에 의해 방출되는 더 많은 광이 바늘(104)에 의해 반사된다. 신호 생성기(130)는 이 반사된 광의 적어도 일부를 수취하고 제2 신호(304)를 생성한다. 제2 신호(304)는, 제2 LED(116)에 의해 방출되고 바늘(104)에 의해 반사된, 신호 생성기(130)에 의해 수취되는 광의 양을 나타낸다. 바늘(104)의 더 많은 표면이 경로(108)의 제2 부분(117)으로 전진함에 따라, 즉 제2 LED(116)로부터의 더 많은 광이 바늘(104) 및 바늘 팁(106)의 반사면에 입사됨에 따라, 제2 신호(304)의 진폭이 증가한다.
도 3에서 알 수 있듯이, 바늘(104)이 경로(108)를 따라서 신장될수록 제1 신호(302)의 진폭은 증가한다. 바늘(104)이 경로(108)를 따라서 B 방향으로 전진함에 따른 제1 신호(302)의 진폭 증가는 바늘(104)이 경로(108)의 제1 부분(115)을 점유하는 비율의 증가와 연관된다. 경로(108)의 제1 부분(115)의 대략 절반이 바늘(104)에 의해 점유될 때까지 바늘(104)이 제1 부분을 점유하는 비율이 증가함에 따라, 제1 신호(302)의 진폭은 빠르게 증가한다. 제1 부분의 절반 이상이 바늘(104)에 의해 점유되면, 제1 신호(302)의 진폭은 더 느리게 증가한다. 바늘(104)이 경로(108)의 제1 부분(115)의 대부분 또는 전부를 점유하게 되면, 제1 신호(302)의 진폭은 증가를 멈춘다.
마찬가지로, 바늘(104)이 경로(108)를 따라서 더 신장될수록 제2 신호(304)의 진폭은 증가한다. 경로(108)의 제2 부분(117)은 제2 LED(116)에 의해 조명되고, 바늘(104)이 경로(108)를 따라서 개구를 향해 전진함에 따른 제2 신호(304)의 진폭 증가는 바늘(104)이 제2 부분(117)을 점유하는 비율의 증가와 연관된다. 경로(108)의 제2 부분(117)의 대략 절반이 바늘(104)에 의해 점유될 때까지 바늘(104)이 제2 부분을 점유하는 비율이 증가함에 따라, 제2 신호(304)의 진폭은 빠르게 증가한다. 제2 부분(117)의 절반 이상이 바늘(104)에 의해 점유되면, 제2 신호(304)의 진폭은 더 느리게 증가한다. 바늘(104)이 경로(108)의 제2 부분(117)의 대부분 또는 전부를 점유하게 되면, 제2 신호(304)의 진폭은 증가를 멈춘다.
제1 신호(302) 및 제2 신호(304)를 도시할 뿐 아니라, 도 3에 도시된 그래프는 바늘(104)이 경로(108)를 따라서 이동할 때의 제1 신호 및 제2 신호(304)의 미분 비율(306)도 도시한다. 미분 비율(306)은 미분 비율계량 신호로 지칭될 수도 있다. 미분 비율(306)은 제1 신호(302)와 제2 신호(304)의 비율을 미분함으로써 계산된다. 제1 신호(302)와 제2 신호(304)의 비율의 미분은 제1 신호와 제2 신호(304) 사이의 진폭 차이가 최대일 때 피크(308)에 도달한다.
미분 비율(306)이 최대치(308)일 때의 바늘(104)의 위치(310)는 제1 LED(114)에 의해 경로(108) 상에 방출되는 광과 제2 LED(116)에 의해 경로(108) 상에 방출되는 광의 공간적 분리에 의해 결정된다. 미분 비율(306)이 최대치일 때의 바늘의 위치(310)는 경로의 지점(206)과 지점(208) 사이에 놓인다. 일부 예에서, 미분 비율(306)이 최대치(308)일 때의 바늘의 위치(310)는, 바늘 팁(106)이 제1 LED(114)에 의해 방출된 광을 반사할 만큼 경로(108)를 따라서 충분히 멀리 전진했지만 제2 LED(116)에 의해 방출된 광을 반사하기에는 경로(108)를 따라서 충분히 멀리 전진하지 못한 지점일 수 있다.
미분 비율(306)의 최대치(308)와 연관된 바늘의 위치(310)는 경로(108)를 따라서 미리 결정된 위치일 수 있다. 예를 들어, 지점(310)은 경로의 제1 부분(115)과 경로(108)의 제2 부분(117) 사이의 중간에 있거나, 및/또는 경로 상의 제1 지점(206)과 경로(108) 상의 제2 지점(208) 사이의 중간에 있을 수 있다. 따라서 미리 결정된 위치는 렌즈(124)와 제1 및 제2 LED(114, 116)의 설계 및 배치에 의해 미리 결정될 수 있다. 제조 공차는 캘리브레이션에 의해 보상될 수 있다.
제1 신호(302)와 제2 신호(304) 및 미분 비율계량 신호(306)는 바늘 경로(108) 상의 바늘(104)의 위치인 x의 함수이다. 따라서, 이들 신호는 또한 액추에이터(112)의 신장 양의 함수이다. 액추에이터의 신장 양은 액추에이터(112)의 이동 부품의 위치와 연관될 수 있다. 따라서 경로를 따르는 바늘 팁의 위치는 또한 액추에이터의 신장의 함수이다. 액추에이터는 액추에이터 내의 리드 스크루의 위치 또는 회전 정도와 같은 몇 개의 명확한 위치를 가질 수 있다. 액추에이터는 작동 부품의 신장 양에 기초하여 신호를 생성하고, 이 신호를 프로세서에 송신한다. 일부 예에서, 시스템은 미분 비율계량 신호가 최대치일 때 액추에이터 신호를 기록한다. 따라서 시스템은 액추에이터의 신장을 나타내는, 액추에이터에 의해 생성된 신호를 참조하여 바늘 팁 위치의 초기 결정 이후 임의의 지점에서 바늘 팁의 위치가 결정될 수 있게 한다.
따라서 바늘 팁(106)은 바늘(104)이 경로(108)를 따라서 이동하고 제1 LED(114) 및 제2 LED(116)에 의해 방출된 광을 통과할 때 미분 비율계량 신호(306)의 피크(308)를 찾아냄으로써 위치 파악될 수 있다. 미분 비율계량 신호(306)의 피크(308)가 위치 파악되면, 프로세서(120)는 액추에이터(112)의 신장을 기록하도록 작동할 수 있다. 따라서 액추에이터(118)의 신장은 미분 비율계량 신호(306)가 최대치(308)일 때 주목된다. 미분 비율계량 신호(306)가 최대치(308)일 때의 액추에이터(118)의 신장은 바늘 팁(106)이 미리 결정된 위치(310)에 있는 것과 대응할 수 있다. 미분 비율계량 신호가 최대치일 때의 액추에이터(112)의 신장이 알려지면, 임의의 후속 시간에서의 바늘(104)의 위치는, 후속 시간에서의 액추에이터(112) 신장이 알려지면 프로세서(120)에 의해 계산될 수 있다.
바늘(104) 팁(106)의 위치가 결정되면 임의의 후속 주사의 깊이가 계산될 수 있다. 위치(310)와 개구(110) 사이의 고정 거리 또한 주사 깊이의 계산에 고려될 수 있다.
비율계량 측정은 바늘 크기의 변동에 대해, 따라서 신호 진폭에 대해 민감하지 않기 때문에 유익하다. 신호 취득 중에, 하기 식을 사용하여 두 곡선의 비율을 비교할 수 있으며:
R(x) = S1(x)/S2(x)
여기에서 x는 경로(108)를 따르는 바늘(104)의 위치를 나타내고, S1(x) 및 S2(x)는 각각 제1 신호(302) 및 제2 신호(306)에 대응하며, R(x)는 S1(x)와 S2(x)의 비율이다. R의 기울기, 즉 미분 비율(306)은 다음과 같이 주어진다:
예를 들어 LED(114, 116)에 의해 생성된 광이 광학적으로 차별화될 수 없는 경우에 제1 신호와 제2 신호를 구별할 수 있도록 제1 및 제2 신호(302, 304)를 인코딩하기 위해 시분할 다중화(time divisional multiplexing: TDM)가 사용될 수 있다.
물론, S1(x) 및 S2(x) 각각을 먼저 미분하고 이후 미분된 신호의 비율을 취하는 것도 가능함을 알 것이다. 이 접근법은 또한 도 3에 도시된 306 및 308과 유사한 신호 및 곡선을 초래할 것이다. 액추에이터(112)가 일정하거나 거의 일정한 속도로 이동하면, x에 대해서가 아니라 시간에 대해 미분하는 것도 가능함을 알 것이다.
도 4는 시분할 다중화 프로세스를 수행하는데 사용될 수 있는 신호 처리 체인을 도시한다. 이 접근법은 검출 측에서의 LED 변조 및 후속 복조와 함께 트랜스-임피던스 증폭기 기술에 기초하고 있다. 신호 처리 체인(400)은 신호 생성기(130)를 포함한다. 이제 신호 처리 체인(400)의 작동을 설명할 것이다.
LED 드라이버(402)는 제1 및 제2 LED(114, 116) 각각에 전력을 공급하도록 구성된다. 변조기(404)는 LED 드라이버(402)에 의해 각각의 LED(114, 116)에 공급되는 전력을 변조하도록 구성된다. LED 드라이버(402) 및 변조기(404)는 광 펄스를 생성하기 위해 제1 및 제2 LED(114, 116) 각각을 온 오프로 각각 스위칭하도록 구성된다.
제1 LED(114)에 의해 방출된 광의 펄스는 렌즈(124)를 통해서 및 바늘(104)에 의한 반사를 통해서 신호 생성기(130)에 전달된다. 신호 생성기(130)는 포토다이오드 검출기(118), 증폭기(410), 제1 미처리 신호를 처리하도록 구성된 제1 복조기(412), 및 제2 미처리 신호를 처리하도록 구성된 제2 복조기(414)를 포함한다. 로우 패스(low pass) 필터(416)는 제1 복조기(412)로부터 제1 복조 신호를 수신하도록 구성되며, 제2 로우 패스 필터(418)는 제2 복조기(414)로부터 제2 복조 신호를 수신하도록 구성된다. 제1 로우 패스 필터(416)와 제2 로우 패스 필터(418) 양자는 각각의 복조되고 필터링된 신호를 아날로그-디지털 변환기(420)에 전송하도록 구성된다. 아날로그-디지털 변환기(420)는 이후 신호 생성기에 의해 생성된 디지털 신호를 프로세서에 전송한다.
변조 프로세스는 주위 광에 의해 초래되는 신호의 노이즈를 감소시키는데 도움을 주기 때문에 유익하다. 주위 광은 예를 들어 하우징(102) 내의 작은 갭을 통해서 또는 개구(110)를 통해서 자동 주사기(100)의 하우징(102)에 진입할 수 있으며, 포토다이오드 검출기(118)에 입사될 수 있다. 제1 및 제2 LED(114, 116)에 의해 방출된 광을 변조함으로써, 그리고 신호 생성기에 의해 수신된 미처리 신호를 복조함으로써, 신호 생성기(130)에 의해 수신된 미처리 신호 내의 일체의 노이즈가 제거될 수 있다.
도 5는 제1 LED(114)에 의해 생성된 광 펄스(501, 502, 503), 제2 LED(116)에 의해 생성된 광 펄스(524, 525, 526), 및 신호 생성기(130)에 의해 생성된 미처리 신호(531-536)의 개략도이다. 도 5의 맨 위 라인(510)은 제1 LED(114)가 세 개의 광 펄스(501, 502, 503)를 제공하기 위해 세 번 온 오프 구동되는 예를 도시한다. 세 개의 펄스가 바늘(104)에 의해 반사될 수 있도록 바늘(104)이 위치를 점유하고 있으면, 세 개의 펄스는 포토다이오드 검출기(118)에 의해 검출된다. 도 5의 맨 아래 라인(530)은 제1 LED(114)에 의해 방출된 세 개의 광 펄스(531, 532, 533)가 검출될 때 포토다이오드 검출기(118)에 의해 생성되는 미처리 신호를 도시한다. 도 5의 중간 라인(520)은 다른 시간에 제2 LED(116)에 의해 반복되는 유사한 프로세스를 도시하고, 세 개의 광 펄스(524, 525, 526)가 생성되며, 맨 아래 라인(530)은 제2 LED(114)에 의해 방출된 세 개의 광 펄스(524, 525, 526)가 검출될 때 포토다이오드 검출기(118)에 의해 생성되는 미처리 신호(534, 535, 536)를 도시한다.
포토다이오드 검출기(118)에 의해 생성된 미처리 신호는 증폭기(410)에 전송되고 이후 한 쌍의 복조기(412, 414)에 전송되며 복조기는 제1 및 제2 미처리 신호를 각각 개별적으로 복조하여 각각의 제1 및 제2 신호(202, 204)를 생성한다. 제1 및 제2 미처리 신호 각각은 아날로그-디지털 신호 변환기(420)에 전송되기 전에 각각의 로우 패스 필터(416, 418)를 통과한다.
전술한 시분할 다중화(TDM) 방법은 제1 LED(114) 및 제2 LED(116)에 의해 방출된 각각의 광에 기초하여 두 개의 독립 신호를 생성하기 위해 시분할 다중화가 어떻게 사용될 수 있는지의 일 예이며 다른 적절한 TDM 기술이 동등하게 사용될 수도 있음을 알 것이다.
도 6은 신호 처리 작업흐름의 예를 도시한다. 초기에, 포토다이오드 검출기(118)에 의해 검출된 광은 시분할 다중화 프로세스를 거친 후 제1 LED(114)에 의해 방출된 광과 연관된 제1 미처리 신호(602) 및 제2 LED(116)에 의해 방출된 광과 연관된 제2 미처리 신호(622)를 생성한다. 각각의 미처리 신호(602, 604)에 로우-패스 필터(604, 624)가 적용되어 일체의 고주파 노이즈 성분을 제거한다. 이후 로우-패스 필터링된 신호에 하이-패스 필터(606, 626)가 적용된다. 알려진 바와 같이 간단한 하이-패스 필터를 사용하여 미분기의 기능을 얻을 수 있으며 따라서 하이 패스 필터는 각각의 로우-패스 필터링된 신호를 미분하기 위해 사용될 수 있다. 각각의 하이-패스 필터링된 신호에 신호 임계치(608, 628)가 적용되어 낮은 진폭에서 일체의 중요한 노이즈 성분을 제거하며, 결과적인 신호의 비율이 630에서 취득된다. 최종적으로, 640에서는 미분 비율계량 신호가 출력된다.
도 7은 신호 생성기(130)용 회로 설계의 개략도이다. 신호 생성기(130)는 전술한 방법에 따라 광 신호를 처리하도록 구성될 수 있다. 이 도면은 트랜스임피던스 증폭기와 이를 뒤따르는 복조기(750) 및 로우 패스 필터(760)에 의존하는 회로를 도시한다. 로우 패스 필터(760)는 입력 신호의 대역폭의 최고 한계에 상당하는 컷오프 주파수를 가질 수 있다. 회로는 포토다이오드(118), 저항기, 증폭기, 스위칭 네트워크(복조기)(750), 3차 로우 패스 필터(760), 차동 증폭기, 커패시터, 디지털 입력부, 및 아날로그-디지털 신호 변환기(420)를 구비할 수 있다.
본 명세서에 기재된 접근법은 바늘 팁의 위치가 높은 정확도로 검출될 수 있게 하며, 따라서 자동 주사기를 사용하여 제공되는 주사가 정확한 깊이로 이루어질 수 있다.
약물용 자동 주사기의 각 부분 및 실제로 약물 용기 자체는 예를 들어 사출 성형 기술을 사용하여 특정 사양 및 특정 공차로 제조된다. 주사기 플런저 및 복수의 액추에이터와 같은, 공차를 갖는 복수의 부품을 조립하면 불가피한 '공차 누적(tolerance stack)'이 초래된다. 자동 주사기는 또한 통상적으로 사용자가 주사기와 같은 약물 용기를 제거 및 삽입할 수 있게 하는데, 이는 용기가 하우징에 부정확하게 삽입될 수도 있음을 의미한다. 공차 누적, 및 자동 주사기 내의 주사기의 가변적 배치 및 배향은 어느 한 순간에 바늘 팁의 위치와 관련된 비교적 큰 오차를 초래할 수 있다. 이는 주사 깊이의 임의의 계산에서 대응 오류를 발생시킨다.
본 명세서에 개시된 시스템은 바늘 팁의 정확한 위치를 결정하기 위해 사용될 수 있으며, 이는 '공차 누적'과 관련된 오차를 줄이고, 이어서 보다 정확한 주사 깊이가 계산될 수 있게 한다.
본 시스템과 관련된 다른 장점이 있으며, 예를 들어 포토다이오드 검출기를 제1 LED 및/또는 제2 LED에 인접하여 또는 적어도 그 근처에 배치하는 것은 포토다이오드 검출기가 바늘에 의해 실질적으로 180°까지 반사된 신호를 검출하도록 배치됨을 의미한다. 이로 인해 자동 주사기 내로의 광 입사로부터의 주위 광의 검출이 감소된다.
포토다이오드 검출기를 포함하는 신호 생성기가 설명되었지만, 임의의 다른 적절한 포토 검출기, 광 검출기 또는 광 센서, 예를 들어 전하-결합 소자(CCD), 포토 레지스터, 포토트랜지스터, 또는 반도체 검출기가 사용될 수 있음을 알 것이다.
LED를 포함하는 시스템이 설명되었지만, 레이저와 같은, LED 이외의 임의의 다른 적절한 광원이 사용될 수 있다는 것도 알아야 한다.
일부 예에서, 개구는 셔터를 포함할 수 있으며, 이 셔터는 개구를 차단 및 차단해제하도록 움직일 수 있다. 셔터는 프로세서에 의해 조작될 수 있다. 셔터는 바늘이 개구를 통해서 신장되기 직전에 개구를 차단해제하고 바늘이 하우징 내로 후퇴 복귀할 때 개구를 다시 차단하도록 작동 가능할 수 있다. 시스템으로부터의 정보, 예를 들어 바늘 팁의 위치에 관한 정보는 셔터가 개방되어야 하는 시기의 계산에 반영될 수 있다. 개구를 차단하면 신호 생성기에 입사될 수 있는 주위 광의 양이 감소되며, 따라서 바늘 팁 위치의 파악과 관련된 오류를 감소시킬 수 있고, 이는 또한 자동 주사기 내부를 깨끗하게 유지하는데 도움이 될 수 있다. 다른 가능성으로서, 개구는 약물 용기 및/또는 바늘에 기계적으로 결합될 수 있으며, 따라서 바늘이 바늘 경로를 따라서 개구 쪽으로 전진함으로써 셔터가 개방되고 이후 바늘이 개구로부터 후퇴함으로써 셔터가 폐쇄된다.
다른 예에서, 제1 LED 및 제2 LED는 단일 LED 또는 다른 단일 광원으로 대체될 수 있으며, 필터는 두 개의 '효과적인' 광원을 생성하기 위해 사용될 수 있다. 예를 들어, 단일 LED는 불투명 상태와 투명 상태 사이에서 변경되도록 제어 가능한 두 개의 필터에 대해 조사할 수 있다. 단일 광원으로부터의 광이 두 개의 필터에 입사되면, 필터는 두 개의 광원을 시뮬레이션하기 위해 예를 들어 도 5에 따른 광 펄스를 생성하도록 구동될 수 있다.
다른 예에서, 제1 LED 및 제2 LED는 상이한 주파수를 갖는 광을 조사할 수 있다. 이어서 주파수 특정 포토검출기에 의해 주파수 분할 다중화를 사용하여 제1 및 제2 신호를 각각의 채널로 분리하는 것이 가능할 것이다.
도 8을 참조하면, 다른 예에서, 경로(108)를 따라 제1 지점(206)에서 최대 강도를 갖는 제1 LED(114)로부터의 광에 의해 바늘 경로(108)의 제1 부분(115)이 조명되고, 경로(108)를 따라 제2 지점(208)에서 최대 강도를 갖는 제2 LED(116)로부터의 광에 의해 바늘 경로(108)의 제2 부분(117)이 조명되기 보다는, 두 개의 좁은 광선 또는 광 평면을 생성하기 위해 렌즈(824)와 같은 광학 부품이 사용될 수 있다. 대안적으로, LED는 각각의 레이저로 대체될 수 있다. 이 예에서, 제1 LED(114)로부터의 광에 의해 조명되는 경로(108)의 제1 부분(815)은 제2 LED(116)에 의해 조명되는 경로의 제2 부분(817)과 중첩되지 않는다. 제1 빔과 제2 빔 둘 다로부터 경로(108)에 조사되는 결과적인 광은 동일 평면 상에 있으며 평행화된다. 이 예에서 바늘 위치를 검출하는 방법은 전술한 방법과 기능적으로 동등하며, 시스템은 바늘 팁(106)이 경로(108)의 제1 부분(815)과 제2 부분(817) 사이의 거의 중간에 있을 때를 검출할 수 있다.
도 9를 참조하면, 다른 예에서, 신호 생성기(920)는 제1 포토다이오드 검출기(921)와 제2 포토다이오드 검출기(922)를 둘 다 포함할 수 있으며, 각각의 포토다이오드 검출기는 제1 LED(114) 및 제2 LED(116)에 의해 방출되는 각각의 광을 수취하도록 배치된다. 이 접근법은 통상의 기술자에 의해 이해되듯이, 이상에서 상세히 기술된 신호 처리 단계를 단순화할 수 있다.
제1 LED(114)와 제2 LED(116) 양자로부터 방출된 광을 포커싱시키기 위해 PCB(122) 위에 배치되는 하나의 렌즈를 갖는 시스템이 설명되었지만, 통상의 기술자라면 시스템에서 두 개의 렌즈 각각을, 각각의 LED에 하나씩 사용할 수 있다는 것도 알 것이다.
시스템의 일부 변형예에서, 센서는 바늘의 모든 배향에서 동등하게 수행되지 않을 수 있다. 예를 들어, 바늘 팁이 경사진 표면을 갖는 경우에는, 바늘 팁의 경사진 표면이 광을 포토다이오드 검출기 쪽으로 반사할 때 이상 반사가 발생된다. 이 문제를 해결하는 한 가지 방법은 두 개의 광원 및 두 개의 포토다이오드 검출기를 사용하고 제1 광원 및 그 관련 포토다이오드 검출기를 제2 광원 및 그 관련 포토다이오드 검출기에 대해 직교하여 배치하는 것이다. 이런 식으로, 제1 포토다이오드 검출기에서의 특정 바늘 배향으로 인한 이상 신호는 제2 포토다이오드 검출기에 의해 수신된 신호를 참조하여 설명될 수 있다.
일 예에서, 제3 LED 및 제4 LED는 자동 주사기 하우징에 배치된다. 이들 LED는 바늘의 경로를 향하는 방향으로, 그러나 예를 들어 제1 LED 및 제2 LED에 의해 방출되는 광의 방향과 다른, 예를 들어 그것에 직교하는, 방향으로 광을 조사하도록 배치된다. 제2 포토다이오드 검출기는 제3 LED와 제4 LED 중 하나에 의해 방출되고 바늘에 의해 반사된 광을 검출하기 위해 배치될 수 있다. 이 예에서, 제3 LED, 제4 LED 및 제2 포토다이오드 검출기는 제1 LED, 제2 LED 및 제1 포토다이오드 검출기와 관련하여 전술한 것과 동일한 방식으로 프로세서 및 액추에이터에 의해 작동한다. 제1 및 제2 LED에 의해 방출된 광에 직교하는 방향으로 광을 조사하도록 제3 및 제4 LED를 배치하면 시스템 사이의 광 '크로스토크' 양이 감소된다. 두 개의 독립된 평면에서 신호를 사용한다는 것은 바늘의 경사지지 않은 표면이 항상 검출 평면 중 하나 이상과 마주할 것이고, 그 결과 평면의 하나 이상에서 적절한 신호가 취득될 것임을 의미한다.
도 10을 참조하면, 다른 예에서, 제1 LED(114), 제2 LED(116) 및 포토다이오드 검출기(118)와 같은 시스템 광학계가 바늘에 대해 이동된다. 이 이동은 스캐닝으로 지칭될 수 있다. 제1 LED(11), 제2 LED(116) 및 포토다이오드 검출기(118)는 인쇄 회로 기판(PCB)(122) 상에 배치되며 프로세서(120)에 전자적으로 결합된다. 광학 액추에이터(112')는 자동 주사기(100)의 하우징(102) 내에서 PCB(122)를 도 10에서 화살표 A-B로 규정된 방향으로 이동시키도록 구성된다. 렌즈(124)는 이동 가능한 PCB에 결합될 수도 있다.
이 예에서, 바늘이 고정 LED와 같은 광원에 의해 방출된 광에 대해 이동되는 것보다는, 광원, 이 경우에 LED는 액추에이터(112')에 의해 바늘에 대해 이동된다. 바늘 자체는 액추에이터(112)에 의해 A-B 방향으로 이동될 수도 있다. 따라서 시스템 광학계와 바늘(104)의 상대 이동은 액추에이터(112, 112')의 하나 또는 둘 다에 의해 이루어질 수 있다. 액추에이터(112, 112')는 작동 시스템을 형성하도록 함께 동작한다.
도 10의 시스템은 전술한 시스템과 유사한 방식으로 작동한다. 제1 LED가 바늘(106)에 대해 이동됨에 따라, 제1 LED(114)로부터의 광은 바늘(104)의 더 많은 비율에 입사될 수 있다. 이것이 발생하면, 제1 LED에 의해 방출되는 더 많은 광이 바늘(104)에 의해 반사된다. 제1 LED(114)에 의해 방출되고 바늘(104)에 의해 반사된 광이 포토다이오드 검출기(118)에 의해 수취되는 양이 증가하며, 따라서 신호 생성기(130)에 의해 생성되는 제1 신호(302)의 진폭이 증가한다. 마찬가지로, 제2 LED(116)에 의해 방출된 광의 더 많은 비율이 바늘(104)에 입사되면, 제2 LED(114)에 의해 방출되고 바늘(104)에 의해 반사된 광이 포토다이오드 검출기(118)에 의해 수취되는 양이 증가한다. 따라서, 신호 생성기에 의해 생성되는 제2 신호(306)의 진폭이 증가한다.
시스템은 전술한 바와 같이 제1 신호(302)와 제2 신호(304) 사이의 관계에 기초하여 바늘 팁(106)의 위치를 결정할 수 있다. 작동 시스템으로부터의 신호 역시 고려될 수 있으며, 따라서 작동 시스템의 모든 위치에서의 바늘 팁의 위치가 결정될 수 있다.
이 예에서 시스템이 바늘 팁의 위치를 검출할 수 있게 하는 것은 바늘과 광원에 의해 생성된 광의 상대 이동이며, 많은 액추에이터 구성이 가능함을 알 것이다.
도 11을 참조하면, 다른 예에서, 작동 시스템은 광원 양자[이 경우 제1 LED(114) 및 제2 LED(116)]로부터의 광을 바늘에 걸쳐서 스캐닝할 수 있다. 작동 시스템은 바늘에 대한 광의 입사각을 변경하기 위해 LED를 회전시킴으로써 및/또는 투명도, 굴절률과 같은 렌즈(124)의 하나 이상의 특성 및/또는 렌즈 내의 이러한 특성의 분포를 선택적으로 변경함으로써 이것을 달성할 수 있다. 도 11에 예로서 도시되어 있듯이, 스캐닝 프로세스는 제1 LED(114)로부터의 광이 바늘 경로(108)의 부분(115)에 조사되게 한다. 도 11에서, 경로의 부분(115)은 바늘(104)에 의해 점유된다. 스캐닝 프로세스는 또한 제2 LED(116)로부터의 광이 바늘 경로의 제2 부분(117)에 조사되게 한다. 도 11에서, 경로의 부분(117)은 바늘(104)에 의해 부분적으로 점유된다.
작동 시스템은 광이 제1 및 제2 LED(114, 116)에 의해 바늘(104)에 대해 방출되는 방향을 변경하도록 작동한다. 도 11에서는, 작동 시스템의 작동에 의해, 제1 LED(114)로부터의 광이 경로의 다른 부분(115')에 입사된다. 경로의 부분(115')은 경로의 부분(115)과 상이하다. 이런 식으로, 제1 LED(114)에 의해 조명되는 바늘 경로의 영역이 변경된다. 마찬가지로, 작동 시스템은 제2 LED(116)에 의해 조명되는 경로 부분을 변경하도록 작동한다. 도 11에서는, 작동 시스템의 동작에 의해, 제2 LED(116)로부터의 광이 경로의 다른 부분(117')에 입사된다. 경로의 부분(117')은 경로의 부분(117)과 상이하다.
이 예에서 시스템은 통상의 기술자에 의해 이해되듯이 전술한 것과 거의 동일한 방식으로 작동한다. 제1 LED(114)로부터의 광이 바늘 경로를 따라서 스캐닝될 때, 얼마나 많은 광이 바늘(104)에 의해 반사되는지에 따라 상이한 양의 광이 포토다이오드 검출기에 의해 수집될 것이다. 마찬가지로, 제2 LED(116)로부터의 광이 바늘 경로를 따라서 스캐닝될 때, 얼마나 많은 광이 바늘(104)에 의해 반사되는지에 따라 상이한 양의 광이 포토다이오드 검출기에 의해 수집될 것이다. 바늘에 의해 반사되는 광의 양은 경로의 조명된 부분이 바늘(104)에 의해 점유되는 비율의 함수이다.
다른 예에서와 같이, 제1 LED(114)로부터의 광이 경로(108)를 따라서 스캐닝되고 바늘(104)의 더 많은 비율에 입사됨에 따라, 제1 LED(114)에 의해 방출된 광이 바늘(104)에 의해 더 많이 반사된다. 제1 LED(114)에 의해 방출되고 바늘(104)에 의해 반사된 광이 포토다이오드 검출기(118)에 의해 수취되는 양이 증가하고, 따라서 신호 생성기(130)에 의해 생성되는 제1 신호(302)의 진폭이 증가한다. 제2 신호는 제2 LED(116)로부터의 광이 경로를 따라서 스캐닝되는 것과 유사한 방식으로 생성된다.
시스템은 전술했듯이 제1 신호(302)와 제2 신호(304) 사이의 관계에 기초하여 바늘 팁(106)의 위치를 결정할 수 있다. 작동 시스템으로부터의 신호 역시 고려될 수 있으며, 따라서 작동 시스템의 모든 위치에서의 바늘 팁의 위치가 결정될 수 있다.
개시된 예에서, '경로'라는 단어는 바늘이 자동 주사기에 삽입될 때 바늘에 의해 적어도 부분적으로 점유되는 공간 영역을 지칭할 수 있다. 바늘이 자동 주사기에 삽입될 때 바늘 팁은 경로 상에 배치된다. 경로는 바늘의 팁에 바로 인접한 공간의 지점으로부터 연장될 수 있고, 바늘의 중공 중심을 따라서 연장될 수 있다.
다른 가능성으로서, 바늘은 경로를 따라서 연속적으로 이동하지 않으며, 대신에 바늘 경로를 따르는 특정 위치로 전진하여 정지된다. 이 예에서, 둘 다 x의 함수인 제1 신호 및 제2 신호는 바늘이 정지되는 위치에 대응하는 x의 특정 이산 값에서 수집될 수 있다. 미분 비율 신호의 최대치가 결정될 때, 미분 비율계량 신호 피크의 위치 파악에 대응하는 액추에이터의 신장 위치 또한 전술한 방식과 기능적으로 동등한 방식으로 결정될 수 있다. 전술한 바와 같이, 이 결정은 후속 시간에 바늘 팁의 위치가 결정될 수 있게 한다.
상기 설명은 바늘의 위치를 결정하기 위해 사용되는 제1 신호와 제2 신호 사이의 미분 비율 관계를 언급했지만, 신호 사이의 다른 관계가 사용될 수도 있음을 알 것이다. 예를 들어, 미분된 차이 곡선은 바늘 팁이 경로의 제1 부분과 제2 부분 사이의 거의 중간에 위치했을 때 피크를 제공할 것이다. 제1 신호와 제2 신호 사이의 간단한 비율 또는 간단한 차이와 같은 다른 관계가 사용될 수 있다.
미분 비율계량 신호의 피크가 위치 파악되면, 후속 바늘 팁 위치의 결정은 여러가지 방식으로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 바늘이 미분 비율계량 신호가 최대치인 위치에 도달하면, 프로세서는 타임스탬프를 생성하도록 작동 가능할 수 있다. 바늘이 경로를 따라서 전진할 때 바늘의 속도, 및 바늘 구동 기구/액추에이터와 미분 비율계량 신호의 피크에 도달한 시점에서의 바늘 팁 위치의 시간 사이의 동기화에 대한 지식이 제공되면, 후속 시간에서의 바늘 위치가 프로세서에 의해 계산될 수 있다. 따라서, 바늘 팁이 환자의 피부에 삽입된 깊이가 결정될 수 있다.
통상의 기술자라면 알게 되듯이, 프로세서는 임의의 적절한 제어 수단으로 대체될 수 있으며, 예를 들어 주문형 집적회로(Application-Specific Integrated Circuit: ASIC)가 사용될 수 있다.
본 명세서에 개시된 것은 바늘 팁의 위치를 검출하기 위한 시스템이며, 이 시스템은 제1 광원 및 제2 광원을 포함한다. 광 검출기는 바늘에 의해 반사된 광을 수취하도록 구성된다. 광 검출기는 또한 제1 광원에 의해 방출되는 반사된 광이 검출될 때 제1 신호를 생성하고 제2 광원에 의해 방출되는 반사된 광이 검출될 때 제2 신호를 생성하도록 구성된다. 바늘 팁의 위치는 제1 신호와 제2 신호 사이의 관계에 기초하여 결정될 수 있다.
본 명세서에는 바늘을 경로를 따라서 이동시키고, 두 개의 광원으로부터의 광을 경로의 각 부분에 조사하며, 바늘에 의해 반사된 각각의 광원으로부터 수신된 신호를 분석함으로써 피하주사 바늘의 팁의 위치를 결정하는 시스템이 기재된다.
본 명세서에 기재된 접근법은 비일시적 컴퓨터 판독 가능한 매체일 수 있는 컴퓨터 판독 가능한 매체에서 구현될 수 있다. 컴퓨터 판독 가능한 매체는 프로세서가 본 명세서에 기재된 방법의 임의의 것 또는 전부를 실행하게 만들기 위해 프로세서 상에서 실행되도록 구성된 컴퓨터 판독 가능한 명령을 포함한다.
본 명세서에서 사용되는 "컴퓨터 판독 가능한 매체"라는 용어는 프로세서가 특정 방식으로 작동하게 하기 위한 데이터 및/또는 명령을 저장하는 임의의 매체를 지칭한다. 이러한 저장 매체는 비휘발성 매체 및/또는 휘발성 매체를 포함할 수 있다. 비휘발성 매체는 예를 들어 광학 또는 자기 디스크를 포함할 수 있다. 휘발성 매체는 동적 메모리를 포함할 수 있다. 저장 매체의 예시적인 형태로는 플로피 디스크, 플렉서블 디스크, 하드 디스크, 솔리드 스테이트 드라이브, 자기 테이프, 임의의 다른 자기 데이터 저장 매체, CD-ROM, 임의의 다른 광학 데이터 저장 매체, 하나 이상의 구멍 패턴을 갖는 임의의 물리적 매체, RAM, PROM, EPROM, FLASH-EPROM, NVRAM 및 임의의 기타 메모리 칩 또는 카트리지가 포함된다.
통상의 기술자라면 개시된 개념의 범위를 벗어나지 않으면서 상기 예에 대해 다양한 수정, 변경 및 조합이 이루어질 수 있으며 이러한 수정, 변경 및 조합은 개시된 개념의 범위 내에 있는 것으로 간주됨을 알 것이다.

Claims (14)

  1. 의료 장치 내의 피하주사 바늘의 팁 위치를 결정하기 위한 시스템이며,
    바늘의 팁을 의료 장치 내의 경로를 따라서 이동시키도록 구성된 액추에이터;
    경로의 제1 부분에 광을 조사하도록 구성된 제1 광원;
    경로의 제2 부분에 광을 조사하도록 구성된 제2 광원;
    신호 생성기로서, 바늘이 경로를 따라 이동함에 따라,
    바늘에 의해 반사되고 신호 생성기에서 수취된 제1 광원으로부터의 광에 기초하여 제1 신호를 생성하고,
    바늘에 의해 반사되고 신호 생성기에서 수취된 제2 광원으로부터의 광에 기초하여 제2 신호를 생성하도록 구성된, 신호 생성기, 및
    제1 및 제2 신호에 기초하여 바늘 팁의 위치를 결정하도록 구성된 위치 결정기를 포함하는, 시스템.
  2. 제1항에 있어서, 상기 위치 결정기는 제1 신호와 제2 신호 사이의 관계에 기초하여 바늘 팁의 위치를 결정하도록 구성되며, 상기 관계는 경로 상의 바늘 팁 위치의 함수인, 시스템.
  3. 제2항에 있어서, 상기 위치 결정기는 상기 관계가 최대치에 도달하는 경로 상의 위치에 기초하여 바늘 팁의 위치를 결정하도록 구성되는, 시스템.
  4. 제3항에 있어서, 상기 위치 결정기는 상기 관계가 최대치에 도달한 경로 상의 위치에 대응하는 액추에이터의 신장 위치 및 액추에이터의 후속 신장 위치에 기초하여 액추에이터의 후속 위치에서 바늘 팁의 위치를 결정하도록 구성되는, 시스템.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 및 제2 광원은,
    경로 상의 제1 지점이 경로의 제1 부분 내에 놓이고, 바늘 경로 상의 제1 광원으로부터의 광의 강도는 제1 지점에서 최대이며,
    경로 상의 다른 제2 지점이 경로의 제2 부분 내에 놓이고, 바늘 경로 상의 제2 광원으로부터의 광의 강도는 제2 지점에서 최대이도록 구성되는, 시스템.
  6. 의료 장치 내의 피하주사 바늘의 팁 위치를 결정하기 위한 시스템이며,
    상기 의료 장치는 바늘의 팁을 자동-주사기 시스템 내의 경로를 따라서 이동시키도록 구성되고, 상기 시스템은,
    경로의 각각의 부분을 조명하도록 구성된 제1 광원;
    경로의 각각의 부분을 조명하도록 구성된 제2 광원;
    작동 시스템으로서, 바늘 팁이 경로 상에 놓이도록 바늘이 상기 장치에 의해 유지될 때,
    제1 광원으로부터의 광에 의해 조명되는 경로의 부분이 변화하도록 제1 광원으로부터의 광이 경로를 따라서 스캐닝하게 하고,
    제2 광원으로부터의 광에 의해 조명되는 경로의 부분이 변화하도록 제2 광원으로부터의 광이 경로를 따라서 스캐닝하게 하도록 구성된 작동 시스템;
    신호 생성기로서,
    바늘에 의해 반사되고 신호 생성기에서 수취된 제1 광원으로부터의 광에 기초하여 제1 신호를 생성하며,
    바늘에 의해 반사되고 신호 생성기에서 수취된 제2 광원으로부터의 광에 기초하여 제2 신호를 생성하도록 구성된, 신호 생성기; 및
    제1 신호와 제2 신호에 기초하여 바늘 팁의 위치를 결정하도록 구성된 위치 결정기를 포함하는, 시스템.
  7. 바늘을 이동시키도록 구성된 액추에이터를 구비하는 의료 장치 내의 피하주사 바늘의 팁 위치를 결정하기 위한 방법이며,
    액추에이터를 사용하여 바늘의 팁을 의료 장치 내의 경로를 따라서 이동시키는 단계;
    제1 광원으로부터의 광을 경로 상의 제1 부분에 조사하는 단계;
    제2 광원으로부터의 광을 경로 상의 제2 부분에 조사하는 단계;
    신호 생성기에서 광을 수취하고, 바늘이 경로를 따라서 이동함에 따라,
    바늘에 의해 반사되고 신호 생성기에서 수취된 제1 광원으로부터의 광에 기초하여 제1 신호를 생성하며,
    바늘에 의해 반사되고 신호 생성기에서 수취된 제2 광원으로부터의 광에 기초하여 제2 신호를 생성하는 단계; 및
    제1 신호와 제2 신호에 기초하여 바늘 팁의 위치를 결정하는 단계를 포함하는, 방법.
  8. 제7항에 있어서, 상기 바늘 팁의 위치는 제1 신호와 제2 신호 사이의 관계에 기초하여 결정되며, 상기 관계는 경로 상의 바늘 팁 위치의 함수인, 방법.
  9. 제7항 또는 제8항에 있어서, 상기 바늘 팁의 위치는 제1 신호와 제2 신호 사이의 관계에 기초하여 결정되며, 상기 관계는 경로 상의 바늘 팁 위치의 함수인, 방법.
  10. 제8항 또는 제9항에 있어서, 상기 위치는 상기 관계가 최대치에 도달하는 경로 상의 위치를 결정함으로써 결정되는 방법.
  11. 제10항에 있어서, 바늘이 상기 관계가 최대치에 도달한 경로 상의 위치에 있을 때 액추에이터의 신장 위치를 결정하는 단계, 및 결정된 신장 위치와 액추에이터의 후속 신장 위치에 기초하여 후속 바늘 팁 위치를 결정하는 단계를 추가로 포함하는, 방법.
  12. 제7항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 경로 상의 제1 지점이 경로의 제1 부분 내에 놓이고, 바늘 경로 상의 제1 광원으로부터의 광의 강도는 제1 지점에서 최대이며,
    경로 상의 다른 제2 지점이 경로의 제2 부분 내에 놓이고, 바늘 경로 상의 제2 광원으로부터의 광의 강도는 제2 지점에서 최대인, 방법.
  13. 휴대용 의료 장치의 피하주사 바늘의 팁 위치를 결정하기 위한 방법이며,
    상기 휴대용 의료 장치는 바늘의 팁을 자동-주사기 시스템 내의 경로를 따라서 이동시키도록 구성되고, 상기 방법은,
    제1 광원으로부터의 광을 경로의 각각의 부분에 조사하는 단계;
    제2 광원으로부터의 광을 경로의 각각의 부분에 조사하는 단계;
    바늘 팁이 경로 상에 놓이도록 바늘이 상기 장치에 의해 유지될 때,
    제1 광원으로부터의 광에 의해 조명되는 경로의 부분이 변화하도록 제1 광원으로부터의 광을 경로를 따라서 스캐닝하고,
    제2 광원으로부터의 광에 의해 조명되는 경로의 부분이 변화하도록 제2 광원으로부터의 광을 경로를 따라서 스캐닝하는 단계;
    바늘에 의해 반사되고 신호 생성기에서 수취된 제1 광원으로부터의 광에 기초하여 제1 신호를 생성하는 단계;
    바늘에 의해 반사되고 신호 생성기에서 수취된 제2 광원으로부터의 광에 기초하여 제2 신호를 생성하는 단계; 및
    제1 신호와 제2 신호에 기초하여 바늘 팁의 위치를 결정하는 단계를 포함하는, 방법.
  14. 비일시적 컴퓨터 판독 가능한 매체이며, 하나 이상의 프로세서에 의해 실행될 때, 하나 이상의 프로세서가 제7항 내지 제13항 중 어느 한 항의 방법을 수행하게 하도록 구성된 기계 판독 가능한 명령을 포함하는, 비일시적 컴퓨터 판독 가능한 매체.
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