KR20230157546A - 통계적 수식모델을 적용한 수술 환자의 최적 마취 약물 결정 방법 및 그 방법을 수행하는 장치 - Google Patents
통계적 수식모델을 적용한 수술 환자의 최적 마취 약물 결정 방법 및 그 방법을 수행하는 장치 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명은 통계적 수식모델을 적용한 수술 환자의 최적 마취 약물 투입장치를 적용하여 진정 환자의 혈액농도 자가 조절용 버튼을 포함한 수술 환자의 최적 마취 약물 결정 방법에 관한 것으로, 자가 조절용 버튼의 입력신호에 따라 버튼 부착 인퓨전 펌프 장치에 구비된 약액주사기를 통해 소정의 투입량의 진정제 약액을 주입 조절하는 제1단계, 다수의 진정 환자에 대한 인종, 성별, 나이, 체중 또는 BMI(Body Mass Index) 지수를 이용해 구성한 진정 환자의 통계적 수식 모델에 의해 결정된 값에 따라 진정제 약액 용량을 가감하거나 중단하는 정밀 제어를 수행하는 2단계를 포함하며, 이때 다수의 진정 환자에 대한 약액 주입 데이터를 이용해 진정 환자의 통계적 수식 모델을 생성하는 단계를 포함한다.
Description
본 발명은 통계적 수식모델을 적용한 수술 환자의 최적 마취 약물 결정 방법 및 그 방법을 수행하는 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 진정 환자에 대한 통계적 약액 주입 데이터에 의해 최적의 약액 주입량을 결정하여 혈중 약액 농도를 일정하게 유지시키는 통계적 수식모델을 적용한 최적 마취 약물 결정 방법 및 그 방법을 수행하는 장치에 관한 것이다.
현재에는 수술실이나 내시경실 또는 영상의학과 등에서 각종 소수술(minor operations)이나 시술(minor procedures)을 위해서 환자의 진정(sedation)이나 진통(鎭痛)이 필요한 경우에 약물을 일회성으로 주사(bolus)하거나 간헐적으로 반복해서 주사하거나 또는 일반적인 약물펌프(syringe pump, 즉, 단위 시간당 일정한 양(volume)의 약물을 투여하는 장치)를 이용하여 지속적으로 약물을 투여하는 방식을 취하는 것이 보통이다.
다시 말해서, 현재 수술실에서 사용중인 TCI 펌프(TCI: Target Controlled Infusion) 또는 수동식 주사기를 이용하여 농도가 아닌 양(Volume)으로 환자의 수술/시술 조건과 환자 상태에 따라서 의사의 판단에 의해 투여하고 있다.
그러나 일반적인 약물펌프에 있어서는 의사가 환자에게 필요한 약물의 투여량(즉, 단위 시간당 약물의 양)을 직접 펌프에 입력하므로 일회성 주사나 간헐적 반복 주사보다는 비교적 환자의 상태를 안정되게 관리할 수 있으나, 약물의 혈중농도 조절은 불가능하므로, 혈중농도에 맞는 필요한 약물의 적정한 용량을 정확히 알 수 없다는 문제가 있다.
여기서 중요한 점은, 환자의 안전에 있어서는 단위 시간당 약물의 투여량(volume)도 중요하지만, 특정 약물의 투여량 중 해당 약물이 환자의 혈액 내에서 얼마의 농도(약물혈중농도, blood concentration)를 가지느냐가 환자의 안전과 안정성 면에서 더욱 중요하다는 것이다.
정리하면, 현재의 수술/시술환자의 마취를 위한 약물 주입(syringe) 방법은, 아래와 같이 크게 2가지로 나뉘어진다.
1) 의사에 의해서 미리 설정된 투여량(단위 시간당 약물의 양)을 환자의 혈중 약물 농도에 관계없이 지속적으로 주사하는 방식과,
2) 목표 농도 조절 투여 펌프(TCI pump, TCI: Target Controlled Infusion, 도 2 참조)를 통해 의사에 의해서 환자의 혈중 약물 농도가 일정하게 유지(equilibrium state) 될 수 있도록 약물을 지속적으로 주입하는 방식이다.
현재 상용화된 일반적인 약물펌프나 목표 농도 조절 투여(TCI) 펌프는 시술을 받는 환자가 자신의 진정과 진통에 맞는 약물의 농도를 선택하거나 결정하는 것이 불가능한 상황이며, 그 결과로서 시술 중 잘못된 약물의 과량투여로 다수의 사망 사고 또는 의식 불명 사고(뇌손상)가 발생하고 있다. 아울러, 반대의 경우로서 과량투여가 아닌 불충분한 양의 결핍된 약물투여로 환자에게 고통을 주고 시술자에게는 불편을 초래하는 사례도 종종 발생하고 있다.
본 발명은 환자에게 필요한 약물을 적정 농도로 투여하는 약물투여 방법의 필요성에 따라 고안된 것으로서, 환자에게 필요한 마취액을 투여할 때, 버튼 부착 인퓨전 펌프 장치에 의한 통계적 약액 주입 데이터를 이용하여 구성된 통계적 수식 모델에 의해 약액 주사기의 주입 용량(최적 마취 투입량)을 결정하는 것으로, 진정 환자의 혈액농도를 자가 조절하기 위한 자가 조절용 버튼 및 진정 환자에 대한 통계적 약액 주입 데이터에 의해 약액 주입량을 결정하는 최적 투입량 조절부를 포함하는 버튼 부착 인퓨전 펌프 장치로 자가 조절용 버튼의 입력 신호와 진정 환자에 대한 통계적 약액 주입 데이터를 이용해 구성한 통계적 수식 모델에 의해 약액 주사기의 주입 용량을 조절하고 혈중 약액 농도를 일정하게 유지시키는 버튼 부착 인퓨전 펌프 장치 및 작동 방법을 제공하고자 한다.
또한, 본 발명에 따르면 진정 환자의 뇌파를 측정하기 위한 수면뇌파 측정센서를 포함하도록 구성되어, 자가 조절용 버튼의 입력 신호 또는 수면뇌파 측정센서의 측정값에 따라 모터 컨트롤러를 제어하여 약액 주사기의 주입 용량을 조절하고 혈중 약액 농도를 일정하게 유지시키는 버튼 부착 인퓨전 펌프 장치 및 작동 방법을 제공하고자 한다.
전술한 문제 및 한계를 해결하기 위한 본 발명의 일실시예에 따른 진정 환자의 혈액농도 자가 조절용 버튼을 포함한 버튼 부착 인퓨전 펌프 장치는 진정제를 담고 있는 약액 용기 및 약액 주입을 위해 상기 약액 용기 내부에 압력을 가하는 조절 플런저를 구비하는 시린지(syringe) 약액주사기; 상기 조절 플런저를 일방향으로 이동시키는 모터 시스템; 상기 모터 시스템의 작동을 제어하기 위한 모터 컨트롤러; 진정 환자의 혈액농도를 자가 조절하기 위한 자가 조절용 버튼; 및 진정 환자에 대한 통계적 약액 주입 데이터에 의해 약액 주입량을 결정하는 최적 투입량 조절부;를 포함하고, 상기 모터 컨트롤러는 상기 자가 조절용 버튼의 입력 신호 또는 상기 최적 투입량 조절부의 제어 신호에 따라 상기 모터 시스템을 구동하여 상기 약액 주사기의 주입 용량을 조절한다.
본 발명의 일실시예에 따르면, 상기 통계적 약액 주입 데이터는 다수의 진정 환자에 대한 약액 주입 데이터를 이용해 구성한 진정 환자의 통계적 수식 모델에 의해 생성된다.
본 발명의 일실시예에 따르면, 상기 통계적 약액 주입 데이터는 다수의 진정 환자에 대한 인종, 성별, 나이, 체중 또는 BMI(Body Mass Index) 지수를 이용해 구성한 진정 환자의 통계적 수식 모델에 의해 생성한다.
본 발명의 일실시예에 따르면, 상기 진정 환자의 뇌파를 측정하기 위한 수면뇌파 측정센서;를 더 포함하고, 상기 모터 컨트롤러는 상기 수면뇌파 측정센서의 측정값에 따라 상기 모터 시스템을 구동하여 상기 약액 주사기의 주입 용량을 조절한다.
본 발명의 일실시예에 따르면, 상기 모터 시스템은 스테핑(stepping) 모터와 직선 이송 스크류(screw) 방식을 조합한 모터 시스템 또는 리니어(linear) 모터 시스템인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일실시예에 따르면, 상기 자가 조절용 버튼의 온/오프 입력 신호에 기반하여 상기 모터 컨트롤러가 제어될 때, 상기 약액주사기의 투입 약액 DMPP(drug mass per a press in blood)는 입력 회당 0.5 μg/cc 이하인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일실시예에 따르면, 상기 수면뇌파 측정센서는 뇌파 중 델타파(delta wave)의 측정된 값을 분석하며, 상기 모터 컨트롤러는 상기 분석된 값에 따라 약액 주입량의 정밀 제어를 수행하여 상기 진정제의 사용량을 최소화하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 진정 환자의 혈액농도 자가 조절용 버튼을 포함한 수술 환자의 최적 마취 약물 결정 방법은, 자가 조절용 버튼의 입력신호에 따라 버튼 부착 인퓨전 펌프 장치에 구비된 약액주사기를 통해 소정의 투입량의 진정제 약액을 주입 조절하는 제1단계; 및 진정 환자에 대한 통계적 약액 주입 데이터에 의해 약액 주입량을 결정하여 결정된 값에 따라 진정제 약액 용량을 가감하거나 중단하는 정밀 제어를 수행하는 제2단계;를 포함한다.
본 발명의 일실시예에 따르면, 상기 제1단계 또는 상기 제2 단계의 이전에, 다수의 진정 환자에 대한 약액 주입 데이터를 이용해 진정 환자의 통계적 수식 모델을 생성하는 단계;를 더 포함하고, 상기 제2 단계는 상기 통계적 수식 모델에 의해 결정된 값에 따라 진정제 약액 용량을 가감하거나 중단하는 정밀 제어를 수행할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따르면, 상기 제2 단계는 다수의 진정 환자에 대한 인종, 성별, 나이, 체중 또는 BMI(Body Mass Index) 지수를 이용해 구성한 진정 환자의 통계적 수식 모델에 의해 결정된 값에 따라 진정제 약액 용량을 가감하거나 중단하는 정밀 제어를 수행할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따르면, 진정 환자의 뇌파 중 델타파(delta wave)를 측정하여 측정된 값에 따라 진정제 약액 용량을 가감하거나 중단하는 정밀 제어를 수행하는 제2단계를 포함한다.
본 발명의 일실시예에 따르면, 상기 제1단계는 상기 진정제의 투입량과 실제 혈액 농도와의 차이가 발생하는 흡수 지연(delay) 시간을 고려하여 입력횟수 또는 입력시간을 제한하여 상기 진정제 약액을 주입 조절하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일실시예에 따르면, 상기 흡수 지연 시간 이후에 실제 수면 단계로 진입했는지 여부를 판단하는 제3단계;를 더 포함하며, 상기 제3단계에서 수면 단계로 진입한 것으로 판단되는 경우에, 상기 제2단계는 상기 측정된 진정 환자의 델타파를 복수개의 수면 단계로 나누어 분석된 값에 따라 약액 주입량의 정밀 제어를 수행하여 혈중 약액 농도를 일정하게 유지시키는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일실시예에 따르면, 상기 자가 조절용 버튼의 입력신호에 따라 버튼 부착 인퓨전 펌프 장치에 구비된 약액주사기를 통해 투입되는 소정의 투입량은 DMPP(drug mass per a press in blood)로서 입력 회당 0.5 μg/cc 이하인 것을 특징으로 한다.
본 발명은 환자의 혈액을 채취하는 분석에 기반하는 것이 아니라, 통계적으로 수집된 수면마취에 요구되는 인종, 성별, 나이, 체중, BMI지수 별 데이터를 분석하여 환자에 적합한 최적 마취 투입량을 정량화하는 모델을 구현하여, 약액 투입량을 결정하는 기술을 제공한다.
즉, 환자에게 필요한 마취액을 투여할 때, 버튼 부착 인퓨전 펌프 장치에 의한 통계적 약액 주입 데이터를 이용하여 구성된 통계적 수식 모델에 의해 약액 주사기의 주입 용량(최적 마취 투입량)이 결정될 수 있다.
구체적으로 기존의 수술 환자의 혈액을 뽑아서 농도를 측정하는 과정 없이 버턴이 부착된 인퓨전 펌프를 사용하여 단계적인 마취약 주입으로 환자가 수면 상태에 도달하면, 그때의 주입량으로 그 환자의 최적 마취 용량 데이터를 도출하여 환자별 조건(나이, 체중, 성별, BMI 지수, 인종)에 따른 통계적인 수식모델 구성하고, 이러한 통계적 수식화 모델을 적용하여 환자에 적합한 최적 마취 투입량을 결정할 수 있도록 한다.
일반적인 약물펌프 또는 약물의 농도 조절이 가능한 펌프와는 다르게 진정 환자의 의사와 상태를 반영할 수 있는 약물농도조절장치 및 진정 환자에 대한 통계적 약액 주입 데이터에 의해 약액 주입량을 결정하는 최적 투입량 조절부를 통해 시술 전 환자가 진정될 때까지(즉, 의식 소실 시까지) 조절용 버튼의 입력신호에 따라 투여되는 약물의 양(volume) 또는 농도(concentration)를 점진적으로 올리고, 환자가 진정(sedation)이 된 때의 약액 주입 데이터를 이용해 구성한 통계적 수식 모델에 의해 약액 주사기의 주입 용량을 결정하는 것이 가능하므로, 마취 시술시 안정성과 효율성이 향상되는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 진정 환자의 혈액농도 자가 조절용 버튼을 포함한 버튼 부착 인퓨전 펌프 장치의 구성을 나타내는 도면이다.
도 2 및 도 3은 현재 많은 수술실에서 사용중인 TCI 펌프(TCI: Target Controlled Infusion)의 예시로서, 환자의 수술/시술 조건과 환자 상태에 따라서 의사의 판단에 의해 농도가 아닌 양(Volume)으로 약액을 투여하는 장치이다.
도 4는 수술 또는 시술 중에 일정한 혈액 내의 농도를 유지하는 것이 필수적인 약물의 종류를 나타내는 그래프이다. (propofol 등)
도 5는 TCI 방법을 사용하여 약물을 투여하는 경우에 혈액내 또는 뇌의 약액(진정제) 농도가 시간에 따라 변화하는 예시를 나타내는 그래프이다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 버튼 부착 인퓨전 펌프 장치의 구동 알고리즘을 나타내는 도면으로서, 혈액내 진정 약액(propofol 기준)의 회당 투입량 DMPP에 따라 실제 혈액내 농도 변화를 나타내는 그래프이다.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 수술 환자의 최적 마취 약물 결정 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 8 및 도 9는 수술 환자의 최적 마취 약물 결정 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 10은 본 발명의 일실시예에 따른 실험 데이터를 이용한 약액의 최정 투입량의 결정을 설명하기 위한 도면이다.
도 11은 본 발명의 다른 실시예에 따른 진정 환자의 혈액농도 자가 조절용 버튼을 포함한 수술 환자의 최적 마취 약물 결정 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 2 및 도 3은 현재 많은 수술실에서 사용중인 TCI 펌프(TCI: Target Controlled Infusion)의 예시로서, 환자의 수술/시술 조건과 환자 상태에 따라서 의사의 판단에 의해 농도가 아닌 양(Volume)으로 약액을 투여하는 장치이다.
도 4는 수술 또는 시술 중에 일정한 혈액 내의 농도를 유지하는 것이 필수적인 약물의 종류를 나타내는 그래프이다. (propofol 등)
도 5는 TCI 방법을 사용하여 약물을 투여하는 경우에 혈액내 또는 뇌의 약액(진정제) 농도가 시간에 따라 변화하는 예시를 나타내는 그래프이다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 버튼 부착 인퓨전 펌프 장치의 구동 알고리즘을 나타내는 도면으로서, 혈액내 진정 약액(propofol 기준)의 회당 투입량 DMPP에 따라 실제 혈액내 농도 변화를 나타내는 그래프이다.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 수술 환자의 최적 마취 약물 결정 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 8 및 도 9는 수술 환자의 최적 마취 약물 결정 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 10은 본 발명의 일실시예에 따른 실험 데이터를 이용한 약액의 최정 투입량의 결정을 설명하기 위한 도면이다.
도 11은 본 발명의 다른 실시예에 따른 진정 환자의 혈액농도 자가 조절용 버튼을 포함한 수술 환자의 최적 마취 약물 결정 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 바람직한 본 발명의 일실시예에 대해서 상세히 설명한다. 다만, 실시형태를 설명함에 있어서, 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그에 대한 상세한 설명은 생략한다. 또한, 도면에서의 각 구성요소들의 크기는 설명을 위하여 과장될 수 있으며, 실제로 적용되는 크기를 의미하는 것은 아니다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되는 실시 예를 참조하면 명확해질 것이다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예로 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이다. 본 명세서에서 본 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 그리고 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 따라서, 몇몇 실시 예에서 잘 알려진 구성 요소, 잘 알려진 동작 및 잘 알려진 기술들은 본 발명이 모호하게 해석되는 것을 피하기 위하여 구체적으로 설명되지 않는다.
또한, 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭하고, 본 명세서에서 사용된(언급된) 용어들은 실시 예를 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함하며, '포함(또는, 구비)한다'로 언급된 구성 요소 및 동작은 하나 이상의 다른 구성요소 및 동작의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다. 다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 정의되어 있지 않은 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.
이하, 첨부된 도면을 참고로 본 발명의 바람직한 실시 예에 대하여 설명한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 진정 환자의 혈액농도 자가 조절용 버튼을 포함한 버튼 부착 인퓨전 펌프 장치의 구성을 나타내는 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일실시예인 버튼 부착 인퓨전 펌프 장치는 시린지(syringe) 약액주사기(110), 스테핑 모터(stepping motor: 120), 감속 장치(gear: 130), 직선 이송 스크류(screw: 140), 모터 컨트롤러(controller: 150), 자가 조절용 버튼(self controlling button 160), 최적 투입량 조절부(165) 및 수면뇌파 측정센서(brain wave sleep analysis sensor: 170)로 구성된다.
위와 같은 구성으로 이루어진 본 발명의 진정 환자의 혈액농도 자가 조절용 버튼을 포함한 버튼 부착 인퓨전 펌프 장치를 보다 자세히 설명하면, 시린지(syringe) 약액주사기(110)는 진정제를 담고 있는 약액 용기 및 약액 주입을 위해 약액 용기 내부에 압력을 가하는 조절 플런저를 구비하는 구성이며, 모터 시스템(120 내지 140)은 약액주사기의 조절 플런저를 일방향의 선형으로 이동시키는 기능을 수행한다. 아울러, 이와 같은 모터 시스템의 작동을 제어하기 위해 모터 컨트롤러(150)를 더 포함하며, 진정 환자의 혈액농도를 자가 조절하기 위한 자가 조절용 버튼(160) 및 진정 환자에 대한 통계적 약액 주입 데이터에 의해 약액 주입량을 결정하는 최적 투입량 조절부(165)를 포함하여 구성되며, 진정 환자의 뇌파를 측정하기 위한 수면뇌파 측정센서(170)를 더 포함한다.
이때, 본 발명의 일실시예에 따르면, 상기 모터 컨트롤러(150)는 상기 자가 조절용 버튼(160)의 입력 신호 또는 상기 최적 투입량 조절부(165)의 제어 신호에 따라 상기 모터 시스템을 구동하여 상기 약액 주사기의 주입 용량을 조절할 수 있다.
또한, 상기 통계적 약액 주입 데이터는 다수의 진정 환자에 대한 약액 주입 데이터를 이용해 구성한 진정 환자의 통계적 수식 모델에 의해 생성되는 것으로서, 다수의 진정 환자에 대한 인종, 성별, 나이, 체중 또는 BMI(Body Mass Index) 지수를 이용해 구성한 진정 환자의 통계적 수식 모델에 의해 생성될 수 있다.
즉, 상기 최적 투입량 조절부(165)는 다수의 진정 환자에 대한 인종, 성별, 나이, 체중 또는 BMI(Body Mass Index) 지수를 이용해 구성한 진정 환자의 통계적 수식 모델에 의해 결정된 값에 따라 진정제 약액 용량을 가감하거나 중단하는 정밀 제어를 수행할 수 있다.
이때 약액주사기의 조절 플런저를 이동시키기 위한 모터 시스템은 스테핑(stepping) 모터(120)와 직선 이송 스크류(screw) 방식(140)을 조합한 모터 시스템으로 구성되거나 또는 리니어(linear) 모터 시스템(미도시)로 구성될 수도 있다.
스테핑 모터(stepping motor)는 한 바퀴의 회전을 많은 수의 스텝들로 나눌 수 있는 브러쉬리스 직류 전기 모터로서, 모터의 위치는 모터가 적절하게 장치에 설치되어 있는 한 피드백 장치가 없이도 정확하게 조절이 가능하다.
한편 리니어 모터(linear motor)는 회전운동을 직선운동으로 바꿔주는 모터로서, 다른 일반모터는 회전운동을 하지만 리니어모터는 직선운동을 한다. 따라서, 보조적인 에너지 변환 장치가 필요하지 않기 때문에 구조가 복잡하지 않으며 에너지 손실이나 소음이 발생하지 않고 운전 속도에 제한을 받지 않는 이점이 있다.
직선 이송 스크류(screw)는 대표적으로 볼 스크류(Ball Screw), 리드 스크류(Lead Screw)가 있으며, 볼 스크류는 나사산(threaded) 및 여기에 부합하는 볼 너트의 조합을 말한다. 너트와 나사 접점 표면 간에 재순환 볼 베어링을 장착하는 구조이다. 리드 스크류는 나사산(threaded)과 접점 표면을 이동하는 스레드 너트로 구성된다.
한편, 본 발명의 일실시예에 따른 진정 환자의 혈액농도 자가 조절용 버튼을 포함한 버튼 부착 인퓨전 펌프 장치는 자가 조절용 버튼의 온/오프 입력 신호에 기반하여 상기 모터 컨트롤러가 제어될 때, 상기 약액주사기의 투입 약액 DMPP(drug mass per a press in blood)는 입력 회당 0.5 μg/cc 이하로 조절할 수 있다.
이때 자가 조절용 버튼(160)의 입력 신호에 따라 또는 수면뇌파 측정센서(170)의 측정값으로 수면상태(delta wave)를 감지하고 수면단계를 분석하여 상기 모터 컨트롤러(150)를 통해 모터 시스템(120 내지 140)을 구동하여 약액주사기(110)의 주입 용량을 조절할 수 있다.
그리고 수면뇌파 측정센서(170)는 뇌파 중 델타파(delta wave)의 측정된 값을 분석하며, 모터 컨트롤러(150)는 이렇게 분석된 값에 따라 약액 주입량의 정밀 제어를 수행하여 진정제의 사용량을 최소화시킬 수 있다.
여기서 뇌파(brain wave)는 신경계에서 뇌신경 사이에 신호가 전달될 때 생기는 전기의 흐름으로서, 심신의 상태에 따라 각각 다르게 나타나며 뇌의 활동 상황을 측정하는 가장 중요한 지표로 사용된다.
뇌파는 매우 복잡한 패턴으로 진동하는 파형형태로 보인다. 흔히 뇌파를 관찰할 때 주파수에 따라 분류하는 파워 스펙트럼 분석을 이용한다. 파워 스펙트럼 분석은 뇌파가 특정 주파수로 진동하는 단순 진동들의 선형적 결합이라고 가정하고, 이 신호에서 각각의 주파수 성분을 분해하여 그 크기(또는 파워)를 표시한 것이다. 파워스펙트럼을 이용한 뇌파의 종류는 뇌파를 관찰할 때 그 주파수와 진폭에 따라 분류할 수 있다. 인간의 뇌에서 나오는 뇌파의 파장은 기본적으로 0~30Hz의 주파수가 나오며 약 20~200μV의 진폭을 보인다. 델타, 세타, 알파, 베타, 감마파는 편의상 임의적으로 분류한 뇌파의 주파수 영역이다.
여기서 델타파는 주파수 0.2~4Hz로 1초 동안 0.2~4번 진동하여 5종류의 뇌파 중 가장 적게 진동한다. 즉, 델타파는 아주 깊은 수면이나 깊은 명상, 또는 의식 불명 상태일 때 나타난다. 만약 깨어 있는 사람에게서 평균보다 델타파가 많이 나타난다면 대뇌피질 부위에 악성 종양이 있을 수 있다.
세타파는 주파수 4~8Hz로 초당 4~8번 정도 진동한다. 창의적인 생각이 일어나는 순간이나 정서 안정 또는 잠에 빠져드는 과정에서 주로 나타난다. 성인보다는 어린이에게 더 많이 나타나며 명상하는 동안에도 나타난다.
알파파는 주파수 4~8Hz로 초당 8~13회 정도 진동한다. 마음이 편안하고 안정 상태에 있을 때 나타나는 뇌파이다. 특히 눈을 감고 편안한 상태에 있을 때 안정된 알파파가 나타난다. 알파파는 눈을 뜨면 약해지고 감으면 강해지기 때문에 뇌의 시각 영역과 연결된다고 추측된다. 또한, 유아나 노인의 경우에는 알파파의 주파수가 8~9Hz로 비교적 느린 진동을 나타낸다.
베타파는 주파수 13~30Hz로 초당 13~30번 정도 진동한다. 대체로 눈을 뜨고 생각하고 활동하는 동안 나타나는 뇌파이다. 특히, 불안하거나 긴장한 상태, 복잡한 계산을 처리할 때에 자주 나타난다. 생각이 많거나 걱정을 할 때도 나타난다.
마지막으로 감마파는 초당 40회 정도로 가장 빠르게 진동한다. 초조한 상태이거나 깊은 주의집중이 이뤄질때 잘 나타나는 뇌파이다.
도 2 및 도 3은 현재 많은 수술실에서 사용중인 TCI 펌프(TCI: Target Controlled Infusion)의 예시로서, 환자의 수술/시술 조건과 환자 상태에 따라서 의사의 판단에 의해 농도가 아닌 양(Volume)으로 약액을 투여하는 장치이다.
다시 말해서, 현재 수술실에서 사용중인 TCI 펌프 또는 수동식 주사기는 농도가 아닌 양(Volume)으로 환자의 수술/시술 조건과 환자 상태에 따라서 의사의 판단에 의해 투여되고 있다.
그러나 중요한 점은, 환자의 안전에 있어서는 특정 약물의 투여량 중 해당 약물이 환자의 혈액 내에서 얼마의 혈중농도(blood concentration)를 가지느냐이다.
따라서, 이를 위해 본 발명의 버튼 부착 인퓨전 펌프 장치를 고안하였으며, 일반적인 약물펌프와는 다르게 시술 전 환자가 진정(의식 소실)될 때까지 자가 조절용 버튼의 입력신호에 따라 투여되는 약물의 양(volume) 또는 농도(concentration)를 점진적으로 올릴 수 있고, 진정(sedation)된 이후에는 진정 환자에 대한 통계적 약액 주입 데이터에 의해 약액 주입량을 결정하도록 하여, 시술이 최종적으로 끝날 때까지 최적의 농도를 일정하게 유지시킬 수 있다.
도 4는 수술 또는 시술 중에 일정한 혈액 내의 농도를 유지하는 것이 필수적인 약물의 종류를 나타내는 그래프이며, 도 5는 TCI 방법을 사용하여 약물을 투여하는 경우에 혈액내 또는 뇌의 약액(진정제) 농도가 시간에 따라 변화하는 예시를 나타내는 그래프이다.
수술/시술 중 진정제의 과량투여(oversedation)도 문제가 되나, 반대의 경우로서 과량투여가 아닌 불충분하고(undersedation) 결핍된(insufficient) 약물투여로 환자에게 고통을 주고 시술자에게는 불편을 초래하는 사례도 종종 발생하고 있다.
즉, 종래의 주사기 방법을 사용하여 약물을 투여하는 경우에는 혈액내 또는 뇌에서 약액(진정제) 농도가 시간에 따라 급격히 저하되는 모습을 보이므로, 도 5에서 나타난 바와 같이 TCI를 이용하여 정맥 정속주입을 통해 일정하게 농도를 유지하는 것이 필요하다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 버튼 부착 인퓨전 펌프 장치의 구동 알고리즘을 나타내는 도면으로서, 혈액내 진정 약액(propofol 기준)의 회당 투입량 DMPP에 따라 실제 혈액내 농도 변화를 나타내는 그래프이다.
혈액내 진정 약액(propofol 기준)으로 예를 들어 1회 버튼시 투입 약액 DMPP(drug mass per a press in blood, μg/cc)와 실제 환자 핼액내 농도 변화를 알 수 있다. 즉, 실제 실험의 경우 환자에 따라 (a) 또는 (b)의 경우로서 마취 및 수면이 이루어지고 있다. 즉, 혈액내 실제 진정제가 흡수되는 지연 시간을 고려하여 매 30 sec 미만의 시간 동안 환자가 버튼을 누르도록 추천하고 있으며, 수면까지의 자가 조절용 버튼에 의한 농도(2～3 μg/cc)가 되었을 때 최적의 환자 맞춤형 진정제 용량으로 볼 수 있다.
또는 환자의 뇌파(Delta Wave)를 측정하고, 수면 단계를 분석하여, 약액 용량의 가감 또는 주입 중단(infusion off) 함으로써 진정제 투입을 정밀 제어하여 환자의 안전과 함께 진정제 사용량을 최소화할 수 있다.
다만, 혈액내에서 실제 진정제가 흡수되는 지연 시간(delay time)을 고려할 때, 매 30 sec 미만으로 버튼 신호가 입력되도록 하는 것이 바람직하다.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 수술 환자의 최적 마취 약물 결정 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
본 발명의 수술 환자의 최적 마취 약물 결정 방법에 따르면, 자가 조절용 버튼의 입력신호에 따라 버튼 부착 인퓨전 펌프 장치에 구비된 약액주사기를 통해 소정의 투입량(입력 회당 0.5 μg/cc 이하)의 진정제 약액을 주입 조절한다(S210).
이때, 진정제의 투입량과 실제 혈액 농도와의 차이가 발생하는 흡수 지연(delay) 시간을 고려하여 입력횟수(~n회) 또는 입력시간(~30sec)으로 제한할 수 있다.
이후에는, 진정 환자에 대한 통계적 약액 주입 데이터에 의해 약액 주입량을 결정하여 결정된 값에 따라 진정제 약액 용량을 가감하거나 중단하는 정밀 제어를 수행한다(S220). 이때, 통계적 수식 모델에 의해 결정된 값에 따라 진정제 약액 용량을 가감하거나 중단하는 정밀 제어를 수행할 수 있다.
이후, 흡수 지연 시간 이후에는 실제 수면 단계로 진입했는지 여부를 판단할 수 있다(S230).
수면 단계로 진입한 것으로 판단되는 경우에는 통계적 수식 모델에 의해 결정된 값에 따라 약액 주입량의 정밀 제어를 수행하여 혈중 약액 농도를 일정하게 유지시킨다. 이를 통해 진정제의 사용량을 최소화할 수 있다(S240).
또한, 상기 진정제 약액 주입의 이전 또는 약액 주입량의 정밀 제어의 수행 이전에는, 다수의 진정 환자에 대한 약액 주입 데이터를 이용해 진정 환자의 통계적 수식 모델을 생성할 수 있다.
도 8의 (A)는 변형된 마쉬 모델(Marsh model)에서의 프로포폴의 측정된 혈장 농도와 추정된 혈장 농도를 도시하고 있으며, 도 8의 (B)는 변형된 슈나이더 모델(Schnider Model)에서의 프로포폴의 측정된 혈장 농도와 추정된 혈장 농도를 도시하고 있다.
이때, 빨간색 실선은 추정 농도와 측정 농도가 같음을 나타내는 식별선이고, 점선은 ± 30%의 바이어스를 나타낸다.
도 9의 (A)는 변형된 마쉬 모델(Marsh model)에서의 시간 경과에 따른 추정 프로포폴 대 측정 프로포폴의 농도 비율을 도시하고 있으며, 도 8의 (B)는 변형된 변형된 슈나이더 모델(Schnider Model)에서의 시간 경과에 따른 추정 프로포폴 대 측정 프로포폴의 농도 비율을 도시하고 있다.
이때, 비율 1은 측정된 농도와 추정 농도가 동일함을 의미한다.
본 발명에 따르면, 수술 환자의 혈액농도 측정 없이 버튼이 부착된 TCI 펌프(TCI: Target Controlled Infusion)를 사용하여 단계적인 약액 주입을 하여 환자가 수면 상태에 도달하면, 그 때의 주입량으로 그 환자의 최적 마취 용량 데이터를 도출하여 다양한 사람별(진정 환자)의 인종, 성별, 나이, 체중 또는 BMI(Body Mass Index) 지수를 이용해 구성한 진정 환자의 통계적 수식 모델에 의해 결정된 값에 따라 진정제 약액 용량을 가감하거나 중단하는 정밀 제어를 수행할 수 있다.
도 10은 본 발명의 일실시예에 따른 실험 데이터를 이용한 약액의 최정 투입량의 결정을 설명하기 위한 도면이다.
도 10을 참조하면, 본 발명에서는 수면 마취에 요구되는 사람별(진정 환자)의 인종, 성별, 나이, 체중 또는 BMI(Body Mass Index) 지수 별 실험 데이터를 이용해 약액의 최정 투입량(cc/min)을 결정할 수 있으며, 예를 들어 인종, 성별, 나이, 체중, BMI 지수의 순서에 따른 가중치에 의해 약액의 최적 투입량을 결정할 수 있다.
즉, 수술 환자의 혈액을 뽑아서 농도를 측정하는 기존의 번거롭고 편차가 많았던 과정 없이, 버턴이 부착된 인퓨전 펌프(infusion pump)를 사용하여 단계적인 마취약 주입으로 환자가 수면 상태에 도달하면, 그때의 주입량에 기초하여 그 환자의 최적 마취 용량 데이터를 도출할 수 있고, 이러한 환자별 조건(나이, 체중, 성별, BMI 지수, 인종)에 따른 통계적인 수식모델을 구성할 수 있으며, 통계적 수식화 모델을 적용하여 각각의 수술 환자에 적합한 최적 마취 투입량을 결정할 수 있게 된다.
도 11은 본 발명의 다른 실시예에 따른 진정 환자의 혈액농도 자가 조절용 버튼을 포함한 수술 환자의 최적 마취 약물 결정 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
본 발명의 수술 환자의 최적 마취 약물 결정 방법에 따르면, 자가 조절용 버튼의 입력신호에 따라 버튼 부착 인퓨전 펌프 장치에 구비된 약액주사기를 통해 소정의 투입량(입력 회당 0.5 μg/cc 이하)의 진정제 약액을 주입 조절한다(S310).
이때, 진정제의 투입량과 실제 혈액 농도와의 차이가 발생하는 흡수 지연(delay) 시간을 고려하여 입력횟수(~n회) 또는 입력시간(~30sec)으로 제한할 수 있다.
이후, 상기 측정된 진정 환자의 델타파를 복수개의 수면 단계로 나누어 분석된 값에 따라 약액 주입량의 정밀 제어를 수행한다(S320)
이후에는 실제 수면 단계로 진입했는지 여부를 판단하고(S330), 수면 단계로 진입한 것으로 판단되는 경우에는 수면 단계를 분석하여 혈중 약액 농도를 일정하게 유지시킨다(S340). 이를 통해 진정제의 사용량을 최소화할 수 있다.
이상, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위를 기반한 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
즉, 본 발명은 본 발명의 범주에서 벗어나지 않는 한도 내에서는 여러 가지 변형이 가능하다. 다시 말해, 본 발명의 기술적 사상은 본 발명의 전술한 실시예에 국한되어 정해져서는 안 되며, 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들까지 포함하여 정해져야 한다.
110: 시린지(syringe) 약액주사기
120: 스테핑 모터(stepping motor)
130: 감속 장치(gear)
140: 직선 이송 스크류(screw)
150: 모터 컨트롤러(controller)
160: 자가 조절용 버튼(self controlling button)
165: 최적 투입량 조절부
170: 수면뇌파 측정센서(brain wave sleep analysis sensor)
120: 스테핑 모터(stepping motor)
130: 감속 장치(gear)
140: 직선 이송 스크류(screw)
150: 모터 컨트롤러(controller)
160: 자가 조절용 버튼(self controlling button)
165: 최적 투입량 조절부
170: 수면뇌파 측정센서(brain wave sleep analysis sensor)
Claims (10)
- 통계적 수식모델을 적용한 수술 환자의 최적 마취 약물 투입량을 산출 결정하여 적용하는 장치 구조를 포함하되,
진정제를 담고 있는 약액 용기 및 약액 주입을 위해 상기 약액 용기 내부에 압력을 가하는 조절 플런저를 구비하는 시린지(syringe) 약액주사기;
상기 조절 플런저를 일방향으로 이동시키는 모터 시스템;
상기 모터 시스템의 작동을 제어하기 위한 모터 컨트롤러;
진정 환자의 혈액농도를 자가 조절하기 위한 자가 조절용 버튼; 및
진정 환자에 대한 통계적 약액 주입 데이터에 의해 약액 주입량을 결정하되, 상기 약액주입량의 결정은, 다수의 진정 환자에 대한 인종, 성별, 나이, 체중 또는 BMI(Body Mass Index) 지수를 이용해 구성한 진정 환자의 통계적 수식 모델에 의해 환자에 적합한 최적 마취 투입량을 결정하는 최적 투입량 조절부;를 포함하고,
상기 모터 컨트롤러는 상기 자가 조절용 버튼의 입력 신호 또는 상기 최적 투입량 조절부의 제어 신호에 따라 상기 모터 시스템을 구동하여 상기 약액 주사기의 주입 용량을 조절하는 것을 특징으로 하는,
통계적 수식모델을 적용한 수술 환자의 최적 마취 약물 투입장치.
- 제1항에 있어서,
상기 진정 환자의 뇌파를 측정하기 위한 수면뇌파 측정센서;를 더 포함하고,
상기 모터 컨트롤러는 상기 수면뇌파 측정센서의 측정값에 따라 상기 모터 시스템을 구동하여 상기 약액 주사기의 주입 용량을 조절하는 것을 특징으로 하는 통계적 수식모델을 적용한 수술 환자의 최적 마취 약물 투입장치.
- 제1항에 있어서,
상기 모터 시스템은 스테핑(stepping) 모터와 직선 이송 스크류(screw) 방식을 조합한 모터 시스템 또는 리니어(linear) 모터 시스템인 것을 특징으로 하는 통계적 수식모델을 적용한 수술 환자의 최적 마취 약물 투입장치.
- 제3항에 있어서,
상기 자가 조절용 버튼의 온/오프 입력 신호에 기반하여 상기 모터 컨트롤러가 제어될 때, 상기 약액주사기의 투입 약액 DMPP(drug mass per a press in blood)는 입력 회당 0.5 μg/cc 이하인 것을 특징으로 하는 통계적 수식모델을 적용한 수술 환자의 최적 마취 약물 투입장치.
- 제4항에 있어서,
상기 수면뇌파 측정센서는 뇌파 중 델타파(delta wave)의 측정된 값을 분석하며, 상기 모터 컨트롤러는 상기 분석된 값에 따라 약액 주입량의 정밀 제어를 수행하여 상기 진정제의 사용량을 최소화하는 것을 특징으로 하는 통계적 수식모델을 적용한 수술 환자의 최적 마취 약물 투입장치.
- 청구항 1의 통계적 수식모델을 적용한 수술 환자의 최적 마취 약물 투입장치를 적용하여, 진정 환자의 혈액농도 자가 조절용 버튼을 포함한 수술 환자의 최적 마취 약물 결정 방법에 있어서,
자가 조절용 버튼의 입력신호에 따라 버튼 부착 인퓨전 펌프 장치에 구비된 약액주사기를 통해 소정의 투입량의 진정제 약액을 주입 조절하는 제1단계;
다수의 진정 환자에 대한 인종, 성별, 나이, 체중 또는 BMI(Body Mass Index) 지수를 이용해 구성한 진정 환자의 통계적 수식 모델에 의해 결정된 값에 따라 진정제 약액 용량을 가감하거나 중단하는 정밀 제어를 수행하는 2단계;를 포함하며,
상기 제1단계 또는 상기 제2 단계의 이전에,
다수의 진정 환자에 대한 약액 주입 데이터를 이용해 진정 환자의 통계적 수식 모델을 생성하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 통계적 수식모델을 적용한 수술 환자의 최적 마취 약물 결정 방법.
- 제6항에 있어서,
진정 환자의 뇌파 중 델타파(delta wave)를 측정하여 측정된 값에 따라 진정제 약액 용량을 가감하거나 중단하는 정밀 제어를 수행하는 제3단계;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 통계적 수식모델을 적용한 수술 환자의 최적 마취 약물 결정 방법.
- 제7항에 있어서,
상기 제1단계는 상기 진정제의 투입량과 실제 혈액 농도와의 차이가 발생하는 흡수 지연(delay) 시간을 고려하여 입력횟수 또는 입력시간을 제한하여 상기 진정제 약액을 주입 조절하는 것을 특징으로 하는 통계적 수식모델을 적용한 수술 환자의 최적 마취 약물 결정 방법.
- 제8항에 있어서,
상기 흡수 지연 시간 이후에 실제 수면 단계로 진입했는지 여부를 판단하는 제4단계;를 더 포함하며,
상기 제4단계에서 수면 단계로 진입한 것으로 판단되는 경우에,
상기 제3단계는 상기 측정된 진정 환자의 델타파를 복수개의 수면 단계로 나누어 분석된 값에 따라 약액 주입량의 정밀 제어를 수행하여 혈중 약액 농도를 일정하게 유지시키는 것을 특징으로 하는 통계적 수식모델을 적용한 수술 환자의 최적 마취 약물 결정 방법.
- 제9항에 있어서,
상기 자가 조절용 버튼의 입력신호에 따라 버튼 부착 인퓨전 펌프 장치에 구비된 약액주사기를 통해 투입되는 소정의 투입량은 DMPP(drug mass per a press in blood)로서 입력 회당 0.5 μg/cc 이하인 것을 특징으로 하는 통계적 수식모델을 적용한 수술 환자의 최적 마취 약물 결정 방법.
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| KR1020220056411A KR20230157546A (ko) | 2022-05-09 | 2022-05-09 | 통계적 수식모델을 적용한 수술 환자의 최적 마취 약물 결정 방법 및 그 방법을 수행하는 장치 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020220056411A KR20230157546A (ko) | 2022-05-09 | 2022-05-09 | 통계적 수식모델을 적용한 수술 환자의 최적 마취 약물 결정 방법 및 그 방법을 수행하는 장치 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20230157546A true KR20230157546A (ko) | 2023-11-17 |
Family
ID=88968894
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020220056411A KR20230157546A (ko) | 2022-05-09 | 2022-05-09 | 통계적 수식모델을 적용한 수술 환자의 최적 마취 약물 결정 방법 및 그 방법을 수행하는 장치 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR20230157546A (ko) |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101443579B1 (ko) | 2007-01-10 | 2014-09-23 | 아니마스 코포레이션 | 주사기 조립체 및 이 주사기 조립체를 합체한 주입 펌프조립체 |
| KR20180076071A (ko) | 2016-12-27 | 2018-07-05 | 최규동 | 기어 펌프를 이용한 정밀 주사 장치 |
-
2022
- 2022-05-09 KR KR1020220056411A patent/KR20230157546A/ko not_active Application Discontinuation
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101443579B1 (ko) | 2007-01-10 | 2014-09-23 | 아니마스 코포레이션 | 주사기 조립체 및 이 주사기 조립체를 합체한 주입 펌프조립체 |
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