KR101905698B1

KR101905698B1 - 양방향 통신을 지원하는 체내 이식형 약물 주입 펌프 및 그 시스템

Info

Publication number: KR101905698B1
Application number: KR1020170021637A
Authority: KR
Inventors: 이철수; 김종민
Original assignee: 서강대학교 산학협력단
Priority date: 2017-02-17
Filing date: 2017-02-17
Publication date: 2018-10-08
Anticipated expiration: 2037-02-17
Also published as: KR20180095316A

Abstract

본 발명은 체외에서 체내 이식되는 밀봉 구조 내에 설치된 제어 보드를 동작시키기 위하여 밀봉 구조의 재질에 제약을 받지 않는 통신 방식을 이용한 양방향 통신을 지원하는 체내 이식형 약물 주입 펌프 및 그 시스템에 관한 것으로, 자기 신호를 수신하는 수신부; 음향 신호를 생성하는 부저부; 약물이 충전되는 격막 챔버; 제1 제어 신호에 의하여 주입구와 상기 격막 챔버 간 경로를 개방하는 주입 밸브; 제2 제어 신호에 의하여 유출구와 상기 격막 챔버 간 경로를 개방하는 유출 밸브; 및 상기 수신부를 통해 수신된 자기 신호에 의해 약물 충전을 위한 상기 제1 제어 신호 및 약물 토출을 위한 상기 제2 제어 신호를 생성하고, 생성된 상기 제1 제어 신호를 상기 주입 밸브로 출력하며, 생성된 상기 제2 제어 신호를 상기 유출 밸브로 출력하는 제1 제어부를 포함하고, 상기 제1 제어부는, 상기 수신부를 통해 자기 신호를 수신함에 따라 음향 신호를 생성하도록 상기 부저부를 제어한다.

Description

양방향 통신을 지원하는 체내 이식형 약물 주입 펌프 및 그 시스템{IMPLANTABLE DRUG INFUSION PUMP FOR SUPPORTING FULL-DUPLEX COMMUNICATION AND SYSTEM USING THE SAME}

본 발명은 양방향 통신을 지원하는 체내 이식형 약물 주입 펌프 및 그 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 체외에서 체내 이식되는 밀봉 구조 내에 설치된 제어 보드를 동작시키기 위하여 밀봉 구조의 재질에 제약을 받지 않는 통신 방식을 이용한 양방향 통신을 지원하는 체내 이식형 약물 주입 펌프 및 그 시스템에 관한 것이다.

일반적으로, 체내 이식형 약물 주입 시스템은 도 1에 도시된 바와 같이, 약물 저장고(20) 내에 약물을 보충하기 위한 저장용 주입구(11), 약물을 유출하기 위한 카데터 포트(Catheter Port)(12) 및 약물 유출 시 공기 혼입을 방지하는 카데터 접근 포트(Catheter Access Port)를 구비한 시스템 하우징, 약물을 저장하는 약물 저장고(20), 약물 저장고(20) 내 약물을 카데터 포트(12)로 이송하기 위한 펌프(30), 펌프(30)를 제어하는 제어 보드(40), 및 펌프(30) 및 제어 보드(40)에 전원을 공급하는 배터리(50)로 구성된다.

상술한 바와 같은 체내 이식형 약물 주입 시스템은, 체외에서 사용자 단말기 등을 통하여 시스템 내부에 있는 제어 보드(40)와 통신을 수행할 필요가 있다. 즉, 사용자 단말기는, 펌프(30)로 인한 약물 전달량을 조절하기 위한 설정값을 제어 보드(40)로 송신하거나 시스템 내부의 상태, 예를 들면, 제어 보드(40)가 설정값을 수신하였는지 여부에 관한 정보를 수신해야한다.

그러나, 체내 이식형 약물 주입 시스템의 하우징은, 일반적으로 전파가 차단되는 티타늄 등의 재질로 형성될 뿐만 아니라, 통신 신호가 회절 등의 방식으로 전달되기 어려운 밀봉 구조인 바, RF, WiFi, 블루투스 등 종래의 무선 통신 방식으로는 체내에 이식된 약물 주입 시스템을 제어할 수 없는 문제점이 있다.

대한민국 등록특허공보 제10-0867271호

본 발명은 상기 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 주파수 통신 방식이 아닌 자기력을 이용한 자기(Magnetic) 통신 방식을 이용하여 밀봉 구조 내 배치된 제어 보드와도 통신을 수행할 수 있는 양방향 통신을 지원하는 체내 이식형 약물 주입 펌프 및 그 시스템에 관한 것이다.

또한, 본 발명은, 밀봉 구조 내에서 정상적으로 시스템이 동작하는 지 여부에 관한 정보를 포함하는 음향 신호를 생성하며, 생성된 음향 신호를 체외의 시스템을 통하여 감지하고 분석함으로써, 약물 주입 시스템의 오류를 체크할 수 있는 양방향 통신을 지원하는 체내 이식형 약물 주입 펌프 및 그 시스템에 관한 것이다.

상기 목적을 달성하기 위한 제1 실시예는, 자기 신호를 수신하는 수신부; 음향 신호를 생성하는 부저부; 약물이 충전되는 격막 챔버; 제1 제어 신호에 의하여 주입구와 상기 격막 챔버 간 경로를 개방하는 주입 밸브; 제2 제어 신호에 의하여 유출구와 상기 격막 챔버 간 경로를 개방하는 유출 밸브; 및 상기 수신부를 통해 수신된 자기 신호에 의해 약물 충전을 위한 상기 제1 제어 신호 및 약물 토출을 위한 상기 제2 제어 신호를 생성하고, 생성된 상기 제1 제어 신호를 상기 주입 밸브로 출력하며, 생성된 상기 제2 제어 신호를 상기 유출 밸브로 출력하는 제1 제어부를 포함하고, 상기 제1 제어부는, 상기 수신부를 통해 자기 신호를 수신함에 따라 음향 신호를 생성하도록 상기 부저부를 제어한다.

여기서, 상기 수신부는, 자기 신호에 의하여 온/오프되는 자기 스위치이고, 상기 제1 제어부는, 상기 자기 스위치에 의한 전류의 온/오프에 따른 신호를 디코딩하고, 디코딩된 결과에 따라 상기 제1 제어 신호 및 상기 제2 제어 신호를 생성할 수 있다.

또한, 상기 목적을 달성하기 위한 제2 실시예는, 약물을 저장하는 약물 저장부; 자기 신호를 수신하는 수신부; 음향 신호를 생성하는 부저부; 약물이 충전되는 격막 챔버; 제1 제어 신호에 의하여 상기 약물 저장부에 연결된 주입구와 상기 격막 챔버 간 경로를 개방하는 주입 밸브; 제2 제어 신호에 의하여 유출구와 상기 격막 챔버 간 경로를 개방하는 유출 밸브; 상기 수신부를 통해 수신된 자기 신호에 의해 약물 충전을 위한 상기 제1 제어 신호 및 약물 토출을 위한 상기 제2 제어 신호를 생성하고, 생성된 상기 제1 제어 신호를 상기 주입 밸브로 출력하며, 생성된 상기 제2 제어 신호를 상기 유출 밸브로 출력하는 제1 제어부; 및 상기 유출구와 연결되어 약물을 체내로 방출하는 방출 포트를 포함하고, 상기 제1 제어부는, 상기 수신부를 통해 자기 신호를 수신함에 따라 음향 신호를 생성하도록 상기 부저부를 제어할 수 있다.

이때, 상기 수신부는, 자기 신호에 의하여 온/오프되는 자기 스위치이고, 상기 제1 제어부는, 상기 자기 스위치에 의한 전류의 온/오프에 따른 신호를 디코딩하고, 디코딩된 결과에 따라 상기 제1 제어 신호 및 상기 제2 제어 신호를 생성할 수 있다.

또한, 상기 수신부에 의해 수신되는 자기 신호를 활성화 및 비활성화하는 송신부; 상기 제1 제어부의 상기 자기 스위치에 의한 전류의 온/오프에 따른 신호를 디코딩하는 규약에 대응하는 인코딩 규약에 따라 상기 제1 제어부를 제어하는 명령을 인코딩하고, 인코딩된 명령에 따라 상기 송신부가 자기 신호를 활성화 및 비활성화하도록 제어하는 제2 제어부; 및 상기 부저부에서 생성된 음향 신호를 감지하는 감지부를 더 포함하고, 상기 제2 제어부는, 상기 감지부에서 감지된 음향 신호를 분석하여 상기 제1 제어부의 자기 신호 수신 여부를 확인할 수 있다.

한편, 상기 목적을 달성하기 위한 제3 실시예는, 자기 신호에 의해 약물 주입량을 제어하는 제1 제어부 및 상기 자기 신호의 수신에 따른 음향 신호를 생성하는 부저부를 포함하는 체내 이식형 약물 주입 시스템에 있어서, 상기 자기 신호를 활성화 및 비활성화하는 송신부; 상기 제1 제어부가 상기 자기 신호를 디코딩하는 규약에 대응하는 인코딩 규약에 따라 상기 제1 제어부를 제어하는 명령을 인코딩하고, 인코딩된 명령에 따라 상기 송신부가 자기 신호를 활성화 및 비활성화하도록 제어하는 제2 제어부; 및 상기 부저부에서 생성된 음향 신호를 감지하는 감지부를 더 포함하고, 상기 제2 제어부는, 상기 감지부에서 감지된 음향 신호를 분석하여 상기 제1 제어부의 자기 신호 수신 여부를 확인한다.

또한, 상기 목적을 달성하기 위한 제4 실시예는, 약물을 저장하는 약물 저장부; 자기 신호를 수신하는 수신부; 음향 신호를 생성하는 부저부; 멤브레인, 상기 멤브레인의 양측에 각각 마련된 제1 전극 및 제2 전극을 포함하는 전자삼투펌프; 상기 수신부를 통해 수신된 자기 신호에 의해 약물 충전을 위한 전압을 상기 약물 저장부에 연결된 상기 제1 전극으로 인가하고, 약물 토출을 위한 전압을 상기 제2 전극으로 인가하는 제1 제어부; 및 상기 제2 전극과 연결되어 약물을 체내로 방출하는 방출 포트를 포함하고, 상기 제1 제어부는, 상기 수신부를 통해 자기 신호를 수신함에 따라 음향 신호를 생성하도록 상기 부저부를 제어한다.

한편, 상기 수신부는, 자기 신호에 의하여 온/오프되는 자기 스위치이고, 상기 제1 제어부는, 상기 자기 스위치에 의한 전류의 온/오프에 따른 신호를 디코딩하고, 디코딩된 결과에 따라 상기 제1 전극 또는 상기 제2 전극에 전압을 인가할 수 있다.

또한, 제4 실시예는, 상기 수신부에 의해 수신되는 자기 신호를 활성화 및 비활성화하는 송신부; 상기 제1 제어부의 상기 자기 스위치에 의한 전류의 온/오프에 따른 신호를 디코딩하는 규약에 대응하는 인코딩 규약에 따라 상기 제1 제어부를 제어하는 명령을 인코딩하고, 인코딩된 명령에 따라 상기 송신부가 자기 신호를 활성화 및 비활성화하도록 제어하는 제2 제어부; 및 상기 부저부에서 생성된 음향 신호를 감지하는 감지부를 더 포함하고, 상기 제2 제어부는, 상기 감지부에서 감지된 음향 신호를 분석하여 상기 제1 제어부의 자기 신호 수신 여부를 확인할 수 있다.

본 발명은 종래의 체내 이식형 약물 주입 펌프 및 그 시스템과 달리 주파수 통신 방식이 아닌 자기력을 이용한 자기 통신 방식을 이용하여 밀봉 구조 내 배치된 제어 보드와도 통신을 수행할 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명은 밀봉 구조 내에서 부저 등을 이용하여 음향 신호를 생성하며, 음향 신호를 이용하여 정상적으로 시스템이 동작하는 지 여부에 관한 정보를 체외의 시스템에서 감지하고 분석할 수 있고, 이를 통하여 약물 주입 시스템의 오류를 체크할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 종래의 체내 이식형 약물 주입 시스템을 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 의한 양방향 통신을 지원하는 체내 이식형 약물 주입 시스템 중 체내에 이식되는 시스템을 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 의한 양방향 통신을 지원하는 체내 이식형 약물 주입 시스템 중 체외용 제어 시스템을 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 의한 양방향 통신을 지원하는 체내 이식형 약물 주입 시스템을 도시한 개략도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 의한 양방향 통신을 지원하는 체내 이식형 약물 주입 시스템 중 전자삼투펌프를 적용한 시스템을 나타낸 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 의한 양방향 통신을 지원하는 체내 이식형 약물 주입 시스템의 동작을 나타낸 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 의한 양방향 통신을 지원하는 체내 이식형 약물 주입 시스템 중 체내에 이식되는 시스템의 외형을 나타낸 도면이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 의한 양방향 통신을 지원하는 체내 이식형 약물 주입 시스템 중 체내에 이식되는 시스템을 분해하여 나타낸 도면이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명한다. 그러나 본 발명의 실시형태는 여러 가지의 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시형태로만 한정되는 것은 아니다. 도면에서의 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있으며, 도면상의 동일한 부호로 표시되는 요소는 동일한 요소이다.

그리고 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐만 아니라 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "전기적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함" 또는 "구비"한다고 할 때, 이는 특별이 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함하거나 구비할 수 있는 것을 의미 한다.

또한, "제1", "제2" 등의 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하기 위한 것으로 이들 용어들에 의해 권리범위가 한정되어서는 아니 된다. 예를 들어, 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 의한 양방향 통신을 지원하는 체내 이식형 약물 주입 시스템 중 체내에 이식되는 시스템을 도시한 블록도이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 의한 양방향 통신을 지원하는 체내 이식형 약물 주입 시스템 중 체외용 제어 시스템을 도시한 블록도이며, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 의한 양방향 통신을 지원하는 체내 이식형 약물 주입 시스템을 개략적으로 도시한 도면이다. 도 5는 본 발명의 일 실시예에 의한 양방향 통신을 지원하는 체내 이식형 약물 주입 시스템 중 전자삼투펌프를 적용한 시스템을 나타낸 도면이다.

양방향 통신을 지원하는 체내 이식형 약물 주입 시스템 중 체내 이식 시스템(1000)은, 격막 챔버(110), 주입 밸브(120), 유출 밸브(130), 약물 저장부(300), 수신부(610), 부저부(620), 제1 제어부(630), 방출 포트(710) 및 전원부(800)를 포함한다.

본 발명의 양방향 통신을 지원하는 체내 이식형 약물 주입 펌프는, 약물 저장부(300)에 저장된 약물, 예를 들면, 몰핀과 같이 극소량으로 체내에 주입되어야 하는 약물을 체내로 주입하기 위한 동력을 제공한다. 이 때, 펌프는, 상술한 동작을 수행하기 위하여, 격막 챔버(110), 주입 밸브(120) 및 유출 밸브(130)를 포함한다.

여기서, 격막 챔버(110)는, 약물 저장부(300)에 연결된 주입 밸브(120)를 통하여 환자의 체내에 주입하기 위한 약물을 충전받고, 챔버 자체의 탄성에 의해 충전된 약물을 유출 밸브(130)를 통하여 토출시킨다. 여기서, 격막 챔버(110)는, 복원력이 우수한 실리콘 재질의 링형 챔버일 수 있으나 이에 한정되지 않는다.

또한, 주입 밸브(120)는, 제1 제어부(630)로부터 활성화를 위한 전압, 예를 들면, 직류 전압을 인가받고, 인가된 전압에 의하여 자속을 형성하는 코일 및 자속에 의해 상하 회동함으로써 약물 저장부(300)로부터 약물이 유입되는 유입구와 격막 챔버(110) 간 경로를 개폐하는 플런저를 포함할 수 있다. 여기서, 주입 밸브(120)는, 상시 폐쇄형(NC, Normally Closed) 밸브로, 주입 밸브(120)를 구성하는 약물 저장부(300)와 격막 챔버(110) 간 경로 등의 소재는 과불화탄성체(Perfluoroelastomer), PEEK(PolyEther Ether Ketone) 등과 같은 액체에 대한 내화학성이 뛰어난 소재인 것이 바람직하나 이에 한정되지 않는다.

한편, 유출 밸브(130)는, 제1 제어부(630)로부터 활성화를 위한 전압, 예를 들면, 직류 전압을 인가받아 자속을 형성하는 코일 및 자속에 의해 상하 회동함으로써 격막 챔버(110)에 연결된 경로와 방출 포트(710)로 약물이 유출되는 유출구 간 경로를 개폐하는 플런저를 포함한다. 여기서, 유출 밸브(130)는, 주입 밸브(120)와 같이, 상시 폐쇄형 밸브로, 유출 밸브(130)를 구성하는 방출 포트(710)와 격막 챔버(110) 간 경로 등의 소재는 과불화탄성체, PEEK 등과 같은 액체에 대한 내화학성이 뛰어난 소재인 것이 바람직하나 이에 한정되지 않는다.

또한, 약물 저장부(300)는, 약물을 저장하고, 제1 제어부(630)로부터 주입 밸브(120)로 전압이 인가되면, 저장된 약물을 주입 밸브(120)를 통하여 격막 챔버(110)에 공급하게 된다. 이때, 약물 저장부(300)는, 약 6개월 동안 환자에게 투여될 수 있는 약물의 양을 저장할 할 수 있을 정도의 용량인 것이 바람직하나 이에 한정되지 않는다. 한편, 약물 저장부(300)는, 저장용 유입구를 구비하고 사용자가 주사기를 통하여 약물을 보충할 수 있는 구조일 수 있으나 이에 한정되지 않는다. 또한, 약물 저장부(300)는, 생체적합성이 우수한 스테인레스 또는 티타늄 합금을 이용한 소재로 이루어질 수 있다.

수신부(610)는, 주입 밸브(120) 및 유출 밸브(130)에 전압이 인가되는 시간 및 인가되지 않는 시간의 길이에 대한 설정을 위한 자기 신호를 외부의 제어 장치로부터 수신하며, 수신된 자기 신호를 제1 제어부(630)로 전달한다. 이때, 수신부(610)는, 자기 신호에 의해 형성된 자기장에 따라 턴온되거나 턴오프되는 자기 스위치(Magnetic Switch)일 수 있으며, 자기 스위치가 온 상태인 경우와 오프 상태인 경우의 조합에 의하여 이진 코드를 생성하고, 생성된 이진 코드를 제1 제어부(630)에 전달할 수 있다.

부저부(620)는, 체내 이식 시스템의 이상 상황을 알람 신호로 알리는 부저(Buzzer)일 수 있으며, 제1 제어부(630)의 제어에 의하여 부저음인 음향 신호를 생성한다. 이때, 제1 제어부(630)는, 외부 시스템(2000)과 미리 설정해 놓은 통신 규약에 의하여 부저부(620)의 음향 신호를 생성한다. 예를 들면, 제1 제어부(630)는, 비터비 부호화 알고리즘(Viterbi encoding algorithm)에 따라 인코딩을 수행하여 부저부(620)의 음향 신호를 생성할 수 있다.

한편, 제1 제어부(630)는, 수신부(610)를 통해 수신된 자기 신호에 의해 약물 충전을 위한 제1 제어 신호 및 약물 토출을 위한 제2 제어 신호를 생성하고, 생성된 제1 제어 신호를 주입 밸브(120)로 출력하며, 생성된 제2 제어 신호를 유출 밸브(130)로 출력한다. 즉, 제1 제어부(630)는, 자기 신호에 의해 지정된 순서에 따라 주입 밸브(120)의 코일 및 유출 밸브(130)의 코일에 전압을 인가하는데, 격막 챔버(110) 내 약물 충전을 위하여 코일에 주입 밸브(120)의 전압을 인가하여 플런지를 이동시키고, 격막 챔버(110) 내 충전된 약물의 토출을 위하여 유출 밸브(130)의 코일에 전압을 인가하여 플런지를 이동시킬 수 있다. 이 때, 제1 제어부(630)는, 자기 신호에 의해 주입 밸브(120) 및 유출 밸브(130)에 전압이 인가되는 시간 및 인가되지 않는 시간을 조정하여 약물이 체내에 안전하게 공급되도록 할 수 있다.

제1 제어부(630)는, 자기 스위치가 온 상태인 경우와 오프 상태인 경우의 조합에 의하여 생성된 이진 코드를 복호화하고, 복호화된 정보에 따라 제1 제어 신호 및 제2 제어 신호를 생성하게 된다. 이때, 자기 스위치에 의하여 생성된 이진 코드는 외부 시스템(2000)과 미리 설정해 놓은 통신 규약에 의하여 정해진 코드일 수 있다. 예를 들면, 제1 제어부(630)는, 자기 스위치가 온-오프-온-오프 상태로 전환됨에 따라 이진 코드인 '1010'을 입력받을 수 있고, '1010'이 입력된 경우 외부 시스템(2000)과의 통신이 시작되는 시작 명령으로 해석할 수 있다.

제1 제어부(630)는, 수신부(610)를 통해 자기 신호를 수신한 경우에 부저부(620)를 통하여 수신 여부에 대한 정보를 포함하는 음향 신호를 생성하도록 제어할 수 있다. 예를 들면, 제1 제어부(630)는, 수신부(610)를 통해 자기 방식의 통신이 이루어진 후 약 수초가 경과하면, 부저부(620)를 통하여 자기 통신 관련 확인 신호인 음향 신호를 생성할 수 있다.

또한, 방출 포트(710)는, 유출 밸브(130)를 통하여 토출된 약물을 체내에 주입하는 경로가 된다. 이 때, 최초 약물 주입 시 방출 포트(710) 내 경로에 공기가 채워져 있는 경우 체내에 공기가 주입될 수 있으므로, 방출 접근 포트를 통하여 식염수를 경로 내에 채운 후, 약물을 주입함으로써 체내에 공기가 주입되는 위험을 방지할 수 있다.

한편, 전원부(800)는, 수신부(610), 부저부(620) 및 제1 제어부(630)로 전원을 공급한다. 여기서, 전원부(800)는, 체내 이식에 적합한 하이브리드 음극(Hybrid cathode)을 갖는 리튬(Lithium) 배터리일 수 있다.

또한, 체내 이식 시스템(1000)은, 도 5에 도시된 바와 같은 전자 삼투 펌프를 구비할 수 있으며, 이 경우, 격막 챔버(110), 주입 밸브(120) 및 유출 밸브(130)는 멤브레인(190), 멤브레인(190)의 양측에 각각 마련된 제1 전극(170) 및 제2 전극(180)로 치환될 수 있으며, 제1 전극(170) 및 제2 전극(180)은 제1 제어부(630)에 연결된다.

제1 전극(170) 및 제2 전극(180)은, 약물 저장부(300)에 연결된 주입구(150) 및 유출 포트(710)에 연결된 유출구(160)에 접하도록 각각 마련되며, 다공성 탄소로 이루어질 수 있다. 또한, 제1 전극(170) 및 제2 전극(180)은, 도 5에 도시된 바와 같이 멤브레인(190)에 의하여 이들 사이의 일정한 간격이 유지되고, 약물의 이동을 허용하도록 다공성 재질 또는 구조로 형성된다.

또한, 제1 전극(170) 및 제2 전극(180)은, 제1 제어부(630)로부터 전원을 공급받아 이온이 이동됨에 따른 전기화학 반응을 일으킨다. 이때, 제1 제어부(630)는, 제1 전극(170) 및 제2 전극(180)에 공급되는 전압의 극성을 설정된 시간마다 전환하여 인가할 수 있다.

멤브레인(190)은, 약물 저장부(300)에 연결된 유입구(150)와 유출 포트(710)에 연결된 유출구(160) 사이에 설치되며, 약물의 이동을 허용하도록 다공성 재질 또는 구조로 형성된다.

즉, 제1 제어부(630)에 의하여 제1 전극(170) 및 제2 전극(180) 사이에 전압 차가 발생하면, 산화환원 반응이 일어남에 따라 이온이 이동되면서 약물을 이동시키는 펌핑력을 제공하게 된다.

양방향 통신을 지원하는 체내 이식형 약물 주입 시스템 중 체외 시스템(2000)은, 송신부(2100), 제2 제어부(2200) 및 감지부(2300)를 포함할 수 있다.

송신부(2100)는, 제2 제어부(2200)의 제어에 의하여 수신부(610)에서 수신 가능한 자기 신호를 생성한다. 송신부(2100)는, 태블릿, 단말기 등의 체외 시스템(2000)에 장착되는 자기장 통신 안테나를 포함할 수 있으며, 자기장 통신 안테나를 통하여 증폭된 교류 전류가 흐름에 따라 자기장이 활성화될 수 있다. 즉, 송신부(2100)는, 전류의 인가 여부에 따라 자기 신호를 활성화하거나 비활성화하는 전자석 또는 자기장 통신 안테나인 것이 바람직하나 이에 한정되지 않는다.

제2 제어부(2200)는, 제1 제어부(630)와 미리 설정해 놓은 통신 규약, 즉, 제1 제어부(630)가 자기 신호, 예를 들면, 수신부(610)의 자기 스위치에 의한 전류의 온 및 오프에 따른 신호를 디코딩하는 규약에 대응하는 인코딩 규약에 따라 사용자가 입력하거나 미리 설정된 명령을 인코딩한 후, 인코딩된 명령에 의해 송신부(2100)를 제어하여 자기 신호를 생성하게 된다.

송신부(2100)는, 제2 제어부(2200)의 제어에 따라 전자석 또는 자기장 통신 안테나를 이용하여 일정한 간격으로 또는 일정 시간을 기준으로 자기장을 활성화하거나 비활성화하게 된다. 이와 같이 활성화 또는 비활성화된 자기장에 의하여 수신부(610)의 자기 스위치가 반응하게 된다.

감지부(2300)는, 부저부(620)에서 출력된 음향 신호를 감지하는 마이크 및 마이크를 통해 수신된 신호를 웨이브 파일 형식(Wave file format) 등으로 기록하는 기록매체를 포함할 수 있다. 감지부(2300)는, 부저부(620)에서 출력된 음향 신호를 감지하고, 감지한 음향 신호를 제2 제어부(2200)에 전달하거나, 기록된 웨이브 파일을 제2 제어부(2200)에 전달한다.

제2 제어부(2200)는, 음향 신호를 복조하고 디코딩하여 체내 이식 시스템(1000)의 상태 정보를 추출한다. 즉, 제2 제어부(2200)는, 부저부(620)의 음향 신호를 생성하는 데 사용된 인코딩 알고리즘에 대응하는 디코딩 알고리즘, 예를 들면, 비터비 복호화 알고리즘을 이용하여 음향 신호를 분석하고, 이를 통하여 체내 이식 시스템(1000)의 상태가 정상적인지 여부를 파악할 수 있다.

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 양방향 통신을 지원하는 체내 이식형 약물 주입 펌프의 동작을 설명하기 위한 동작흐름도로, 도 2 내지 도 6을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 의한 양방향 통신을 지원하는 체내 이식형 약물 주입 시스템의 동작에 대하여 설명하면 다음과 같다.

먼저, 제1 제어부(630)는, 미리 설정된 주입 밸브(120)의 개방 시간(Inlet solenoid opening time) 동안 소정의 전압을 주입 밸브(120) 내 코일에 인가하여, 약물 저장부(300) 내 약물이 격막 챔버(110) 내에 충전되도록 제어한다(S100).

한편, 격막 챔버(110) 내 약물의 충전을 위하여 제1 제어부(630)가 제1 제어 신호에 해당하는 전압을 인가하는 시간은 약 1초 내지 3초 정도로, 격막 챔버(110) 내 약물의 잔류량에 따라 전압을 인가하는 시간이 조정될 수 있으며, 제1 제어부(630)은 이와 같은 인가 시간 조정을 통하여 격막 챔버(110) 내에 항상 정량의 약물이 충전될 수 있도록 한다.

이후에, 제1 제어부(630)는, 주입 밸브(120)에 전압을 인가하는 것을 종료하고, 미리 설정된 중간 지연 시간(Middle delay time) 동안 유출 밸브(130)에 전압을 인가하지 않음으로써 격막 챔버(110) 내에 충전된 약물이 안정화될 수 있도록 한다(S200).

다음에, 제1 제어부(630)는, 미리 설정된 유출 밸브(130)의 개방 시간(Outlet solenoid opening time) 동안 전압을 유출 밸브(130) 내 코일에 인가하여, 격막 챔버(110) 내에 충전된 약물이 유출 밸브(130)를 통하여 토출되도록 제어한다(S300).

즉, 격막 챔버(110)에 연결된 주입 밸브(120)가 폐쇄되어 격막 챔버(110) 내에 약물이 충전되지 않고, 방출 포트(710)에 연결된 유출 밸브(130)가 개방되어 격막 챔버(110)의 복원 탄성력에 의하여 격막 챔버(110) 내에 충전된 약물이 체내로 토출된다.

한편, 격막 챔버(110) 내 약물의 토출을 위하여 제1 제어부(630)가 전압을 인가하는 시간은 약 수십 μ초 정도로, 1회에 투여해야 하는 약물의 양에 따라 전압을 인가하는 시간이 조정될 수 있으며, 제1 제어부(630)는 이와 같은 인가 시간 조정을 통하여 체내에 항상 정량의 약물이 주입될 수 있도록 한다. 다시 말하면, 격막 챔버(110) 내 약물의 잔량이 변함에 따라 약물 토출 속도의 변화가 있을 수 있으므로, 격막 챔버(110) 내 약물 중 일부만 토출될 수 있도록 전압을 인가하는 시간을 조정하는 것이 바람직하다.

이후에, 제1 제어부(630)는, 유출 밸브(130)에 전압을 인가하는 것을 종료하고, 미리 설정된 휴지 시간(Idle time) 동안 주입 밸브(120)에 전압을 인가하지 않으며, 휴지 시간 이후에 전압을 주입 밸브(120)에 인가하는 단계(S100)로 진행함으로써 격막 챔버(110) 내에 충전된 약물을 일정한 주기로 체내에 주입하게 된다(S400).

즉, 하루에 3회 체내에 주입되어야 하는 약물의 경우에는 앞서 기술한 주입 밸브(120)의 개방 시간, 중간 지연 시간, 유출 밸브(130)의 개방 시간 및 휴지 시간을 더한 값이 8시간이 되도록 제어할 수 있으며, 주입 밸브(120)의 개방 시간, 중간 지연 시간 및 유출 밸브(130)의 개방 시간이 각각 길어야 수초 내외인 것을 감안하면 휴지 시간은 8시간에 가까운 긴 시간이 될 수 있다.

주입 밸브(120)의 개방 단계(S100) 및 유출 밸브(130)의 개방 단계(S200)가 실질적으로 주입 밸브(120) 및 솔레노이드 유출 밸브(130)를 동작시키는 구간이며, 이 구간 중에 포화 시간(Saturation time)을 경과하면 약물이 정량으로 토출된다. 이와 같은 포화 시간의 최소값을 구하고 이를 이용하여 제1 제어부(630)의 주입 밸브(120)의 코일 및 유출 밸브(130)의 코일에 전압을 인가하는 시간을 조정하면, 주입 밸브(120) 및 유출 밸브(130)의 동작 시간을 단축시키는 것이 가능하다.

도 7 및 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 양방향 통신을 지원하는 체내 이식형 약물 주입 펌프 시스템을 나타낸 도면으로, 이에 대하여 설명하면 아래와 같으며, 이전의 체내 이식형 약물 주입 시스템에 대한 설명과 중복되는 구성요소는 편의상 생략한다.

격막 챔버(110), 주입 밸브(120) 및 유출 밸브(130)를 포함하는 펌핑부(100) 또는 전자삼투펌프는, 상부 커버(400) 및 중간 커버(500) 사이에 형성된 제2 수납 공간에 배치되며, 약물 저장부(300)에 저장된 약물, 예를 들면, 몰핀과 같이 극소량으로 체내에 주입되어야 하는 약물을 체내로 주입하기 위한 동력을 제공한다.

하부 커버(200)는, 바닥면과 측면을 구비하고 상면이 개방되어 제1 수납 공간을 정의하는 형태로, 제1 수납 공간 내부에 약물 저장부(300)가 안착될 수 있다. 또한, 하부 커버(200)는, 펌핑부(100)와 방출 포트(710) 사이를 연결하기 위한 경로를 형성하는 모듈형 관(511)이 지나갈 수 있는 홀(210)이 형성될 수 있다. 이때, 하부 커버(200)는, 생체적합성이 우수한 스테인레스 또는 티타늄 합금을 이용한 소재로 이루어질 수 있다.

상부 커버(400)는, 상면과 측면을 구비하고 하면이 개방되어 제2 수납 공간을 정의하는 형태로, 제2 수납 공간에 펌핑부(100) 또는 전자삼투펌프, 수신부(610), 부저부(620), 제1 제어부(630) 및 전원부(800) 등이 배치될 수 있다. 이때, 상부 커버(400)는, 약물 저장부(300)의 저장용 주입구(310)를 통하여 약물을 공급받을 수 있도록 제2홀(410)을 구비하고, 혼입 방지용 액체를 공급받을 수 있도록 프라이밍 홀(420)을 구비할 수 있다. 상부 커버(400)는, 생체적합성이 우수한 스테인레스 또는 티타늄 합금을 이용한 소재로 이루어질 수 있다.

여기서, 하부 커버(200) 및 상부 커버(300)는, 레이저 접합 등의 공정으로 상호 접합되어 밀봉 구조를 이루게 된다.

중간 커버(500)는, 하부 커버(200) 및 상부 커버(400) 사이에 배치되어 제1 수납 공간과 제2 수납 공간을 구분하고, 약물 저장부(300)와 주입 밸브(120) 간의 경로 및 펌핑부(100)와 방출 포트(710) 간 제2 경로를 포함하는 연결 모듈(510)이 형성된다. 이때, 중간 커버(500)에는, 상부 커버(400)의 제2홀(410) 및 약물 저장부(300)의 저장용 주입구(310)를 연결하기 위한 주입 경로(520)가 형성될 수 있다. 중간 커버(500)는, 생체적합성이 우수한 스테인레스 또는 티타늄 합금을 이용한 소재로 이루어질 수 있다.

또한, 연결 모듈(510)은, 프라이밍 홀(420)을 통하여 공급된 액체가 투입될 수 있도록 형성된 프라이밍 포트(512)를 포함할 수 있다.

케이스(700)는, 하부 커버(200)가 안착되고 상부 커버(400)는 노출되는 형태의 상부 개방형 하우징으로, 측면 하부에는 체내 조직에 밀착되는 앵커(720)가 형성된다. 또한, 케이스(700)는, 측면에 방출 포트(710)를 포함하는데, 방출 포트(710)는 유출 밸브(130)를 통하여 토출된 약물을 체내에 주입하는 경로가 된다. 이때, 최초 약물 주입 시 방출 포트(710)에 연결된 경로에 공기가 채워져 있는 경우 체내에 공기가 주입될 수 있으므로, 프라이밍 포트(512)를 통하여 식염수 등 액체를 방출 포트(710)에 연결된 경로 내에 채운 후, 약물을 주입함으로써 체내에 공기가 주입되는 위험을 방지할 수 있다.

이때, 케이스(700) 중 방출 포트(710)를 제외한 부분은 폴리카보네이트(Polycarbonate, PC) 등으로 이루어지는 것이 앵커(720)의 형성에 유리하며, 약물이 도통하는 방출 포트(710)는 생체적합성이 우수한 스테인레스 또는 티타늄 합금을 이용한 소재로 이루어질 수 있다.

이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 도면에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 얼마든지, 치환, 변경 및 변형이 가능하다는 것은 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 명백할 것이다.

110: 격막 챔버
120: 주입 밸브
130: 유출 밸브
300: 약물 저장부
610: 수신부
620: 부저부
630: 제1 제어부
800: 전원부
1000: 체내 이식 시스템
2000: 외부 시스템
2100: 송신부
2200: 제2 제어부
2300: 감지부

Claims

주입 밸브 및 유출 밸브에 전압이 인가되는 시간 및 인가되지 않는 시간의 길이에 대한 설정을 위한 자기 신호를 수신하는 수신부;
음향 신호를 생성하는 부저부;
약물이 충전되는 격막 챔버;
제1 제어 신호에 의하여 주입구와 상기 격막 챔버 간 경로를 개방하는 주입 밸브;
제2 제어 신호에 의하여 유출구와 상기 격막 챔버 간 경로를 개방하는 유출 밸브; 및
상기 수신부를 통해 수신된 자기 신호에 의해 약물 충전을 위한 상기 제1 제어 신호 및 약물 토출을 위한 상기 제2 제어 신호를 생성하고, 생성된 상기 제1 제어 신호를 상기 주입 밸브로 출력하며, 생성된 상기 제2 제어 신호를 상기 유출 밸브로 출력하는 제1 제어부를 포함하고,
상기 제1 제어부는, 상기 수신부를 통해 자기 신호를 수신함에 따라 음향 신호를 생성하도록 상기 부저부를 제어하는 양방향 통신을 지원하는 체내 이식형 약물 주입 펌프.
청구항 1에 있어서,
상기 수신부는,
자기 신호에 의하여 온/오프되는 자기 스위치이고,
상기 제1 제어부는,
상기 자기 스위치에 의한 전류의 온/오프에 따른 신호를 디코딩하고, 디코딩된 결과에 따라 상기 제1 제어 신호 및 상기 제2 제어 신호를 생성하는 양방향 통신을 지원하는 체내 이식형 약물 주입 펌프.
약물을 저장하는 약물 저장부;
주입 밸브 및 유출 밸브에 전압이 인가되는 시간 및 인가되지 않는 시간의 길이에 대한 설정을 위한 자기 신호를 수신하는 수신부;
음향 신호를 생성하는 부저부;
약물이 충전되는 격막 챔버;
제1 제어 신호에 의하여 상기 약물 저장부에 연결된 주입구와 상기 격막 챔버 간 경로를 개방하는 주입 밸브;
제2 제어 신호에 의하여 유출구와 상기 격막 챔버 간 경로를 개방하는 유출 밸브;
상기 수신부를 통해 수신된 자기 신호에 의해 약물 충전을 위한 상기 제1 제어 신호 및 약물 토출을 위한 상기 제2 제어 신호를 생성하고, 생성된 상기 제1 제어 신호를 상기 주입 밸브로 출력하며, 생성된 상기 제2 제어 신호를 상기 유출 밸브로 출력하는 제1 제어부; 및
상기 유출구와 연결되어 약물을 체내로 방출하는 방출 포트를 포함하고,
상기 제1 제어부는, 상기 수신부를 통해 자기 신호를 수신함에 따라 음향 신호를 생성하도록 상기 부저부를 제어하는 양방향 통신을 지원하는 체내 이식형 약물 주입 시스템.
청구항 3에 있어서,
상기 수신부는,
자기 신호에 의하여 온/오프되는 자기 스위치이고,
상기 제1 제어부는,
상기 자기 스위치에 의한 전류의 온/오프에 따른 신호를 디코딩하고, 디코딩된 결과에 따라 상기 제1 제어 신호 및 상기 제2 제어 신호를 생성하는 양방향 통신을 지원하는 체내 이식형 약물 주입 시스템.
청구항 4에 있어서,
상기 수신부에 의해 수신되는 자기 신호를 활성화 및 비활성화하는 송신부;
상기 제1 제어부의 상기 자기 스위치에 의한 전류의 온/오프에 따른 신호를 디코딩하는 규약에 대응하는 인코딩 규약에 따라 상기 제1 제어부를 제어하는 명령을 인코딩하고, 인코딩된 명령에 따라 상기 송신부가 자기 신호를 활성화 및 비활성화하도록 제어하는 제2 제어부; 및
상기 부저부에서 생성된 음향 신호를 감지하는 감지부를 더 포함하고,
상기 제2 제어부는, 상기 감지부에서 감지된 음향 신호를 분석하여 상기 제1 제어부의 자기 신호 수신 여부를 확인하는 양방향 통신을 지원하는 체내 이식형 약물 주입 시스템.
주입 밸브 및 유출 밸브에 전압이 인가되는 시간 및 인가되지 않는 시간의 길이에 대한 설정을 위한 자기 신호에 의해 약물 주입량을 제어하는 제1 제어부 및 상기 자기 신호의 수신에 따른 음향 신호를 생성하는 부저부를 포함하는 체내 이식형 약물 주입 시스템에 있어서,
상기 자기 신호를 활성화 및 비활성화하는 송신부;
상기 제1 제어부가 상기 자기 신호를 디코딩하는 규약에 대응하는 인코딩 규약에 따라 상기 제1 제어부를 제어하는 명령을 인코딩하고, 인코딩된 명령에 따라 상기 송신부가 자기 신호를 활성화 및 비활성화하도록 제어하는 제2 제어부; 및
상기 부저부에서 생성된 음향 신호를 감지하는 감지부를 포함하고,
상기 제2 제어부는, 상기 감지부에서 감지된 음향 신호를 분석하여 상기 제1 제어부의 자기 신호 수신 여부를 확인하는 양방향 통신을 지원하는 체내 이식형 약물 주입 시스템.
약물을 저장하는 약물 저장부;
주입 밸브 및 유출 밸브에 전압이 인가되는 시간 및 인가되지 않는 시간의 길이에 대한 설정을 위한 자기 신호를 수신하는 수신부;
음향 신호를 생성하는 부저부;
멤브레인, 상기 멤브레인의 양측에 각각 마련된 제1 전극 및 제2 전극을 포함하는 전자삼투펌프;
상기 수신부를 통해 수신된 자기 신호에 의해 약물 충전을 위한 전압을 상기 약물 저장부에 연결된 상기 제1 전극으로 인가하고, 약물 토출을 위한 전압을 상기 제2 전극으로 인가하는 제1 제어부; 및
상기 제2 전극과 연결되어 약물을 체내로 방출하는 방출 포트를 포함하고,
상기 제1 제어부는, 상기 수신부를 통해 자기 신호를 수신함에 따라 음향 신호를 생성하도록 상기 부저부를 제어하는 양방향 통신을 지원하는 체내 이식형 약물 주입 시스템.
청구항 7에 있어서,
상기 수신부는,
자기 신호에 의하여 온/오프되는 자기 스위치이고,
상기 제1 제어부는,
상기 자기 스위치에 의한 전류의 온/오프에 따른 신호를 디코딩하고, 디코딩된 결과에 따라 상기 제1 전극 또는 상기 제2 전극에 전압을 인가하는 양방향 통신을 지원하는 체내 이식형 약물 주입 시스템.
청구항 8에 있어서,
상기 수신부에 의해 수신되는 자기 신호를 활성화 및 비활성화하는 송신부;
상기 제1 제어부의 상기 자기 스위치에 의한 전류의 온/오프에 따른 신호를 디코딩하는 규약에 대응하는 인코딩 규약에 따라 상기 제1 제어부를 제어하는 명령을 인코딩하고, 인코딩된 명령에 따라 상기 송신부가 자기 신호를 활성화 및 비활성화하도록 제어하는 제2 제어부; 및
상기 부저부에서 생성된 음향 신호를 감지하는 감지부를 더 포함하고,
상기 제2 제어부는, 상기 감지부에서 감지된 음향 신호를 분석하여 상기 제1 제어부의 자기 신호 수신 여부를 확인하는 양방향 통신을 지원하는 체내 이식형 약물 주입 시스템.