KR101125732B1

KR101125732B1 - 압력 이중 감지에 의한 주사속도 자동 조절형 반자동 약물 주입기 및 그를 이용한 약물 주입방법

Info

Publication number: KR101125732B1
Application number: KR1020110109833A
Authority: KR
Inventors: 문창수; 김송림
Original assignee: 문창수
Priority date: 2011-10-26
Filing date: 2011-10-26
Publication date: 2012-03-27
Also published as: WO2013062225A1

Abstract

본 발명에 따른 압력 이중 감지에 의한 주사속도 자동 조절형 반자동 약물 주입기 및 그를 이용한 약물 주입방법은 의약분야에서 각종 약물을 생체에 주입하기 위해 사용되는 주사기의 수동조작이 사용자의 누름동작과 실시간으로 연동되어 구동되는 액추에이터에 의한 반자동 조작으로 대체되도록 하여 약물의 생체 주입이 안정되고 원활하게 수행될 수 있고, 사용자의 조작버튼 누름 압력과 함께 약물의 주입에 대한 생체 조직의 저항으로 발생되는 역압력(back pressure)이 동시에 실시간으로 센싱되면서 누름 압력과 역압력과 연동되어 약물의 주사속도가 조절되도록 하여 무통 주사가 이루어지는 한편, 기기의 손상도 방지되는 특징이 있다. 이를 위하여 본 발명은 유체가 수용된 유체용기가 삽입되는 개방된 단부를 갖는 케이싱과; 케이싱 내부에 설치되는 액추에이터와; 액추에이터와 접속하여 직선이동하고, 직선이동하는 선단부가 유체용기 내부에 위치되어 유체용기 내부의 유체가 주사되도록 하는 구동체와; 케이싱 표면에 돌출형성되는 조작버튼과; 조작버튼과 접속하여 누름 압력을 감지하는 제1압력센서와; 구동체 후단부와 접속하여 구동체에 작용하는 역압력(back-pressure)을 감지하는 제2압력센서 및; 제1압력센서와 제2압력센서로부터 누름 압력과 역압력을 입력받고, 입력된 누름 압력과 역압력에 따라 액추에이터의 작동을 제어하는 컨트롤러를 포함하는 구성으로 이루어진다.

Description

압력 이중 감지에 의한 주사속도 자동 조절형 반자동 약물 주입기 및 그를 이용한 약물 주입방법{A medical liquid injector automatic controlling injecting speed by double sensing of pressure and medical liquid injecting method thereof}

본 발명은 의약분야나 생물학 분야에서 각종 약물, 약품, 혈액 등을 인체나 생명체의 생체에 주입하기 위해 사용될 수 있고, 특히 마취나 약물주입을 위해 치과 분야에서 사용되는 덴탈 시린지(dental syringe)에 적용되어 무통 주사가 이루어질 수 있도록 하는 압력 이중 감지에 의한 주사속도 자동 조절형 반자동 약물 주입기 및 그를 이용한 약물 주입방법에 관한 것이다.

주사기(syringe)는 의약분야에서 치료를 목적으로 각종 약물, 약품, 혈액 등을 사람이나 동물의 생체에 주입하기 위해 사용하거나, 생물학 분야에서 연구나 실험을 목적으로 인체나 생명체의 생체에 각종 약물이나 약품 등을 주입하기 위해 사용되는 기구이다.

여기서, 통상적으로 이용되는 주사기는 선단에 위치한 니들(needle)이 생체의 해당 부위에 삽입된 후, 후단에 위치한 피스톤이 사용자의 손으로 눌러지면서 주사기 내부의 약물이 생체 내부로 주입되도록 한다.

그런데, 약물의 주입이 사용자가 피스톤을 직접 손으로 누르는 동작에 의해 이루어짐에 따라, 사용자의 손 떨림이나 피스톤을 누르는 힘을 제대로 조절하지 못하여 약물의 주입이 불안정해지고, 손 떨림에 의한 주사기의 흔들림이나 조작실수에 의한 피스톤 누름 압력의 과도한 증대 등으로 주사기의 니들이 삽입된 생체 부위가 손상되는 현상이 발생될 여지가 있었다. 이를 방지하기 위해서는 사용자가 주사 동작에 대한 고도의 숙련도를 획득해야 하는 불편함과 번거로움이 있었다.

한편, 생체 내부로 삽입된 주사기의 니들이 골 조직 등에 의해 폐색되거나, 생체 내부로 주입되는 약물이 생체 조직의 저항에 의해 일정크기 이상의 반작용력을 받는 과정에서 계속적인 주사기의 누름동작이 수행될 경우, 해당 생체 조직에 통증이 발생하게 된다. 또한, 사용자가 순간적으로 피스톤을 과도하게 눌러 약물의 주입속도가 갑자기 증대될 경우에도 생체 조직에 통증이 발생될 수 있다.

특히, 인체 중에서도 단단한 조직으로 이루어진 치아 조직과 구강 조직을 다루는 치과 분야에서는 마취나 약물주입을 위한 덴탈 시린지(dental syringe)의 사용과정에서 낮은 숙련도나 각종 돌발 변수에 의해 생체의 통증이 유발되는 경우가 많았다.

따라서, 이를 개선하여 약물이 생체 주입이 자동으로 이루어질 수 있도록 하는 주사기가 개발되고 있는데, 이와 관련한 기술로는 대한민국 공개특허공보 공개번호 제10-2011-0010044호 "전자식 주사기", 공개번호 제10-2006-0121916호 "압력 감지를 이용한 조직 식별용 약물 주입 장치", 공개번호 제10-2003-0066727호 "전자 제어 유니트를 갖는 펜형 주사기" 등이 안출되어 있다.

한편, 대한민국 등록특허공보 등록번호 제10-0737441호 "전동 주사기"는 도 1에서와 같이 통공(11)과 나선부(12)를 형성한 하부캡(10), 하부캡(10)의 내부에 삽입되어 주사 바늘(21)이 통공(11)에 삽입되도록 하는 실린지(20), 하부캡(10)에 체결되며 내부에 컨트롤러(31)와 배터리(32)를 내장하고 모우터(33)의 구동축(33a)에 너트부(35)를 고정하되 이의 내부에 직선 이동되는 이송 로드(37)의 선단에 피스톤(34)을 설치한 중앙 몸체(30), 중앙 몸체(30)에 체결되고 컨트롤러(31)에 연결되는 누름 버튼(41)과 회전노브(42)를 설치한 상부 몸체(40)로 구성된다.

이와 같은 상기 "전동 주사기"는 누름 버튼(41)과 회전노브(42)를 조작하여 모우터(33) 출력을 조절함으로써 주사량과 주사 속도가 적절하게 설정될 수 있도록 하는데, 버튼 조작에 따라 약액이 설정된 상태로 자동 주사되는 것임에 따라 약물이 주입되는 생체 조직의 특성이나 약물 주입 과정에서 발생되는 생체 변화나 돌발 변수에 적절하게 실시간으로 대응할 수 없는 문제점이 있었다.

또한, 상기 "전동 주사기"는 생체 내부로 삽입된 주사기의 주사 바늘이 골 조직 등에 의해 폐색되거나, 생체 내부로 주입되는 약물이 생체 조직의 저항에 의해 일정크기 이상의 반작용력을 받게 되는 것을 검출할 수 없어 해당 생체조직에 통증이 유발되는 것을 막을 수 없었다.

따라서 본 발명은 이와 같은 종래 기술의 문제점을 개선하여, 사용자의 누름동작과 실시간으로 연동되어 구동되는 액추에이터에 의한 반자동 조작으로 주사기의 수동조작이 대체되도록 하여 약물의 생체 주입이 안정되고 원활하게 수행될 수 있는 새로운 형태의 압력 이중 감지에 의한 주사속도 자동 조절형 반자동 약물 주입기 및 그를 이용한 약물 주입방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 주사기의 수동조작이 사용자의 조작버튼 누름 압력과 함께 약물의 주입에 대한 생체 조직의 저항으로 발생되는 역압력(back pressure)이 동시에 실시간으로 센싱되면서 누름 압력과 역압력과 연동되어 약물의 주사속도가 조절되도록 하여 무통 주사가 이루어지는 한편, 기기의 손상도 방지될 수 있는 새로운 형태의 압력 이중 감지에 의한 주사속도 자동 조절형 반자동 약물 주입기 및 그를 이용한 약물 주입방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 의하면, 본 발명은 유체가 수용된 유체용기가 삽입되는 개방된 단부를 갖는 케이싱과; 상기 케이싱 내부에 설치되는 액추에이터와; 상기 액추에이터와 접속하여 직선이동하고, 직선이동하는 선단부가 상기 유체용기 내부에 위치되어 상기 유체용기 내부의 유체가 주사되도록 하는 구동체와; 상기 케이싱 표면에 돌출형성되는 조작버튼과; 상기 조작버튼과 접속하여 누름 압력을 실시간으로 감지하는 제1압력센서와; 상기 구동체 후단부와 접속하여 상기 구동체에 작용하는 역압력(back-pressure)을 실시간으로 감지하는 제2압력센서 및; 상기 제1압력센서와 제2압력센서로부터 누름 압력과 역압력을 동시에 실시간으로 입력받고, 입력된 누름 압력과 역압력에 연동되어 유체가 주사되는 유량이 실시간으로 조절되도록 상기 액추에이터의 작동을 실시간 제어(real-time control)하는 컨트롤러를 포함하는 압력 이중 감지에 의한 주사속도 자동 조절형 반자동 약물 주입기를 제공한다.

삭제

이와 같은 본 발명에 따른 압력 이중 감지에 의한 주사속도 자동 조절형 반자동 약물 주입기에서 상기 조작버튼과 접속하고, 상기 조작버튼의 누름동작을 검출하여 온-오프 동작하는 온오프 스위치가 더 구비되어, 상기 제1압력센서는 상기 온오프 스위치의 온(on) 동작에 따라 활성화되도록 한다.

이와 같은 본 발명에 따른 압력 이중 감지에 의한 주사속도 자동 조절형 반자동 약물 주입기에서 상기 컨트롤러는 수동 주사기의 누름동작에 따른 약물 주사를 모사하는 누름동작 모사 알고리즘에 의해 제어되는 제어 드라이브를 구비하고, 상기 제어 드라이브는 상기 제1압력센서로부터 입력되는 누름 압력의 크기와 유체가 주사되는 유량이 서로 비례하도록 상기 액추에이터를 제어하게 된다.

이와 같은 본 발명에 따른 압력 이중 감지에 의한 주사속도 자동 조절형 반자동 약물 주입기에서 상기 컨트롤러의 제어 드라이브는 사용자의 손 떨림이나 외란이 제거되도록 하는 노이즈 제거 알고리즘에 의해 제어된다.

이와 같은 본 발명에 따른 압력 이중 감지에 의한 주사속도 자동 조절형 반자동 약물 주입기에서 상기 제어 드라이브는 상기 제2압력센서로부터 입력되는 역압력의 크기가 설정된 임계값 이상일 때 상기 액추에이터의 작동을 정지시키는 역압력 대응 알고리즘이 상기 누름동작 모사 알고리즘과 연동되도록 한다.

이와 같은 본 발명에 따른 압력 이중 감지에 의한 주사속도 자동 조절형 반자동 약물 주입기에서 상기 제1압력센서와 제2압력센서는 필름(film) 형상의 필름 센서로 이루어진다.

이와 같은 본 발명에 따른 압력 이중 감지에 의한 주사속도 자동 조절형 반자동 약물 주입기에서 상기 액추에이터는 모터축의 회전속도, 토크가 제어되면서 구동되는 구동모터와; 상기 구동모터의 모터축에 결합되는 구동 기어를 포함하는 구성이되, 상기 구동체는 중공형 원통체 형상으로 이루어지고, 길이방향으로 직선형 슬릿이 형성된 하우징과; 상기 구동 기어와 맞물리며 회전하게 되고, 암나사가공된 관통홀이 중앙부에 형성된 종동 기어와; 외주면이 수나사가공되어 상기 종동 기어의 관통홀을 관통하여 상기 종동 기어와 물림 결합되고, 상기 하우징의 직선형 슬릿에 이동가능하게 끼워지는 거리감지용 핀이 돌출형성된 이동 로드와; 상기 이동 로드의 선단에 결합되어 상기 유체용기 내부로 삽입되는 피스톤을 포함하여, 상기 구동모터의 구동에 의해 상기 피스톤의 길이방향 직선이동이 유도되면서 상기 거리감지용 핀에 의해 상기 피스톤의 이동상태가 표시되도록 한다.

이와 같은 본 발명에 따른 압력 이중 감지에 의한 주사속도 자동 조절형 반자동 약물 주입기에서 상기 유체용기가 수용되는 수용공간이 형성되고, 상부면이 개방된 바닥체와; 상기 바닥체와 힌지결합되어 상기 바닥체의 개방된 상부면을 개폐시키게 되고, 끼움홈이 상부 표면에 경사지게 형성되어 상기 케이싱이 경사지게 고정되는 덮개로 이루어진 지지 베이스가 더 구비될 수 있다.

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 특징에 의하면, 본 발명은 조작버튼에 의해 조작되고 컨트롤러에 의해 제어되는 액추에이터와 연결된 구동체가 유체가 수용된 유체용기 내부에서 피스톤 운동하여 유체의 주사를 유도하고, 상기 조작버튼과 접속하는 제1압력센서 및 상기 구동체 후단부와 접속하는 제2압력센서가 설치되는 약물 주입기를 구비하되, 사용자에 의해 수행되는 상기 조작버튼 누름동작으로부터 발생되는 누름 압력을 상기 제1압력센서를 통해 실시간으로 감지하여 상기 컨트롤러로 실시간으로 입력하는 한편, 상기 구동체에 작용하는 역압력(back-pressure)을 상기 제2압력센서를 통해 실시간으로 감지하여 상기 컨트롤러로 실시간으로 입력하는 단계와; 상기 컨트롤러가 사용자의 누름동작에 따른 약물 주사를 모사하는 누름동작 모사 알고리즘을 통해 실시간으로 입력되는 누름 압력에 비례하는 유량을 실시간으로 산출하여 산출된 유량이 주사되도록 상기 액추에이터의 작동을 실시간 제어(real-time control)하는 단계를 포함하여, 사용자의 누름동작에 의해 약물의 주사가 반자동으로 수행되도록 하되, 실시간으로 입력되는 역압력이 설정된 임계값 이하일 때에는 실시간으로 입력되는 누름 압력에 비례하는 유량이 주사되도록 상기 액추에이터의 작동을 제어하고, 실시간으로 입력되는 역압력이 설정된 임계값을 초과할 때에는 상기 액추에이터의 작동을 정지시키는 것을 특징으로 하는 압력 이중 감지에 의한 주사속도 자동 조절형 반자동 약물 주입기를 이용한 약물 주입방법을 제공한다.

이와 같은 본 발명에 따른 압력 이중 감지에 의한 주사속도 자동 조절형 반자동 약물 주입기를 이용한 약물 주입방법에서 상기 컨트롤러는 노이즈 제거 알고리즘을 통해 실시간으로 입력되는 누름 압력을 분석하여 사용자의 손 떨림에 의해 누름 압력 변동이나 외란에 의한 누름 압력 변동이 제거되도록 한다.

삭제

본 발명에 의한 압력 이중 감지에 의한 주사속도 자동 조절형 반자동 약물 주입기 및 그를 이용한 약물 주입방법에 의하면, 손 떨림이나 외란에 의한 노이즈가 제거되면서 사용자의 누름동작을 모사하여 반자동으로 구동되는 구동체에 의해 약물, 약품 등의 유체가 주사되도록 함에 따라, 약물 생체 주입의 안정성과 안전성이 향상될 수 있어 의료 행위의 신뢰성이 도모되는 효과가 있다. 또한, 주사기 조작에 숙련되지 못한 의료인들도 간편하고 용이하게 주사기 조작을 수행할 수 있게 되는 효과가 있다. 특히, 본 발명은 역압력을 감지하여 구동체의 작동이 정지될 수 있음에 따라, 약물이 주사되는 생체 조직에 통증이 유발되는 현상을 막을 수 있는 한편, 기기의 손상도 방지되는 효과가 있다.

특히, 본 발명은 마취나 약물주입을 위해 치과 분야에서 사용되는 덴탈 시린지(dental syringe)에 적용되어 무통 주사가 이루어질 수 있도록 한다.

도 1은 종래 전동 주사기의 구성을 보여주기 위한 도면;
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 압력 이중 감지에 의한 주사속도 자동 조절형 반자동 약물 주입기의 구성을 보여주기 위한 블록도;
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 압력 이중 감지에 의한 주사속도 자동 조절형 반자동 약물 주입기를 이루는 조작버튼과 제1압력센서의 구성과 작용을 보여주기 위한 도면;
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 압력 이중 감지에 의한 주사속도 자동 조절형 반자동 약물 주입기를 이루는 액추에이터, 구동체, 제2압력센서의 구성과 작용을 보여주기 위한 도면;
도 5와 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 압력 이중 감지에 의한 주사속도 자동 조절형 반자동 약물 주입기를 이루는 구동체의 구성을 보여주기 위한 도면;
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 압력 이중 감지에 의한 주사속도 자동 조절형 반자동 약물 주입기가 제어되는 구성을 보여주기 위한 블록도;
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 압력 이중 감지에 의한 주사속도 자동 조절형 반자동 약물 주입기의 분해 사시도;
도 9와 도 10은 본 발명의 실시예에 따른 압력 이중 감지에 의한 주사속도 자동 조절형 반자동 약물 주입기가 고정되는 지지 베이스의 구성과 작용을 보여주기 위한 도면이다.

이하, 본 발명의 실시예를 첨부된 도면 도 2 내지 도 10에 의거하여 상세히 설명한다. 한편, 도면과 상세한 설명에서 일반적인 주사기, 약물 주입기, 약물 자동주입기 등으로부터 이 분야의 종사자들이 용이하게 알 수 있는 구성 및 작용에 대한 도시 및 언급은 간략히 하거나 생략하였다. 특히 도면의 도시 및 상세한 설명에 있어서 본 발명의 기술적 특징과 직접적으로 연관되지 않는 요소의 구체적인 기술적 구성 및 작용에 대한 상세한 설명 및 도시는 생략하고, 본 발명과 관련되는 기술적 구성만을 간략하게 도시하거나 설명하였다.

도 2는 본 발명에 따른 본 발명에 따른 압력 이중 감지에 의한 주사속도 자동 조절형 반자동 약물 주입기의 기본 구성을 보여주기 위한 블록도이고, 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 압력 이중 감지에 의한 주사속도 자동 조절형 반자동 약물 주입기를 이루는 조작버튼과 제1압력센서의 구성과 작용을 보여주기 위한 도면이며, 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 압력 이중 감지에 의한 주사속도 자동 조절형 반자동 약물 주입기를 이루는 액추에이터, 구동체, 제2압력센서의 구성과 작용을 보여주기 위한 도면이고, 도 5와 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 압력 이중 감지에 의한 주사속도 자동 조절형 반자동 약물 주입기를 이루는 구동체의 구성을 보여주기 위한 도면이다.

도 2 내지 도 6을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 압력 이중 감지에 의한 주사속도 자동 조절형 반자동 약물 주입기(100)는 케이싱(10), 액추에이터(20), 구동체(30), 조작버튼(40), 제1압력센서(50), 제2압력센서(60), 컨트롤러(70)를 구비하여 이루어지는 것으로, 유체용기(1)로 사용되는 주사기(2)를 케이싱(10)의 개방된 선단부에 끼워 주사기(2) 내부의 약물을 생체에 주사하게 된다.

케이싱(10)은 약물 주입기(100)의 외형을 이루는 것으로, 액추에이터(20), 구동체(30), 조작버튼(40), 제1압력센서(50), 제2압력센서(60), 컨트롤러(70)와 같은 구성요소가 배치되는 내부공간을 갖고, 케이싱(10)의 선단부는 이와 같은 내부공간과 연통되어 개방된다. 케이싱(10)의 개방된 선단부에는 유체가 수용된 주사기(2)가 삽입된다. 여기서, 본 발명의 실시예에 따른 압력 이중 감지에 의한 주사속도 자동 조절형 반자동 약물 주입기(100)는 의약분야에 적용되는 것으로서, 유체용기(1)로 약물이 수용되어 있는 주사기(2)나, 약물이 내장되어 있는 앰플이 사용된다.

액추에이터(20)는 케이싱(10) 내부에 설치되는 것으로, 이와 같은 액추에이터(20)로는 공압 실린더, 전동 실린더 등의 실린더형 액추에이터가 사용되거나, 스테핑 모터(stepping motor), 서보 모터 등의 구동모터형 액추에이터가 사용될 수 있다.

여기서, 본 발명의 실시예에 따른 액추에이터(20)는 구동모터(21)와, 구동모터(21)의 모터축에 결합되는 구동 기어(22)를 포함하여 이루어진다.

구동모터(21)는 모터축의 회전속도, 토크가 제어되면서 구동되는 것으로, 스테핑 모터가 사용되고, 구동모터(21)의 정밀한 제어를 위해 속도감지용 엔코더(23)가 구동모터(21)와 결합된다. 여기서, 엔코더(23)는 구동모터(21)의 속도(rpm)를 감지하여 컨트롤러(70)로 입력함으로써 구동모터(21)의 속도가 실시간으로 제어될 수 있도록 한다.

구동체(30)는 액추에이터(20)와 접속하여 직선이동하는 것으로, 직선이동하는 구동체(30)의 선단부가 주사기(2)의 주사액홀더(2b) 내부에 위치되어 주사액홀더(2b) 내부의 유체가 주사되도록 한다.

여기서, 본 발명의 실시예에 따른 구동체(30)는 하우징(31), 종동 기어(32), 이동 로드(33), 피스톤(34)을 구비하여 이루어지고, 액추에이터(20) 하부에 배치된다.

하우징(31)은 중공형 원통체 형상으로 이루어지는 것으로, 길이방향으로 직선형 슬릿(311)이 형성되어 있다.

종동 기어(32)는 액추에이터(20)의 구동 기어(22)와 맞물리며 회전하게 되는 것으로, 이와 같은 종동 기어(32)는 암나사가공된 관통홀이 중앙부에 형성되어 이동 로드(33)가 관통될 수 있도록 한다. 여기서, 종동 기어(32)는 하우징(31)에 회전가능하게 고정된다.

이동 로드(33)는 수나사가공된 외주면을 갖는 바(bar) 형상으로 이루어지는 것으로, 이와 같은 이동 로드(33)는 종동 기어(32)의 중앙부 관통홀을 관통하여 종동 기어(32)와 물림 결합된다. 이로써, 종동 기어(32)와 이동 로드(33)는 볼 스크류 구조를 이루게 된다. 여기서, 이동 로드(33)는 길이방향을 따라 외주면의 일정 영역이 수나사가공되도록 한다. 한편, 이동 로드(33)는 하우징(31)의 직선형 슬릿(311)에 이동가능하게 끼워지는 거리감지용 핀(331)이 후단부에 돌출형성된다.

피스톤(34)은 이동 로드(33)의 선단에 결합되는 것으로, 이와 같은 피스톤(34)은 이동 로드(33)와 일체로 형성될 수도 있고, 이동 로드(33)와 분리되어 결합될 수도 있다. 이와 같은 피스톤(34)은 주사기(2) 내부로 삽입되어 직선이동하게 된다.

상기와 같이 구성되는 구동체(30)는 이동 로드(33)의 거리감지용 핀(331)이 하우징(31)의 직선형 슬릿(311)에 끼워지면서 회전이 제한되므로, 구동모터(21)의 구동 시 구동 기어(22)와 종동 기어(32)의 회전에 따라 이동 로드(33)가 길이방향으로 직선이동하게 되고, 이로써 이동 로드(33) 선단의 피스톤(34)이 길이방향으로 직선이동하면서 피스톤운동하여 주사기(2) 내부에 약물을 외부로 주사하게 된다.

여기서, 거리감지용 핀(331)은 직선형 슬릿(311)을 타고 이동 로드(33)와 일체로 이동하면서 피스톤(34)의 이동상태를 표시하게 되는데, 피스톤(34)의 이동거리는 주사기(2) 내부의 약물이 주사되는 양과 비례하므로, 거리감지용 핀(331)의 위치를 통해 약물이 주사된 양을 확인하게 된다.

조작버튼(40)은 케이싱(10) 표면에 돌출형성되는 것으로, 사용자는 주사기(2)의 약물을 주사할 시 조작버튼(40)을 누르게 된다. 여기서, 조작버튼(40)은 다수개가 구비되어 다기능이 수행될 수 있는데, 제1조작버튼(40a)은 액추에이터(20)를 구동시키기 위한 버튼으로 사용될 수 있고, 제2조작버튼(40b)은 약물 주입기(100)에서 제공하는 각종 기능을 선택하는 모드 선택 버튼으로 사용될 수 있다. 한편, 본 발명의 실시예에 따른 약물 주입기(100)는 조작버튼(40)과 접속하는 온오프 스위치(41)가 케이싱(10) 내부에 구비되도록 하는데, 이와 같은 온오프 스위치(41)는 조작버튼(40)의 누름동작을 검출하여 온-오프 동작하게 된다.

제1압력센서(50)는 조작버튼(40)과 접속하여 누름 압력을 실시간으로 감지하는데, 이와 같은 제1압력센서(50)는 온오프 스위치(41)의 온(on) 동작 시 활성화되어 누름 압력을 실시간으로 감지하고 감지된 누름 압력을 컨트롤러(70)로 입력하게 된다.

제2압력센서(60)는 구동체(30)의 후단부와 접속하여 구동체(30)에 작용하는 역압력(back-pressure)을 실시간으로 감지하는 것이다. 여기서, 본 발명의 실시예에 따른 제2압력센서(60)는 구동체(30)를 이루는 하우징(31)의 후단면에 부착된다. 이에 따라, 주사기(2)의 니들(2a)이 골 조직 등에 의해 폐색되거나, 생체 내부로 주입되는 약물이 생체 조직의 저항에 의해 일정크기 이상의 반작용력을 받게 되면서 발생되는 역압력이 피스톤(34)에 작용하여 피스톤(34)과 연결된 이동 로드(33)와, 이동 로드(33)와 결합된 종동 기어(32) 및, 종동 기어(32)와 결합된 하우징(31)으로 전달될 시 하우징(31)의 후단면에 부착된 제2압력센서(60)가 역압력을 실시간으로 감지하여 이를 컨트롤러(70)에 실시간으로 입력하게 된다.

여기서, 본 발명의 실시예에 따른 제1압력센서(50)와 제2압력센서(60)로는 필름(film) 형상의 필름센서(50a)(60a)가 사용된다.

컨트롤러(70)는 제1압력센서(50)와 제2압력센서(60)로부터 누름 압력과 역압력을 동시에 실시간으로 입력받고, 실시간으로 입력된 누름 압력과 역압력에 연동되어 유체가 주사되는 유량이 실시간으로 조절되도록 액추에이터(20)의 작동을 실시간 제어(real-time control)하게 된다.

여기서, 본 발명의 실시예에 따른 컨트롤러(70)는 제어 드라이브(71)를 구비하여 액추에이터(20)를 이루는 구동모터(21)를 제어하게 되는데, 이와 같은 제어 드라이브(71)는 수동 주사기의 누름동작에 따른 약물 주사를 모사하는 누름동작 모사 알고리즘(711)과, 제2압력센서(60)로부터 입력되는 역압력의 크기가 설정된 임계값 이상일 때 액추에이터(20)를 이루는 구동모터(21)의 작동을 정지시키는 역압력 대응 알고리즘(712) 및, 사용자의 손 떨림이나 외란이 제거되도록 하는 노이즈 제거 알고리즘(713)에 의해 제어된다. 여기서, 제어 드라이브(71)는 누름동작 모사 알고리즘(711)을 통해 제1압력센서(50)로부터 입력되는 누름 압력의 크기와 유체가 주사되는 유량이 서로 비례하도록 구동모터(21)를 제어하게 된다.

도 7은 본 발명의 실시예에 따른 압력 이중 감지에 의한 주사속도 자동 조절형 반자동 약물 주입기가 제어되는 구성을 보여주기 위한 블록도이다.

도 7을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 압력 이중 감지에 의한 주사속도 자동 조절형 반자동 약물 주입기를 이용한 약물 주입방법은 다음과 같다.

먼저, 조작버튼(40)에 의해 조작되고 컨트롤러(70)에 의해 제어되는 액추에이터(20)와 연결된 구동체(30)가 유체가 수용된 유체용기(1) 내부에서 피스톤 운동하여 유체의 주사를 유도하고, 조작버튼(40)과 접속하는 제1압력센서(50)가 설치되는 약물 주입기(100)를 구비한다.

다음으로, 사용자는 약물 주입기(100)의 표면에 돌출형성된 조작버튼(40)을 눌러 약물의 주입이 이루어지도록 하는데, 이와 같이 사용자에 의해 수행되는 조작버튼 누름동작으로부터 발생되는 누름 압력을 제1압력센서(50)를 통해 실시간으로 감지하여 컨트롤러(70)로 실시간으로 입력하게 된다. 여기서, 조작버튼(40)을 누르는 동작과 약물의 주입은 수동 주사기에서와 같이 동시적으로 이루어지게 된다. 즉, 조작버튼(40)을 누르고 있는 상태에서만 약물의 주입이 이루어지고, 사용자가 조작버튼(40)에서 손을 떼게 되면 약물의 주입이 멈추도록 한다. 물론, 모드 선택 버튼으로 사용되는 조작버튼(40b)에 의해 자동모드가 선택되면, 1회의 조작버튼 누름동작으로 약물의 주입이 자동으로 수행되도록 할수도 있다.

한편, 구동체(30) 후단부와 접속하여 구동체(30)에 작용하는 역압력(back-pressure)을 실시간으로 감지하는 제2압력센서(60)가 구비되어 컨트롤러(70)는 제1압력센서(50)와 제2압력센서(60)로부터 누름 압력과 역압력을 동시에 실시간으로 입력받게 된다.

그리고, 컨트롤러(70)는 사용자의 누름동작에 따른 약물 주사를 모사하는 누름동작 모사 알고리즘(711)을 통해 실시간으로 입력되는 누름 압력에 비례하는 유량을 실시간으로 산출하여, 산출된 유량이 주사되도록 액추에이터(20)를 이루는 구동모터(21)의 작동을 실시간 제어(real-time control)하게 된다. 여기서, 컨트롤러(70)는 노이즈 제거 알고리즘(713)을 통해 실시간으로 입력되는 누름 압력을 분석하여 사용자의 손 떨림에 의해 누름 압력 변동이나 외란에 의한 누름 압력 변동이 제거되도록 한 후, 누름동작 모사 알고리즘(711)을 통해 누름 압력에 비례하는 주사 유량이 산출되도록 한다. 그리고, 컨트롤러(70)는 산출된 주사 유량이 생체에 주입되도록 하는 구동모터 속도를 산출한 후, 제어 드라이브(71)를 통해 구동모터(21)를 제어함으로써 산출된 속도로 구동모터(21)가 구동되도록 한다.

한편, 컨트롤러(70)는 역압력 대응 알고리즘(712)을 통해 실시간으로 입력되는 역압력이 설정된 임계값 이하일 때에는 실시간으로 입력되는 누름 압력에 비례하는 유량이 주사되도록 구동모터(21)의 작동을 제어하고, 실시간으로 입력되는 역압력이 설정된 임계값을 초과할 때에는 구동모터(21)의 작동을 정지시키게 된다. 이로써 약물이 생체로 주입되는 과정에서 주사기(2)의 폐색이나 생체 조직의 저항에 의해 생체 조직에 통증이 발생되는 것이 방지될 수 있게 된다.

상기와 같이 본 발명의 압력 이중 감지에 의한 주사속도 자동 조절형 반자동 약물 주입기 및 그를 이용한 약물 주입방법은 사용자의 누름동작에 의해 약물의 주사가 반자동으로 수행되되, 손 떨림이나 외란에 의한 노이즈가 제거되면서 사용자의 누름동작이 모사됨에 따라, 약물 생체 주입의 안정성과 안전성이 향상되고,주사기 조작이 고도의 숙련도 없이도 간편하고 용이하게 수행될 수 있게 될 뿐만 아니라, 역압력의 감지를 통해 구동체(30)의 작동이 정지될 수 있음에 따라, 약물이 주사되는 생체 조직에 통증이 유발되는 현상을 막을 수 있는 한편, 기기의 손상도 방지되게 된다.

이에 따라, 본 발명의 압력 이중 감지에 의한 주사속도 자동 조절형 반자동 약물 주입기(100)는 마취나 약물주입을 위해 치과 분야에서 사용되는 덴탈 시린지(dental syringe)에 효과적으로 적용되어 무통 주사가 이루어질 수 있도록 한다.

도 8은 본 발명의 실시예에 따른 압력 이중 감지에 의한 주사속도 자동 조절형 반자동 약물 주입기의 분해 사시도이다.

도 8을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 압력 이중 감지에 의한 주사속도 자동 조절형 반자동 약물 주입기(100)는 펜 형상으로 이루어진 케이싱(10)을 가지는데, 케이싱(10)의 후단부에 충전 배터리(90)가 착탈가능하게 장착되어 액추에이터(20), 제1압력센서(50), 제2압력센서(60), 컨트롤러(70), 스피커(81) 등에 전원이 공급될 수 있도록 한다.

니들(2a)과 주사액홀더(2b)로 이루어진 주사기(2)는 케이싱(10)의 개방된 선단부에 일정깊이로 삽입된 후, 케이싱(10) 내부에 형성된 걸림홈에 주사액홀더(2b) 후단부에 형성된 탄성돌기가 걸리면서 케이싱(10)에 고정되도록 한다.

액추에이터(20)를 이루는 구동모터(21), 구동 기어(22), 속도감지용 엔코더(23)는 서로 일체로 결합되어 케이싱(10) 내부의 내부 커버(12)(13)에 고정되고, 구동체(30)를 이루는 하우징(31), 종동 기어(32)도 내부 커버(12)(13)에 고정된다. 구동체(30)를 이루는 피스톤(34)은 내부 커버(12)(13)로부터 돌출되어 주사액홀더(2b)의 내부로 삽입된다. 조작버튼(40)의 누름동작을 검출하여 온-오프 동작하는 온오프 스위치(41)는 제1압력센서(50) 하부에 설치되고, 제1압력센서(50)는 케이싱(10) 내부에서 조작버튼(40) 하부에 설치된다.

제2압력센서(60)는 구동체(30)를 이루는 하우징(31)의 후단면과 내부 커버(12)(13)의 내부 후단부 사이에서 밀착고정됨으로써 역압력을 정확하게 감지하게 된다.

컨트롤러(70)는 펜 형상으로 이루어지는 케이싱(10)의 좁은 폭에 대응하여 절곡 배치될 수 있도록 플렉시블 PCB(flexible PCB)(70a)로 이루어지고, LCD 화면창(80)을 구비하여 주사되는 약물의 양이나 약물의 주사 압력 등의 각종 정보가 표시될 수 있도록 한다. 이와 더불어 내부 커버(12)(13)(14)의 후단부에 배치되어 컨트롤러(70)와 연결되는 스피커(81)를 구비하여 음성으로도 각종 정보가 제공될 수 있도록 한다. 이와 같은 스피커(81)를 통해 햇빛이나 태양광 등의 외부 광원에 의해 LCD 화면창(80)의 정보를 파악하기 어려울 시 유용하게 각종 정보를 제공받을 수 있게 된다.

도 9와 도 10은 본 발명의 실시예에 따른 압력 이중 감지에 의한 주사속도 자동 조절형 반자동 약물 주입기가 고정되는 지지 베이스의 구성과 작용을 보여주기 위한 도면이다.

도 9와 도 10을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 압력 이중 감지에 의한 주사속도 자동 조절형 반자동 약물 주입기(100)는 앰플(2)과 같은 유체용기(1)가 수용되는 수용공간(211)이 형성되고 상부면이 개방된 바닥체(210)와, 바닥체(210)와 힌지결합되어 바닥체(210)의 개방된 상부면을 개폐시키게 되고 끼움홈(221)이 상부 표면에 경사지게 형성되어 케이싱(10)이 경사지게 고정되는 덮개(220)로 이루어진 지지 베이스(200)를 구비하여 약물 주입기(100)가 보다 안정되게 정위치를 유지하며 약물을 주사하기 위한 조작이 수행될 수 있도록 할 수 있다.

상술한 바와 같은, 본 발명의 실시예에 따른 압력 이중 감지에 의한 주사속도 자동 조절형 반자동 약물 주입기 및 그를 이용한 약물 주입방법을 상기한 설명 및 도면에 따라 도시하였지만, 이는 예를 들어 설명한 것에 불과하며 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변화 및 변경이 가능하다는 것을 이 분야의 통상적인 기술자들은 잘 이해할 수 있을 것이다.

1 : 유체용기 2 : 주사기, 앰플
2a : 니들 2b : 주사액홀더
3 : 주사액 10 : 케이싱
11 : 하부 커버 12, 13, 14 : 내부 커버
20 : 액추에이터 21 : 구동모터
22 : 구동 기어 23 : 속도감지용 엔코더
30 : 구동체 31 : 하우징
311 : 직선형 슬릿 32 : 종동 기어
33 : 이동 로드 331 : 거리감지용 핀
34 : 피스톤 40 : 조작버튼
40a : 제1조작버튼 40b : 제2조작버튼
41 : 온오프 스위치 41a : 제1온오프 스위치
41b : 제2온오프 스위치 50 : 제1압력센서
50a, 60a : 필름센서 60 : 제2압력센서
70 : 컨트롤러 70a : 플렉시블 PCB
71 : 제어 드라이브 711 : 누름동작 모사 알고리즘
712: 역압력 대응 알고리즘 713 : 노이즈 제거 알고리즘
80 : LCD 화면창 81 : 스피커
90 : 충전 배터리 100 :약물 주입기
200 : 지지 베이스 210 : 바닥체
211 : 수용공간 220 : 덮개
221 : 끼움홈

Claims

유체가 수용된 유체용기가 삽입되는 개방된 단부를 갖는 케이싱과;
상기 케이싱 내부에 설치되는 액추에이터와;
상기 액추에이터와 접속하여 직선이동하고, 직선이동하는 선단부가 상기 유체용기 내부에 위치되어 상기 유체용기 내부의 유체가 주사되도록 하는 구동체와;
상기 케이싱 표면에 돌출형성되는 조작버튼과;
상기 조작버튼과 접속하여 누름 압력을 실시간으로 감지하는 제1압력센서와;
상기 구동체 후단부와 접속하여 상기 구동체에 작용하는 역압력(back-pressure)을 실시간으로 감지하는 제2압력센서 및;
상기 제1압력센서와 제2압력센서로부터 누름 압력과 역압력을 동시에 실시간으로 입력받고, 입력된 누름 압력과 역압력에 연동되어 유체가 주사되는 유량이 실시간으로 조절되도록 상기 액추에이터의 작동을 실시간 제어(real-time control)하는 컨트롤러를 포함하는 것을 특징으로 하는 압력 이중 감지에 의한 주사속도 자동 조절형 반자동 약물 주입기.
제 1항에 있어서,
상기 조작버튼과 접속하고, 상기 조작버튼의 누름동작을 검출하여 온-오프 동작하는 온오프 스위치가 더 구비되어,
상기 제1압력센서는 상기 온오프 스위치의 온(on) 동작에 따라 활성화되는 것을 특징으로 하는 압력 이중 감지에 의한 주사속도 자동 조절형 반자동 약물 주입기.
제 1항에 있어서,
상기 컨트롤러는 수동 주사기의 누름동작에 따른 약물 주사를 모사하는 누름동작 모사 알고리즘에 의해 제어되는 제어 드라이브를 구비하고,
상기 제어 드라이브는 상기 제1압력센서로부터 입력되는 누름 압력의 크기와 유체가 주사되는 유량이 서로 비례하도록 상기 액추에이터를 제어하는 것을 특징으로 하는 압력 이중 감지에 의한 주사속도 자동 조절형 반자동 약물 주입기.
제 3항에 있어서,
상기 컨트롤러의 제어 드라이브는 사용자의 손 떨림이나 외란이 제거되도록 하는 노이즈 제거 알고리즘에 의해 제어되는 것을 특징으로 하는 압력 이중 감지에 의한 주사속도 자동 조절형 반자동 약물 주입기.
제 3항에 있어서,
상기 제어 드라이브는 상기 제2압력센서로부터 입력되는 역압력의 크기가 설정된 임계값 이상일 때 상기 액추에이터의 작동을 정지시키는 역압력 대응 알고리즘이 상기 누름동작 모사 알고리즘과 연동되도록 하는 것을 특징으로 하는 압력 이중 감지에 의한 주사속도 자동 조절형 반자동 약물 주입기.
제 1항에 있어서,
상기 제1압력센서와 제2압력센서는 필름(film) 형상의 필름 센서로 이루어지는 것을 특징으로 하는 압력 이중 감지에 의한 주사속도 자동 조절형 반자동 약물 주입기.
제 1항에 있어서,
상기 액추에이터는 모터축의 회전속도, 토크가 제어되면서 구동되는 구동모터와; 상기 구동모터의 모터축에 결합되는 구동 기어를 포함하는 구성이되,
상기 구동체는 중공형 원통체 형상으로 이루어지고, 길이방향으로 직선형 슬릿이 형성된 하우징과; 상기 구동 기어와 맞물리며 회전하게 되고, 암나사가공된 관통홀이 중앙부에 형성된 종동 기어와; 외주면이 수나사가공되어 상기 종동 기어의 관통홀을 관통하여 상기 종동 기어와 물림 결합되고, 상기 하우징의 직선형 슬릿에 이동가능하게 끼워지는 거리감지용 핀이 돌출형성된 이동 로드와; 상기 이동 로드의 선단에 결합되어 상기 유체용기 내부로 삽입되는 피스톤을 포함하여,
상기 구동모터의 구동에 의해 상기 피스톤의 길이방향 직선이동이 유도되면서 상기 거리감지용 핀에 의해 상기 피스톤의 이동상태가 표시되도록 하는 것을 특징으로 하는 압력 이중 감지에 의한 주사속도 자동 조절형 반자동 약물 주입기.
제 1항에 있어서,
상기 유체용기가 수용되는 수용공간이 형성되고, 상부면이 개방된 바닥체와;
상기 바닥체와 힌지결합되어 상기 바닥체의 개방된 상부면을 개폐시키게 되고, 끼움홈이 상부 표면에 경사지게 형성되어 상기 케이싱이 경사지게 고정되는 덮개로 이루어진 지지 베이스가 더 구비되는 것을 특징으로 하는 압력 이중 감지에 의한 주사속도 자동 조절형 반자동 약물 주입기.
조작버튼에 의해 조작되고 컨트롤러에 의해 제어되는 액추에이터와 연결된 구동체가 유체가 수용된 유체용기 내부에서 피스톤 운동하여 유체의 주사를 유도하고, 상기 조작버튼과 접속하는 제1압력센서 및 상기 구동체 후단부와 접속하는 제2압력센서가 설치되는 약물 주입기를 구비하되,
사용자에 의해 수행되는 상기 조작버튼 누름동작으로부터 발생되는 누름 압력을 상기 제1압력센서를 통해 실시간으로 감지하여 상기 컨트롤러로 실시간으로 입력하는 한편, 상기 구동체에 작용하는 역압력(back-pressure)을 상기 제2압력센서를 통해 실시간으로 감지하여 상기 컨트롤러로 실시간으로 입력하는 단계와;
상기 컨트롤러가 사용자의 누름동작에 따른 약물 주사를 모사하는 누름동작 모사 알고리즘을 통해 실시간으로 입력되는 누름 압력에 비례하는 유량을 실시간으로 산출하여 산출된 유량이 주사되도록 상기 액추에이터의 작동을 실시간 제어(real-time control)하는 단계를 포함하여,
사용자의 누름동작에 의해 약물의 주사가 반자동으로 수행되도록 하되,
실시간으로 입력되는 역압력이 설정된 임계값 이하일 때에는 실시간으로 입력되는 누름 압력에 비례하는 유량이 주사되도록 상기 액추에이터의 작동을 제어하고,
실시간으로 입력되는 역압력이 설정된 임계값을 초과할 때에는 상기 액추에이터의 작동을 정지시키는 것을 특징으로 하는 압력 이중 감지에 의한 주사속도 자동 조절형 반자동 약물 주입기를 이용한 약물 주입방법.
제 9항에 있어서,
상기 컨트롤러는 노이즈 제거 알고리즘을 통해 실시간으로 입력되는 누름 압력을 분석하여 사용자의 손 떨림에 의해 누름 압력 변동이나 외란에 의한 누름 압력 변동이 제거되도록 하는 것을 특징으로 하는 압력 이중 감지에 의한 주사속도 자동 조절형 반자동 약물 주입기를 이용한 약물 주입방법.
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