KR101431227B1 - 신체 감시 디바이스, 신체 데이터 획득 방법 및 상처의 존재, 위치 및/또는 단계를 결정하는 방법 - Google Patents

신체 감시 디바이스, 신체 데이터 획득 방법 및 상처의 존재, 위치 및/또는 단계를 결정하는 방법 Download PDF

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마르티누스 베. 반 데어 마크
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코닌클리케 필립스 엔.브이.
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Abstract

신체 감시 디바이스는 표면을 가지고, 신체에 및/또는 신체 부근에 적용되도록 구성되며, 적어도 하나의 광원과 적어도 하나의 광 검출기를 포함하고, 상기 적어도 하나의 광원은 적어도 상기 표면으로부터 멀어지는 방향으로 광을 방출하며, 상기 적어도 하나의 광 검출기는 적어도 하나의 광원에 의해 방출되고 상기 표면 쪽 방향으로 신체에 의해 반사되는 광을 검출하도록 구성된다.

Description

신체 감시 디바이스, 신체 데이터 획득 방법 및 상처의 존재, 위치 및/또는 단계를 결정하는 방법{BODY MONITORING DEVICE, BODY DATA ACQUIRING METHOD AND METHOD OF DETERMINING THE PRESENCE, LOCATION AND/OR STAGE OF A WOUND}
본 발명은 신체 감시 디바이스에 관한 것이다.
본 발명은 또한 신체 데이터 획득 방법에 관한 것이다.
게다가, 본 발명은 상처의 존재, 위치 및/또는 단계를 결정하는 방법에 관한 것이다.
광, 특히 IR 및/또는 적색 광은, 근육 통증과 관절의 뻣뻣함의 효과적인 경감, 예컨대 궤양에서의 박테리아의 제거 및/또는 감소 또는 상처 치료의 가속화, 콜라겐 생성, 연결성 조직과 예컨대 화상 상처에서의 괴사 심부(necrotic depth)들과 같은 치유중인 상처들의 안정화를 위해 섬유아세포를 자극하는 것, 셀룰라이트 치료, 여드름 및/또는 주름살에서의 가능한 보조를 위한 광 유도된 혈관과 림프관 확장(vasodilation), 습진과 같은 염증의 방지 및/또는 치유, 특별한 피부 질환의 치유 등과 같이, 하지만 이들에 국한되지는 않는, 사람의 신체에 유익한 영향을 미치는 것으로 알려져 있다.
신체에 광을 적용하는 것, 즉 광선요법(phototherapy)은, 사고나 수술 후 병 원에 입원해 있는 것을 단축시킬 수 있고, 예컨대 집에서와 같은 회복이 빨라질 수 있다. 피부의 가능한 개선과 같은 심미/미용 치료법(Aesthetic/cosmetic therapy)은, 또한 광선요법으로부터 이익을 얻을 수 있다. 광을 피부에 방출하기 위한 LED(Light Emitting Diode)가 제공되는 유익한 광선요법 디바이스가 알려져 있다.
많은 상이한 종류의 상처가 존재한다. 소위 부분적인 두께의 상처는 피부의 외부 층(표피와 얕은 진피)을 침투하고 상피 조직(피부)의 재생성에 의해 치유시키는데 반해, 전체적인 두께의 상처는 혈관의 붕괴와 함께 진피(더 깊은 피부와 지방층)와 깊은 조직의 손실을 수반하고, 치유 과정 동안 자국(scar)이 만들어진다.
또한 상처는 단계별로 분류될 수 있다. 단계(stage) Ⅰ는 붉은 것 또는 변색, 따뜻함, 및 융기(swelling)나 딱딱함(hardness)을 그 특징으로 할 수 있다. 단계 Ⅱ는 부분적으로 피부를 침투한다. 단계 Ⅲ의 최대 두께의 상처가 피부와 지방을 더 깊은 조직으로부터 분리시키는 질긴 흰색의 얇은 막(근막)까지 침투한다. 단계 Ⅳ의 상처가 근육이나 뼈에 손상이 가게 할 수 있거나 인접하는 조직에 영향을 미칠 수 있다. 단계 Ⅳ에서 상처는 또한 수술-후(post-operative) 상처들을 포함하는데, 즉 수술을 받은 장기나 조직에서의 상처이다.
상처를 치료하기 위해 상이한 측정이 이루어진다. 예컨대, 심장 수술 및/또는 폐 수술에 의해 생기는 상처와 같은 흉곽 상처는, 그 상처가 신체의 비교적 깊은 곳에 위치할 수 있다. 따라서 더 깊은 레벨에서는 감염이 일어나고, 표피에서의 수술을 위한 절개면(cut)이 이미 닫힌 상태일 수 있다. 이 경우 때때로 감염된 상처 유동체를 제거하기 위해 그 상처가 다시 열리고, 그 상처가 열린 채로 유지되고 /유지되거나 신체가 상처 유동체를 배출하는 것을 허용하기 위해 일정 시간 동안 배액관이 제공된다. 감염이 통제될 때에는 상처가 다시 정상적으로 닫힐 수 있다. 피부 아래의 감염은 피부의 붉은 상태, 촉지(palpation)에 의해 경험하는 아픔 및/또는 상처의 융기에 의해 보일 수 있다. 더 이른 단계에서 감염을 검출하는 것은 알려진 임상 실행으로는 어렵다. 예컨대, 조직을 둘러싸는 감염이 양호하게 관류될 수 있는 경우, 즉 치유의 마지막 단계에서, 하지만 감염 부위 자체에서는 상처 유동액이 높은 혈액 관류를 가지지 않게 된다. 낮은 관류를 지닌 조직에서는 괴사가 일어날 수 있고, 또한 더 깊은 레벨들에서는 괴사 조직이 가능한 빨리 제거되어 한다. 관류에 관련하여, 혈액의 산소 포화도가 상처의 치유에 관한 한도(measure)일 수 있다.
본 발명의 목표는 상처의 치유에 대한 데이터를 획득하기 위한 수단을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목표는 상처의 치유에 대한 데이터를 획득하는 것이다.
본 발명의 이들 및 다른 목표들은 개별적으로 또는 조합하여 달성될 수 있고, 임의의 중대한 또는 선호된 순서로 설정되지도 않으며, 본 발명의 다음 양상들도 임의의 중대한 또는 선호된 순서로 설정되지 않는다.
제 1 양상에서는 표면을 가지고, 상기 신체에 및/또는 신체 부근에 적용되도록 구성되며, 적어도 하나의 광원과 적어도 하나의 광 검출기(photo detector)를 포함하며, 적어도 하나의 광원은 표면으로부터 적어도 멀어지는 방향으로 광을 방출하고, 적어도 하나의 광 검출기는 적어도 하나의 광원에 의해 방출되고 표면 쪽 방향으로 신체에 의해 반사되는 광을 검출하도록 구성되는 신체 감시 디바이스가 제공된다.
이 신체 감시 디바이스는, 예컨대 상처의 상태와 같은 신체에서의 시간 상 변화 및/또는 (비)정상 상태를 감시할 수 있다. 검출된 신호와 알려진 값을 비교함으로써, 예컨대 의료 과학 및/또는 그 전에 기록된 데이터로부터 변화 및/또는 비정상 상태가 발견될 수 있고/있거나 신체의 국부적인 상태가 결정되거나 적어도 추정될 수 있다.
제 2 양상에서는, 광의 적어도 하나의 파장 범위가 특정 깊이로 신체 부분에서 방출되고, 광의 적어도 한 부분은 상기 깊이에서 반사되며, 반사된 광은 검출되고 신호들로 전환되는 신체 데이터 획득 방법이 제공된다.
또 다른 양상에서는, 적어도 하나의 광원에 의해 신체에 광을 방출함으로써, 상처의 존재, 위치 및/또는 단계를 검출하는 방법이 제공되는데, 이 경우 방출된 광은 신체에 의해 적어도 부분적으로 반사되고, 적어도 하나의 광 검출기를 사용하여 신체 부분으로부터 반사된 광을 검출한다.
또 다른 양상에서는, 알고리즘을 포함하고, 신체에 의해 반사되는 신호들을 검출하고 그러한 신호들과 미리 결정된 데이터를 비교하도록 구성되는 컴퓨터 프로그램 제품이 제공되며, 이 경우 그 알고리즘은 그러한 신호들을 전환 및/또는 비교하도록 구성된다.
본 발명에 관한 설명에서, 본 발명의 실시예들이 도면을 참조하여 더 명료하게 된다.
도 1은 사용중인 신체 감시 디바이스의 일 실시예의 개략적인 단면도.
도 2는 신체 감시 디바이스의 일 실시예의 개략적인 사시도.
도 3은 사용중인 신체 감시 디바이스의 일 실시예의 평면도.
도 4는 광에 의한 피부 침투의 개략적인 도면.
도 5a 내지 도 5d는 시간에 따른 광 강도의 그래프 도면.
도 6은 파장에 따른 광의 흡수(소광 계수)를 나타낸 그래프 도면.
도 7은 신체 감시 디바이스의 또 다른 실시예의 도면.
본 설명에서, 동일하거나 대응하는 부분은 동일하거나 대응하는 참조 번호를 가진다. 도시된 예시적인 실시예는 어떠한 방법으로도 제한적인 것으로 해석되어서는 안 되고, 예시의 역할만을 한다.
도 1은 신체 감시 디바이스(1)의 일 실시예를 보여준다. 신체 부분(4) 부근으로부터 신체 부분(4)까지 광을 방출하기 위해, 일련의 광원(2A 내지 2D)이 전원(7)에 연결된다. 이 설명에서는, 비록 예컨대 LED(2), 레이저 다이오드(2) 등과 같은 다른 광원(2)도 적용될 수 있지만, 광원(2)으로서 주로 OLED(Organic Light Emitting Diode)(2)라고 부르게 될 것이다. 신체 부분(4)에 의해 반사되는 광을 신호들로 전환하기 위해 광 검출기(3A 내지 3D)가 제공된다. 광이 피부와 예컨대 상처 또는 수술로 인한 절개부에서 노출될 상기 피부 아래의 조직, 장기, 혈액, 혈관 또는 다른 요소들에 의해 반사될 수 있다는 점을 주목해야 한다. 처리 회로(5)는 저장 장치(8)에 저장된 미리 결정된 데이터와 신호들을 비교하고 전환하기 위해 제공되는데, 이 장치에서 특정 의료 분야에 알려진 미리 결정된 데이터와 알고리즘들이 적용된다. 처리 회로(5)는, 예컨대 신체 감시 디바이스가 컴퓨터에 부착된 선들 없이 이동 중에 신체에 편리하게 착용될 수 있도록, 무선 수단에 의해 OLED(2)와 광 검출기(3)에 연결될 수 있다. 검출된 신호들을, 예컨대 떨어져 있는 위치에 있는 전문의에게, 사람이 판독 가능한 형태로 통신하기 위해 사용자 통신 패널(6)이 제공될 수 있다. 그러므로, 비-침입적인(non-invasive) 신체 감시 디바이스(1)가 달성될 수 있다.
신체 감시 디바이스(1)는 치료를 개선하기 위해 자동으로 조정될 수 있다. 예컨대, OLED(2)에 의해 방출된 광의 파장, 펄스 듀티 사이클 및/또는 강도가 조정될 수 있고, 이는 본 설명부에서 설명된다. 또한, 사용자 통신 패널(6)을 통해 신체 감시 디바이스(1)는, 예컨대 자동 제어 외에도 수동으로 조정될 수 있다.
상처의 색 정보를 검출하는 것과 같이 반사된 광을 측정함으로써, 상처의 상태가 추정될 수 있다. 광선 요법을 적용하고 특정 신체 부분의 상태를 감시하기 위해 광원(2)과 광검출기(3)의 배열이 사용될 수 있다. 도 2에 도시된 바와 같이, 예컨대 (O)LED 기술의 도움으로, 환자의 신체 부분들의 곡선과 같은 모양이 되게 할 수 있는 유연하고 비교적 편평한 모양의 신체 감시 디바이스(1)가 얻어질 수 있다. 광선요법과 감시를 (O)LED 기술과 결합함으로써, 감시 결과에 의해 유발된 파장과 같은 광선요법 설정을 스스로 조정할 수 있고, 이동의 자유를 유지하면서 환자에 의해 착용되는 스스로 조정 가능한 치유 디바이스(1)를 만드는 것이 가능하게 된다. 예컨대, (O)LED 기술을 사용함으로써 약 회반죽(plaster)의 두께와 같은, 두께가 7㎜ 미만, 바람직하게는 5㎜ 미만인 매우 얇은 모양의 디바이스(1)가 얻어질 수 있고, 이는 예컨대 10㎜ 미만, 가장 바람직하게는 0㎜와 1㎜ 사이인 가까운 거리로부터 신체 부분(4)으로 광을 방출할 수 있다. 게다가, 일 실시예에서는 리실렌(lithylene) 배터리가 전원(7)으로서 적용되고, 이는 비교적 얇고/얇거나 유연하게 구성될 수 있다. 따라서, 일 실시예에서 지능형 치유 디바이스(1)가 얻어지고, 이는 사실상 회반죽과 같이 쉽게 적용될 수 있다.
도 1과 도 2에 도시된 바와 같이, 신체 감시 디바이스는 하부 표면(18)과 상부 표면(19)을 가진다. 하부 표면(18)으로부터 멀어지는 적어도 신체 부분(4)의 방향으로, OLED(2)에 의해 방출되는 등방성(isotropic) 광(20)은, 디바이스(1)가 적용되는 신체 부분(4)의 표면으로부터 2㎜ 또는 심지어 2㎝의 거리(d,d')까지 신체 부분(4)의 내부로 침입할 수 있고 신체 부분(4)을 통해 산란되며 반사된다. 침투 후, 산란되고 반사된 광의 일부는 신체 부분(4)의 표면을 통해 되돌아가고 광 검출기(3A 내지 3D) 중 적어도 하나에 의해 검출된다. 그러므로, 일 실시예에서 광 검출기(3)는 OLED(2)와 대략 동일한 평면에 위치하거나, 도 1에서 볼 수 있는 것처럼 OLED(2)와 나란한 평면에 위치한다. 이는 본 발명의 비교적 편평한 실시예에서 유리하게 적용될 수 있다. 사용시, 신체 감시 디바이스(1)의 일 실시예는 신체 부분(4)을 덮을 수 있고, 이 실시예에서는 광 검출기(3)가 OLED(2)에 의해 방출되고 신체 부분에 의해 반사된 광을 검출하며, 광 검출기(3)와 OLED(2)는 반사된 광이 검출되도록, 상기 신체 부분(4) 둘레에서 중간까지 만큼 멀리 위치할 수 있다.
광 산란의 분야에서 알려져 있는 바와 같이, 검출된 광자와 같은 검출된 광의 한 묶음이 OLED(2)로부터 광 검출기(3)까지 이동하는 평균 경로는 바나나 모양의 프로필(9,10)이나 얼마간 휘어진 V자 모양의 프로필(9,10)처럼 설명될 수 있다. 도 1에서, 바나나 모양의 프로필(9,10)은 2개의 점선으로 된 라인에 의해 표시되어 있고, 이 경우 신체 부분의 외부 표면으로부터 멀어지는 깊이에 관해서는 점선으로 된 라인들 사이의 거리가 증가한다(따라서 "바나나-모양").
유리한 일 실시예에서, 도 1로부터 볼 수 있는 것처럼 제 1 광 검출기(3B)는 OLED(2A)에 의해 방출되는 광을 측정하고, 이 광은 신체 감시 디바이스(1)가 적용되는 표면으로부터 제 1 거리(d)까지일 수 있는 깊이들로부터 반사된다. 제 1 광 검출기(3B)보다 OLED(2A)로부터 비교적 더 멀리 떨어져 있는 또 다른 광 검출기(3C)는, OLED(2A)에 의해 방출되고 제 1 거리(d)보다 깊게 들어가는 제 2 거리(d')까지의 깊이로부터 반사된 광을 측정한다. 원칙적으로, 방출하는 OLED(2)와 광 검출기(3) 사이의 거리(s)가 더 클수록, 정보가 얻어질 수 있는 깊이(d,d')가 더 커지게 된다. 이는 이 분야에서 이전에 발표된 지식과, 거리(s)가 증가할수록 검출된 신호가 지수 함수적으로 감소된다는 사실로부터 유도될 수 있다. 또한, 거리(s)가 증가할수록 외부 표면을 통해 신체 부분을 떠나는 광이 더 많아진다(반사성 코팅이 적용되지 않은 한). 이는 광 검출기(3)에 의해 검출되고 증가된 거리(s')에서 신체 부분을 떠나는 광이 평균적으로 증가된 깊이(d')로부터 이동하게 된다는 지식의 원인이 된다. 이는 경험적으로 d=s/2로 알려져 있다. 이 광은 신체 를 모든 광이 흡수되는 레벨까지 침투할 수 있다. 일부 실시예에서, 이는 어떤 조직의 경우 광에 의해 침투되는 조직의 구성(composition)과 방출된 파장에 따라서 20㎝와 같은 수십㎝까지 이를 수 있다. 초기 단계에서 광이 뼈와 만나는 신체 부분들에서는, 광의 이동 경로가 더 짧게 된다. 신체 부분(4)의 표면 아래로 ㎜ 또는 ㎝까지 광이 침투하는 효과는, 광이 상기 표면 아래에서 일정한 치유 처리를 자극할 수 있다는 것이다. 예컨대, 본 발명에 따른 광선요법과 감시는 피부의 수술 후 자국이 이미 폐쇄되는 데 반해, 피부 아래의 장기의 수술 후 상처(11)에 적용될 수 있다. 또한, 상처(11)가 치유 과정에서 일정한 단계에 도달했을 때까지 그 상처(11)의 추가 자극을 위해, 피부의 수술 후 자국의 치유 및/또는 폐쇄가, 예컨대 상처(11)의 치유와 동시에 지연될 수 있다.
신체 감시 디바이스(2)의 기본적인 실시예가 도 3에서 평면도로 도시되어 있다. 이 특정 실시예에서, LED(2)는 자국(12)의 한 면 위에 위치하고, 광 검출기(3)가 자국(12)의 다른 면 위에 위치한다. 깊이를 조정하기 위해, LED(2)의 스트립과 광 검출기(3) 사이의 거리(s)는 전술한 원리에 따라 조정될 수 있다.
게다가, 신체로 방출되는 광의 이동 깊이(d,d')는 파장을 조정함으로써 변화될 수 있다. 일정한 파장들이 일정한 조직에 의해 흡수되고, 다른 한편으로는 다른 파장들이 통과되거나 산란되고/산란되거나 반사된다. 파장을 변화시킴으로써, 표면 아래에 있는 특정 신체 부분들이 목표물(target)이 될 수 있도록 신체를 광이 침투하는 깊이가 변화될 수 있다. 이는, 예컨대 피부와 같은 신체 부분(4)의 표면 아래에서 연장하는 상처(11)(도 1)를 치료하는데 있어서 유리하다. 대부분의 상처가 둘 러싸는 조직과는 다른 광 흡수 특징을 가지므로, 광 검출기(3)에 의해 검출되고 산란되며 방출된 광은 국부적으로 변하게 된다.
도 4에서는, 신체 내부로 특정 파장들로 광이 침투하는 것이 개략적으로 표시되어 있다. 숫자는 나노미터 단위의 파장을 표시하고, 그것들이 가리키는 라인들은 광의 이동 경로를 표시한다. 예컨대, 라인(13)은 신체 내부로, 심지어는 피하 세포층(subcutis layer)(17) 내부로 비교적 깊이 침투하는 대략 800㎚의 파장을 가리킨다. 도 4에서는 조직의 피부 각질층(stratum corneum layer)(14), 표피 층(epidermis layer)(15), 진피 층(dermis layer)(16), 및 상기 피하 세포층(17)이 표시되어 있다.
신체(4)를 침투한 반사된 광이 광 검출기(3)에 의해 신호들로 전환되면, 감염 상태와 같은 신체 부분(4)의 일정한 상태, 또는 적어도 미리 결정된 데이터 및/또는 알고리즘을 적용하고, 저장 장치(8)에 검출된 정보를 저장함으로써 신체 부분(4)의 상태에서의 시간상 변화가 결정될 수 있다. 이 정보는 또한, 예컨대 치료 영역을 조정하고/조정하거나 특정 깊이에 있는 특정 신체 부분을 치료하기 위한 파장을 조정하는 것과 같이, 광 요법을 최적화하기 위해 사용될 수 있다. 치유 과정이 시간과 위치에 따라 변하기 때문에, 감시가 이루어지면서 치료가 개선되고/개선되거나 연속적으로 조정될 수 있다.
OLED(2)는 통상, 예컨대 대략 650㎚와 700㎚ 사이 또는 400㎚와 500㎚ 사이와 같이, 약 50㎚ 내지 100㎚의 파장 범위에서 방출한다. 일 실시예에서, 상이한 파장 범위들을 지닌 여러 타입의 OLED(2)가 적용될 수 있다. 사용시, 바라는 파장, 즉 목표로 한 깊이 및/또는 조직에 대응하는 OLED(2)의 타입은 바뀔 수 있고/있거나 강도 및/또는 펄스 듀티 사이클과 같은 방출 특성이 조정될 수 있다. 이를 위해, 예컨대 상이한 OLED 시트(sheet)가 겹쳐 쌓일 수 있다. OLED(2)가 투명하게 구성될 수 있으므로, 그 구성은 비교적 간단하게 유지될 수 있다. 일 실시예에서, LED 및/또는 OLED(2)가 포토 다이오드(3)와 광원(2)으로서 사용되어, 신체 감시 디바이스(1)가 비교적 쉽고 값싸게 제조될 수 있다. 물론 상이한 파장 특징을 지닌 OLED(2)들이 한 배열에서 서로 이웃하게 위치할 수 있고/있거나 상이한 타입의 OLED(2)들의 배열 또는 스택들의 조합이 구성될 수 있다.
파장 범위들을 변화시키고/선택하는 또 다른 방식은 파장 필터들을 적용하는 것이다. 이 필터들은 선택된 파장 범위가 변화될 수 있도록 구성될 수 있다. 필터들은 또한 OLED(2)들과 같은 큰 파장 범위들을 지닌 광원(2)들에 유리하게 적용될 수 있다.
또 다른 실시예에서, 파장은 OLED(2)들의 강도를 조정함으로써 변화된다. 예컨대, 광원(2)에서 및/또는 광원(2) 가까이에서 특정 형광체가 사용될 때에는 광원(2)의 강도가 조정될 때 색 바뀜(color shift)을 보여주게 된다. 광원(2)에 의해 방출되는 광의 강도를 조정함으로써, 형광체의 색이 바뀔 수 있다. 광 강도의 변경을 보상하기 위해, 예컨대 도 5a 내지 도 5d의 그림에 도시된 바와 같이, 펄스 폭 변조에 의한 것과 같은, 펄스 듀티 사이클을 적용하고 변화시킴으로써, 일정 시간 구간에 방출된 광의 조사량이 정정될 수 있다.
도 5a 내지 도 5d는 수직 축이 방출된 광의 강도(I)를 나타내고, 수평 축이 시간(t)을 나타내는 그림들이다. 도 5a에서 x의 강도는 1의 시간 단위의 시간 구간 동안 간섭없이 방출되고, 최대 높이가 x이고 반복 속도가 1인 100%의 듀티 사이클이 적용되어 x의 총 조사량을 제공하는 데, 이 경우 그 조사량은 듀티 사이클과 최대 높이가 곱해진 것과 같다. 도 5b에서는, 1의 시간 단위를 가지는 시간 구간의 33% 후에, x의 강도가 0으로 떨어진다. 이 경우, 최대 높이가 x이고 반복 속도가 1인 33%의 듀티 사이클이 적용되어 0.33x의 조사량을 제공한다. 동일한 원리에 따르면, 도 5c는 33%의 듀티 사이클, x인 최대 높이, 2인 반복 속도, 0.33x의 조사량을 제공하고, 도 5d는 50%의 듀티 사이클, 2x인 최대 높이, 3인 반복 속도, x의 조사량을 제공한다. 물론, 상이한 펄스 폭들이 적용될 수 있는데, 예컨대 광이 더 긴 구간들 동안에 턴 오프되고, 더 짧은 구간들 동안에 턴 오프될 수 있다. 광의 총 조사량은 펄스 폭, 펄스 최대 강도, 펄스 듀티 사이클, 및 조명 시퀀스의 총 시간에 의해 결정된다. 이는 상이한 강도들에서, 조사량이 같게 유지될 수 있거나 바라는 바대로 조정될 수 있다는 것을 보여준다. 물론, 듀티 사이클, 펄스 폭, 최대 높이, 총 조명 시간 및 반복 속도와 같은 모든 전술한 파라미터가 조정될 수 있다. 원칙적으로, 조사량은 방출 시간에 표면에 걸친 광 선속(light flux)을 곱한 것과 같다.
감시를 위한 강도와 선속 한계는 소위 최대 허용 가능한 노출(MPE: maximum permissible exposure)이라고 하는 것에 의해 주어지는데, 이것에 관한 알려진 표가 존재한다. 예컨대, 10분보다 긴 구간들 동안 피부에 광을 방출할 때, 그 임계값은 대략 0.2W/㎠이다. 광 치료법을 적용하는 경우, 임의의 주어진 광 조사량을 지 닌 강도 임계값의 가능한 존재가 고려될 수 있다. 또한 특정 파장 범위들에서 최대 노출량을 표시하는 MPE 표들이 알려져 있다. 이들 표는 안전을 위해 미리 결정된 데이터에 통합될 수 있다.
일 실시예에서는 광원(2)이 사용되는데, 특히 무기 LED 타입(2)의 광원이 사용되고, 이 타입의 광원에서는 녹색에서 적색으로 및/또는 그 반대로 순방향 전류가 변할 때 색 바뀜을 보여준다. 이들 광원을 사용하는 경우, 순방향 전류가 증가된다면, 색 스펙트럼이 더 짧은 파장들로 바뀐다. 이 경우, 다시 그 조사량은 도 5a 내지 도 5d에 도시된 것처럼, 듀티 사이클 특징들을 변화시킴으로써 정정될 수 있다.
또 다른 실시예에서, LED(2)들의 파장이 예컨대 LED(2)를 가열하는 것과 같이 LED(2)의 온도를 조정함으로써 조정된다. 이 경우, LED(2)는 방출 스펙트럼에서의 바뀜을 보여주게 된다. 다시, 강도의 손실은 조사량을 정정함으로써 보상될 수 있다.
파장들을 변화시키기 위한 전술한 실시예들은 예로서의 역할을 한다. 파장을 조정하는 더 많은 방식이 존재한다. 파장 조정을 위한 언급된 또는 다른 방식들은 최적의 파장 조정을 이루기 위해 결합될 수 있다. 예컨대, 여러 개의 층으로 쌓인 LED(2)들이 적용될 수 있는데 반해, 필터들은 파장 범위 선택을 위해 사용되고, 순방향 전류가 변경될 수 있다. 이들 기술 중 적어도 하나의 도움으로, 광원(2)들의 구성에 의해 정의되는 가장 적은 값과 가장 큰 값 사이의 바라는 파장 범위로 파장 범위가 미세-조정, 즉 점진적으로 조정될 수 있다. 더 큰 값들의 경우에 습도 및/ 또는 온도를 측정하는 것과 같이, 더 적고 더 큰 값들이 또한 유리할 수 있을지라도, 가장 적은 값은 예컨대 대략 250㎚일 수 있고, 가장 큰 값은 예컨대 대략 1000㎚일 수 있다. 안전을 위해, 예컨대 MPE 표들이 참조될 수 있다. 미세-조정에 의해, 방출 및/또는 반사가 바라는 깊이에서 비교적 정확하게 일어날 수 있다.
파장 변화 외에 또는 파장 변화와는 별개로, 광에 의해 상이한 깊이에 도달될 수 있는데, 이는 일정한 신체 부분의 광 흡수에서의 당연한 차이로 인한 것이다. 예컨대, 더 많은 혈액이 풍부한 구역들이 더 많은 광을 흡수하게 되고, 따라서 이는 더 적은 양의 광이 통과 및/또는 산란 및/또는 반사되게 한다.
일 실시예에서, 작용물질(agent)이 신체에 적용된다. 작용물질은 광이 작용물질에 도달할 때 신체 부분을 치료하도록, 광-활성화(photo-activated)될 수 있다. 이 경우, 그 작용물질은 예컨대 상처를 소독하기 위해, 광-활성화될 필요가 있는 약제(medicament)의 한 가지 타입으로서의 기능을 한다. 또한, 특정 신체 부분들의 광 흡수 특성을 변경 및/또는 광 해상도를 강화시키는 작용물질이 적용될 수 있고, 그 경우 작용물질은 바라는 깊이 또는 적어도 바라는 위치에 광이 도달할 가능성을 증가시키기 위해 사용된다. 이는, 예컨대 감염의 경우 유리할 수 있다.
작용물질의 한 가지 타입의 알려진 예는 약물 표적화(targeting) 작용물질이다. 이러한 타입의 작용물질은 특별한 종류의 조직 및/또는 다른 신체 요소를 목표로 하는데, 예컨대 치료를 위한 표적으로 정해지는 조직에 존재하는 단백질이 그 예이다.
작용물질의 타입의 또 다른 예는 콘트라스트 작용물질이고, 이는 예컨대 카 테터(catheter), 혈관으로의 주입액 또는 혈관으로의 주사에 의해 신체로 옮겨질 수 있다.
작용물질은 감시 및/또는 광선요법을 위해 사용될 수 있다. 감시 보조물로서의 콘트라스트 작용물질의 일 예는 염료인 오모시아닌(omocyanine)이다. 대략 0.1㎎/㎏ 신체 질량의 농도 레벨들에서는, 이 작용물질이 해상도를 강화시킬 수 있다. 오모시아닌은, 예컨대 혈액에 적용되고, 오모시아닌을 광학적으로 여기된 상태로 하는 스펙트럼의 적색 부분에서 광을 흡수한다. 그것은 형광(fluorescence)에 의해 약 780㎚에서 광을 방출하고, 이는 여기를 위해 사용된 상기 적색 광을 필터링함으로써 유리하게 검출될 수 있다. 오직 염료가 존재하는 위치로부터 방출되는 형광을 발하는 광은 광 검출기(3)들에 의한 검출을 위해 남겨진다.
광선요법 보조물로서, 예컨대 작용물질로서 작용하는 염료들이 사용될 수 있는데, 이 경우 그 염료는 피부와 같은 신체를 통해 투여되는 광에 의해, 예컨대 물리적으로 및/또는 화학적으로 변경 및/또는 활성화된다. 그 염료는 예컨대 혈관에서 세포들 사이 또는 세포들 내의 개재성(interstitial) 유동체에서 광에 의해 변경 및/또는 활성화될 때 치유 작업을 수행하는 기능성 약물이 되도록 설계될 수 있다.
상처의 상태는 혈액 내 산소 포화도(헤모글로빈 및/또는 옥시헤모글로빈의 양)를 추정함으로써 추정될 수 있다. 이를 위해, 펄스 산소 농도계(oximetry)가 사용될 수 있다. 펄스 산소 농도계는 산소 포화도를 감시하는 받아들여진 방법이다. 펄스 산소 농도계는 심장의 펄스 활성도와 동맥혈의 산호 포화도(SpO2)를 표시 또는 적어도 추정할 수 있는 비-침입성(non-invasive) 디바이스이다. SpO2-미터(meter)들과 같은 알려진 디바이스는 산소 및/또는 펄스의 양을 측정하고, 신체 부분의 한 면 위에 광원을 그리고 반대 면 위에는 광 검출기를 놓기 쉬운 양호하게 관류된(well-perfused) 신체 부분에 적용된다. 이 경우, 적색 광은 손가락, 발가락, 귓볼 등과 같은 양호하게 관류된 신체 부분들을 투과하고, 반대 면에서 광 검출기에 의해 검출된다. 이들 SpO2-미터들과는 반대로, 본 발명에 따른 신체 감시 디바이스(1)를 사용하면 광 경로(9,10)에 의해 도 1에서 볼 수 있는 것처럼, 신체 부분에 의해 반사되고 산란되는 반사된 광을 검출함으로써, 산소 포화도, 또는 더 구체적으로는 상처의 상태, 감염 및/또는 다른 건강 상태를 추정하는 것이 가능한데 반해, SpO2-미터를 사용하게 되면 광이 신체 부분을 통과해야 한다. 신체 감시 디바이스(1)는 귓볼 또는 손가락과 같은 비교적 얇고 양호하게 관류된 특정 신체 부분들의 상태를 검출하는 것에 제한되지 않지만, 신체의 비교적 큰 부분 도처의 일정한 건강 상태를 측정 또는 적어도 추정할 수 있다. 비록 더 깊이 있는 조직들에서 혈액 부피와 혈액 산소화(oxygenation)의 절대 측정값을 얻는 것이 어려울지라도, 그것들의 값 변화가 측정될 수 있고 따라서 상처의 치유 진척 또는 악화가 감시될 수 있다.
도 6은 의료 분야에서 알려진, 파장의 측정값을 나타내는 수평 축(W)에 대해 그려져 있는 광 흡수 측정값(소광 계수)인 수직 축(A)을 보여준다. HbO2 곡선과 Hb 곡선은 특정 파장에서의 옥시헤모글로빈(HbO2)과 헤모글로빈(Hb)의 흡수를 각각 나타낸다. HbO2와 Hb는 λISO라고 표시된 등흡광(isobestic) 파장(λISO)에서의 경우를 제외한 파장의 함수로서 상이한 흡수를 보여준다. λISO에서는, 신체 내부에서 펌프질되는 혈액의 총 부피가 최상으로 측정될 수 있고, 이는 대략 800㎚의 파장일 수 있다. 예컨대 600㎚(λ1)의 파장에서는 낮은 산소 포화도(Hb 또는 감소된 Hb)를 지닌 혈액이 더 많은 흡수를 보여준다. 대략 940㎚(λ2)와 같은 등흡광 파장을 넘은 더 높은 파장에서는, 더 높은 산소 포화도(HbO2)를 지닌 혈액이 더 많은 광을 흡수한다. 등흡광 파장에서는, 헤모글로빈과 옥시헤모글로빈의 광 흡수량이 같다. 상처 및/또는 염증이 일반적으로 둘러싸는 조직보다 낮은 산소 포화를 보여주므로, 이는 예컨대 초기 단계에서 상처 및/또는 염증과 같은 일정한 조직 건강 상태를 검출하기 위한 방법을 제공한다. 예컨대, 피부의 '붉은 상태(redness)', 혈액의 '어두운 상태(darkness)' 등은 감염 및/또는 염증을 표시하는 것이다. 신체 감시 디바이스(1)를 사용하여, 예컨대 피부 아래에 있는 감염 및/또는 염증이 초기 단계에서 검출될 수 있다. 또한 그것들의 시간에 따른 변화가 감시될 수 있다.
물론, 서로 다른 신체 부분들이 혈액 관류의 상이한 레벨 및/또는 다른 광 흡수 특징을 보여줄 수 있다는 것을 고려해야 한다. 예컨대, 더 높은 밀도를 지닌 조직에 있어서, 더 짧은 파장들에서의 산란은 광의 더 많은 감쇠를 일으킬 수 있 고, 따라서 혈액의 산소화를 결정하기 위한 최적의 파장이 더 긴 파장들로 바뀔 수 있다. 그러므로, 예컨대 신체 감시 디바이스(1)의 파장 범위, 작용물질 및/또는 거리(d)가 목표로 정해진 조직이 광에 의해 자극되도록 조정될 수 있다.
신체 감시 디바이스(1)의 도움으로, 예컨대 고름, 뼈, 혈병, 괴사 조직 및/또는 지방 조직의 존재가 검출될 수 있고, 이들은 모두 치유 과정의 진전 또는 진전 결여에 관한 표시기일 수 있다. 다수의 파장 범위를 사용함으로써, 조직의 구별이 가능하다.
일 실시예에서, 신체 감시 디바이스(1)는 시간이 지남에 따라 연속적으로 감시하고, 발견된 것을 그 분야로부터 알려져 있는 미리 결정된 데이터나 감시 과정의 초기 단계에서 기록된 것과 비교한다. 비교는 절대값 및/또는 감시 과정 동안 발견되는 값으로 행해질 수 있다. 이러한 식으로 상처에서의 상이한 상태 및/또는 변화가 발견될 수 있고, 예컨대 광선요법 과정이 자동으로 조정될 수 있다. 또한, 신체 감시 디바이스는, 예컨대 감시된 위치의 상태에 대하여 사람에게 알리기 위한 임의의 종류의 신호나 경고 신호를 제공하기 위한 사용자 통신 패널(6) 및/또는 오디오 및/또는 비디오 통신 수단에 연결될 수 있다. 이후 광선요법 설정은 자동으로 또는 수동으로 조정될 수 있다. 예컨대, 광은 작용물질을 수동 및/또는 자동으로 투여 및/또는 조정함으로써 상이한 깊이로 목표가 정해질 수 있다. 일부 경우, 의학 중재(medical intervention), 심지어 외과 수술도 검출된 감염 또는 괴사를 치료하기 위해 수반될 수 있다.
특별한 실시예에서는, 신체 감시 디바이스(1)에 약물 투여, 온도 조절 메커 니즘, 전자 자극 및/또는 예컨대 (민감한) 마사지 목적이나 고통 또는 가려움의 감소를 위한 기계적인 진동에 관한 메커니즘들이 제공된다.
게다가, 도 5a 내지 도 5d에서 도시된 것과 같은 펄스 듀티 사이클, 강도의 최대 높이, 조사량 및/또는 반복 속도와 같은 파라미터들을 변화시킴으로써, 치료가 더 최적이 되도록 조정될 수 있다. 상처 위의 광의 영향을 감시함으로써, 이들 파라미터가 더 나은 치료를 달성하기 위해 조정될 수 있다. 예컨대, 이들 파라미터를 시간상 변화시킴으로써, 동적인 광선요법이 적용되어, 특별한 신체 요소들이 동적인 방식으로 자극되고 치유 과정을 향상시킨다.
본 설명에서, OLED(2)는 본 발명의 유리한 실시예를 예시하기 위해 사용된다. 물론 본 발명은 광원(2)으로서 OLED(2)를 사용하는 것에 제한되지 않는다. 대신, LED(2)가 마찬가지로 유리하게 사용될 수 있다. 또한, 예컨대 레이저, 레이저 다이오드 기술, 할로겐 램프 등과 같은 다른 광원 기술이 적용될 수 있다. 광원(2)은 예컨대 광이 바라는 위치로 향하게 하는 결합 요소들과 조합하여, 섬유나 다른 광 가이드에 의해 바라는 신체 부분으로 향하게 될 수 있다. 바라는 정확도, 정밀도, 온도 특징, 수명, 강도 및/또는 파장 범위 특징 등에 따라 특정 광원(2)이 선택될 수 있다. 광원(2)은 반드시 신체 부분에 대하게(against) 또는 신체 부분 부근(near)이 될 필요는 없고, 예컨대 신체 부분으로부터 더 먼 거리로부터 방출될 수 있다. 또한 광원(2)의 상이한 타입들의 조합이 유리할 수 있다. 게다가, 더 높은 선속들이 얻어질 수 있도록, 예컨대 신체에 의해 반사되는 광을 반사하기 위한 반사성 코팅이 적용될 수 있다.
광 검출기(3)의 예로는 (O)LED, 포토 다이오드, 레이저 다이오드, 레이저, 및 관련 분야에 알려져 있는 다른 광 검출기를 들 수 있지만 이들에 국한되는 것은 아니다. 광 검출기 다음에는, 예컨대 온도 감지기, 냄새 감지기, 기체 감지기 및/또는 색 감지기와 같은 추가 검출기(3)가 적용될 수 있다.
일 실시예에서 신체 감시 디바이스(1)는, 예컨대 내부 장기를 감시하기 위해 신체 내부에 위치하도록 구성된다. 그러한 실시예의 예시적인 예가 도 7에 예시되어 있다. 이는 또한 신체에 적용되는 것으로 이해되어야 한다. 이를 위해, 본 발명에 따른 신체 감시 디바이스(1)는, 예컨대 적합한 크기와 형태로 조정될 수 있다. 게다가, OLED(2) 및/또는 특정 광 검출기(3)를 사용함으로써, 시트의 형태로 된 신체 감시 디바이스(1)가 찢어지고/찢어지거나 잘라지도록 구성될 수 있어, 상이한 크기의 다수의 신체 감시 디바이스(1)로 나누어질 수 있다.
본 발명은 상처 감시에 국한되지는 않고, 일반적으로 예컨대 서문에서 언급된 것과 같은, 다수의 치료가 이익을 보는 신체 감시에 적용될 수 있다. 감시는 또한, 예컨대 공동 관(sinus tract)(감염된 림프관을 표시하는 적색 줄), 융기, (캡슐로 싸진) 병소(lesion) 등을 감시하는 것을 수반할 수 있다. '상처'는 임의의 방식으로 제한하는 것으로 간주되어서는 안 된다. 본 발명은 치료될 필요가 있고, 광 검출에 의해 스스로 그 자체가 감시되는 것을 허용하는 신체의 임의의 건강 상태를 측정하기 위해 사용될 수 있고, 이들 중 일부는 본 설명의 서문에서 언급되는 것이다.
본 발명은 설명부와 도면에서 나타나 있는 실시예에 어떤 방식으로든 제한되 지 않는다는 점이 명백해진다. 많은 변형예와 조합이 청구항에 의해 개설된 것과 같은 본 발명의 체제 내에서 가능하다. 실시예들 중 하나 이상의 양상들의 조합 또는 상이한 실시예들의 조합이 본 발명의 체제 내에서 가능하다. 모든 비교 가능한 변형예는 청구항에 의해 개설된 것과 같은 본 발명의 체제 내에 있는 것으로 이해된다.
전술한 바와 같이, 본 발명은 신체 데이터를 획득하고 상처의 존재, 위치 및/또는 단계를 결정하는 것이 필요한 신체 감시 디바이스에 이용 가능하다.

Claims (22)

  1. 상처 감시 디바이스로서,
    표면을 가지고, 신체에 또는 신체 부근에 적용되도록 구성되며, 적어도 하나의 광원과 적어도 하나의 광 검출기(photo detector)를 포함하며,
    적어도 하나의 광원은 상기 표면으로부터 반대 방향으로 광을 방출하고, 적어도 하나의 광 검출기는 적어도 하나의 광원에 의해 방출되며 상기 표면 쪽 방향으로 신체에 의해 반사되는 광을 검출하도록 구성되며,
    상기 상처 감시 디바이스는 적어도 부분적으로 유연하여 사용시 감시된 신체 부분의 곡선을 따라 연장하게 되고, 상기 상처 감시 디바이스는 상기 표면에 나란한 평면과 상기 평면에 수직인 두께를 가지며, 상기 두께는 7㎜ 미만인,
    상처 감시 디바이스.
  2. 제 1항에 있어서, 광선요법(phototherapy)을 적용하도록 구성되는, 상처 감시 디바이스.
  3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 적어도 하나의 광원은 다수의 파장 범위의 광을 방출하도록 구성되는, 상처 감시 디바이스.
  4. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 적어도 하나의 광 검출기는, 신체의 다수의 깊이 또는 부분에 대응하는 다수의 파장 범위의 광을 검출하도록 구성되는, 상처 감시 디바이스.
  5. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 적어도 하나의 광원은 가장 작은 값과 가장 큰 값 사이의 파장 범위에 조정(tuned)되도록 구성되는, 상처 감시 디바이스.
  6. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 적어도 하나의 광 검출기는 적어도 하나의 광원과 동일한 평면 또는 적어도 하나의 광원과 나란한 평면에 위치하는, 상처 감시 디바이스.
  7. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    적어도 하나의 광원은 LED(light emitting diode) 또는 OLED(organic light emitting diode)를 포함하는, 상처 감시 디바이스.
  8. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    검출된 신호들을 처리하고, 펄스 듀티 사이클, 강도의 최대 높이, 조사량 또는 반복 속도를 포함하는 파라미터들을 변화시킴으로써 자동으로 광원을 조정하도록 구성되는 제어 시스템을 포함하는, 상처 감시 디바이스.
  9. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    단일 광원은 다수의 파장 범위에서 광을 방출하도록 구성되는, 상처 감시 디바이스.
  10. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 두께는 5㎜ 미만인, 상처 감시 디바이스.
  11. 제 1항 또는 제 2항에 따른 상처 감시 디바이스를 사용하는 상처 데이터 획득 방법으로서,
    적어도 하나의 파장 범위의 광은 특정 깊이로 신체 부분으로 방출되고, 광의 적어도 한 부분은 상기 깊이에서 반사되며, 반사된 광은 검출되고 신호들로 전환되는, 상처 데이터 획득 방법.
  12. 삭제
  13. 제 11항에 있어서, 상기 신호들은 미리 결정된 데이터와 자동으로 또는 수동으로 비교되도록 처리되는, 상처 데이터 획득 방법.
  14. 제 13항에 있어서, 파장 범위는 미리 결정된 데이터에 따라 조정되는, 상처 데이터 획득 방법.
  15. 제 11항에 있어서, 광은 상기 신체 부분 부근의 5㎜ 미만의 거리로부터 방출되는, 상처 데이터 획득 방법.
  16. 삭제
  17. 제 11항에 있어서, 방출, 산란 또는 반사된 광은 휘어진 경로로, 바나나 모양의 프로필에 따라, 광원으로부터 광 검출기까지 신체 부분을 통과하여 이동하는, 상처 데이터 획득 방법.
  18. 적어도 하나의 광원과 적어도 하나의 광 검출기를 포함하는 상처 감시 디바이스를 사용하여 상처의 존재, 위치 또는 단계를 검출하는 방법으로서,
    광은 상기 적어도 하나의 광원에 의해 신체에 방출되고, 방출된 광은 신체에 의해 적어도 부분적으로 반사되며, 신체로부터 반사된 광은 적어도 하나의 광 검출기를 사용하여 검출되고,
    상기 상처 감시 디바이스는 적어도 부분적으로 유연하며, 신체의 곡선을 따라 적어도 상처의 위치 부근에서 연장하면서, 신체를 커버하고, 상기 상처 감시 디바이스의 두께는 7㎜ 미만인, 상처의 존재, 위치 또는 단계를 검출하는 방법.
  19. 삭제
  20. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    신체에 의해 반사되는 신호들을 검출하고 상기 신호들과 미리 결정된 데이터를 비교하도록 구성되는 컴퓨터 프로그램 제품을 포함하는, 상처 감시 디바이스.
  21. 제 20항에 있어서,
    상기 컴퓨터 프로그램 제품은 신호들과 미리 결정된 데이터를 비교한 후 광선요법 수단을 조정하도록 구성되는, 상처 감시 디바이스.
  22. 삭제
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