KR101828049B1 - 약액 주입 장치 및 이의 제어 방법 - Google Patents

Abstract

다양한 실시예들에 따른 약액 주입 장치 및 이의 제어 방법이 제공된다. 상기 약액 주입 장치는 약액 저장부, 피스톤 위치 감지부, 펌프 및 프로세서를 포함한다. 상기 약액 저장부는 약액이 저장되는 공간과 상기 약액이 토출되는 토출구를 갖는 실린더, 및 상기 실린더 내부에서 상기 약액이 토출됨에 따라 이동하는 피스톤을 갖는다. 상기 피스톤 위치 감지부는 상기 피스톤의 위치를 감지한다. 상기 펌프는 상기 약액 저장부에 저장된 상기 약액이 외부로 토출되도록 상기 약액을 펌핑한다. 상기 프로세서는 상기 피스톤의 위치를 기초로 산출되는 상기 약액의 실제 주입량에 따라 상기 펌프를 제어한다.

Description

약액 주입 장치 및 이의 제어 방법{Apparatus for infusing medical liquid and method of controlling the same}

본 발명은 약액 주입 장치 및 이의 제어 방법에 관한 것으로서, 더욱 구체적으로는 인슐린과 같은 약액을 미소하게 주입하는 장치 및 이의 제어 방법에 관한 것이다.

당뇨병은 이자에서 분비되는 호르몬 중 하나인 인슐린이 부족하여 발생하는 대사 이상에 근거한 질환이다. 당뇨병 환자는 적극적인 방법 중 하나로써 인슐린을 인체 내에 주입하는 방법을 사용할 수 있다. 환자의 혈당 변화에 적합하게 인슐린이 체내에 주입될 수 있도록, 인슐린 주입 장치가 사용될 수 있다.

인슐린 주입 장치는 환자의 상태에 따라 정해진 용량의 인슐린을 주입할 수 있어야 한다. 인슐린 펌프는 흡입 행정과 토출 행정을 통해 미리 설계된 단위 토출량을 토출해야 하지만, 제조 공정 상의 문제로 인슐린 펌프의 단위 토출량은 오차를 가질 수 있기 때문에, 정해진 용량에 비해 부족하거나 너무 많은 양의 인슐린을 주입하게 될 수 있다. 또한, 인슐린 공급 유로가 막히거나 누설이 발생하는 등의 문제가 발생할 수 있지만, 인슐린 주입 장치가 이를 감지하지 못한다면, 환자에게 인슐린이 전혀 공급되지 않을 수도 있다.

본 발명의 실시예들이 해결하고자 하는 과제는 인슐린과 같은 약액이 정해진 용량만큼 정확하게 공급될 수 있게 하는 약액 주입 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 실시예들이 해결하고자 하는 과제는 인슐린과 같은 약액이 정해진 용량만큼 정확하게 공급될 수 있도록 약액 주입 장치의 제어 방법을 제공하는 것이다.

상기 기술적 과제를 달성하기 위한 일 측면에 따른 약액 주입 장치는 약액이 저장되는 공간과 상기 약액이 토출되는 토출구를 갖는 실린더, 및 상기 실린더 내부에서 상기 약액이 토출됨에 따라 이동하는 피스톤을 갖는 약액 저장부, 상기 피스톤의 위치를 감지하는 피스톤 위치 감지부, 상기 약액 저장부에 저장된 상기 약액이 외부로 토출되도록 상기 약액을 펌핑하는 펌프, 및 상기 피스톤의 위치를 기초로 산출되는 상기 약액의 실제 주입량에 따라 상기 펌프를 제어하는 프로세서를 포함한다.

약액 주입 장치는 원격 제어 장치와 통신하기 위한 통신부를 더 포함할 수 있다. 상기 프로세서는 상기 통신부를 통해 상기 원격 제어 장치로부터 목표 주입량을 수신하고, 상기 약액의 실제 주입량이 상기 목표 주입량에 도달할 때까지 상기 펌프를 구동할 수 있다.

상기 프로세서는 상기 펌프를 구동하기 전의 상기 피스톤의 초기 위치와 상기 펌프를 구동한 후의 상기 피스톤의 현재 위치의 차이를 기초로 상기 약액의 상기 실제 주입량을 산출할 수 있다.

상기 프로세서는 상기 펌프의 펌핑 횟수를 카운트하고, 상기 실제 주입량과 상기 펌프의 펌핑 횟수를 기초로 상기 펌프의 단위 토출량을 갱신할 수 있다.

상기 프로세서는 목표 주입량을 상기 갱신된 단위 토출량으로 나눔으로써 상기 펌프의 펌핑 횟수를 결정하고, 상기 펌프를 상기 펌핑 횟수만큼 구동할 수 있다.

상기 프로세서는 상기 펌프의 단위 토출량에 관한 정보, 상기 실린더의 단면적에 관한 정보, 상기 피스톤의 위치에 관한 정보, 및 누적 주입량에 관한 정보 중 적어도 하나를 저장하는 메모리를 포함할 수 있다.

상기 약액 저장부는 상기 실린더의 외측에 상기 피스톤의 이동 방향을 따라 배치되는 제1 전극들, 및 상기 피스톤과 함께 이동하는 제2 전극을 포함할 수 있다.

상기 피스톤 위치 감지부는 상기 제2 전극에 펄스 신호를 인가하고, 상기 제1 전극들을 통해 상기 펄스 신호에 의해 발생되는 펄스 응답 신호들을 수신할 수 있다.

상기 피스톤의 위치가 이동함에 따라 상기 펄스 응답 신호들의 파형이 달라질 수 있다. 상기 피스톤 위치 감지부는 상기 펄스 응답 신호들을 기초로 상기 피스톤의 위치를 감지할 수 있다.

상기 피스톤 위치 감지부는 상기 펄스 신호를 출력하는 출력 단자, 및 상기 펄스 응답 신호들을 수신하는 입력 단자들을 포함할 수 있다.

상기 제1 전극들과 상기 입력 단자들은 n(n은 2이상의 자연수):1로 규칙적으로 연결될 수 있다.

상기 제2 전극은 플로팅될 수 있다. 상기 피스톤 위치 감지부는 상기 제1 전극들 중 일부에 펄스 신호들를 순차적으로 인가하고, 상기 제1 전극들 중 나머지 일부를 통해 상기 펄스 신호들에 의해 발생되는 펄스 응답 신호들을 순차적으로 수신할 수 있다.

상기 기술적 과제를 달성하기 위한 일 측면에 따르면, 약액 주입 장치는 약액이 저장되는 공간과 상기 약액이 토출되는 토출구를 갖는 실린더, 및 상기 실린더 내부에서 상기 약액이 토출됨에 따라 이동하는 피스톤을 포함하는 약액 저장부, 및 상기 약액 저장부에 저장된 상기 약액이 외부로 토출되도록 상기 약액을 펌핑하는 펌프를 포함한다. 일 측면에 따른 상기 약액 주입 장치의 제어 방법은 목표 주입량을 수신하는 단계, 상기 피스톤의 위치를 감지하는 단계, 상기 펌프를 구동하는 단계, 상기 피스톤의 위치를 기초로 상기 약액의 실제 주입량을 산출하는 단계, 및 상기 실제 주입량이 상기 목표 주입량에 도달하면 상기 펌프의 구동을 중지시키는 단계를 포함한다.

상기 약액의 실제 주입량을 산출하는 단계는 상기 펌프를 구동하기 전의 상기 피스톤의 초기 위치와 상기 펌프를 구동한 후의 상기 피스톤의 현재 위치의 차이를 기초로 상기 실제 주입량을 산출하는 단계를 포함할 수 있다.

상기 약액 주입 장치의 제어 방법은 상기 실제 주입량을 상기 펌프의 펌핑 횟수로 나눔으로써 상기 펌프의 단위 토출량을 갱신하는 단계를 더 포함할 수 있다.

상기 약액 주입 장치의 제어 방법은 상기 실제 주입량이 상기 목표 주입량에 도달할 때까지, 상기 피스톤의 위치를 감지하는 단계, 상기 펌프를 구동하는 단계, 및 상기 피스톤의 위치를 기초로 상기 약액의 실제 주입량을 산출하는 단계를 반복하는 단계를 더 포함할 수 있다.

상기 기술적 과제를 달성하기 위한 다른 측면에 따르면, 약액 주입 장치는 약액이 저장되는 공간과 상기 약액이 토출되는 토출구를 갖는 실린더, 및 상기 실린더 내부에서 상기 약액이 토출됨에 따라 이동하는 피스톤을 포함하는 약액 저장부, 및 상기 약액 저장부에 저장된 상기 약액이 외부로 토출되도록 상기 약액을 펌핑하는 펌프를 포함를 포함한다. 다른 측면에 따른 상기 약액 주입 장치의 제어 방법은 목표 주입량을 수신하는 단계, 상기 피스톤의 초기 위치를 감지하는 단계, 상기 목표 주입량과 상기 펌프의 단위 토출량을 기초로 펌핑 횟수를 계산하는 단계, 상기 펌프를 상기 펌핑 횟수만큼 구동하는 단계, 상기 피스톤의 현재 위치를 감지하는 단계, 상기 피스톤의 상기 현재 위치와 상기 초기 위치를 기초로 상기 약액의 실제 주입량을 산출하는 단계, 및 상기 실제 주입량이 상기 목표 주입량보다 작으면, 상기 펌프를 추가적으로 구동하는 단계를 포함한다.

상기 약액 주입 장치의 제어 방법은 상기 실제 주입량을 상기 펌프의 펌핑 횟수로 나눔으로써 상기 펌프의 단위 토출량을 갱신하는 단계를 더 포함할 수 있다.

상기 약액 주입 장치의 제어 방법은 상기 목표 주입량과 상기 실제 주입량의 차이를 상기 갱신된 단위 토출량으로 나눔으로써, 추가 펌핑 횟수를 계산하는 단계, 및 상기 펌프를 상기 추가 펌핑 횟수만큼 구동하는 단계를 더 포함할 수 있다.

상기 약액 주입 장치의 제어 방법은 상기 실제 주입량이 상기 목표 주입량보다 크면, 초과 주입량에 관한 정보를 원격 제어 장치에 전송하는 단계를 더 포함할 수 있다.

전술한 것 외의 다른 측면, 특징, 이점이 이하의 도면, 특허청구범위 및 발명의 상세한 설명으로부터 명확해질 것이다.

본 발명의 다양한 실시예들에 따른 약액 주입 장치는 약액 저장부로부터 방출되는 약액의 양을 정확하게 감지함으로써, 정확한 용량의 약액이 환자에게 주입될 수 있다. 또한, 약액 공급 시스템에 문제가 발생하는 것을 감지할 수 있기 때문에, 환자는 더욱 안전하고 편리하게 약액 주입 장치를 사용할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 약액 주입 장치 및 원격 제어 장치를 도시한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 약액 주입 장치의 개략적인 블록도를 도시한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 약액 주입 장치의 펌프를 예시적으로 도시한 단면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 약액 주입 장치의 프로세서의 예시적인 블록도를 도시한다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 약액 저장부를 개략적으로 도시한 측면도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 약액 저장부를 개략적으로 도시한 측단면도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예들에 따른 약액 저장부와 피스톤 위치 감지부를 도시한다.
도 8a 및 도 8b는 본 발명의 일 실시예에 따른 약액 저장부의 일부에 대한 확대도로서, 도 8a는 피스톤이 제1 지점에 위치하는 경우를 도시하며, 도 8b는 피스톤이 제2 지점에 위치하는 경우를 도시한다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따라 피스톤 위치 감지부에 수신되는 도 8a에 도시된 경우의 펄스 응답 신호들과 도 8b에 도시된 경우의 펄스 응답 신호들을 개념적으로 도시한다.
도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 약액 저장부를 개략적으로 나타낸 횡단면도이다.
도 11은 본 발명의 다른 실시예에 따른 약액 저장부를 개략적으로 도시한 측면도이다.
도 12는 본 발명의 다른 실시예들에 따른 약액 저장부의 측단면도와 피스톤 위치 감지부를 도시한다.
도 13a 및 도 13b는 본 발명의 다른 실시예에 따른 약액 저장부의 일부에 대한 확대도로서, 도 13a는 피스톤이 제1 지점에 위치하는 경우를 도시하며, 도 13b는 피스톤이 제2 지점에 위치하는 경우를 도시한다.
도 14는 본 발명의 일 실시예에 따라 피스톤 위치 감지부에 수신되는 도 13a에 도시된 경우의 펄스 응답 신호와 도 14b에 도시된 경우의 펄스 응답 신호를 개념적으로 도시한다.
도 15은 본 발명의 일 실시예에 따른 약액 주입 장치의 예시적인 제어 방법을 개략적으로 나타내는 흐름도이다.
도 16은 본 발명의 다른 실시예에 따른 약액 주입 장치의 예시적인 제어 방법을 개략적으로 나타내는 흐름도이다.

본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 본 발명의 효과 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 다양한 형태로 구현될 수 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세히 설명하기로 하며, 도면을 참조하여 설명할 때 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 도면부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.

이하의 실시예에서, 제1, 제2 등의 용어는 한정적인 의미가 아니라 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하는 목적으로 사용된다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 포함하다 또는 가지다 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 또는 구성요소가 존재함을 의미하는 것이고, 하나 이상의 다른 특징들 또는 구성요소가 부가될 가능성을 미리 배제하는 것은 아니다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 약액 주입 장치 및 원격 제어 장치를 도시한다.

도 1을 참조하면, 약액 주입 장치(100)와 약액 주입 장치(100)를 제어하기 위한 원격 제어 장치(101)가 도시된다.

원격 제어 장치(101)는 사용자의 입력을 수신하고 사용자에게 영상을 표시하기 위한 터치 스크린을 포함할 수 있다. 다른 예에 따르면, 원격 제어 장치(101)는 예컨대 입력 키들, 키패드 또는 키보드와 같은 전자기계 스위치들의 어레이를 포함하는 사용자 입력 장치를 포함할 수 있다. 원격 제어 장치(101)는 액정 표시 장치(LCD) 또는 유기 발광 표시 장치(OLED)와 같은 표시 장치를 포함하는 사용자 출력 장치를 포함할 수 있다.

도 1에 도시되지는 않았지만, 원격 제어 장치(101)는 터치 스크린 또는 사용자 입력 장치와 사용자 출력 장치에 접속되는 프로세서(이하, "원격 프로세서"라 지칭함)를 포함할 수 있다. 원격 프로세서는 터치 스크린을 이용하여 사용자의 입력을 수신하고, 약액 주입 장치(100)에 전송할 명령어들을 제공하고, 터치 스크린을 이용하여 정보를 표시할 수 있다. 원격 제어 장치(101)가 터치 스크린을 통해 정보를 표시할 수 있기 때문에, 약액 주입 장치(100)는 정보를 표시하기 위한 별도의 스크린을 갖지 않을 수 있으며, 이로 인하여, 제조 비용 및 복잡도가 감소할 수 있다.

원격 제어 장치(101)는 무선 통신을 통해 약액 주입 장치(100)에 접속될 수 있으며, 약액 주입 장치(100)를 제어하기 위한 명령어들을 전송할 수 있다. 명령어들은 약액 주입 장치(100)가 환자에게 주입할 목표 주입량을 포함할 수 있다. 다른 예에 따르면, 명령어들은 목표 주입량과 주입 시간을 포함하는 주입 스케줄 정보를 포함할 수 있다.

약액 주입 장치(100)는 환자에 고정되도록 부착되며, 원격 제어 장치(101)의 제어에 따라 동작한다. 약액 주입 장치(100)는 원격 제어 장치(101)로부터 전송된 명령어에 따라 목표 주입량의 약액을 환자에게 주입할 수 있다. 도 1에 도시된 약액 주입 장치(100)는 용이한 이해를 위해 확대되어 도시된 것이다.

약액 주입 장치(100)에 의해 주입될 수 있는 약액들의 종류에는 인슐린, 항생제, 영양제, 완전비경구영양제(TPN, total parenteral nutrition), 진통제, 모르핀, 호르몬(제), 유전자 치료제, 혈액응고 방지제, 심장 혈관 약물 치료제, 화학요법제, 또는 아지도티미딘(AZT) 등이 포함될 수 있다. 약액 주입 장치를 사용함으로써 치료할 수 있는 질병들의 종류에는 당뇨병, 심혈관 질환, 통증, 만성 통증, 암, 에이즈(AIDS), 신경 질환, 알츠하이머 병, 루게릭 병, 간염, 파킨슨 질환 또는 경련 등이 포함될 수 있다. 그러나, 본 발명의 실시예들은 이러한 약액들 및 질병들로 한정되지 않는다.

약액 주입 장치(100)에 대하여 도 2를 참조로 더욱 자세히 설명한다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 약액 주입 장치의 개략적인 블록도를 도시한다.

약액 주입 장치(100)는 약액 저장부(110), 펌프(120), 피스톤 위치 감지부(130), 및 프로세서(140)를 포함한다.

약액 저장부(110)는 약액이 저장되는 공간(도 6의 "I")과 약액이 토출되는 토출구(도 6의 215)를 갖는 실린더(도 6의 210), 및 실린더(210) 내부에서 약액이 토출됨에 따라 이동하는 피스톤(도 6의 220)을 갖는다. 피스톤 위치 감지부(130)는 피스톤(220)의 위치를 감지한다. 펌프(120)는 약액 저장부(110)에 저장된 약액이 외부로 토출되도록 약액을 펌핑한다. 프로세서(140)는 피스톤(220)의 위치를 기초로 산출되는 약액의 실제 주입량에 따라 펌프(120)를 제어한다. 프로세서(140)는 피스톤 위치 감지부(130) 및 펌프(120)에 접속되며, 원격 프로세서와 구별되도록 로컬 프로세서 또는 마이크로프로세서로 지칭될 수 있다.

약액 주입 장치(100)는 통신부(150)를 더 포함할 수 있다. 통신부(150)는 원격 제어 장치(도 1의 101)와 통신하기 위해 제공된다. 프로세서(140)는 통신부(150)를 통해 원격 제어 장치(101)로부터 목표 주입량을 수신하고, 약액의 실제 주입량이 목표 주입량에 도달할 때까지 펌프(120)를 구동한다.

약액 주입 장치(100)는 환자의 신체에 삽입되어 약액을 체내에 주입하기 위한 주사 바늘(170)을 더 포함할 수 있다. 약액 주입 장치(100)는 약액 저장부(110)와 펌프(120) 사이에 약액이 전달되는 경로를 제공하는 제1 튜브(TU1) 및 펌프(120)와 주사 바늘(170) 사이에 약액이 전달되는 경로를 제공하는 제2 튜브(TU2)를 더 포함할 수 있다. 펌프(120)는 약액 저장부(110)에 저장된 약액을 제1 및 제2 튜브들(TU1, TU2)을 통해 주사 바늘(170)로 유동시킬 수 있다. 도시되지는 않았지만, 약액 주입 장치(100)는 주사 바늘(170)을 지지하는 홀더를 더 포함할 수 있으며, 홀더는 약액 주입 장치(100)의 동작 직전에 주사 바늘(170)이 환자의 피부 내로 삽입되도록 바깥 방향으로 돌출될 수 있다.

프로세서(140)는 도 1에 도시된 원격 제어 장치(101)로부터 전송되는 명령어들에 기초하여 주사 바늘(170)을 통해 약액이 토출되도록 프로그래밍될 수 있다. 통신부(150)는 원격 제어 장치(101)로부터 명령어들을 수신하고, 수신된 명령어들을 프로세서(140)에 제공할 수 있다. 통신부(150)는 프로세서(140)에서 생성된 정보를 원격 제어 장치(101)로 전송할 수 있다. 프로세서(140)로부터 원격 제어 장치(101)로 전송되는 정보에는 목표 주입량보다 실제 주입량이 클 경우, 초과하여 주입된 초과 주입량에 관한 정보가 포함될 수 있다. 그 외에도, 상기 정보에는 약액 주입 장치(100)의 정상 또는 고장 상태와 같은 상태 정보 등이 포함될 수 있다. 원격 제어 장치(101)는 통신부(150)와 통신을 하기 위한 원격 통신부를 포함할 수 있다. 원격 제어 장치(101)와 통신부(150) 간의 정보 전송은 예컨대 블루투스, 적외선 통신 등과 같은 무선 통신이 사용될 수 있다.

프로세서(140)는 환자에게 적합한 주입 스케줄 또는 사용자가 원하는 주입 스케줄을 프로그래밍하고 필요에 따라 이를 변경할 수 있도록 하는데 필요한 모든 컴퓨터 프로그램 및 전자 회로를 포함할 수 있다. 이러한 전자 회로는 하나 이상의 마이크로 프로세서, 디지털 및 아날로그 집적 회로, 저항들, 커패시터들, 트랜지스터들, 및 다른 반도체 및 당업자에게 공지된 다른 전자 부품들을 포함할 수 있다. 프로세서(140)는 필요한 시간 간격으로 펌프(120)를 활성화하는 프로그램, 전자 회로 및 메모리를 포함할 수 있다. 프로세서(140)에 대하여 도 4를 참조하여 아래에서 더욱 자세히 설명한다.

약액 주입 장치(100)는 프로세서(140), 펌프(120) 및 피스톤 위치 감지부(130)의 구동 전원을 공급하는 전원부(160)를 더 포함할 수 있다. 전원부(160)는 배터리 또는 커패시터로 구성될 수 있다. 전원부(160)는 약액 주입 장치(100) 내에 통합될 수 있지만, 이로 한정되지 않으며, 충전 가능한 배터리로서 제공될 수도 있다.

약액 저장부(110)의 부피는 주입될 약액의 가용 농도, 약액 주입 장치(100)의 리필 주기 또는 폐기 기간, 크기 제한 등의 다양한 요소들을 고려하여 약액 주입 장치(100)의 치료적 적용에 가장 적합하도록 선택될 수 있다. 장치 제조자 또는 약제 제조자에 의해 약액이 약액 저장부(110)에 미리 채워지거나, 약액 주입 장치(100)의 동작 직전에 바늘 삽입 격막을 갖는 주입구 또는 루어(luer) 커넥터와 같은 외부 주입 수단을 통해 약액이 약액 저장부(110)에 채워질 수 있다. 다른 예로서, 약액 주입 장치(100)는 교체 가능한 약액 저장부(110)를 포함할 수 있다.

도 2에 도시되지는 않았지만, 약액 주입 장치(100)는 약액 주입 장치(100)를 환자의 피부에 직접 고정하기 위한 접착층을 가질 수 있다. 접착층은 주사 바늘(170)이 삽입된 피부의 주변을 밀봉 또는 보호하기 위해 주사 바늘(170)의 둘레에 환형으로 배치될 수 있다.

펌프(120)는 제1 튜브(TU1)를 통해 약액 저장부(110)에 약액을 공급받을 수 있도록 접속되며, 제2 튜브(TU1)를 통해 주사 바늘(170)에 약액을 공급할 수 있도록 접속된다. 펌프(120)는 프로세서(140)에 의해 제어되며, 프로세서(140)는 펌프(120)가 원하는 양의 약액을 토출하도록 펌프(120)를 구동하기 위한 구동 펄스를 제공할 수 있다.

약액 주입 장치(100)의 약액 저장부(830)가 대기압보다 높은 압력으로 가압되어 있다면, 펌프(120)는 프로세서(140)로부터 제공되는 펄스에 따라 약액의 흐름을 개폐하는 유량 조정기로 동작하도록 구성될 수 있다. 약액 저장부(830) 내의 압력이 대기압과 실질적으로 동일하거나 이보다 낮다면, 펌프(120)는 프로세서(140)로부터 제공되는 구동 펄스에 의해 펌핑력을 생성하도록 구성될 수 있다.

일 예에 따르면, 펌프(120)는 펌핑 주기에 따라 약액을 펌핑하도록 구성될 수 있다. 펌프(120)는 펌핑 주기마다 일정한 양의 약액을 펌핑할 수 있다. 예컨대, 상기 일정한 양은 수십 나노리터 내지 수 마이크로리터 정도일 수 있다. 펌프(120)는 1분당 수 마이크로리터 내지 수십 마이크로리터 정도의 유속을 생성할 수 있다. 단일 펌핑 주기에 펌프(120)로부터 토출되는 약액의 양은 단위 토출량이라고 지칭될 수 있다. 단위 토출량은 일정하여야 하지만, 제조 공정 상의 오차에 의해 설계된 단위 토출량과 상이할 수 있으며, 약액 주입 장치(100)의 사용 시간에 따라 점점 증가하거나 감소할 수 있다.

한 펌핑 주기는 약액 저장부(110)로부터 약액을 흡입하는 흡입 행정과 주사 바늘(170)로 약액을 토출하는 토출 행정을 포함한다. 흡입 행정에서 펌프(120)는 흡입력을 생성하며, 생성된 흡입력에 의해 약액은 약액 저장부(110)로부터 펌프(120) 내부로 유입된다. 토출 행정에서 펌프(120)는 배출력을 생성하며, 생성된 배출력에 의해 약액은 펌프(120)로부터 주사 바늘(170)로 방출된다. 펌프(120)는 펌핑 주기를 반복하므로, 토출 행정 후에 다시 흡입 행정이 시작될 수 있다.

한 펌핑 주기는 흡입 행정과 토출 행정 외에 유휴 행정을 더 포함할 수 있다. 유휴 행정은 흡입 행정과 토출 행정 사이에 수행되거나, 토출 행정이 종료된 후에 다음 펌핑 주기가 시작되기 전에 수행될 수 있다. 한 펌핑 주기는 흡입 행정과 토출 행정 사이에 수행되는 제1 유휴 행정과 토출 행정이 종료된 후에 수행되는 제2 유휴 행정을 포함하는 복수의 유휴 행정을 포함할 수 있다. 펌프(120)의 최대 펌핑량보다 적은 양의 약액을 토출해야 하는 경우, 토출량에 따라 산출되는 소정의 시간 동안 펌프(120)를 유휴시킴으로써 약액 주입 장치(100)의 단위 시간 당 주입량을 조절할 수 있다.

프로세서(140)는 펌프(120)를 구동하기 위해 구동 펄스를 출력할 수 있다. 펌프(120)는 프로세서(140)로부터 공급되는 제1 구동 펄스에 의해 흡입력을 생성하고, 펌프(120)는 프로세서(140)로부터 공급되는 제2 구동 펄스에 의해 배출력을 생성할 수 있다. 예컨대, 제1 구동 펄스는 양의 전압을 갖는 구동 펄스이고, 제2 구동 펄스는 음의 전압을 갖는 구동 펄스일 수 있다.

프로세서(140)로부터 공급되는 구동 펄스를 이용하여 흡입력과 배출력을 생성할 수 있는 모든 종류의 펌프가 펌프(120)로 사용될 수 있다. 예를 들면, 펌프(120)에 기계변위형 마이크로펌프와 전자기운동형 마이크로펌프 등의 모든 종류의 마이크로펌프가 사용될 수 있다. 기계변위형 마이크로펌프는 유체의 흐름을 유도하기 위해 압력차를 일으키도록 기어나 다이어그램과 같은 고체 혹은 유체의 운동을 이용하는 펌프로서, 다이어프람 변위 펌프(Diaphragm displacement pump), 유체 변위 펌프(Fluid displacement pump), 회전 펌프(Rotary pump) 등이 있다. 전자기운동형 마이크로펌프는 전기적 또는 자기적 형태의 에너지를 바로 유체의 이동에 이용하는 펌프로서, 전기유체역학 펌프(Electro hydrodynamic pump, EHD), 전기삼투식 펌프(Electro osmotic pump), 자기유체역학 펌프(Magneto hydrodynamic pump), 전기습식 펌프(Electro wetting pump) 등이 있다.

일 예에 따르면, 펌프(120)는 전기삼투식 펌프 또는 피에조 펌프일 수 있다. 예를 들면, 펌프(120)는 인가되는 구동 펄스에 의해 생성되는 전기장을 통해 구동 유체 내의 이온들을 이동시키고, 이온들과 함께 구동 유체를 이동시키는 펌프일 수 있다. 일 예에 따른 펌프(120)에 대하여 도 3을 참조로 더욱 자세히 설명한다.

약액 저장부(110)는 약액이 저장되는 공간(도 6의 "I")과 약액이 토출되는 토출구(도 6의 215)를 갖는 실린더(도 6의 210), 및 실린더(210) 내부에서 약액이 토출됨에 따라 이동하는 피스톤(도 6의 220)을 갖는다.

실린더(210)는 일정한 단면적을 갖는 기둥 형태일 수 있다. 실린더(210)의 단면은 원형, 사각형, 타원형, 둥근 사각형 등의 다양한 형상을 가질 수 있다. 실린더(210)의 일 단부에는 약액이 토출되는 토출구(215)가 배치되고, 실린더(210)의 다른 단부는 개방될 수 있다. 약액 저장부(110)에 저장되는 약액은 피스톤(220)과 실린더(210)의 일 단부에 의해 밀폐될 수 있다. 약액이 토출구(215)를 통해 실린더(210)의 외부로 빠져나가면, 압력에 의해 피스톤(220)은 약액이 토출된 양에 비례하여 토출구(215)의 방향으로 이동할 수 있다. 피스톤(220)이 이동한 거리와 실린더(210)의 단면적의 곱은 토출된 약액의 부피에 해당할 수 있다.

피스톤 위치 감지부(130)는 피스톤(220)의 위치를 감지하고, 피스톤(220)의 위치를 나타내는 정보를 프로세서(140)에 제공할 수 있다. 프로세서(140)는 피스톤(220)의 위치를 기초로 약액 저장부(110)에 저장된 약액의 잔량을 산출할 수 있다.

일 예에 따르면, 실린더(210)의 내벽에는 일정한 선저항을 갖는 2개의 배선이 실린더(210)의 길이 방향을 따라 연장될 수 있다. 2개의 배선은 도전성 피스톤(220) 또는 피스톤(220)에 고정된 도전체에 의해 전기적으로 연결될 수 있다. 피스톤(220)이 이동함에 따라 2개의 배선의 총 저항은 변하게 되며, 피스톤 위치 감지부(130)는 피스톤(220)에 의해 전기적으로 연결된 2개의 배선의 양단 저항을 감지함으로써, 피스톤(220)의 위치를 감지할 수 있다. 피스톤 위치 감지부(130)는 양단 저항에 대응하는 신호 또는 데이터를 프로세서(140)에 제공할 수 있다. 프로세서(140)는 양단 저항에 대응하는 신호 또는 데이터를 수신하여, 피스톤(220)의 위치를 감지할 수 있다.

다른 예에 따르면, 피스톤 위치 감지부(130)는 피스톤(220)의 위치 변화량에 대응하는 정보를 프로세서(140)에 제공할 수 있다. 프로세서(140)는 피스톤(220)의 위치 변화량에 기초하여 약액 저장부(110)로부터 토출된 약액의 양을 산출할 수 있다.

약액 저장부(110) 및 피스톤 위치 감지부(130)에 대해서는 도 5 내지 도 14를 참조로 아래에서 더욱 자세히 설명한다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 약액 주입 장치의 펌프를 예시적으로 도시한 단면도이다.

도 3을 참조하면, 펌프(120)는 멤브레인(121), 작동 유체(122), 유체 경로부(123), 제1 및 제2 전극(124a, 124b), 및 제1 및 제2 다이어프램(125a, 125b)을 포함할 수 있다. 유체 경로부(123)는 작동 유체(122)가 유동할 수 있는 경로를 제공한다. 멤브레인(121)은 유체 경로부(123) 내에 배치되며, 작동 유체(122)는 멤브레인(121)을 통과하여 유동할 수 있다. 제1 및 제2 다이어프램(125a, 125b)은 각각 멤브레인(121)의 양측에 배치되어, 작동 유체(122)를 격리하고, 작동 유체(122)의 유동에 의해 변형된다. 제1 및 제2 다이어프램(125a, 125b)은 다이어프램부를 구성할 수 있다. 제1 및 제2 전극(124a, 124b)은 각각 멤브레인(121)과 제1 및 제2 다이어프램(125a, 125b) 사이에 배치되고, 프로세서(도 2의 140)로부터 제공되는 구동 펄스가 인가된다. 제1 및 제2 전극(124a, 124b)은 전극부를 구성할 수 있다.

펌프(120)는 제1 체크 밸브(126)를 통해 약액이 공급되는 제1 튜브(TU1)에 연결되고, 제2 체크 밸브(127)을 통해 약액이 배출되는 제2 튜브(TU2)에 연결된다. 그러나, 이는 예시적이며, 제1 체크 밸브(126) 및 제2 체크 밸브(127)는 펌프(120) 내에 설치될 수도 있다.

멤브레인(121)은 작동 유체(122)가 유동하는 경로를 제공하는 유체 경로부(123) 내에 설치되고, 작동 유체(122)가 통과할 수 있도록 다공성 재질 또는 구조로 형성될 수 있다.

제1 및 제2 전극(124a, 124b)은 유체 경로부(123) 내에서 멤브레인(121)의 양측에 각각 배치된다. 도 3에 도시된 바와 같이, 제1 및 제2 전극(124a, 124b)은 멤브레인(121)의 양측에 각각 접촉하여 배치될 수 있으며, 제1 및 제2 전극(124a, 124b) 사이의 간격은 멤브레인(121)에 의해 유지될 수 있다. 그러나, 이는 예시적이며, 제1 및 제2 전극(124a, 124b)은 멤브레인(121)의 양측으로부터 이격하여 배치될 수도 있다. 제1 및 제2 전극(124a, 124b)은 멤브레인(121)과 마찬가지로 작동 유체(122)가 유동할 수 있도록 다공성 재질 또는 구조로 형성될 수 있다. 예컨대, 제1 및 제2 전극(124a, 124b)은 다공성 탄소로 이루어질 수 있다.

제1 및 제2 전극(124a, 124b)은 프로세서(140)에 전기적으로 연결되어 구동 펄스를 공급받으며, 작동 유체(122)와 전기 화학적으로 반응할 수 있다. 제1 및 제2 전극(124a, 124b)의 전기 화학 반응으로 인하여 작동 유체(122) 내의 이온들이 이동하게 된다. 프로세서(140)는 펌프(120)의 흡입 행정과 토출 행정을 제어하기 위해 제1 및 제2 전극(124a, 124b)에 인가되는 구동 펄스의 극성을 교번할 수 있다. 펌프(120) 내의 작동 유체(122)는 제1 방향과 제2 방향으로 교번하여 유동하게 되고, 흡입력과 배출력이 발생된다.

제1 및 제2 전극(124a, 124b)에 구동 펄스가 인가되면, 제1 및 제2 전극(124a, 124b) 중 하나(예컨대, 124a)는 이온을 생성하고 다른 하나(예컨대, 124b)는 이온을 소모할 수 있다. 작동 유체(122)는 이온 균형을 이루기 위해 멤브레인(121)을 통과하여 유동하게 된다. 작동 유체(122)가 유동함에 따라, 제1 및 제2 다이어프램(125a, 125b)은 변형된다.

예컨대, 제1 및 제2 전극(124a, 124b)에 양의 구동 펄스가 인가되면, 작동 유체(122)는 제1 방향으로 유동하게 되며, 제1 및 제2 다이어프램(125a, 125b)은 제1 방향으로 볼록하게 변형된다. 제1 다이어프램(125a)의 우측 공간이 넓어지면서 흡입력이 발생하게 된다. 이러한 흡입력에 의하여, 약액은 제1 체크 밸브(126)를 통과하여 펌프(120) 내로 유입된다.

반대로, 제1 및 제2 전극(124a, 124b)에 음의 구동 펄스가 인가되면, 작동 유체(122)는 제2 방향으로 유동하게 되며, 제1 및 제2 다이어프램(125a, 125b)은 제2 방향으로 볼록하게 변형된다. 제1 다이어프램(125a)의 우측 공간이 좁아지면서 배출력이 발생하게 된다. 이러한 배출력에 의하여, 약액은 제2 체크 밸브(127)를 통과하여 펌프(120)로부터 배출된다.

제1 및 제2 다이어프램(125a, 125b)은 알루미늄이 증착된 합성수지 필름 또는 에틸렌비닐알코올 공중합체(EVOH)로 이루어질 수 있다. 제1 및 제2 다이어프램(125a, 125b)은 폴리우레탄이나 고무와 같은 유연한 소재로 형성될 수도 있다.

구동 유체(122)는 제1 및 제2 전극(124a, 124b)에 인가되는 구동 펄스에 의해 이동하는 이온들을 포함한다. 구동 유체(122)는 전해액 또는 전해질 용액으로 지칭될 수 있다. 구동 유체(122)는 제1 및 제2 전극(124a, 124b)에 인가되는 구동 펄스에 의해 전기분해되고, 이온들이 전기 분해에 의해 생성될 수 있다. 전기분해의 효율은 구동 유체(122)의 조성, 온도, 수소 이온 농도, 불순물의 유무와 양 등에 의해 달라질 수 있다. 예컨대, 구동 유체(122)는 염화암모늄 용액 또는 묽은 황산일 수 있다.

구동 유체(122)는 멤브레인(121)에 의해 2개의 공간으로 분리된다. 제1 및 제2 전극(124a, 124b)에 구동 펄스가 인가되면, 예컨대, 제1 전극(124a)에서는 이온이 생성되고, 예컨대, 제2 전극(125b)에서는 이온이 감소되며, 그에 따라 이온 농도의 구배가 생성될 수 있다. 이온 농도의 구배에 의해 삼투압이 발생하며, 구동 유체(122) 내의 용매는 멤브레인(121)을 통과하여 이동하게 된다. 구동 유체(122)는 제1 및 제2 다이어프램(125a, 125b)에 의해 격리되어 있으므로, 구동 유체(122)의 이동에 의해 제1 및 제2 다이어프램(125a, 125b)은 구동 유체(122)의 이동 방향으로 변형되고, 펌프(120)는 흡입력 또는 배출력을 생성한다. 이와 같은 펌프(120)는 전기삼투현상의 원리를 이용한 것이다.

전기삼투현상은 구동 유체(122)를 멤브레인(121)으로 구분한 상태에서 제1 및 제2 전극(124a, 124b)에 구동 펄스를 인가하면, 멤브레인(121) 내의 모세관에서 계면전기 2중층의 전하가 전기장에 의해 이동하며, 삼투압에 의해 구동 유체(122)가 이동하는 현상이다. 이동하는 방향은 과잉 전하의 부호에 따라 정해지며, 전기 삼투 속도는 전기장의 강도, 과잉 전하량, 전해질 농도, 온도, 점성도 등에 의해 달라진다.

유체 경로부(123)는 흡입력 및 배출력에 의해 약액이 유동할 수 있는 제1 및 제2 개구(123a, 123b)를 갖는다. 예시적으로, 흡입력 및 배출력에 의해 약액을 미리 설계된 방향으로만 이동시키는 제1 및 제2 체크 밸브(126, 127)가 제1 개구(123a)를 통해 유체 경로부(123)에 연결되는 것으로 도시된다.

제1 체크 밸브(126)는 제1 노즐(126a), 제1 체크 밸브(126) 내에 위치하고 제1 노즐(126a)을 개폐하는 제1 개폐 수단(126b), 및 제1 노즐(126a) 양단의 압력 차이에 의해 제1 개폐 수단(126b)이 제1 노즐(126a)을 개폐할 수 있도록 제1 개폐 수단(126b)에 제2 방향으로 압력을 가하는 제1 스프링(126c)을 포함할 수 있다. 제1 노즐(126a)의 끝에 제1 튜브(TU1)가 연결될 수 있다.

제1 다이어프램(125a)이 제1 방향으로 팽창하면, 유체 경로부(123)의 제1 개구(123a) 내의 압력이 낮아지면서, 제1 노즐(126a) 양단의 압력 차이가 발생한다. 제1 노즐(126a) 내의 약액은 제1 스프링(126c)이 수축되는 방향으로 제1 개폐 수단(126b)에 압력을 가하게 되고, 제1 노즐(126a)과 제1 개폐 수단(126b) 사이에 틈이 발생하면서 제1 튜브(TU1) 내의 약액이 제1 체크 밸브(126)를 통과하여 펌프(120) 내로 유입된다.

제1 다이어프램(125a)이 제2 방향으로 팽창할 경우, 유체 경로부(123)의 제1 개구(123a) 내의 압력이 높아지므로, 제1 개폐 수단(126b)은 제2 방향으로 압력을 받게 된다. 제1 개폐 수단(126b)은 제1 노즐(126a)과 밀착되며, 약액은 제1 체크 밸브(126)를 통과할 수 없다.

제1 개폐 수단(126b)은 다양한 형상일 수 있으나, 제1 노즐(126a)과의 밀착력을 높이기 위한 형상, 예컨대, 구(毬)의 형상일 수 있다. 제1 개폐 수단(126b)은 재질 면에서 특별히 제한되지는 않으나, 제1 노즐(126a)의 내면과 밀접하게 접촉하여 기밀이 유지될 수 있도록, 고무 재질을 사용할 수 있다. 제1 개폐 수단(126b)은 내화학성과 내부식성을 갖춘 실리콘 고무 또는 바이톤 고무 재질이 사용될 수 있다.

제2 체크 밸브(127)는 제2 노즐(127a), 제2 체크 밸브(127) 내에 위치하고 제2 노즐(127a)을 개폐하는 제2 개폐 수단(127b), 및 제2 노즐(127a) 양단의 압력 차이에 의해 제2 개폐 수단(127b)이 제2 노즐(127a)을 개폐할 수 있도록 제2 개폐 수단(127b)에 제1 방향으로 압력을 가하는 제2 스프링(127c)을 포함할 수 있다. 제2 노즐(127a)의 끝에 제2 튜브(TU2)가 연결될 수 있다.

제1 다이어프램(125a)이 제2 방향으로 팽창하면, 유체 경로부(123)의 제1 개구(123a) 내의 압력이 높아지면서, 제2 노즐(127a) 양단의 압력 차이가 발생한다. 제2 노즐(127a) 내의 약액은 제2 스프링(127c)이 수축되는 방향으로 제2 개폐 수단(127b)에 압력을 가하게 되고, 제2 노즐(127a)과 제2 개폐 수단(127b) 사이에 틈이 발생하면서 펌프(120) 내의 약액이 제2 체크 밸브(127)를 통과하여 제2 튜브(TU2)로 유입된다.

제1 다이어프램(125a)이 제1 방향으로 팽창할 경우, 유체 경로부(123)의 제1 개구(123a) 내의 압력이 낮아지므로, 제2 개폐 수단(127b)은 제1 방향으로 압력을 받게 된다. 제2 개폐 수단(127b)은 제2 노즐(127a)과 밀착되며, 약액은 제2 체크 밸브(127)를 통과할 수 없다.

제1 개폐 수단(126b)은 다양한 형상일 수 있으나, 제2 노즐(127a)과의 밀착력을 높이기 위한 형상, 예컨대, 구(毬)의 형상일 수 있다. 제2 개폐 수단(127b)은 재질 면에서 특별히 제한되지는 않으나, 제2 노즐(127a)의 내면과 밀접하게 접촉하여 기밀이 유지될 수 있도록, 고무 재질을 사용할 수 있다. 제2 개폐 수단(127b)은 내화학성과 내부식성을 갖춘 실리콘 고무 또는 바이톤 고무 재질이 사용될 수 있다.

도 3에는 전기삼투 방식으로 동작하는 펌프(120)가 예시적으로 도시되었지만, 본 발명은 전기삼투식 마이크로펌프로 한정되지 않는다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 약액 주입 장치의 프로세서의 예시적인 블록도를 도시한다.

도 2와 함께 도 4를 참조하면, 프로세서(140)는 제어부(141), 펌프 구동부(142), 주입량 계산부(143), 및 메모리(144)를 포함한다.

제어부(141)는 통신부(150)를 통해 원격 제어 장치(101)로부터 수신된 명령어들 또는 메모리(144)에 저장된 명령어들에 따라 약액 주입 장치(100)의 전체적인 동작을 제어한다. 제어부(141)는 펌프 구동부(142)를 통해 펌프(120)의 동작을 제어할 수 있다. 제어부(141)는 피스톤 위치 감지부(130)로부터 피스톤(220)의 위치에 관한 정보를 수신하고, 주입량 계산부(143)는 수신된 피스톤 위치에 관한 정보를 이용하여 주입된 약액의 양을 계산할 수 있다. 메모리(144)에는 펌프(120)의 단위 토출량에 관한 정보, 주입된 약액의 양을 계산하기 위한 실린더 단면적에 관한 정보, 피스톤 위치에 관한 정보, 주입된 약액의 양에 관한 정보, 원격 제어 장치(101)로부터 수신되는 주입 스케줄에 관한 정보 중 적어도 하나가 저장될 수 있다.

펌프 구동부(142)는 제어부(141)의 제어에 따라 구동 펄스를 펌프(120)에 인가할 수 있다. 예컨대, 펌프 구동부(142)가 양의 구동 펄스를 펌프(120)에 인가하면, 펌프(120)는 양의 구동 펄스가 인가되는 동안 흡입력을 발생하여, 약액 저장부(110)에 저장된 약액을 단위 토출량만큼 흡입하여 내부 공간에 저장할 수 있다. 펌프 구동부(142)가 음의 구동 펄스를 펌프(120)에 인가하면, 펌프(120)는 음의 구동 펄스가 인가되는 동안 배출력을 발생하여, 내부 공간에 저장된 단위 토출량만큼의 약액을 주사 바늘(170)의 방향으로 배출할 수 있다.

주입량 계산부(143)는 피스톤 위치 감지부(130)로부터 수신된 피스톤(220)의 위치에 관한 정보와 메모리(144)에 저장된 실린더 단면적에 관한 정보를 이용하여 주입된 약액의 양을 계산할 수 있다. 전술한 바와 같이, 실린더(210)의 단면적은 일정하기 때문에, 피스톤(220)의 위치 변화량은 주입된 약액의 양에 정비례한다. 주입량 계산부(143)는 펌프(142)가 동작하기 전의 피스톤(220)의 위치와 펌프(142)가 동작하여 소정 양의 약액이 주입된 후의 피스톤(220)의 위치의 차이를 기초로, 펌프(142)가 동작한 기간 동안에 주입된 약액의 양을 계산할 수 있다.

제어부(141)는 주입된 약액의 양과 펌프(142)의 펌핑 횟수를 기초로 단위 토출량을 다시 계산하고, 메모리에 저장된 단위 토출량을 갱신할 수 있다. 펌프(120)의 실제 단위 토출량은 설계한 단위 토출량과 상이할 수 있으며, 시간에 따라 달라질 수 있다. 제어부(141)는 실제로 주입된 약액의 양을 기초로 단위 토출량을 정확하게 계산할 수 있다. 갱신된 단위 토출량은 제어부(141)가 목표 주입량에 따른 펌핑 횟수를 계산하는데 사용될 수 있다.

메모리(144)에 저장되는 펌프(120)의 단위 토출량에 관한 정보는 전술한 바와 같이 제어부(141)에 의해 실제 단위 토출량에 근사하게 갱신될 수 있으며, 원격 제어 장치(101)로부터 수신되거나 메모리(144)에 저장된 주입 스케줄 정보에 따른 목표 주입량에 대응하여 펌핑 횟수를 결정하는데 사용될 수 있다.

메모리(144)에 저장되는 실린더(210)의 단면적에 관한 정보는 실제 주입량을 계산하는데 사용될 수 있다. 전술한 바와 같이, 실제 주입량은 실린더(210)의 단면적과 피스톤(220)의 위치 변화량을 곱함으로써 계산될 수 있다.

메모리(144)에 저장될 수 있는 피스톤(220)의 위치에 관한 정보는 약액의 실제 주입량을 계산하는데 사용될 수 있다. 또한, 펌프(120)의 구동 없이도 피스톤(220)의 위치가 변할 경우, 약액 주입 장치(100) 내에 약액이 누설되고 있다는 것이므로, 약액 주입 장치(100) 내의 약액 누설의 여부를 판정하는데 사용될 수 있다. 또한, 약액 저장부(110) 내에 약액이 모두 소모되었음을 판단하거나, 약액 저장부(110) 내에 남아있는 약액의 잔존량을 계산하는데 사용될 수 있다. 또한, 펌프(120)가 구동하고 있음에도, 피스톤(220)의 위치가 변하지 않을 경우, 제어부(141)는 약액의 유동 경로가 막혀 있음을 판정할 수 있다.

메모리(144)에는 약액의 누적 주입량에 관한 정보가 저장될 수 있다. 약액의 누적 주입량은 약액 저장부(110)에 남아있을 것으로 추정되는 약액의 잔존량을 계산하는데 사용될 수 있으며, 펌프(120)의 단위 토출량을 계산하는데 사용될 수도 있다.

메모리(144)에는 주입 스케줄에 관한 정보가 저장될 수 있다. 주입 스케줄은 원격 제어 장치(101)로부터 수신될 수 있으며, 주입할 약액의 양과 주입할 시간에 관한 정보를 포함할 수 있다.

제어부(141)는 원격 제어 장치(101)로부터 목표 주입량을 수신하거나, 주입 스케줄 정보로부터 목표 주입량을 독출할 수 있다. 제어부(141)는 피스톤 위치 감지부(130)를 통해 감지된 피스톤(220)의 위치에 관한 정보를 기초로 약액이 목표 주입량에 근사하게 주입되도록, 펌프 구동부(142)를 이용하여 펌프(120)를 구동할 수 있다. 제어부(141)의 구체적인 제어 방법에 대해서는 도 15 및 도 16을 참조로 자세히 설명한다.

도 5 및 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 약액 저장부를 개략적으로 도시한 측면도 및 측단면도이다. 도 7은 본 발명의 일 실시예들에 따른 약액 저장부와 피스톤 위치 감지부를 도시한다.

도 5 및 도 6을 참조하면, 약액 저장부(200)는 약액이 저장되는 실린더(210), 실린더(210) 안쪽에서 약액이 토출됨에 따라 이동하는 피스톤(220), 제1 전극들(231a, 231b, 231c, ..., 231n-1, 231n) 및 제2 전극(232)을 포함한다.

실린더(210)는 내부가 비어있는 기둥 형상이며, 약액이 저장되는 내부 공간(I)을 갖는다. 실린더(210)는 내경이 일정한 원 기둥 형상으로 형성되거나, 타원 기둥 형상으로 형성되거나, 사각기둥과 같은 다각 기둥 형상 등 다양한 형상을 가질 수 있다. 실린더(210)의 길이는 대략 30mm 정도일 수 있다.

실린더(210)는 내부 공간(I)을 둘러싸는 측부(side portion, 211), 측부(211)와 연결되어 측부(211)와 함께 내부 공간(I)을 정의하는 전면부(front portion, 213), 및 전면부(213)에 위치하고 내부 공간(I)에 연결된 토출구(215)를 포함할 수 있다. 실린더(210)는 수지재와 같은 절연성 소재로 형성될 수 있다.

피스톤(220)은 실린더(210)의 내측에 배치된다. 피스톤(220)은 실린더(210)의 길이 방향을 따라 이동한다. 피스톤(220)은 실린더(210)의 측부(211)의 내측면과 접촉한 상태로 이동할 수 있다. 피스톤(220)은 내부 공간(I)에 저장된 약액이 토출구(215)를 통해 실린더(210)의 외부로 배출되는 양에 비례하여 실린더(210)의 길이 방향을 따라 이동할 수 있다.

피스톤(220)은 토출구(215)에 연결된 펌프(120)의 동작에 따라 이동할 수 있다. 펌프(120)는 제1 튜브(TU1)를 통해 실린더(210)의 토출구(215)에 연결되고, 제2 튜브(TU2)를 통해 주사 바늘(170)에 연결될 수 있다. 펌프(120)는 약액을 흡입하는 흡입력을 생성한다. 펌프(120)의 흡입력에 의해 실린더(210)의 내부 공간(I)에 저장된 약액은 토출구(215)를 따라 펌프(120)로 이동하며, 이때 발생하는 압력차에 의하여 피스톤(220)은 토출구(215)를 향하여 이동할 수 있다. 이후, 펌프(120)는 실린더(210)로부터 흡입한 약액을 주사 바늘(170)로 제공하기 위하여 약액 토출력을 생성한다. 펌프(120)의 토출력에 의해 약액은 제2 튜브(TU2)를 통해 주사 바늘(170)로 이동하며, 주사 바늘(170)을 통해 약액이 환자에게 주입될 수 있다.

피스톤(220)의 이동량은 사용자에게 제공되는 약액의 주입량과 밀접한 관계가 있다. 예컨대, 피스톤(220)의 이동량이 크면 약액의 주입량이 많고, 피스톤(220)의 이동량이 작으면 약액의 주입량이 작다. 정밀한 약액의 주입 제어를 위해서는 실린더(210) 내에서의 피스톤(220)의 위치 및/또는 이동량에 관한 정보를 획득하는 것이 필요하다. 이를 위해, 본 발명의 실시예들에 따르면, 피스톤 위치 감지부(130a)는 제1 전극들(231a, 231b, 231c, ..., 231n-1, 231n)들 및 제2 전극(232)을 이용하여, 피스톤(220)의 위치 및/또는 이동량을 감지할 수 있다.

제1 전극들(231a, 231b, 231c, ..., 231n-1, 231n)은 실린더(210)에 배치된다. 예를 들면, 제1 전극들(231a, 231b, 231c, ..., 231n-1, 231n)은 실린더(210)의 측부(211)의 외측면 상에 배치되며, 피스톤(220)의 이동 방향을 따라 서로 일정한 간격으로 이격될 수 있다.

제1 전극들(231a, 231b, 231c, ..., 231n-1, 231n)은 실질적으로 동일한 면적을 가질 수 있다. 예를 들면, 제1 전극들(231a, 231b, 231c, ..., 231n-1, 231n)은 약 0.1mm의 폭을 가질 수 있다. 제1 전극들(231a, 231b, 231c, ..., 231n-1, 231n)은 실린더(210)의 측부(211) 전체에 걸쳐서 동일한 간격으로 이격될 수 있다. 제1 전극들(231a, 231b, 231c, ..., 231n-1, 231n) 각각은 환형으로, 측부(211)의 소정의 영역을 둘러싸도록 배치될 수 있다.

제1 전극들(231a, 231b, 231c, ..., 231n-1, 231n)은 동일한 소재로 형성될 수 있다. 예컨대, 제1 전극들(231a, 231b, 231c, ..., 231n-1, 231n)은 구리, 알루미늄, 티타늄, 몰리브덴 등과 같은 금속성 소재로 형성되거나, ITO(Indium Tin Oxide)와 같은 투명 도전성 소재로 형성될 수 있다.

제2 전극(232)은 피스톤(220)에 배치되며, 피스톤(220)과 함께 이동한다. 예컨대, 제2 전극(232)은 피스톤(220)의 플레이트(221) 상에 배치될 수 있다. 플레이트(221)는 소정의 강성과 두께를 갖는 고무 또는 실리콘과 같은 소재로 형성될 수 있다. 예를 들면, 제2 전극(232)은 약 0.1mm의 두께를 가질 수 있다.

제2 전극(232)은 커버(222)로 덮여 내부 공간(I)과 공간적으로 분리되어, 내부 공간(I)에 저장된 약액에 노출되지 않을 수 있다. 커버(222)는 고무 또는 실리콘과 같은 소재로 형성될 수 있다. 제2 전극(232)이 약액에 노출되는 경우, 약액을 오염시키거나 제2 전극(232)이 부식되는 등의 문제가 발생할 수 있다. 제2 전극(232)은 커버(222)에 의해 약액이 저장되는 내부 공간(I)과 공간적으로 분리될 수 있다.

제2 전극(232)은 제1 전극(231a, 231b, 231c, ..., 231n-1, 231n)들과 동일한 소재를 포함하거나, 서로 다른 소재를 포함할 수 있다. 예컨대, 제2 전극(232)은 구리, 알루미늄, 티타늄, 몰리브덴 등과 같은 금속성 소재로 형성되거나, ITO(Indium Tin Oxide)와 같은 투명 도전성 소재로 형성될 수 있다.

제2 전극(232)과 제1 전극들(231a, 231b, 231c, ..., 231n-1, 231n) 사이에 커패시턴스들이 존재한다. 피스톤(220)과 함께 이동하는 제2 전극(232)의 위치에 따라, 제2 전극(232)과 각각의 제1 전극들(231a, 231b, 231c, ..., 231n-1, 231n) 사이의 커패시턴스들이 달라진다. 피스톤 위치 감지부(130a)는 제2 전극(232)과 각각의 제1 전극들(231a, 231b, 231c, ..., 231n-1, 231n) 사이의 커패시턴스들을 감지하고, 감지된 커패시턴스들의 변화에 기초하여 피스톤(220)의 위치 정보 및/또는 변위와 같은 이동 정보를 감지할 수 있다.

도 7에 도시된 바와 같이, 피스톤 위치 감지부(130a)는 제1 전극들(231a, 231b, 231c, ..., 231n-1, 231n) 각각에 연결되는 입력 단자들(RXa, RXb, RXc, ..., RXn-1, RXn), 및 제2 전극(232)에 연결되는 출력 단자(TX)를 포함할 수 있다.

피스톤 위치 감지부(130a)는 출력 단자(TX)를 통해 제2 전극(232)에 펄스 신호를 출력할 수 있다. 제2 전극(232)에 인가된 펄스 신호는 제2 전극(232)과 각각의 제1 전극들(231a, 231b, 231c, ..., 231n-1, 231n) 사이의 커패시턴스들에 의해 제1 전극들(231a, 231b, 231c, ..., 231n-1, 231n)에 펄스 응답 신호들을 유도할 수 있다.

제2 전극(232)과 제1 전극(231a)이 인접하게 위치하는 경우, 제2 전극(232)과 제1 전극(231a) 사이의 커패시턴스는 상대적으로 크기 때문에, 제1 전극(231a)에 유도되는 펄스 응답 신호는 상대적으로 큰 크기를 갖는다. 그러나, 제2 전극(232)과 제1 전극(231n)이 멀리 위치하는 경우, 제2 전극(232)과 제1 전극(231a) 사이의 커패시턴스는 상대적으로 작으며, 제1 전극(231n)에 유도되는 펄스 응답 신호는 상대적으로 작은 크기를 갖는다.

피스톤 위치 감지부(130a)는 입력 단자들(RXa, RXb, RXc, ..., RXn-1, RXn)을 통해 각각의 제1 전극들(231a, 231b, 231c, ..., 231n-1, 231n)에 유도된 펄스 응답 신호들을 수신할 수 있다. 피스톤 위치 감지부(130a)는 입력 단자들(RXa, RXb, RXc, ..., RXn-1, RXn)을 통해 수신된 펄스 응답 신호들을 통해 제2 전극(232)의 위치, 즉, 피스톤(220)의 위치를 감지할 수 있다.

이하에서는, 도 8a, 도 8b, 및 도 9를 참조하여 제1 전극들(231a, 231b, 231c, ..., 231n-1, 231n)과 제2 전극(232) 간의 상대적 위치에 의한 피스톤(220)의 위치 정보 및/또는 변위와 같은 이동 정보를 획득하는 방법에 대하여 살펴본다.

도 8a 및 도 8b는 본 발명의 일 실시예에 따른 약액 저장부의 일부를 확대하여 도시한다. 도 8a는 피스톤(220)이 제1 지점(P1)에 위치하는 경우를 도시하며, 도 8b는 피스톤(220)이 제2 지점(P2)에 위치하는 경우를 도시한다. 도 9는 본 발명의 일 실시예에 따라 피스톤 위치 감지부에 수신되는 도 8a에 도시된 경우의 펄스 응답 신호들과 도 8b에 도시된 경우의 펄스 응답 신호들을 개념적으로 도시한다.

도 7과 함께 도 8a 및 도 8b를 참조하면, 제1 전극(231a, 231b, 231c, ..., 231n)들과 제2 전극(232)은 이들 사이에 개재된 실린더(210)의 측부(211)에 의해 이격된다. 측부(211)는 일종의 유전체로서, 제1 전극들(231a, 231b, 231c, ..., 231n) 각각과 제2 전극(232) 사이에는 커패시턴스들(C1, C2, C3, ..., Cn)이 존재할 수 있다. 커패시턴스들(C1, C2, C3, ..., Cn)의 크기는 제1 전극들(231a, 231b, 231c, ..., 231n) 각각과 제2 전극(232) 사이의 거리에 반비례한다. 제2 전극(232)에 펄스 신호를 인가하는 경우, 제1 전극들(231a, 231b, 231c, ..., 231n) 각각에서 수신되는 펄스 응답 신호는 제2 전극(232)과의 커패시턴스들(C1, C2, C3, ..., Cn)에 비례해서 감소한다.

예를 들면, 도 8a에 도시된 바와 같이, 피스톤(220)은 제1 지점(P1)에 위치할 수 있다. 피스톤 위치 감지부(130a)는 출력 단자(TX)를 통해 제2 전극(232)에 펄스 신호(Si)를 인가하는 경우, 제2 전극(232)과 인접한 제1 전극(231a)에 유도되는 펄스 응답 신호(So1)는 상대적으로 큰 커패시턴스(C1)로 인하여 상대적으로 큰 크기를 갖는다. 즉, 펄스 응답 신호(So1)는 다른 제1 전극들(231b, 231c, ..., 231n)에 유도되는 펄스 응답 신호들(So2, So3, ..., Son)에 비해 큰 크기를 갖는다. 도 9의 (a)에 도시된 바와 같이, 펄스 응답 신호(So1)는 다른 펄스 응답 신호들(So2, So3, ..., Son)에 비해 큰 크기를 갖는다. 펄스 응답 신호들(So1, So2, So3, ..., Son)은 대응하는 제1 전극들(231a, 231b, 231c, ..., 231n)이 제2 전극(232)과의 커패시턴스들(C1, C2, C3, ..., Cn)에 비례하는 크기를 갖는다.

도 8b에 도시된 바와 같이, 약액의 토출을 위해 피스톤(220)이 제2 지점(P2)으로 소정의 거리(Δx)만큼 이동하는 경우, 제2 전극(232)도 동일한 거리만큼 이동하게 된다. 피스톤(220)의 이동, 즉 제2 전극(232)의 이동에 의해 제2 전극(232)과 제1 전극(231a, 231b, 231c, ..., 231n)들과의 사이에 형성되는 커패시턴스(C1', C2', C3', ..., Cn')도 변한다.

제2 전극(232)에 동일한 펄스 신호(Si)가 인가되는 경우, 제1 전극(231a, 231b, 231c, ..., 231n)들 각각에 유도되는 펄스 응답 신호들(So1', So2', So3', ..., Son')은 제1 지점(P1)에서의 펄스 응답 신호들(So1, So2, So3, ..., Son)들과 다르다. 제1 전극(231a)에 유도되는 펄스 응답 신호(So1')는 상대적으로 감소된 커패시턴스(C1')로 인하여, 펄스 응답 신호(So1)에 비해 작은 크기를 갖는다. 이에 반하여, 다른 제1 전극들(231b, 231c, ..., 231n)들에 유도되는 펄스 응답 신호들(So2', So3', ..., Son')은 상대적으로 증가한 커패시턴스들(C1', C2', C3', ..., Cn')로 인하여, 펄스 응답 신호들(So2, So3, ..., Son)에 비해 실질적으로 증가한 크기를 갖는다. 도 9의 (b)에 도시된 바와 같이, 펄스 응답 신호(So1')는 펄스 응답 신호(So1)에 비해 크기가 감소한다. 이에 반하여, 펄스 응답 신호(So2')는 펄스 응답 신호(So2)에 비해 크게 증가한 크기를 갖는다. 펄스 응답 신호(Son')는 펄스 응답 신호(Son)에 비해 거의 증가하지 않는데, 이는 제2 전극(232)이 이동하더라도 제1 전극(231n)과의 거리는 상대적으로 매우 멀기 때문에, 커패시턴스들(Cn, Cn')은 크게 변하지 않기 때문이다.

다시 도 7을 참조하면, 피스톤 위치 감지부(130a)는 제2 전극(232)의 위치에 따른 제1 전극(231a, 231b, 231c, ..., 231n)들에 각각 유도되는 펄스 응답 신호들(So1, So2, So3, ..., Son)을 수신할 수 있다.

일 예에 따르면, 피스톤 위치 감지부(130a)는 수신된 펄스 응답 신호들(So1, So2, So3, ..., Son)에 기초하여 피스톤(220)의 위치 정보를 생성할 수 있다. 예를 들면, 제1 지점(P1) 또는 제2 지점(P2)에 피스톤(220)이 위치하는 경우, 피스톤 위치 감지부(130a)는 펄스 응답 신호들(So1, So2, So3, ..., Son)의 크기를 미리 저장된 데이터와 비교 및 분석함으로써 피스톤(220)의 위치 정보를 생성할 수 있다. 미리 저장된 데이터는 피스톤(220)이 미리 설정된 지점에 위치할 때의 펄스 응답 신호들(So1, So2, So3, ..., Son)의 기준 크기들에 대한 정보를 포함할 수 있다.

다른 예에 따르면, 피스톤 위치 감지부(130a)는 수신된 펄스 응답 신호들(So1, So2, So3, ..., Son)에 기초하여 피스톤(220)의 이동 정보를 생성할 수 있다. 예를 들면, 전술한 바와 같이 피스톤(220)이 제1 지점(P1)에서 제2 지점(P2)으로 이동하는 경우, 피스톤(220)의 이동에 따른 펄스 응답 신호들(So1, So2, So3, ..., Son)의 크기 변화를 기초로 피스톤(220)의 이동 정보, 예컨대 변위 정보를 생성할 수 있다.

피스톤 위치 감지부(130a)에서 생성된 위치 피스톤(220)의 위치 정보 또는/및 이동 정보는 프로세서(140), 특히, 주입량 계산부(143)에 제공될 수 있다.

프로세서(140)는 수신된 정보에 기초하여 피스톤(220)의 위치가 잘못된 위치에 있는지, 피스톤(220)의 이동량이 정상인지 여부 등을 판단할 수 있다. 프로세서(140)는 수신된 정보에 기초하여 약액의 토출량 정보를 생성하거나, 약액의 토출량이 정상 동작에 의한 것인지 여부(예컨대, 약액이 누수되는지 여부) 등을 판단할 수 있다. 예컨대, 프로세서(140)는 실린더(210)의 단면적 정보, 및 피스톤(220)의 변위 정보를 이용하여 약액의 토출량 정보를 획득할 수 있다.

프로세서(140)는 전술한 정보(들)에 기초하여 펌프(120)의 동작을 제어할 수 있다. 프로세서(140)는 전술한 정보(들)에 기초하여 약액의 누수와 같은 비정상 동작을 감지하여, 문제의 발생을 환자에게 알려줄 수 있다.

본 실시예에서는, 피스톤 위치 감지부(130a)와 프로세서(140)가 별도의 부재인 것으로 설명하였으나, 본 발명은 이에 한정되지 않는다. 또 다른 실시예에 따르면, 피스톤 위치 감지부(130a)와 프로세서(140)는 하나의 칩에 통합될 수도 있다.

도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 약액 저장부를 개략적으로 나타낸 횡단면도이다.

도 10을 참조하면, 약액 저장부(200a)는 앞서 도 5 내지 도 9 참조하여 설명한 약액 저장부(200)와 같이 약액이 저장되는 실린더(210), 실린더(210) 내측에서 일 방향을 따라 이동하는 피스톤(220)을 포함한다. 본 실시예에 따른 약액 저장부(200a)의 전극들은 전술한 약액 저장부(1)의 전극들과 차이가 있으므로, 이하에서는 전극들을 중심으로 설명한다.

피스톤(220)에는 제2 전극(232)이 배치된다. 제2 전극(232)은 피스톤(220)과 함께 이동한다. 예컨대, 제2 전극(232)은 피스톤(220)의 플레이트(221) 상에 배치될 수 있으며, 커버(222)에 둘러싸여 약액에 노출되지 않을 수 있다. 제2 전극(232)은 예컨대 도 7에 도시된 피스톤 위치 감지부(130a)의 출력 단자(TX)에 연결되며, 피스톤 위치 감지부(130a)로부터 출력되는 펄스 신호가 인가될 수 있다.

실린더(210)의 외측, 예컨대 측부(211)의 외측면 상에 배치되는 제1 전극들(231a, 231b, 231c, 231d, 231e, 231f, 231g, 231h, ..., 231n-1, 231n)이 배치된다. 제1 전극들(231a, 231b, 231c, 231d, 231e, 231f, 231g, 231h, ..., 231n-1, 231n)은 실린더(210)의 측부(211)의 외측면 상에 피스톤(220)의 이동 방향을 따라 서로 일정한 간격으로 이격될 수 있다.

제1 전극들(231a, 231b, 231c, 231d, 231e, 231f, 231g, 231h, ..., 231n-1, 231n)은 소정 개수의 그룹들로 그룹핑되고, 각 그룹의 제1 전극들은 예컨대 도 7에 도시된 피스톤 위치 감지부(130a)의 입력 단자들(RXa, RXb, RXc, RXd)에 각각 공통적으로 연결되며, 펄스 응답 신호들이 유도될 수 있다. 도 10에서는 제1 전극들(231a, 231b, 231c, 231d, 231e, 231f, 231g, 231h, ..., 231n-1, 231n)은 4개의 그룹들로 그룹핑되는 것으로 예시되었지만, 이보다 적거나 많은 그룹들로 그룹핑될 수 있다.

예를 들면, 제1 전극들(231a, 231e, ..., 231n-3)은 제1 그룹으로 그룹핑되고, 피스톤 위치 감지부(130a)의 입력 단자(RXa)에 공통적으로 연결될 수 있다. 제1 전극들(231b, 231f, ..., 231n-2)은 제2 그룹으로 그룹핑되고, 피스톤 위치 감지부(130a)의 입력 단자(RXb)에 공통적으로 연결될 수 있다. 제1 전극들(231c, 231g, ..., 231n-1)은 제3 그룹으로 그룹핑되고, 피스톤 위치 감지부(130a)의 입력 단자(RXc)에 공통적으로 연결될 수 있다. 제1 전극들(231d, 231h, ..., 231n)은 제4 그룹으로 그룹핑되고, 피스톤 위치 감지부(130a)의 입력 단자(RXd)에 공통적으로 연결될 수 있다.

본 실시예에 따른 약액 저장부(200a)와 이에 연결되는 피스톤 위치 감지부(130a)는 제2 전극(232)의 이동에 따른 응답 펄스 신호들의 변화를 이용하여 피스톤(220)의 위치 변화량, 즉, 변위와 같은 이동 정보를 획득할 수 있다. 본 실시예에서는 제2 전극(232)으로부터 소정 간격 이상으로 이격한 제1 전극들(231)에 유도되는 응답 펄스 신호들은 무시할 수 있을 정도로 작다는 점에 착안한 것이다. 이 경우, 제2 전극(232)이 제1 전극(231a)에 인접하게 위치하는 경우의 응답 펄스 신호들과 제1 전극(231e)에 인접하게 위치하는 경우의 응답 펄스 신호들은 실질적으로 동일하기 때문에, 제2 전극(232)의 정확한 위치를 감지할 수 없지만, 제2 전극(232)의 위치 변화량과 같은 이동 정보는 정확히 감지될 수 있다.

본 실시예에 따르면, 피스톤 위치 감지부(130a)의 입력 단자들(RXa, RXb, RXc, RXd)의 수가 제1 전극들(231a, 231b, 231c, 231d, 231e, 231f, 231g, 231h, ..., 231n-1, 231n)의 그룹의 개수와 동일하게 감소될 수 있다. 따라서, 피스톤 위치 감지부(130a)의 총 단자의 수가 감소할 수 있으며, 피스톤 위치 감지부(130a)의 전체 크기가 감소될 수 있다. 따라서, 약액 주입 장치(100)의 크기는 감소될 수 있다.

도 11은 본 발명의 다른 실시예에 따른 약액 저장부를 개략적으로 도시한 측면도이다. 도 12는 본 발명의 다른 실시예들에 따른 약액 저장부의 측단면도와 피스톤 위치 감지부를 도시한다.

도 10 및 도 11을 참조하면, 약액 저장부(300)는 앞서 도 5 내지 도 9를 참조하여 설명한 약액 저장부(200)와 같이 약액이 저장되는 실린더(310), 실린더(310) 내측에서 일 방향을 따라 이동하는 피스톤(320)을 포함한다. 본 실시예에 따른 약액 저장부(300)의 전극들은 전술한 약액 저장부(200)의 전극들과 차이가 있으므로, 이하에서는 전극들을 중심으로 설명한다.

약액 저장부(300)는 입력 전극들(341a, 341b, 341c, ..., 341n-1, 341n), 출력 전극들(342a, 342b, 342c, ..., 342n-1, 342n), 및 플로팅 전극(330)을 포함한다.

입력 전극들(341a, 341b, 341c, ..., 341n-1, 341n)은 실린더(310)의 측부(311)의 외측면 상에 배치되며, 피스톤(320)의 이동 방향을 따라 서로 이격되도록 배치될 수 있다.

출력 전극들(342a, 342b, 342c, ..., 342n-1, 342n)은 실린더(310)의 측부(311)의 외측면 상에 배치되며, 피스톤(320)의 이동 방향을 따라 서로 이격되도록 배치될 수 있다.

입력 전극들(341a, 341b, 341c, ..., 341n-1, 341n) 및 출력 전극들(342a, 342b, 342c, ..., 342n-1, 342n)은 피스톤(320)의 이동 방향을 따라 서로 교번하여 배치되며, 동일한 소재를 포함할 수 있다. 예컨대, 입력 전극들(341a, 341b, 341c, ..., 341n-1, 341n) 및 출력 전극들(342a, 342b, 342c, ..., 342n-1, 342n)은 구리, 알루미늄, 티타늄, 몰리브덴 등과 같은 금속성 소재로 형성되거나, ITO(Indium Tin Oxide)와 같은 투명 도전성 소재로 형성될 수 있다.

입력 전극들(341a, 341b, 341c, ..., 341n-1, 341n) 및 출력 전극들(342a, 342b, 342c, ..., 342n-1, 342n) 각각은 환형으로, 측부(311)의 소정의 영역을 둘러싸도록 배치될 수 있다. 다른 예에 따르면, 입력 전극들(341a, 341b, 341c, ..., 341n-1, 341n) 및 출력 전극들(342a, 342b, 342c, ..., 342n-1, 342n) 각각은 측부(311)의 소정의 영역을 부분적으로 둘러싸도록 배치될 수 있다.

플로팅 전극(330)은 피스톤(320)에 배치되며, 피스톤(320)과 함께 이동한다. 예컨대, 플로팅 전극(330)은 피스톤(320)의 플레이트(321) 상에 배치될 수 있으며, 커버(322)에 둘러싸여 약액에 노출되지 않을 수 있다. 플레이트(321)는 소정의 강성과 두께를 갖는 고무 또는 실리콘과 같은 소재로 형성될 수 있다. 커버(322)는 플레이트(321)와 같이 고무 또는 실리콘과 같은 소재로 형성되거나, 다른 소재를 포함할 수 있다.

플로팅 전극(330)은 도전성 소재를 포함한다. 예컨대, 플로팅 전극(330)은 구리, 알루미늄, 티타늄, 몰리브덴 등과 같은 금속성 소재로 형성되거나, ITO(Indium Tin Oxide)와 같은 투명 도전성 소재로 형성되거나, 도전성 수지재 등 다양한 소재를 포함할 수 있다.

플로팅 전극(330)은 플로팅 전극으로서, 피스톤(320)과 함께 이동하면서 입력 전극들(341a, 341b, 341c, ..., 341n-1, 341n) 및 출력 전극들(342a, 342b, 342c, ..., 342n-1, 342n) 간의 커패시턴스들에 영향을 준다. 즉, 플로팅 전극(330)의 위치에 따라, 입력 전극들(341a, 341b, 341c, ..., 341n-1, 341n)과 출력 전극들(342a, 342b, 342c, ..., 342n-1, 342n) 사이의 커패시턴스들이 달라진다. 본 실시예에 따르면, 피스톤 위치 감지부(130b)는 입력 전극들(341a, 341b, 341c, ..., 341n-1, 341n)과 출력 전극들(342a, 342b, 342c, ..., 342n-1, 342n) 사이의 커패시턴스들의 변화에 기초하여 피스톤(320)의 위치 정보 및/또는 변위와 같은 이동 정보를 확인할 수 있다.

피스톤 위치 감지부(130b)는 펄스 신호들을 순차적으로 출력하는 출력 단자들(TXa, TXb, ..., TXn-1, TXn) 및 순차적으로 출력되는 펄스 신호들 각각에 응답하여 유도되는 펄스 응답 신호들을 수신하는 입력 단자들(RXa, RXb, ..., RXn-1, RXn)을 포함한다.

출력 단자들(TXa, TXb, ..., TXn-1, TXn)은 입력 전극들(341a, 341b, 341c, ..., 341n-1, 341n)에 각각 연결되며, 입력 전극들(341a, 341b, 341c, ..., 341n-1, 341n)에는 순차적으로 펄스 신호가 인가된다.

입력 단자들(RXa, RXb, ..., RXn-1, RXn)은 출력 전극들(342a, 342b, 342c, ..., 342n-1, 342n)에 각각 연결되며, 순차적으로 출력되는 펄스 신호들 각각에 응답하여 출력 전극들(342a, 342b, 342c, ..., 342n-1, 342n) 각각에 유도되는 펄스 응답 신호들을 순차적으로 수신할 수 있다.

예를 들면, 입력 전극(341a)에 인가되는 펄스 신호에 응답하여, 출력 전극들(342a, 342b, 342c, ..., 342n-1, 342n) 각각에 펄스 응답 신호들이 유도된다. 이후, 입력 전극(341b)에 인가되는 펄스 신호에 응답하여, 출력 전극들(342a, 342b, 342c, ..., 342n-1, 342n) 각각에 펄스 응답 신호들이 유도된다. 이러한 방식으로, 입력 전극(341n)에 인가되는 펄스 신호에 응답하여, 출력 전극들(342a, 342b, 342c, ..., 342n-1, 342n) 각각에 펄스 응답 신호들이 유도된다. 피스톤 위치 감지부(130b)는 위의 모든 펄스 응답 신호들을 수신하고, 이들을 기초로 피스톤(320)의 위치를 감지할 수 있다.

이하에서는, 도 13a, 도 13b, 및 도 14를 참조하여 피스톤(320)의 위치 정보 및/또는 변위와 같은 이동 정보 획득에 대하여 살펴본다.

도 13a 및 도 13b는 본 발명의 다른 실시예에 따른 약액 저장부의 일부를 확대하여 도시한다. 도 13a는 피스톤(320)이 제1 지점(P1)에 위치하는 경우를 도시하며, 도 13b는 피스톤(320)이 제2 지점(P2)에 위치하는 경우를 도시한다. 도 14는 본 발명의 일 실시예에 따라 피스톤 위치 감지부에 수신되는 도 13a에 도시된 경우의 펄스 응답 신호와 도 14b에 도시된 경우의 펄스 응답 신호를 개념적으로 도시한다.

도 13a를 참조하면, 피스톤(320)이 제1 지점(P1)에 위치한 상태에서, 입력 전극들(341a, 341b) 각각에 펄스 신호(Si1, Si2)를 순차적으로 인가하면 출력 전극들(342a, 342b) 각각에서 펄스 응답 신호들(So1, So2)이 수신된다. 예를 들면, 제1 시간(t1)에 입력 전극(341a)에 펄스 신호(Si1)가 인가되고, 제2 시간(t2)에 입력 전극(341b)에 펄스 신호(Si2)가 인가될 수 있다. 제1 시간(t1)에 펄스 신호(Si1)에 응답하여 출력 전극(342a)에 유도되는 펄스 응답 신호(So1)와 제2 시간(t2)에 펄스 신호(Si2)에 응답하여 출력 전극(342a)에 유도되는 펄스 응답 신호(So1)가 도 14의 (a)에 도시된다.

입력 전극(341a)과 출력 전극(342a) 사이의 간격은 일정하므로, 플로팅 전극(330)의 위치와 상관 없이 입력 전극(341a)과 출력 전극(342a) 사이의 커패시턴스(Co1a)는 일정하다. 또한, 출력 전극(342a)과 입력 전극(341b) 사이의 간격은 일정하므로, 플로팅 전극(330)의 위치와 상관 없이 입력 전극(341a)과 출력 전극(342a) 사이의 커패시턴스(Co1b)는 일정하다. 그러나, 플로팅 전극(330)의 위치에 따라, 플로팅 전극(330)과 입력 전극(341a) 사이의 커패시턴스(C1a)와 플로팅 전극(330)과 출력 전극(342a) 사이의 커패시턴스(C1b)는 변하게 된다.

입력 전극(341a)에 인가되는 펄스 신호(Si1)에 응답하여 출력 전극(342a)에 유도되는 펄스 응답 신호(So1)는 커패시턴스(Co1a), 커패시턴스(C1a) 및 커패시턴스(C1b)에 따라 달라지게 된다.

입력 전극(341a)와 출력 전극(342a)로 이루어진 커패시턴스(Co1a)를 갖는 커패시터의 입장에서, 커패시턴스(C1a) 및 커패시턴스(C1b)는 기생 커패시턴스로 기능한다. 따라서, 커패시턴스(C1a) 및 커패시턴스(C1b)이 커지게 되면, 펄스 신호(Si1)에 응답하여 출력 전극(342a)에 유도되는 펄스 응답 신호(So1)의 크기는 작아진다.

도 13a에 도시된 바와 같이, 플로팅 전극(330)은 입력 전극(341b)에 비해 입력 전극(341a)에 인접하게 위치하므로, 플로팅 전극(330)과 입력 전극(341b) 사이의 커패시턴스(C2a)는 커패시턴스(C1a)에 비해 작다. 따라서, 도 14에 도시된 바와 같이, 펄스 신호(Si1)에 응답하여 시간(t1)에 출력 전극(342a)에 유도되는 펄스 응답 신호(So1)의 크기는 펄스 신호(Si2)에 응답하여 시간(t2)에 출력 전극(342a)에 유도되는 펄스 응답 신호(So1)의 크기보다 작게 된다.

도 13b를 참조하면, 피스톤(320)이 제2 지점(P2)에 위치한 상태에서, 입력 전극들(341a, 341b) 각각에 펄스 신호(Si1, Si2)를 순차적으로 인가하면 출력 전극들(342a, 342b) 각각에서 펄스 응답 신호들(So1, So2)이 수신된다. 예를 들면, 제1 시간(t1)에 입력 전극(341a)에 펄스 신호(Si1)가 인가되고, 제2 시간(t2)에 입력 전극(341b)에 펄스 신호(Si2)가 인가될 수 있다. 피스톤(320)이 제2 지점(P2)에 위치한 상태에서, 제1 시간(t1)에 펄스 신호(Si1)에 응답하여 출력 전극(342a)에 유도되는 펄스 응답 신호(So1')와 제2 시간(t2)에 펄스 신호(Si2)에 응답하여 출력 전극(342a)에 유도되는 펄스 응답 신호(So1')가 도 14의 (b)에 도시된다.

플로팅 전극(330)이 제2 지점(P2)로 이동함에 따라, 플로팅 전극(330)과 입력 전극(341a) 사이의 커패시턴스(C1a')는 커패시턴스(C1a)에 비해 작아지고, 플로팅 전극(330)과 출력 전극(342a) 사이의 커패시턴스(C1b')는 커패시턴스(C1b)에 비해 커진다. 플로팅 전극(330)이 입력 전극(341a)과 출력 전극(342a) 사이의 중앙점에 인접하게 위치하므로, 커패시턴스(C1a')과 커패시턴스(C1b')을 포함하는 기생 커패시턴스는 커패시턴스(C1a)과 커패시턴스(C1b)을 포함하는 기생 커패시턴스에 비해 증가한다.

따라서, 도 14에 도시된 바와 같이, 피스톤(320)이 제2 지점(P2)에 위치한 상태에서 펄스 신호(Si1)에 응답하여 시간(t1)에 출력 전극(342a)에 유도되는 펄스 응답 신호(So1')의 크기는 피스톤(320)이 제1 지점(P1)에 위치한 상태에서 펄스 신호(Si1)에 응답하여 시간(t1)에 출력 전극(342a)에 유도되는 펄스 응답 신호(So1)의 크기에 비해 감소하게 된다.

플로팅 전극(330)이 제2 지점(P2)로 이동함에 따라, 플로팅 전극(330)과 출력 전극(342a) 사이의 커패시턴스(C1b')와 플로팅 전극(33)과 입력 전극(341b) 사이의 커패시턴스(C2a')는 각각 커패시턴스(C1b)와 커패시턴스(C2a)에 비해 커진다. 커패시턴스(C1b')과 커패시턴스(C2a')을 포함하는 기생 커패시턴스는 커패시턴스(C1b)과 커패시턴스(C2a)을 포함하는 기생 커패시턴스에 비해 증가한다.

따라서, 도 14에 도시된 바와 같이, 피스톤(320)이 제2 지점(P2)에 위치한 상태에서 펄스 신호(Si2)에 응답하여 시간(t2)에 출력 전극(342a)에 유도되는 펄스 응답 신호(So2')의 크기는 피스톤(320)이 제1 지점(P1)에 위치한 상태에서 펄스 신호(Si2)에 응답하여 시간(t2)에 출력 전극(342a)에 유도되는 펄스 응답 신호(So2)의 크기에 비해 감소하게 된다.

피스톤 위치 감지부(130b)는 출력 단자들(TXa, TXb, ..., TXn-1, TXn)을 통해 입력 전극들(341a, 341b, 341c, ..., 341n-1, 341n)에 순차적으로 펄스 신호를 인가하고, 입력 단자들(RXa, RXb, ..., RXn-1, RXn)을 통해순차적으로 출력되는 펄스 신호들 각각에 응답하여 출력 전극들(342a, 342b, 342c, ..., 342n-1, 342n) 각각에 유도되는 펄스 응답 신호들을 순차적으로 수신하고, 순차적으로 수신된 펄스 응답 신호들을 기초로 플로팅 전극(330)의 위치, 즉, 피스톤(320)의 위치를 감지할 수 있다.

피스톤 위치 감지부(130b)는 플로팅 전극(330)의 위치에 따라 달라지는, 순차적으로 수신된 펄스 응답 신호들을 기초로, 피스톤(320)의 위치 정보 및/또는 위치 변화량과 같은 이동 정보를 생성할 수 있다. 피스톤 위치 감지부(130b)는 생성된 정보를 프로세서(140)로 제공할 수 있다.

도 15은 본 발명의 일 실시예에 따른 약액 주입 장치의 예시적인 제어 방법을 개략적으로 나타내는 흐름도이다.

도 1, 도 2 및 도 4와 함께, 도 15를 참조하면, 약액 주입 장치(100)의 프로세서(140)는 통신부(150)를 통해 원격 제어 장치(101)로부터 목표 주입량을 수신한다(S110). 목표 주입량은 환자의 상태에 따라 주입될 약액의 양을 의미한다. 원격 제어 장치(101)는 환자의 상태에 관한 정보 및 약액의 정보를 수집하고, 수집된 정보들을 기초로 목표 주입량을 계산할 수 있다. 프로세서(140)는 원격 제어 장치(101)로부터 목표 주입량 및 주입 시간을 포함하는 주입 스케줄 정보를 수신하여 메모리(144)에 저장할 수 있다. 프로세서(140)는 메모리(144)에 저장된 주입 스케줄 정보를 기초로 설정된 주입 시간에 목표 주입량을 독출할 수 있다.

프로세서(140)는 피스톤 위치 감지부(130)를 통해 초기 피스톤 위치를 감지한다(S120). 초기 피스톤 위치는 목표 주입량에 해당하는 약액을 주입하기 전의 피스톤 위치를 의미한다. 초기 피스톤 위치는 메모리(144)에 저장될 수 있으며, 프로세서(140)는 메모리(144)에 저장된 피스톤 위치 정보로부터 초기 피스톤 위치를 독출할 수 있다.

프로세서(140)는 펌프 구동부(142)를 이용하여 구동 펄스를 펌프(120)에 출력함으로써 펌프(120)를 구동하며, 펌프(120)는 약액 저장부(110)에 저장된 약액을 주사 바늘(170)을 통해 환자에게 주입한다(S130). 약액 저장부(110)에 저장된 약액이 펌프(120)에 의해 외부로 배출됨에 따라, 실린더(210) 내에 약액(110)이 저장된 내부 공간의 압력이 낮아지게 되고, 피스톤(220)은 배출되는 약액의 양에 비례하여 토출구(215)의 방향으로 이동한다.

프로세서(140)는 피스톤 위치 감지부(130)를 통해 현재 피스톤 위치를 감지한다(S140). 약액 저장부(110)에 저장된 약액이 환자에게 주입됨에 따라 피스톤(220)의 위치가 이동하게 되고, 피스톤 위치 감지부(130)는 이동된 피스톤(220)의 위치를 감지하여, 프로세서(140), 특히, 주입량 계산부(143)에게 제공할 수 있다.

프로세서(140), 특히 주입량 계산부(143)는 초기 피스톤 위치와 현재 피스톤 위치의 차이를 기초로 실제 주입량을 계산한다(S150). 주입량 계산부(143)는 초기 피스톤 위치와 현재 피스톤 위치의 차이(예컨대, Δd)와 메모리(144)에 저장된 실린더 단면적(예컨대, S)를 곱함으로써, 주입된 약액의 부피를 계산할 수 있다. 목표 주입량이 질량으로 정의될 경우, 주입량 계산부(143)는 계산된 약액의 부피에 약액의 밀도를 곱함으로써, 실제로 주입된 약액의 질량을 계산할 수 있다.

프로세서(140)는 주입량 계산부(143)에 의해 계산된 실제 주입량과 목표 주입량의 크기를 비교한다(S160). 실제 주입량이 목표 주입량에 도달하지 못한 경우, 프로세서(140)는 단계들(S130, S140, S150)을 반복한다. 그에 따라, 실제 주입량이 목표 주입량에 도달하게 된다. 실제 주입량이 목표 주입량에 도달하게 되면, 프로세서(140)는 목표 주입량만큼의 약액을 주입을 완료한 것이므로, 펌프(120)의 구동을 중지하고, 다음 주입 명령어 또는 다음 주입 스케줄에 따른 약액 주입을 준비할 수 있다. 따라서, 목표 주입량만큼의 약액이 정확하게 환자에게 주입될 수 있다.

다른 예에 따르면, 프로세서(140)는 목표 주입량의 약액을 주입하는 동안 펌프(120)의 총 펌핑 횟수를 카운트할 수 있다. 프로세서(140)는 단계(S150)에서 산출된 실제 주입량를 총 펌핑 횟수로 나눔으로써 펌프(120)의 단위 토출량을 계산 및 갱신할 수 있다(S170). 계산된 단위 토출량은 빠른 신속한 약액의 주입 동작을 위해 사용될 수 있다. 신속한 약액의 주입 동작을 위한 약액 주입 장치(100)의 제어 방법은 도 16을 참조로 아래에서 설명된다.

도 16은 본 발명의 다른 실시예에 따른 약액 주입 장치의 예시적인 제어 방법을 개략적으로 나타내는 흐름도이다.

도 1, 도 2 및 도 4와 함께, 도 16을 참조하면, 약액 주입 장치(100)의 프로세서(140)는 통신부(150)를 통해 원격 제어 장치(101)로부터 목표 주입량을 수신한다(S210). 목표 주입량은 환자의 상태에 따라 주입될 약액의 양을 의미한다. 원격 제어 장치(101)는 환자의 상태에 관한 정보 및 약액의 정보를 수집하고, 수집된 정보들을 기초로 목표 주입량을 계산할 수 있다. 프로세서(140)는 원격 제어 장치(101)로부터 목표 주입량 및 주입 시간을 포함하는 주입 스케줄 정보를 수신하여 메모리(144)에 저장할 수 있다. 프로세서(140)는 메모리(144)에 저장된 주입 스케줄 정보를 기초로 설정된 주입 시간에 목표 주입량을 독출할 수 있다.

프로세서(140)는 피스톤 위치 감지부(130)를 통해 초기 피스톤 위치를 감지한다(S220). 초기 피스톤 위치는 목표 주입량에 해당하는 약액을 주입하기 전의 피스톤 위치를 의미한다. 초기 피스톤 위치는 메모리(144)에 저장될 수 있으며, 프로세서(140)는 메모리(144)에 저장된 피스톤 위치 정보로부터 초기 피스톤 위치를 독출할 수 있다.

프로세서(140)는 목표 주입량 및 단위 토출량을 기초로 펌프(120)의 펌핑 횟수를 계산한다(S230). 단위 토출량은 메모리(144)에 저장된 단위 토출량 정보로부터 독출되거나, 예컨대 도 15의 단계(S170)에서 계산된 단위 토출량일 수 있다. 약액 주입 장치(100)를 처음 기동하는 경우, 메모리(144)에 오차가 반영되지 않은 설계 시의 디폴트 단위 토출량에 관한 정보가 저장될 수 있다. 프로세서(140)는 목표 주입량을 단위 토출량으로 나눔으로써 펌프(120)의 펌핑 횟수를 계산할 수 있다.

프로세서(140)는 펌프 구동부(142)를 이용하여 구동 펄스를 펌프(120)에 출력함으로써 펌프(120)를 산출된 펌핑 횟수만큼 구동한다. 펌프(120)는 약액 저장부(110)에 저장된 약액을 산출된 펌핑 횟수만큼 주사 바늘(170)을 통해 환자에게 주입한다(S240). 약액 저장부(110)에 저장된 약액이 펌프(120)에 의해 외부로 배출됨에 따라, 실린더(210) 내에 약액(110)이 저장된 내부 공간의 압력이 낮아지게 되고, 피스톤(220)은 배출되는 약액의 양에 비례하여 토출구(215)의 방향으로 이동한다.

프로세서(140)는 피스톤 위치 감지부(130)를 통해 현재 피스톤 위치를 감지한다(S250). 약액 저장부(110)에 저장된 약액이 환자에게 주입됨에 따라 피스톤(220)의 위치가 이동하게 되고, 피스톤 위치 감지부(130)는 이동된 피스톤(220)의 위치를 감지하여, 프로세서(140), 특히, 주입량 계산부(143)에게 제공할 수 있다.

프로세서(140), 특히 주입량 계산부(143)는 초기 피스톤 위치와 현재 피스톤 위치의 차이를 기초로 실제 주입량을 계산한다(S260). 주입량 계산부(143)는 초기 피스톤 위치와 현재 피스톤 위치의 차이(예컨대, Δd)와 메모리(144)에 저장된 실린더 단면적(예컨대, S)를 곱함으로써, 주입된 약액의 부피를 계산할 수 있다. 목표 주입량이 질량으로 정의될 경우, 주입량 계산부(143)는 계산된 약액의 부피에 약액의 밀도를 곱함으로써, 실제로 주입된 약액의 질량을 계산할 수 있다.

부가적으로, 프로세서(140)는 실제 주입량 및 펌핑 횟수를 기초로 단위 토출량을 다시 계산하고, 메모리(144)에 저장된 단위 토출량 정보를 갱신한다(S270). 프로세서(140)는 실제 주입량을 펌핑 횟수로 나눔으로써 단위 토출량을 계산할 수 있다. 프로세서(140)는 총 누적 실제 주입량을 총 누적 펌핑 횟수로 나눔으로써 단위 토출량을 계산할 수도 있다.

프로세서(140)는 실제 주입량이 목표 주입량만큼 주입되었는지를 확인한다(S280). 예를 들면, 프로세서(140)는 실제 주입량을 목표 주입량 - 단위 토출량/2과 비교할 수 있다. 목표 주입량에서 단위 토출량/2만큼을 감산하여 비교하는 이유는 펌핑 횟수가 1회 증가할 경우, 실제 주입량이 목표 주입량을 거의 단위 토출량만큼 초과하여 주입될 수 있기 때문이다. 프로세서(140)는 실제 주입량을 목표 주입량과 비교할 수도 있다.

부가적으로, 실제 주입량이 목표 주입량만큼 주입된 경우, 프로세서(140)는 실제 주입량에서 목표 주입량을 감산함으로써 초과 주입량이 존재하는지를 판단하고, 초과 주입량에 관한 정보를 원격 제어 장치(101)로 전성할 수 있다(S300). 원격 제어 장치(101)는 초과 주입량에 관한 정보를 참조하여 다음 목표 주입량을 산출하거나, 주입 스케줄을 수정할 수 있다. 프로세서(140)는 초과 주입량이 존재하지 않으면, 약액 주입 동작을 종료한다.

실제 주입량이 목표 주입량만큼 주입되지 않은 경우, 프로세서(140)는 목표 주입량에서 실제 주입량을 감산함으로써 부족 주입량을 계산하고, 부족 주입량을 단위 토출량으로 나눔으로써 추가 펌핑 횟수를 계산한다(S290). 프로세서(140)는 단계(S240)로 진행하여, 펌프 구동부(142)를 이용하여 구동 펄스를 펌프(120)에 출력함으로써 펌프(120)를 산출된 추가 펌핑 횟수만큼 구동한다. 펌프(120)는 약액 저장부(110)에 저장된 약액을 산출된 추가 펌핑 횟수만큼 주사 바늘(170)을 통해 환자에게 주입한다(S240). 이후, 프로세서(140)는 단계들(S250-S280)을 반복함으로써, 약액을 목표 주입량만큼 환자에게 주입할 수 있다.

본 실시예에서는 펌핑 횟수를 계산하고 펌핑 횟수만큼 펌프(120)를 구동한 후에 피스톤 위치를 감지하므로, 피스톤 위치를 감지하는 횟수가 감소된다. 따라서, 신속하게 목표 주입량만큼의 약액이 정확하게 환자에게 주입될 수 있다.

본 명세서에서는 본 발명을 한정된 실시예를 중심으로 설명하였으나, 본 발명의 범위 내에서 다양한 실시예가 가능하다. 또한 설명되지는 않았으나, 균등한 수단도 또한 본 발명에 그대로 결합되는 것이라 할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 보호범위는 아래의 특허청구범위에 의하여 정해져야 할 것이다.

100: 약액 주입 장치
101: 원격 제어 장치
110: 약액 저장부
120: 펌프
130: 피스톤 위치 감지부
140: 프로세서
141: 제어부
142: 펌프 구동부
143: 주입량 계산부
144: 메모리
150: 통신부
160: 전원부
170: 주사 바늘
200, 300: 약액 저장부
210, 310: 실린더
220, 320: 피스톤

Claims (20)

1. 약액이 저장되는 공간과 상기 약액이 토출되는 토출구를 갖는 실린더, 및 상기 실린더 내부에서 상기 약액이 토출됨에 따라 이동하는 피스톤을 갖는 약액 저장부;
   상기 피스톤의 위치를 감지하는 피스톤 위치 감지부;
   상기 약액 저장부에 저장된 상기 약액이 외부로 토출되도록 상기 약액을 펌핑하는 펌프; 및
   상기 피스톤의 위치를 기초로 산출되는 상기 약액의 실제 주입량에 따라 상기 펌프를 제어하는 프로세서를 포함하고,
   상기 프로세서는 상기 펌프의 펌핑 횟수를 카운트하고, 상기 실제 주입량과 상기 펌프의 펌핑 횟수를 기초로 상기 펌프의 단위 토출량을 갱신하는 것을 특징으로 하는 약액 주입 장치.
2. 제1 항에 있어서,
   원격 제어 장치와 통신하기 위한 통신부를 더 포함하고,
   상기 프로세서는 상기 통신부를 통해 상기 원격 제어 장치로부터 목표 주입량을 수신하고, 상기 약액의 실제 주입량이 상기 목표 주입량에 도달할 때까지 상기 펌프를 구동하는 것을 특징으로 하는 약액 주입 장치.
3. 제1 항에 있어서,
   상기 프로세서는 상기 펌프를 구동하기 전의 상기 피스톤의 초기 위치와 상기 펌프를 구동한 후의 상기 피스톤의 현재 위치의 차이를 기초로 상기 약액의 상기 실제 주입량을 산출하는 것을 특징으로 하는 약액 주입 장치.
4. 삭제
5. 제1 항에 있어서,
   상기 프로세서는 목표 주입량을 상기 갱신된 단위 토출량으로 나눔으로써 상기 펌프의 펌핑 횟수를 결정하고, 상기 펌프를 상기 펌핑 횟수만큼 구동하는 것을 특징으로 하는 약액 주입 장치.
6. 제1 항에 있어서,
   상기 프로세서는 상기 펌프의 단위 토출량에 관한 정보, 상기 실린더의 단면적에 관한 정보, 상기 피스톤의 위치에 관한 정보, 및 누적 주입량에 관한 정보 중 적어도 하나를 저장하는 메모리를 포함하는 것을 특징으로 하는 약액 주입 장치.
7. 제1 항에 있어서,
   상기 약액 저장부는 상기 실린더의 외측에 상기 피스톤의 이동 방향을 따라 배치되는 제1 전극들, 및 상기 피스톤과 함께 이동하는 제2 전극을 포함하는 것을 특징으로 하는 약액 주입 장치.
8. 제7 항에 있어서,
   상기 피스톤 위치 감지부는 상기 제2 전극에 펄스 신호를 인가하고, 상기 제1 전극들을 통해 상기 펄스 신호에 의해 발생되는 펄스 응답 신호들을 수신하는 것을 특징으로 하는 약액 주입 장치.
9. 제8 항에 있어서,
   상기 피스톤의 위치가 이동함에 따라 상기 펄스 응답 신호들의 파형이 달라지며,
   상기 피스톤 위치 감지부는 상기 펄스 응답 신호들을 기초로 상기 피스톤의 위치를 감지하는 것을 특징으로 하는 약액 주입 장치.
10. 제8 항에 있어서,
    상기 피스톤 위치 감지부는 상기 펄스 신호를 출력하는 출력 단자, 및 상기 펄스 응답 신호들을 수신하는 입력 단자들을 포함하는 것을 특징으로 하는 약액 주입 장치.
11. 제10 항에 있어서,
    상기 제1 전극들과 상기 입력 단자들은 n(n은 2이상의 자연수):1로 규칙적으로 연결되는 것을 특징으로 하는 것을 특징으로 하는 약액 주입 장치.
12. 제7 항에 있어서,
    상기 제2 전극은 플로팅되며,
    상기 피스톤 위치 감지부는 상기 제1 전극들 중 일부에 펄스 신호들을 순차적으로 인가하고, 상기 제1 전극들 중 나머지 일부를 통해 상기 펄스 신호들에 의해 발생되는 펄스 응답 신호들을 순차적으로 수신하는 것을 특징으로 하는 약액 주입 장치.
13. 약액이 저장되는 공간과 상기 약액이 토출되는 토출구를 갖는 실린더, 및 상기 실린더 내부에서 상기 약액이 토출됨에 따라 이동하는 피스톤을 포함하는 약액 저장부, 및 상기 약액 저장부에 저장된 상기 약액이 외부로 토출되도록 상기 약액을 펌핑하는 펌프를 포함하는 약액 주입 장치의 제어 방법에 있어서,
    목표 주입량을 수신하는 단계;
    상기 피스톤의 위치를 감지하는 단계;
    상기 펌프를 구동하는 단계;
    상기 피스톤의 위치를 기초로 상기 약액의 실제 주입량을 산출하는 단계;
    상기 실제 주입량이 상기 목표 주입량에 도달하면 상기 펌프의 구동을 중지시키는 단계; 및
    상기 실제 주입량을 상기 펌프의 펌핑 횟수로 나눔으로써 상기 펌프의 단위 토출량을 갱신하는 단계를 포함하는 약액 주입 장치의 제어 방법.
14. 제13 항에 있어서,
    상기 약액의 실제 주입량을 산출하는 단계는
    상기 펌프를 구동하기 전의 상기 피스톤의 초기 위치와 상기 펌프를 구동한 후의 상기 피스톤의 현재 위치의 차이를 기초로 상기 실제 주입량을 산출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 약액 주입 장치의 제어 방법.
15. 삭제
16. 제13 항에 있어서,
    상기 실제 주입량이 상기 목표 주입량에 도달할 때까지, 상기 피스톤의 위치를 감지하는 단계, 상기 펌프를 구동하는 단계, 및 상기 피스톤의 위치를 기초로 상기 약액의 실제 주입량을 산출하는 단계를 반복하는 단계를 더 포함하는 약액 주입 장치의 제어 방법.
17. 약액이 저장되는 공간과 상기 약액이 토출되는 토출구를 갖는 실린더, 및 상기 실린더 내부에서 상기 약액이 토출됨에 따라 이동하는 피스톤을 포함하는 약액 저장부, 및 상기 약액 저장부에 저장된 상기 약액이 외부로 토출되도록 상기 약액을 펌핑하는 펌프를 포함하는 약액 주입 장치의 제어 방법에 있어서,
    목표 주입량을 수신하는 단계;
    상기 피스톤의 초기 위치를 감지하는 단계;
    상기 목표 주입량과 상기 펌프의 단위 토출량을 기초로 펌핑 횟수를 계산하는 단계;
    상기 펌프를 상기 펌핑 횟수만큼 구동하는 단계;
    상기 피스톤의 현재 위치를 감지하는 단계;
    상기 피스톤의 상기 현재 위치와 상기 초기 위치를 기초로 상기 약액의 실제 주입량을 산출하는 단계;
    상기 실제 주입량이 상기 목표 주입량보다 작으면, 상기 펌프를 추가적으로 구동하는 단계; 및
    상기 실제 주입량을 상기 펌프의 펌핑 횟수로 나눔으로써 상기 펌프의 단위 토출량을 갱신하는 단계를 포함하는 약액 주입 장치의 제어 방법.
18. 삭제
19. 제17 항에 있어서,
    상기 목표 주입량과 상기 실제 주입량의 차이를 상기 갱신된 단위 토출량으로 나눔으로써, 추가 펌핑 횟수를 계산하는 단계; 및
    상기 펌프를 상기 추가 펌핑 횟수만큼 구동하는 단계를 더 포함하는 약액 주입 장치의 제어 방법.
20. 제17 항에 있어서,
    상기 실제 주입량이 상기 목표 주입량보다 크면, 초과 주입량에 관한 정보를 원격 제어 장치에 전송하는 단계를 더 포함하는 약액 주입 장치의 제어 방법.

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