출품자 : 염승호,이준혁,류중현
지도교수 :
학교명 : 한국산업기술대
1. 발명의 목적
본 발명은 환자의 수액팩 교체 및 제거 시기와 이상 상태가 발생하는 경우에 관한 것으로, 다음과 같은 상황 발생시에 의료인의 스테이션에 수액 관련 정보를 신속하고 정확하게 알림으로써 수액 투여 중 발생할 수 있는 사고에 빠르게 대처하도록 도움을 주는 ‘수액 투여 상태를 파악하는 시스템’ 개발을 핵심 목표로 함. 이 시스템은 챔버 내의 잔여량 확인을 통한 (1)수액팩 교체 및 제거 시기 알림과 수액 투여 중 줄의 꼬임 등으로 발생하는 혈액 역류 또는 수액의 투여 정지 상태를 파악하는 (2)이상 상태 감지 알림 기능을 가짐. 일정시간 마다 수액 투여 상태를 확인하는 반복 작업을 줄여주고, 투여 중 특이 상황 발생 시 간호사가 빠른 대처를 할 수 있도록 도와줌.
2. 발명의 핵심내용
1) 적외선센서를 이용한 수액 투여 상태 감지 모듈 및 알고리즘 개발. <그림 2>의 수액을 투여 받는 환자를 보면, 수액 세트에는 빨간 박스의 챔버가 존재함. 챔버의 수위를 기준으로 상, 하에 적외선 센서 발광부, 수광부가 위치하게 만듦. 처음 기구부를 부착 시, 적외선 센서의 데이터를 분석하여 알맞은 위치에 적외선 센서가 위치하였는지 파악하여 수액 위치 확인용 LED를 점등 및 소등하는 초기화 과정을 겪음. 이 후에는 수위 기준 상위 적외선 센서 발광부(A), 수광부(A’)을 이용하여, 물방울 감지 및 수위 변화를 확인함으로써 수액의 상태를 결정해줌. 수액의 상태를 구분하기 위해서는 <그림3>을 참고하였음. (<그림3>은 우리의 실험에 따른 기준표임.)
2) 다양한 챔버에 탈부착이 가능한 소형화 기구부 개발. 탄성체(압축 스프링의 탄성력을 이용)를 이용하여, 다양한 챔버와 호환이 가능하고 설계된 PCB를 내부에 결합 가능하도록 기구부를 설계하여 전체적인 형태는 <그림 5>와 같음. (적외선 센서 수광부, LED & 스위치, 충전포트 등이 포함된) PCB1, (적외선 센서 발광부 등이 포함된) PCB2, 3.7V 리튬폴리머배터리를 내부에 결합 가능하며, (다양한 챔버와 호환이 가능하도록) 힌지와 압축 스프링(제작의 용이함을 고려해서 선정)을 이용한 기구부를 설계함. 실제 사용은 <그림6>와 같이 챔버에 빨래 집게 형식으로 부착시키는 형식임.
3) 수액 투여 상태에 관한 정보 관리를 위한 IoT 네트워크 구성. 의료인은 정상 상태 시 일정 시간 마다 환자의 수액 투여 상태에 관한 정보를 기구부로부터 받아 PC에서 확인할 수 있도록 하고, 최신 정보가 자동 업데이트되기 전 데이터 확인을 필요로 하는 경우 기기에 요청할 수 있도록 함. 기기와 PC간의 송수신되는 데이터 관리 및 향후 기기들이 많아질 경우 호환성 및 관리를 위한 Cloud Server를 구축하여 Data를 저장 함. 또한 의료보조기구 특성상 연결이 끊길 수 있는 무선 통신의 취약점을 보완하여 재연결 시 이전 data전송의 확실성이 보장되는 저전력 통신 프로토콜(MQTT)사용. 사용자 인터페이스를 위한 모니터링 및 기타 서비스를 위해 데이터 베이스 서버를 구축하여 실시간 모니터링 시스템 구현. 또한 이상상태 및 완료상태 시 환자가 병실에 위치하지 않을 경우 의료인이 환자를 찾는데 어려움을 겪을 것으로 예상. 따라서 환자의 위치를 실내에서 측정이 어려운 GPS의 대안책으로 위치 추적 알고리즘을 구축하여 실내에서 환자의 위치를 다음과 같은 방식으로 알 수 있음.