계장기술(PROCON)

기획특집 약물 주입기 현장 모니터링을 위한 비접촉 유량계

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작성자 최고관리자 댓글 0건 조회 42회 작성일 21-02-10 14:39

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국내 병원의 약물 주입 기기 상황

미국식품의약국(FDA)의 보고에 따르면, 2005~2009년 동안 약물 주입기(Infusion pump)에 의한 사고는 56,000여 건이며, 사망이 500여 건에 이르렀다. 의료진이나 기기의 잘못으로 정량이 아닌 약물을 환자에게 투여했기 때문이다. 국내 또한 약물 주입기의 설정치에 의존해야 하는 것은 물론, 관리 시스템은 더욱 취약하다. 약물 투여 의료사고가 개선되기 어려운 이유다.

우리나라의 병원에서 사용되는 약물 주입기는 그림 1과 같이 IDA 5(FLUKE)라는 Infusion pump analyzer를 사용하여 병원의 의공실에서 교정을 하고 있다. IDA는 그림 1과 같이 비커의 눈금을 광학식으로 읽어서 Infusion pump에서 발생시키는 유량을 측정하는 부피식 방식으로 Infusion pump를 교정하고 있다.

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IDA 5는 그림 2와 같은 소급 체계를 유지하고 있다. 미국의 NIST에서 부피 표준의 소급을 받아 최종적으로 IDA 5 안에 들어가는 비커의 부피를 교정하고, 이를 사용하여 국내 병원의 Infusion 펌프를 교정하고 있다. 하지만 NIST에서는 미소 유량을 측정할 수 있는 장비가 없어 부피로부터 소급을 받고 있다. 또한 병원에서 IDA 5로 수백 대의 Infusion pump를 교정해야 하는데, IDA 5를 재교정하거나 고장 수리를 하려면 많은 시간과 비용이 든다.

KRISS에서는 그림 3과 같이 KRISS에서 바로 국내 병원의 IDA 5나 Infusion pump를 교정할 수 있는 미소 유량 표준 시스템을 구축 중에 있다. 미소 유량 표준 시스템은 국제 비교를 통해 해외 표준기관들과 동등한 소급 체계를 갖출 예정이므로, 이를 이용하면 보다 저렴하고 편리하게 국내 병원의 약물 주입 기기를 교정할 수 있다.

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약물 주입 기기 현장 모니터링을 위한 비접촉 유량계 개발

한국표준과학연구원(KRISS, 원장 박현민) 열유체표준센터 이석환 선임연구원팀은 시간당 2 mL의 극미한 투약량까지 정확히 파악할 수 있는 유량계를 개발했다. 분당 주입량이 한 방울도 안 되는 극미한 약물까지 실시간 측정하는 획기적인 기술이다.

이번 기술을 활용하면 투약량을 실시간으로 확인할 수 있어, 과다 투여와 같은 의료사고를 방지할 것으로 기대된다. 이번 기술은 기존 방식과는 다르게 빨래집게와 유사한 ‘클램프온(Clamp-on)’ 타입으로 제작되어 비접촉적으로 간편하게 측정할 수 있다. 일반적으로 물 한 방울이 약 0.05 mL라고 한다. 따라서 ‘시간당 2 mL’는 분당 물 한 방울에도 미치지 않는  0.03 mL 수준의 극미량을 의미한다.

정확한 양의 약물 투여는 모든 의료행위의 기본이 된다. 하지만 실제 현장에서는 환자 수가 많다 보니, 의료진이 초기 설정만 하고 투약량을 지속적으로 확인하기 어려운 것이 실정이다. 문제는 실제 내 몸에 실시간으로 투여되는 약물량이 설정값과 상당한 차이를 보인다는 것. 흔히 수액을 맞을 때 주입 속도가 빠른가 싶다가도 갑자기 느리게 느껴지는 이유다.

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투약량 문제의 주요 원인은 약물 주입기를 오래 사용할수록 잦아지는 기계적 오류와 오작동에 있다. 영유아에게 약물을 주입하는 경우나, 진통제나 마취제 등의 특수 약물은 수 mL라도 정량을 초과해서 주입하면 사망에까지 이를 수 있다. 하지만 지금까지는 약물 주입기 내부의 유량이 설정값과 일치하는지 확인할 방법이 없었다. 초음파를 사용한 비접촉적인 방법은 몇 방울 수준의 극미한 유량을 측정할 수 없다. 따라서 약물 주입기의 배관을 자르고 유량계를 별도로 설치하는 접촉적 방법이 유일했는데, 오염에 노출되는데다 매우 비싸 현장에서 사용하는 것은 불가능에 가까웠다.

KRISS 이석환 선임연구원팀은 적외선 흡수 기반의 열식 질량유량계를 개발, 기존의 문제점을 완벽하게 해결했다. 주입기를 전혀 훼손하지 않으면서도 2 mL/h까지의 미소 유량을 측정할 수 있게 된 것이다. 이번에 개발된 유량계는 클램프온 타입으로, 약물 주입기 배관을 빨래집게처럼 바깥에서 집기만 해도 유량 측정이 가능하다. 그림 4는 튜브에 유량계를 장착하기 전과 후의 모식도를 나타내었으며, 간편하게 유량계를 탈장착 가능하여 의료 현장에서 손쉽게 의약물 주입 양을 모니터링할 수 있다.

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유량 측정의 핵심은 온도에 있다. 열원이 배관 내에 있는 경우 유량에 따라 열의 이동이 발생하는데, 열의 이동 정도를 파악하여 유량을 정량적으로 측정할 수 있다. 연구팀은 여기에 온도에 따라 특정 파장에서 물의 적외선 흡수도가 변한다는 개념을 접목했다. 그 결과, 1450 nm 파장의 레이저로 액체의 국소 부위를 가열한 다음, 상류와 하류의 온도 차를 측정하는 방식으로 비접촉적 유량 측정법을 실현했다.

KRISS 이석환 선임연구원은 “이번 기술을 바탕으로 투약량을 실시간 모니터링하면, 기계적 오류나 의료진의 판단 착오로 발생하는 과다 투여와 같은 의료사고를 크게 줄일 수 있다”며 “다양한 약물을 동시 주입할 때도 사용이 가능한데다, 소형화가 가능하고 가격이 상대적으로 저렴하여 상용화의 가능성이 매우 크다”고 말했다.

유럽측정표준협력기구(EURAMET)와 한국연구재단의 지원을 받은 이번 연구 결과는 측정과학 분야의 세계적 학술지인 메트롤로지아(Metrologia–IF : 3.447) 2019년 8월호에 게재되었다.


seokhwan.lee@kriss.re.kr