KR100971262B1

KR100971262B1 - 폰탄 술식용 혈액순환장치

Info

Publication number: KR100971262B1
Application number: KR1020100014122A
Authority: KR
Inventors: 이병권; 노형운
Original assignee: 주식회사 아이베이지디쓰리; 이병권
Priority date: 2010-02-17
Filing date: 2010-02-17
Publication date: 2010-07-20

Abstract

본 발명은 폰탄 술식(Fontan procedure)에 이용될 수 있으며 하대정맥 및 상대정맥을 통하여 공급되는 혈액을 좌, 우 폐동맥으로 원활하게 공급하는 폰탄 술식용 혈액순환장치를 개시한다.
본 발명의 폰탄 술식용 혈액순환장치는, 내부에 혈액이 섞이는 공간이 제공된 케이스, 케이스에 제공되며 상대정맥이 연결되는 상대정맥 연결부, 케이스에 제공되며 하대정맥이 연결되는 하대정맥 연결부, 케이스에 제공되며 폐동맥이 연결되는 폐동맥 연결부, 상기 상대정맥 연결부, 상기 하대정맥 연결부, 그리고 상기 폐동맥 연결부에 제공되며 혈류가 역방향으로 이동하는 것을 제한하는 역류방지수단, 케이스에 모인 혈액을 폐로 이동시키는 펌핑수단, 그리고 펌핑수단을 제어하는 제어유닛을 포함한다.

Description

폰탄 술식용 혈액순환장치{Apparatus to circulate blood for Fontan procedure}

본 발명은 폰탄 술식용 혈액순환장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 폰탄 술식(Fontan procedure)에 이용될 수 있으며 하대정맥 및 상대정맥을 통하여 공급되는 혈액을 좌, 우 폐동맥으로 원활하게 공급하는 폰탄 술식용 혈액순환장치에 관한 것이다.

정상적인 심장에는 심실이 2개가 있다. 심실은 펌프 작용을 하는데, 좌심실은 폐순환을 마치고 돌아온 동맥혈을 대동맥을 통해 박출하여 인체의 전신에 산소를 공급하는 역할을 하고, 우심실은 전신을 돌고 산소가 부족해져서 심장으로 돌아온 정맥혈을 폐동맥을 통하여 양쪽 폐로 운반한다.

선천성 심장기형 중 기능성 단심실 형태의 기형은 정맥과 동맥혈이 섞이게 되어 위와 같은 정상적 혈류역학적 기능을 수행하지 못하고 생존에 영향을 주게 된다. 이러한 심장기형을 교정하는 교정술이 폰탄 술식(Fontan procedure)이다. 즉, 폰탄 술식은 기본적으로 전신을 돌고 심장으로 돌아오는 혈액을 우심실을 거치지 않고 직접 폐동맥으로 운반시키도록 혈액의 이동 경로를 바꾸는 수술이다.

다시 말하면, 폰탄 술식은 상대정맥과 하대정맥을 폐동맥과 직접 연결하여 전신을 돌고 온 혈액이 직접 좌, 우 폐로 공급되어 산소를 보충받을 수 있도록 하는 것이다. 이렇게 폐동맥으로 공급된 혈액은 폐에서 충분한 산소를 공급받아 폐정맥을 통하여 좌심방으로 모이고 다시 좌심실을 거쳐 대동맥을 통하여 다시 전신으로 공급될 수 있다. 기능성 단심실 환자의 경우 1971년 폰탄(Fontan) 수술이 개발된 이후로 많은 환아를 생존시키는데 도움을 주었지만 아직도 여러 가지 문제점이 해결되지 못하고 사망률이 높은 현실이다.

이러한 폰탄 술식의 임상적 문제점은 다음과 같다.

심방성 부정맥, 혈류속도가 느린 폰탄(Fontan) 경로, 혈관내 인조물질, 간기능 부전과 다수의 응고인자이상, 등 혈전을 유발할 수 있는 조건들로 알려져 있으며, 증상이 없는 폐색전증은 흔히 확인되는 합병증이다. 이 밖에도 단백질 소모성 위장관계병증, 간기능 저하, 청색증의 악화 등이 있지만 모두 정 방향의 순환부전, 모세순환부전 등 순환과 관련된 합병증들이다.

또한, 폰탄 술식의 혈역학적 문제점은 다음과 같다.

정맥계와 우심실을 통한 폐순환에 대한 주된 구동력은 우심실의 수축, 이완기능과 호흡에 의해 발생되는 흉곽내 압력변화이다. 그 외에 자세에 따른 위치에너지의 변화, 하지근육의 펌프 작용 등이 보조적인 구동 에너지의 역할을 한다. 상대정맥의 경우 위치에너지에 의해 혈액이 자연스럽게 심장으로 유입되지만 하대정맥으로 유입되는 혈액은 우심실의 구동과 호흡에 따른 흉곽내 음압에 의한 피동적인 운동에너지, 그리고 정맥계의 판막 구조가 정방향의 순환을 가능하게 한다. 그러나 폰탄(Fontan) 수술후 변화는 우심실의 운동에너지의 소실, 삼첨판과 폐동맥판 등 판막의 기능소실로 인해 하대정맥의 혈액유입에 지장을 초래하게 된다.

폰탄(Fontan) 순환에 대한 동력의 소실을 최소화하기 위한 유체역학적 고려에 따른 연구에 따르면 대정맥과 폐동맥간의 연결시 연결부의 대정맥에 만곡 부위를 만든 모델을 이용하여 혈류를 분석한 결과 기존의 십자형 수직적 연결보다는 에너지 손실이 적다고 발표된 바 있어 이와 같은 방법으로 수술이 시도되기도 하였다. 또한 정맥-폐동맥 순환보조기구(cavopulmonary assist) 사용시 고정형 혈류(steady flow) 와 맥동성 혈류 (pulsatile flow) 의 차이를 보았으나 양군간에 폐순환에 차이가 없었고 폐순환을 발생할 수 있으면 임상적 의의가 있는 것으로 보고했다. 기능성 단심실 환자에게 고식적인 폰탄(Fontan) 수술 후 폐순환 혈류는 정상인이 심장 수축기시 현저히 혈류가 증가되는 것에 비해 거의 혈류가 없으며, 오히려 이완기 말에 약간 증가되는 것으로 보고되었다. 이 외에도 변형된 수술 방법들 (atrioventricular connection, atriopulmanry connection, total cavopulmonary connection) 의 혈류변화를 비교한 결과 고식적 방법과 비교할 때 전반적 혈류의 증가 소견을 볼 수 있지만 이완기 말에 증가하는 양상을 변화시키지는 못하였고, 수술방법간에 결과도 큰 차이를 보이지 못했다. 이러한 폰탄 술식을 받은 환자는 상대정맥과 하대정맥을 통하여 모인 혈액이 잘 섞이지 않게 되어 좌, 우 폐동맥에 충분한 영양을 공급하지 못할 뿐만 아니라 좌, 우 폐동맥을 통하여 폐로 이동할 때 혈류 공급이 편중되어 혈역학적으로 정상 순환이 이루어지지 않는 문제점이 발생한다.

따라서, 본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로써, 본 발명의 목적은 동맥혈과 정맥혈을 분리하되 상대정맥과 하대정맥을 통하여 모인 혈액이 충분하게 섞여지도록 함과 동시에 충분히 섞여진 혈액이 폐동맥을 통하여 좌, 우 폐로 박출되어 원활하게 전달되도록 하여 폰탄 술식의 효과를 극대화시키는 폰탄 술식용 혈액순환장치를 제공하는데 있다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은, 내부에 혈액이 섞이는 공간이 제공된 케이스, 상기 케이스에 제공되며 상대정맥이 연결되는 상대정맥 연결부, 상기 케이스에 제공되며 하대정맥이 연결되는 하대정맥 연결부, 상기 케이스에 제공되며 폐동맥이 연결되는 폐동맥 연결부, 상기 상대정맥 연결부, 상기 하대정맥 연결부, 그리고 상기 폐동맥 연결부에 제공되며 혈류가 역방향으로 이동하는 것을 제한하는 역류방지수단, 상기 케이스에 모인 혈액을 폐로 이동시키는 펌핑수단, 그리고 상기 펌핑수단을 제어하는 제어유닛을 포함하는 폰탄 술식용 혈액순환장치를 제공한다.

상기 제어유닛은 인체의 맥박을 검출하여 검출된 신호를 상기 제어유닛에 전송하는 심박검출센서가 연결되는 것이 바람직하다.

상기 역류방지수단은 상기 상대정맥 연결부와 상기 하대정맥 연결부에는 케이스 내부로 혈액이 인입되고 그 역방향으로 이동이 제한되는 일방향 밸브들이 제공되며, 상기 폐동맥 연결부에는 케이스 내부에서 폐동맥으로 혈액이 이동되며 그 역방향으로 이동이 제한되는 또 다른 일방향 밸브들이 제공되는 것이 바람직하다.

상기 펌핑수단은 상기 케이스의 일측에 결합되어 상기 케이스의 내부에 압력의 변화를 발생시키는 펌프로 이루어지는 것이 바람직하다.

상기 펌핑수단은 상기 케이스에 결합되어 상기 케이스 내부에 배치되는 신축부재, 상기 케이스에 결합되며 상기 신축부재를 이동시켜 상기 케이스 내부에 압력을 변화시키는 구동원을 포함하는 것이 바람직하다.

이와 같은 본 발명은 폰탄 술식 후에도 상대정맥 및 하대정맥을 통하여 모여진 정맥 혈액이 케이스 내부에서 골고루 섞일 수 있으며 골고루 섞인 혈액이 펌핑수단에 의하여 적정한 압력을 유지하면서 폐동맥을 통하여 폐로 공급되어 정상인에 준하는 혈류량을 유지함으로써 폰탄 술식의 효과를 극대화시키는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 실시예를 설명하기 위하여 폰탄 술식용 혈액순환장치가 배치된 위치를 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 도 1의 Ⅱ-Ⅱ부를 잘라서 본 단면도로 주요 부분의 구성을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시예의 역류방지수단 및 혈액의 이동 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시예를 설명하기 위하여 펌핑수단의 작동을 설명하기 위한 도면이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명의 실시예를 설명하기 위한 도면으로, 심장(1)에 폰탄 술식용 혈액순환장치가 결합된 상태를 도시하고 있다.

폰탄 술식용 혈액순환장치에는 상대정맥(3)과 하대정맥(5) 그리고 좌, 우 폐로 혈액이 이동되는 폐동맥(7, 9)이 연결된다. 그리고 폰탄 술식용 혈액순환장치가 설치되는 심장(1)은 폐정맥(11)이 좌심방(도시생략)에 연결되고, 좌심방과 좌심실(도시생략)이 연결되며 좌심실은 대동맥(13)에 연결된다.

폰탄 술식용 혈액순환장치는, 도 2 및 도 3에 도시하고 있는 바와 같이, 케이스(21), 상대정맥 연결부(23), 하대정맥 연결부(25), 폐동맥 연결부(27, 28), 혈액의 역류를 방지하는 역류방지수단(29, 30), 혈액을 폐측으로 이동시키는 펌핑수단(31), 그리고 펌핑수단을 제어하는 제어유닛(33)을 포함한다.

그리고 제어유닛(33)은 배터리(35) 등의 전원과 연결되어 구동될 수 있으며, 인체의 맥박을 측정하는 심박검출센서(37)가 전기적으로 연결된다.

케이스(21)는 내부에 공간(21a)이 제공되며, 전신을 돌고 온 혈액이 상대정맥(3) 및 하대정맥(5)을 통하여 상기 내부의 공간으로 모여질 때 서로 잘 섞여지도록 하는 역할을 한다. 그리고 케이스(21)는 상술한 펌핑수단(31)에 의하여 내부에 압력의 변화가 발생되면서 내부 공간(21a)에 제공된 혈액을 폐동맥(7, 9)으로 이동시킬 수 있는 역할을 할 수 있다.

이러한 케이스(21)는 일면이 오픈된 구조를 이루는 것이 바람직하다. 그리고 케이스(21)의 오픈된 면은 펌핑수단(31)에 의하여 내부 공간(21a)을 이루게 된다.

케이스(21)에는 상대정맥 연결부(23), 하대정맥 연결부(25), 그리고 폐동맥 연결부(27, 28)가 제공된다. 상대정맥 연결부(23)와 하대정맥 연결부(25)는 서로 상, 하 방향으로 대칭되는 위치에 배치되는 것이 바람직하며 케이스(21)의 일부가 돌출되어 연장되거나 또는 별도의 부재가 결합되어 제공될 수 있다. 상대정맥 연결부(23)와 하대정맥 연결부(25)는 각각 상대정맥(3)과 하대정맥(5)을 고정하여 상기 케이스(21)의 내부 공간(21a)에 연결되도록 배치된다. 즉, 이러한 상대정맥 연결부(23)와 하대정맥 연결부(25)는 일부가 케이스(21)에서 돌출되어 배치되고 그 내부에는 관통된 구멍이 제공되어 케이스(21)의 내부 공간(21a)에 연결된다.

그리고 상대정맥 연결부(23)와 하대정맥 연결부(25)는 그 외주면에 돌기부가 제공되어 상대정맥(3)화 하대정맥(5)을 고정하고 그 고정상태를 유지하는데 있어 유리한 구조로 이루어질 수 있다.

물론, 본 발명의 실시예서 도시하여 설명한 상대정맥 연결부(23)와 하대정맥 연결부(25)는 상술한 예시에 한정되는 것은 아니며 단지 상대정맥(3)과 하대정맥(5)을 연결할 수 있는 것이면 다른 구조도 적용될 수 있다.

폐동맥 연결부(27, 28)는 상술한 케이스(21)의 외주 측에 배치(도 3 기준으로 좌, 우측에 도시됨)되어 서로 대칭되는 위치에 설치되는 것이 바람직하다.

폐동맥 연결부(27, 28)도 상술한 상대정맥 연결부(23)와 하대정맥 연결부(25)와 동일한 구조로 이루어지는 것이 바람직하다. 따라서 본 발명의 실시예에서 폐동맥 연결부(27, 28)의 구조는 상술한 상대정맥 연결부(23)와 하대정맥 연결부(25)의 구조 설명으로 대신하기로 한다.

역류방지수단(29, 30)은 상대정맥(3) 및 하대정맥(5) 그리고 폐동맥(7, 9)을 통하여 흐르는 혈액의 역류를 방지하기 위한 것이다. 먼저 상대정맥(3) 및 하대정맥(5)을 통과하는 혈액의 역류를 방지하는 역류방지수단(29)들은, 상대정맥 연결부(23)와 하대정맥 연결부(25)와 연결된 통로의 내측(케이스 21의 내측)에 역류방지용 막(또는 역류방지 밸브)들이 설치된다. 이러한 역류방지용 막들은 일측이 케이스(21)에 고정되어 결합되고 일측은 케이스(21)에 결합되지 않은 상태를 유지한다.

따라서 상대정맥(3)과 하대정맥(5)을 통하고 케이스(21)의 내부 공간(21a)으로 혈액이 유입될 때, 혈액의 유입은 자유롭게 이루어지면서 역류되는 것을 방지할 수 있다. 본 발명의 실시예에서 역류방지수단(29)은 역류방지용 막으로 이루어지는 것을 일예시로 설명한 것이며 다른 예시로 일방향밸브 등에 의하여 구성되는 것도 가능하다.

그리고 케이스(21)의 내부 공간(21a)에서 폐동맥(7, 9)으로 흐르는 혈액의 역류를 방지하는 역류방지수단(30)은, 도 3에 도시하고 있는 바와 같이, 폐동맥 연결부(27, 28)의 외측 부분에 또 다른 역류방지용 막이 제공되어 이루어질 수 있다. 폐동맥 연결부(27, 28)에 제공된 역류방지용 막은 일부분이 폐동맥 연결부(27, 28)에 결합되고 일부분은 폐동맥 연결부(27, 28)에 결합되지 않는 구조로 이루어진다.

이러한 역류방지수단(30)은 케이스(21)의 내부 공간(21a)에서 폐동맥(7, 9) 측으로 혈액이 이동되는 것은 가능하며 그 역 방향으로 혈액이 이동되는 것은 차단할 수 있다.

이러한 역류방지수단(30) 역시 본 발명의 실시예에서 도시한 예시에 한정되는 것은 아니며 일방향 밸브 등으로 이루어지는 등 다양한 구조로 이루어지는 것이 가능하다.

펌핑수단(31)은 케이스(21)의 일측에 설치되어 케이스(21)의 내부 공간(21a)의 압력을 조절할 수 있다.

본 발명의 실시예의 펌핑수단(31)은 케이스(21)에 결합되며 케이스(21)의 내부 공간(21a)을 가변시킬 수 있으며 케이스(21)를 폐쇄하는 신축부재(41)와 신축부재(41)에 연결되어 신축부재(41)를 이동시키는 구동원(43)을 포함한다.

신축부재(41)는 어느 정도 탄성력을 가지는 합성수지재 또는 고무재질로 이루어질 수 있으며, 일부가 서로 겹쳐져 배열되어 케이스(21)에 공간(21a)을 형성시키는 막을 이룬다. 즉, 케이스(21)와 신축부재(41)가 결합되어 내부 공간(21a)을 만드는 것이다.

그리고 이러한 신축부재(41)는 구동원(43)에 의하여 이동됨으로써 케이스(21)의 내부 공간(21a)의 크기를 가변시킬 수 있다. 즉, 예를 들면 케이스(21)에 연장브라켓(B)을 설치하고 이 연장브라켓(B)에 구동원(43)을 설치한다. 구동원(43)은 전기를 인가시킴에 따라 피스톤(p)을 이동시킬 수 있는 구조로 이루어질 수 있다. 이때 물론, 피스톤(p)은 상술한 신축부재(41)에 결합되어 피스톤(p)이 이동(도2의 화살표 방향)됨에 따라 신축부재(41)도 함께 이동될 수 있도록 피스톤(p)의 일측과 신축부재(41)의 중간부가 결합되는 구조로 이루어진다.

본 발명의 실시예에서 펌핑수단(31)은 신축부재(41)와 이 신축부재(41)를 이동시킬 수 있는 구동원(43)을 포함하는 구조로 이루어진 예시를 도시하여 설명하고 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 케이스(21)의 내부 공간(21a)을 가변시키거나 또는 내부 공간(21a)의 압력을 변화시킬 수 있는 것이면 다양한 펌프들도 적용될 수 있다.

상술한 펌핑수단(31)은 제어유닛(33)에 의하여 작동주기 또는 작동 압력이 제어될 수 있다. 따라서 펌핑수단(31)은 제어유닛(33)에 의하여 전기적으로 연결되는 것이 바람직하다. 또한, 펌핑수단(31)과 제어유닛(33)은 배터리(35) 등의 전원에 의하여 작동될 수 있도록 전기적으로 연결되는 것이 바람직하다.

또한, 제어유닛(33)에는 심박검출센서(37)가 전기적으로 연결되어 있다. 심박검출센서(37)는 일종의 압력센서로 인체의 특정 부분에 설치하여 맥박을 검출하여 검출된 신호를 제어유닛(33)에 전송할 수 있다.

이와 같이 이루어지는 본 발명의 실시예의 작동 과정을 상세하게 설명하면 다음과 같다.

먼저, 제어유닛(33)은 심박검출센서(37)의 신호와 동기를 이루도록 펌핑수단(31)을 제어한다.

펌핑유닛(31)이 작동하여 신축부재(41)가 도 2의 상태에서 도 4의 상태(공간 21a를 확장한 상태)로 가변되면 케이스(21)의 내부 공간(21a)에는 압력이 가변되어 상대정맥(3)과 하대정맥(5)을 통하여 혈액이 유입된다. 이때 역류방지수단(29)의 역류방지용 막이 오픈되면서 상대정맥(3)과 하대정맥(5)을 통하여 혈액이 케이스(21)의 내부 공간(21a)으로 유입된다.

그리고 케이스(21)의 내부 공간(21a)으로 유입된 혈액은 서로 골고루 섞이게 되는 것이다.

이때 폐동맥 연결부(27, 28)측에 설치된 역류방지수단(30)에 의하여 폐동맥(7, 9)으로 이동된 혈액은 다시 케이스(21)의 내부 공간(21a)으로 유입될 수 없게 된다.

계속해서 펌핑유닛(31)이 작동하여 신축부재(41)가 도 4의 상태에서 도 2의 상태(공간 21a를 압축한 상태)로 가변되면 케이스(21)의 내부 공간(21a)에는 압력이 가변되면서 상대정맥 연결부(23)와 하대정맥 연결부(25)에 설치된 역류방지수단(29)은 폐쇄되고(역류방지 막이 닫힌 상태를 유지하고) 케이스(21)의 내부 공간(21a)의 혈액은 폐동맥(7, 9)측으로 이동된다. 이때 역류방지수단(30)의 역류방지용 막이 오픈되면서 폐동맥(7, 9)을 통하여 혈액이 좌, 우 폐로 이동된다.

이때 상대정맥 연결부(23)와 하대정맥 연결부(25) 측에 설치된 역류방지수단(29)에 의하여 케이스(21)의 내부 공간(21a)에 있는 혈액은 상대정맥(3)과 하대정맥(5)으로 이동될 수 없게 된다.

이와 같이 폐동맥(7, 9)으로 이동된 혈액은 폐에서 충분한 산소를 공급받아 폐정맥(11)을 통하여 심장(1)의 좌심방으로 이동하고 다시 좌심방에서 좌심실로 이동하여 대동맥(13)을 통하여 온몸으로 전달되는 것이다.

따라서 본원 발명의 실시예는 폰탄 술식을 한 후에 폐동맥으로 가는 혈류의 양을 증대시킬 수 있으며 상대정맥(3)과 하대정맥(5)에서 유입된 혈액이 충분하게 섞여지도록 하여 좌우 폐동맥에 충분한 산소를 공급할 수 있도록 함으로써 폰탄 술식의 효과를 극대화시킬 수 있다.

1. 심장 3. 상대정맥
5. 하대정맥 7, 9. 폐동맥
11. 폐정맥 13. 대동맥
21. 케이스, 21a, 공간
23. 상대정맥 연결부 25. 하대정맥 연결부
27, 28. 폐동맥 연결부 29, 30. 역류방지수단
31. 펌핑수단 33. 제어유닛
35. 배터리 41. 신축부재
43. 구동원

Claims

내부에 혈액이 섞이는 공간이 제공된 케이스,
상기 케이스에 제공되며 상대정맥이 연결되는 상대정맥 연결부,
상기 케이스에 제공되며 하대정맥이 연결되는 하대정맥 연결부,
상기 케이스에 제공되며 폐동맥이 연결되는 폐동맥 연결부,
상기 상대정맥 연결부, 상기 하대정맥 연결부, 그리고 상기 폐동맥 연결부에 제공되며 혈류가 역방향으로 이동하는 것을 제한하는 역류방지수단,
상기 케이스에 모인 혈액을 폐로 이동시키는 펌핑수단,
상기 펌핑수단을 제어하는 제어유닛,
을 포함하는 폰탄 술식용 혈액순환장치.
청구항 1에 있어서,
상기 제어유닛은
인체의 맥박을 검출하여 검출된 신호를 상기 제어유닛에 전송하는 심박검출센서가 연결되는 폰탄 술식용 혈액순환장치.
청구항 1에 있어서,
상기 역류방지수단은
상기 상대정맥 연결부와 상기 하대정맥 연결부에는 케이스 내부로 혈액이 인입되고 그 역방향으로 이동이 제한되는 일방향 밸브들이 제공되며,
상기 폐동맥 연결부에는 케이스 내부에서 폐동맥으로 혈액이 이동되며 그 역방향으로 이동이 제한되는 또 다른 일방향 밸브들이 제공되는 폰탄 술식용 혈액순환장치.
청구항 1에 있어서,
상기 펌핑수단은
상기 케이스의 일측에 결합되어 상기 케이스의 내부에 압력의 변화를 발생시키는 펌프로 이루어지는 폰탄 술식용 혈액순환장치.
청구항 1에 있어서,
상기 펌핑수단은
상기 케이스에 결합되어 상기 케이스 내부에 배치되는 신축부재,
상기 케이스에 결합되며 상기 신축부재를 이동시켜 상기 케이스 내부에 압력을 변화시키는 구동원,
을 포함하는 폰탄 술식용 혈액순환장치.