KR100985985B1 - 박동형 심폐보조장치 - Google Patents

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Abstract

박동형 심폐보조장치가 개시된다. 개시된 박동형 심폐보조장치는 심장의 외부로 혈액을 순환시키고, 순환하는 혈액에 산소를 공급하는 심폐보조장치에 있어서, 상기 심폐보조장치는 혈액의 순환함과 동시에 혈액에 산소를 주입하는 산소공급유닛을 포함하며, 상기 산소공급유닛은, 본체; 상기 본체의 내부에 설치되는 다수의 중공사; 및 상기 본체를 주기적으로 수축/이완시켜 인체의 심장으로부터 나온 혈액이 순환되도록 펌핑시키는 팽창부재;를 포함하며, 상기 본체로 유입된 혈액은 상기 중공사의 외면과 접촉한 상태에서 상기 중공사 내부를 지나는 산소를 공급받으며, 상기 내측하우징은 하부외주면에는 인체의 심장으로부터 빠져나온 혈액이 유입되도록 등간격으로 두개의 플렉시블한 유입파이프가 형성되고, 상기 내측하우징의 상부외주면에는 상기 내측하우징의 내부에 유입된 혈액이 배출되도록 등간격으로 두개의 플렉시블한 배출파이프가 형성되며, 상기 유입파이프 및 상기 배출파이프는 상기 내측하우징에 접선방향으로 형성되는 것을 특징으로 한다.
인공폐, 인공심장, 산소공급유닛, 팽창부재, 산소저장용기, 박동형 심폐보조장치

Description

박동형 심폐보조장치{a pulsatile cardiopulmonary auxiliary device}
본 발명은 박동형 심폐보조장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 인체의 심장의 혈액을 인체 외부로 순환시키기 위한 인공심장과 순환되는 혈액속에 산소를 공급하는 인공폐기능을 가지는 박동형 심폐보조장치에 관한 것이다.
일반적으로 심폐보조장치는 심장수술을 하는 동안 환자의 혈액순환을 유지시켜주는 기계펌프로, 피를 심장에서 다른곳으로 보내 산소를 공급받은 후 체내로 보낸다. 따라서 심폐보조장치는 필수적으로 인공폐(산소공급기)와 대체인공심장(펌프)으로 구성된다. 1868년부터 시작하여 거의 1세기 동안 과학자들은, 운동시 조직을 통과하면서 산소를 잃게 된 혈액에 산소공급을 할 수 있고, 운반과정 동안에 축적된 과다한 이산화탄소를 제거할 수 있는 기계장치를 개발하려고 노력해 왔다. 또 많은 연구자들은 일시적으로 심장의 기능을 대신할 펌프개발에 힘써왔다.
도 1 에서 보는 바와 같이, 통상의 심폐보조장치는 기본적으로 펌프(Pump, 1), 막형 산소공급장치(Membrane oxygenator, 2), 열교환기(Heat exchanger, 3), 산소저장용기(4)로 구성되어 있다.
심폐보조장치는 롤러형 펌프(1)에 의해 혈액은 심장으로부터 밖으로 빠져나 온다. 심장을 빠져나온 혈액은 막형 산소공급장치(2)를 거치는 과정에서 산소저장용기(4)로부터 제공되는 산소에 의해서 혈액내에 산소가 공급된다. 이후, 산소가 공급된 혈액은 열교환기(3)를 거쳐 다시 심장으로 들어감으로써, 인공심폐동작이 이루어진다.
하지만, 이러한 종래의 심폐보조장치의 펌프(1)는 혈액이 들어있는 플렉시블한 튜브(6)를 롤러(1a)가 누르면서 후방에서 전방으로 미는 힘을 이용하는 롤러방식으로 혈액의 순환이 이루어진다. 이 경우, 롤러(1a)가 튜브(6)를 누르면서 후방에서 전방으로 미는 과정에서 튜브(6)에 손상이 발생할 수 있으며, 아울러, 튜브(6)가 접힐 경우, 튜브(6)내의 혈액이 전진하지 못하여 혈액의 순환이 이루어지지 않는 단점이 있었다.
또한, 상기와 같은 롤러펌프 사용시, 롤러(1a)가 튜브(6)를 가압하여 후방에서 전방으로 밀기 때문에, 튜브(6)내의 혈액이 파괴되는 단점을 가지고 있다.
또한, 종래의 심폐보조장치는 혈액의 순환을 위한 펌프와 혈액속에 산소를 공급하기 위한 산소공급장치(2)가 별도로 구성되어 있었기 때문에, 수술시 심폐보조장치를 배치시키면 수술주변이 복잡해 지는 단점을 가지고 있었다.
본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하고자 창안된 것으로서, 혈액순환이 원활하게 이루어질 수 있는 박동형 심폐보조장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
또한, 혈액이 흐르는 튜브의 손상이 적어 튜브의 수명을 연장시킬 수 있는 박동형 심폐보조장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은 심장의 외부로 혈액을 순환시키고, 순환하는 혈액에 산소를 공급하는 심폐보조장치에 있어서, 상기 심폐보조장치는 혈액의 순환과 동시에 혈액에 산소를 주입하는 산소공급유닛을 포함하며, 상기 산소공급유닛은, 본체; 상기 본체의 내부에 설치되는 다수의 중공사; 및 상기 본체를 주기적으로 수축/이완시켜 인체의 심장으로부터 나온 혈액이 순환되도록 펌핑시키는 팽창부재;를 포함하며, 상기 본체로 유입된 혈액은 상기 중공사의 외면과 접촉한 상태에서 상기 중공사 내부를 지나는 산소를 공급받으며, 상기 내측하우징은 하부외주면에는 인체의 심장으로부터 빠져나온 혈액이 유입되도록 등간격으로 두개의 플렉시블한 유입파이프가 형성되고, 상기 내측하우징의 상부외주면에는 상기 내측하우징의 내부에 유입된 혈액이 배출되도록 등간격으로 두개의 플렉시블한 배출파이프가 형성되며, 상기 유입파이프 및 상기 배출파이프는 상기 내측하우징에 접선방향으로 형성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 혈액에 산소를 공급하도록 상기 중공사와 연통되는 산소저장용기 및 상기 팽창부재에 주기적으로 공기를 주입하는 공압펌프를 더 포함하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 본체는 플렉시블한 우레탄 재질로 구성된 원통형의 내측하우징; 및 상기 내측하우징과 소정간격 이격되어 내부에 팽창부재가 배치되며, 팽창부재의 팽창시 내측하우징의 주기적으로 수축/이완되도록 상기 팽창부재를 지지하는 외측하우징을 포함하는 것이 바람직하다.
삭제
또한, 상기 유입파이프와 상기 배출파이프는 혈액의 흐름을 제어하기 위한 체크밸브가 설치되며, 상기 체크밸브는 상기 유입파이프에 설치되어 상기 내측하우징의 내부로 혈액이 유입되는 방향으로만 혈액의 흐름을 가능케 하는 제 1 체크밸브; 및 상기 배출파이프에 설치되어 상기 내측하우징의 외부로 혈액이 배출되는 방향으로만 혈액의 흐름을 가능케 하는 제 2 체크밸브;를 포함하는 것이 바람직하다.
상술한 본 발명의 일 실시예에 따르면, 본 발명은 기존의 심폐보조장치의 롤러방식 펌프에 비해서 팽창부재를 이용하여 내측하우징을 주기적으로 수축/이완시킴으로써 혈액의 펌핑동작이 이루어지기 때문에, 원활한 혈액의 순환이 이루어진다.
또한, 혈액튜브와 접촉하지 않고 혈액 펌핑동작이 이루어지기 때문에, 혈액튜브가 손상될 일이 없어 혈액튜브의 수명을 연장시킬 수 있다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 박동형 심폐보조장치에 대해서 설명하기로 한다.
도 2 내지 4를 참고하면, 본 실시예에 따른 박동형 심폐보조장치(10)는 인체의 심장에서 빠져나온 혈액속에 산소를 공급한 후, 다시 심장으로 혈액이 들어가도록 하기 위한 것이다. 이러한 박동형 심폐보조장치(10)는 펌프기능을 가지는 산소공급유닛(100)과 혈액튜브(200), 열교환기(300), 산소저장용기(400)를 포함한다. 이 경우, 본 실시예에 따른 박동형 심폐보조장치(10)는 펌프기능을 가지는 산소공급유닛(100)에 그 특징이 있으며, 혈액튜브(200), 열교환기(300) 및 산소저장용기(400)는 종래의 심폐보조장치와 동일하다. 이에 따라, 혈액튜브(200), 열교환기(300) 및 산소저장용기(400)에 대해서는 자세한 사항은 생략하고 간략한 내용만 기술하기로 한다.
산소공급유닛(100)은 심장으로부터 혈액이 빠져나와 다시 심장으로 혈액이 들어가도록 혈액을 순환하기 위한 펌프기능과 동시에, 혈액속에 산소를 공급하기 위한 유닛으로써, 하나의 모듈로 구성된다.
이를 위해, 산소공급유닛(100)은 도 2 내지 4를 참조하면 본체(110), 팽창부재(120), 다수의 중공사(130), 체크밸브(150)를 포함한다.
본체(100)는 내측하우징(111) 및 외측하우징(112)을 포함한다.
내측하우징(111)은 소정 직경을 가지는 원통형상으로 형성된다. 내측하우징(100)에는 혈액이 접선방향으로 유입되도록 하부 외주면에 접선방향으로 유입파 이프(113)가 형성되며, 혈액이 접선방향으로 배출되도록 상부 외주면에 접선방향으로 배출파이프(114)가 형성된다. 이 경우, 유입파이프(113)는 내측하우징(111)의 하부 외주면에 등간격으로 두개가 설치되며, 배출파이프(114)도 내측하우징(111)의 상부 외주면에 등간격으로 두개가 설치된다. 한편, 내측하우징(111), 유입파이프(113) 및 배출파이프(114)은 일체로 형성되며, 수축 또는 이완이 가능한 소정의 탄성력을 가지는 우레탄재질로 형성된다. 또한, 내측하우징(111)은 산소가 공급되어 배출되도록 상단은 산소유입구(116a)를 구비한 제 1 커버(116)와 결합되고, 하단에 혈액에 산소가 공급된 후 남은 가스가 배출되는 가스배출구(117a)를 구비한 제 2 커버(117)가 결합된다. 외측하우징(112)은 내측하우징(111)의 외주면과 소정간격 이격되어 내부에 팽창부재(120)를 감싸도록 설치되며, 신축성이 없는 딱딱한 플라스틱 재질로 형성된다.
팽창부재(120)는 내부에 공기를 주입함에 따라 팽창되는 것이 가능한 풍선으로써, 외측하우징(112)과 내측하우징(111)사이에 배치되도록 설치된다. 이 경우, 팽창부재(120)에 공기가 주입되어 팽창되면, 외측하우징(112)은 딱딱한 플라스틱 재질이기 때문에, 팽창부재(120)는 딱딱한 외측하우징(112)에 지지된 상태에서 내측하우징(111)이 수축되도록 가압하여 내측하우징(111)내의 혈액이 배출파이프(114)를 통해 내측하우징(111) 외부로 배출된다.
또한, 팽창부재(120)에서 공기가 빠져나가면, 유입파이프(113)가 탄성력에 의해 복원된 후, 내측하우징(111)은 탄성력에 의해 복원된다. 이에 따라, 내측하우징(111) 내부에는 진공압이 발생함으로써, 유입파이프(113)를 통해 혈액이 내측하 우징(111)으로 유입된다. 이러한 팽창부재(120)에 의한 내측하우징(111)의 주기적인 수축/이완작용 즉 펌핑작용에 의해서 심장의 외부로의 인공적인 혈액순환이 가능해진다.
다수개의 중공사(130)는 내측하우징(111)의 길이방향을 따라 촘촘히 배치되도록 설치된다. 이 경우, 내측하우징(111)의 상단에 결합된 제 1 커버(116)의 산소주입구(116a)를 통해 유입된 산소는 중공사(130)를 거쳐 제 2 커버(117)의 가스배출구(117a)를 통해서 외부로 배출된다.
한편, 본 실시예에서는 팽창부재(120)가 팽창할 수 있도록 공압펌프(140)가 설치된다. 다만, 팽창부재(120)가 팽창할 수 있는 유체펌프로 구성되어도 무방하다. 또한, 본 실시예에서는 개시되어 있지 않지만, 공압펌프(140)에서 팽창부재(120)로 주입되는 공기의 흐름을 제어하기 위한 밸브가 설치될 수 있다.
체크밸브(150)는 역류를 방지하도록 유체의 흐름을 한쪽방향으로만 흐르는 하는 밸브로써, 본 실시예에 따른 체크밸브(150)는 유입파이프(113)와 배출파이프(114)를 통해 유동되는 혈액의 흐름을 제어하기 위한 것이다. 체크밸브(150)는 제 1 체크밸브(151)와 제 2 체크밸브(153)를 포함한다. 제 1 체크밸브(151)는 한쌍의 유입파이프(113)에 각각 한개씩 설치되며, 제 2 체크밸브(153)는 한쌍의 배출파이프(114)에 각각 한개씩 설치된다. 이 경우, 제 1 체크밸브(151)는 혈액이 유입파이프(113)를 통해 내측하우징(111)내부로 유입되는 방향으로만 혈액의 흐름을 허락하도록 설치되며, 제 2 체크밸브(153)는 혈액이 내측하우징(111)으로부터 배출파이프(114)를 통해 배출되는 방향으로만 혈액의 흐름을 허락하도록 설치된다.
혈액튜브(200)는 도 4를 참조하면, 정맥튜브(200a)와 동맥튜브(200b)를 포함한다. 정맥튜브(200a)의 일측은 심장의 정맥혈관과 연결되고, 타측은 두 갈래로 나뉘어지는 형상으로 형성되어 두개의 유입파이프(113)와 연결된다. 동맥튜브(200b)의 일측은 두갈래로 나뉘어져서 두개의 배출파이프(114)와 연결되고 타측은 심장의 동맥혈관과 연결된다. 다만, 심장을 빠져나온 혈액의 온도는 하강되며, 이에 따라, 배출파이프(114)를 빠져나와 동맥튜브(200b)를 거쳐 심장의 동맥혈관으로 들어가기 전에 혈액의 온도를 심장에서 빠져나올때의 상태가 되도록 온도를 상승시켜주기 위해서 동맥튜브(200b)의 유로상에는 열교환기(300)가 설치되어 있다.
또한, 본 실시예에서는 산소공급유닛(100)에 산소를 공급하기 위하여 제 1 커버(116)의 산소주입구(116a)와 연결되도록 설치되는 산소저장용기(400)가 설치된다. 이러한 산소저장용기(400)는 일반적으로 사용되는 산소통이 사용될 수 있고, 산소발생장치가 사용될 수 있다.
이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 박동형 심폐보조장치(10)의 동작에 대해서 도 2 내지 도 4를 참조하여 설명하기로 한다. 참고로, 도 2는 팽창부재(120)가 팽창되지 않은 초기상태를 나타낸 산소발생유닛(100)의 도면이고, 도 3은 팽창부재(120)가 팽창된 상태를 나타낸 산소발생유닛(100)의 도면이다.
먼저 심장수술할 경우, 환장의 상태가 악화되어, 박동형 심폐보조장치(10)를 적용이 필요할 경우, 환자의 심장의 정맥혈관과 정맥튜브(200a)를 연결하고, 심장의 동맥혈관과 동맥튜브(200b)를 연결한다.
이 후, 박동형 심폐보조장치(10)를 작동시키면, 산소저장용기(400)내에서 산 소가 배출되고, 산소는 산소주입구(116a), 중공사(130) 가스배출구(117a)를 통해서 외부로 배출된다. 이 경우, 산소저장용기(400)는 박동형 심폐보조장치(10)가 작동된 후부터 작동이 멈출때까지 지속적으로 산소를 산소공급유닛(100)에 지속적으로 공급한다. 이와 동시에, 공압펌프(140)에서는 팽창부재(120)가 일정한 주기로 팽창 및 수축이 이루어질 수 있도록 팽창부재(120)에 공기를 주입시키며, 이에 따라, 내측하우징(111)은 주기적으로 수축 및 이완을 반복한다. 이 경우, 팽창부재(120)가 팽창되면, 내측하우징(111)이 수축되면서 내측하우징(111)내의 혈액은 배출파이프(114)를 통해 배출된다. 또한, 팽창부재(120)가 수축되면, 내측하우징(111)은 자체 탄성복원력에 의해 원래의 상태로 이완되며, 이에 따라, 유입파이프(113)를 통해 혈액은 내측하우징(111) 내부로 유입된다. 이러한 동작 즉, 내측하우징(111)의 주기적인 수축 및 이완에 따른 혈액의 배출 및 유입동작에 반복되면서, 심장을 빠져나온 혈액이 다시 심장으로 들어가는 혈액의 순환을 위한 펌핑동작이 이루어진다.
즉, 팽창부재(120)가 팽창하면, 내측하우징(111)이 수축하면서 내측하우징(111)내의 혈액은 유입파이프(113) 및 배출파이프(114) 모두를 배출하려고 하지만, 제 1 체크밸브(151)는 혈액이 내측하우징(111) 외부로 배출되는 방향으로는 막혀있기 때문에, 유입파이프(113)는 차단된 상태에서 혈액은 배출파이프(114)로만 배출된 후, 동맥튜브(200b) 열교환기(300) 및 동맥튜브(200b)를 거쳐 동맥혈관을 통해 심장의 내부로 들어간다.
또한, 팽창부재(120)가 수축하여 내측하우징(111)이 자체의 탄성복원력에 의 해 복원되면 내측하우징(111)의 내부에는 진공압이 형성되어 혈액은 유입파이프(113)와 배출파이프(114) 모두를 통해 내측하우징(111)의 내부로 유입되려고 하지만, 제 2 체크밸브(153)는 혈액이 내측하우징(111) 내부로 유입되는 방향으로는 막혀있기 때문에, 배출파이프(114)가 차단된 상태에서 혈액은 유입파이프(113)만을 거쳐, 내측하우징(111) 내부로 유입된다.
이처럼 주기적인 내측하우징(111)의 수축 및 이완작용에 의해 혈액의 순환이 이루어진다.
한편, 내측하우징(111)에서 혈액속에 산소를 공급하는 방법에 대해서 설명한다. 혈액은 유입파이프(113)를 통해 내측하우징(111)으로 유입된 후 배출파이프(114)로 배출된다. 이 때, 혈액은 내측하우징(111)에 배치된 중공사(130)와 접촉된 상태가 되고, 산소저장용기(400)에서 공급되는 산소는 중공사(130)의 내부를 통해서 내측하우징(111)을 지나가게 된다. 이렇게 중공사(130)의 외측에 혈액이 접촉된 상태에서 중공사(130) 내부를 산소가 흐르게 되면 중공사(130) 내부의 산소는 산소농도차에 의해 외부의 혈액속에 이끌려 들어가게 됨으로써, 혈액속에 산소가 공급되고, 혈액속에 이산화탄소는 다수의 중공사(130)로 배출된다. 이 후, 산소가 공급된 혈액은 열교환기(300)에서 혈액의 온도를 적정온도로 상승시킨 후, 동맥튜브(300b)를 통해 동맥혈관을 거쳐 심장내부로 유입됨으로써, 인공적인 폐기능과 혈액순환기능이 완료되는 것이다.
이처럼, 본 발명은 기존의 심폐보조장치의 롤러방식 펌프에 비해서, 팽창부재(120)를 이용하여 내측하우징(111)을 주기적으로 수축/이완시킴으로써 펌핑동작 이 이루어지기 때문에, 원활한 혈액의 순환이 이루어지며, 또한, 혈액튜브(300)와 접촉하지 않고 펌핑 동작이 이루어지기 때문에, 혈액튜브(300)가 손상될 일이 없어 혈액튜브(300)의 수명을 연장시킬 수 있다.
또한, 종래의 롤러방식 펌프에 비해서 튜브를 가압하여 미는 형식이 아니라, 내측하우징(111)의 주기적인 수축 및 이완에 의해서 펌핑동작이 이루어지기 때문에, 혈액의 파괴현상의 발생하지 않는다는 효과가 있다.
또한, 본 실시예에 따른 박동형 심폐보조장치(10)는 하나의 모듈인 산소공급유닛(100)에서 혈액의 펌핑기능과 산소공급기능을 동시에 할 수 있기 때문에, 기존의 심폐보조장치에 비해서 구조가 단순해진다는 효과가 있다.
한편, 본 실시예의 산소발생유닛(100)은 유입파이프(113) 및 배출파이프(114)가 내측하우징(111)의 접선방향으로 설치되어 있기 때문에, 혈액의 유입 또는 배출에 따른 혈액의 흐름이 원활하게 이루어지는 효과가 있다.
도 1은 종래의 심폐보조장치를 나타낸 도면이고,
도 2는 팽창부재가 팽창되지 않은 상태의 산소공급유닛을 나타낸 도면이고,
도 3은 팽창부재가 팽창된 상태의 산소공급유닛을 나타낸 도면이고,
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 박동형 심폐보조장치를 간략하게 나타낸 블럭도이다.
< 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
10...박동형 심폐보조장치 100...산소공급유닛
111...내측하우징 112...외측하우징
113...유입파이프 114...배출파이프
116...제 1 커버 117...제 2 커버
120...팽창부재 130...중공사
140...공압펌프 150...체크밸브
200...혈액튜브 300...열교환기
400...산소저장용기

Claims (5)

  1. 심장의 외부로 혈액을 순환시키고, 순환하는 혈액에 산소를 공급하는 심폐보조장치에 있어서,
    상기 심폐보조장치는 혈액의 순환함과 동시에 혈액에 산소를 주입하는 산소공급유닛을 포함하며,
    상기 산소공급유닛은,
    플렉시블한 재질로 이루어진 원통형의 내측하우징을 구비한 본체;
    상기 본체의 내부에 설치되는 다수의 중공사; 및
    상기 본체를 주기적으로 수축/이완시켜 인체의 심장으로부터 나온 혈액이 순환되도록 펌핑시키는 팽창부재;를 포함하고,
    상기 본체로 유입된 혈액은 상기 중공사의 외면과 접촉한 상태에서 상기 중공사 내부를 지나는 산소를 공급받으며,
    상기 내측하우징은 하부외주면에는 인체의 심장으로부터 빠져나온 혈액이 유입되도록 등간격으로 두개의 플렉시블한 유입파이프가 형성되고,
    상기 내측하우징의 상부외주면에는 상기 내측하우징의 내부에 유입된 혈액이 배출되도록 등간격으로 두개의 플렉시블한 배출파이프가 형성되며,
    상기 유입파이프 및 상기 배출파이프는 상기 내측하우징에 접선방향으로 형성되는 것을 특징으로 하는 박동형 심폐보조장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    혈액에 산소를 공급하도록 상기 중공사와 연통되는 산소저장용기 및 상기 팽창부재에 주기적으로 공기를 주입하는 공압펌프를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 박동형 심폐보조장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 본체는, 상기 내측하우징과 소정간격 이격되어 내부에 상기 팽창부재가 배치되며, 상기 팽창부재의 팽창시 상기 내측하우징이 주기적으로 수축/이완되도록 상기 팽창부재를 지지하는 외측하우징을 더 구비하며,
    상기 내측하우징은 우레탄 재질로 구성되는 것을 특징으로 하는 박동형 심폐보조장치.
  4. 삭제
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 유입파이프와 상기 배출파이프는 혈액의 흐름을 제어하기 위한 체크밸브가 설치되며,
    상기 체크밸브는
    상기 유입파이프에 설치되어 상기 내측하우징의 내부로 혈액이 유입되는 방향으로만 혈액의 흐름을 가능케 하는 제 1 체크밸브; 및
    상기 배출파이프에 설치되어 상기 내측하우징의 외부로 혈액이 배출되는 방향으로만 혈액의 흐름을 가능케 하는 제 2 체크밸브;를 포함하는 것을 특징으로 하는 박동형 심폐보조장치.
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