KR101122363B1 - 인공심폐기의 산소교환장치 - Google Patents

인공심폐기의 산소교환장치 Download PDF

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Abstract

산소교환효율을 향상시키는 인공심폐기의 산소교환장치를 개시한다. 본 발명의 산소교환장치는, 순환되는 혈액을 일시 저장한 후 배출하는 혈액챔버; 상기 혈액챔버 내에 설치되는 다수의 중공사; 및, 소리를 발생시켜 상기 소리의 진동에 의해 상기 혈액챔버 또는 중공사들을 진동시키는 음파진동부;를 포함한다. 따라서 인공심폐기에 의한 혈액 순환 시 산소교환장치에서 혈액의 산소교환효율을 향상시킨다.

Description

인공심폐기의 산소교환장치{OXYGEN SUPPLY APPARATUS FOR ARTIFICIAL CARDIOPULMONARY MACHINE}
본 발명은 혈액의 산소교환 효율을 향상시키는 인공심폐기의 산소교환장치에 관한 것이다.
일반적으로 인공심폐기는 심장수술을 하는 동안 환자의 혈액순환을 유지시켜주는 기계펌프로, 피를 심장에서 다른 곳으로 보내 산소를 공급받은 후 체내로 보낸다. 따라서 인공심폐기는 필수적으로 인공폐(산소공급기)와 대체 인공심장(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 1은 종래기술의 인공심폐기를 나타내는 도면이다.
도 1에서 보는 바와 같이, 통상의 인공심폐기는 기본적으로 펌프(Pump, 1), 막형 산소교환기(Membrane oxygenator, 2), 열교환기(Heat exchanger, 3), 산소공급기(4)로 구성되어 있다.
인공심폐기는 펌프(1)에 의해 혈액이 심장으로부터 밖으로 빠져나오고, 심장을 빠져나온 혈액은 막형 산소교환기(2)를 거치는 과정에서 산소공급기(4)로부터 제공되는 산소에 의해서 혈액 내에 산소가 공급된다. 이후, 열교환기(3)를 거쳐 다시 심장으로 들어감으로써, 인공심폐동작이 이루어진다.
상술한 인공심폐기의 인공심폐동작 과정 중, 혈액 내에 산소가 공급되는 과정은 다음과 같다.
산소교환기(2)에 산소를 공급하면 중공사 내부의 산소압이 증가한다. 산소압이 증가된 외측으로 혈액이 흐르게 되면 증가된 산소압에 의해 혈액의 헤모글로빈에 포함된 이산화탄소 등의 가스가 헤모글로빈으로부터 해리되어 중공사 내부로 배출되고, 중공사 내부의 산소가 중공사의 미세 구멍을 통해 혈액으로 공급되어 헤모글로빈과 결함됨으로써 혈액에 산소가 공급된다.
이와 같이, 단순히 산소와 이산화탄소의 압력 차이만을 이용하여 혈액의 산소교환 작용을 수행하는 경우, 중공사의 미세 구멍을 통한 산소 및 가스의 유입 유출이 원활하게 수행되지 않게 되어 혈액으로 충분한 산소가 공급되지 않게 되는 문제점이 발생할 수 있다.
본 발명은 상술한 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 인공심폐기에 흐르는 혈액의 산소교환효율을 향상시키는 인공심폐기의 산소교환장치를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 인공심폐기의 산소교환장치는, 순환되는 혈액을 일시 저장한 후 배출하는 혈액챔버; 상기 혈액챔버 내에 설치되는 다수의 중공사; 및, 소리를 발생시켜 상기 소리의 진동에 의해 상기 혈액챔버 또는 중공사들을 진동시키는 음파진동부;를 포함한다.
상기 음파진동부는, 상기 소리를 발생시키기 위한 음파 신호를 생성하는 음파생성부; 상기 음파 신호를 소리신호로 출력하는 스피커; 및, 상기 스피커가 설치된 진동판;을 포함한다.
상기 진동판은, 상기 혈액챔버의 상부에 설치되며, 다수의 통공이 형성되어 있으며, 상기 다수의 통공은 상기 다수의 중공사가와 결합되도록 구성될 수 있다.
또한 본 발명의 상기 소리의 진동 주파수 영역은 50Hz 내지 1GHz인 것이 바람직하다.
본 발명은 진동을 발생시켜 중공사를 진동시킴으로써 산소교환기에 의한 혈액의 산소 교환 효율을 현저히 향상시킨다.
도 1은 종래기술의 인공심폐기를 나타내는 도면,
도 2는 본 발명의 실시 예에 따르는 산소 공급장치의 일부 절개 사시도,
도 3은, 도 2의 음파진동부를 확대하여 도시한 사시도이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 나타내는 첨부 도면을 참조하여 본 발명을 더욱 상세히 설명한다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따르는 음파진동을 수행하는 산소교환장치(100) 중 혈액챔버(110)의 하우징(111)의 일부를 절개한 일부 절개 사시도이고, 도 3은, 도 2의 음파진동부를 확대하여 도시한 사시도이다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 산소교환장치(100)는 혈액챔버(110), 다수의 중공사(130), 음파진동부(200)를 포함하여 구성된다.
상기 혈액챔버(110)는 하우징(111), 제1커버(116) 및 제2커버(117)를 포함한다.
상기 하우징(111)은 투명재질의 원통으로 혈액이 유입되는 유입파이프(113), 유입된 혈액이 배출되는 배출파이프(114)를 포함하여 구성된다.
상기 유입파이프(113)는 혈액의 손상 방지 및 하우징(111) 내에서의 원활한 순환을 위해 하우징(111)의 하부에서 하우징(111)의 내주면의 접선 방향으로 혈액을 유입시키도록 형성된다.
상기 배출파이프(114)는 하우징(111)의 상부에서 내주 면의 접선 방향을 따라 혈액을 배출하도록 형성된다.
상기 제1커버(116)는 도 1의 산소공급기(4)와 연결되어 혈액챔버(110)로 산소를 공급하는 산소유입구(116a)가 형성되는 구조를 가지고 상기 하우징(111)의 상부 개방부를 밀폐하도록 구성된다.
상기 제2커버(117)는 하우징(111)의 내부에서 혈액으로부터 분리된 가스를 배출하는 가스배출구(117a)가 형성된 구조를 가지고 상기 하우징(111)의 하부 개방부를 밀폐하도록 구성된다.
상기 다수의 중공사(130)는 다수의 미세 구멍(도면에 미 도시)이 형성된 세 형 관의 구조를 가진다. 상술한 구조의 다수의 중공사(130)는 제1커버(116)의 산소유입구(116a)를 통해 유입된 산소가 중공사(130)의 내부로 유입되고, 혈액으로부터 분리된 가스가 제2커버(117)의 가스배출구(117a)를 통해 배출되도록 하우징(111)의 내부에서 하우징(111)의 길이 방향을 따라 서로 일정 간격을 가지고 이격 배치된다.
상기 음파진동부(200)는 음파를 발생시키는 음파생성부(210)와 음파를 소리로 출력하여 혈액챔버(110)를 진동시키는 다수의 스피커(220) 및, 진동판(230)을 포함하여 구성된다. 상기 진동판(230)에는 스피커(220)가 설치되어 있으며, 다수의 통공(231)이 형성되어 있다. 상기 중공사(130)의 상 단부는 다수의 통공(231)의 저면에 결합되어 제2커버(117) 내부와 중공사(130) 내부가 다수의 통공(231)을 통해연통된다.
상기 음파생성부(210)는 혈액에서의 산소교환 효율을 최대화시키면서 혈액이 파괴되지 않는 주파수 영역, 즉, 50Hz 내지 1GHz범위의 음파를 발생시킨다. 50Hz 내지 1GHz범위의 음파영역에서 혈액이 파괴되지 않으면서 산소교환효율이 극대가 된다는 것은 본 출원인의 반복된 실험과 연구에 의해 확인된 범위이다.
도 3을 참조하면, 다수의 스피커(220)는 일정한 열을 이루며 진동판(230)에 설치되어 있으며, 통공(231)과 인접되도록 설치된다. 음파생성부(210)와 다수개의 스피커(220)를 연결하는 라인(221)은 통공(231)을 피해 진동판 내부에 함장되어 있다.
상기 다수의 스피커(220)는 상기 음파진동부(200)에서 출력되는 음파신호를 수신하여 음파를 소리로 출력함으로써 진동판(230)을 진동시키는 것에 의해 중공사(130)를 진동시킨다. 중공사(130)가 진동되면 중공사(130)와 혈액의 접촉효율이 증가되고, 산소 또는 가스의 상대적인 운동에너지가 증가되어 중공사(130)의 미세 구멍을 통한 산소와 가스의 유출 및 유입 효율이 향상된다.
상기 음파진동부(200)는 상술한 구성과 달리 진동판(230)을 구비함이 없이 다수의 스피커(220)가 혈액챔버(110), 제1커버(116) 또는 제2커버(117) 등에 배치될 수도 있다(도면에 미 도시).
이하, 도 2의 혈액챔버(110)의 동작을 도 1 및 도 2를 참조하여 설명한다.
심장수술 등의 상황에서 인공심폐기를 사용해야 할 경우, 환자의 심장 정맥혈관을 혈액챔버(110)의 유입파이프(113)와 연결된 정맥튜브(도면에 미 도시)에 연결하고, 환자의 심장 동맥혈관을 혈액챔버(110)의 배출파이프(114)와 연결된 동맥튜브(도면에 미 도시)에 연결한다.
이 후, 인공심폐기를 작동시키면, 펌프의 동작에 의해서 환자의 혈액이 인공심폐기의 혈액 유로를 따라 순환되어 유입파이프(113)를 통해 혈액챔버(110)의 내부로 유입된다. 이와 동시에 산소공급기(4, 도 1 참조)에서 공급되는 산소는 산소유입구(116a)를 통해 다수의 중공사(130)로 유입된다.
혈액챔버(110) 내부로 유입된 혈액이 중공사(130)와 접촉하면 중공사(130)의 미세 구멍을 통해 유출되는 산소가 혈액과 접촉한다. 산소가 혈액에 접촉하면 산소압에 의해 혈액 내의 헤모글로빈에 결합된 이산화탄소를 포함하는 가스가 헤모글로빈으로부터 해리되고 산소가 헤모글로빈과 결합한다.
헤모글로빈으로부터 해리된 가스는 중공사(130)의 외부 면에 형성된 미세 구멍(도면에 미 도시)을 통해 이산화탄소 농도가 적은 중공사(130)로 유입된 후 가스배출구(117a)를 통해 외부로 배출된다.
이 과정에서 음파진동부(200)의 음파생성부(210)는 기 설정된 주파수를 가지는 음파를 생성하여 다수의 스피커(220)로 출력한다. 다수의 스피커(220)는 수신된 음파신호에 대응하는 주파수 대역의 소리를 출력한다. 스피커(220)에 의해 소리가 출력되면 소리의 진동에 의해 진동판(230), 중공사(130), 혈액챔버(110), 제1커버(116) 및 제2커버(117)를 포함하는 산소교환장치(100)를 진동시킨다.
다수의 중공사(130), 혈액챔버(110)를 포함하는 산소교환장치(100)가 스피커(220)로부터 출력되는 소리에 의해 진동하게 되면, 중공사(130)에 형성된 미세 구멍을 통해 유입 또는 유출되는 산소 또는 가스의 상대적인 운동에너지가 증가하게 되어, 산소와 혈액으로부터 분리된 가스의 유입 유출 효율이 증대된다.
또한, 중공사(130)가 진동하면 외부의 혈액을 교반시키는 기능을 수행함과 동시에, 혈액과 중공사(130) 내부와 혈액챔버(110) 내부의 산소 교환효율이 현저히 증대된다.
즉, 산소교환장치(100)에 소리를 발생시켜 진동을 시키게 되면, 상술한 바와 같이 중공사(130)의 미세 구멍을 통한 산소와 가스의 유입 및 유출 효율이 증가되고, 혈액의 교반작용이 수행되어 혈액챔버(110) 내에 유입된 혈액의 산소교환효율이 현저히 향상된다. 이때 혈액에 포함되는 산소의 양은 음파생성부(210)에서 생성되는 음파의 주파수를 적절히 조절하는 것에 의해 그 제어가 가능하다.
상술한 산소교환장치(100)의 동작에 의해 가스를 배출하고 산소를 유입한 혈액은 혈액챔버(110)의 상부에 형성된 배출파이프(114)를 통해 열교환기(3. 도 1 참조)로 배출된다.
열교환기(3)로 배출된 혈액은 열교환기(3)에 의해 적정 온도로 온도변환된 후, 동맥튜브를 통해 환자에게 공급된다.
이러한 과정은 환자의 수술 등의 상황에서 인공심폐기가 동작하는 동안 계속하여 수행된다.
상술한 과정에 의해 산소교환장치(100)와 혈액 사이의 산소 교환 효율이 향상됨으로써, 혈액챔버(110) 내부로 유입된 혈액은 충분한 양의 산소를 포함할 수 있게 되어 수술 중 혈액 내의 산소 결핍으로 인한 환자의 위험 또는 위급 상황의 발생을 방지한다.
본 발명의 실시 예의 설명을 위한 도 2에서 산소교환장치(100)는 유입파이프(113)와 배출파이프(114) 각각에 설치되는 제1체크밸브(151) 및 제2체크밸브(153)를 구비한다.
이러한 구성은 본 발명의 필수 구성은 아니며, 본 발명의 출원인의 특허출원 제2008-21207호에 개시된 것으로서, 팽창부재(120)의 팽창 또는 수축에 따라 하우징(111)이 심장과 같이 수축 또는 팽창하여 자체적으로 혈액을 순환시키게 되므로 종래기술을 나타내는 도 1의 펌프(1)를 필요 없다.
제1체크밸브(151) 및 제2체크밸브(153)의 구성 및 동작은 본 발명의 출원인의 특허출원 제2008-21207호에 상세히 기재되어 있으므로 그 상세한 설명은 생략한다.
100: 산소교환장치 110: 혈액챔버
130: 중공사
200: 음파진동부 210: 음파생성부
220: 스피커 231: 통공

Claims (4)

  1. 순환되는 혈액을 일시 저장한 후 배출하는 혈액챔버;
    상기 혈액챔버 내에 설치되는 다수의 중공사; 및,
    소리를 발생시켜 상기 소리의 진동에 의해 상기 혈액챔버 또는 중공사들을 진동시키는 음파진동부;를 포함하고,
    상기 음파진동부는,
    상기 소리를 발생시키기 위한 음파 신호를 생성하는 음파생성부;
    상기 음파 신호를 소리신호로 출력하는 스피커; 및,
    상기 스피커가 설치된 진동판;을 포함하는 것을 특징으로 하는 인공심폐기의 산소교환장치.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 진동판은,
    상기 혈액챔버의 상부에 설치되며, 다수의 통공이 형성되어 있으며,
    상기 다수의 통공은 상기 다수의 중공사가와 결합된 것을 특징으로 하는 인공심폐기의 산소교환장치.
  4. 제 1 항 또는 제 3 항에 있어서,
    상기 소리의 진동 주파수 영역은 50Hz 내지 1GHz인 것을 특징으로 하는 인공심폐기의 산소교환장치.
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