KR101259057B1

KR101259057B1 - 인공심박조율기를 구비한 심실보조장치

Info

Publication number: KR101259057B1
Application number: KR1020100118306A
Authority: KR
Inventors: 민병구; 김유석; 강성민; 김문수
Original assignee: 주식회사 리브라하트
Priority date: 2010-11-25
Filing date: 2010-11-25
Publication date: 2013-04-29
Also published as: KR20120056659A

Abstract

본 발명은 심실보조장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 인공심박조율기를 구비한 심실보조장치에 관한 것이다. 본 발명에 의하면, 혈액을 펌핑하는 혈액 펌프를 구비한 심실보조장치에 있어서, 혈액이 유동할 수 있도록 생체조직의 절개부와 상기 혈액 펌프를 연결하는 연결관, 및 상기 연결관과 결합하며 상기 생체조직의 절개부와 접하여 상기 생체조직에 전기신호를 전달하는 전극,을 포함하는 적어도 한 쌍의 도관; 환자의 심장 신호를 감지하는 감지장치; 상기 전극을 통해서 심장에 전기자극을 가하는 인공심박조율기; 및 상기 감지장치로부터 신호를 전달받아 상기 혈액 펌프 및 상기 인공심박조율기를 제어하는 제어장치;를 포함하는 것을 특징으로 하는 인공심박조율기를 구비한 심실보조장치가 제공된다.

Description

인공심박조율기를 구비한 심실보조장치{Ventricular assist device having cardiac pacemaker}

본 발명은 심실보조장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 인공심박조율기를 구비한 심실보조장치에 관한 것이다.

심실보조장치(Ventricular Assist Device; VAD)는 일반적으로 심부전 환자에게 내과적인 치료의 효과가 없거나 외과적인 개심술로 치료가 어려운 경우에 사용된다. 심장을 이식하기 전까지 심실의 기능을 대체하도록 시술되거나, 심장의 부하를 줄여 회복을 유도하기 위해 사용된다.

심실보조장치는 이식되는 부위에 따라 이식형(implantable type) 심실보조장치와 체외형(extracoporeal type) 심실보조장치로 구분되며, 보조하는 심장 부위에 따라 좌심실보조장치(LVAD)와 우심실보조장치(RVAD), 양심실 보조장치(BiVAD)로 구분된다. 주로 좌심실 보조장치가 많이 쓰인다. 또한, 다른 분류 방법으로 동력원을 공급하는 방식의 차이에 따라 공기압력식(pneumatic type)과 전기식(electric type)으로 분류할 수 있다. 전기식 타입은 전기유압식(electrohydraulic type)과 전기기계식(electromechanical type)으로 세분된다. 또한, 구동방식에 따라 혈액을 박출할 때 박동(맥동)성의 존재여부에 따라 박동형(pulsatile type)과 비박동형(nonpulsatile type)으로 분류할 수 있다. 그리고, 이식형 양심실 보조장치의 경우 인공심장으로 볼 수 있으나, 자연심장을 제거하고 인공심장에 의해서만 혈액순환이 이루어지게 되는 완전이식형 인공심장과는 구분된다.

인공심박조율기는 전기 자극의 원리를 이용하여 심장을 정상적으로 박동시키는 것으로, 주로 맥박이 정상에 비해 느리거나 급사의 위험성이 있는 환자에게 사용된다. 심박발생기와 전극선의 두 부분으로 이루어져 있다. 이 가운데 심박발생기는 전기 자극을 조절하는 전자 회로와 전지가 들어 있는 금속으로 된 케이스이며, 전극선은 전기를 전달하여 심장을 박동시키거나 심장에서 발생하는 전기적 신호를 심박발생기에 보내는 역할을 한다. 임공심박조율기는 임시형과 영구형이 있는데, 임시형은 전원이 체외에 있으며, 수일간 심박조율이 필요한 환자에게 사용한다. 영구형은 전원을 체내에 매몰하여 심박조율이 장기간 필요한 환자에게 사용한다. 가슴 상부의 피부 밑에 심박발생기를 매몰하고 전극선을 혈관에 넣어 심장 안에 이어지게 하여 설치한다. 전극선을 심장 근육에 고정시키는 경우도 있다. 무게는 20∼30g으로 가벼우며 크기도 작다. 전지의 수명은 7∼13년간 지속된다. 또한 체외에서 전원의 출력과 박동수 등을 조절할 수 있으며, 기능도 정상 심장과 비슷하여 정상인과 비슷하게 활동할 수 있는 완전자동형도 있다.

실제 부정맥확자의 경우 심장의 박동시기를 예측하는 것이 거의 불가능하다. 따라서 단순히 심실보조장치만을 사용하게 되면 심장에 큰 부담을 줄 수 있는 동시박동이 발생할 가능성이 매우 높다. 본 발명은 이러한 문제점을 개선하기 위한 것으로서, 이용하여 심장의 박동 시기 및 빈도를 조절하여, 심실보조장치가 심장과 동시박동하는 것을 방지할 수 있는 인공심박조율기를 구비한 심실보조장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명에 의하면, 혈액을 펌핑하는 혈액 펌프를 구비한 심실보조장치에 있어서, 혈액이 유동할 수 있도록 생체조직의 절개부와 상기 혈액 펌프를 연결하는 연결관, 및 상기 연결관과 결합하며 상기 생체조직의 절개부와 접하여 상기 생체조직에 전기신호를 전달하는 전극,을 포함하는 적어도 한 쌍의 도관; 환자의 심장 신호를 감지하는 감지장치; 상기 전극을 통해서 심장에 전기자극을 가하는 인공심박조율기; 및 상기 감지장치로부터 신호를 전달받아 상기 혈액 펌프 및 상기 인공심박조율기를 제어하는 제어장치;를 포함하는 것을 특징으로 하는 인공심박조율기를 구비한 심실보조장치가 제공된다.

본 발명에 따른 심실보조장치는 인공심박조율기를 이용하여 심장의 박동시기를 조절할 수 있으므로, 심실보조장치의 사용중에 발생할 수 있는 치명적인 부정맥과 동시박동을 방지할 수 있다. 또한, 심장근육의 퍼킨제섬유에 직접적인 전기자극을 가할 수 있으므로, 일반적인 방법에 비해서 작은 전기자극으로도 빠르고 효율적인 심박조율이 가능하다.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 인공심박조율기를 구비한 심실보조장치의 개념도이다.
도 2는 도 1에 도시된 심실보조장치의 블록도이다.
도 3은 도 1에 도시된 심실보조장치의 도관을 나타낸 측면도이다.
도 4는 도 1에 도시된 심실보조장치의 작동단계를 나타낸 순서도이다.
도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 인공심박조율기를 구비한 심실보조장치의 도관을 나타낸 도면들이다.
도 6은 본 발명의 제3 실시예에 따른 인공심박조율기를 구비한 심실보조장치의 도관을 나타낸 도면들이다
도 7은 본 발명의 제4 실시예에 따른 인공심박조율기를 구비한 심실보조장치의 도관을 나타낸 도면들이다

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일실시예들을 상세히 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 인공심박조율기를 구비한 심실보조장치의 개념도이며, 도 2는 도 1에 도시된 심실보조장치의 블록도이다.

도 1과 2를 참고하면, 본 발명의 일실시예에 따른 인공심박조율기를 구비한 심실보조장치는 일반적인 심실보조장치와 마찬가지로, 심실(1)에 연결되어 심실(1) 내의 혈액이 유입되는 유입 도관(10a), 유입 도관(10a)과 연결되어 혈액을 펌핑하는 혈액 펌프(3), 혈액 펌프(3)와 동맥(2)을 연결하여 혈액 펌프(3)에서 박출된 혈액을 동맥(2)으로 전달하는 유출 도관(10b)을 포함한다.

도 3은 도 1에 도시된 심실보조장치의 도관을 나타낸 측면도이다. 도 3을 참고하면, 전술한 바와 같이, 도관은 유입 도관과 유출도관을 포함하며, 유입 도관과 유출 도관은 혈액이 유동할 수 있도록 내부가 비어있는 긴 관이다. 유입 도관 및 유출 도관은 연결관(10)과 연결관(10)의 표면에 부착된 전극(20)을 포함한다. 이하에서 전극(20)은 도전성 시트로 이루어질 수 있으며 전극과 도전성 시트는 동일한 참조번호를 사용한다. 연결관(10)은 가요성 재질로 구성되어도 상관없으나, 심실보조장치로 사용하지 않을 때에 심장의 부하를 줄여주는 우회도관(Apico Aortic Conduit; AAC)으로 기능하도록 하기 위해 수축팽창이 가능한 탄성이 있는 재질로 구성되는 것이 더 바람직하다. 또한, 연결관(10)은 혈액 적합성이 뛰어나고 내구성이 우수한 생체 고분자 물질, 예를 들어 의료용 폴리우레탄 등으로 제작되는 것이 바람직하다.

도전성 시트(20)는 연결관(10)의 표면에 부착되며, 도선(30)을 통해서 인공심박조율기(6)와 연결된다. 도전성 시트(20)는 Ag/AgCl, Pt(백금), Au(금) 또는 기타의 전극용 재료로 이루어진다. 도전성 시트(20)는 연결관(10)이 심실(1), 동맥(2)과 같은 생체조직의 절개부를 통해서 심실(1), 동맥(2)에 삽입될 때, 절개부의 단면과 접할 수 있는 위치에 부착된다. 따라서 도전성 시트(20)를 통해서 전달되는 전기신호는 심장의 근육세포나 전도성섬유(purkinje fiber)에 직접적으로 전달될 수 있어, 작은 전기에너지를 통해서도 효율적으로 심장 전체에 전기 자극을 가할 수 있다는 장점이 있다.

혈액 펌프(3)는 공기압력식(pneumatic type)과 전기식(electric type)으로 분류할 수 있다. 전기식 타입은 전기유압식(electrohydraulic type)과 전기기계식(electromechanical type)으로 세분된다. 혈액 펌프(3)는 유입 도관(10a)에서 유입된 혈액을 저장하고, 유출 도관(10b)으로 유출하는 혈액 주머니와 혈액 주머니를 팽창시키고, 압착시킴으로써, 혈액이 유동할 수 있도록 하는 공기, 전기식 장치를 포함한다. 혈액 펌프(3)는 공지의 장치를 사용하면 되므로 자세한 설명을 생략한다.

도 1 내지 2를 참고하면, 일실시예에 따른 인공심박조율기를 구비한 심실보조장치는 심박동수, QRS 발생시간, 심박출량, 심장 판막 개폐시기 등 심장 신호를 감지하는 감지장치(8, 9), 도관의 전극(20)을 통해서 심장에 전기자극을 가하는 인공심박조율기(6), 감지장치(8, 9)로부터 신호를 전달받아 혈액 펌프(3) 및 인공심박조율기(6)를 제어하는 제어장치(4)를 더 포함한다.

감지장치는 심전도 측정장치(8)를 포함한다. 심전도는 심장의 수축에 따른 활동전류를 곡선으로 기록한 것으로서, ECG 또는 EKG로 약기한다. 심근의 흥분은 정맥동에서 일어나 심방·심실 방향으로 나아가므로 이 흥분을 임의의 두 점에서 심전계에 유도하면 심장의 활동전류가 그래프로 묘사된다. 이와 같이 해서 얻은 것이 심전도이다. 심전도를 통해서 심장이 수축상태인지 이완상태인지를 판단할 수 있다.

또한, 감지장치는 유입 도관과 유출 도관의 전극(20)들 사이의 임피던스를 측정하는 임피던스 측정장치(9)를 더 포함한다. 임피던스 측정장치(9)의 전원장치에서 발생한 고주파 전류는 전극(20)을 통해 심장과 혈관을 지나면서 심장과 혈관의 임피던스 크기에 비례하여 발생하는 고주파 전압을 발생시킨다. 임피던스 측정장치(9)는 심박동으로 인한 임피던스의 변화로 인해 발생하는 고주파 전압을 측정, 기록하여 임피던스 값의 변화를 측정한다. 임피던스 값은 심장의 판막이 개폐됨, 심실 내의 혈액량, 대동맥 내의 혈액량에 따라 변화하므로, 임피던스 값의 변화를 이용하여, 판막의 개폐시기와 혈액량의 변화를 측정할 수 있다.

인공심박조율기(6)는 외부에서 보이지 않는 상태로 흉부의 상측에 이식되거나 제어기 안에 포함되어 함께 이식된다. 인공심박조율기(6)는 심장에 자극을 전달하기 위한 배터리 파워 관리 회로, 전압/전류 기준 발진기, 고전압 체배기, 고전압 출력펄스 발생기 등을 구비한다. 또한, 충전시나 비상시에는 심실보조장치를 통해서 전원의 공급이 가능하다. 인공심박조율기(6)는 공지의 장치를 사용하면 되므로 자세한 설명을 생략한다.

제어장치(4)는 감지장치(8, 9)를 통해서 측정된 신호를 처리하여, 심장박동 속도, 심장 판막의 개폐시기, 혈액량의 변화를 모니터하고 필요한 경우 인공심박조율기(6)를 제어하여 자극을 제공하고, 혈액 펌프(3)를 제어하여 심실보조장치를 통해 박출되는 혈액량을 조절할 수 있는 집적회로를 포함한다.

도 4는 도 1에 도시된 심실보조장치의 작동단계를 나타낸 순서도이다. 도 4를 참고하면, 본 발명에 따른 인공심박조율기를 구비한 심실보조장치의 작동단계는 감지장치를 통해서 심장의 상태를 측정하는 단계로 시작된다. 심장 신호를 분석하여 환자의 심장이 수축 상태인지 이완 상태인지를 판단하고, 심장의 상태에 따라서 입력된 지연시간(D1, D2)이 경과한 후에 혈액 펌프를 작동시킨다. 이때 심장의 임피던스 측정을 통해서 계산된 심박출량을 이용하여, 혈액 펌프에 의한 박출량을 최적화한다. 심박수가 혈액 펌프의 박동수에 비해서 낮은 경우에는 인공심박조율기를 통해서 심장을 자극을 가하여 심박수가 혈액 펌프의 박동수와 일치하도록 제어한다. 심박수가 혈액 펌프의 박동수에 비해서 1~2배인 경우에는 인공심박조율기를 통해서 심장을 자극을 가하여 심박수가 혈액 펌프의 박동수의 2배가 되도록 제어한다. 즉, 환자의 심장이 2회 박동시 혈액 펌프는 1회 박동하도록 한다. 심박수가 혈액 펌프의 박동수에 비해서 2~3배인 경우에는 인공심박조율기를 통해서 심장을 자극을 가하여 심박수가 혈액 펌프의 박동수의 3배가 되도록 제어한다. 즉, 환자의 심장이 3회 박동시 혈액 펌프는 1회 박동하도록 한다.

도 5 내지 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 인공심박조율기를 구비한 심실보조장치의 도관들을 나타낸 도면들이다.
도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 인공심박조율기를 구비한 심실보조장치의 도관을 나타낸 도면들이다. 도 1 내지 도 4와 동일 참조 번호는 동일 기능의 동일 부재이다. 이하에서 동일한 참조 번호에 대해서는 그 자세한 설명을 생략한다.

도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제2 실시예에 따른 도관은 연결관(10), 중공형 전극(40)을 포함한다. 연결관(10)은 도 3의 제1 실시예와 동일하므로 설명을 생략하고, 중공형 전극(40)에 대해서만 설명한다. 중공형 전극(40)은 원기둥형태로서 내부 연결관(10)이 삽입될 수 있는 중공(41)이 형성되어 있다. 중공형 전극(40)의 둘레에는 생체조직의 절개부를 수용할 수 있는 수용홈(42)이 형성되어 있다. 중공형 전극(40)이 생체조직의 절개부를 통해 삽입되면, 생체조직의 절개부가 수용홈(42)에 끼워진다. 연결관(10)은 중공형 전극(40)의 중공(41)을 통해서 생체조직의 내부로 삽입된다. 중공형 전극의 수용홈(42)의 내부에는 Ag/AgCl, Pt(백금), Au(금) 등 전극용 재료로 이루어진, 도전층(43)이 형성되어 있으며, 도전층(43)은 도선(20)을 통해서 인공심박조율기(6)와 연결된다. 별도의 도전층(43)을 형성하지 않고, 중공형 전극 전체를 전극용 재료로 만들 수도 있다.
도 6은 본 발명의 제3 실시예에 따른 인공심박조율기를 구비한 심실보조장치의 도관을 나타낸 도면들이다. 도 1 내지 도 5와 동일 참조 번호는 동일 기능의 동일 부재이다. 이하에서 동일한 참조 번호에 대해서는 그 자세한 설명을 생략한다.

도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제3 실시예에 따른 인공심박조율기를 구비한 심실보조장치의 도관은 연결관(11), 몸체부(51)와 고정부(54)를 구비한 전극(50)을 포함한다. 몸체부(51)는 혈액이 유동할 수 있는 중공(미도시)이 형성되어 있으며, 제2실시예와 마찬가지로 둘레에 생체조직의 절개부를 수용하기 위한 수용홈(52)이 형성되어 있다. 몸체부(51)의 도면상 좌측 일단에는 혈액이 통과할 수 있는 관통구멍(53)이 형성되어 있으며, 우측 일단에는 몸체부(51)에서 연장되어 있는 고정부(54)가 형성되어 있다. 고정부(54)는 연결관(11)에 삽입되어 전극(50)과 연결관(11)을 연결하는 역할을 하는 것으로서, 연결부가 쉽게 분리되는 것을 방지하기 위한 돌기(55)가 형성되어 있다.
도 7은 본 발명의 제4 실시예에 따른 인공심박조율기를 구비한 심실보조장치의 도관을 나타낸 도면들이다. 도 1 내지 도 6과 동일 참조 번호는 동일 기능의 동일 부재이다. 이하에서 동일한 참조 번호에 대해서는 그 자세한 설명을 생략한다.

도 7에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제4 실시예에 따른 인공심박조율기를 구비한 심실보조장치의 도관은 제1연결관(12)과 제2연결관(13)으로 분할된 연결관과 몸체부(61)와 고정부(64)들을 구비한 전극(60)을 포함한다. 몸체부(61)는 내측에 혈액이 유동할 수 있는 중공(미도시)이 형성되며, 외면은 생체조직의 절개부에 밀착된다. 고정부(64)들은 몸체부(61)에서 좌측과 우측으로 각각 연장되어 있으며, 연결관(12, 13)과 쉽게 분리되는 것을 방지하기 위한 돌기(65)가 형성되어 있다. 제1연결관(12)은 일단이 좌측 고정부(64)에 연결되고, 타단은 생체조직의 내부에 삽입되며, 제2연결관(13)은 일단이 우측 고정부(64)에 연결되고, 타단은 심실보조장치(미도시)에 연결된다.

이상, 본 발명을 바람직한 실시예를 들어 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러 가지 많은 변형이 가능함은 명백하다.

예를 들어, 감지장치는 심전도 측정장치를 포함하는 것으로 설명하였으나, 유입 도관의 입구에 설치된 압력센서를 통해서 생체 신호를 측정할 수도 있다.

1: 심실 2: 대동맥
3: 혈액 펌프 4: 제어장치
6: 제세동장치 8: 심전도 측정장치
9: 임피던스 측정장치 10: 연결관
20, 40, 50, 60: 전극 30: 도선

Claims

혈액을 펌핑하는 혈액 펌프를 구비한 심실보조장치에 있어서,
혈액이 유동할 수 있도록 생체조직의 절개부와 상기 혈액 펌프를 연결하는 연결관, 및 상기 연결관과 결합하며 상기 생체조직의 절개부와 접하여 상기 생체조직에 전기신호를 전달하는 전극,을 포함하는 적어도 한 쌍의 도관;
환자의 심장 신호를 감지하는 감지장치;
상기 전극을 통해서 심장에 전기자극을 가하는 인공심박조율기; 및
상기 감지장치로부터 신호를 전달받아 상기 혈액 펌프 및 상기 인공심박조율기를 제어하는 제어장치;를 포함하는 것을 특징으로 하는 인공심박조율기를 구비한 심실보조장치.
제1항에 있어서,
상기 전극은,
상기 연결관의 표면에 부착된 도전성 시트인 것을 특징으로 하는 인공심박조율기를 구비한 심실보조장치.
제1항에 있어서,
상기 전극은,
내측에 상기 연결관이 삽입될 수 있는 중공이 형성되어 있으며, 외면은 생체조직의 절개부에 밀착되는 중공형 전극인 것을 특징으로 하는 인공심박조율기를 구비한 심실보조장치.
제3항에 있어서,
상기 중공형 전극의 외면 둘레에는 생체조직의 절개부를 수용할 수 있는 수용홈이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 인공심박조율기를 구비한 심실보조장치.
제1항에 있어서,
상기 전극은,
내측에 혈액이 유동할 수 있는 중공이 형성되며, 외면은 생체조직의 절개부에 밀착되며, 생체조직의 내부에 삽입되는 몸체부와, 상기 몸체부에서 연장되며, 상기 연결관에 삽입되어 고정되는 고정부,를 포함하는 커텍터형 전극인 것을 특징으로 하는 인공심박조율기를 구비한 심실보조장치.
제5항에 있어서,
상기 몸체부의 외면 둘레에는 생체조직의 절개부를 수용할 수 있는 수용홈이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 인공심박조율기를 구비한 심실보조장치.
제1항에 있어서,
상기 전극은,
내측에 혈액이 유동할 수 있는 중공이 형성되며, 외면은 생체조직의 절개부에 밀착되는 몸체부와 상기 몸체부에서 상류 측과 하류 측으로 각각 연장되는 고정부들을 포함하며,
상기 연결관은,
일단은 상기 고정부에 연결되고 타단은 생체조직의 내부에 삽입되는 제1연결관과 일단은 상기 고정부에 연결되고 타단은 상기 혈액 펌프에 연결되는 제2연결관을 포함하는 것을 특징으로 하는 인공심박조율기를 구비한 심실보조장치.
제6항에 있어서,
상기 몸체부의 외면 둘레에는 생체조직의 절개부를 수용할 수 있는 수용홈이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 인공심박조율기를 구비한 심실보조장치.
제1항에 있어서,
상기 감지장치는,
상기 도관의 입구 압력(inlet pressure)을 측정하는 압력센서를 구비하는 것을 특징으로 하는 인공심박조율기를 구비한 심실보조장치.
제1항에 있어서,
상기 감지장치는,
상기 전극의 임피던스를 측정하는 임피던스 측정장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 인공심박조율기를 구비한 심실보조장치.
제1항에 있어서,
상기 제어장치는,
상기 혈액 펌프의 박동수와 심박수를 비교하여,
상기 심박수가 상기 혈액 펌프의 박동수에 비해서 작으면, 상기 인공심박조율기를 제어하여 상기 심박수와 상기 혈액 펌프의 박동수를 일치시키며,
상기 심박수가 상기 혈액 펌프의 박동수의 X(X는 1 이상인 자연수)배보다 크고, X+1배 이하이면, 상기 인공심박조율기를 제어하여 상기 심박수가 상기 혈액 펌프의 박동수의 X+1배와 일치시키는 것을 특징으로 하는 인공심박조율기를 구비한 심실보조장치.
제1항에 있어서,
상기 제어장치는,
상기 감지장치에서 측정된 심박출량을 변수로 혈액 펌프 박출량을 제어하는 것을 특징으로 하는 인공심박조율기를 구비한 심실보조장치.