KR101479372B1 - 가스 제거 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명에 따르면, 액체로부터 가스 기포를 제거하기 위한 가스 제거 장치(10)가 마련되며, 상기 가스 제거 장치는 액체 입구(11), 액체 출구 및 가스 기포 출구를 구비하는 하우징을 포함하며, 상기 하우징은 액체를 위한 나선형 유동 경로를 형성하는 나선형 벽(14) 및 나선형 벽과 가스 기포 출구 사이에 그리고 나선형 벽 위에 배치되는 소수성 멤브레인을 더 포함하며, 상기 나선형 벽은, 내부를 향해 들어오는 액체가 입구를 통해 나선형 유동 경로를 따라 나선형 유동 내로 하우징에 유입되도록 하고, 가스 기포의 상방 흐름은 소수성 멤브레인을 향한다. 구체적으로 혈액 투석, 혈액 여과, 및 혈액 투과 여과 중에 혈액으로부터 가스 기포를 제거하기 위한 체외 회로에서의 이러한 가스 제거 장치 및 액체, 특히 혈액으로부터 가스 기포를 제거하기 위한 방법을 사용하는 것이 개시된다.

Description

가스 제거 장치{DEGASSING DEVICE}
본 개시내용은 가스 제거 장치에 관한 것이며, 구체적으로 액체, 특히 혈액용 가스 제거 장치에 관한 것이고, 이러한 가스 제거 장치는 혈액의 처리를 위한 체외 회로에서 사용된다.
가스 제거 장치는, 예컨대 심폐 우회 시술과 같은 수술 중에 혈액 자가수혈 및 세포 분리와 같은 다양한 혈액 처리에서 사용되지만, 또한 특히 혈액 투석, 혈액 여과, 혈액 투석 여과 또는 혈장 성분 수혈 용례에서 사용된다. 이들 모든 처리에 있어서, 환자로부터 혈액을 뽑아내며, 이 혈액은 투석기와 같은 필터를 통과하고, 환자에게 되돌아간다. 혈액이 환자에게 되돌아갈 때, 입자의 제거를 위해 그리고 특히 가스의 기포 제거를 위해 혈액을 처리한다.
가스의 이들 기포는 다만 매우 작은 크기라고 하더라도, 공기 색전증을 유발함으로써 신체 기능에 심각한 손상을 초래할 수 있다. 공기 색전증은, 공기 기포가 순환하는 혈액에 갇히게 될 때 발생한다. 동맥에서의 색전은, 점차적으로 작아지는 혈관계에서 이동한다. 결과적으로, 이는 작은 동맥을 막게 되고, 이렇게 막히게 되면 신체 일부 영역에 대한 혈액 공급이 중단되기 때문에 이러한 막힘은 심각한 것이다. 그러나, 색전 효과는 동맥에 의해 혈액이 공급되는 신체 부위에 따라 좌우된다. 예컨대, 색전증에 의해 뇌로의 혈액 공급이 방해를 받게 되면, 조직에서 산소가 고갈될 것이고, 이로 인해 조직이 죽게 되며, 이에 따라 영구적인 뇌 손상을 초래할 가능성이 있다. 색전이 정맥에 있으면, 작은 색전이 심장을 통과할 때까지 현저한 손상을 초래할 수 없도록 하기 위해 혈관계는 혈액 유동의 방향을 따라 확대되며, 상기 색전은 이후 동맥에 진입하게 된다.
혈액 투석, 혈액 여과, 혈액 투석 여과 또는 혈장 성분 수혈 용례를 위한 기계장치는 연동 펌프를 포함하며, 이 연동 펌프는, 일단부가 환자의 혈관계에 연결되며 타단부가 필터의 제1 격실의 입구에 연결되는 소위 “동맥 라인”을 통해 환자로부터 혈액을 뽑아내고, 혈액을 필터 내로 펌핑하며, 일단부가 필터의 제1 격실의 출구에 연결되고 타단부가 환자의 혈관계에 연결되는 소위 “정맥 라인”을 통해 혈액이 환자에게 되돌아가도록 한다. 이러한 처리용 기계장치는 보통 펌프의 동맥 라인 상류에서 혈압을 측정하기 위한 제1 혈압 센서와, 펌프의 동맥 라인 하류에서 혈압을 측정하기 위한 제2 혈압 센서와, 정맥 라인에서 혈압을 측정하기 위한 제3 혈압 센서와, 정맥 라인에서 공기 기포를 탐지하기 위한 기포 탐지기와, 예컨대 기포 탐지기에 의해 공기 기포가 탐지될 때 정맥 라인을 차단하기 위한 클램프를 더 포함한다.
동맥 라인은 보통 가요성 튜브의 세그먼트에 의해 함께 연결되는 다음의 구성요소, 즉 동맥 커뉼러에 연결하기 위한 제1 루어 커넥터와, 동맥 기포 트랩과, 처리용 기계장치의 연동 펌프의 로터와 함께 협동하기 위한 펌프 호스, 그리고 필터의 제1 격실의 입구에 연결하기 위한 제2 루어 커넥터를 포함한다.
정맥 라인은 보통 가요성 튜브의 세그먼트에 의해 함께 연결되는 다음의 구성요소, 즉 필터의 제1 격실의 출구에 연결하기 위한 제1 루어 커넥터와, 정맥 기포 트랩, 그리고 정맥 커뉼러에 연결하기 위한 제2 루어 커넥터를 포함한다. 보통, 처리용 기계장치, 동맥 라인, 정맥 라인 및 필터를 처리 목적으로 조립할 때, 상기 기계장치의 제1 혈압 센서 및 제3 혈압 센서는 각각 동맥 기포 트랩 및 정맥 기포 트랩에 연결된다.
종래 기술에서는, 혈액과 같은 의료용 유체로부터 공기 기포를 분리하기 위한 장치가 개시되어 있다. 또한, 이들 장치는 종종 공기가 아닌 가스를 분리하기 위해 사용될 수 있다. 이러한 이유로, 전술한 유형의 공기 분리기가 또한 가스 제거 장치로서 설명되어 있다.
혈액 가스 제거 장치는 혈액으로부터 공기 기포를 신뢰성 있게 그리고 효율적으로 분리할 수 있어야만 하며, 또한 혈액 성분에 대한 어떠한 손상도 배제시키는 기계적 특성 및 유동 경로와 관련하여 구성되어야만 한다. 낮은 수준의 혈액 손상을 위해, 유동하기에 유리한 유동 경로의 구조 및 재료 측 상에서의 부드러운 표면을 갖는 것이 또한 바람직하며, 그 결과로써 공기 분리기의 표면에 대한 혈액 혈구의 흡착 및 이에 따른 혈액 혈구의 응집이 예방된다. 또한, 공기 분리기에서의 혈액의 잔류 시간은 가능한 짧아야 하지만, 이러한 공기 분리기의 성능을 저하시켜서는 안 된다. 가스 제거 장치의 충전 체적을 최소화하는 것이 또한 바람직하다.
통상적인 가스 제거 장치는 기본적으로, 사용 시에 수직으로 유지되는 긴 용기이다. 상기 용기는 이웃하지 않도록 배치되는 혈액용 입구 및 출구를 구비한다. 상기 용기는 또한, 상부 위치에서, 압력 센서에 연결하기 위한 압력 측정용 포트와, 액체(예컨대, 약품 또는 살균용 식염수)를 주입하기 위한 주입용 포트, 그리고 내부의 혈액 레벨을 조정하기 위해 가스 제거 장치에 공기를 추가하거나 가스 제거 장치로부터 공기를 제거하기 위한 분사용 포트를 포함한다.
사용 시에, 이러한 가스 제거 장치는, 가스 기포 및 미세 기포가 중력에 의해 빠져나와 공기로 가득한 용기의 상부로 이동하도록 하기 위해 하부에 일시적으로 정체되는 소정 체적의 혈액을 수용하며, 그 결과로써 통상적인 기포 트랩은 이에 따라 항상 혈액/공기 인터페이스를 포함한다.
GB 2 063 108 A는, 그 상부에 통기 덕트를 갖춘 원추형 테이퍼를 구비한 단부 부속품을 포함하는 원통형 섹션과 함께 수직으로 배치되는 챔버를 갖춘 가스 제거 장치를 개시하고 있다. 가스 제거 대상 유체는 원추형 섹션 아래에서 챔버 내로 유입된다. 입구 연결부는, 유체가 외측 둘레 영역에서 챔버 내로 접선 방향으로 유동하도록 하는 방식으로 배치된다. 유체가 접선 방향으로 도입되기 때문에, 유체는 초기에 원형 유동 경로로 유동하지만, 챔버를 통한 전체 유체 운동과 이 경로 상에서 중첩되고, 이러한 유체는 나선형 유동 경로로 챔버를 통해 유동하며 접선 방향으로 배치되는 출구 연결부로부터 챔버의 하단부에서 다시 나오게 된다. 공기 기포가 챔버의 중앙으로 향하여 상방으로 상승하도록 유체에 압력차를 형성하는 원심력은 유체 유동의 원형 운동 성분에 의해 발생된다. 분리된 공기 기포는 이후 챔버의 상단부에서 통기 보어를 통해 배출될 수 있다.
미국 특허 제6 053 967호는, 실질상 나선형 유동 경로로 유동하는 혈액과 같은 액체가 통과하는 실질상 원통형 챔버를 구비하며 그 결과로써 원심력에 의해 발생되는 압력차로 인해 공기 기포가 챔버의 종축에 대해 반경 방향으로 유도되는 것인, 가스 기포를 함유하는 액체를 위한 공기 분리기를 개시하고 있다. 이 공기 분리기의 챔버의 입구 및 출구는 챔버의 종축으로 서로에 대해 동축이다. 공지된 공기 분리기는, 제1 탐지면으로서 그 외측면이 유입되는 액체를 향하는 회전 대칭인 베이스 본체 요소를 포함하는 유동 탐지 요소를 더 포함하며, 상기 제1 탐지면은 챔버의 종축을 중심으로 한 곡선 영역의 회전에 의해 기하학적으로 형성된다. 제1 탐지면은 탐지면 디텍터 베인을 구비하며, 이 베인은 챔버의 종축에 대해 수직인 평면에서 만곡되어 있는데, 그 결과로써 축방향으로 유입되는 액체는 편향되며 이에 따라 원하는 나선형 유동 발달이 유도된다.
미국 특허 제5 849 065호는 의료용 유체, 특히 혈액으로부터 가스 기포를 분리하기 위한 장치를 개시하고 있으며, 상기 장치는 실질상 원통형인 챔버와, 챔버의 종방향으로 배치되는 입구 연결부와, 출구 연결부, 그리고 입구 연결부에 부착되며 복수 개의 유동 채널을 구비하는 유동 안내 부재를 구비하는데, 상기 유동 안내 부재는 공간에서 챔버의 내측벽에 실질상 접선 방향으로 연장되는 방향으로 챔버의 종방향으로부터의 곡선을 연장한다. 소수성 멤브레인에 의해 밀봉되는 오리피스가 챔버의 커버 부분에 마련된다. 유동 채널의 출구 오리피스는 커버 부분 바로 아래에 배치되기 때문에, 유입되는 유체는 상기 멤브레인을 환류하고, 이에 따라 데드존(dead zone)이 형성되지 못하게 한다. 전술한 장치는, 소수성 멤브레인이 혈액과의 접촉으로부터 방해받게 될 위험 없이 상당한 신뢰도로 공기 기포를 분리하는 것이 가능하게 한다.
WO 2005/053772 A1은, 액체용 입구를 구비하는 제1 챔버와, 소수성 멤브레인에 의해 차단되는 개구 및 액체를 배출하기 위한 출구를 구비하는 제2 챔버를 포함하는 가스 제거 장치를 개시하며, 이때 제1 챔버는 하류 부분이 제2 챔버 내에서 부분적으로 연장되고 통로에 의해 제2 챔버와 연통된다. 제2 챔버의 하류 부분은 상기 통로 아래로 연장되며 비대칭으로 제1 챔버의 하류 부분을 둘러싼다.
WO 2005/044340 A1 및 WO 2005/044341 A1 양자 모두는 통합형 혈액 처리 모듈을 개시하고 있는데, 이 모듈은 모듈의 제2 단부 캡에 연결되는 가스 제거 장치를 포함한다. 이러한 가스 제거 장치는, 액체용 하위 입구를 구비하는 제1 챔버 및 소수성 멤브레인에 의해 차단되는 상위 개구 및 액체를 배출하기 위한 출구를 구비하는 제2 챔버를 포함한다. 이러한 연결 구조는 적어도 그 내부에 형성되는 제1 도관 및 제2 도관을 구비하는데, 제1 도관은 처리용 장치로부터의 배출관에 연결하기 위한 제1 단부 및 가스 제거 장치의 제1 챔버의 입구에 연결되는 제2 단부를 포함하며, 제2 도관은 가스 제거 장치의 제2 챔버의 출구에 연결되는 제1 단부 및 환자에게 혈액을 되돌리기 위한 관에 연결하기 위한 제2 단부를 포함한다.
US 7 108 785 B1에 개시되어 있는 혈액 조절 장치는, 혈액 내에 비말동반된 기포에 원심력을 가하여 이 기포가 유동 경로의 중앙을 향해 집중되도록 하는 나선형 유동 경로를 포함하는 나선형 혈액 가속 섹션과, 작동 중에 가스 제거 장치의 심폐용 저장소 상류로 기포를 수집하고 재순환시키는, 가속 섹션의 중앙선과 정렬되는 기포 픽오프(pick-off) 튜브, 그리고 혈액에서의 입자의 유동을 차단하는 혈액 여과 섹션을 포함한다.
US 6 398 955 B1은, 하우징의 내측벽과 외측벽 사이에 나선형 챔버가 형성되며 내측벽 내에 중앙 챔버가 형성되는 하우징을 포함하는 혈액 필터를 개시하고 있다. 나선형 챔버는 나선 형상으로 연장되어 중앙 챔버를 둘러싼다. 중앙 챔버는 공기 기포 출구를 구비한다. 나선형 챔버의 나선형 통로는 180 도 내지 400 도 범위에서 중앙 챔버를 둘러싼다. 가스 제거 장치는, 혈액 입구와 연통되는 공간 및 혈액 출구와 연통되는 제2 공간으로 내측 공간을 분할하는 필터 요소를 더 포함한다.
본 발명은 유체, 특히 혈액으로부터 가스 기포를 분리하기 위한 가스 제거 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 개시내용은 유체, 특히 혈액으로부터 가스 기포를 분리하기 위한 가스 제거 장치를 제공한다.
제시되는 가스 제거 장치는, 액체 입구, 액체 출구 및 가스 기포 출구를 구비하는 하우징을 포함하며, 상기 하우징은 액체를 위한 나선형 유동 경로를 형성하는 나선형 벽 및 나선형 벽 위로 나선형 벽과 가스 기포 출구 사이에 배치되는 소수성 멤브레인을 더 포함하고, 상기 나선형 벽은, 내부를 향해 들어오는 액체가 입구를 통해 하우징에 유입되어 나선형 유동 경로를 따라 나선형 유동을 형성하도록 하고, 가스 기포의 상방 유동이 소수성 멤브레인을 향하도록 한다.
상기 가스 제거 장치는, 상부 영역에 공기 쿠션이 형성되어 있는, 당업계에 공지된 가스 제거 장치에 비해 챔버 내의 총 체적을 현저하게 줄여준다. 본 발명의 장치에서는, 유체로부터 분리된 기포가 소수성 멤브레인을 통해 시스템으로부터 즉시 제거되기 때문에 공기 쿠션이 형성되지 않는다. 공기 쿠션이 형성되는 장치에서는, 유체층을 안정화하고 새로운 공기의 유입을 방지하기 위해 유입물이 전술한 상부 영역으로부터 멀리 떨어져 배치되어야만 한다. 이로 인해, 전체 높이가 상당한 챔버를 필요로 하며, 결과적으로 이러한 가스 제거 장치는 비교적 대량의 혈액을 수용하게 된다. 본 개시내용에 따른 가스 제거 장치는, 이러한 상당한 전체 높이를 갖는 챔버를 필요로 하지 않으며, 반대로 이 챔버를 최소화하고 이에 따라 가스 제거 장치 내의 혈액 체적을 현저하게 줄이며 재료 소모의 관점에서 이 가스 제거 장치가 경제적이 되도록 한다. 이렇게 혈액 체적이 감소되면 또한 체외 표면에 대한 접촉이 최소화되며, 이에 따라 혈액 성분이 활성화될 위험이 줄어들게 된다.
공기 기포가 축적될 수 있는 공기 쿠션 또는 데드존이 전혀 형성되지 않기 때문에, 본 개시내용에 따른 가스 제거 장치는 혈액과 공기 사이의 장시간 접촉을 방지하며, 이에 따라 혈액 응고의 위험을 줄이게 된다. 가스 제거 장치의 커버 부분에 있는 소수성 멤브레인은 유체와 직접적으로 완전하게 접촉한다.
가스 제거 장치에서의 혈액 레벨은 자동적으로 조정되며, 가스 제거용 소수성 멤브레인의 표면에 의해 제한된다. 결과적으로, 프라이밍(priming) 동안뿐만 아니라 처리 동안에도 레벨 조정을 할 필요가 전혀 없다.
본 개시내용에 따른 가스 제거 장치는, 혈액 유동이 안내된 나선형 유동이 되도록 하는 하우징 내부의 연장된 나선부를 이용하여, 전술한 가스 제거용 챔버 내의 나선 유동 또는 선회 유동을 사용함으로써 얻을 수 있는 장점을 극대화한다.
제시된 가스 제거 장치는, 그 효과의 임의의 현저한 감소를 수반하지 않고, 장시간에 걸쳐 액체로부터 공기를 제거하기 위한 시스템에서 사용될 수 있다. 이는 부분적으로, 통기 멤브레인이 액체와 일정하게 접촉한다는 사실에 기인한 것이다. 멤브레인이 영구적으로 액체, 특히 혈액과 접촉하지 않는 장치에서, 상기 멤브레인은 시간의 경과에 따라 그 투과성을 잃어버리는 경향이 있다. 본 개시내용에 따른 가스 제거 장치의 챔버는 액체로 채워지며, 이에 따라 멤브레인과 액체의 일정한 접촉이 가능하게 되므로, 본 개시내용의 가스 제거 장치는 더욱 긴 수명을 가지며 유지보수 인력에 의한 모니터링 또는 감독을 덜 필요로 하게 된다. 이러한 효과는 후술하는 바와 같이 특정 소수성 멤브레인을 이용함으로써 더욱 개선될 수 있는데, 이러한 소수성 멤브레인은 본 개시내용에 따른 가스 제거 장치에서 통기 멤브레인으로서 선택적으로 사용될 수 있다.
제시된 가스 제거 장치에 있어서, 혈액은 챔버의 하부에 위치하는 입구를 통해 접선 방향으로 가스 제거 장치에 유입된다. 이러한 유동은 도 1에 도시된 바와 같이 가스 제거 장치 내부의 나선 형상의 벽에 의해 나선형 유동으로 형성된다. 혈액 스트림 내의 공기 기포는 가스 제거 장치를 통과하는 동안 상방으로 상승할 시간을 갖는다. 공기 기포의 이러한 상방 이동을 보장하기 위해, 전술한 가스 제거 장치는 실질상 수평으로 배치되어야만 하며, 즉 나선형 벽은 실질상 수직으로 배치되어야 한다. 가스 제거 장치는, 실제로 나선형 벽에 닿지 않으면서 나선 형상의 벽의 상부에 배치되는 소수성 멤브레인에 의해 덮이게 된다. 나선형 유동 때문에, 가스 기포는, 멤브레인에 달라붙어 멤브레인 아래에 가스-기포-폼(foam)을 생성할 수 없게 된다.
일 양태에 따르면, 나선형 벽의 상부 에지와 소수성 멤브레인 사이에는 간격이 마련되어, 혈액이 멤브레인과 완전히 접촉하게 될 수 있도록 한다. 입구를 통해 가스 제거 장치 내로 도입될 때, 공기 기포를 함유하는 유체는 나선형으로 유동한다. 유체, 예컨대 혈액이 나선형 챔버를 통해 유동하는 동안, 공기 기포는 원심력 및 공기의 부력으로 인해 나선부의 내측 상부면 부근으로 이동한다. 공기 기포가 소수성 멤브레인에 닿자마자, 공기는 멤브레인을 통해 가스 제거 장치를 빠져나가게 된다. 공기가 없는 혈액은 챔버의 하부측에 위치하는 구멍을 통해 가스 제거 장치를 빠져나올 수 있다. 따라서, 공기 기포는 혈액으로부터 효과적으로 분리되며, 즉시 시스템을 빠져나오게 된다. 공기 기포의 양이 많든지 또는 적든지, 거의 동일한 효과를 유지하면서 분리가 이루어진다.
하우징은 입구 및 출구를 구비하는 원통형 하우징을 포함할 수 있다. 일 실시예에 있어서, 원통형 하우징의 직경은 그 높이보다 클 수 있다. 직경과 높이의 가능한 비율은 약 2.5 : 1 내지 1 : 1일 수도 있고, 약 2 : 1 내지 1.75 : 1일 수도 있으며, 약 1.9 : 1 내지 1.8 : 1일 수도 있다.
출구는 다양하게 구성될 수 있다. 예를 들면, 출구는 출구 통로를 형성하는 돌기(nipple)를 포함할 수 있고, 챔버의 본체와 일체로 성형될 수 있다. 출구는 챔버의 하부 벽의 중앙에서 축방향 하방으로 돌출될 수 있으며, 튜브의 단부를 수용하도록 구성될 수 있다. 튜브는 출구의 일체형 부품으로 제조될 수 있다. 이러한 경우에 있어서, 이 튜브에는 하우징에 연결되지 않는 대향 단부에 일체형 수형 루어(male luer)가 마련될 수 있다.
입구도 또한 다양하게 구성될 수 있다. 그러나, 멤브레인 아래에서 유동의 속도를 줄이기 위해 입구가 챔버의 하부 벽에 가능한 근접해 있다는 것은 중요하다. 입구는 입구 통로를 형성하는 돌기를 포함할 수 있다. 일 실시예에 있어서, 입구 통로는 수평일 수 있으며, 측벽에 대해 접선 방향으로 하우징의 본체의 측벽을 관통하여 개방될 수 있다. 입구는 챔버의 본체와 일체로 성형될 수도 있고, 도 3에 도시된 바와 같이 튜브의 단부를 수용하도록 구성될 수도 있다. 튜브는 입구의 일체형 부품으로 제조될 수 있다. 이러한 경우에 있어서, 이 튜브에는 하우징에 연결되지 않는 대향 단부에 일체형 수형 루어가 마련될 수 있다.
나선부는 하우징(챔버)의 본체의 일체화된 부품일 수 있다. 이는, 챔버의 외측벽에 연결되지 않지만, 그 시작점은 입구에 근접하며, 챔버의 외측벽으로부터 상기 시작점까지의 거리는 약 2 내지 5 mm, 또는 약 3 mm이다. 입구로부터 유입되는 유동이 나선부의 입구에서 분리되는 것을 방지하기 위해 나선부의 시작점은 입구와 오버랩될 수 있다.
일 실시예에 있어서, 나선형 벽의 높이는 17 mm +/- 3 mm 사이의 범위이다. 나선부는 1.6 +/- 0.3 회전을 할 수 있으며, 즉 다시 말하면 약 550 도 +/- 108 도 범위에서 챔버를 둘러쌀 수 있다. 나선부 높이는 그 전체 길이에 걸쳐 동일할 수 있지만, 또한 혈액 입구로부터 혈액 출구 영역까지 높이가 증가하도록 하는 것도 가능하다.
나선형 하우징은 내경이 약 25 내지 40 mm이거나, 또는 약 30 내지 35 mm이거나, 또는 약 32 mm일 수 있다.
소수성 멤브레인과 나선형 벽의 상부 에지 사이의 거리는 1.5 mm +/- 0.5 mm의 범위일 수 있다. 거리가 이보다 길거나 또는 짧으면 일반적으로 가스 제거 효율이 낮아지는 결과를 초래한다.
가스 제거 장치는 유체 유량이 350 ml/min 이하인 경우에 유체로부터 공기를 제거하는 데 특히 효과적이다. 가스 제거 장치는 또한 이보다 낮은 유량에서 사용될 수 있지만, 유량이 100 ml/min 미만이면 유체로부터의 공기 제거 효율은 감소하는 결과를 초래하게 된다.
이보다 높은 유량과 관련하여 효율을 개선하기 위해, 하우징은 더 큰 유체 체적을 수용하도록 구성될 수 있다. 이러한 경우에 있어서, 나선형 벽의 상부 에지로부터 소수성 멤브레인까지의 거리는 전술한 바와 같이 동일한 상태로 유지되어야 한다. 또한, 나선부는 챔버 내에서의 회전의 관점에서 동일하게 유지되어야 한다. 다른 방식으로, 가스 제거 장치의 크기 증가에 적합하도록 치수를 설정할 수 있다.
나선부와 가스 제거 장치의 내측벽 사이의 거리는 도 2에 도시된 바와 같이 나선부에 의해 형성되는 외측 채널의 거리와 동일할 수 있다.
하우징은, 충분한 강성의 불투과성 재료이고 체외 순환 회로를 위해 사용되는 장치에 보통 적용되는 살균 처리에 견딜 수 있는 임의의 재료, 예컨대 폴리우레탄, 폴리카보네이트, 폴리스티렌, 폴리메틸메타크릴레이트 또는 폴리프로필렌 등의 투명한 가공 플라스틱 재료로 형성될 수 있다. 추가적으로, 액체와 접촉하는 하우징의 표면은 모두 액체에 의해 쉽게 젖을 수 있어야 한다. 가능한 실시예에 있어서, 하우징은 폴리우레탄으로 제조된다. 폴리우레탄은 열가소성 폴리우레탄(TPU)일 수도 있고, 방향족 디- 또는 폴리-이소시아네이트(예컨대, MDI 또는 개질된 MDI) 혹은 지방족 디이소시아네이트(예컨대, HDI 또는 H12-MDI)를 폴리에테르 또는 폴리에스테르 폴리올과 반응시킴으로써 생성되는 2성분 폴리우레탄일 수도 있다. 본 발명의 일 실시예에 있어서, 하우징은, 개질된 MDI(Desmodur® PF, Bayer MaterialScience AG) 및 캐스터 오일을 주성분으로 하는 폴리올(Polycin®, CasChem, Inc.)을 반응시킴으로써 획득되는 폴리우레탄으로 제조된다. 다른 실시예에 있어서, 하우징은 폴리카보네이트로 제조된다.
하우징 또는 하우징의 본체는 추가적으로 코팅될 수 있다. 가능한 실시예에 있어서, 하우징 또는 하우징의 본체는 폴리우레탄 용액, 예컨대 메틸 이소부틸 케톤(MIBK)에서 개질된 MDI(Desmodur® PF, Bayer MaterialScience AG) 및 캐스터 오일을 주성분으로 하는 폴리올(Polycin®, CasChem, Inc.)로부터 생성되는 폴리우레탄의 40 중량% 용액으로 처리된다. 하우징 또는 본체는 이러한 용액을 이용하여 분무 또는 적하 및 이후의 건조에 의해 처리될 수 있다. 건조는 실온에서 행해질 수 있다.
한 가지 일반적인 실시법에 따른 가스 제거 장치는, 가스 제거 장치 내의 액체 압력이 한계값을 초과할 때 소수성 멤브레인의 변형을 제한하기 위해 그리고 외력에 대해 소수성 멤브레인을 보호하기 위해 보호용 부재 또는 커버를 포함한다. 커버는 소수성 멤브레인의 상측부에 닿지 않고, 그 상측부와 멤브레인 사이에 간격을 두고 있다.
커버는 원통형 구조를 가지며, 일 실시예에서는 대체로 평평한 상부벽 및 아래로 구부러진 대체로 원통형인 측벽을 포함한다. 도 4a는 커버의 조감도를 도시한 것이며, 도 4b는 멤브레인을 포함하는 내부도를 나타낸 것이다. 도 4c는 커버 및 나선형 본체를 포함하는 하우징을 나타낸 것이다.
챔버의 본체 및 커버는 임의의 적절한 방식으로 결합될 수 있다. 예를 들면, 커버 측벽의 하단부는, 챔버의 본체의 개방된 상단부를 수용하도록 하는 방식으로 구성되는 플랜지에 형성된 환형 채널을 포함할 수 있다. 이때, 커버 및 본체는, 예컨대 접합 또는 용접에 의해 상기 환형 채널에서 결합될 수 있으며, 이에 따라 요소를 교체할 필요가 있는 경우에는 전체 유닛을 처분하게 된다. 커버는 또한 필요 시에 교체가 용이하도록 챔버 상에 탈착 가능하게 배치될 수 있다.
커버를 제조하기 위한 재료는 챔버의 본체를 위해 사용되는 재료와 동일할 수 있다. 상기 요소는, 도 4에 도시된 바와 같이 멤브레인을 통해 챔버를 빠져나가는 공기가 해당 요소를 통과할 수 있도록 하는 적어도 하나의 개구를 구비할 수 있다. 일반적으로, 예컨대 커버의 중앙부와 같은 부분에 하나의 개구를 구비하는 것으로 충분할 수 있으며, 이 개구의 직경의 크기는 약 1 내지 3 mm일 수 있지만, 공기가 커버를 쉽게 통과할 수 있고 동시에 커버가 그 보호 기능을 수행하기에 충분히 안정적인 상태로 유지되는 한, 상기 직경은 중요하지 않다. 그러나, 직경이 더 크거나 작을 수 있는 더 많은 개구를 구비한 보호용 요소를 사용하는 것도 또한 가능하다. 예를 들면, 커버는 그 표면을 가로질러 다수의 작은 개구를 포함하도록 구성될 수 있다.
본 개시내용에 따른 가스 제거 장치는, 공기 기포가 직접 시스템을 빠져나갈 수 있도록 해주는 소수성 멤브레인을 포함한다. 일 실시예에 있어서, 멤브레인은 하우징으로부터의 가스의 자유 유동이 가능하도록 접합 또는 용접에 의해 커버의 하면에 부착될 수 있다. 일 실시예에 있어서, 멤브레인은 커버에 용접될 수 있으며, 멤브레인의 용접 시임에 용접되는 폴리우레탄 코드를 이용하여 둘레에 추가적으로 고정될 수 있다.
멤브레인은 챔버의 직경 전체에 걸쳐 연장될 수 있다. 그러나, 멤브레인은 또한 각각 하우징 또는 커버보다 직경이 작을 수 있으며, 예컨대 커버 및 챔버의 중앙에 배치될 수 있다. 이러한 경우에 있어서, 커버는 전술한 더 작은 멤브레인의 조정이 가능하도록 하는 방식으로 구성되어야만 한다.
다양한 소수성 멤브레인이 본 개시내용의 가스 제거 장치와 함께 사용될 수 있다. 소수성 멤브레인은 폴리프로필렌, 폴리에틸렌, 폴리우레탄, 폴리메틸펜텐 또는 폴리테트라플루오로에틸렌으로 제조될 수 있다. 공극 크기는, 멤브레인을 통해 액체가 통과하는 것을 적절히 방지하기 위해 충분히 작아야만 하고, 약 8 ㎛, 예컨대 0.1 내지 8 ㎛, 또는 0.1 내지 3 ㎛ 사이이다. 멤브레인은 또한 지지부로서 추가적인 배킹(backing)을 포함할 수 있으며, 즉 2개의 상이한 층을 포함할 수 있다. 이러한 소수성 멤브레인은 추가적으로 계면활성제로 개질되거나 코팅될 수 있으며, 상기 계면활성제는 예컨대 일반형이 RnH2 -n SiO인 실록산(이때 n은 1 또는 2이며, R은 1 내지 18개의 탄소 원자를 갖는 탄화수소 그룹임), 일반형이 [-Si(R1)2-O-]n-인 모노머 유닛을 갖는, 예컨대 폴리디메틸실록산과 같은 폴리실록산(이때 R1는 탄화수소 그룹이며 n은 폴리머에서의 유닛 개수를 나타내는 숫자임), 또는 실리콘 화합물의 4기 암모늄염 유도체이다. 한 가지 적절한 폴리실록산은 폴리디메틸실록산이다(그 용이한 이용가능성 및 적용의 용이성 때문임). 그러나, 폴리메틸에틸실록산, 폴리디에틸실록산, 폴리디프로필실록산, 폴리디헥실실록산, 폴리디페닐실록산, 폴리페닐메틸실록산, 폴리디시클로헥실실록산, 폴리디시클로펜틸 실록산, 폴리메틸시클로펜틸실록산, 폴리메틸시클로헥실실록산, 폴리디시클로헵틸 실록산 및 폴리디시클로부틸 실록산을 비롯한 다른 실리콘 수지 프리폴리머가 사용될 수 있다. 옥타메틸시클로테트라실록산, 데카메틸시클로펜타실록산 또는 도데카메틸시클로헥사실록산과 같은 고리형 실록산 올리고머는 적절한 화합물의 다른 예이다. 멤브레인은 또한 폴리실록산 및 실리콘 다이옥사이드의 혼합물로 코팅될 수 있다. 멤브레인은 또한 앞서 언급한 코팅과 함께 또는 단독으로, 코팅으로서 항응고제, 예컨대 헤파린 또는 히루딘과 같은 생체 반응성 물질을 포함할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 사용되는 멤브레인은, 예컨대 표준적인 고어 의료용 멤브레인(GORETM Medical Membrane)으로부터 선택되는 멤브레인과 같은, 즉 예를 들어 MMT-323(0.2 ㎛)인 폴리테트라플루오로에틸렌 멤브레인이다. 멤브레인은, SIMETHICONE 또는 상표명 ANTIFOAM A®로서 도우 코닝 코오포레이션(Dow Corning Corp.)에 의해 시판되는 화합물과 같은, 실리콘 다이옥사이드 및 폴리디메틸실록산의 혼합물로 코팅될 수 있다. ANTIFOAM A®를 이용하여 폴리머 표면을 코팅하기 위한 공정은 미국 특허 제5 541 167호에 개시되어 있다.
제시된 가스 제거 장치의 가능한 실시예에 있어서, 탈기용 멤브레인은, 두께가 0.15 내지 0.30 mm, 더욱 바람직하게는 0.20 내지 0.25 mm이며 60 중량%를 초과하는 폴리디메틸실록산(CAS:63148-62-9), 7 내지 13 중량%의 메틸레이티드 실리카(CAS: 67762-90-7), 3 내지 7 중량%의 옥타메틸시클로테트라실록산(CAS:556- -67-2), 3 내지 7 %의 데카메틸시클로펜타실록산(CAS:5541-02-6), 1 내지 5 중량%의 디메틸시클로실록산 및 1 내지 5 중량%의 도데카메틸시클로헥사실록산(CAS:540-97-6)을 포함하는 조성물로 코팅되고 상표명 Antifoam A®으로 도우 코닝 코오포레이션으로부터 구매 가능한 다공성 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE) 시트를 포함한다.
이러한 멤브레인은 소정량의 소포제로 코팅된다. 멤브레인의 일면 상에 존재하는 소포제의 양은, 4.25 ㎍/㎟ 내지 10 ㎍/㎟, 또는 심지어 4.25 ㎍/㎟ 내지 7.10 ㎍/㎟의 범위일 수 있다. 가능한 실시예에서는, 멤브레인의 단지 하나의 면만이 코팅된다.
멤브레인은, 멤브레인의 내측 영역, 중간 영역 및 외측 영역을 비롯하여 멤브레인의 코딩된 표면 전체에 걸쳐 실리콘 다이옥사이드(실리카) 입자의 균일하거나 또는 균질한 분포를 나타낼 수 있다. 실리카 입자의 개수는 ㎟ 당 22000 개 내지 32000 개의 범위일 수도 있고, 심지어 ㎟ 당 25000 개 내지 30000 개의 범위일 수도 있다.
멤브레인은 박테리아가 멤브레인을 통과하지 못하도록 하기에 충분히 작은 공극 크기를 가질 수 있다. 바람직한 중간 평균 공극 크기는 0.2 ㎛ 이하이다.
멤브레인은, 멤브레인 상에 용액을 분무 코팅하거나 또는 멤브레인을 용액 내에서 침지 코팅함으로써 소포제의 용액으로 다공성 PTFE 멤브레인을 코팅하여 준비될 수 있다. 균질한 코팅을 얻기 위해서는, 멤브레인 상에 용액을 분무 코팅하는 것이 바람직하다. 당업자는 멤브레인 상에서의 용액의 분무 코팅 방법에 익숙하다. 바람직한 실시예에 있어서, 액체를 미립화하기 위해 공기, 증기 또는 다른 불활성 가스를 채용하는 2가지 물질용 노즐(2-substance nozzle)이 분무 코팅을 위해 사용된다. 큰 비표면 및 균질한 분포를 달성하기 위해 미립화 가스의 압력은 0.3 바아보다 큰 것이 바람직하다. 노즐 오리피스는 바람직하게는 0.3 내지 1 mm의 범위이다. 바람직한 실시예에 있어서, 노즐은 10 도 내지 40 도의 구멍을 갖는 완전한 둥근 원추를 형성한다. 용액의 질량 유량, 코팅 대상 멤브레인과 노즐 사이의 거리, 그리고 노즐과 멤브레인의 측방향 상대 속도는, (용액에 존재하는 용매를 제거한 후) 4.25 ㎍/㎟ 내지 10 ㎍/㎟, 또는 심지어 4.25 ㎍/㎟ 내지 7.10 ㎍/㎟의 소포제를 포함하는 코팅을 생성하도록 선택될 수 있다. 가능한 실시예에서는, 약 175 내지 225 cm/min, 또는 190 내지 210 cm/min, 또는 심지어 200 cm/min의 속도로 노즐을 지나 전달되는 멤브레인 상에 약 5 내지 10 ml/min, 또는 7.5 내지 9 ml/min, 또는 8 내지 8.5 ml/min의 질량 유량으로 용액을 분무하는 노즐이 사용된다.
소포제는 멤브레인을 코팅하기 위해 이 소포제를 사용하기에 앞서 적절한 용매에 용해될 수 있다. 이러한 용액은 0.1 중량% 내지 20 중량%, 또는 1 중량% 내지 10 중량%, 또는 3 중량% 내지 8 중량%의 농도로 소포제를 함유할 수 있다.
폴리실록산 화합물, 실리콘 다이옥사이드 입자 및 용매가 적절히 혼합되어 있다면, 그리고 상 분리로 인한 현저한 어려움이 유발되지 않는다면, 본 개시내용에 사용되는 소포제를 위한 용매는 특별히 제한되지 않는다. 그러나, n-펜탄, i-펜탄, n-헥산, i-헥산, 2,2,4-트리메틸펜탄, 시클로헥산, 메틸시클로헥산 등과 같은 지방족 탄화수소; 벤젠, 톨루엔, 크실렌, 트리메틸벤젠, 에틸벤젠, 메틸 에틸 벤젠 등과 같은 방향족 탄화수소; 메탄올, 에탄올, n-프로판올, i-프로판올, n-부탄올, i-부탄올, 2-부탄올, t-부탄올, 4-메틸-2-펜탄올, 시클로헥산올, 메틸시클로헥산올, 글리세롤과 같은 알코올; 메틸 에틸 케톤, 메틸 이소부틸 케톤, 디에틸 케톤, 메틸 n-프로필 케톤, 메틸 n-부틸 케톤, 시클로헥사논, 메틸시클로헥사논, 아세틸아세톤 등과 같은 케톤; 테트라히드로푸란, 2-메틸테트라히드로푸란, 에틸 에테르, n-프로필 에테르, 이소프로필 에테르, 함산소연료(diglyme), 디옥산, 디메틸디옥산, 에틸렌 글리콜 모노메틸 에테르, 에틸렌 글리콜 디메틸 에테르, 에틸렌 글리콜 디에틸 에테르, 프로필렌 글리콜 모노메틸 에테르, 프로필렌 글리콜 디메틸 에테르 등과 같은 에테르; 디에틸 카보네이트, 메틸 아세테이트, 에틸 아세테이트, 에틸 락테이트, 에틸렌 글리콜 모노메틸 에테르 아세테이트, 프로필렌 글리콜 모노메틸 에테르 아세테이트, 에틸렌 글리콜 디아세테이트 등과 같은 에스테르; 및 N-메틸피롤리돈, 포름아미드, N-메틸 포름아미드, N-에틸 포름아미드, N,N-디메틸 아세트아미드, N,N-디메틸 아세트아미드 등과 같은 아미드를 사용하는 것이 적절하다. n-펜탄, i-펜탄, n-헥산, i-헥산, 2,2,4-트리메틸펜탄, 시클로헥산, 메틸시클로헥산 등과 같은 지방족 탄화수소가 특히 바람직하다. N-헥산은 본 발명의 맥락에 있어서 용매로서 특히 바람직하다.
분무 코팅 공정의 가능한 실시예에 있어서, 소포제의 용액은 분무 코팅 공정 중 용매의 기화를 방지하기 위해 도포에 앞서 냉각된다. 분무 코팅 공정에서 사용되는 용액은 섭씨 0 내지 15 도, 또는 섭씨 0 내지 10 도, 또는 섭씨 0 내지 5 도의 온도까지 냉각될 수 있다.
코팅된 멤브레인은 이후, 예컨대 실온에서, 약 30 분 내지 2 시간 동안, 예를 들면 약 1 시간 동안 건조된다. 그러나, 건조를 위해 소요되는 시간을 단축하기 위해 섭씨 200 도까지의 높은 온도에서 멤브레인을 건조하는 것도 또한 가능하다. 제1 코팅 과정으로부터 형성되는 코팅의 양(㎟ 당 중량)이 소정 범위 미만인 경우, 전술한 코팅 공정은 동일한 멤브레인 상에서 반복될 수 있다.
추가적인 특징 및 실시예는 설명 및 첨부도면으로부터 명확해질 것이다.
전술한 특징 및 이후에 설명되는 특징은, 본 개시내용의 범위를 벗어나지 않고 특정한 조합에서 뿐만 아니라 다른 조합에서 혹은 그 자체로 사용될 수 있음을 이해할 것이다.
다양한 실시법이 실시예로써 도면에 도시되어 있으며, 도면을 참고로 이하에 상세하게 설명되어 있다. 이러한 설명은 본 개시내용의 범위를 어떠한 방식으로도 제한하지 않으며, 단지 가능한 실시예의 설명일 뿐임을 이해할 것이다.
본 발명에 따르면, 유체, 특히 혈액으로부터 가스 기포를 분리하기 위한 가스 제거 장치를 얻을 수 있다.
도 1은 제시된 가스 제거 장치의 실시예를 도시한 것이다.
도 2는 제시된 가스 제거 장치의 다른 실시예의 평면도를 도시한 것이다.
도 3은 일체로 성형된 입구를 구비한, 제시된 가스 제거 장치의 추가적인 실시예를 도시한 것이다.
도 4는 제시된 가스 제거 장치의 또 다른 실시예를 도시한 것으로서, 도 4a는 커버의 조감도를 나타낸 것이고, 도 4b는 각각의 소수성 멤브레인을 포함하는 내부도를 나타낸 것이며, 도 4c는 커버 및 나선형 본체를 포함하는 하우징을 나타낸 것이다.
도 5는 제시된 가스 제거 장치의 실시예를 포함하는 투석 설비를 도시한 것이다.
도 6은 소의 혈액을 이용한 실험관 내 시험을 위해 제시된 가스 제거 장치의 가능한 실시예를 포함하는 설비를 도시한 것이다.
도 7은 도 6의 설비의 가능한 가스 제거 프로파일을 도시한 것이다.
도 8은 도 6의 설비의 다른 가스 제거 프로파일을 도시한 것이다.
도 9는 제시된 가스 제거 장치의 실시예의 가스 제거 프로파일(도 9a 참고)과 표준적인 가스 제거 장치의 가스 제거 프로파일(도 9b 참고)을 비교하여 도시한 것이다.
도 10은 제시된 가스 제거 장치의 추가적인 실시예를 포함하는 투석 설비, 즉 양을 이용한 생체 시험을 위해 사용되는 투석 설비를 도시한 것이다.
도 11은 도 10의 투석 설비에 대한 가스 제거 프로파일을 도시한 것이다.
도 1은 본 개시내용에서 제시된 바와 같은 가스 제거 장치의 가능한 실시예를 도시한 것이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 액체, 특히 혈액은 가스 제거 장치(10)의 챔버(13)의 하부(12)에 위치하는 입구(11)를 통해 접선방향으로 가스 제거 장치(10)에 유입된다. 유입되는 액체의 유동은, 가스 제거 장치(10) 내부의 나선 형상의 벽(14)에 의해 화살표(15)로 나타낸 바와 같이 나선형 유동이 된다. 가스 제거 장치(10)를 통과하는 동안, 액체 스트림 내부의 가스 기포는 화살표(16)으로 지시되는 바와 같이 상방으로 상승할 시간을 갖는다. 가스 기포의 이러한 상방 이동을 보장하기 위해, 가스 제거 장치(10)는 실질상 수평으로 배치되어야만 하며, 즉 나선형 벽은 실질상 수직으로 배치되어야만 한다. 나선형 유동으로 챔버(13)를 통과한 이후, 가스가 없는 액체 스트림은 화살표(17)로 나타낸 바와 같이 챔버(13)의 하부(12)에 있는 개구를 통해 가스 제거 장치(10)를 빠져나갈 수 있다.
도 2는 제시된 가스 제거 장치의 다른 실시예의 평면도를 도시한 것이다. 도 2는, 가스 제거 장치(10) 내부의 나선형 벽(14)과 가스 제거 장치(10)의 내측벽(18) 사이의 거리가 나선형 벽에 의해 형성되는 외측 채널(19)의 거리와 동일할 수 있다는 것을 명확하게 나타내고 있다.
도 3은 일체로 성형된 입구(11)를 갖춘 제시된 가스 제거 장치의 추가적인 가능한 실시예를 도시한 것이다. 가스 제거 장치(10)의 입구(11)는 다양하게 구성될 수 있다. 그러나, 본 개시내용에 따라 마련되는 소수성 멤브레인 아래에서 유동의 속도를 줄이기 위해 입구(11)가 가스 제거 장치(10)의 챔버(13)의 하부 벽(12)에 가능한 근접해 있다는 것은 중요하다. 도 3에 도시된 바와 같이, 입구 통로는 수평일 수 있으며, 측벽에 대해 접선 방향으로 하우징의 본체의 측벽을 통해 개방된다. 입구(11)는 또한 챔버(13)의 본체와 일체로 성형될 수도 있고, 튜브의 단부를 수용하도록 구성될 수도 있다.
도 4는 제시된 가스 제거 장치의 추가적인 실시예를 도시한 것이다. 도 4a는, 원통형 구조를 가지며 도 4a에 도시된 바와 같이 대체로 평평한 상부벽 및 아래로 구부러진 대체로 원통형인 측벽을 포함하는 커버의 조감도를 도시한 것이다. 도 4b는 소수성 멤브레인을 포함하는 내부도를 도시한 것이다. 도 4c는 커버 및 나선형 본체를 포함하는 제시된 가스 제거 장치의 하우징을 나타낸 것이다. 커버는, 도 4에 도시된 바와 같이, 소수성 멤브레인을 통해 챔버를 빠져나오는 가스가 통과하도록 하는 적어도 하나의 개구를 구비할 수 있다. 일반적으로, 예컨대 커버의 중앙부에서와 같이 하나의 개구를 구비하는 것으로 충분할 수 있다.
도 5는 정맥측 또는 동맥측 상의 표준적인 투석 설비 내에 배치되는 추가적인 가능한 가스 제거 장치를 도시한 것이다. 이러한 설비는 압력 센서(1), 제1 공기 기포 카운터(2), 펌프(3), 가스 제거 장치(A), 투석기(4), 선택적인 제2 가스 제거 장치(B), 제2 압력 센서(5) 및 제2 공기 기포 카운터(6)를 포함할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 가스 제거 장치는, 전술한 공기가 투석기에 유입되기에 앞서 시스템에 존재할 수 있는 임의의 공기를 효과적으로 제거하기 위해 시스템의 동맥측 상에 배치되며, 즉 투석기 앞에 배치된다[도 5 참고, 가스 제거 장치(A)]. 이러한 설비에서는, 펌프가 혈액 내 공기 경보(air-in-blood-alarm)를 유발할 수 있는, 가스 제거 장치 앞에 위치한 임의의 장치로서 가스 제거 장치 앞에 위치하게 된다.
상기 투석 설비는 시스템에서 공기를 탐지하기 위한 동맥측 상의 공기 기포 카운터를 더 포함하게 된다. 선택적으로, 제2 가스 제거 장치는 안전 조치로서 투석기 이후에 정맥측 상에 위치할 수 있다[도 5 참고, 가스 제거 장치(B)]. 상기 제2 가스 제거 장치는 이때 투석기를 통과하는 동안 통과되거나 또는 발생되는 임의의 나머지 공기 기포를 제거할 수 있다.
다른 실시예에 있어서, 동맥 가스 제거 장치 및 선택적인 제2 정맥 가스 제거 장치를 구비하는 투석 설비는 압력 센서 이전에 위치하는 공기 기포 카운터를 포함한다.
또 다른 실시예에 있어서, 가스 제거 장치가 예컨대 350 ml/min 이하와 같은 특정 유량에 최적화되어 있는 설비에 장착되는 경우, 혈액 유동을 적절하게 감소시키는 것이 유리하다는 것은 입증될 수 있다. 펌프는, 혈액 내 공기 경보의 경우에 가스 제거 장치의 최적량 미만으로 유동하도록 하기 위해 혈액 유동을 자동적으로 감소시킬 수 있다.
도 6 내지 도 11은 이하에 설명되는 예와 관련하여 설명된다.
예
본 개시내용에 따른 나선형 가스 제거 장치는, 액체, 특히 혈액의 가스 제거와 관련하여 시험관 내 시험 및 생체 시험 양자 모두에서 매우 양호한 성능을 나타낸다.
1. 시험관에서의 공기 제거
소의 혈액을 이용한 시험관 내 시험에 있어서[32와 40 사이의 헤마토크릿(hematocrit), 단백질 총 함량 : 60 내지 80 g/l] , 대응하는 시스템(도 6 참고) 내에 공기를 분사함으로써 본 개시내용에 따른 가스 제거 장치의 효율을 시험하였다. 혈액의 원형 유동으로 주로 이루어진 설비는, 온도가 섭씨 37 도인 1 리터의 혈액(소의 혈액), 압력계, 본 개시내용에 따른 가스 제거 장치, 투석기(Poly-flux® 170 H, Gambro), 적하 챔버(drip chamber), 및 대응하는 배관을 포함한다. 또한, 이러한 시스템은 제1 공기 분사 포트(S1) 및 제2 공기 분사 포트(S2)를 포함하며, 이때 제1 공기 분사 포트(S1)는 압력계 이전에 위치하고, 제2 공기 분사 포트(S2)는 압력계 이후에 위치한다. 가스 제거 장치를 빠져나온 공기의 양 또는 체적은 물이 담겨있는 튜브로부터 제거된 물의 양 및 가스 제거 장치로부터 나와 물로 유입되는 공기의 양을 측정함으로써 결정되었다. 분사 포트를 통해 시스템 내에 도입되는 공기의 양은 물론 변경될 수 있다. 공기 분사는 연속적인 방식으로 또는 볼루스(bolus)로서 이루어질 수 있다. 유량은 QB = 300 ml/min으로 조정되었으며, 정맥 압력은 100 mmHg로 조정되었다.
내경이 32 mm이고 나선부 전체 길이에 걸쳐 나선부 높이가 17 mm인 가스 제거 장치가 사용되었다. 나선부는 1.6 회전을 행하였다. 나선부의 상부 림으로부터 멤브레인까지의 거리는 1.5 mm이었다. 멤브레인은 고어 메디컬 멤브레인 중 5%의 거품억제제 및 95 %의 헥산을 용매로서 포함하는 용액으로 코팅된 MMT-323 (0.2 ㎛) PTFE 멤브레인이었다.
도 7은 분사 포트(S1)에서 분사된, 즉 시스템의 동맥측에서 분사된 10 ml의 볼루스를 제거하는 것을 나타낸 것이다.
분사된 공기는 시스템으로부터 완전히 제거되며, 유체 내의 기포로서든지 또는 공기 쿠션으로든지 시스템 또는 가스 제거 장치에는 어떠한 공기도 남지 않는다. 가스 제거는 매우 짧은 시간, 즉 수 초 내에서 이루어진다. 혈액 대신 염수를 이용하는 제어로부터, 액체의 가스 제거 사이에 실질적으로 아무런 차이가 없으며, 즉 훨씬 덜 복잡한 염수액과 마찬가지로 양호하게 혈액으로부터 가스가 제거된다.
도 8은, 시험 개시 이후 약 4.5 시간 동안 분사 포트(S1; 동맥측)에서 연속 분사된 10 ml/min의 공기가 제거되는 것을 나타낸 것이다. 알 수 있는 바와 같이, 공기는 시스템 내에 도입되는 것과 마찬가지로 신속하게 시스템으로부터 제거되었으며, 즉 10 ml/min의 속도로 제거되고, 이로 인해 직선 경사를 나타내었다. 이러한 시험은 또한 제시된 가스 제거 장치가 매우 개선된 가스 제거 효율을 나타낼 수 있다는 것을 보여준다.
비교를 위해, 도 9b는 표준적인 가스 제거 장치의 가스 제거 프로파일을 나타낸 것이다. 2 ml의 볼루스가 분사 포트(S1; 동맥측)에서 분사되었다. 도면으로부터 유추할 수 있는 바와 같이, 1.8 ml의 분사된 공기를 제거하기 위해서는 1.5 분이 소요된다. 제시된 가스 제거 장치는 동일한 조건에서 약 0.5 분 내에 2 ml의 볼루스를 제거한다(도 9a 참고).
2. 생체에서의 공기 제거
AK 200 울트라 투석용 기계장치 및 Polyflux® 170 H 투석기를 포함하는 표준적인 투석 설비(도 10 참고)에 기초하여, 양을 이용한 생체 시험을 위해 위의 예 1의 내용에서 설명된 바와 동일한 가스 제거 장치를 사용하였다. 이 시스템도 역시, 투석기의 정맥측 또는 동맥측에 배치되며 도 10에 도시된 바와 같은 분사 포트(S1 내지 S4)를 구비하였다. 이 시스템은, 각각 투석기 이전에(동맥측에) 그리고 이후에(정맥측에) 배치되었던, 본 개시내용에 따른 2개의 가스 제거 장치(예1 참고)를 더 포함하였다.
시스템의 프리밍 이후, 투석은 100 mmHg의 정맥 압력에서 이루어졌다. QB는 300 ml/min이었다. 제1 공기 분사(2ml의 볼루스)는 프리밍 개시 후 20 분에 이루어졌고, 제2 공기 분사(2 ml의 볼루스)는 개시 후 65 분에 이루어졌다. 제3 공기 분사(5ml의 볼루스)는 125 분 후에 이루어졌고, 제4 공기 분사[1, 2, 5 및 10 ml/min의 연속적인 볼리(boli)]는 185 분 후에 이루어졌다. 10 ml 공기의 최종적인 제5 볼루스는 205 분 후에 분사되었다.
도 11은, 1, 2, 5 및 10 ml/min의 연속된 4회 연속 분사를 포함하는 제4 공기 분사에 대한 프로파일(4) 및 거의 3.5 시간 이후의 10 ml의 제5 볼루스에 대한 프로파일(5)을 예시적으로 나타낸 것이다. 좌측의 프로파일은, 제거되는 공기를 측정하기 위한 가스 제거 장치 직전에서의 제어 분사를 나타낸 것이다.
분사 번호 볼루스 [ml] 분사 위치 ABC에 의해 탐지된 공기 [ml]
1 2 S2 0.00
2 2 S2 0.00
3 5 S1 0.02
4 1* S1 0.00
4 2* S1 0.00
4 5* S1 0.00
4 10* S1 0.00
5 10 S1 0.00
*) 연속 분사[ml/min]
위의 표는, 분사 이후 소정 시간 경과 후에 공기 기포 카운터(Air Bubble Counter; ABC)에 의해 탐지될 수 있는 공기와 관련된 생체 시험의 결과를 나타낸 것이다.
이러한 설비에서 추가적인 공기 분사 시험이 행해졌으며, 즉 투석기 이전에(S3에서) 그리고 이후에(S4에서) 공기 분사가 행해졌고, 이 공기는 이후 정맥측 상의 가스 제거 장치에 의해 제거되었다. 공기 분사가 S1 및 S2에서 이루어졌으며 시스템의 동맥측 상의 가스 제거 장치에 의해 시스템으로부터 분사된 공기가 제거되는 경우의 가스 제거 효율과 이들 결과를 비교하였다.
본 개시내용의 범위로부터 벗어나지 않고 전술한 구성에 다양한 변경을 행할 수 있기 때문에, 이상의 설명에 포함되거나 첨부 도면에 도시된 모든 대상은 한정적인 것이 아니라 설명을 위한 것으로 해석되어야 한다.
10 : 가스 제거 장치
11 : 입구
12 : 하부
13 : 챔버
14 : 벽
18 : 내측벽
19 : 외측 채널

Claims (20)

  1. 액체로부터 가스 기포를 제거하기 위한 가스 제거 장치로서, 상기 가스 제거 장치는 액체 입구, 액체 출구 및 가스 기포 출구를 구비하는 하우징을 포함하며, 상기 하우징은 액체를 위한 나선형 유동 경로를 형성하는 나선형 벽 및 정해진 양의 소포제로 코팅되고 나선형 벽과 접촉하지 않으면서 나선형 벽과 가스 기포 출구 사이에 그리고 나선형 벽 위에 배치되는 소수성 멤브레인을 더 포함하며, 상기 나선형 벽은, 내부를 향해 들어오는 액체가 액체 입구를 통해 나선형 유동 경로를 따라 나선형 유동 내로 접선방향으로 하우징에 유입되도록 하고, 가스 기포의 상방 흐름은 가스 기포가 소수성 멤브레인에 달라붙지 않으면서 소수성 멤브레인을 향하도록 하는 것인 가스 제거 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 나선형 벽과 소수성 멤브레인 사이의 간격은 액체와 소수성 멤브레인 사이의 접촉 면적을 극대화하도록 마련되는 것인 가스 제거 장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 하우징은, 가스 기포가 제거된 후에 하우징을 빠져나갈 수 있는 액체가 통과하며 하우징의 하부 상에 위치하는 구멍을 포함하는 것인 가스 제거 장치.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 하우징은, 액체 입구 및 액체 출구를 구비하는 원통형 하우징을 포함하는 것인 가스 제거 장치.
  5. 제4항에 있어서, 상기 원통형 하우징의 직경은 그 높이보다 큰 것인 가스 제거 장치.
  6. 제5항에 있어서, 상기 원통형 하우징의 직경과 높이 사이의 비율은 2.5 : 1 내지 1 : 1 사이의 범위인 것인 가스 제거 장치.
  7. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 액체 출구는 출구 통로를 형성하는 돌기(nipple)를 포함하는 것인 가스 제거 장치.
  8. 제7항에 있어서, 상기 돌기는 하우징과 일체로 성형되는 것인 가스 제거 장치.
  9. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 액체 출구는 튜브의 제1 단부를 수용하도록 구성되는 것인 가스 제거 장치.
  10. 제9항에 있어서, 상기 튜브는 액체 출구의 일체형 부품을 형성하며, 상기 튜브는 제1 단부에 대향하는 제2 단부에 일체형 수형 루어(male luer)를 더 포함하는 것인 가스 제거 장치.
  11. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 액체 입구는 입구 통로를 형성하는 돌기를 포함하는 것인 가스 제거 장치.
  12. 제11항에 있어서, 상기 돌기는 하우징과 일체로 성형되며 튜브의 제1 단부를 수용하도록 구성되는 것인 가스 제거 장치.
  13. 제12항에 있어서, 상기 튜브는 액체 입구의 일체형 부품을 형성하며, 상기 튜브는 제1 단부에 대향하는 제2 단부에 일체형 수형 루어를 더 포함하는 것인 가스 제거 장치.
  14. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 하우징은 폴리우레탄, 폴리카보네이트, 폴리스티렌, 폴리메틸 메타크릴레이트 및 폴리프로필렌을 포함하는 재료 군으로부터 선택된 재료로 형성되는 것인 가스 제거 장치.
  15. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 가스 제거 장치 내의 액체 압력이 한계값을 초과할 때 소수성 멤브레인의 변형을 제한하기 위해 그리고 외력에 대해 소수성 멤브레인을 보호하기 위해 보호용 부재를 더 포함하는 가스 제거 장치.
  16. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 소수성 멤브레인은 폴리우레탄, 폴리프로필렌, 폴리에틸렌, 폴리메틸펜텐 및 폴리테트라플루오로에틸렌을 포함하는 재료 군으로부터 선택된 재료로 제조되는 것인 가스 제거 장치.
  17. 투석 설비로서, 압력 센서, 제1 공기 기포 카운터, 펌프, 제1항에 따른 제1 가스 제거 장치, 및 투석기를 포함하는 투석 설비.
  18. 제17항에 있어서, 제1항에 따른 제2 가스 제거 장치, 제2 압력 센서 및 제2 공기 기포 카운터를 더 포함하는 투석 설비.
  19. 제17항에 있어서, 상기 제1 가스 제거 장치는 투석 설비의 동맥측에 배치되며, 이에 따라 가스가 투석기로 유입되기 이전에 투석 설비에 존재할 수 있는 임의의 가스를 제거하는 것인 투석 설비.
  20. 제18항에 있어서, 상기 제2 가스 제거 장치는 투석기 이후에 투석 설비의 정맥측에 배치되는 것인 투석 설비.
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