KR101495932B1 - 펌프에 의해 작동되는 혈액 순환흐름을 모니터링 하여 최적화시키는 방법 및 장치 - Google Patents

Abstract

혈액 펌프를 자동 제어하는 방법에서, 최적한 혈액 흐름은, 회전수의 주기적인 간섭과 그때 발생한 유량 변화에 따라 형성되는 미분 변화량 및 제어 알고리즘을 통해 이루어진다. 또한, 정맥 측 또는 동맥 측에서 발생할 수 있는 흐름 저항을 검출할 수 있다.

미분 유량-속도비(DFSR), 미분 변화량, 혈액 흐름, 혈액 순환, 펌프 속도.

Description

펌프에 의해 작동되는 혈액 순환흐름을 모니터링 하여 최적화시키는 방법 및 장치{METHOD AND APPARATUS FOR MONITORING AND OPTIMIZING BLOOD CIRCULATION GENERATED BY A PUMP}

본 발명은 펌프의 혈액 흐름을 자동적으로 모니터링 하여 최적화시키는 방법에 관한 것이며, 제어 변수로부터 환자의 상태 및 펌프에 의해 발생하는 혈액 순환의 임의적인 문제를 추론할 수 있는 것이다. 이렇게 하여 항시 충분한 혈액 흐름이 확실히 이루어지게 하는 것이다.
또한, 본 발명은 상기 방법에 따른 펌프 제어 시스템을 포함하는 의료 장치에 관한 것이다.

종래기술에서 혈액 펌프 및 그 관련 제어 시스템은 알려져 있는 것이다. 혈액 펌프의 역할은 관련 제어 시스템과 함께 체내 및 체외에서 혈액 순환을 보장하여 환자 심장의 펌프 기능을 지원하거나 대체하는 것이다. 이러한 혈액 펌프는 심장 수술중 심장 기능을 대체하기 위한 또는 약한 심장을 회복하는 잠재적으론 심장 기능을 지원하기 위한 체외 순환체계에서 한정된 시간 동안 사용된다. 혈액 펌프와는 별도로, 필요에 따라 예를 들어 정맥 카테터, 튜브 및 커넥터, 저장조, 산소발생기, 열교환기, 혈액 농축기, 및 투석기(dialyser), 거품 포집기 및 여과기 등과 같은, 체외 순환계에 통상적으로 사용되는 모든 제품에도 사용될 수 있다.
또한, 심장보조장치의 무기한 사용 및 인공심장도 알려져 있으며, 이 경우 펌프의 이식이 이루어진다.
혈액 펌프의 이러한 모든 사용에서는, 펌프에 의한 충분한 혈액 흐름이 신뢰성 있게 하는 것이 가장 중요하다. 특히, 혈액 펌프를 장기간 사용하는 경우, 혈액 흐름 및 연관된 변수(예를 들면, 정맥이나 동맥의 혈압, 또는 산소발생기를 동시에 사용하는 경우 가스 유량 및 가스 혼합 등)를 수동으로 모니터링 할 수가 없고, 경우에 따라서는 보상할 수도 없다.
따라서, 특히 ECMO(체외 박막 산소발생기) 또는 ELS(체외 생명 유지장치)의 사용을 위한 신뢰성 있는 혈액 펌프의 자동 제어가 필요한데, 그 이유는 이러한 사용은 며칠 내지 몇 주간의 장기간 동안 작동계 밖에서 사람의 감시없이 이루어지기 때문이다. 그러나 심장 외과에서 사용하는 경우에도, 펌프의 자동 제어는 취급에 상당한 편리함과 혈류 장애의 경우 높은 안전성을 제공한다. 또한, 이러한 제어는 이식가능한 지원 시스템(심실 보조장치: VAD) 또는 이식가능한 인공심장인 경우에도 고려된다.
다음, 원하는 혈액 흐름을 방해하는 요인이 처리되기 때문에, 펌프 설비 및 경우에 따라서는 추가적인 매개변수도 변화시켜야 한다.
실제로, 또한 Baloa, Vollkron 등에 의해 알려진 사항으로, 혈액의 불충분한 정맥 역류의 경우 대형 정맥혈관 및/또는 심장의 심방이 (좌심방에서 배출되는지 또는 우심방에서 배출되는지의 여부에 따라) 급격히 쇠약할 수 있으며, 이 경우 혈액 흐름이 전혀 없거나 소량 또는 불충분한 혈액 흐름만이 가능한 것으로 알려져 있다. 이 정맥 역류는 특히 정맥 카테터의 충전상태, 위치 및 구조에 관계하고 있다. 너무 적은 충전상태 또는 카테터 구멍이 혈관 벽에 접촉하면, 혈관이 붕괴(collapse)되어 정맥을 차단하여 전체 혈액의 흐름을 방해한다. 이 현상은 원심 펌프와 관련되어 알려져 있는 것이지만, 펌프 원리와 무관하게 일어날 수도 있다. 또한, 혈전증(thrombose) 또는 이와 유사한 또는 정맥 라인에서 튜브의 꼬임으로 인한 정맥 역류의 장애도 생각할 수 있다. 이러한 불충분한 정맥 역류 상태가 되면, 공동 현상 및 기포 형성에 의한 혈액 장애도 발생할 수 있다. 이러한 생명에 위협을 주고 또한 환자를 위험에 빠트리는 상황은 확실하게 해결해야만 한다.
정맥 라인의 압력 모니터링은 붕괴를 해결하기에는 충분하지 않은데, 그 이유는 붕괴인 경우에도 확실한 작동상태와 마찬가지로 부압(negative pressures)이 발생할 수 있기 때문이다. 또한, 혈액 펌프의 정맥 측의 압력은 환자에 대한 그 위치에 크게 관계하여서(정역학적 액체압력), 그에 의한 영향을 받을 수 있다.
또한, 이렇게 하여 발생한 붕괴가 겨우 검출될 수 있더라도, 붕괴되려는 경향을 검출하기는 곤란하다.
동맥 라인에서, 혈액 흐름의 장애로, 예를 들어 혈전증 또는 색전증 또는 튜브의 꼬임에 의한 장해 또는 폐쇄를 생각할 수 있다. 혈관 벽의 붕괴 문제는 동맥 혈압 때문에 존재하지 않는다. 동맥 혈압의 레벨은 흐름 중단을 검출하기 위한 척도로는 적합하지 않은데, 그 이유는 정맥 라인에서 흐름 장애에 의해 또는 높은 혈관 저항으로 인해 큰 동맥 흐름 저항이 발생할 수 있기 때문이다.
종래 기술에서, 이 문제를 수학적으로 특정화하는 접근법이 개시되어 있다. Baloa 등은 예를 들어 펌프 속도를 단계적으로 높여, 그때 그때의 유량을 측정하여, 펌프 속도에 따라 미분하는 미분 변화량(differential variable) DRI(diminishing return index) = dQ/dω 를 형성하는 방법을 개시하고 있다. 흐름의 방해가 없는 이상적인 경우, 미분 변화량의 값은 상수이다. 붕괴의 시작과 함께, DRI 는 작아지고, 붕괴가 발생한 경우 그 값은 0 이 된다. 그러나, 이것은 일어날 붕괴를 어떻게 회피하거나 또는 이미 붕괴된 상태를 어떻게 제외하는 지에 대한 기재는 하지 않았다.
시장에 있는 많은 VAD에서 실현되는 그와 같은 경우에 펌프를 몇 초 동안 간단히 정지(switch off)하는 방법은 펌프 기능 및 그에 따른 순환 지원의 갑작스런 전체 제거로 인해 너무 위험해 보인다. 이 경우, 약해진 환자의 심장은 적당한 과정이 없으면 혈액 순환 시스템의 전체 부하를 갑자기 받아야 하며, 그로 인하여 순환 시스템의 과부하로 이끌 수 있어서, 추가적인 손상이 일어나게 할 수 있다. 또한, 원래의 속도로 돌아왔을 때 붕괴가 항상 상술한 과정으로 재발생 할 수도 있다. 대신에, 안전을 위해 낮은 펌프 속도를 미리 설정하면, 그로 인하여 발생하는 느린 흐름이 안정적인 방식으로 유지할 수 있다. 그러나, 이 경우는 기본적인 설정에 대해 감소된 흐름이며, 상기 흐름은 의도한 완전한 순환 지원을 생성할 수 없는 것이다. 또한, Baloa 등에 의해 제안된 사용은 VAD에서 사용되는, 혈관이 아니라 심실이 붕괴되는 것이다.
Vollkron 등은 흐름 신호의 맥동에 의해 정맥 역류를 검출하는데, 이것은 박동하는 심장에서 존재하는 것이다. 펌프 속도가 너무 높은 경우, 이 속도는 서서히 최소값까지 감소하며, 그 후, 속도는 다시 서서히 최대 안전한 값 또는 원하는 흐름까지 증가한다. 그러나 이러한 점차적인 감속 및 가속은 어느 정도의 시간을 필요로 하며, 이 시간 동안 펌프는 최적의 흐름을 찾지만, 그 동안 최적의 지원은 보장되지 않는다.
이러한 기술배경에서 출발하여, 본 발명의 기초가 되는 과제는 생명에 위협을 주는 상태를 피하면서 혈액 펌프로부터의 혈액 흐름을 자동적으로 제어하고 원하는 설정값의 범위 내에서 최적화하는 방법을 제공하는 것이며, 상기 방법은 보편적으로 사용할 수 있으며, 즉 심장마비의 경우에도 안정적으로 작동하며, 혈액 흐름의 장애를 제어하는 경우, 정맥 또는 동맥 순환계의 상태를 검출하여 적절하고 신속한 조처를 강구할 수 있게 한다.

상기 과제는 본 발명에 따른 방법 및 이 방법을 수행하는 장치에 의해 완벽하게 해결된다.
본원의 새로운 방법은 펌프 속도의 주기적인 간섭을 자동적으로 실행할 수 있으며; 이때 속도 및 단위 시간당 혈액 흐름과 같은 펌프 매개변수의 측정된 값과 그 비율을 기록함으로써, 혈액 흐름의 효과를 구하여서, 혈액 흐름의 상태를 특징적으로 하며, 역류 장해를 검출하여, 제거하여서, 심장상태의 분석에 적합한 미분 변화량을 구한다.
환자의 필요에 따라 요청되는 혈액 흐름은 공지의 방식으로 치료하는 의사 또는 심장 기술자에 의해 설정되며, 그에 따라서 본 발명에 따른 방법에 필요한 수치는 "순환계에 있어서 필요한 혈액 흐름의 3/4" 크기도 알려져 있다. 예를 들어, 필요한 혈액 흐름은 환자의 신체 표면에 대하여 du Bois 식을 사용하여 계산될 수 있으며, 2.5 내지 41 min^-1 m^-2 범위의 심장박동지수가 정상이다.
Baloa 등과는 달리, 펌프 속도는 가속 제어뿐만 아니라 감속 제어도 하며, 변화되는 혈액 흐름을 측정한다. 이러한 방식으로, 만일 붕괴되려는 경향이 검출될 경우, 펌프 속도를 감속시키어서 다시 충분한 정맥 역류를 개시하여, 초기 붕괴의 회복을 수행할 수 있다. 그 후, 속도 증가 및 변화하는 유량(혈액 흐름)을 측정하여 그에 따라서 단계적으로 속도 및 흐름을 최적화할 수 있으며, 초기 붕괴 값보다 높은 안정적인 값을 구할 수 있다.
초기 붕괴를 검출할 뿐만 아니라 그것을 신속히 제거하고, 그 후의 흐름을 최적화하는 본 발명의 방법은, 미분 값을 구하지만, 붕괴가 시작하는지 또는 존재하는 붕괴를 회복하는 해결책을 기재하지 않은 종래 기술(Baloa 등, Vollkron 등)과는 분명히 구별된다. 시장에 있는 많은 VAD에서 실현되는 방법인, 그와 같은 경우에 펌프가 몇 초 동안 정지하는 방법은 펌프 기능 및 그에 따른 순환 지원의 갑작스런 중단으로 너무 위험한 것이다. 이 경우, 약해진 환자의 심장은 적당한 과정 없이 혈액 순환계의 전체 부하를 갑자기 받아야 하며, 그것은 심장의 과부하를 유발하여 추가적인 장해를 초래할 수 있다.
한편, Vollkron 등에 의해 공개된 붕괴 제거방식은 펌프 속도가 감소되고, 다시 상승될 때까지 어느 정도의 시간을 필요로 하는 것이다. 특히, 여기에서는 본 발명에 따른 원리가 펌프의 빠른 감속과 연속적인 펌프 속도의 상승으로 구별되며, 이 기능은 또한 맥동하지 않는 혈류, 예를 들어 심장마비의 경우에도 존재하는 것이다.
본 발명에 따른 방법 및 본 발명에 따른 방법을 실시하기 위한 장치를 첨부 도면을 참조하여 아래에서 설명된다.

도1은 펌프, 산소발생기, 및 호스 라인을 갖는 최소화된 체외 바이패스를 도시한 도면.

도2는 연산의 주요 단계를 도시한 흐름도.

도3은 본 발명에 따른 제어 회로를 도시한 도면으로서; 설정값은 유체흐름 속도차 비(differential flow speed ratio: DFSR)의 허용값 범위이며, 제어 시스템으로 하여금 펌프 속도(PS)를 제어할 수 있게 하여서, 흐름을 발생시키며, 즉, 과잉 체외순환을 방지하기 위해 최대 흐름은 DSFR 제어에 영향을 끼칠 수 있는 것을 도시한 도면.

도4는 변경된 펌핑 용량과 확인된 DSFR 값 사이의 관계를 도시한 그래프.

도5는 본 발명에 따라 발생할 수 있는, 도시를 위해 제공된 제어 시켄스.

도1은 펌프(12), 산소 발생기(14), 정맥 호스라인(16) 및 동맥 호스라인(18)으로 이루어진 체외 혈액순환기에 연결된 환자(10)를 나타낸 것이다.
최소화된 닫힌 체외 순환 시스템(도1)의 초기 단계에서, 펌프 속도(PS)는 αrpm으로 점진적으로 증가한다. △flow/△speed(=△flow/△PS [l/min][rpm])을 통해 필요한 유량의 ¾에 도달할 때까지 "미분 유량-속도비(DFSR)"의 값이 항상 계산된다. 계산된 미분의 평균값은 순환을 지원하는 각각의 개별 환자의 유량-속도비의 근사값을 나타낸다. 이 값이 절반(half)으로 되어, 임계값(T)으로 사용된다. 바이패스 동안, 펌프 속도(PS)는 ε초 동안 βrpm으로 감소된다. 펌프 속도의 감소(dPS) 후, 유량변화(dF)를 계산하고, 그로부터 미분 변화량 즉, "DFSR", △flow/△PS 를 구한다.
DFSR ≤ 1T는 초과 배출, 즉 과도한 역류 유량을 나타내며, 초기 펌프 속도의 50%까지 펌프 속도(PS)의 급격한 감속 제어를 필요로 한다. γ초 후, 펌프 속도(PS)는 단계적으로 δrpm으로 초기 펌프 속도(PS)의 95%에 이를 때까지 상승한다. DFSR ≤ 2T는 과도하게 적은 양의 배출을 의미하며, 그로 인하여εrpm으로 펌프 속도(PS)의 상승이 필요하게 된다. 새로운 DFSR 계산은 최적한 역류 유량의 성공을 나타낸다.
1.5T의 값은 상한값으로 평가된다. DFSR > 1.5T는 더 높은 펌프 속도를 나타내며, 따라서 더 많은 유량도 가능함을 나타낸다. 선택을 할 때, DFSR > 1.5T는 펌프 회전수를 ζrpm으로 증가하게 할 수 있다. 새로운 DFSR의 계산은 역류 최적화의 성공을 나타낸다. 일어날 수 있는 과-관류(over-perfusion)를 해결하기 위해서, 최대 유량을 생성할 수 있으며, 이 경우 최대 유량은 속도 상승에 우선한다.
상술한 제어 유닛의 다이어그램을 도2 및 도3에 나타내었다. 도4는 실제 사용한 결과를 나타낸다.
도2는 최적화된 배출을 하기 위한 본 발명에 따른 방법(알고리즘)을 나타낸 흐름도이다. 체외 혈액순환(EKZ)을 시작한 후, 도1에 예를 들어 나타낸 바와 같이 환자에 관련한 필요한 한계 값을 구한다. 다음, 펌프 출력의 변화를 통해 정맥의 혈액 역류가 계량되고, 그로부터 최적한 배출을 가능하게 하는 펌프 출력이 구해져서, 설정(set)된다.
도3은 본 발명에 따른 제어회로를 나타낸 것이다. 상기 제어 회로는 계속적으로, 소망하는 DFSR 값을 통해 펌프 속도의 순간 유량으로부터 새로운 DFSR의 실제 값을 구하여, 그 DFSR의 실제 값을 소망하는 DFSR 값에 맞추어(match), 그로부터 계속하여 펌프 속도를 재설정(reset)하여, 과도한 배출 및 너무 적은 양의 배출을 방지한다.
도4는 펌프 가속 및 DFSR을 동시 측정한 후, 평균값이 어떻게 형성되는지(순간 DFSR)를 나타낸다. 이 값의 절반(half)이 한계 값으로 나타난다. DFSR을 구한 후, 정맥역류가 감소된다(화살표로 표시). DFSR을 구하기 위한 후속 측정은 그 감소를 확인하고, 그것에 의해, 펌프 속도가 2-단계 감소에 의해 실제로 95%까지 줄어든다. DFSR의 후속 측정은 이 측정값의 상승 및 배출의 최적화, 즉 사용가능한 정맥 유량의 펌프 속도의 준수를 나타낸다.
또한, 도4는 청구범위 1항에 기재된 방법의 a) 및 b)단계가 기입된 방법이며, d)단계는 다른 화살표 d로 나타내었다.
역류 장애물은 펌프의 입구 측의 흐름 저항을 증가하며, 그것이 펌프의 초기 부하(preload)를 감소시키고 그리고 펌프 유량에 역효과를 미친다. 산소 발생기의 응고(clotting)가 있는 경우, 저항도 높아지며, 이러한 추가적인 저항은 펌프 뒤에서 나타난다. 양 경우 모두, DFSR에 대한 영향은, 산소 발생기의 응고와 펌프의 정맥 역류의 방해를 구별하기 위해서, 산소 발생기에 걸친 압력 강하(입구 압력 - 출구 압력)의 추가적인 측정으로 필요한 정보를 제공할 수 있다. 만일 DFSR이 작아지면, 산소 발생기에 있어서 압력차의 크기가 증가된 저항의 원인을 가리킨다. 즉, 이 원인은 펌프 전 또는 후에 있는 지의 여부를 가리킨다. 만일 압력차가 작으면, 정맥 역류의 장애가 있는 것이다. 만일 압력차가 크다면, 산소 발생기에서 응고가 발생한 것이다.
또한, DFSR의 측정은 심장, 특히 심장의 우심실의 펌프 용량에 대한 정보를 제공한다. 심장이 회복하거나, 그로 인하여 평균 펌프 속도가 낮아지는 경우, DFSR은 변하지 않는다. 회복된 심장은 프랭크 스탈링 기구(Frank Starling mechanism)에 따라 상승한 초기 부하에 반응하고, 필요한 배출 용량을 얻으려고 한다. 정맥과 동맥의 압력에 따른 DFSR은 불변이다. 기능부전이거나 일부만 회복된 심장의 경우, 평균 펌프 속도의 감소는 DFSR을 증대시킨다. 기능부전 심장은 펌프 지원이 감소될 때 증가하는 초기 부하를 극복할 수 없다. 따라서, 이 경우, 정맥 압력이 상승하고, 또한 동맥 압력이 낮아진다. 신체는 혈관수축에 의해 떨어지는 동맥 압력에 반응하여, 동맥 압력의 그 이상의 압력강하를 보상한다. 이로 인하여, 펌프의 초기 부하가 상승하며, 후속 부하는 거의 불변이다. 즉, DFSR은 증대한다.
속도를 감소하는 제어 단계에 대한 반응은 흐름 패턴의 분석과 조합하여, 심장 상태를 확인하는데 사용할 수 있다. 박동하는 심장은 지원하는 원심 펌프의 흐름 패턴에 영향을 미쳐서, 심장 수축시 대동맥 압력이 상승하고, 그에 따라서 펌프를 통과하는 유량은 감소한다. 만일 평균 펌프 속도가 감소하고, 그에 따라 속도를 감소하는 제어 단계가 계속되면, 흐름 신호의 후속 펄스는 심장 상태와 그 펌프가 보유한 능력에 관한 유용한 정보를 제공한다. 상기 지원이 감소한 후, 흐름 펄스의 기울기와 진폭은 심장의 수축 능력에 따라 재생에 대한 직접적인 정보를 제공한다.
상기 방법은 심장 상태와 펌프 용량이 보유한 능력을 구하는데 사용할 수 있고, 환자의 심장 지원을 종료하는데 유효하게 사용할 수 있다. 이들은 심장 모니터링을 하는 수단으로 매우 유용하게 사용될 수 있으며, 이것은 주기적인 속도 감소를 통해 더 많은 초기부하를 수용하여 처리한다.
심장 상태와 심장 재생을 확인하는 다른 가능한 것에는, 갑작스런 펌프 지원을 보상하기 위해 심장이 필요로 하는 시간을 구하고, 신체가 필요로 하는 펌프 유량 및 심장 토출 능력을 갖춘 전체 유량을 공급하는 것에 있다.
프랭크 스탈링 기구가 양쪽 방법에 직접 사용된다. 그러나, 이 사용은 DFSR의 비-침습성 결정(non-invasive determination)과 달리, 동맥과 정맥 혈압의 침습성 측정을 필요로 한다.
이렇게 하여, 혈액 흐름의 모니터링 및 최적화를 자동화할 수 있으며, 이것은 심장 지원과 심장 재생을 위한 장시간 사용을 하는 경우 필요한 것이다. 또한, 펌프를 통과하는 변경된 혈액 흐름에 대한 심장의 반응을 통해 심장의 회복에 대한 지침을 구할 수 있다. 펌프 출력의 감소 시, 동맥 혈압의 맥동이 높을수록, 심장의 용량이 커지고, 그에 따라 심장의 회복이 빨라진다. 따라서, 심장 지원을 하는 기간 동안 필요한 지원이 자동적으로 제공될 수 있으며, 심장의 펌프 용량이 감소하는 경우 혈액 펌프가 자동적으로 펌프 용량의 더 큰 부분을 맡을 수 있다. 이렇게 심장의 위험이 없는(risk-free) 재생 및, 그 후 펌프의 자동적인 단계를 거치지 않는 무단 이탈이 가능하다.
도5는 예를 들어 본 발명에 따른 제어를 어떻게 할 수 있는지를 나타낸 것이다. 당업자에게 잘 알려져 있는 필요한 혈액 흐름을 검출한 후, 제어방법이 개시되어, DFSR을 구한다. 그 일부의 값(fraction), 예를 들어 여기서는 절반이 상술한 바와 같이 임계값(T)으로 정해진다.
도5에서 '22'는 DFSR = 1T의 직선을 나타낸다. 부호 '24'에 의해 DFSR = 1.5T의 경과가 나타나며, '26'에 의해 DFSR = 2T 를 나타내었다. 직선(22, 24)사이에 본 발명에 따른 방법의 동작 범위(28)를 나타내었다. 직선(22)(DFSR = 1T) 밑에, 바람직하지 않은 작동 범위가 회색 범위(30)(DFSR < 1T)로 나타내었으며, 그 범위에 있어서 부분적 또는 전체적 형상의 변화가 일어날 수 있다. 이 범위는 환자의 안전성에도 위험한 것이어서, 상기 범위는 절대적으로 확실하게 회피해야만 한다.
DFSR ≥ 1.5T 일 때, 펌프 속도는 증가하고, DFSR ≤ 1T일 때 감소한다(그리고 그 후 다시 증가한다). 따라서, 1T와 1.5T 사이의 동작 범위에서 안정적인 작동이 이루어진다.
직선 DFSR = 1T, DFSR = 1.5T, DFSR = 2T의 시작점이 상기 예의 다이어그램에서 원점에서 시작하지 않는다. 예를 들어 기술된 원심 펌프를 사용하는 경우, 존재하는 압력 상태에 따라서, 이 펌프에 의해 발생한 양의 유량 > 0 이 소정의 펌프속도(PS)에서 초기에 발생하고, 그래서 DFSR의 검출이 이 속도에서 초기에 시작할 수 있으며, 원하는 유량의 3/4 으로 끝나는 것을 분명하게 한다. 따라서, DFSR에 따른 T를 구하기 위해 펌프 회로에 나타나는 펌프 속도(PS) 및 펌프에 의해 발생하는 (양의 값)유량 > 0 내지 원하는 유량의 3/4 의 값을 평가하지 않으면 안된다.
일반적인 이해를 위해서, 참고된 것은 DFSR이 다른 속도의 시켄스에 대해 변화량 △flow/△speed 을 통해 DFSR 이 형성되는 것으로 한다. 따라서, 이 값은 미분 변화량으로 해석할 수 있다. 따라서, DFSR은 각각의 함수의 1차 도함수(각 지점에서 함수 △flow/△speed의 기울기)이다.
변화가 없는 역류 상태, 즉 거의 이상적인 방해가 없는 혈액 흐름에 대해서는, 그 함수에 대한 직선을 예상하며, 그로부터 도함수로 일정한 양의 DFSR이 예상된다. 이 동작은 DFSR의 변화를 예상할 수 있다. 이 동작은 순간을 확인하는데 사용된다. DFSR에 따른 임계값('T')을 구하는데 이용된다.
펌프 속도의 고려되는 범위에서 DFSR의 변화하는 값과 동일한 것을 의미하는 이러한 기울기의 변화는 흐름상태의 조건의 변화를 시사한다.
본 발명에 따른 방법은 주어진 펌프 속도로부터 주기적인 속도 간섭이 실행되며, 이러한 간섭의 더 높고 낮게 고려되는 속도에 대한 △flow/△speed 로부터 이 간섭 범위에 대한 미분 변화량 DFSR이 형성된다.
임계값(1)(DFSR의 일부분, 특별한 경우 DFSR의 절반)과 대비하여, 흐름 상태가 DFSR의 사전설정된 범위 내에서 유지되도록 펌프 속도가 제어된다. 1T 내지 1.5T의 사전설정된 범위는, 이 실시예에서는 사용가능한 역류 양에 맞춘 펌프 속도를 특징으로 하며, 이때 한 편에서는 과다한 배출이 차단되고, 다른 한 편에서는 변동하는 배출 조건하에서 사전 결정된 필요한 혈액흐름을 최선의 가능한 것으로 얻을 수 있다.
따라서, 일반적으로 혈액 흐름의 제어 방법이 중요한 것이 아니라, 최대 혈액 흐름을 위한 사전 결정된 목표 값을 가지는 흐름 상태에 펌프 속도를 맞추는 것이 중요하다.
이러한 방법의 개발에서, 혈액 순환계에 있는 산소 발생기의 가스 공급기를 제어 회로에 통합할 수 있다. 혈액 흐름은 펌프 제어에 의해 가변적으로 제어되며, 가스 유량과 가스 공급부의 산소 함유량도 또한 그때 그때의 혈액 흐름 및 환자의 요구에 자동적으로 맞춰진다. 따라서, 존재하는 혈액흐름 및 온라인으로 측정되는 혈액가스(PO₂, PCO₂)의 분압을 가스 공급의 제어를 위해 사용하는 것을 제안한다. 만일 양쪽 분압이 정상으로 있으면, 가스 혼합물 및 가스 유량을 유지할 수 있다. 만일 PO₂가 너무 작으면, 공급되는 가스 혼합물의 산소 함유량이 자동적으로 증가되며, 그리고 그 역으로도 그러하다. 이에 반해, PCO₂의 값이 너무 높으면 가스 유량을 증가시켜 제어되고, 반면에 PCO₂의 값이 너무 낮으면 가스 유량을 감소시켜 제어된다. 알고리즘은 혈액 흐름에 대해 제안된 알고리즘과 마찬가지로, 임계값 또는 한계값으로 형성가능하다.
이 경우, 산소 발생기에 있어서 차압력의 자동적인 검출, 및 차압력 또는 가스 분포의 임계값에 도달했을 때, 경보가 특히 중요하다. 그로 인하여 환자의 심장 기능 및 폐기능에 대한 초기 공급부족의 위험을 확인하고, 예를 들어 응고된 산소 발생기를 교체하는 것과 같은 적당한 조치를 취하여 해결할 수 있다.
도4는 원심 펌프의 측정된 값만을 나타냈지만, 당 기술분야의 기술인은 정맥 역류 및 혈관 또는 심실(ventricles)의 붕괴 위험의 문제가 모든 작동 모드를 이용하는 혈액 펌프의 사용 시 원리적으로 일어나며, 본 발명에 의거 해결될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
상술한 비-침습성 방법에서, 매개변수로 펌프의 유량뿐만 아니라, 이 유량에 비례하는 펌프의 변수, 예를 들면 원심 펌프의 전력 소비 또는 전류 소비 또는 축 펌프의 활성 자기 베어링의 전류 소비 또는 전력 소비도 본 발명의 범위 내에서 제어 매개변수로 사용할 수 있다.
혈액 펌프의 자동 제어방법에서는, 속도의 주기적인 간섭과, 그때 발생하는 유량 변화에 따라, 형성되는 미분 변화량 및 제어 알고리즘을 통해, 혈액 흐름의 최적화가 이루어진다. 또한, 정맥 측 또는 동맥 측에 일어날 흐름 저항상태를 구할 수도 있다.
본원은, 회전수 또는 펌프 속도의 자동적인 주기적 변화 및 그에 따라서 측정되는 펌프의 공급 용량의 변화에 의한 미분특성의 변화량 즉, 미분 유량-속도비(DFSR)가 △_공급용량/△_{회전수/펌프속도}에 따라 형성되며, 그 크기 및 경과가 혈액흐름을 최적화하는 알고리즘에 사용되는 것을 특징으로 하는 혈액 펌프의 제어방법이다.
본원은, 회전수 또는 펌프 속도의 자동적인 주기적 변화가 증가 및 감소일 수 있는 것을 특징으로 하는 방법이다.
본원은, 공급용량의 변화가 펌프 매개변수의 변화를 통해 결정되는 것을 특징으로 하는 방법이다.
본원은, 회전수 또는 펌프 속도의 변화 및 그에 따라 측정되는 펌프의 공급용량의 변화가 비-침습적으로 행해지는 것을 특징으로 하는 방법이다.
본원은, 적어도 1개의 매개변수가 침습적으로 행해지는 것을 특징으로 하는 방법이다.
본원의 의료장비는 제어 시스템을 가진 혈액 공급을 하는 펌프를 구비한 것이다.

Claims (5)

1. 혈액 순환기의 혈액 펌프를 작동하는 방법에 있어서, 상기 방법은:

   a)측정되는 미분 변화량(미분 유량-속도비: DFSR)의 평균값의 일부 값으로 임계값(T)을 구하는 단계와;

   b)혈액 펌프 속도의 감소 및 관련된 미분 유량-속도비(DFSR)의 미분 변화량의 단계적 계산을 수행하는 단계와;

   c)상기 b)단계의 미분 유량-속도비(DFSR)의 미분 변화량을 상기 a)단계의 임계값(T)과 비교하는 단계; 및

   d)상기 b)단계에 따른 미분 유량-속도비(DFSR)의 미분 변화량이 임계값(T)보다 큰지 작은지에 따라서 혈액 펌프 속도를 변경하는 단계를 포함하며;

   a')상기 각각의 미분 유량-속도비(DFSR)의 미분 변화량은 미분 혈액 공급용량과 측정되는 미분 혈액 펌프 속도와의 비율로부터 계산되며, 혈액 펌프 속도는 순환기에서 필요로 하는 혈액 유량의 3/4까지 단계적으로 증가하며, 각 변화 단계에 대한 미분 유량-속도비의 미분 변화량을 계산하는 것을 특징으로 하는 방법.
2. 제1항에 있어서, 임계값(T)은 순환기에서 필요로 하는 혈액 유량의 3/4에 도달할 때까지 검출된 측정되는 미분 유량-속도비(DFSR)의 미분 변화량의 평균값의 절반인 것을 특징으로 하는 방법.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, DFSR ≤ 1T일 때, 혈액 펌프 속도는 감소하고 그리고 그 후, 정해진 시간을 지나면 다시 증가하는 것을 특징으로 하는 방법.
4. 제1항 또는 제2항에 있어서, DFSR ≥ 1.5T일 때, 상기 혈액 펌프 속도는 증가하는 것을 특징으로 하는 방법.
5. 제1항 또는 제2항에 따르는 방법을 수행하는 장치에 있어서, 혈액 펌프 순환기는 미분 유량-속도비(DFSR)의 미분 변화량을 검출하고, 계산하고, 확인되는 미분 유량-속도비(DFSR)의 미분 변화량을 비교하는 제1수단을 포함하며, 확인되는 미분 유량-속도비(DFSR)의 미분 변화량을 임계값(T)과 비교한 결과에 따라 혈액 펌프 속도를 설정하는 장치의 제2수단이 설치된 것을 특징으로 하는 장치.

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