KR101638280B1 - 혈액정화 장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명에 의한 복합기능 필터는 혈액, 혈장, 사용된 투석액 등의 생물학적 유체(biological fluid)를 정화하기 위한 제 1 필터 및 제 2 필터, 제 1 필터와 제 2 필터의 설치공간을 제공하며 제 1 필터와 제 2 필터 외부에 흡착구간을 구획하는 하우징, 제 1 필터와 제 2 필터를 연결하는 유로구획 연결구, 및 흡착구간을 통한 유동이 발생할 수 있도록 하우징 포트를 포함하여 구성된다. 하우징은, 통형의 벽체, 벽체의 길이 방향 일측에 제 1 필터와 결합하는 제 1 캡, 벽체의 길이 방향 타측에 제 2 필터와 결합하는 제 2 캡을 포함하여 구성된다. 본 발명에 의한 혈액정화 장치는 복합기능 필터가 환자의 혈액과 직접 닿는 경우와 직접 닿지 않는 경우로 구성될 수 있다.
본 발명에 의한 복합기능 필터는 혈액 혹은 사용된 투석액을 정화하기 위하여 투석, 흡착, 혈장분리 혹은 한외여과를 한 개의 필터내에 일체화시키고 내부의 유동 흐름을 원활히 구성함으로써, 전체 장치가 간단하고, 설치 및 사용이 용이하며, 처치 비용을 절감할 수 있는 혈액정화 장치를 제공할 수 있다.
본 발명에 의한 복합기능 필터는 혈액 혹은 사용된 투석액을 정화하기 위하여 투석, 흡착, 혈장분리 혹은 한외여과를 한 개의 필터내에 일체화시키고 내부의 유동 흐름을 원활히 구성함으로써, 전체 장치가 간단하고, 설치 및 사용이 용이하며, 처치 비용을 절감할 수 있는 혈액정화 장치를 제공할 수 있다.
Description
본 발명은 혈액으로부터 독소와 노폐물을 제거하는 혈액정화 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 투석(dialysis), 흡착(adsorption), 한외여과(ultrafiltration) 또는 혈장분리(plasma separation)의 기능을 일체화한 복합기능 필터를 이용하여 전체 장치가 간단하고, 설치 및 사용이 용이하며, 궁극적으로 처치 비용을 절감할 수 있는 혈액정화 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
간과 신장은 우리 몸에서 중요한 기능을 수행한다. 간은 영양소들을 처리하며, 알부민 등의 혈장 단백질을 합성하고, 알코올이나 약물 등을 해독한다. 신장은 단백질 대사물질인 요소질소를 배출하고, 체내 잉여수분을 제거하며, 혈압을 조절하는 역할을 수행한다. 간기능이 손상되면 암모니아, 빌리루빈 등 간 대사를 통해서 제거되어 할 물질들이 체내에 쌓이게 되고, 황달, 간성 혼수, 급성 신부전, 전신전 염증반응, 나아가 다중장기 부전(multi-organ failure) 등의 합병증을 야기한다. 마찬가지로, 신장 기능에 장애가 생기면 체외로 배출되어야 할 수분 및 단백질 대사물질이 축적되고 요독증, 심혈관계 질환 등을 일으키게 된다. 이와 같이, 간 혹은 신장 기능이 저하되면 체내에 독소들이 축적되며 심각한 질병을 유발하게 된다.
급성 간부전의 경우 간이식이 유일한 치료법으로 간주되고 있지만, 2011년 발표된 미국의 OPTN/SRTR 보고서의 간이식 데이터를 보게 되면, 간이식을 기다리는 환자의 약 36% 만이 이식을 받는 것으로 알려져 있다. 한국의 경우 국립보건원 장기이식센터의 보고에 의하면 이식 대기자 중 22%만이 간이식을 받는다. 이식을 필요로 하는 환자에 비해 기증되는 공여 간의 수가 크게 부족하기 때문이다. 이는 신장이식도 마찬가지인데 전체 말기신부전 환자의 약 30% 가량만이 신장이식을 받는 것으로 알려져 있다. 간이식 혹은 신장이식이 적기에 이루어지지 못하면 혈액을 체외로 순환시켜 투석, 여과, 혹은 흡착 등의 방법을 통해 혈액 중의 독소를 제거하는 혈액정화 요법이 시행되어야 한다.
현재 임상에서 사용되고 있는 인공간 장치는 Gambro사의 MARS와 FMC사의 Prometheus라는 장비로 한정되는데, Prometheus는 혈액으로부터 혈장을 분리하고, 이온수지 흡착제를 이용하여 분리된 혈장으로부터 독소를 제거하며, 혈장분리 및 흡착 후 혈액투석이 진행되는 것으로 구성되어 있다. 즉, Prometheus는 혈장분리필터, 혈장으로부터 독소를 제거하는 두 개의 흡착필터, 그리고 혈액투석 절차를 포함하며, 이로 인하여 시스템이 복잡하고 고가의 치료비용이 요구된다.
MARS는 혈액투석과 동일하게 반투과성 막을 사이에 두고 혈액과 투석액이 유동하며 혈액과 투석액 사이에 물질 교환이 일어나는 투석필터를 통해 혈액 중의 간독소를 제거하는 것으로 구성되어 있다. 다만, 통상의 신부전 환자를 위한 혈액투석 장치와 비교해볼 때, MARS는 알부민이라는 혈장 단백질을 투석액에 혼합하여 사용함으로써 투석필터를 통하여 요독소뿐만 아니라, 각종 단백질 결합독소와 간독소를 제거할 수 있다. 이때, 알부민 투석액은 재사용되는데, 투석액 재생을 위하여 또다른 투석필터, 활성탄, 및 이온수지 흡착제가 이용된다. 따라서, 고가의 알부민뿐만 아니라 투석액 재생을 위한 여러 단계의 투석필터 및 흡착필터가 요구되며, 이로 인해 Prometheus와 마찬가지로 고가의 치료 비용이 요구된다.
이와 같은 종래의 인공간 장치의 문제점을 해결하기 위하여, 혈장분리와 흡착의 과정을 통합한 '혈액 정화장치'(대한민국등록특허 제1071402) 특허가 등록된 바 있다. 상기 '혈액 정화장치' 특허의 경우, 혈장분리와 흡착의 과정을 한 개의 필터에 구현하여 인공간 장치를 간소화하였지만, 추가로 혈액투석의 절차가 요구된다. 간부전 혹은 다중장기부전 등 집중적인 혈액정화 요법을 필요로 하는 환자의 경우, 흡착을 통해 간독소 혹은 단백질결합 독소를 제거하는 것 못지않게, 신장 기능의 저하로 인해 축적되는 요독소 혹은 수용성 독소를 제거하는 것이 중요하기 때문이다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로서, 투석의 절차, 흡착의 절차, 그리고 한외여과 혹은 혈장분리의 절차를 일체화한 복합기능의 필터를 이용하여 전체 장치가 간단하고, 설치 및 사용이 용이하며, 궁극적으로 처치 비용을 절감할 수 있는 혈액정화 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 복합기능 필터는, 혈액, 혈장, 혹은 사용된 투석액 등의 생물학적 유체(biological fluid)를 정화하기 위한 제 1 필터 및 제 2 필터, 제 1 필터와 제 2 필터의 설치 공간을 제공하며 제 1 필터 및 제 2 필터 외부에 흡착구간을 구획하는 하우징, 하우징에 설치되며 흡착구간을 통한 유동이 발생할 수 있도록 하우징 포트를 포함하여 구성된다. 하우징은 통형의 벽체, 벽체의 길이 방향 일측에 제 1 필터와 결합하는 제 1 캡, 벽체의 길이 방향 타측에 제 2 필터와 결합하는 제 2 캡을 포함하여 구성된다. 또한, 본 발명의 일실시예에 의한 복합기능 필터는 제 1 필터와 제 2 필터 사이에 유체의 누출이 없도록 제 1 필터와 제 2 필터를 연결하는 유로구획 연결구를 포함하여 구성될 수 있다.
제 1 필터와 제 2 필터는 원통형 용기에 반투과성 분리막을 충전하고 그 양단부에 폴리우레탄 등의 합성수지를 이용하여 포팅 가공한 형태를 갖는다. 제 1 및 제 2 필터는 중공사 형태의 분리막을 갖는 중공사막(hollow-fiber membrane)형 필터로 구성될 수 있다. 제 1 및 제 2 필터 용기의 내부 공간은 분리막에 의해 서로 다른 두 개의 유체가 흐르도록 구획된다.
여기서, 제 1 필터와 제 2 필터 용기에는 유체가 통과할 수 있도록 유동공(flow hole)이 설치될 수 있다. 제 1 필터와 제 2 필터는 길이 방향 중단을 중심으로 일측은 캡과 결합하며 타측은 유로구획 연결구에 결합된다. 이때, 제 1 및 제 2 필터 용기는 용기의 길이 방향 중단을 중심으로 길이 방향 양측 중 적어도 어느 한 측에 유동공이 설치되는 것을 특징으로 한다. 일례를 들어, 제 1 필터 용기의 제 1 캡과 결합되는 측에 제 1 유동공이 마련되며, 제 2 필터 용기의 제 2 캡이 위치한 측으로 치우친 위치에 제 3 유동공이 마련될 수 있다.
제 1 캡은 유체가 통과할 수 있도록 제 1 캡 포트와 제 1 필터와 결합되는 제 1 캡 필터 결합부를 포함하며, 제 1 캡이 제 1 필터와 결합함으로써 제 1 캡 포트를 통과하는 유체가 제 1 필터 분리막의 일측으로 흐르도록 구획된다. 이는 제 2 캡도 마찬가지이다. 제 2 캡은 제 2 캡 포트와 제 2 필터와 결합되는 제 2 캡 필터 결합부를 가질 수 있으며, 제 2 캡이 제 2 필터와 결합함으로써 제 2 캡 포트를 통과하는 유체가 제 2 필터 분리막의 일측으로 흐르도록 구획된다.
또한, 제 1 및 제 2 캡 중 적어도 어느 하나의 캡은, 캡을 관통하며 일단이 캡의 필터 결합부에 인접하는 통로를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다. 일례를 들어, 제 1 캡은 필터 결합부에 인접하고 타단이 캡의 외부면에 인접하는 제 1 통로를 가질 수 있다. 캡 외부면이란 흡착구간에 접하는 캡 면을 제외한 캡의 측면 혹은 캡 포트가 위치하는 면 등을 의미한다.
제 1 통로는 제 1 캡이 제 1 필터와 결합함으로써 제 1 필터 내부로 유체가 유동할 수 있는 유로를 형성하는 것을 특징으로 한다. 제 1 필터 용기의 일측이 제 1 캡 필터 결합부에 위치함으로써 제 1 필터와 제 1 캡이 결합하게 된다. 제 1 필터와 제 1 캡이 결합할 때 두 개의 유로가 구획되는데, 하나는 제 1 캡 포트를 통과하는 유체가 제 1 필터 분리막의 안쪽으로 흐르도록 구획되며, 다른 하나는 제 1 캡에 마련된 제 1 통로를 통과하는 유체가 제 1 필터 용기에 마련된 제 1 유동공을 거쳐 제 1 필터 내부로 유동하도록 구획된다. 즉, 제 1 필터와 제 1 캡의 결합을 통해 제 1 통로, 제 1 유동공, 및 제 1 필터를 연결하는 제 1 유로가 형성된다.
이와 같이, 캡과 필터의 결합을 통해 유체가 정해진 영역으로 흐르도록 한정되는데, 이는 캡과 필터의 결합부위에 화학적 접착을 통하거나, 실리콘 등 연질의 오링을 각 접착 부위에 삽입하는 등의 방법을 통해 유체가 정해진 공간 외의 타 공간으로 흐르는 것을 방지할 수 있다.
상기 흡착구간에는 독소 및 노폐물을 제거하기 위하여 흡착제가 구비된다. 흡착제는 빌리루빈(brilirubin)과 같이 혈장 단백질에 결합되어 있으며 전하를 띄고 있는 독소들을 이온 교환 기전에 의하여 제거하는 음이온 교환수지, 또는 트립토판(tryptophan) 및 중분자 크기의 수용성 독소 등을 물리적 흡착에 의해 제거하는 활성탄소 등이 이용될 수 있다. 흡착제는 파우더 형태, 알갱이 형태, 혹은 파우더 혹은 알갱이를 압착시킨 흡착제 블록의 형태 등으로 사용될 수 있으며, 본 발명의 일실시예에 의한 복합기능 필터에 포함되는 흡착제는 그 종류와 개수가 한정되지 않고, 혈액정화 요법을 필요로 하는 환자에 따라 변경되는 게 바람직하다.
하우징 포트를 통해 유입된 유체가 흡착구간 내의 흡착제와 충분히 접촉한 뒤 제 2 필터 용기에 마련된 제 3 유동공을 통해 제 2 필터로 유동할 수 있도록, 하우징 포트는 제 1 캡 혹은 제 1 캡이 위치한 측으로 치우친 벽체에 마련되며, 제 3 유동공은 제 2 필터 용기의 제 2 캡이 위치한 측으로 치우친 위치에 마련되는 게 바람직하다. 이는 흡착구간을 통한 유체의 유동이 반대 방향으로 발생할 경우에도 동일하다.
이때, 하우징 포트 및 제 3 유동공을 통해서는 흡착제의 이동이 발생하지 않는 것이 바람직하며, 이를 위해서 다양한 방법들이 이용될 수 있다. 예를 들어, 하우징 포트 혹은 제 3 유동공을 흡착제보다 작은 크기로 제작하거나, 하우징 포트 혹은 제 3 유동공을 흡착제보다 작은 크기의 기공을 갖는 메쉬필터로 감싸거나, 흡착제를 흡착제보다 작은 크기의 기공을 갖는 메쉬필터로 감싸거나, 파우더 혹은 알갱이 형태의 흡착제를 압착시킨 흡착제 블록을 이용하거나, 또는 흡착제와 하우징 포트 혹은 흡착제와 제 3 유동공 사이에 분리벽이 설치될 수 있다. 분리벽은 흡착제의 통과를 억제하기 위하여 흡착제보다 작은 크기의 기공을 갖는 구조로 제작되거나, 혹은 유체가 통과할 수 있는 지지벽에 흡착제보다 작은 크기의 기공을 갖는 메쉬필터를 부착한 형태 등으로 제작될 수 있다.
마찬가지로, 2종 이상의 흡착제가 사용된 경우 흡착제 간의 혼합을 방지하기 위하여, 흡착제를 흡착제보다 작은 크기의 기공을 갖는 메쉬필터로 감싸거나, 파우더 혹은 알갱이 형태의 흡착제를 압착시킨 흡착제 블록을 이용하거나, 흡착제 사이에 분리벽이 설치될 수 있다.
이하 복합기능 필터를 포함하여 구성되는 혈액정화 장치에 대하여 설명한다.
본 발명의 일실시예에 의한 혈액정화 장치는 복합기능 필터가 환자의 혈액과 직접 닿는 경우와 그렇지 않은 경우로 분리되어 구성될 수 있다. 먼저, 복합기능 필터가 환자의 혈액과 직접 닿는 경우, 본 발명의 일실시예에 의한 혈액정화 장치는 복합기능 필터, 복합기능 필터와 환자를 연결하는 유동관, 유동관에 설치되며 혈액을 이송시키는 펌프를 포함하여 구성될 수 있다. 복합기능 필터가 혈액과 직접 닿을 경우, 상기 제 1 필터에서는 혈액투석, 제 2 필터에서는 혈장분리가 일어나는 것이 바람직하다.
펌프에 의해 혈액이 제 2 캡을 통해 복합기능 필터로 유입되면, 제 2 필터에서 혈액으로부터 혈장이 분리된다. 제 2 필터 분리막을 가로질러 분리된 혈장은 제 2 필터 용기에 마련된 제 3 유동공을 거쳐 흡착구간으로 유동하며, 여기서 흡착제와의 접촉을 통해 독소와 노폐물이 제거된다. 흡착구간을 통과한 혈장은 하우징 포트를 거쳐 혈액이 흐르는 유동관으로 회송된다.
제 2 필터의 잔여혈액은 유로구획 연결구를 거쳐 제 1 필터로 이동하며 여기서 투석이 일어난다. 제 1 통로와 제 1 유동공을 잇는 제 1 유로를 통해 투석액이 제 1 필터로 공급되거나 배출될 수 있다. 투석액은 미리 조성된 투석액 백(bag)을 이용하거나 혹은 수처리 시스템을 통해 생성된 초순수에 pH, 전해질 농도 등을 조정하여 제조될 수 있다.
혈액은 제 2 캡으로 유입되는 것으로 한정되지 않고, 제 1 캡으로 유입되며 제 1 필터를 거치면서 투석이 먼저 일어나고, 이어서 제 2 필터를 거치면서 혈장분리가 일어나도록 구성될 수 있다. 이와 같이, 제 1 필터에서의 투석, 제 2 필터에서의 혈장분리, 그리고 흡착구간에서의 흡착을 통하여 환자의 혈액은 효율적으로 정화될 수 있다.
반대로, 복합기능 필터가 환자의 혈액과 직접 닿지 않는 경우, 본 발명의 일실시예에 의한 혈액정화 장치는, 혈액과 투석액 사이에 물질 이동이 일어나는 투석필터, 투석필터를 사이에 두고 혈액 회로(blood circuit)와 혈액으로부터 독소를 제거하기 위한 투석액 회로(dialysate circuit)를 포함하여 구성될 수 있다. 혈액 회로는 투석필터와 환자를 연결하는 유동관과 혈액을 이송시키는 펌프로 구성되며, 마찬가지로 투석액 회로는 투석액이 유동하는 유동관과 투석액을 이송시키는 펌프, 그리고 사용된 투석액을 정화시키는 복합기능 필터로 구성될 수 있다.
이때, 복합기능 필터는 사용된 투석액(used dialysate)을 정화시키는 역할을 수행한다. 복합기능 필터는 사용된 투석액으로부터 독소 및 노폐물을 제거하고, 전해질 농도를 재조정하여 투석액을 재사용하도록 한다. 복합기능 필터가 사용된 투석액을 정화할 경우, 상기 제 1 필터에서는 투석, 제 2 필터에서는 한외여과가 일어나는 것이 바람직하다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 의한 혈액정화 장치는 제 1 필터를 통한 투석, 제 2 필터를 통한 혈장분리 혹은 한외여과, 그리고 흡착구간에서의 흡착을 일체화한 복합기능 필터를 이용하여 혈액을 효율적으로 정화시킴은 물론, 전체 장치가 간단하고, 설치 및 사용이 용이하며, 처치 비용을 절감할 수 있는 혈액정화 장치를 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 의한 복합기능 필터의 내부 구성을 도시하는 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 의한 복합기능 필터의 내부 구성을 도시하는 단면 등사시도이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 의한 복합기능 필터의 내부의 결합관계를 도시하는 단면 등사시도의 분해도이다.
도 4는 유로구획 연결구를 나타낸 것이다.
도 5는 제 1 필터 및 제 2 필터의 사시도이다.
도 6은 제 1 캡을 도시한 것이다.
도 7은 제 1 캡과 제 1 필터의 결합 단면을 나타낸 것이다.
도 8은 분리벽의 사시도이다.
도 9은 본 발명의 일실시예에 의한 혈액정화 장치의 개략도이다.
도 10은 본 발명의 일실시예에 의한 복합기능 필터 내부의 일례의 유동 흐름을 도시한 것이다.
도 11은 본 발명의 일실시예에 의한 복합기능 필터 내부의 일례의 투석액 흐름을 도시한 것이다.
도 12는 투석필터의 단면도와 단면 등사시도이다.
도 13 및 도 14는 본 발명의 일실시예에 의한 복합기능 필터 내부의 일례의 유동 흐름을 도시한 것이다.
도 15 및 도 16은 제 1 필터를 통한 투석액의 유입과 유출을 분리한 본 발명의 일실시예에 의한 복합기능 필터의 단면도와 단면 등사시도이다.
도 17은 유로구획 연결구를 나타낸 것이다.
도 18은 제 1 필터 용기를 나타낸 것이다.
도 19는 제 2 통로를 갖는 제 1 캡을 도시한 것이다.
도 20은 제 1 캡, 제 1 필터, 및 유로구획 연결구의 결합 단면을 나타낸 것이다.
도 21은 제 1 필터를 통한 투석액 흐름을 도시한 것이다.
도 22 및 도 23은 제 3 유로가 제 2 캡을 통과하도록 구성된 본 발명의 일실시예에 의한 복합기능 필터의 단면도와 단면 등사시도이다.
도 24는 제 3 유동공이 설치된 제 2 필터 용기를 나타낸 것이다.
도 25는 제 3 통로를 갖는 제 2 캡을 도시한 것이다.
도 26은 제 2 캡과 제 2 필터의 결합 단면을 나타낸 것이다.
도 27은 제 3 유로가 제 2 캡을 통과하도록 구성된 본 발명의 일실시예에 의한 복합기능 필터 내부의 일례의 유동 흐름을 도시한 것이다.
도 28 및 도 29는 제 4 유로를 갖는 본 발명의 일실시예에 의한 복합기능 필터의 단면도와 단면 등사시도이다.
도 30은 유로구획 연결구를 나타낸 것이다.
도 31은 제 4 유동공이 추가로 설치된 제 2 필터 용기를 나타낸 것이다.
도 32는 제 4 통로를 추가로 갖는 제 2 캡을 도시한 것이다.
도 33은 제 2 캡, 제 2 필터, 및 유로구획 연결구의 결합 단면을 나타낸 것이다.
도 34는 제 4 유로를 갖는 본 발명의 일실시예에 의한 복합기능 필터 내부의 일례의 유동 흐름을 도시한 것이다.
도 35 및 도 36은 유로구획 연결구 유동공을 갖는 본 발명의 일실시예에 의한 복합기능 필터의 단면도와 단면 등사시도이다.
도 37은 유로구획 연결구 유동공이 설치된 유로구획 연결구를 나타낸 것이다.
도 38은 제 2 캡, 제 2 필터, 및 유로구획 연결구의 결합 단면을 나타낸 것이다.
도 39는 유로구획 연결구 유동공을 갖는 본 발명의 일실시예에 의한 복합기능 필터 내부의 일례의 유동 흐름을 도시한 것이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 의한 복합기능 필터의 내부 구성을 도시하는 단면 등사시도이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 의한 복합기능 필터의 내부의 결합관계를 도시하는 단면 등사시도의 분해도이다.
도 4는 유로구획 연결구를 나타낸 것이다.
도 5는 제 1 필터 및 제 2 필터의 사시도이다.
도 6은 제 1 캡을 도시한 것이다.
도 7은 제 1 캡과 제 1 필터의 결합 단면을 나타낸 것이다.
도 8은 분리벽의 사시도이다.
도 9은 본 발명의 일실시예에 의한 혈액정화 장치의 개략도이다.
도 10은 본 발명의 일실시예에 의한 복합기능 필터 내부의 일례의 유동 흐름을 도시한 것이다.
도 11은 본 발명의 일실시예에 의한 복합기능 필터 내부의 일례의 투석액 흐름을 도시한 것이다.
도 12는 투석필터의 단면도와 단면 등사시도이다.
도 13 및 도 14는 본 발명의 일실시예에 의한 복합기능 필터 내부의 일례의 유동 흐름을 도시한 것이다.
도 15 및 도 16은 제 1 필터를 통한 투석액의 유입과 유출을 분리한 본 발명의 일실시예에 의한 복합기능 필터의 단면도와 단면 등사시도이다.
도 17은 유로구획 연결구를 나타낸 것이다.
도 18은 제 1 필터 용기를 나타낸 것이다.
도 19는 제 2 통로를 갖는 제 1 캡을 도시한 것이다.
도 20은 제 1 캡, 제 1 필터, 및 유로구획 연결구의 결합 단면을 나타낸 것이다.
도 21은 제 1 필터를 통한 투석액 흐름을 도시한 것이다.
도 22 및 도 23은 제 3 유로가 제 2 캡을 통과하도록 구성된 본 발명의 일실시예에 의한 복합기능 필터의 단면도와 단면 등사시도이다.
도 24는 제 3 유동공이 설치된 제 2 필터 용기를 나타낸 것이다.
도 25는 제 3 통로를 갖는 제 2 캡을 도시한 것이다.
도 26은 제 2 캡과 제 2 필터의 결합 단면을 나타낸 것이다.
도 27은 제 3 유로가 제 2 캡을 통과하도록 구성된 본 발명의 일실시예에 의한 복합기능 필터 내부의 일례의 유동 흐름을 도시한 것이다.
도 28 및 도 29는 제 4 유로를 갖는 본 발명의 일실시예에 의한 복합기능 필터의 단면도와 단면 등사시도이다.
도 30은 유로구획 연결구를 나타낸 것이다.
도 31은 제 4 유동공이 추가로 설치된 제 2 필터 용기를 나타낸 것이다.
도 32는 제 4 통로를 추가로 갖는 제 2 캡을 도시한 것이다.
도 33은 제 2 캡, 제 2 필터, 및 유로구획 연결구의 결합 단면을 나타낸 것이다.
도 34는 제 4 유로를 갖는 본 발명의 일실시예에 의한 복합기능 필터 내부의 일례의 유동 흐름을 도시한 것이다.
도 35 및 도 36은 유로구획 연결구 유동공을 갖는 본 발명의 일실시예에 의한 복합기능 필터의 단면도와 단면 등사시도이다.
도 37은 유로구획 연결구 유동공이 설치된 유로구획 연결구를 나타낸 것이다.
도 38은 제 2 캡, 제 2 필터, 및 유로구획 연결구의 결합 단면을 나타낸 것이다.
도 39는 유로구획 연결구 유동공을 갖는 본 발명의 일실시예에 의한 복합기능 필터 내부의 일례의 유동 흐름을 도시한 것이다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일실시예에 의한 복합기능 필터 및 이를 포함하여 구성되는 혈액정화 장치를 상세히 설명한다.
본 발명을 설명함에 있어서, 도면에 도시된 구성요소의 크기나 형상 등은 설명의 명료성과 편의성을 위해 과장되거나 단순화되어질 수 있다. 또한, 본 발명의 구성 및 작용을 고려하여 특별히 정의된 용어들은 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 이러한 용어들은 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야 한다.
도 1 내지 도 3은 본 발명의 일실시예에 의한 복합기능 필터(10)를 도시한 것이다. 도 1은 복합기능 필터의 내부 구성을 도시하는 단면도이며, 도 2는 단면 등사시도, 도 3은 단면 등사시도의 분해도를 나타낸 것이다. 본 발명의 일실시예에 의한 복합기능 필터(10)는 혈액, 혈장, 혹은 사용된 투석액 등의 생물학적 유체(biological fluid)를 정화하기 위한 제 1 필터(20), 역시 생물학적 유체를 정화하기 위한 제 2 필터(30), 상기 제 1 필터와 제 2 필터의 설치 공간을 제공하는 한편, 제 1 필터 및 제 2 필터 외부에 흡착구간(12)을 구획하는 하우징, 및 하우징에 설치되며 흡착구간을 통한 유동이 발생할 수 있도록 하우징 포트(13)를 포함하여 구성된다. 하우징은 통형의 벽체(11), 벽체의 길이 방향 일측에 제 1 필터와 결합하는 제 1 캡(40), 벽체의 길이 방향 타측에 제 2 필터와 결합하는 제 2 캡(50)을 포함하여 구성된다. 도 1 내지 도 3에서는 하우징 포트(13)가 제 1 캡이 위치한 측으로 치우친 벽체(11)에 설치된 것을 알 수 있다. 하우징 포트는 제 1 캡, 제 2 캡, 혹은 제 2 캡이 위치한 측으로 치우친 벽체에 설치될 수 있다.
또한, 본 발명의 일실시예에 의한 복합기능 필터(10)는 제 1 필터와 제 2 필터 사이에 유체의 누출이 없도록 제 1 필터와 제 2 필터를 연결하는 유로구획 연결구(60)를 포함하여 구성될 수 있다. 도 4에 도시한 것과 같이, 유로구획 연결구는 제 1 및 제 2 필터와 각각 결합되는 연결부(61, 62)를 가질 수 있다. 유로구획 연결구는 제 1 필터와 제 2 필터의 결합을 견고히 하기 위하여 치수 및 모양이 변경될 수 있다.
도 5에 도시한 것처럼, 제 1 필터(20)와 제 2 필터(30)는 원통형 용기(21, 31)에 반투과성 분리막(22, 32)을 충전하고 그 양단부에 폴리우레탄 등의 합성수지를 이용하여 포팅 가공한 형태를 갖는다. 도 5에 도시한 필터는 중공사 형태의 분리막을 갖는 중공사막(hollow-fiber membrane)형 필터인 것을 알 수 있는데, 중공사막형 필터는 크기가 작은 것에 비해 물질 전달 효율이 우수한 장점이 있다. 하지만, 본 발명의 일실시예에 의한 제 1 및 제 2 필터는 중공사막으로 구성되는 것으로 한정되지 않고, 평막 등 다른 형태의 분리막으로 구성될 수 있다. 제 1 및 제 2 필터 용기(21, 31)의 내부 공간은 분리막(22, 32)에 의해 서로 다른 두 개의 유체가 흐르도록 구획된다.
여기서, 제 1 필터와 제 2 필터 용기에는 유체가 통과할 수 있도록 유동공(flow hole)이 설치될 수 있다. 도 1 내지 도 3에서 알 수 있듯이, 제 1 필터와 제 2 필터는 길이 방향 중단을 중심으로 일측은 캡과 결합하며 타측은 유로구획 연결구에 결합된다. 이때, 제 1 및 제 2 필터 용기(21, 31)는 용기의 길이 방향 중단을 중심으로 길이 방향 양측 중 적어도 어느 한 측에 유동공이 설치되는 것을 특징으로 한다. 일례를 들어, 도 5에 도시한 것과 같이, 제 1 필터 용기(21)의 제 1 캡과 결합되는 측에 제 1 유동공(23)이 마련되며, 제 2 필터 용기(31)의 제 2 캡이 위치한 측으로 치우친 위치에 제 3 유동공(33)이 마련될 수 있다. 유동공(23, 33)은 유동이 용이하게 발생할 수 있도록 용기(21, 31)의 원주방향을 둘러싸도록 다수 개 설치되는 것이 바람직하다.
도 6은 제 1 캡(40)을 도시한 것이다. 제 1 캡은 유체가 통과할 수 있도록 제 1 캡 포트(41)와 제 1 필터와 결합되는 제 1 캡 필터 결합부(42)를 포함하며, 제 1 캡이 제 1 필터와 결합함으로써 제 1 캡 포트(41)를 통과하는 유체가 제 1 필터 분리막(22)의 일측, 혹은 중공사 분리막의 경우 분리막의 안쪽으로 흐르도록 구획된다. 이는 제 2 캡(50)도 마찬가지이다. 제 2 캡은 제 2 캡 포트(51)와 제 2 필터와 결합되는 제 2 캡 필터 결합부(52)를 가질 수 있으며, 제 2 캡이 제 2 필터와 결합함으로써 제 2 캡 포트(51)를 통과하는 유체가 제 2 필터 분리막(32)의 일측, 혹은 중공사 분리막의 경우 분리막 안쪽으로 흐르도록 구획된다. 도면에서 필터 결합부(42, 52)는 필터의 일측이 삽입될 수 있는 오목한 홈의 형태로 도시되었는데, 필터 결합부는 도시한 형상으로 한정되지 않고 필터와 캡이 결합될 수 있도록 치수와 모양이 변경될 수 있다.
또한, 제 1 및 제 2 캡(40, 50) 중 적어도 어느 하나의 캡은, 캡을 관통하며 일단이 캡의 필터 결합부(42, 52)에 인접하는 통로를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다. 일례를 들어, 도 6은 일단이 필터 결합부(42)에 인접하고 타단이 캡의 외부면에 인접하도록 제 1 캡(40)을 관통하는 제 1 통로(43)를 도시하였다. 캡 외부면이란 흡착구간(12)에 접하는 캡 면을 제외한 캡의 측면 혹은 캡 포트(41, 51)가 위치하는 면 등을 의미한다. 캡 외부면은 복합기능 필터의 외부에 해당하는 것을 알 수 있다.
제 1 통로(43)는 제 1 캡이 제 1 필터와 결합함으로써 제 1 필터 내부로 유체가 유동할 수 있는 유로를 형성하는 것을 특징으로 한다. 도 7은 제 1 캡(40)과 제 1 필터(20)의 결합을 통해 생성되는 제 1 유로(71)를 도시한 것이다. 제 1 필터 용기(21)의 일측이 제 1 캡 필터 결합부(42)에 위치함으로써 제 1 필터와 제 1 캡이 결합하게 된다. 제 1 필터와 제 1 캡이 결합할 때 두 개의 유로가 구획되는데, 하나는 제 1 캡 포트(41)를 통과하는 유체가 제 1 필터 분리막(22)의 안쪽으로 흐르도록 구획되며, 다른 하나는 제 1 캡에 마련된 제 1 통로(43)를 통과하는 유체가 제 1 필터 용기에 마련된 제 1 유동공(23)을 거쳐 제 1 필터 내부로 유동하도록 구획된다. 즉, 제 1 필터와 제 1 캡의 결합을 통해 제 1 통로(43), 제 1 유동공(23), 및 제 1 필터(20)를 연결하는 제 1 유로(71)가 형성된다.
이와 같이, 캡(40, 50)과 필터(20, 30)의 결합을 통해 유체가 정해진 영역으로 흐르도록 한정되는데, 이는 캡과 필터의 결합부위에 화학적 접착을 통하거나, 실리콘 등 연질의 오링을 각 접착 부위에 삽입하는 등의 방법을 통해 유체가 정해진 공간 외의 타 공간으로 흐르는 것을 방지할 수 있다.
상기 흡착구간(12)에는 독소 및 노폐물을 제거하기 위하여 흡착제가 구비된다. 흡착제는 빌리루빈(brilirubin)과 같이 혈장 단백질에 결합되어 있으며 전하를 띄고 있는 독소들을 이온 교환 기전에 의하여 제거하는 음이온 교환수지, 또는 트립토판(tryptophan) 및 중분자 크기의 수용성 독소 등을 물리적 흡착에 의해 제거하는 활성탄소 등이 이용될 수 있다. 흡착제는 파우더 형태, 알갱이 형태, 혹은 파우더 혹은 알갱이를 압착시킨 흡착제 블록의 형태 등으로 사용될 수 있으며, 본 발명의 일실시예에 의한 복합기능 필터에 포함되는 흡착제는 그 종류와 개수가 한정되지 않고, 혈액정화 요법을 필요로 하는 환자에 따라 변경되는 게 바람직하다.
하우징 포트(13)를 통해 유입된 유체가 흡착구간 내의 흡착제와 충분히 접촉한 뒤 제 2 필터 용기(31)에 마련된 제 3 유동공(33)을 통해 제 2 필터로 유동할 수 있도록, 하우징 포트는 제 1 캡(40) 혹은 제 1 캡이 위치한 측으로 치우친 벽체(11)에 마련되며, 제 3 유동공은 제 2 필터 용기의 제 2 캡이 위치한 측으로 치우친 위치에 마련되는 게 바람직하다. 이는 흡착구간을 통한 유체의 유동이 반대 방향으로 발생할 경우에도 동일하다. 즉, 제 2 필터의 유체가 제 3 유동공을 통해 흡착구간에 유입된 후, 흡착구간을 거쳐 하우징 포트를 통해 배출될 수 있다.
이때, 하우징 포트(13) 및 제 3 유동공(33)을 통해서는 흡착제의 이동이 발생하지 않는 것이 바람직하며, 이를 위해서 다양한 방법들이 이용될 수 있다. 예를 들어, 하우징 포트 혹은 제 3 유동공을 흡착제보다 작은 크기로 제작하거나, 하우징 포트 혹은 제 3 유동공을 흡착제보다 작은 크기의 기공을 갖는 메쉬필터로 감싸거나, 흡착제를 흡착제보다 작은 크기의 기공을 갖는 메쉬필터로 감싸거나, 파우더 혹은 알갱이 형태의 흡착제를 압착시킨 흡착제 블록을 이용하거나, 또는 도 2에 도시한 것과 같이, 흡착제와 하우징 포트 혹은 흡착제와 제 3 유동공 사이에 분리벽(14)이 설치될 수 있다. 분리벽은 흡착제의 통과를 억제하기 위하여 흡착제보다 작은 크기의 기공을 갖는 구조로 제작되거나, 혹은 도 8에 도시한 것과 같이, 유체가 통과할 수 있는 지지벽(14a)에 흡착제보다 작은 크기의 기공을 갖는 메쉬필터(14b)를 부착한 형태 등으로 제작될 수 있다.
마찬가지로, 2종 이상의 흡착제가 사용된 경우 흡착제 간의 혼합을 방지하기 위하여, 흡착제를 흡착제보다 작은 크기의 기공을 갖는 메쉬필터로 감싸거나, 파우더 혹은 알갱이 형태의 흡착제를 압착시킨 흡착제 블록을 이용하거나, 흡착제 사이에 분리벽(14)이 설치될 수 있다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 복합기능 필터(10)를 포함하여 구성되는 혈액정화 장치(80)에 대하여 상세히 설명한다.
본 발명의 일실시예에 의한 혈액정화 장치는 복합기능 필터가 환자의 혈액과 직접 닿는 경우와 그렇지 않은 경우로 분리되어 구성될 수 있다. 먼저, 복합기능 필터가 환자의 혈액과 직접 닿는 경우, 도 9(a)에 도시한 것과 같이, 본 발명의 일실시예에 의한 혈액정화 장치는 복합기능 필터(10), 복합기능 필터와 환자를 연결하는 유동관(81), 유동관에 설치되며 혈액을 이송시키는 펌프(82)를 포함하여 구성될 수 있다. 복합기능 필터가 혈액과 직접 닿을 경우, 상기 제 1 필터(20)에서는 혈액투석, 제 2 필터(30)에서는 혈장분리가 일어나는 것이 바람직하다.
도 10에 도시한 것과 같이, 펌프(82)에 의해 혈액이 제 2 캡(50)을 통해 복합기능 필터로 유입되면, 제 2 필터(30)에서 혈액으로부터 혈장이 분리된다. 제 2 필터 분리막(32)을 가로질러 분리된 혈장은 제 2 필터 용기에 마련된 제 3 유동공(33)을 거쳐 흡착구간(12)으로 유동하며, 여기서 흡착제와의 접촉을 통해 독소와 노폐물이 제거된다. 흡착구간을 통과한 혈장은 하우징 포트(13)를 거쳐 혈액이 흐르는 유동관(81)으로 회송된다.
제 2 필터의 잔여혈액은 유로구획 연결구(60)를 거쳐 제 1 필터(20)로 이동하며 여기서 투석이 일어난다. 제 1 필터 분리막의 일측, 혹은 중공사막의 경우 분리막의 안쪽으로 유동하는 혈액을 정화하기 위하여, 투석액(dialysate)이 제 1 필터 분리막의 타측, 혹은 중공사막의 경우 분리막의 바깥쪽으로 공급된다. 도 11에 도시한 것과 같이 제 1 통로와 제 1 유동공을 잇는 제 1 유로(71)를 통해 투석액이 제 1 필터로 공급되거나 배출될 수 있다. 이와 같이, 본 발명의 일실시예에 의한 혈액정화 장치가 한 개의 투석액 유로를 가질 경우, 투석액이 제 1 필터로 공급되는 시간과 제 1 필터로부터 배출되는 시간이 교번하여 발생하는 것이 바람직하다. 투석액은 미리 조성된 투석액 백(bag)을 이용하거나 혹은 수처리 시스템을 통해 생성된 초순수에 pH, 전해질 농도 등을 조정하여 제조될 수 있다.
혈액은 제 2 캡으로 유입되는 것으로 한정되지 않고, 제 1 캡으로 유입되며 제 1 필터를 거치면서 투석이 먼저 일어나고, 이어서 제 2 필터를 거치면서 혈장분리가 일어나도록 구성될 수 있다. 분리된 혈장은 역시 제 3 유동공을 거쳐 흡착구간으로 이동하며, 흡착구간을 거친 혈장은 혈액 유동관으로 회수된다. 이와 같이, 제 1 필터에서의 투석, 제 2 필터에서의 혈장분리, 그리고 흡착구간에서의 흡착을 통하여 환자의 혈액은 효율적으로 정화될 수 있다.
반대로, 복합기능 필터(10)가 환자의 혈액과 직접 닿지 않는 경우, 본 발명의 일실시예에 의한 혈액정화 장치(80)는 도 9(b)에 도시한 것과 같이, 혈액과 투석액 사이에 물질 이동이 일어나는 투석필터(83), 투석필터를 사이에 두고 혈액 회로(blood circuit)와 혈액으로부터 독소를 제거하기 위한 투석액 회로(dialysate circuit)를 포함하여 구성될 수 있다. 혈액 회로는 투석필터와 환자를 연결하는 유동관(81)과 혈액을 이송시키는 펌프(82)로 구성되며, 마찬가지로 투석액 회로는 투석액이 유동하는 유동관(81)과 투석액을 이송시키는 펌프(82), 그리고 사용된 투석액을 정화시키는 복합기능 필터(10)로 구성될 수 있다.
투석필터(83)는 도 12에 도시한 것과 같이, 내부 공간을 갖는 투석필터 용기(83a)와 용기의 내부 공간에 수용되는 투석막(83b)을 포함하며, 용기의 내부 공간은 투석막에 의해 혈액 유동영역과 투석액 유동영역으로 구획된다. 투석필터 용기의 일단과 타단에는 혈액 유입구(83c)와 혈액 유출구(83d)가 마련되고, 용기의 외주면 상하부에는 투석액 유입구(83e)와 투석액 유출구(83f)가 마련된다. 투석필터(83) 내에서 혈액과 투석액은 투석막(83b)을 사이에 두고 서로 분리된 공간을 유동하며, 이때 혈액 중의 독소와 노폐물, 잉여수분 등이 확산, 대류 등의 원리에 의해 투석막을 가로질러 투석액 영역으로 제거된다.
이때, 복합기능 필터(10)는 사용된 투석액(used dialysate)을 정화시키는 역할을 수행한다. 전술한 바와 같이, 투석액은 수처리 시스템을 통해 생성된 초순수에 bicarbonate, sodium 등 여러 전해질 농도와 pH 등을 조정하여 제조된다. 특히, 간투석에서는 투석액에 알부민과 같은 혈장 단백질을 추가로 포함하여 조성되는데, 알부민은 혈액 혹은 혈장에 존재하는 단백질 결합 독소를 제거하는 매개체로 작용할 수 있다. 복합기능 필터(10)는 사용된 투석액으로부터 독소 및 노폐물을 제거하고, 전해질 농도를 재조정하여 투석액을 재사용하도록 한다. 재생된 투석액은 투석액 레저버(84)에 저장된 후 투석필터로 공급될 수 있다.
도 13은 사용된 투석액을 정화시키는 복합기능 필터(10) 내부의 일례의 유동 흐름을 도시한 것이다. 펌프(82)에 의해 사용된 투석액이 제 2 캡 포트(51)를 통해 제 2 필터(30)로 유입된다. 이때, 유입되는 투석액의 일부가 분리되어 흡착구간(12)으로 유동하며, 여기서 흡착제와의 접촉을 통해 투석액 중의 독소가 제거될 수 있다. 흡착구간을 거친 투석액은 제 2 필터 용기(31)에 마련된 제 3 유동공(33)을 거쳐 제 2 필터로 유입되며, 여기서 제 2 필터 분리막을 가로질러 제 2 필터 안쪽의 투석액과 병합하게 된다.
여기서, 복합기능 필터(10)로 유입되는 투석액 중에 흡착구간을 통과하도록 분리되는 투석액의 양은 정해진 값을 갖는 것이 아니다. 투석액 중의 흡착에 의해 제거되어야 하는 독소의 양, 혹은 복합기능 필터을 통과하는 투석액 유동의 안정성 등을 고려하여 조절될 수 있다. 따라서, 사용된 투석액의 전부가 흡착구간을 통과하도록 구성되거나, 혹은 반대로 사용된 투석액이 모두 제 2 캡을 통과하도록 구성될 수 있다.
이어서, 제 2 필터를 통과한 투석액은 유로구획 연결구(60)를 거쳐 제 1 필터(20)로 유동하며, 여기서 투석에 의해 사용된 투석액은 한번 더 정화된다. 제 1 필터 분리막 안쪽의 사용된 투석액을 정화하기 위하여 요구되는 깨끗한 투석액(fresh dialysate)이 상기 제 1 유로(71)를 통해 공급되고 배출된다.
복합기능 필터(10)를 통한 투석액 흐름은 제 2 캡(50)으로 유입되는 것으로 한정되지 않는다. 사용된 투석액이 제 1 캡(40)으로 유입되며 제 1 캡으로 유입되는 투석액의 일부가 분리되어 흡착구간을 지나도록 구성될 수 있다. 분리되지 않은 투석액은 제 1 필터(20)를 거치면서 투석이 먼저 일어난 후 제 2 필터(30)로 유동한다. 제 2 필터에서 흡착구간을 거친 투석액과 병합하게 되며, 제 2 필터를 통과한 투석액은 투석필터(83)로 재공급될 수 있다.
뿐만 아니라, 본 발명의 일실시예에 의한 복합기능 필터(10)를 통한 투석액 흐름은 도 14에 도시한 것과 같이, 제 1 캡으로 투석액이 유입되며 제 1 필터에서 투석이 먼저 일어난다. 이어서 제 2 필터에서 투석액의 일부가 제 2 필터 분리막(32)을 가로질러 한외여과된다. 여과된 투석액은 제 3 유동공(33)을 거쳐 흡착구간으로 유동하며 여기서 흡착에 의해 독소들이 제거된다. 흡착구간을 거친 투석액은 투석액이 흐르는 유동관(81)으로 회송될 수 있다.
마찬가지로, 제 2 필터에서 한외여과를 통해 분리되는 투석액의 양은 정해진 값을 갖는 것이 아니라, 흡착 효율과 유동 안정성을 고려하여 조절되는 게 바람직하다. 이와 같이, 본 발명의 일실시예에 의한 복합기능 필터(10)는 투석액 정화 효율과 투석액 유동의 안정성을 고려하여 투석액 흐름을 다양하게 구성할 수 있는 것을 특징으로 한다.
여기서, 펌프(82)는 혈액, 혈장 혹은 투석액을 이송시킬 수 있는 다양한 방법이 이용될 수 있다. 도 9 및 도 10에 도시한 펌프(82)는 유동관(81)을 압착함으로써 내부의 유체를 이송시키는 롤러와 롤러를 회전시키는 롤러 구동부로 구성된 롤러 펌프를 도시하였다. 하지만, 본 발명의 일실시예에 의한 펌프는 롤러와 롤러 구동부로 구성되는데 한정되지 않고, 원심력을 가함으로써 유체를 이송시키는 원심펌프, 유동관을 가압하는 유동관 가압부재와 가압부재 구동기로 구성된 유동관 가압펌프, 실린더와 실린더를 압축 혹은 팽창시키는 피스톤으로 구성된 피스톤 펌프, 혹은 공기압 구동기(pneumatic driver)를 이용하여 유체 주머니(sac)를 압축 혹은 팽창시키는 공기압 펌프(pneumatic pump) 등 유체를 이송시킬 수 있는 다양한 형태로 변경될 수 있다.
이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 의한 복합기능 필터(10)는 제 1 필터를 통한 투석(dialysis), 제 2 필터를 통한 혈장분리(plasma separation) 혹은 한외여과(ultrafiltration), 그리고 흡착구간에서의 흡착(adsorption)을 통해 혈액 혹은 사용된 투석액을 정화시킬 수 있다.
여기서, 본 발명의 일실시예에 의한 복합기능 필터(10)는 제 1 필터(20)에서 투석액이 공급되는 유로와 배출되는 유로가 분리되도록 변경될 수 있다. 제 1 필터 분리막(22)의 일측으로 혈액 혹은 사용된 투석액이 유동할 때, 깨끗한 투석액이 제 1 필터 분리막의 타측을 유동한다. 이때 깨끗한 투석액이 제 1 필터로 공급되는 유로와 제 1 필터로부터 배출되는 유로가 분리됨으로써 투석효율은 더욱더 증대될 수 있다. 도 15 및 도 16은 제 1 필터를 통한 투석액의 공급과 배출을 분리하기 위하여 제 1 유로(71)뿐만 아니라, 추가로 제 2 유로를 갖는 본 발명의 일실시예에 의한 복합기능 필터(10)를 도시한 것이다.
이를 위해, 유로구획 연결구(60)는 도 17에 도시한 것과 같이, 연결부(61, 62)뿐만 아니라, 제 1 필터(20)를 수용하며 제 1 필터 외부에 투석액 유로를 구획할 수 있는 제 1 필터 수용공간(63)을 가지며, 제 1 필터 수용공간의 일단, 즉 유로구획 연결구의 일단은 상기 제 1 캡에 결합되는 게 바람직하다.
또한, 제 1 필터 용기(21)에는 용기의 원주방향을 둘러싸도록 제 2 유동공(24)이 추가로 설치된다. 제 2 유동공은 용기의 길이 방향 중단을 중심으로 상기 제 1 유동공(23)의 반대편 측에 설치되는 게 바람직하다. 뿐만 아니라, 제 1 캡(40)에는 필터 결합부(42)와 캡 외부면을 연결하는 제 1 통로(43) 외에, 캡을 관통하며 캡의 흡착구간에 접하는 면과 캡 외부면을 연결하는 제 2 통로(44)가 추가로 설치된다. 도 18과 도 19는 제 2 유동공이 설치된 제 1 필터 용기(21)와 제 2 통로를 갖는 제 1 캡(40)을 도시한 것이다.
제 2 유로(72)는 유로구획 연결구(60), 제 1 필터(20), 그리고 제 1 캡(40)의 결합을 통해 형성될 수 있다. 도 20(a)와 20(b)에 도시한 것과 같이, 제 1 필터(20)가 유로구획 연결구(60)의 제 1 필터 수용공간(63)에 위치하고 제 1 필터의 일단이 유로구획 연결구의 연결부(61)에 결합되면, 제 1 필터 내부의 투석액은 제 2 유동공(24)을 거쳐 제 1 필터 수용공간(63)으로 흐르도록 구획된다. 이어서, 도 20(c)에 도시한 것과 같이, 유로구획 연결구(60)와 제 1 캡(40)이 결합하게 되면 제 1 필터 수용공간(63)을 흐르는 투석액이 제 1 캡에 마련된 제 2 통로(44)를 통과하도록 구획된다. 이와 같이, 제 1 필터, 유로구획 연결구, 제 1 캡의 결합을 통하여, 제 1 필터, 제 2 유동공, 제 1 필터 수용공간, 및 제 2 통로를 연결하는 제 2 유로(72)가 형성된다. 제 1 및 제 2 유로(71, 72) 중 어느 하나의 유로를 통해 투석액이 공급되면 다른 하나의 유로를 통해 투석액이 배출되는 게 바람직하다. 도 21은 일례의 투석액 유동을 도시한 것으로써 투석액이 제 1 유로를 통해 제 1 필터로 공급되며 제 2 유로를 통해 배출되는 것을 도시한 것이다.
이와 같이, 제 1 캡(40)과 제 1 필터(20), 그리고 유로구획 연결구(60)의 결합을 통해 투석액이 정해진 영역으로 흐르도록 한정되는데, 이는 제 1 캡과 제 1 필터, 제 1 캡과 유로구획 연결구, 그리고 제 1 필터와 유로구획 연결구의 각 결합부위에 화학적 접착을 통하거나, 실리콘 등 연질의 오링을 각 접착부위에 삽입하는 등의 방법으로 투석액이 정해진 공간을 흐르도록 구획한다.
도 10 또는 도 14에 도시한 복합기능 필터(10) 내부의 유동 흐름을 살펴보면 제 2 필터(30)에서 분리된 혈장 혹은 한외여과된 투석액은 제 3 유동공(33)을 거쳐 흡착구간으로 이동한다. 즉, 제 2 필터와 흡착구간은 제 3 유동공을 통해 서로 연결되는 구조임을 알 수 있다. 하지만, 본 발명의 일실시예에 의한 복합기능 필터는 제 2 필터 용기에 마련된 제 3 유동공을 통하여 제 2 필터와 흡착구간 사이에 유동이 발생하는 것으로 한정되지 않는다.
도 22 및 도 23에 도시한 것과 같이, 본 발명의 일실시예에 의한 복합기능 필터(10)는 제 2 필터(30)의 유체가 제 2 캡을 거쳐 복합기능 필터 외부로 배출된 후, 흡착구간으로 다시 공급될 수 있다. 따라서, 도 24에 도시한 것과 같이, 제 2 필터 용기(31)의 측벽에 설치되었던 제 3 유동공(33)은 용기의 제 2 캡(50)과 결합되는 측에 설치되도록 변경되며, 제 2 캡(50)에는 캡을 관통하며 일단이 필터 결합부(52)에 인접하고 타단이 제 2 캡 외부면에 닿는 제 3 통로(53)가 설치된다. 도 25는 제 3 통로가 설치된 제 2 캡을 도시한 것이다.
제 2 필터 용기(31)의 일단이 제 2 캡 필터 결합부(52)에 위치함으로써 제 2 필터(30)와 제 2 캡(50)은 결합하게 된다. 도 26에 도시한 것과 같이, 제 2 필터와 제 2 캡이 결합할 때, 제 3 유동공(33)을 통과하는 유체가 제 2 캡에 마련된 제 3 통로(53)를 통과하도록 구획되는 것을 알 수 있다. 즉, 제 2 필터와 제 2 캡의 결합을 통해 제 2 필터(30), 제 3 유동공(33), 그리고 제 3 통로(53)를 연결하는 제 3 유로(73)가 형성된다. 이를 통해 제 2 필터 내부의 유체가 외부로 배출된 후, 흡착구간으로 공급될 수 있다.
도 27은 상기 제 3 유로를 갖는 본 발명의 일실시예에 의한 복합기능 필터(10) 내부의 일례의 유동 흐름을 도시한 것이다. 제 2 필터(30)에서 분리된 혈장 혹은 한외여과된 투석액이 제 3 유로(73)를 통해 배출되며, 이어서 제 3 통로(53)와 하우징 포트(13)를 연결하는 유동관(81)을 거쳐 흡착구간으로 공급된다. 이때, 흡착구간을 통한 유동을 보다 원활히 하기 위하여 제 3 통로(43)와 하우징 포트(13)를 연결하는 유동관에 펌프(82)가 설치될 수 있다.
여기서, 제 1 필터(20)를 통한 투석액의 공급과 배출을 분리하기 위하여 설치된 제 1 및 제 2 유로(71, 72)와 마찬가지로, 제 2 필터(30)를 통한 유체의 유출과 유입을 위하여 제 3 유로(73)뿐만 아니라, 추가로 제 4 유로를 갖도록 변경될 수 있다. 도 28 및 도 29는 제 2 필터(30) 외부에 제 4 유로를 갖는 본 발명의 일실시예에 의한 복합기능 필터를 도시한 것이다.
제 4 유로를 형성하기 위하여 유로구획 연결구(60)는 도 30에 도시한 것과 같이, 제 2 필터를 수용하며 제 2 필터 외부에 유로를 구획할 수 있는 제 2 필터 수용공간(64)을 가지며, 제 2 필터 수용공간의 일단, 즉 유로구획 연결구의 일단은 상기 제 2 캡에 결합되는 게 바람직하다.
또한, 제 2 필터 용기(31)에는 용기의 원주방향을 둘러싸도록 제 4 유동공(34)이 추가로 설치된다. 제 4 유동공은 용기의 길이 방향 중단을 중심으로 상기 제 3 유동공(33)의 반대편 측에 설치되는 게 바람직하다. 또한, 제 2 캡(50)에는 캡을 관통하며 캡의 흡착구간에 접하는 면과 캡 외부면을 연결하는 제 4 통로(54)가 추가로 설치된다. 도 31과 도 32는 각각 제 4 유동공 및 제 4 통로를 갖는 제 2 필터 용기와 제 2 캡을 도시한 것이다.
도 33은 유로구획 연결구(60), 제 2 필터(30), 그리고 제 2 캡(50)의 결합을 통해 형성되는 제 4 유로(74)를 도시한 것이다. 도 33(a)와 33(b)에 도시한 것과 같이, 제 2 필터(30)가 유로구획 연결구(60)의 제 2 필터 수용공간(64)에 위치하고 제 2 필터의 일단이 유로구획 연결구의 연결부(62)에 결합되면, 제 2 필터 내부의 유체는 제 4 유동공(34)을 거쳐 제 2 필터 수용공간(64)으로 흐르도록 구획된다. 이어서, 도 33(c)에 도시한 것과 같이, 유로구획 연결구(60)와 제 2 캡(50)이 결합하면 제 2 필터 수용공간(64)을 흐르는 유체가 제 2 캡에 마련된 제 4 통로(54)를 통과하도록 구획된다. 즉, 제 2 필터, 유로구획 연결구, 제 2 캡의 결합을 통하여, 제 2 필터, 제 4 유동공, 제 2 필터 수용공간, 및 제 4 통로를 연결하는 제 4 유로(74)가 형성된다. 상기 제 3 유로(73) 및 제 4 유로(74) 중 어느 하나의 유로를 통해 제 2 필터의 유체가 유출되면, 다른 하나의 유로를 통해 제 2 필터로 회송되는 게 바람직하다.
도 34는 제 4 유로(74)를 갖는 본 발명의 일실시예에 의한 복합기능 필터(10) 내부의 일례의 유동 흐름을 도시한 것이다. 제 2 필터 분리막을 가로질러 분리된 유체는 제 3 유로(73)를 통해 배출되며, 제 2 캡(50)과 하우징 포트(13)를 연결하는 유동관(81)을 거쳐 흡착구간으로 공급된다. 흡착구간을 거치면서 독소와 노폐물이 제거된 유체는 제 4 유로(74)를 거쳐 제 2 필터로 회송될 수 있다. 이때, 흡착구간을 통한 유동을 원활히 하기 위하여 제 2 캡과 하우징 포트를 연결하는 유동관에 펌프(82)가 설치될 수 있다.
도 34의 유동을 살펴보면, 혈장 혹은 투석액 등의 유체가 제 2 캡과 가까운 측의 제 2 필터 분리막(32)에서 분리되며, 분리된 유체는 흡착구간을 통과한 뒤, 제 2 캡 반대편 측의 분리막(32)으로 회송되는 것을 알 수 있다. 이와 같이, 제 2 필터 내에서 유체의 분리와 회송이 동시에 일어날 경우, 제 4 유로(74)를 거쳐 회송된 유체가 분리막의 안쪽으로 유동하지 않고 제 3 유로(73)를 거쳐 곧바로 배출될 수 있다. 이와 같이, 정화된 유체가 재순환되면 혈액정화 효율은 떨어진다. 따라서, 유체의 재순환을 억제하기 위하여 도 34 혹은 도 31에 도시한 것과 같이, 제 2 필터 용기의 내벽에 내벽 돌출부(35)가 설치될 수 있다. 내벽 돌출부는 제 2 필터 용기(31)의 내경을 감소시키며, 제 2 필터 내에서 분리된 유체의 배출되는 영역과 회송되는 영역을 구분할 수 있다.
내벽 돌출부는 제 2 필터 용기(31)에 설치되는 것으로 한정되지 않고, 제 1 필터 용기(21)에도 설치될 수 있다. 제 1 및 제 2 유로 중 어느 하나의 유로를 통해 유입된 투석액이 제 1 필터를 통과할 때, 제 1 필터 내부에 설치된 내벽 돌출부에 의해 투석액 압력 변화는 크게 발생할 수 있다. 투석 동안 투석액 압력의 변화를 통해 대류에 의한 물질전달이 달성되기 때문에, 제 1 필터에 설치된 내벽 돌출부는 제 1 필터를 통한 투석효율을 더욱 향상시킬 수 있다.
끝으로, 제 4 유로(74)는 제 2 캡을 통과하는 것으로 한정되지 않고, 도 35 및 도 36에 도시한 것과 같이 유로구획 연결구의 제 2 캡이 위치한 측에 설치된 유로구획 연결구 유동공(65)을 통해 흡착구간(12)을 거친 유체가 곧바로 제 2 필터(30)로 회송될 수 있다.
도 37은 유로구획 연결구 유동공(65)이 설치된 유로구획 연결구(60)를 도시한 것이다. 도 37에서는 유로구획 연결구 유동공이 연결구의 제 2 캡과 결합되는 측으로 치우친 위치에 설치된 것을 알 수 있다. 하우징 포트(13)를 통해 유입된 유체가 흡착구간 내의 흡착제와 충분히 접촉한 뒤 제 2 필터로 회송될 수 있도록 하우징 포트(13)와 유로구획 연결구 유동공(65)은 복합기능 필터 길이 방향의 서로 반대측에 설치되는 것이 더욱더 바람직하다. 이때, 제 2 캡에 설치되었던 제 4 통로(54)는 불필요한 것을 알 수 있다.
도 38은 유로구획 연결구 유동공(65)을 갖는 유로구획 연결구(60), 제 2 필터(30), 그리고 제 2 캡(50)의 결합을 통해 형성되는 제 4 유로(74)를 도시한 것이다. 도 38(a)와 38(b)에 도시한 것과 같이, 제 2 필터(30)가 유로구획 연결구의 제 2 필터 수용공간(64)에 위치하고 제 2 필터의 일단이 유로구획 연결구의 연결부(62)에 결합되면, 제 2 필터 내부의 유체는 제 4 유동공(34)을 거쳐 제 2 필터 수용공간(64)으로 흐르도록 구획된다. 이어서, 도 38(c)에 도시한 것과 같이, 유로구획 연결구(60)와 제 2 캡(50)이 결합하게 되면 제 2 필터 수용공간(64)을 흐르는 투석액이 유로구획 연결구 유동공(65)을 거쳐 흡착구간으로 유동하도록 구획된다.
제 2 필터 분리막을 가로질러 분리된 유체는 상기 제 3 및 제 4 유로(73, 74) 중 어느 하나의 유로를 통해 제 2 필터로부터 배출되며, 다른 하나의 유로를 통해 제 2 필터로 회송되는 게 바람직하다. 도 39는 유로구획 연결구 유동공(65)를 포함하여 구성되는 복합기능 필터 내부의 일례의 유동을 도시한 것이다. 제 2 필터(30)에서 분리된 유체가 제 3 유로(73)를 통해 배출되며, 이어서 제 3 통로와 하우징 포트를 연결하는 유동관(81)을 거쳐 흡착구간으로 공급된다. 흡착구간을 거치면서 독소와 노폐물이 제거된 유체는 유로구획 연결구 유동공(65), 제 2 필터 수용공간(64), 그리고 제 4 유동공(34)을 거쳐 제 2 필터로 회송될 수 있다.
이때, 하우징 포트(13) 혹은 유로구획 연결구 유동공(65)을 통해서는 흡착제의 이동이 발생하지 않는 것이 바람직하며 이를 위하여 전술한 다양한 방법들이 이용될 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 의한 복합기능 필터(10)는 혈액 혹은 사용된 투석액을 정화하기 위하여 투석, 흡착, 혈장분리, 한외여과 등을 일체화시키고, 필터 내부의 흐름을 원활하게 구성함으로써 전체 장치가 간단하고, 설치 및 사용이 용이하며, 처치 비용을 절감할 수 있는 혈액정화 장치를 제공할 수 있다.
이상, 앞에서 설명되고 도면에 도시된 본 발명의 실시예는 본 발명의 기술적 사상을 한정하는 것으로 해석되어서는 안되며, 본 발명의 보호범위는 특허청구범위에 기재된 사항에 의하여 제한된다. 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 습득한 자라면 본 발명의 기술적 사상을 다양한 형태로 개량하거나 변경하는 것이 가능하며, 이러한 개량 및 변경은 본 발명의 보호범위에 속하게 될 것이다.
10 : 복합기능 필터
11 : 벽체
12 : 흡착구간
13 : 하우징 포트
14 : 분리벽
14a : 지지벽
14b : 메쉬필터
20 : 제 1 필터
21 : 제 1 필터 용기
22 : 제 1 필터 분리막
23 : 제 1 유동공
24 : 제 2 유동공
30 : 제 2 필터
31 : 제 2 필터 용기
32 : 제 2 필터 분리막
33 : 제 3 유동공
34 : 제 4 유동공
35 : 내벽 돌출부
40 : 제 1 캡
41 : 제 1 캡 포트
42 : 제 1 캡 필터 결합부
43 : 제 1 통로
44 : 제 2 통로
50 : 제 2 캡
51 : 제 2 캡 포트
52 : 제 2 캡 필터 결합부
53 : 제 3 통로
54 : 제 4 통로
60 : 유로구획 연결구
61, 62 : 연결부
63 : 제 1 필터 수용공간
64 : 제 2 필터 수용공간
65 : 유로구획 연결구 유동공
71 : 제 1 유로
72 : 제 2 유로
73 : 제 3 유로
74 : 제 4 유로
80 : 혈액정화 장치
81 : 유동관
82 : 펌프
83 : 투석필터
83a : 투석필터 용기
83b : 투석막
83c : 혈액 유입구
83d : 혈액 유출구
83e : 투석액 유입구
83f : 투석액 유출구
84 : 투석액 레저버
11 : 벽체
12 : 흡착구간
13 : 하우징 포트
14 : 분리벽
14a : 지지벽
14b : 메쉬필터
20 : 제 1 필터
21 : 제 1 필터 용기
22 : 제 1 필터 분리막
23 : 제 1 유동공
24 : 제 2 유동공
30 : 제 2 필터
31 : 제 2 필터 용기
32 : 제 2 필터 분리막
33 : 제 3 유동공
34 : 제 4 유동공
35 : 내벽 돌출부
40 : 제 1 캡
41 : 제 1 캡 포트
42 : 제 1 캡 필터 결합부
43 : 제 1 통로
44 : 제 2 통로
50 : 제 2 캡
51 : 제 2 캡 포트
52 : 제 2 캡 필터 결합부
53 : 제 3 통로
54 : 제 4 통로
60 : 유로구획 연결구
61, 62 : 연결부
63 : 제 1 필터 수용공간
64 : 제 2 필터 수용공간
65 : 유로구획 연결구 유동공
71 : 제 1 유로
72 : 제 2 유로
73 : 제 3 유로
74 : 제 4 유로
80 : 혈액정화 장치
81 : 유동관
82 : 펌프
83 : 투석필터
83a : 투석필터 용기
83b : 투석막
83c : 혈액 유입구
83d : 혈액 유출구
83e : 투석액 유입구
83f : 투석액 유출구
84 : 투석액 레저버
Claims (14)
- 내부 공간을 갖는 용기와 용기의 내부 공간에 수용되는 분리막을 포함하여 구성되는 제 1 필터;
내부 공간을 갖는 용기와 용기의 내부 공간에 수용되는 분리막을 포함하여 구성되는 제 2 필터;
제 1 필터와 제 2 필터의 설치 공간을 제공하는 한편, 제 1 필터와 제 2 필터 외부에 흡착구간을 구획하는 하우징;
상기 하우징에 설치되며 흡착구간을 통하여 유동이 발생할 수 있도록 하는 하우징 포트; 및
제 1 필터와 제 2 필터 사이에 유체 누출이 없도록 제 1 필터와 제 2 필터를 연결하는 유로구획 연결구;를 갖는 복합기능 필터.
- 제 1 항에 있어서
제 1 필터 및 제 2 필터 용기는 용기의 길이 방향 중단을 중심으로 길이 방향 양측 중 적어도 어느 한 측에 유체가 통과할 수 있는 유동공;을 갖는 것을 특징으로 하는 복합기능 필터.
- 제 2 항에 있어서,
상기 하우징은,
통형의 벽체;
벽체의 길이 방향 일측에 제 1 필터와 결합하는 제 1 캡;
벽체의 길이 방향 타측에 제 2 필터와 결합하는 제 2 캡;을 포함하여 구성되는 복합기능 필터.
- 삭제
- 제 3 항에 있어서,
제 1 및 제 2 캡 중 적어도 어느 하나의 캡은, 캡을 관통하며 일단이 캡의 필터 결합부에 인접하는 통로;를 포함하여 구성되는 복합기능 필터.
- 제 5 항에 있어서,
상기 유로구획 연결구는 제 1 캡 및 제 2 캡 중 적어도 어느 하나의 캡에 결합되며,
상기 유로구획 연결구가 결합되는 캡은, 캡을 관통하며 일단이 캡의 흡착구간에 접하는 면에 인접하는 통로;를 갖는 것을 특징으로 하는 복합기능 필터.
- 제 5 항에 있어서,
상기 유로구획 연결구의 양단은 상기 제 1 캡 및 제 2 캡에 결합되며,
상기 제 1 캡 및 제 2 캡 중 어느 하나의 캡은, 캡을 관통하며 일단이 캡의 흡착구간에 접하는 면에 인접하는 통로;를 포함하고,
상기 유로구획 연결구는 원주방향을 둘러싸며 유체가 통과할 수 있는 유동공;을 갖는 것을 특징으로 하는 복합기능 필터.
- 제 2 항, 제 3 항, 제 5 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
제 1 필터 용기 혹은 제 2 필터 용기의 내벽에 설치되며 용기의 내경을 감소시키는 내벽 돌출부;를 갖는 복합기능 필터.
- 제 8 항에 있어서,
상기 흡착구간에는 노폐물을 제거하기 위하여 흡착제;가 구비되는 복합기능 필터.
- 제 9 항에 있어서,
상기 하우징 포트 혹은 유동공을 통하여 흡착제의 이동이 발생하지 않도록,
하우징 포트 혹은 유동공을 흡착제보다 작은 크기로 제작하거나,
하우징 포트 혹은 유동공을 흡착제보다 작은 크기의 기공을 갖는 메쉬필터로 감싸거나,
흡착제를 흡착제보다 작은 크기의 기공을 갖는 메쉬필터로 감싸거나,
파우더 혹은 알갱이 형태의 흡착제를 압착시킨 흡착제 블록을 이용하거나, 또는
흡착제의 통과를 억제할 수 있도록 분리벽;이 설치되는 복합기능 필터.
- 제 10 항에 있어서,
상기 분리벽은,
흡착제의 통과를 억제할 수 있도록 흡착제보다 작은 크기의 기공을 갖거나, 혹은
유체가 통과할 수 있는 지지벽;에 흡착제보다 작은 크기의 기공을 갖는 메쉬필터;를 부착한 형태를 갖는 것을 특징으로 하는 복합기능 필터.
- 상기 제 9 항의 복합기능 필터;
복합기능 필터와 연결되며 혈액 혹은 혈장이 유동하는 유동관; 및
유동관에 설치되며 혈액 혹은 혈장을 이송시키는 펌프;를 포함하여 구성되는 혈액정화 장치.
- 삭제
- 혈액과 투석액이 내부를 통과하며 혈액과 투석액 사이에 물질 전달이 일어나는 투석필터;
투석필터와 연결되며 혈액 혹은 투석액이 유동하는 유동관;
유동관에 설치되어 혈액 혹은 투석액을 이송시키는 펌프; 및
투석액을 정화하기 위하여 상기 제 9 항의 복합기능 필터;를 포함하여 구성되는 혈액정화 장치.
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