KR20030066683A - 가스 교환 - Google Patents

Abstract

가스 교환 과정 중에 예정된 압력 범위 내로 가스를 유지하기 위한 방법 및 장치. 상기 장치는 가스-투과성 멤브레인 벽 부분을 갖는 제1 도관, 제1 가스를 상기 장치로 도입하기 위한 적어도 하나의 유입구 및 제1 가스를 수용하도록 배치된 저장조를 포함한다. 상기 방법 및 장치는 특히 혈액의 체외 순환 흐름에 산소를 공급하는데 적합하다.

Description

가스 교환{Gas Exchange}

심장 수술을 수행할 때, 사용되는 일반적인 기술은 심장을 정지시키고, 무의식중인 환자의 신체로 혈액을 순환시키면서, 또한 환자의 혈액에 산소를 공급하고 이산화탄소를 제거하는 기계적 장치를 사용하는 것이다. 이 과정을 수행하기 위해 사용되는 기계는 심폐 우회 장치로 알려져 있다. 수술이 완료되면, 환자는 심폐 우회 장치로부터 분리되고, 심장과 폐의 정상적 기능이 회복된다. 혈액에 산소를 공급하고, 혈액으로부터 폐 이산화탄소를 제거하는 상기 우회 장치의 부분을 산소공급기라고 한다.

상용되는 일반적인 유형의 산소공급기는 가스 투과성 멤브레인을 포함한다. 산소를 함유하는 가스 혼합물(전형적으로 질소와 산소의 혼합물)은 멤브레인의 한쪽 면을 따라 환자의 혈액이 흐르는 동안, 멤브레인의 반대쪽 면을 따라 흐른다. 산소는 멤브레인을 통하여 혈액 내로 확산되고, 폐 이산화탄소는 멤브레인을 통하여 혈액에서 가스 스트림으로 확산된다. 그리고 나서, 상기 이산화탄소는 가스 스트림으로부터 분리되고, 대기로 방출된다.

상기 시스템은 일반적인 용도에 적당하지만, 가스 스트림이 대기중으로 누출되기 때문에 신선한 가스가 낭비된다. 가스 스트림 중에 산소/질소 혼합물의 대안적 가스가 일부 환경에서는 바람직할 수도 있다. 상기 대안적 가스는 예를 들어, 마취적 성질 및/또는 뇌 보호 성질에 유리한 크세논 가스 등의 더욱 고가인 가스를 포함할 수 있다. 상기 고가인 가스는 대기 중으로 방출될 때의 경제적인 불이익때문에 종래에는 사용이 제한되어왔다.

본 발명은 가스 교환 과정 중에 예정된 압력 범위에서 가스를 유지하는 방법 및 가스 교환 과정 중에 예정된 압력 범위에서 가스를 유지하는 방법을 수행하기 위한 장치에 관한 것이다. 본 발명은, 특히, 혈액의 산소공급 중에 예정된 압력 범위에서 (산소 등의) 가스의 유지에 관한 것이다. 본 발명은 또한, 예정된 압력 범위 내에서 멤브레인을 통과하는 가스 흐름을 유지하면서 멤브레인을 포함하는 도관 주위의 가스 흐름의 재순환에 관한 것이다.

본 발명의 바람직한 특징은 단지 예증의 수단으로서, 첨부된 도면을 참조로 하여 이하에 설명된다.

도 1은 종래 기술의 가스 교환 장치를 나타내는 도이다.

도 2는 본 발명의 첫번째 구현예에 따른 장치를 나타내는 도이다.

도 3은 본 발명의 두번째 구헌예에 따른 장치를 나타내는 도이다.

도 4는 본 발명의 추가적인 구현예에 따른 장치를 나타내는 도이다.

따라서, 상기에서 밝힌 종래 기술의 문제를 경감시키는 것이 본 발명의 목적이다.

따라서, 본 발명의 첫번째 측면에 따라서, 다음과 같은 과정을 포함하는 가스 교환 과정 중에 예정된 압력 범위 중에서 가스를 유지하는 방법을 제공한다:

가스-투과성 멤브레인 벽 부분을 갖는 제1 도관내에 가스를 순환시키는 과정;

상기 가스가 벽 부분을 통하여 제2 도관으로 확산되도록 하는 과정;

상기 확산된 가스가 적어도 하나의 유입구(inlet port) 를 통해 보충되는 과정;

상기 가스 압력이 예정된 압력 범위를 초과하거나, 상기 가스가 예정된 용적를 초과하는 경우, 상기 가스가 제1 도관에서 저장조로 전달되도록 하고, 그리고, 제1 도관 내의 압력이 예정된 압력 범위 이하로 떨어지거나 상기 가스가 예정된 용적 이하로 떨어지는 경우, 상기 가스가 가스-보관 저장조에서 제1 도관으로 전달되도록 하여, 실질적으로 예정된 압력 범위 이내로 제1 도관 내의 제1 가스의 압력을 유지하는 과정.

상기 예정된 압력 범위는 대기압을 포함하는 것이 특히 바람직하다. 바람직하기는, 상기 제1 순환 도관은 실질적으로 예정된 용적과 동일한 물리적인 용적을 갖는다.

본 발명에 따른 방법에서 상기 저장조의 사용은 제1 도관에서 가스 유입과 전달사이에 불균형이 작게 하여, 실질적으로 신선한 가스가 대기로 손실되지 않게 할 수 있다. 만약, 신선한 가스가 불의로 다량 과잉으로 제1 도관에 전달된다면, 상기 과잉의 가스는 저장조의 말단으로 이동하거나, 저장조의 말단으로부터 배출되어, 위험한 압력 축적이 존재하지 않는다.

제2 도관은 전형적으로 혈액의 체외 순환을 포함한다. 제2 도관이 혈액을 함유하는 경우, 제1 도관의 가스는 산소를 함유하는 것이 바람직하다. 상기 가스는 임의로 예를 들어, 크세논 등의 마취제로 사용에 적합한 가스 또는 원소 주기율표의 8족의 또다른 가스(크립톤 등)를 함유할 수 있다. 다른 방법으로, 상기 가스는 임의로 뇌 보호 약으로서 사용에 적합한 가스를 포함할 수 있다. 마취 가스 및 뇌 보호 약으로서 사용되기 위한 가스는 동일할 수 있다고 생각된다.

멤브레인 벽 부분은 바람직하기는 산소공급기 멤브레인이다. 상기 멤브레인은 혈액과의 반응에 실질적으로 불활성이어야 하고, 또한 비투과성이어야 한다. 바람직하기는 상기 멤브레인 벽 부분은 미세다공성 폴리프로필렌 중공 섬유같은 폴리머의 가스-투과성 필름이거나, 대안으로서 실리콘 고무 멤브레인이다. 그러나, 임의의 상용성 산소공급기 멤브레인이 사용될 수 있다.

상기 가스-투과성 멤브레인 벽 부분은 일반적으로 산소를 포함하는 혼합물인 가스가 멤브레인을 통하여 제1 도관에서 제2 도관으로 확산되고, 제2 가스가 멤브레인을 통하여 제2 도관에서 제1 도관으로 확산되도록 배열될 수 있다. 상기 제2 가스는 일반적으로 이산화탄소를 함유한다. 따라서, 이산화탄소가 제1 도관 내에 포함된 가스로부터 제거되는 추가적인 단계를 포함하는 것이 바람직하다.

가스 교환이 발생하는 상기 산소공급기의 멤브레인은 바람직하기는 가스 측이 실질적으로 대기압이다. 평균 가스 압력이 너무 높은 경우, 가스 기포가 바람직하지 않게 멤브레인을 통하여 혈액 흐름으로 강제될 수도 있다. 따라서, 제1 도관의 내부 표면은 흐름에 대한 낮은 저항(일반적으로 충분히 큰 직경을 갖게 하여)을 갖는 것으로 생각된다. 특히 바람직한 구현예에서, 저장조를 가스 투과성 멤브레인에 실질적으로 인접하게 배치함으로써 상기 압력은 실질적으로 대기압으로 유지될 수 있다.

상기 가스는 진동 격막 펌프 또는 소형 터빈 타입 펌프 등의 동력장치가 있는 펌프에 의해 제1 도관 주위에 순환되는 것이 바람직하다.

상기 저장조는 말단이 개방된 도관으로, 예를 들어 대기압으로 배출되거나,다른 방법으로, 팽창성 벨로우즈(bellows), 백(bag) 또는 이와 유사한 것의 적합한 가스-비투과성 유동성 시트로 제작된, 용적이 가변적인 용기(vessel)일 수 있다. 바람직하기는, 상기 저장조가 가변적인 용적을 갖는 용기인 경우, 상기 가스가 용기에 과충전되는 것을 피하거나 용기를 비우는 것을 완료할 수 있도록 상기 가스는 제1 도관으로 첨가된다.

상기 가스는 적어도 2개의 성분의 혼합물을 함유하는 것이 바람직하다. 바람직하기는, 상기 가스의 각 성분은 이를 위해 개별적인 유입구로 공급된다. 그러나, 상기 가스 혼합물의 각 성분은 동일한 유입구로 도입될 수 있다.

상기 가스는 일반적으로 산소 및 크세논을 함유한다. 산소는 약 0 내지 100%, 바람직하기는 30 내지 100%(더욱 바람직하기는 30 내지 80%)의 양으로 존재하는 것이 바람직하다. 바람직하기는, 크세논은 약 0 내지 100%(크세논이 마취제로서 또는 신경 보호 성질용으로 사용되는 경우, 바람직하기는 0 내지 79%, 더욱 바람직하기는 20 내지 70%)의 범위로 존재한다.

본 발명의 첫번째 구현예에 따라, 각각의 유입구는 제1 도관과 통하도록 연결되어(in communication with) 있다.

상기 가스의 각각의 성분은 제어된 주입에 의해 도입되는 것이 유리하다. 상기 주입의 제어는 수동 또는 자동일 수 있다. 가스의 흐름은 연속적이거나 간헐적일 수 있다.

본 발명의 두번째 구현예에 따라, 제1 유입구는 저장조와 통하도록 연결되어 있고, 제2 유입구는 제1 도관과 통하도록 연결되어 있다. 일반적으로, 제1 유입구는 산소를 도입한다. 바람직하기는, 제2 유입구는 크세논을 도입한다. 본 구현예에서, 제1 유입구를 통한 산소의 흐름은 연속적인 것이 바람직하다. 바람직하기는, 제2 유입구를 통한 크세논의 흐름은 제어된 주입에 의하고, 제어된 주입은 연속적이거나 간헐적인 공정일 수 있다.

두번째 구현예는 수동으로 또는 자동으로 신선한 가스가 첨가되지 않는다면(예를 들어 고장으로 인해), 가스가 산소공급기 멤브레인을 통과하여 혈액으로 흡수되듯이 산소가 저장조에서 제1 도관으로 서서히 유입되어, 환자의 생활 기능을 유지하는 것을 도울 수 있다는 것에 이점이 있다.

크세논 등의 가스가 너무 많이 우발적으로 제1 도관으로 도입된다면, 모든 과량은 연속적인 산소 흐름에 의해 배출될 것이다. 다량의 우발적인 볼러스(bolus)의 크세논이 도입되더라도, 저장조는 주로 항상 산소로 충전되어 있는 것이 유리하다. 이것은 본 발명의 두번째 구현예에 효과적으로 발생하는 것으로 기재된 상황을 위한 안전의 관점에서 바람직하다. 우발적인 대량의 크세논 볼러스가 안전 가스 저장조를 산소가 아닌 크세논으로 대신 주로 충전하는 것은 물론 바람직하지 않다.

본 발명의 특히 바람직한 구현예에 따라, 다음과 같은 과정을 포함하는 혈액에 산소를 공급하는 방법을 제공한다:

가스 투과성 멤브레인 벽 부분을 갖는 제1 도관에서 산소를 순환시키는 과정;

상기 산소가 상기 벽 부분을 통해 제2 도관으로 확산되도록 하는 과정;

제1 도관 내의 적어도 하나의 유입구를 통해 상기 확산된 산소가 보충되는과정;

가스 압력이 예정된 압력 범위를 초과하거나 가스가 예정된 용적을 초과하는 경우, 산소가 제1 도관에서 산소-보관 저장조로 전달되도록 하고, 그리고 제1 도관에서 압력이 예정된 압력 범위 이하로 떨어지거나 가스의 용적이 예정된 용적 이하로 떨어지는 경우, 산소가 산소-보관 저장조에서 제1 도관으로 전달되도록 하여, 실질적으로 예정된 압력 범위 내에서 제1 도관 내의 산소 압력을 유지하도록 하는 과정.

상기 혈액은 바람직하기는 혈액의 체외 흐름이다.

상기 방법은 바람직하기는 실질적으로 전술한 바와 같다.

본 발명에 따른 방법은, 신선한 가스의 사용의 절약에 있어서 혈액의 체외 흐름에서 가스 교환이 발생하도록 하기 때문에 특히 유리하다.

본 발명의 두번째 측면에 따라, 다음의 부분을 포함하는, 가스 교환 과정 중에 예정된 압력 범위 내에 가스를 유지하기 위한 장치를 제공한다:

가스-투과성 멤브레인 벽 부분을 갖는 제1 도관;

제1 가스를 장치 내에 도입하기 위한 적어도 하나의 유입구; 및

상기 제1 가스를 함유하도록 배치된 저장조.

상기 장치는 실질적으로 전술한 바와 같은 가스 교환 과정 중에 예정된 압력 범위 내에 가스를 유지하는 방법에 사용될 수 있다. 상기 장치는 유리하게도, 상기 멤브레인 벽 부분을 통과하는 가스의 흐름이 예정된 압력 범위 내로 실질적으로 유지한다.

상기 저장조는 말단이 개방된 도관으로, 예를 들어 대기압으로 배출되거나, 다른 방법으로, 팽창성 벨로우즈, 백 또는 이와 유사한 것의 적합한 가스-비투과성 유동성 시트로 제작된 용적이 가변적인 용기일 수 있다.

시스템이 저장조로 작용하는 가변적인 용적을 갖는 용기를 포함하는 경우, 시스템의 압력이 대기압을 초과한다면, 즉, 팽창성 벨로우즈가 가득 차면, 상기 시스템은 임의로 가스가 장치로부터 배출되도록 하고, 그리고 시스템의 압력이 대기 이하로 떨어지면(즉, 팽창성 벨로우즈, 백 또는 이와 유사한 것이 실질적으로 비워지게 되면), i) 제1 가스; ii) 성분 가스 중의 하나 또는 iii) 대기의 공기가 유입되도록 배치된 제어 포트(port)를 상기 시스템은 임의로 포함한다.

유리하기는, 상기 장치가 혈액의 산소공급을 위해 사용되는 경우, 상기 장치는 이산화탄소를 예를 들어, 제1 도관으로부터 제거하기 위한 수단을 포함한다.

상기 장치는 특히 멤브레인 벽 부분 주위에서, 실질적으로 대기압으로 통상 유지된다. 제1 도관은 가스 흐름에 낮은 저항을 제공하는 충분히 큰 직경을 갖게 된다. 바람직한 구현예에서, 상기 저장조는 가스-투과성 멤브레인 벽 부분에 실질적으로 인접하게 통상 배치된다.

일반적으로, 상기 가스-투과성 멤브레인 벽 부분은 실질적으로 상기한 바와 같이 산소공급기 멤브레인이다.

장치는 일반적으로(바람직하기는 산소의 도입을 위한) 제1 유입구 및 (바람직하기는 크세논과 같은 제2 가스의 도입을 위한) 제2 유입구를 포함한다.

본 발명의 두 번째 관점의 첫번째 구현예에 의하면, 제1 유입구 및 제2 유입구는 제1 도관과 통하도록 연결되어 있다.

본 발명의 두 번째 관점의 첫번째 구현예에 의하면, 제1 유입구는 저장조와 통하도록 연결되어 있고, 제2 유입구는 제1 도관과 통하도록 연결되어 있다.

도 1을 참조로 하여, 번호(1)로 지시된 주지된 유형의 산소공급기를 이하에 설명한다. 산소(4)(대개는 질소와 산소의 혼합물)를 함유하는 가스 혼합물은 멤브레인(2)의 한쪽 면을 따라서 이동하고, 환자의 혈액은 멤브레인(3)의 반대쪽 면을 따라서 펌프된다. 산소는 멤브레인을 통하여 혈액으로 확산되고, 폐 이산화탄소는 멤브레인을 통하여 가스 혼합물(4)로 확산된다. 그리고 나서, 상기 이산화탄소는 가스 스트림(4)에서 이동되고 대기로 배출된다.

동일 번호들은 도 1에서의 것들과 동일한 부분을 지시하도록 사용하는 도 2를 참조로 하여, 번호(20)으로 나타낸 본 발명의 첫 번째 관점에 따른 장치를 이하에 설명한다.

산소공급기 멤브레인(25)의 가스 표면(2)을 따라서 이동하는 가스는 중공 관(21)의 루프(loop)를 재순환한다. 환자의 혈액(22)은 통상적인 방법으로 산소공급기 멤브레인(25)의 다른 쪽을 따라서 이동한다. 멤브레인(25)에서, 폐 이산화탄소는 혈액(22)에서 멤브레인(2)의 가스쪽으로, 가스 스트림(4)으로 확산한다. 이러한 폐 이산화탄소는 이산화탄소 정화물질(23)로 채워진 용기를 통과하는 가스 스트림(4)을 이동하여 가스 스트림(4)으로부터 제거된다. 상기 가스는 동력 펌프(24)에 의해서 관(21)의 루프를 재순환하게 된다. 산소공급기 멤브레인(25)에서, 산소는 가스 스트림(4)으로부터 멤브레인(24)을 통하여 환자의 혈액(22)으로 확산한다.

이산화탄소가 제거됨에 따라서, 관(21)의 루프에서의 가스의 용적은 가스(주로 산소)가 가스 경로(4)로부터 멤브레인(25)을 가로질러서 혈액 흐름(22)으로 이동하는 것과 같은 시간에 따라 천천히 감소한다. 이러한 발생속도는 전형적으로 분당 약 250㎖일 것이다. 새로운 산소는 포트(26)를 통하여 가스 루프(21)에 첨가되고, 크세논은 포트(27)를 통하여 첨가된다. 가스 루프 안에서의 각 구성 가스의 농도는 이러한 가스 첨가 과정을 감독하기 위해서 모니터된다.

혈액으로 유입된 가스 및 가스 루프로 이동된 신선한 가스 사이에 균형이 발생함에 따라서, 가스 루프에서의 압력은 제어된다. 이것은 통상 대기압이거나 또는 그 근처이다. 이것은 과도한 압력증가없이, 루프에 대한 가스 유입 속도 및 신선한 가스의 첨가 속도사이에서 일시적으로 작은 불균형이 발생하게 하는, 가스 루프(21)에 연결된 말단이 개방된 저장조(28)을 사용함으로서 이루어진다. 약간 매우 많은 새로운 가스가 포트(26, 27)를 통하여 일시적으로 전달된다면, 과량의 가스 일부는 일시적으로 그것의 개방 말단부의 말단(29)로부터 대기로 배출되지 않고 저장조(28)로 하강할 수 있다. 멤브레인(25)을 통하여 추가로 가스 유입이 발생한 후, 저장조(28)로 강제로 유입된 가스는 루프(21)안에서의 가스 용적이 다시 떨어지기 시작하면 저장조(28)로부터 루프(21)로 되돌려지게 된다.

동일한 번호들은 도 1 및 도 2에서의 것들과 동일한 부분을 지시하도록 사용하는 도 3를 참조로 하여, 번호(30)으로 나타낸 본 발명의 두 번째 관점에 따른 장치를 이하에 설명한다.

말단이 개방된 저장조(38)이 제공되어 있다. 이것속으로 유입구(37)를 통하여 산소가 일정하게 흐르게 된다. 크세논은 유입구(36)을 통하여 가스 루프(21)에서 요구되어지는 작은 양으로 이동된다. 크세논이 루프(21)로부터 혈액(22)으로의 가스 유입의 총 속도보다 빠른 속도로 유입구(36)을 통하여 가스 루프에 일시적으로 전달되면, 과잉 가스 용적은 상기 도 2에서 기재한 바와 같이 저장조(38)로 상승할 것이다. 이 "과잉 용적(39)"이 루프(21) 및 산소 유입구(37) 사이에서의 저장조 관의 용적을 초과하는 경우에, 추가의 과잉 가스가 유입구(37)를 통하여 산소 흐름에 의해 저장조(38)로부터 흘러나가게 될 것이다.

크세논은 루프(21)안에서 새로운 가스 조성물을 측정하기 위한 휴지기를 가지고 루프(21)에 볼러스로 첨가되며, 이것은 조작자(수동 또는 자동)가 혼합물 내에서의 각각의 가스 성분의 퍼센트를 루프에서 실질적으로 일정하게 유지하는 것을 가능하게 한다.

도 1에 기재된 시스템은 신선한 가스가 시스템을 통해서 그리고 산소공급기를 통해서, 한번도 이동하지 않는다는 것을 의미하는, "개방" 시스템으로 간주된다.

도 2 및 3에 관련된 본문은 가장 경제적이고 가장 바람직한 작동 형태이기 때문에, "완전 밀폐"를 사용하는 이들 시스템을 기재한다. 이것은 산소공급기를 통해 혈액으로 각각의 가스의 유입과 거의 동등한 속도로 신선한 가스가 루프로 유입되도록 한다. 이것은 가스 소모 및 운영 비용의 관점에서 가장 효율적인 형태의 작동이다.

상기 시스템(산소공급기, 가스 재순환 펌프 및 저장조 부분처럼 "루프"가 대기로 개방되도록 하는 메카니즘이 더해진 이산화탄소 흡수기로 이루어진)은 또한 "반-밀폐"으로 사용될 수 있다. 이러한 구현예에서, 신선한 기체(예를 들어, 산소 및 크세논)는 예를 들어, 도 2에서의 포트(26, 27)와 같이, 하나의 포트 또는 여러 포트를 통해서 루프로 도입된다. 이들 가스의 흐름은 연속적으로 되도록 배열되고, 루프 속으로의 각각의 가스의 흐름은 산소공급기 멤브레인을 통한 혈액에 의해 루프로부터 각각의 가스의 유입 속도를 약간 초과하도록 배열된다. 이러한 형태에서는, 루프가(도 2에서의 저장조 부분처럼) 대기에 기능적으로 개방되게 하는 시스템으로부터 과잉 가스의 연속적인 "유출"이 있다. 동시에, 새로운 가스는 시스템을 빠져 나오기 전에 루프를 몇회 재순환한다. 이러한 형태의 과정은 신선한 가스가 부분적으로 재순환하므로, 도 1에서 기재한 개방 시스템보다 신선한 가스를 덜 사용한다. 완전-밀폐 형태에서 신선한 가스가 혈액속으로 흡수될 때가지 완전히 재순환되기 때문에, 도 2 및 3에서 상기한 과정의 완전-밀폐 형태에서보다 신선한 가스를 더 사용한다. 반-밀폐 공정은 루프에서의 가스 조성물이 평형에 도달하고 상대적으로 일정하게 유지되는 경우에서와 같은 이점을 가진다. 이것은 도 2 및 도 3에서 기재된 완전-밀폐 형태로 사용하는 것보다 덜 경제적일지라도, 안전하게 사용하기 위하여, 모니터링 및 제어의 관점에서 완전-밀폐 형태의 과정에 요구되는 정도의 높은 수준의 주의를 필요로 하지 않는다는 것을 의미한다.

도 4를 참조로 하여, 크세논을 첨가하거나 또는 크세논이 결여된 산소는 환자의 혈액에 의해 산소공급기 멤브레인(2)을 가로 질러서 루프로부터 흡수되므로, 루프(21) 및 벨로우즈(41)에서의 가스 용적은 감소한다. 벨로우즈(41)은 자체 중량 하에서는 붕괴되지 않고, 저장조 부분(42)의 말단에서 내용물을 방출하는데, 이는 가스가 루프 속으로 이동하게만 하고 루프로부터 나오지 않는 일방향 밸브(43)가 저장조 부분에 있기 때문이다.

벨로우즈(41)이 빈 경우에, 산소공급기를 통한 루프로부터 계속적인 가스 소비는 동일한 속도로 저장조 부분에서 루프속으로 유입된 산소로 대체된다. 개방하기 위하여 그것을 가로질러 매우 작은 압력의 차이를 요구하는, 상기의 수동적인 일방향 밸브를 경우하여 이 가스는 루프(21)로 유입된다.

크세논이 포트(36)를 경우하여 루프(21)로 주입되는 경우에, 벨로우즈(41)은 여분의 추가된 가스를 수용하도록 채워질 것이다. 일방향 밸브(43)이 밀폐됨에 따라 저장조 부분으로부터 누출되지는 않을 것이다.

그 결과, 산소공급기의 가스쪽은 여분의 산소가 루프(21)로 유입되어 음의(negative) 압력 축적으로부터 보호되고, 벨로우즈(41)의 높이는 여분의 가스가 루프에 첨가된다면 증가하여 양의(positive) 압력 축적으로부터 보호된다. 조작자가 없다면, 산소는 항상 가스가 산소공급기(2)를 경유하여 배출되는 만큼 빠르게 자동적으로 루프로 첨가된다. 벨로우즈(41)은 첨가된 가스가 압력 축적 없이 수용되게 한다. 벨로우즈(41) 및 밸브(43)은 실질적으로 대기압처럼 장치에서의 압력을 낮게 유지하기 위해 산소공급기(2)의 가스출구에 실질적으로 인접하여 위치한다.

도 3 및 도 4에서 기재된 시스템은 제1 도관에서 가스 혼합물이 산소 및 크세논과 같은 다른 기체의 혼합물을 포함하는 경우에, 도관으로부터의 멤브레인을 가로질러 유입된 가스의 용량은 분당 유입된 산소에 분당 유입된 크세논이 더하여진 것과 같으므로 특히 바람직하다. 신선한 크세논이 첨가되지 않는다면, 이 합쳐진 용량 손실은 산소가 채워진 저장조 시스템으로부터 제1 도관으로 유입된 산소로 대체된다. 그러므로, 루프 또는 제1 도관(21)에 크세논 첨가가 결여된 경우 제1 도관(21)에서의 산소 농도는 천천히 상승할 것이다. 사용 중에, 이 천천히 상승하는 산소 농도는 루프(21)로 소규모의 반복된 크세논 주입에 의해 균형이 잡히게 된다. 최종 결과는 실질적으로 루프(21)안에서의 일정한 크세논 및 산소 농도이다. 따라서, 상기 시스템은 크세논 주입의 실패가 루프(21)에서의 생명을 유지하는 데에 중요한 산소 농도가 천천히 상승하게 하는 원인이 되므로, 고유의 안정성을 가진다.

Claims (39)

1. 가스 교환 과정 중에 예정된 압력 범위 내에 가스를 유지하는 방법으로:

   가스-투과성 멤브레인 벽 부분을 갖는 제1 도관내에 가스를 순환시키는 과정;

   상기 가스가 상기 벽 부분을 통하여 제2 도관으로 확산되도록 하는 과정;

   상기 확산된 가스가 적어도 하나의 유입구를 통해 보충되는 과정;

   상기 가스 압력이 예정된 압력 범위를 초과하거나, 상기 가스가 예정된 용적을 초과하는 경우, 상기 가스가 제1 순환 도관에서 저장조로 전달되도록 하고, 그리고, 제1 도관 내의 압력이 예정된 압력 범위 이하로 떨어지거나 상기 가스가 예정된 용적 이하로 떨어지는 경우, 상기 가스가 가스-보관 저장조에서 제1 도관으로 전달되도록 하여, 실질적으로 예정된 압력 범위 이내로 제1 도관 내의 제1 가스의 압력을 유지하는 과정을 포함하는 방법.
2. 제 1항에 있어서, 상기 예정된 압력 범위는 대기압 또는 대기압 부근인 것을 특징으로 하는 방법.
3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 제1 순환 도관은 예정된 용적과 실질적으로 동일한 물리적 용적을 갖는 것을 특징으로 하는 방법.
4. 상기 항들 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제2 도관은 혈액의 체외 순환을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
5. 제 4항에 있어서, 상기 제1 도관 내의 상기 가스는 산소를 함유하는 것을 특징으로 하는 방법.
6. 제 4항 또는 제 5항에 있어서, 상기 제1 도관의 상기 가스는 마취제로서 사용에 적합한 가스(크세논, 크립톤 또는 원소 주기율표의 8족인 또 다른 가스 등)를 함유하는 것을 특징으로 하는 방법.
7. 제 4항 내지 제 6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 도관의 상기 가스는 외 보호용 약인 것을 특징으로 하는 방법.
8. 상기 항들 중 어느 한 항에 있어서, 상기 가스 투과성 멤브레인 벽 부분은 가스(바람직하기는, 산소 함유 혼합물)가 상기 멤브레인을 통하여 상기 제1 도관에서 상기 제2 도관으로 확산되도록 하고, 제2 가스가 상기 멤브레인을 통하여 상기 제2 도관에서 상기 제1 도관으로 확산되도록 하는 것을 특징으로 하는 방법.
9. 제 8항에 있어서, 상기 제2 가스는 이산화탄소인 것을 특징으로 하는 방법.
10. 제 9항에 있어서, 제1 도관 내에 존재하는 이산화탄소를 제거하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
11. 상기 항들 중 어느 한 항에 있어서, 상기 가스 투과성 멤브레인은 실질적으로 대기압에 있는 것을 특징으로 하는 방법.
12. 상기 항들 중 어느 한 항에 있어서, 상기 가스는 진동 격막 펌프 또는 소형 터빈 타입 펌프 등의 동력장치가 있는 펌프에 의해 상기 도관 주위에 순환되는 것을 특징으로 하는 방법.
13. 상기 항들 중 어느 한 항에 있어서, 상기 가스는 각각의 성분이 개별적인 유입구를 통해 도관으로 도입되는, 적어도 2개의 성분의 혼합물을 함유하는 것을 특징으로 하는 방법.
14. 상기 항들 중 어느 한 항에 있어서, 상기 가스는 산소 및 크세논을 함유하는 것을 특징으로 하는 방법.
15. 제 14항에 있어서, 상기 산소는 약 0 내지 80%(바람직하기는 30 내지 80%)의 양으로 존재하는 것을 특징으로 하는 방법.
16. 제 14항에 있어서, 상기 크세논은 약 0 내지 79%(바람직하기는 20 내지 70%)의 양으로 존재하는 것을 특징으로 하는 방법.
17. 상기 항들 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 도관 내의 상기 가스의 흐름은 연속적이거나 또는 간헐적인 것을 특징으로 하는 방법.
18. 상기 항들 중 어느 한 항에 있어서, 상기 가스는 상기 제1 도관에 제어된 주입에 의해 도입되는 것을 특징으로 하는 방법.
19. 상기 항들 중 어느 한 항에 있어서, 산소 등의 마취제가 상기 저장조와 통하도록 연결된 제1 유입구를 통해 장치로 도입(바람직하기는 연속 흐름으로서)되는 것을 특징으로 하는 방법.
20. 상기 항들 중 어느 한 항에 있어서, 제1 도관과 직접 통하도록 연결된 제2 유입구를 통하여 크세논이 장치로 도입(바람직하기는 제어된 주입으로서)되는 것을 특징으로 하는 방법.
21. 혈액에 산소를 공급하는 방법으로:

    가스 투과성 멤브레인 벽 부분을 갖는 제1 도관에서 산소를 순환시키는 과정;

    상기 산소가 상기 벽 부분을 통해 제2 도관으로 확산되도록 하는 과정;

    적어도 하나의 유입구를 통해 상기 확산된 산소가 보충되는 과정;

    가스 압력이 예정된 압력 범위를 초과하거나 가스가 예정된 용적을 초과하는 경우, 산소가 제1 도관에서 산소-보관 저장조로 전달되도록 하고, 그리고 제1 도관에서 압력이 예정된 압력 범위 이하로 떨어지거나 가스의 용적이 예정된 용적 이하로 떨어지는 경우, 산소가 산소-보관 저장조에서 제1 도관으로 전달되도록 하여, 실질적으로 예정된 압력 범위 내에서 제1 도관 내의 산소 압력을 유지하도록 하는 과정을 포함하는 방법.
22. 가스 교환 과정 중에 예정된 압력 범위 내에 가스를 유지하기 위한 장치로:

    가스-투과성 멤브레인 벽 부분을 갖는 제1 도관;

    제1 가스를 장치 내에 도입하기 위한 적어도 하나의 유입구; 및

    상기 제1 가스를 함유하도록 배치된 저장조를 포함하는 장치.
23. 제 22항에 있어서, 상기 멤브레인 벽 부분은 산소공급기 멤브레인인 것을 특징으로 하는 장치.
24. 제 22항 또는 제 23항에 있어서, 상기 멤브레인 벽 부분은 혈액과의 반응에 대해 실질적으로 불활성이고, 혈액에 대해 비투과성인 것을 특징으로 하는 장치.
25. 제 22항 내지 제 24항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 멤브레인 벽 부분은 미세다공성 폴리프로필렌 중공 섬유같은 폴리머의 가스-투과성 필름이거나 또는 실리콘 고무 멤브레인인 것을 특징으로 하는 장치.
26. 제 22항 내지 제 25항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 가스-투과성 멤브레인 벽 부분은 상기 멤브레인을 통하여 가스가 제1 도관에서 제2 도관으로 확산되도록 하고, 상기 멤브레인을 통하여 제2 가스가 제2 도관에서 제1 도관으로 확신되도록 배치된 것을 특징으로 하는 장치.
27. 제 22항 내지 제 26항 중 어느 한 항에 있어서, 이산화탄소 제거 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
28. 제 22항 내지 제 26항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 도관은 흐름에 대해 실질적으로 낮은 저항의 내부 표면을 갖는 것을 특징으로 하는 장치.
29. 제 22항 내지 제 28항 중 어느 한 항에 있어서, 바람직하기는 가스 투과성 멤브레인에 실질적으로 인접하게 배치된 저장조를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
30. 제 29항에 있어서, 상기 저장조는 말단이 개방된 도관인 것을 특징으로 하는장치.
31. 제 29항에 있어서, 상기 저장조는 가변적인 용적을 갖는 용기인 것을 특징으로 하는 장치.
32. 제 31항에 있어서, 상기 가변적인 용적을 갖는 용기는 팽창성 벨로우즈, 백 또는 이와 유사한 것(바람직하기는 가스 비투과성 유동적인 시트로 제조된)인 것을 특징으로 하는 장치.
33. 제 31항 또는 제 32항에 있어서, 시스템의 압력이 대기 압력을 초과하는 경우, 가스가 장치에서 배출되도록 배치된 제어 포트를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
34. 제 22항 내지 제 33항 중 어느 한 항에 있어서, 제1 유입구 및 제2 유입구를 포함하고, 각각의 유입구는 가스의 성분을 도관으로 도입하도록 배치된 것을 특징으로 하는 장치.
35. 제 34항에 있어서, 상기 제1 유입구 및 제2 유입구는 상기 제1 도관과 통하도록 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 장치.
36. 제 34항에 있어서, 상기 제1 유입구는 상기 저장조와 통하도록 연결되어 있고, 상기 제2 유입구는 상기 제1 도관과 통하도록 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 장치.
37. 제 34항 내지 제 36항에 있어서, 상기 제1 유입구는 산소를 도입하고, 상기 제2 유입구는 크세논을 도입하는 것을 특징으로 하는 장치.
38. 제 22항 내지 제 37항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 장치가 혈액의 산소 공급용으로 사용되는 경우, 이산화탄소를 제거하기 위한(일반적으로 제1 도관으로부터) 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
39. 첨부된 도면을 참조로 하여 본 발명에 기재된 바와 실질적으로 같은 장치.