KR20090119893A - 펌프에 의해 작동되는 혈액 순환흐름을 모니터링 하여 최적화시키는 방법 및 장치 - Google Patents

Abstract

혈액 펌프를 자동 제어하는 방법에서, 최적한 혈액 흐름은, 형성된 변화차와 제어 알고리즘을 사용하여, 주기적인 속도 조정과 흐름 변경을 하여 이루어진다. 또한, 정맥 또는 동맥측 상에서 발생할 수 있는 흐름 저항 장소를 탐지할 수 있다.

유체흐름 속도차 비, 혈액 흐름, 변화차, 혈액 순환, 펌프 속도, 공급용량.

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 것이다. 펌프에 의해 발생된 혈액 순환의 문제점과 환자의 상태에 관한 제어 변수로부터 결론을 도출시킬 수 있다. 이러한 사실은 언제나 충분한 혈액 흐름이 확실하게 이루어지게 한다.

또한, 본 발명은 상기 방법에 따른 펌프 제어 시스템을 포함하는 의료 장치에 관한 것이다.

혈액 펌프와 그 관련의 제어 시스템은 본 기술분야에 오랫동안 알려져 왔다. 상관 제어 시스템과 조합된 혈액 펌프의 목적은 신체 내외부의 혈액 순환을 보장하여서 환자 심장의 펌핑 기능을 유지하거나 대체하는 것을 보장하는 것이다. 이러한 혈액 펌프는 심장에서의 작동중 심장 기능을 대체하기 위해, 또는 체외 순환에서 미약한 심장을 회복시키기 위한 가능한 수단으로서 심장 기능을 유지하기 위해, 한정된 시간동안 사용된다. 혈액 펌프와는 별도로, 필요에 따라 예를 들어 캐뉼러, 카테테르, 튜브 및 커넥터, 저장조, 산소발생기, 열교환기, 혈액 집중기, 및 투석기(dialyser), 거품 포획 및 여과기 등과 같은, 체외 순환을 위해 통상적으로 사용되는 모든 제품에 사용될 수 있다.

또한, 무한정의 시간동안 심장 지지의 적용과 또한 인공심장이 알려져 있으며, 이 경우 펌프의 이식이 이루어진다.

이러한 모든 경우의 혈액 펌프에서는 펌프에 의해 충분한 혈액 흐름을 신뢰성 있게 이루는 것이 가장 중요하다. 특히, 장기간의 혈액 펌프 사용에 있어서는 혈액 흐름 및 상관 변수(정맥이나 동맥 혈압, 또는 산소발생기의 동시사용시 가스 흐름 및 가스 혼합물 등과 같은)를 수동으로 관찰 및 보정(필요할 경우) 할 수 없다.

따라서, 특히 ECMO(체외 박막 산소발생) 또는 ELS(체외 생명 유지장치)의 사용시 신뢰성 있는 혈액 펌프의 자동 제어가 요망되는데, 그 이유는 이러한 용도는 스탭의 철저한 관찰없이 작동계 외부에서 일주일 이상의 상당히 장기간의 시간 동안 이루어지기 때문이다. 심장 수술인 경우에도, 자동 펌프 제어는 취급시 상당한 편리성을 제공하며, 흐름이 붕괴된 경우에도 양호한 안정성을 제공한다. 또한, 이러한 제어는 이식가능한 지지 시스템(심실 보조장치: VAD)인 경우나 이식가능한 인공심장인 경우에도 가능하다.

하기의 설명에 있어서, 요소들은 원하는 혈액 흐름에 악영향을 끼치므로, 펌프 세팅 및 부가의 변수들은 변화되어야만 한다.

정맥 혈액 귀환 흐름에 있어서, 혈액의 정맥 귀환 흐름이 불충분한 경우 대형 정맥관 및/또는 심방(배출에 따라 좌심방 또는 우심방)은 붕괴되어, 혈액 흐름 이 전혀 없거나 일부 불충분한 혈액 흐름만 가능한 것으로, 실험 및 Baloa 등과 Vollkron 등에 의해 알려져 있다. 이러한 정맥 귀환 흐름은 다른 그 무엇보다도 충진 상태와 정맥 카테테르의 위치 및 구성에 의존한다. 과도하게 적은 충진 상태나 또는 관 벽으로 개방된 카테테르의 접촉인 경우, 관은 붕괴되어 정맥을 차단하여 전체적인 혈액 흐름을 차단한다. 이러한 현상은 원심 펌프와 관련되어 알려져 있지만, 펌핑 원리와는 독립적으로 발생 될 수 있다. 또한, 혈전증(thrombose) 또는 이와 유사한 또는 정맥 라인에서 튜브의 꼬임으로 인한 정맥 귀환 흐름의 손상도 생각할 수 있다. 이러한 불충분한 정맥 귀환 흐름 상태에 도달한 경우, 가스 기포의 형성 및 캐비테이션으로 인해 불충분한 혈액 흐름뿐만 아니라 혈액에 대한 손상도 발생한다. 이러한 생명에 위협을 주는 또한 환자를 위험에 빠트리는 상황은 확실하게 피해야 한다.

정맥 라인의 압력 관찰은 붕괴를 피하기에는 충분하지 않은데, 그 이유는 작동상 안전한 상태 뿐만 아니라 붕괴인 경우에도 부압이 발생할 수 있기 때문이다. 또한, 혈액 펌프의 정맥측 압력은 대부분 환자(정역학적 압력)과 관련하여 의존하므로, 영향을 받을 수 있다.

또한, 이미 발생한 붕괴는 기껏해야 이러한 방식으로 검출될 수 있으며, 붕괴되려는 경향은 어려움 없이 검출될 수 있다.

동맥 라인에 있어서, 이것은 예를 들어 혈액 흐름의 손상으로서 생각할 수 있는 튜브의 꼬임이나 색전증 또는 혈전증으로 인한 배타적인 차단 또는 밀폐이다. 관 벽의 붕괴라는 문제점은 동맥 압력때문에 존재하지 않는다. 동맥 압력의 레벨 은 흐름 중단을 검출하기 위한 수단으로는 적합하지 않은데, 그 이유는 정맥 라인에서의 흐름 차단에 의해 또는 높은 도관 저항으로 인해 높은 동맥 흐름 저항이 유발될 수 있기 때문이다.

종래 기술에서는 이러한 문제점을 수학적으로 특정화하는 접근법이 개시되어 있다. Baloa 등은 펌프 속도를 점진적으로 증가시키고, 각각의 흐름을 측정하고 펌프 속도에 의한 차이를 구하여, 예를 들어 DRI(diminishing return index) 변화차(differential variable)(DRI = dQ/dω)를 형성하는 방법을 설명하고 있다. 흐름이 차단되지 않는 이상적인 경우에, 이러한 변화는 일정하다. 초기 붕괴시, DRI 는 작아져서, 붕괴가 발생되었을 때 그 값은 0 에 도달한다. 그러나, 붕괴를 피할 수 있는 방법과 이미 존재하는 붕괴를 어떻게 제거할 수 있는지에 대해서는 서술하지 않았다.

수초간 펌프를 간단히 오프로 절환하는 시도로, 많은 VAD에 사용된 방법은 펌프 기능 및 이에 따른 순환 기능부의 급작스러운 전체 제거로 인해 높은 위험도를 포함하는 것으로 보인다. 이 경우, 약해진 환자의 심장은 적응과정 없이 혈액 순환의 모든 부담을 급작스럽게 떠안게 되며, 이것은 과부담을 유발하여 부가적인 손상을 초래하게 된다. 또한, 붕괴는 본래의 속도가 회복되었을 때 서술한 과정으로 언제라도 재발생 될 수 있다. 만일 안전을 위해 낮은 펌프 속도가 미리 설정되었다면, 이에 따라 발생되는 적은 흐름이 안정된 방식으로 유지될 수 있다. 그러나, 기본적인 설정에 비해 흐름이 감소되고, 상기 흐름은 의도한 완전한 순환 기능을 생성할 수 없다. 또한, Baloa 등에 의해 서술된 용도(application)는 VAD 에서 사용되며, 관이 아니라 오히려 붕괴가 발생되는 심방에서 사용되는 것이다.

Vollkron 등은 고동치는 심장에만 존재하는 흐름 신호의 맥동의 도움을 받아 정맥 귀환 흐름을 확신하였다. 과도하게 높은 펌프 속도의 경우, 후자는 서서히 최소한으로 감소되며, 그 후 속도는 다시 최대 안전한 값과 희망 흐름으로 다시 서서히 증가한다. 그러나 이러한 느린 감소 및 증가는 펌프가 최적의 흐름을 찾는 시간 주기를 필요로 하지만, 그 동안에는 최적한 지원을 보장하지 않는다.

이러한 배경에 대해, 본 발명의 기초를 이루는 문제점은 생명에 위협을 가하는 상태를 피하면서 원하는 설정값의 범위내에서 혈액 펌프로부터의 혈액 흐름을 자동으로 제어 및 최적화하는 방법을 가능하게 하는 것이며, 상기 방법은 보편적으로 사용할 수 있도록 의도되었으며, 즉 심장 마비의 경우에도 양호한 신뢰성으로 작동되며, 혈액 흐름의 보정된 손상인 경우에도 목표한 방식으로 신속한 측정을 허용하기 위해 순환, 정맥, 동맥에서의 그 위치를 검출할 수 있다.

이러한 문제점은 본 발명에 따른 방법과 이러한 방법을 실시하기 위한 장치에 의해 완벽하게 해결된다.

이러한 새로운 방법은 펌프 속도의 주기적인 조정을 자동으로 실행할 수 있으며; 속도와 단위시간당 혈액 흐름과 서로간의 관계 등과 같은 펌프 변수의 특정값을 기록하므로써, 변화 차이가 유체흐름의 결과 판단으로 확인되며; 상기 변화 차이는 흐름 상태를 특정화하여, 귀환 흐름 중단을 검출 및 제거하고 심장 상태를 분석하는데 적합한 것이다.

공지의 방식으로 주치의 또는 체외순환사(perfusionist)에 의해 환자의 요구에 따라 필요로 하는 혈액 흐름이 설정되며, 본 발명에 따른 방법에 요구된 "순환에 필요한 혈액 흐름의 3/4 "의 크기도 알려져 있다. 예를 들어, 필요로 하는 혈액 흐름은 환자와 관련된 신체 면적을 위한 du Bois 공식을 사용하여 연산되며, 2.5 내지 41 min^-1 m^-2 범위의 심장박출계수가 일반적이다.

Baloa 등과는 달리, 펌프 속도는 증가될 뿐만 아니라 감소되기도 하며, 변화된 혈액 흐름이 측정된다. 이러한 방식으로, 만일 붕괴되려는 경향이 검출될 경우, 펌프 속도를 감소시키므로써 초기 붕괴의 재발생과 함께 다시 충분한 정맥 귀환 흐름을 달성할 수 있다. 그후, 속도를 증가시키어서 또한 변화된 흐름(혈액 흐름)을 측정하여서 속도 및 흐름은 점진적으로 최적화될 수 있으며, 초기 붕괴를 위한 초기값 이상의 안정적인 값을 달성할 수 있다.

초기 붕괴가 검출되지 않을 뿐만 아니라 급속히 제거되고 그 후의 흐름이 최적화되는 본 발명에 따른 방법은 차이 값이 확인될 뿐만 아니라, 초기 붕괴 또는 현존의 붕괴의 재발생에 대한 해결책도 없는 종래 기술(Baloa 등, Vollkron 등)과는 현저하게 상이하다. 수초간 펌프의 간단한 오프 절환에서 많은 VAD에 사용된 방법은 펌프 기능 및 이에 따른 순환기능 지원의 급작스러운 전체 제거로 인해 높은 위험도를 포함하는 것으로 보인다. 이 경우, 약해진 환자의 심장은 적응과정 없이 혈액 순환의 모든 부담을 급작스럽게 떠안게 되며, 이것은 과부담을 유발하여 부가적인 손상을 초래하게 된다.

한편, Vollkron 등에 의해 개시된 붕괴의 제거는 펌프 속도가 감소되고 다시 증가될 때까지 상당한 시간을 필요로 한다. 특히, 본 발명에 따른 원리는 일련의 펌프 속도 증가를 갖는 펌프의 급작스러운 감속에 의해 구별되며, 이러한 기능은 예를 들어 심장마비 등과 같은 비맥동 혈액 흐름에도 제공된다.

본 발명에 따른 방법과 본 발명에 따른 방법이 실행되는 장치를 첨부 도면을 참고로 하여 이하에 서술한다.

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)와, 산소 발생기(14)와, 정맥 호스라인(16) 및 동맥 호스라인(18)으로 이루어진 체외 혈액순환기에 연결된 환자(10)를 나타낸 것이다.

최소로 닫혀진 혈액의 체외순환 시스템(도1)의 초기 위상 중에, 펌프 속도(PS)는 αrpm으로 점진적으로 증가한다. "DFSR(differential flow speed ratio)" 값은 필요한 흐름 값의 ¾에 이를 때까지 △flow/△speed(=△flow/△PS [l/min][rpm])으로 계속하여 연산된다. 연산된 차(differential)의 평균 값은 순환기능을 보조하는 각각의 개별 환자의 대략적인 흐름/속도 비율 값을 나타낸다. 이러한 값은 반(half)으로 되어, 정의된 임계값(T)으로 사용된다. 바이패스 중에, 상기 펌프 속도(PS)는 ε초 동안 βrpm으로 감소된다. 펌프 속도의 감소(dPS)에 따라서, 흐름변화(dF)를 연산하고, 그로부터 "DFSR" 변화차(differential variable)(예를 들면 △flow/△PS)를 확인한다.

DFSR ≤ 1T는 초과 배출, 예를 들면 과도하게 적은 량의 귀환 흐름 상태를 나타내며, 초기 펌프 속도의 50%까지 즉각적인 펌프 속도(PS)의 다운 조절이 필요한 것이다. γ초 후에, PS는 점진적으로 초기 펌프 속도(PS)의 95%에 이를 때까지 δrpm으로 증가한다. DFSR ≤ 2T는 과도하게 적은 량의 배출을 나타내며, εrpm으로 펌프 속도(PS)의 증가가 필요한 것이다. 새로운 DFSR의 연산은 최적한 귀환 흐름의 성공을 나타낸다.

1.5T의 값은 상한값으로 취하게 된다. DFSR > 1.5T는 높은 펌프 속도를 가리키고, 따라서 높은 흐름도 가능하다. 옵션을 활성화 하면, DFSR > 1.5T는 상기 펌프가 ζrpm으로 속도를 증가하게 할 수 있다. 새로운 DFSR의 연산은 최적한 귀환 흐름의 성공을 나타낸다. 과-관류(over-perfusion) 가능성을 피하기 위해서는, 속도 증가를 우선하여 수용하는 최대 흐름을 입력할 수 있다.

상술한 제어 유닛의 다이어그램을 도2와 도3을 통해 설명한다. 도4는 실질적인 적용을 한 결과를 나타낸 것이다.

도2는 최적한 배출을 이루기 위한 발명 과정(알고리즘)을 흐름 다이어그램으로 나타낸 것이다. 체외 혈액순환(EKZ)을 개시한 후에, 필요한 환자-관련 제한 값이 도1에 대해 예를 드는 방식으로 기술하는 바와 같이 확인된다. 다음, 정맥 혈액의 귀환 흐름을 펌핑 용량을 변경하여 분량을 정하고, 그리고 그로부터 최적하게 배출할 수 있는 펌핑 용량을 확인하여, 설정(set)한다.

도3은 본 발명에 따르는 제어회로를 나타낸 것이다. 상기 회로는 계속적으로, 소망하는 DFSR 값으로 펌프 속도의 순간 흐름으로부터 새로운 DFSR 활성 값을 확인하고, 상기 DFSR 활성 값을 소망하는 DFSR 값에 맞추고(match), 그리고 그로부터 계속적으로, 너무 적은 량의 배출과 마찬가지로 초과 배출도 막도록 펌프 속도를 재설정하는 것이다.

도4는 어떻게 평균 값이 펌프 속도가 증가하고, 동시적으로 DFSR을 측정한 후에 형성되는지를(예, DFSR) 설명하는 도면이다. 이 값의 반(half)이 제한 값으로 설정된다. 상기 DFSR이 확인되어진 후에, 정맥 귀환 흐름량이 감소된다(화살표로 나타냄). DFSR을 확인하는 후속 측정(subsequent measurement)이 동일한 감소를 확인하고, 그 후에 펌프 속도가 2-스텝 감소에 의해 95%까지 효율적으로 천천히 다운된다. DFSR의 후속 측정은 명료하게, 예를 들어 유용한 정맥 흐름에 펌프 속도를 적용하는 것으로, 최적한 배출 및 이러한 값의 상승을 나타낸다.

또한, 청구범위 1항의 a) 및 b)단계는 도4에서의 공정이고, d)단계가 부가 화살표로 지시된 공정이다.

귀환 흐름의 방해는 펌프 유입구 측에 흐름 저항을 상승하고, 그리고 이러한 사실은 펌프의 프리로드(preload)를 감소시키고 그리고 펌프 흐름에 역효과를 미친다. 산소 발생기에서 혈액의 응고작용(clotting)이 있는 경우에, 저항이 유사하게 증가되지만, 이러한 추가 저항은 펌프 뒤에서 발생한다. 양 경우가 DFSR에 영향을 미치는데, 산소 발생기의 혈액 응고와 펌프에 대한 정맥 귀환 흐름의 방해와의 사이에 구별을 하기 위해서, 산소 발생기를 횡단하는 압력 강하(유입구 압력 - 배출구 압력)를 추가로 측정하여 필요한 정보를 얻는다. 만일 DFSR이 떨어지면, 산소 발생기상에 압력차의 레벨(the level of the differential pressure)이 증가된 저항의 원인을 가리키는데, 예를 들면 펌프 전 또는 후 인지의 여부를 나타낸다. 만일 상기 압력차가 작으면, 정맥 귀환 흐름부의 장애가 있는 것이고, 그리고 만일 상기 압력차가 크다면, 산소 발생기에서 혈액 응고동작이 발생한 것이다.

또한, DFSR의 측정은 심장의 펌핑 용량에 관한 정보, 특히 심장의 우심실에 관련한 정보를 제공한다. 회복하는 심장이나 또는 중간 펌핑 속도로 인해 감소되는 경우에, DFSR은 변하지 않아야 한다. 상기 회복하는 심장은 프랭크 스탈링 메카니즘(Frank Starling mechanism)에 의거 증가된 프리로드에 반응하여, 필요한 출력 용량을 달성하려고 시도한다. 정맥과 동맥에 압력을 가하여서, 그에 따라 DFSR이 일정하게 된다. 불충분하게 오직 부분적으로만 회복된 심장인 경우에는, 평균 펌프 속도의 감소는 DFSR을 증가하게 한다. 불충분한 심장은 펌프 지원이 감소되면 증가된 프리로드를 극복할 수 없다. 따라서, 이러한 경우에는, 정맥 압력이 증 가하고 그리고 동맥 압력이 약해진다. 신체는 동맥 압력에서의 부가적인 압력강하를 보정하기 위해서 혈관수축으로 떨어지는 동맥 압력에 반응한다. 이러한 결과로 펌프의 프리로드가 증가하는 반면에, 에프터-로드는 대략 일정하게 유지된다. 즉, DFSR은 증가한다.

속도-감소 제어 단계에 대한 반응을 흐름 패턴 분석과 조합하여 사용하여서 심장 상태를 확인한다. 대동맥 압력이 심장 수축기 중에 증가하고 그리고 펌프에 의한 흐름은 약해지는 방식으로, 박동 심장은 지원하는 원심 펌프의 흐름 패턴에 영향을 미친다. 만일 평균 펌프 속도가 감소하고 그리고 속도-감소 제어 단계를 동반한다면, 흐름 신호의 추종 펄스가 심장 상태와 펌핑 유보에 관한 유용한 정보를 제공한다. 상기 지원이 감소한 후에, 흐름 펄스의 기울기와 진폭은 수축 용량과 그에 따른 심장의 재생에 관한 방향 정보를 제공한다.

상기 방법은 심장 상태와 펌핑 유보 용량을 판단하는데 사용할 수 있고, 그리고 적절한 방식으로 심장 지원체에서 환자를 떼어놓는데 사용할 수 있다. 이들은 매우 유용한 방식으로 심장을 모니터링 하는 공구로서 사용할 수 있는 반면에, 후자는 주기적인 속도 감소에 의해 더욱 많이 프리로드를 수용하여서 처리된다.

심장 상태와 심장 재생을 확인하는 다른 실현은, 심장이 펌프 흐름과 심장 출력으로 구성된, 신체에 의해 소요되는 총 흐름을 전달하고 그리고 갑작스런 펌프 지원을 보정하는데 필요한 시간을 결정하는 것이다.

상기 프랭크 스탈링 메카니즘은 양쪽 방법에 직접적으로 사용된다. 그런데, 이러한 용도는, DFSR의 비-간섭 판단(non-invasive determination)과 대조적으로, 동맥과 정맥 혈압의 간섭 측정을 필요로 한다.

이러한 방식에서는, 또한 혈액 흐름을 모니터링 하고 그리고 최적화를 자동화 할 수도 있으며, 이러한 사실은 장기간 적용인 경우에 심장 지원과 재생의 필요가 있는 것이다. 또한, 징후는 펌프에 의한 교환된 혈액 흐름에 대한 심장 반응을 통해 심장의 회복과 관련하여 구해진다. 펌핑 용량의 감소에 따른 동맥 혈압 내의 맥박이 높을수록, 용량이 더 커지고 그에 따라 심장의 회복이 빨라진다. 따라서, 필요한 지원이 심장 지원 시간 중에 자동적으로 제공될 수 있고, 상기 펌프는 심장의 펌핑 용량의 감소가 발생하는 경우에 펌핑 용량의 더 큰 할당을 보장받을 수 있다. 심장의 무-리스크(risk-free) 재생과, 펌프에서 떼어지는 자동 연속성이 가능하다.

도5는 예를 들어서 본 발명에 따르는 제어가 어떻게 일어날 수 있는지를 나타낸 것이다. 필요한 혈액 흐름이, 이러한 일은 당분야의 기술인에게 친밀한 과정으로, 확인되어진 후에, 제어 과정을 개시하여 DFSR을 확인한다. 예를 들어 여기서는 절반으로 있는 비율은 임계값(T)으로 기술된 방식으로 한정된다.

도5에서, DFSR = 1T의 직선라인은 '22'로 나타낸다. DFSR = 1.5T의 코스는 도면번호 '24'로 나타나고, 그리고 DFSR = 2T는 '26'으로 나타내었다. 본 발명에 따르는 방법의 조작 영역(28)은 직선 라인(22, 24)사이에 나타내었다. 직선 라인(22)(DFSR = 1T) 밑에, 바람직하지 않은 조작 구역은 회색 구역(30)(DFSR < 1T)으로 표시되었고, 부분 또는 완전한 붕괴가 발생할 수 있다. 이러한 구역은 환자의 안전을 위해서 중요한 것이고, 따라서 상기 구역을 확실하게 피하기 위해서는 절대적으로 주요한 것이다.

DFSR ≥ 1.5T 일 때에, 펌프 속도는 증가하고, DFSR ≤ 1T일 때에는 감소한다(그리고 그 후에 다시 증가). 따라서, 1T와 1.5T 사이에 작동 지대에서의 안정적인 작동이 달성된다.

직선라인 DFSR = 1T, DFSR = 1.5T, DFSR = 2T의 시작 지점은 상기 예의 다이어그램에서 원점에서 시작하지 않는다. 명확하게, 예를 들어 기술된 원심 펌프로 사용하는 중에 현재의 압력 상태에 따라서, 이 펌프에 의해 발생한 양의 흐름 > 0 이 대략 주어진 속도(PS)까지 전해질 수 없고 그리고 따라서 DFSR의 판단이 이러한 속도까지 시작할 수 없고 그리고 필요한 흐름의 3/4에서 끝난다. 따라서, 펌프 회로에서 발생하는 속도(PS)의 값과 펌프에 의해 발생되는 필요한 흐름의 3/4까지 이르는 흐름 > 0(=양의 값)은 DFSR과 그에 따른 T를 확인하도록 평가되어야 한다.

일반적인 이해를 위해서, 기준은 일단 DFSR이 시켄스 속도차의 변화(△flow/△speed)로 형성된다는 사실로 다시 만들었다. 따라서, 이러한 값은 변화차이로 이해한다. 따라서, 상기 DFSR은 각각의 함수의 제1도함수(각 지점에서의 함수 △flow/△speed의 기울기)를 나타낸다.

귀환 흐름 상태를 변경하지 않기 위해서, 예를 들면 거의 이상적인 방해받지 않는 혈액 흐름을 갖기 위해서, 직선라인은 이러한 기능과 유도체로서의 일정한 DFSR 변화를 예상할 수 있다. 이러한 동작은 순간을 확인하는데 사용된다. DFSR 및 그에 따른 임계값은 'T' 이다.

고려되는 펌프 속도의 범위 내의 DFSR의 변경 값과 같은, 이러한 기울기의 변경은 흐름상태의 변경을 나타낸다.

본 발명에 따르는 방법에서, 주기적인 속도 조정은 주어진 펌프 속도에서 실시되고 그리고 이러한 간섭 영역의 DFSR 변화차이는 고려되는 상부 및 하부의 간섭 속도용으로 △flow/△speed로부터 형성된다.

(순간 DFSR의 부분, 특정 경우에서는 1/2순간 DFSR) 임계값(1)과 대비하여, 펌프 속도는 흐름 조건이 DFSR의 사전설정 범위 내에서 유지되는 방식으로 조절된다. 이러한 T 내지 1.5T의 사전설정 범위는, 이 실시예에서는, 유용한 귀환 흐름 량으로 사용된 펌프 속도로 나타나며, 한 편에서는 과배출이 피해지고 그리고 다른 한 편에서는 유용한 배출상태 하에서 사전 결정된 필요한 혈액흐름을 최선의 작용으로 달성한다.

따라서, 일반적으로 혈액 흐름을 위한 제어 과정에 관심을 갖기보다는, 최대 혈액 흐름을 위한 사전 결정된 목표 값으로 흐름 상태에 펌프 속도를 적용하는 편이 좋다.

이러한 방법을 개발하여, 혈액 순환기에 제공된 산소 발생기의 가스 공급기가 제어 회로에 합체된다. 혈액 흐름을 펌프를 조절하여 변경되게 조정함으로서, 가스 흐름과 상기 가스 흐름부 내의 산소 함량은 또한 자동적으로 주어진 혈액 흐름과 환자의 필요에 맞게 채택되어야 한다. 이러한 목적을 위해서, 온라인 측정된 혈액가스(PO₂, PCO₂)의 분압과 현재의 혈액흐름을 사용하여 가스 공급기를 조절하는 것을 제안한다. 만일 양쪽 분압이 정상이면, 가스 혼합 및 가스 흐름이 유지될 수 있다. 만일 PO₂가 너무 작으면, 공급된 가스 혼합물의 산소함량은 자동적으로 증가되어야 하고 그리고 그역으로도 되어야 한다. 다른 한 편에서, PCO₂의 값이 지나치게 높으면 가스흐름을 증가시켜 조정하고, 반면에 PCO₂의 값이 지나치게 낮은 값은 가스흐름을 감소시켜 조정한다. 알고리즘은, 혈액 흐름용으로 제안된 아날로그성이며, 임계값 또는 제한값으로 구성된다.

이러한 경우에, 임계값에 압력차 또는 가스 분압력이 도달되었을 때에 경고신호와 산소 발생기상의 차압력의 자동탐지는 특히 중요한 것이다. 심장과 폐기능 관련 환자에게 초기의 모자라는 공급 리스크를 탐지하여, 예를 들어 혈액응고의 산소 발생기를 교체하는 것과 같은 적절한 조치를 취하여 해결한다.

원심 펌프의 측정 값 만이 도4에 개시되어져 있지만, 당 기술분야의 기술인은 정맥 귀환 흐름의 문제와 관(vessels) 또는 실(ventricles)의 붕괴 위험이 임의적인 작동 모드를 이용하는 혈액 펌프의 사용으로 인해서 기본적으로 발생할 수 있으며 그리고 본 발명에 의거 해결될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

명확하게, 상기 비-간섭적인 방법으로, 펌프가 나타내는 유량을 매개변수로서 사용할 수 있을 뿐만 아니라, 예를 들어 원심 펌프의 전력 또는 전류 소비나 축 펌프의 활성 마그네틱 베어링의 전류 또는 전력 소비와 같은 이러한 유체 흐름에 대한 펌프 비율의 변화도, 본 발명의 범위 내에서 제어 매개변수로서 사용할 수 있는 것이다.

혈액 펌프를 자동 제어하기 위한 방법에서, 최적한 혈액 흐름은, 형성된 차 이 변화와 제어 알고리즘을 사용하여, 주기적인 속도 조정과 그에 의해 발생하는 흐름을 변경하여 이루어진다. 또한, 정맥 또는 동맥측 상에서 흐름저항이 발생할 수 있는 장소를 탐지해 낼 수 있다.

혈액 펌프를 제어하는 방법은, 변화 차이가 있는 "유체흐름 속도차 비율"(DFSR)이 자동식 주기적 속도 변경 또는 측정된 펌프의 공급 용량의 변경에 의한 △_공급용량/△_{속도/펌프속도}에 따라서 형성되고, 상기 유체흐름 속도차 비율의 레벨과 코스는 최적한 혈액흐름으로 하는 알고리즘에 사용되는 특징이 있는 것이다.

본원은, 자동식 주기적 속도 또는 펌프 속도의 변경을 증가와 감소 양편으로 할 수 있는 것이 특징적인 방법인 것이다.

본원은, 공급용량의 변경이 펌프 매개변수의 변경으로 결정되는 것이 특징적인 방법인 것이다.

본원은, 상기 용도로 측정된 펌프의 공급용량의 변경과 속도 또는 펌프 속도의 변경 판단이 무-간섭으로 일어나는 것이 특징적인 방법인 것이다.

본원은, 적어도 1개의 매개변수의 판단이 간섭하여 일어나는 것이 특징인 방법인 것이다.

본원의 의료장비는 제어 시스템을 가진 혈액 공급용 펌프를 구비한 것이다.

Claims (5)

1. 체내 또는 체외 혈액 순환기 내에서 혈액 펌프를 작동하는 방법은:

   a)각각의 DFSR 변화가 측정된 혈액 펌프 속도차에 대한 혈액 공급용량차의 몫으로 연산되고, 상기 펌프 속도는 순환에 필요한 혈액흐름의 3/4 까지 점진적으로 증가하고 그리고 DFSR 변화가 각 변경 단계용으로 연산되는, 측정된 DFSR 변화로부터 구한 평균 값의 한 부분인, 임계값(T)을 정하는 단계와;

   b)혈액 펌프 속도를 낮추고 그리고 상관 DFSR 변화에 따라 단계적으로 연산하는 단계와;

   c)상기 a)단계에서 구한 임계값(T)과, 상기 b)단계에서 구한 DFSR 변화를 대비하는 단계; 및

   d)상기 b)단계에 따르는 DFSR 변화가 임계값(T)보다 큰지 작은지에 따라서 혈액 펌프 속도를 변경하는 단계로 작동하는 것을 특징으로 하는 방법.
2. 제1항에 있어서, 임계값(T)은 순환에 필요한 혈액 흐름의 3/4에 도달할 때가 탐지되어진 측정된 DFSR 변화로부터 구한 평균 값의 절반인 것을 특징으로 하는 방법.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, DFSR ≤ 1T일 때에, 혈액 펌프 속도는 낮아지고 그리고 그 후에 한정 시간을 지나면 다시 증가하는 것을 특징으로 하는 방법.
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, DFSR ≥ 1.5T일 때에, 상기 혈액 펌프 속도는 증가하는 것을 특징으로 하는 방법.
5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 따르는 방법을 수행하는 장치에서, 상기 혈액 펌프 순환부는 확인된 DFSR 변화를 탐지, 연산 및 대비하기 위한 제1수단을 포함하고, 그리고 상기 장치의 제2수단이 임계값(T)과 확인된 DFSR 변화를 대비한 결과로 혈액 펌프 속도를 설정하기 위해 제공된 것을 특징으로 하는 장치.

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