KR20110098192A

KR20110098192A - 혈액펌프

Info

Publication number: KR20110098192A
Application number: KR1020100017666A
Authority: KR
Inventors: 심은보; 김유석; 권순성; 이정재; 홍승배
Original assignee: 강원대학교산학협력단
Priority date: 2010-02-26
Filing date: 2010-02-26
Publication date: 2011-09-01

Abstract

혈액펌프가 개시된다. 본 발명에 따른 혈액펌프는 일방향으로 길게 형성된 원통 형상으로 이루어지며, 혈액이 유입 및 유출되는 유입포트 및 유출포트가 각각 외주면에 관통 형성되는 하우징; 일방향으로 길게 형성되며 하우징에 회전 가능하게 지지되는 샤프트와, 일방향으로 길게 형성되고 샤프트를 중심으로 방사형으로 배치되며 하우징의 내부에 배치되며 샤프트의 회전시 샤프트 주위를 회전하여 유입포트를 통해 유입된 혈액이 하우징의 원주방향으로 유동하여 유출포트를 통해 배출되도록 하는 복수의 블레이드를 포함하는 블레이드유닛; 샤프트를 구동하는 모터; 충전 및 방전이 가능한 배터리를 포함하며, 외부의 자기장 또는 외부의 전기장을 이용한 비접촉식 충전방식으로 배터리의 충전이 가능하도록 구성되며, 충전된 전원을 모터에 공급하는 전원공급유닛;을 구비한다.

Description

혈액펌프{Blood pump}

본 발명은 혈액펌프에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 심장의 기능을 보조할 수 있어 심실보조장치로 사용될 수 있는 혈액펌프에 관한 것이다.

많은 사람들이 심장질환으로 고통받고 있으며, 특히 심장마비 또는 심장수술 이후에 심인성 쇼크(cardiogenic shock)로 고통을 받고 있다. 이러한 환자들은 최소 1분에 3리터의 혈액을 공급할 수 있는 혈액펌프의 도움이 필수적으로 요구되며, 대동맥내 기구펌프(Intre-Aortic Ballon Pump)가 오랫동안 사용되고 있다. 그러나, 대동맥내 기구펌프는 대퇴동맥을 통해 삽입하는 것이 가능하다는 시술상의 장점은 있으나, 펌핑 능력이 제한되어 심장 기능이 일부라도 남아 있는 환자에게만 사용할 수 있으며 특히 좌심실과의 동기화에 크게 의존하는 한계가 있다.

이러한 대동맥내 기구펌프의 문제점을 해결하기 위해서 다양한 펌프, 예를 들어 헤모펌프(Hemopump), 프로펠러펌프 또는 원심분리 펌프 등이 개발되었다. 그러나, 헤모펌프는 크기가 작아 시술이 용이하다는 장점이 있으나 펌프로 유입되는 혈액 양이 감소하여 필요한 혈액을 공급하기 어렵다는 한계가 있다. 또한, 프로펠러펌프나 원심분리펌프는 현재의 기술상으로는 주지되어 있는 바와 같이 경피적 주입이 가능하지 않다는 한계가 있다.

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위해서 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 경피적 시술이 가능할 뿐만 아니라 심장마비나 심장병수술에 따른 심인성 쇼크 증세를 겪는 환자에게 충분한 혈액을 공급할 수 있도록 구조가 개선된 혈액펌프를 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 따른 혈액펌프는 일방향으로 길게 형성된 원통 형상으로 이루어지며, 혈액이 유입 및 유출되는 유입포트 및 유출포트가 각각 외주면에 관통 형성되는 하우징; 상기 일방향으로 길게 형성되며 상기 하우징에 회전 가능하게 지지되는 샤프트와, 상기 일방향으로 길게 형성되고 상기 샤프트를 중심으로 방사형으로 배치되며 상기 하우징의 내부에 배치되며 상기 샤프트의 회전시 상기 샤프트 주위를 회전하여 상기 유입포트를 통해 유입된 혈액이 상기 하우징의 원주방향으로 유동하여 상기 유출포트를 통해 배출되도록 하는 복수의 블레이드를 포함하는 블레이드유닛; 상기 샤프트를 구동하는 모터; 및 충전 및 방전이 가능한 배터리를 포함하며, 외부의 자기장 또는 외부의 전기장을 이용한 비접촉식 충전방식으로 상기 배터리의 충전이 가능하도록 구성되며, 상기 충전된 전원을 상기 모터에 공급하는 전원공급유닛;을 구비하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, 상기 유입포트 및 유출포트는 각각 원형으로 이루어지는 것이 바람직하다.

또한, 본 발명에 따르면, 상기 유입포트는 상기 유출포트 보다 더 큰 것이 바람직하다.

또한, 본 발명에 따르면, 상기 유입포트는 상기 하우징의 길이방향으로의 중심축을 중심으로 90° 내지 160°의 원호를 한정하고, 상기 유출포트는 상기 하우징의 길이방향으로의 중심축을 중심으로 40° 내지 70°의 원호를 한정하는 것이 바람직하다.

또한, 본 발명에 따르면, 상기 하우징의 길이는 상기 하우징의 직경의 5배 내지 10배인 것이 바람직하다.

본 발명에 따르면, 상기 블레이드는 상기 하우징의 내주면에 대해 접하여 회전하는 것이 바람직하다.

또한, 본 발명에 따르면, 상기 블레이드는 3° 내지 70°의 전진각을 가지는 것이 바람직하다.

또한, 본 발명에 따르면, 상기 블레이드는 곡선 형상으로 이루어지는 것이 바람직하다.

또한, 본 발명에 따르면, 상기 블레이드의 단면은 에어포일(airfoil) 형상으로 이루어지는 것이 바람직하다.

또한, 본 발명에 따르면, 상기 블레이드유닛은, 상기 샤프트의 길이방향으로 상호 이격되고, 판 형상으로 이루어지며, 상기 하우징의 내부에 배치되는 한 쌍의 커버부재를 더 포함하며, 상기 한 쌍의 커버부재 중 하나의 커버부재는 상기 하우징의 개구를 막으며, 상기 각 블레이드의 길이방향으로의 양단부는 각각 상기 한 쌍의 커버부재에 결합되며, 상기 샤프트는 상기 한 쌍의 커버부재와 함께 회전하도록 상기 커버부재 중 적어도 하나의 커버부재에 고정되는 것이 바람직하다.

또한, 본 발명에 따르면, 상기 커버부재의 외측면에는 상기 외측면에 대해 볼록한 볼록부 또는 상기 외측면에 대해 오목한 오목부가 형성되며, 상기 볼록부 또는 오목부는 상기 커버부재에 상기 샤프트를 중심으로 방사형으로 복수 배치되는 것이 바람직하다.

또한, 본 발명에 따르면, 상기 하우징의 직경은 환자의 혈관으로 경피 주입 가능하도록 구성되는 것이 바람직하다.

본 발명에 따르면,

경피적 시술이 가능할 뿐만 아니라 심장마비나 심장병수술에 따른 심인성 쇼크 증세를 겪는 환자에게 충분한 혈액을 공급할 수 있도록 구조가 개선된 혈액펌프를 제공

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 혈액펌프의 개략적인 사시도이다.
도 2는 도 1에 도시된 혈액펌프의 개략적인 분리 사시도이다.
도 3은 도 2에 도시된 블레이드유닛을 다른 방향에서 바라본 개략적인 사시도이다.
도 4는 도 1에 도시된 혈액펌프의 횡방향으로의 개략적인 단면도이다.
도 5는 도 1에 도시된 혈액펌프의 전원공급방식을 설명하기 위한 개략적인 개념도이다.
도 6 내지 도 8은 각각 본 발명의 다른 실시예에 따른 혈액펌프의 횡방향 단면도이다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 혈액펌프의 개략적인 사시도이고, 도 2는 도 1에 도시된 혈액펌프의 개략적인 분리 사시도이며, 도 3은 도 2에 도시된 블레이드유닛을 다른 방향에서 바라본 개략적인 사시도이며, 도 4는 도 1에 도시된 혈액펌프의 횡방향으로의 개략적인 단면도이며, 도 5는 도 1에 도시된 혈액펌프의 전원공급방식을 설명하기 위한 개략적인 개념도이다.

도 1 내지 도 5를 참조하면, 본 실시예에 따른 혈액펌프(100)는 하우징(10)과, 블레이드유닛(20)과, 모터(30)와, 전원공급유닛(미도시)을 구비한다.

하우징(10)은 전체적으로 일방향으로 길게 형성된 원통 형상으로 이루어진다. 하우징(10)의 길이방향으로의 단면은 원형으로 형성되며, 하우징(10)의 내부에는 공간이 형성되어 있다. 하우징(10)의 직경은 하우징(10)이 환자의 혈관으로 경피 주입 가능할 정도로 작게 형성되는 것이 바람직하다. 그리고, 하우징(10)의 길이는 하우징(10)의 직경에 비해 5배 내지 10배 이내로 형성되는 것이 바람직하다. 하우징(10)의 길이를 직경에 비해 크게 하는 것은 하우징(10)의 내부 체적을 증가시킴으로써 하우징(10) 내부로 충분한 혈액을 유입시키기 위함이다.

하우징(10)의 일단부는 개방되어 있으며, 하우징(10)의 타단부는 압력용기와 마찬가지로 곡면형상으로 형성되어 막혀있다. 다만, 하우징(10)의 타단부에는 결합공()이 형성되어 있다.

그리고, 하우징(10)의 외주면에는 유입포트(13) 및 유출포트(14)가 관통 형성된다. 유입포트(13) 및 유출포트(14)는 혈액이 유입 및 유출되는 통로이다. 유입포트(13) 및 유출포트(14)는 사각, 원형 등 다양한 형태로 이루어질 수 있으나 원형으로 이루어지는 것이 바람직하다. 또한, 유입포트(13)는 유출포트(14) 보다 더 큰 것이 바람직하다.

유입포트(13)는 하우징(10)의 길이방향으로의 중심축을 중심으로 90° 내지 160°의 원호를 한정하는 것이 바람직하다. 여기서, 90° 내지 160°의 각도는, 하우징(10)의 길이방향에 수직인 단면에서 하우징(10)의 길이방향 중심축과 유입포트(13)의 양측 단부 사이의 각도를 말한다. 마찬가지로, 유출포트(14)는 하우징(10)의 길이방향으로의 중심축을 중심으로 40° 내지 70°의 원호를 한정하는 것이 바람직하다.

블레이드유닛(20)은 한 쌍의 샤프트(21,22)와, 한 쌍의 커버부재(23,24)와, 복수의 블레이드(25)를 포함한다.

한 쌍의 샤프트(21,22)는 각각 하우징(10)의 길이방향으로 길게 형성된다. 한 쌍의 샤프트(21,22)는 서로 상대 회전하지 않으며, 한 쌍의 슬라이딩 베어링(211,221)에 의해 지지되어 하우징(10)에 회전 가능하게 결합된다. 한 쌍의 슬라이딩 베어링(211,221)은 각각 한 쌍의 샤프트(21,22)에 삽입된다.

한 쌍의 커버부재(23,24)는 각각 원형의 판 형상으로 이루어지며, 샤프트(21,22)의 길이방향으로 상호 이격되게 배치된다. 한 쌍의 커버부재(23,24)는 각각 하우징(10)의 내부에 배치되며, 커버부재(23,24)의 외측으로 각각 한 쌍의 슬라이딩 베어링(211,221)이 배치된다. 한 쌍의 커버부재(23,24)의 외측면에는 한 쌍의 샤프트(21,22)가 고정되며, 이에 따라 샤프트(21,22) 및 커버부재(23,24)는 함께 회전한다.

한 쌍의 커버부재(23,24) 중 하나의 커버부재(23)는 하우징의 일단부에 개방된 부분을 막으며, 이에 따라 커버부재(23)의 외측면은 하우징(10)의 외부로 노출된다. 커버부재(23)의 외측면에는 그 외측면에 대해 볼록한 복수의 볼록부(231) 또는 그 외측면에 대해 오목한 복수의 오목부(미도시)가 형성된다. 복수의 볼록부(231) 또는 복수의 오목부는 샤프트(21)를 중심으로 방사형으로 배치된다. 또한, 커버부재(23)의 외측면에는 복수의 볼록부(231)만이 형성되거나, 복수의 오목부만이 형성되거나, 볼록부(231) 및 오목부가 혼재되게 형성될 수 있다. 다만, 본 실시예에서는 복수의 볼록부(231)가 도시되어 있다. 그리고, 각 볼록부(231) 및 오목부는 곡선 형상으로 이루어지는 것이 바람직하다.

그리고, 커버부재(23)의 외측으로는 펌프커버(26)가 결합된다.

복수의 블레이드(25)는 각각 하우징(10)의 길이방향으로 길게 형성된다. 복수의 블레이드(25)는 샤프트(21)를 중심으로 방사형으로 배치된다. 각 블레이드(25)의 단면은 사각형상으로 이루어진다. 각 블레이드(25)의 양단부는 한 쌍의 커버부재(23,24)에 고정되며, 이에 따라 복수의 블레이드(25) 및 한 쌍의 커버부재(23,24)는 한 몸체처럼 회전하게 된다. 각 블레이드(25)의 길이는 하우징(10)의 길이와 실질적으로 동일한 것이 바람직하다. 또한, 각 블레이드(25)는 회전시 하우징(10)의 내주면에 대해 접하면서 회전하는 것이 바람직다. 그리고, 각 블레이드(25)는 3° 내지 70°의 전진각을 가지는 것이 좋다. 복수의 블레이드(25)가 샤프트(21)를 중심으로 하여 회전하면, 혈액 유동이 발생하게 되므로, 유입포트(13)를 통해 유입된 혈액이 하우징(10)의 원주방향으로 유동하여 유출포트(14)를 통해 배출된다. 참고로, 도 4에 도시된 화살표는 혈액의 유동방향을 지시한다. 그리고, 복수 블레이드(25)의 회전시, 커버부재(23) 및 하우징(10) 사이의 갭에서는 혈액의 이동이 발생하게 되나, 볼록부(231) 및/또는 오목부가 샤프트(21)의 주변에 있는 혈액을 세척하여 혈전이 침착되거나 침전되는 가능성을 최소화한다.

모터(30)는 샤프트(21)를 구동한다. 모터(30)의 출력축 및 샤프트(21)는 감속기어(31)에 의해 연결되어 있다.

전원공급유닛은 모터(30)를 작동시키는 전원을 공급한다. 전원공급유닛은 충전 및 방전이 가능한 배터리(40)를 포함하며, 배터리 충전은 외부의 자기장 또는 외부의 전기장을 이용한 비접촉식 충전방식으로 이루어진다.

비접촉식 충전방식은 예를 들어 전기제품의 전력 충전기와 전파 변환 기계장치가 같은 주파수로 진동하면서 전기장 및 자기장을 형성시키는 공진(resonance) 현상을 이용하여 무선으로 전력을 전송하는 '와이 트리시티(WiTricity)' 기술로 구현될 수 있다. 또한, 비접촉식 충전방식은 전자기유도(電磁氣誘導) 현상 즉, 구리선이 감긴 코일에 전류가 흐르면 코일이 자석이 되고, 반대로 코일안에서 자석이 움직이면 반대로 코일에 전류가 흐르는 현상을 이용한 '스플래시패드(Splashpad)'와 같은 시스템으로 구현할 수도 있다. 즉, 스플래시패드에 전류가 흐르면 내부 코일에서 자기장이 발생하고, 자석이 된 패드의 코일은 휴대폰과 같은 전자제품에 있는 또 다른 코일에 전류를 유도시켜 배터리를 충전시키는 방식이다.

참고로, 도 5에 도시된 실선 화살표는 모터의 회전력이 전달되는 방향을 지시하며, 점선 화살표는 전원의 인가방향을 지시한다.

상술한 바와 같이 본 실시예에서는 하우징(10)의 직경이 경피 주입이 가능할 정도로 충분히 작게 되므로, 시술이 매우 편리하다는 장점이 있다.

또한, 혈액펌프(100), 특히 하우징(10)의 직경은 소형으로 하더라도 하우징(10)의 길이를 적절하게 구성함으로써, 심장질환자에 필요한 최소한의 혈액 박출이 가능하다는 장점이 있다.

그리고, 모터 전원은 비접촉식 충전방식에 의해 공급될 수 있으므로, 배터리(40) 교환을 위해 개복수술을 할 필요가 없어진다.

한편, 본 실시예에서는 블레이드의 단면이 사각 형상으로 이루어져 있으나, 도 6 내지 도 8에 도시되어 있는 바와 같이 블레이드(25a,25b,25c)의 단면이 곡선 형상, 포물선 형상 및 에어포일(airfoil) 형상으로 이루어지도록 구성할 수 있다.

이상, 본 발명을 바람직한 실시예들을 들어 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예들에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러 가지 많은 변형이 가능함은 명백하다.

10...하우징
12...결합공 13...유입포트
14...유출포트 20...블레이드유닛
21,22...샤프트 23,24...커버부재
25,25a,25b,25c...블레이드 26...펌프커버
30...모터 31...감속기어
40...배터리 100...혈액펌프
211,221...슬라이딩 베어링 231...볼록부

Claims

일방향으로 길게 형성된 원통 형상으로 이루어지며, 혈액이 유입 및 유출되는 유입포트 및 유출포트가 각각 외주면에 관통 형성되는 하우징;
상기 일방향으로 길게 형성되며 상기 하우징에 회전 가능하게 지지되는 샤프트와, 상기 일방향으로 길게 형성되고 상기 샤프트를 중심으로 방사형으로 배치되며 상기 하우징의 내부에 배치되며 상기 샤프트의 회전시 상기 샤프트 주위를 회전하여 상기 유입포트를 통해 유입된 혈액이 상기 하우징의 원주방향으로 유동하여 상기 유출포트를 통해 배출되도록 하는 복수의 블레이드를 포함하는 블레이드유닛;
상기 샤프트를 구동하는 모터; 및
충전 및 방전이 가능한 배터리를 포함하며, 외부의 자기장 또는 외부의 전기장을 이용한 비접촉식 충전방식으로 상기 배터리의 충전이 가능하도록 구성되며, 상기 충전된 전원을 상기 모터에 공급하는 전원공급유닛;을 구비하는 것을 특징으로 하는 혈액펌프.
제 1항에 있어서,
상기 유입포트 및 유출포트는 각각 원형으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 혈액펌프.
제 1항에 있어서,
상기 유입포트는 상기 유출포트 보다 더 큰 것을 특징으로 하는 혈액펌프.
제 1항에 있어서,
상기 유입포트는 상기 하우징의 길이방향으로의 중심축을 중심으로 90° 내지 160°의 원호를 한정하고
상기 유출포트는 상기 하우징의 길이방향으로의 중심축을 중심으로 40° 내지 70°의 원호를 한정하는 것을 특징으로 하는 혈액펌프.
제 1항에 있어서,
상기 하우징의 길이는 상기 하우징의 직경의 5배 내지 10배인 것을 특징으로 하는 혈액펌프.
제 1항에 있어서,
상기 블레이드는 상기 하우징의 내주면에 대해 접하여 회전하는 것을 특징으로 하는 혈액펌프.
제 1항에 있어서,
상기 블레이드는 3° 내지 70°의 전진각을 가지는 것을 특징으로 하는 혈액펌프.
제 1항에 있어서,
상기 블레이드는 곡선 형상 또는 타원 형상으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 혈액펌프.
제 1항에 있어서,
상기 블레이드의 단면은 에어포일(airfoil) 형상으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 혈액펌프.
제 1항에 있어서,
상기 블레이드유닛은, 상기 샤프트의 길이방향으로 상호 이격되고, 판 형상으로 이루어지며, 상기 하우징의 내부에 배치되는 한 쌍의 커버부재를 더 포함하며,
상기 한 쌍의 커버부재 중 하나의 커버부재는 상기 하우징의 개구를 막으며며,
상기 각 블레이드의 길이방향으로의 양단부는 각각 상기 한 쌍의 커버부재에 결합되며,
상기 샤프트는 상기 한 쌍의 커버부재와 함께 회전하도록 상기 커버부재 중 적어도 하나의 커버부재에 고정되는 것을 특징으로 하는 혈액펌프.
제 1항에 있어서,
상기 커버부재의 외측면에는 상기 외측면에 대해 볼록한 볼록부 또는 상기 외측면에 대해 오목한 오목부가 형성되며,
상기 볼록부 또는 오목부는 상기 커버부재에 상기 샤프트를 중심으로 방사형으로 복수 배치되는 것을 특징으로 하는 혈액펌프.
제 1항에 있어서,
상기 하우징의 직경은 환자의 혈관으로 경피 주입 가능하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 혈액펌프.