KR20130078164A

KR20130078164A - 맥동형 혈액펌프장치

Info

Publication number: KR20130078164A
Application number: KR1020110146955A
Authority: KR
Inventors: 이종민; 윤수영; 김정훈; 박지은; 이나희
Original assignee: 경북대학교 산학협력단
Priority date: 2011-12-30
Filing date: 2011-12-30
Publication date: 2013-07-10
Also published as: KR101305360B1

Abstract

본 발명에 따르는 맥동형 혈액펌프장치는, 상기 맥동형 혈액펌프장치의 각부를 지지하는 하우징; 상기 하우징에 의해 지지되는 디스크; 상기 디스크를 중점을 기준으로 회전시키는 캠; 상기 캠을 구동하는 캠 구동부; 상기 캠과 상기 디스크를 연결하는 디스크 연결부; 내부에 형성된 혈액수용공간으로 혈액을 유입받아 수용하고, 수용된 혈액을 박출하는 실린더; 상기 실린더의 혈액수용공간의 개구에 끼워져 상기 혈액수용공간을 확장시키거나 축소시키는 피스톤; 상기 디스크의 표면 중 미리 정해둔 지점과 상기 피스톤을 연결하는 피스톤 연결부; 혈액이 유입되는 유입관; 상기 혈액수용공간과 상기 유입관 사이를 개방하거나 폐쇄하는 유입밸브; 혈액이 박출되는 박출관; 상기 혈액수용공간과 상기 박출관 사이를 개방하거나 폐쇄하는 박출밸브; 상기 유입밸브 구동부 및 박출밸브 구동부 및 캠 구동부를 제어하여 상기 유입관으로부터 혈액이 혈액수용공간으로 유입되어 수용되게 하고, 상기 혈액수용공간에 수용된 혈액이 박출관을 통해 외부로 박출되게 하는 제어장치;를 구비하는 것을 특징으로 한다.

Description

맥동형 혈액펌프장치{Pulsebeat type pump for blood}

본 발명은 맥동형 혈액 펌프장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 실린더와 피스톤으로 구성되는 펌프를 이용하여 일정 주기를 가지는 심박에 따라 일정한 양의 혈액을 박출하여, 기계적인 피로현상에 대한 문제를 미연에 방지함은 물론이고 혈액 펌핑량이 일정하게 유지될 수 있게 하는 맥동형 펌프장치에 관한 것이다.

인공 심장은 환자의 심장 기능이 정상적인 상태를 벗어나 있거나, 혹은 혈액을 펌핑하는 기능을 일정하게 유지하기 어렵다고 판단될 때 적용될 수 있다.

이러한 인공 심장은 자체의 기능 및 대상자의 체내에서의 기능에 따라, 완전 인공 심장(TAH; Total Artificial Heart)과 심실 보조 장치(VAD; Ventricular Assist Device)로 구분할 수 있다.

상기 완전 인공 심장은 대상자의 자연 심장을 제거하고 이식함으로써 자연 심장으로서의 완전한 기능을 대신하며, 심실 보조 장치는 자연 심장을 제거하지 않고 좌측 내지 우측 심실의 기능을 보조한다.

상기 심실 보조 장치는 장착되는 위치에 따라, 체내 이식형(intracorporeal)과 체외형(extracorporeal)으로 구분할 수 있다. 상기 심실 보조 장치는 자연 심장을 떼어내지 않고, 혈액이 이동할 수 있는 도관을 통해, 자연 심장의 전후 또는 심실과 혈관에 혈액 펌프를 연결하고 입구에서 흡입된 혈액을 출구로 공급하는 것으로, 체내의 심장기능을 일부 대체한다. 또한 심장의 기능이 일부 유지될 때에는, 혈액 펌프 장치를 이용하여 체내에서 요구되는 혈액 펌핑 능력을 보완해 주기도 한다. 그리고 상기 혈액 펌프 장치를 사용하는 동안 심실의 기능 이상이 호전되거나 정상적인 기능을 유지할 수 있다고 판단되면, 혈액 펌프 장치와 환자의 연결을 제거하여 정상적인 생활을 할 수 있게 하는 장점이 있다.

종래의 혈액 펌프 장치로는 대한민국 특허청에 박동형 인공혈액펌프를 명칭으로 특허출원된 제10-2004-0077475호가 있다. 상기 박동형 인공혈액펌프는 구동부와, 혈액 이송용 연질튜브와, 상기 구동부의 동력을 전달받아 상기 연질튜브의 외측면을 가압 또는 감압하는 복수의 펌핑대와, 상기 구동부의 동력을 전환하여, 복수의 상기 펌핑대를 직선방향으로 왕복 이동시키기 위한 액츄에이터로 구성된다.

상기한 바와 같이 종래에는 연질튜브를 기계적으로 가압 또는 감압하여 혈액을 펌핑하였으나, 이는 기계적인 피로를 가중시켜 연질튜브의 수명을 단축시킴은 물론이고 연질튜브를 주기적으로 교체하여야 하는 원인이 되었다.

또한 상기한 기계적인 피로에 의해 연질튜브가 탄성력을 점차 잃어감에 따라 혈액 펌핑량이 미세하게 변화하였으며, 이는 정량적인 맥동을 제공할 수 없는 원인이 되었다.

본 발명은 실린더와 피스톤으로 구성되는 펌프를 이용하여 일정 주기를 가지는 심박에 따라 일정한 양의 혈액을 박출하여, 기계적인 피로현상에 대한 문제를 미연에 방지함은 물론이고 혈액 펌핑량이 일정하게 유지될 수 있게 하는 맥동형 혈액펌프장치를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따르는 맥동형 혈액펌프장치는, 상기 맥동형 혈액펌프장치의 각부를 지지하는 하우징; 상기 하우징에 의해 지지되는 디스크; 상기 디스크를 중점을 기준으로 회전시키는 캠; 상기 캠을 구동하는 캠 구동부; 상기 캠과 상기 디스크를 연결하는 디스크 연결부; 내부에 형성된 혈액수용공간으로 혈액을 유입받아 수용하고, 수용된 혈액을 박출하는 실린더; 상기 실린더의 혈액수용공간의 개구에 끼워져 상기 혈액수용공간을 확장시키거나 축소시키는 피스톤; 상기 디스크의 표면 중 미리 정해둔 지점과 상기 피스톤을 연결하는 피스톤 연결부; 혈액이 유입되는 유입관; 상기 혈액수용공간과 상기 유입관 사이를 개방하거나 폐쇄하는 유입밸브; 혈액이 박출되는 박출관; 상기 혈액수용공간과 상기 박출관 사이를 개방하거나 폐쇄하는 박출밸브; 상기 유입밸브 구동부 및 박출밸브 구동부 및 캠 구동부를 제어하여 상기 유입관으로부터 혈액이 혈액수용공간으로 유입되어 수용되게 하고, 상기 혈액수용공간에 수용된 혈액이 박출관을 통해 외부로 박출되게 하는 제어장치;를 구비하는 것을 특징으로 한다.

특히, 상기 제어장치가, 상기 캠 구동부를 제어하여 상기 피스톤을 상기 실린더로부터 빼내는 방향으로 이동되게 상기 디스크를 회전시킴과 아울러, 상기 유입밸브를 개방하도록 상기 유입밸브 구동부를 제어하고, 상기 박출밸브를 폐쇄하도록 상기 박출밸브 구동부를 제어하여 상기 실린더의 혈액수용공간으로 혈액이 수용되게 하고, 상기 혈액수용공간에 혈액을 수용한 후에, 미리 정해둔 주기가 도래되면 상기 캠 구동부를 제어하여 상기 피스톤을 상기 실린더로부터 밀어넣는 방향으로 이동되게 상기 디스크를 회전시킴과 아울러, 상기 유입밸브를 폐쇄하도록 상기 유입밸브 구동부를 제어하고, 상기 박출밸브를 개방하도록 상기 박출밸브 구동부를 제어하여 상기 실린더의 혈액수용공간에 수용된 혈액이 박출되게 함을 특징으로 한다.

본 발명은 실린더와 피스톤으로 구성되는 펌프를 이용하여 일정 주기를 가지는 심박에 따라 일정한 양의 혈액을 박출하여, 기계적인 피로현상에 대한 문제를 미연에 방지함은 물론이고 혈액 펌핑량이 일정하게 유지할 수 있는 효과를 야기한다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 맥동형 혈액펌프장치의 외관도.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 맥동형 혈액펌프장치의 블럭구성도.
도 3은 도 2의 제어장치의 처리절차도.
도 4a 및 도 4b는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 맥동형 혈액펌프장치로 혈액이 유입되는 과정을 예시한 도면.
도 5a 및 도 5b는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 맥동형 혈액펌프장치가 혈액을 박출하는 과정을 예시한 도면.

본 발명의 맥동형 혈액펌프는 실린더와 피스톤으로 구성되는 펌프를 이용하여 일정 주기를 가지는 심박에 따라 일정한 양의 혈액을 박출하여, 기계적인 피로현상에 대한 문제를 미연에 방지함은 물론이고 혈액 펌핑량이 일정하게 유지한다.

<맥동형 혈액펌프장치의 구조>

도 1은 맥동형 혈액펌프장치의 외관을 도시한 도면이다. 그리고 도 2는 맥동형 혈액펌프장치의 블럭구성도이다.

상기 도 1 및 도 2를 참조하여 본 발명에 따르는 맥동형 혈액펌프장치의 구조를 상세히 설명한다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따른 맥동형 혈액펌프장치는, 상기 맥동형 혈액펌프장치의 각부를 지지하는 [ㄴ]자 형태의 하우징(100)과, 상기 하우징(100)의 상부에 위치하며 캠 구동부(208)에 의해 구동하는 캠(206)과, 상기 하우징(100)의 상부에 위치하며, 상기 캠(206)으로부터 구동력을 제공받아 디스크(102)의 중점인 회전축(104)을 기준으로 회전 운동하는 디스크(102)와, 상기 캠(206)과 상기 디스크(102)를 서로 연결하는 샤프트인 디스크 연결부(210)와, 상기 하우징(100)의 하부에 위치하는 실린더(112)의 개구에 끼워지는 사각 기둥 형태의 피스톤(114)과, 상기 디스크(102)의 중점이 아닌 특정 지점과 피스톤(114)의 상면을 연결하는 샤프트(108)와 결합부재들(106,110)로 구성되는 피스톤 연결부(212)와, 상기 피스톤(114)의 형상에 대응되는 사각 기둥형태의 혈액 수용공간이 형성되며, 상기 혈액 수용공간의 상면은 개구로 형성되며, 상기 개구에 상기 피스톤(114)이 끼워진 상태에서 상기 피스톤(114)이 상하 운동함으로써 상기 혈액 수용공간이 커지거나 작아져 혈액을 유입시키거나 박출되게 하는 실린더(112)와, 혈액이 유입되는 유입관(118)과, 상기 실린더(112)의 혈액 수용공간과 상기 유입관(118)사이를 개방하거나 폐쇄하는 유입밸브(116)와, 혈액이 박출되는 박출관(122)과, 상기 실린더(112)의 혈액 수용공간과 상기 박출관(122)사이를 개방하거나 폐쇄하는 박출밸브(120)와, 상기 캠(206)을 구동하는 캠 구동부(208)와, 상기 유입밸브(116)를 구동하는 유입밸브 구동부(202)와, 상기 박출밸브(120)를 구동하는 박출밸브 구동부(204)와, 상기 유입밸브 구동부(202) 및 박출밸브 구동부(204) 및 캠 구동부(208)를 제어하여 상기 맥동형 펌프장치가 혈액을 외부로부터 유입받아 맥동형으로 박출하게 하는 제어장치(200)를 구비한다.

상기한 바와 같이 본 발명은 기계적인 피로에 의해 손상되는 연질튜브 등과 같은 구성을 요구하지 않으면서도 맥동형의 혈액펌핑을 가능하게 한다. 이로서 본 발명은 기계적인 피로현상에 대한 문제를 미연에 방지함은 물론이고 혈액 펌핑량이 일정하게 유지할 수 있게 된다.

<맥동형 혈액 펌핑 과정>

이제 본 발명의 바람직한 실시예에 따르는 맥동형 혈액펌프장치의 동작을 설명한다.

도 3은 도 2의 제어장치(200)의 처리절차를 도시한 것이고, 도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 맥동형 혈액펌프장치의 동작예를 도시한 것이다. 상기 도 3 및 도 4를 참조하여 상기 맥동형 혈액펌프장치의 동작을 설명하다.

상기 제어장치(200)는 혈액의 유입을 위해 피스톤(114)이 상승되게 디스크(102)가 회전하도록 캠(206)을 구동하기 위해 캠 구동부(208)를 제어함과 아울러 유입밸브(116)를 개방하도록 유입밸브 구동부(202)를 제어하여 유입관(118)으로부터의 혈액이 실린더(112)의 내부로 유입되게 하고, 박출밸브(120)를 폐쇄하도록 박출밸브 구동부(202)를 제어한다. 이로서 유입관(118)으로부터의 혈액이 실린더(112)의 내부로 유입되어 수용된다(300,302단계).

즉 도 4(a) 및 도 4(b)를 참조하면, 상기 실린더(112)의 하단까지 내려가 있던 피스톤(114)이 상승됨과 아울러 유입밸브(116)가 개방되고 박출밸브(120)가 폐쇄되면, 실린더(112)의 내부공간이 확장되어 압력이 낮아지므로 유입관(118)의 혈액이 실린더(112)의 내부공간으로 이송되며, 상기 맥동형 혈액펌프장치가 박출하기에 적당한 적정량의 혈액이 실린더(112)에 수용된다.

상기한 바와 같은 과정을 거쳐 적정량의 혈액이 수용됨과 아울러 미리 정해둔 주기가 도래하면, 상기 제어장치(200)는 혈액의 박출을 위해 피스톤(114)이 하강되게 디스크(102)가 회전하도록 캠(206)을 구동하기 위해 캠 구동부(208)를 제어함과 아울러 유입밸브(116)를 폐쇄하도록 유입밸브 구동부(202)를 제어하고, 박출밸브(120)를 개방하도록 박출밸브 구동부(202)를 제어한다. 이로서 실린더(112)에 수용되었던 혈액이 박출관(122)을 통해 박출된다(304,306단계).

즉, 도 5(a) 및 도 5(b)를 참조하면, 상기 실린더(112)의 상단에 위치하던 피스톤(114)이 하강됨과 아울러 유입밸브(116)가 폐쇄되고 박출밸브(120)가 개방되면, 실린더(112)의 내부공간이 축소되어 압력이 높아지므로 박출관(122)으로 혈액이 박출된다.

또한 상기 제어장치(200)는 디스크(102)의 회전범위를 조정하여, 상기 실린더(112)내의 혈액의 수용량 및 혈액의 박출량을 조정할 수 있다.

100 : 하우징 102 : 디스크
104 : 회전축 108 : 샤프트
112 : 실린더 114 : 피스톤
116 : 유입밸브 118 : 유입관
120 : 박출밸브 122 : 박출관
200 : 제어장치 202 : 유입밸브 구동부
204 : 박출밸브 구동부 206 : 캠
208 : 캠 구동부 210 : 디스크 연결부
212 : 피스톤 연결부

Claims

맥동형 혈액펌프장치에 있어서,
상기 맥동형 혈액펌프장치의 각부를 지지하는 하우징;
상기 하우징에 의해 지지되는 디스크;
상기 디스크를 중점을 기준으로 회전시키는 캠;
상기 캠을 구동하는 캠 구동부;
상기 캠과 상기 디스크를 연결하는 디스크 연결부;
내부에 형성된 혈액수용공간으로 혈액을 유입받아 수용하고, 수용된 혈액을 박출하는 실린더;
상기 실린더의 혈액수용공간의 개구에 끼워져 상기 혈액수용공간을 확장시키거나 축소시키는 피스톤;
상기 디스크의 표면 중 미리 정해둔 지점과 상기 피스톤을 연결하는 피스톤 연결부;
혈액이 유입되는 유입관;
상기 혈액수용공간과 상기 유입관 사이를 개방하거나 폐쇄하는 유입밸브;
혈액이 박출되는 박출관;
상기 혈액수용공간과 상기 박출관 사이를 개방하거나 폐쇄하는 박출밸브;
상기 유입밸브 구동부 및 박출밸브 구동부 및 캠 구동부를 제어하여 상기 유입관으로부터 혈액이 혈액수용공간으로 유입되어 수용되게 하고, 상기 혈액수용공간에 수용된 혈액이 박출관을 통해 외부로 박출되게 하는 제어장치;를 구비하는 것을 특징으로 하는 맥동형 혈액펌프장치.
제1항에 있어서,
상기 제어장치가
상기 캠 구동부를 제어하여 상기 피스톤을 상기 실린더로부터 빼내는 방향으로 이동되게 상기 디스크를 회전시킴과 아울러, 상기 유입밸브를 개방하도록 상기 유입밸브 구동부를 제어하고, 상기 박출밸브를 폐쇄하도록 상기 박출밸브 구동부를 제어하여 상기 실린더의 혈액수용공간으로 혈액이 수용되게 하고,
상기 혈액수용공간에 혈액을 수용한 후에, 미리 정해둔 주기가 도래되면 상기 캠 구동부를 제어하여 상기 피스톤을 상기 실린더로부터 밀어넣는 방향으로 이동되게 상기 디스크를 회전시킴과 아울러, 상기 유입밸브를 폐쇄하도록 상기 유입밸브 구동부를 제어하고, 상기 박출밸브를 개방하도록 상기 박출밸브 구동부를 제어하여 상기 실린더의 혈액수용공간에 수용된 혈액이 박출되게 함을 특징으로 하는 맥동형 혈액펌프장치.
제1항에 있어서,
상기 제어장치가
미리 정해진 주기마다 상기 혈액수용공간에 수용된 혈액을 박출함을 특징으로 하는 맥동형 혈액펌프장치.
제1항에 있어서,
상기 제어장치가
상기 디스크의 회전범위를 조정하여 상기 혈액의 박출량을 조정함을 특징으로 하는 맥동형 혈액펌프장치.