KR20130099068A - 본관 전압 접속을 통해 전기적으로 동작가능한 장치 - Google Patents

본관 전압 접속을 통해 전기적으로 동작가능한 장치 Download PDF

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KR20130099068A
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cassette
insulation
ceramic layer
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KR1020137007162A
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스벤 세베스타
울리히 베르닉케
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프레제니우스 메디칼 케어 도이칠란드 게엠베하
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Abstract

본 발명은 라이브 엘리먼트(live element) 및 애플리케이션 부분을 갖는, 특히 접지 와이어 접속이 없는 본관(mains) 전압 접속을 통해 전기적으로 동작가능한 장치에 관한 것으로, 애플리케이션 부분은 라이브 엘리먼트에 관하여 기본 절연에 의해 절연된다. 이에 대하여, 라이브 엘리먼트에 대하여 애플리케이션 부분의 기본 절연의 품질을 모니터링하는 절연 모니터가 제공된다. 본 발명은 또한, 의료 유체를 가열하는 가열 모듈을 갖는 의료 장치를 포함하고, 여기서, 가열 모듈은 제 1 세라믹 층상에 배열된 가열 코일을 갖는 가열 엘리먼트를 포함하고, 가열 엘리먼트는 제 2 세라믹 층상에 배열되고, 제 2 세라믹 층은 바람직하게는 가열 모듈의 가열 플레이트를 형성한다.

Description

본관 전압 접속을 통해 전기적으로 동작가능한 장치{APPARATUS THAT CAN BE ELECRICALLY OPERATED VIA A MAINS VOLTAGE CONNECTION}
본 발명은 라이브 엘리먼트(live element) 및 애플리케이션 부분을 갖는 본관(mains) 전압 접속을 통해 전기적으로 동작가능한 장치에 관한 것으로, 애플리케이션 부분은 라이브 엘리먼트에 대하여 기본 절연에 의해 절연된다. 특히, 본 발명은 접지 와이어 접속을 하지 않은 장치에 관한 것이다. 본 발명은 또한 의료 장치에 관한 것으로, 특히, 의료 유체를 가열하는 가열 모듈을 갖는 투석기에 관한 것이고, 여기서, 가열 모듈은 제 1 세라믹층상에 배열된 가열 코일을 갖는 가열 엘리먼트를 포함한다.
장치가 본관 전압에서 동작되는 경우에, 장치의 사용자가 전기 쇼크에 의해 위험해지는 것이 방지되어야 한다. 특히, 이와 관련하여, 사용자가 애플리케이션 부분과 접촉할 때 위험한 전류가 신체를 통해 흐르는 것이 방지되어야 한다. 이를 위해, 보호 수단의 분류에 따라 기본 보호로서 작용하는 기본 절연이 장치의 라이브 엘리먼트와 애플리케이션 부분 사이에 먼저 제공된다.
그러나, 이러한 기본 보호에 추가하여 고장 보호가 더 요구된다. 이러한 고장 보호는 기본 보호의 고장시에, 즉, 라이브 엘리먼트와 애플리케이션 엘리먼트 사이의 절연의 결함시에 사용자에 대한 임의의 위험 상승을 방지해야 한다. 이에 관하여, 접지 와이어의 사용, 즉, 장치의 접지, 또는 본관 전압으로부터 라이브 부분들의 전기적 분리를 위한 절연 변압기의 사용이 고장 보호용으로 알려져 있다. 그러나, 접지 와이어 접속은 어디에서나 이용가능하지 않고, 절연 변압기는 구조 공간, 무게 및 비용의 증가를 발생시킨다.
이러한 문제점은 가열 모듈과 같은 큰 옴 소비자를 갖는 장치들과 특히 관련된다. 이와 관련하여, 이러한 가열 모듈들은 의료용 유체를 가열시키기 위해, 투석기에서와 같이 의료 장치에서 특히 사용된다. 이러한 가열 모듈들은 가열 코일이 제 1 세라믹층상에 배열된 가열 엘리먼트를 일반적으로 갖고, 이 가열 코일에는 본관 전압을 통해 전력이 공급된다.
따라서, 본 발명의 목적은 기본 보호에 추가하여 기본 절연에 의해 추가의 고장 보호를 갖는 본관 전압 접속에서 동작가능한 장치를 제공하는 것이다. 본 발명의 다른 목적은 향상된 가열 모듈을 갖는 의료 장치를 제공하는 것이다.
이들 목적들은 청구항 1항 및 10항에 따른 장치들에 의해 본 발명에 따라 달성된다. 본 발명의 바람직한 실시예들은 종속항들의 내용을 형성한다.
본 발명은 일 양태에서, 라이브 엘리먼트 및 애플리케이션 부분을 갖는 본관 전압 접속을 통해 전기적으로 동작가능한 장치에 관한 것으로, 애플리케이션 부분은 라이브 엘리먼트에 대하여 기본 절연에 의해 절연된다. 본 발명에 따르면, 라이브 엘리먼트에 대하여 애플리케이션 부분의 기본 절연의 품질을 모니터링하는 절연 모니터가 제공된다. 이에 관하여, 절연 모니터는 특히, 기본 절연의 성능, 즉, 전달 저항을 모니터링한다. 사용자 부분에 대하여 기본 절연의 품질을 절연 모니터가 지속적으로 모니터링하여, 기본 절연이 실패하였을 경우에 사용자를 위험한 전기 쇼크로부터 보호하는 것이 가능하다. 따라서, 절연 모니터에 의한 모니터링은 제 2 보호 수단으로서 보여질 수 있고, 장치가 접지 와이어없이 동작되게 한다. 따라서, 본 발명은 특히, 접지 와이어를 갖지 않는 이들 장치들에서 사용된다. 그렇지 않으면, 접지 와이어에 의해 제공된 고장 보호가 절연 모니터에 의해 제공된다.
절연 모니터들은 이전에는 전원 시스템의 정의가능한 영역이 절연 변압기에 의해 나머지 전원 시스템으로부터 절연되는 소위 IT 시스템들의 기술에서 단지 사용되었고, 전원 시스템의 절연된 영역의 접지는 필요없다. 이에 대하여, 이러한 IT 시스템들에서 사용된 절연 모니터들은 접지 접속에 관한 본관의 절연의 품질을 모니터링한다. 이러한 품질이 저하되면, 경고가 일반적으로 출력된다. 그러나, 전원 시스템의 절연된 영역이 접지되지 않기 때문에, 심각한 위험이 절연의 하나의 고장만으로부터 나오지는 않아서, 본관의 접속해제가 필요하지 않다. 반대로, 절연 모니터들의 다른 사용 가능성들이 종래 기술에 이전에는 알려지지 않았다.
종래 기술과 다르게, 이것은 본 발명에 따른 절연 모니터에 의해 모니터링되는 전원 시스템과 접지 접속 사이의 절연이 아니라 오히려 장치의 라이브 엘리먼트에 관하여 장치의 애플리케이션 부분의 기본 절연의 품질이다. 또한, 본 발명에 따른 장치는 접지된 본관 전압 접속에서 또한 동작될 수 있다.
본 발명에 따르면, 장치는 바람직하게는 의료 장치이다. 이에 대하여, 절연 모니터는 더욱 다양한 방식으로 사용가능할 수 있도록 접지없이 이러한 의료 장치를 동작시키는 것이 가능하다. 이것은 특히 본 발명에 따른 투석기의 문제이다.
또한, 절연 모니터가 라이브 엘리먼트와 애플리케이션 부분 사이의 전류 흐름 및/또는 저항을 결정하는 것이 본 발명에 따라 제공된다. 이에 대하여, 절연 모니터는 수동 측정 원리 및 능동 측정 원리 양자에 기초할 수 있다. 수동 측정 원리로, 절연 모니터는 라이브 엘리먼트와 애플리케이션 부분 사이의 전류 흐름을 단지 수동으로 결정한다. 기본 절연의 품질은 이러한 전류 흐름의 크기로부터 결정될 수 있다. 반대로, 능동 측정 원리로, 절연 모니터는 라이브 엘리먼트와 애플리케이션 부분 사이에 전압 신호를 인가하여 그로부터 발생하는 전류 흐름을 결정한다. 기본 절연의 저항 및 그에 따른 품질이 이로부터 결정될 수 있다. 이러한 목적을 위해, 특히, 절연 모니터는 접속 라인들을 통해 라이브 엘리먼트 및 애플리케이션 부분에 도전성으로 접속된다. 이에 대하여, 본 발명에 따르면, 애플리케이션 부분과 라이브 엘리먼트의 적어도 하나의 전압 피드 사이의 전류 흐름 및/또는 저항이 결정될 수 있다.
절연 모니터가 애플리케이션 부분과 라이브 엘리먼트의 제 1 전압 피드 사이의 전류 흐름 및/또는 저항, 및 애플리케이션 부분과 라이브 엘리먼트의 제 2 전압 피드 사이의 전류 흐름 및/또는 저항을 각각 결정하는 것이 또한 바람직하게 제공된다. 기본 절연의 품질은 애플리케이션 부분과 2개의 전압 피드 사이의 전류 흐름 및/또는 저항의 측정에 의해 신뢰가능하게 결정될 수 있다.
본 발명은 바람직하게는, 라이브 엘리먼트가 본관 전압에서 전기 절연없이 동작되는 이들 장치들에서 사용된다. 예를 들어, 절연 변압기에 의한 이러한 전기 절연은 특히, 사용자의 안전을 위태롭게 하지 않고 절연 모니터에 의해 생략될 수 있다.
절연 모니터는 바람직하게는, 결함이 있는 기본 절연을 인식할 때 본 발명에 따라 라이브 엘리먼트의 전원을 스위치 오프한다. 따라서, 라이브 엘리먼트와 애플리케이션 부분 사이의 전류가 특정한 제한값을 초과하고 라이브 엘리먼트와 애플리케이션 부분 사이의 저항이 특정한 제한값 아래이면, 절연 모니터는 이로부터, 기본 절연이 결함이 있고 애플리케이션 부분에 접촉하는 사용자의 신체를 통한 위험한 전류 흐름으로부터 사용자를 보호하기 위해 라이브 엘리먼트의 전원을 스위치 오프한다. 이에 대하여, 라이브 엘리먼트의 전압 피드들 양자는 바람직하게는 인터럽트된다.
라이브 엘리먼트에 대한 전원의 스위칭 오프에 부가적으로 또는 추가하여, 절연 모니터는 바람직하게는 기본 절연이 결함이라는 것을 장치 제어기에 충고한다. 이에 대하여, 특히, 오퍼레이터의 주의를 기본 절연의 결함으로 이끄는 디스플레이가 발생할 수 있다. 다르게는, 전체 장치의 전원이 스위치 오프될 수 있다.
더 바람직하게는, 장치의 장치 제어기는 절연 모니터의 적절한 기능을 테스트하는 기능을 갖는다. 이에 대하여, 절연 모니터의 적절한 기능을 보장하는 동작으로 장치가 진입할 때 초기화 테스트가 특히 수행될 수 있다. 이를 위해, 기본 절연은 스위치와 저항기를 통해 브리지될 수 있고 이렇게 함으로써 절연 모니터가 이것을 인식하는지의 체크가 이루어질 수 있다.
특히, 본 발명은 라이브 엘리먼트가 상대적으로 높은 전력 소비를 갖는 소비자를 나타내는 장치에서 사용될 수 있다. 이러한 소비자들에서, 절연 변압기는 이제 생략될 수 있는 대응하게 큰 치수를 요구한다. 이에 대하여, 라이브 엘리먼트는 특히, 100W 보다 많은, 더 바람직하게는 500W 보다 많은 소비를 갖는다.
본 발명에 따른 라이브 엘리먼트는 특히 가열 엘리먼트일 수 있다. 이것은 특히, 세라믹 가열 엘리먼트일 수 있다. 이러한 가열 엘리먼트로, 저항 경로가 세라믹 보드상에 배열된다. 저항 경로는 그에 대한 전압의 인가에 의해 가열되고 열을 세라믹 보드에 출력한다. 이에 대하여, 세라믹 보드는 기본 절연으로서 동시에 기능한다. 그러나, 본 발명은 다른 라이브 엘리먼트, 예를 들어, 모터 등과 또한 사용될 수 있다.
본 발명에 따른 장치의 애플리케이션 부분은 특히, 사용자가 장치의 동작 동안 터치할 수 있는 장치의 엘리먼트이다. 이것은 또한, 특히 도전성 엘리먼트 또는 금속으로 이루어진 엘리먼트이다.
애플리케이션 부분은 또한 하우징 엘리먼트일 수 있다. 이에 대하여, 애플리케이션 부분은 특히, 가열 엘리먼트를 통해 가열되고 기본 절연에 의해 절연되는 가열 플레이트이다. 이러한 가열 플레이트는 특히, 금속 플레이트, 특히 알루미늄 플레이트일 수 있다.
이에 대하여, 본 발명은 특히, 투석기에서 사용되고, 여기서, 라이브 엘리먼트는 세라믹 가열 엘리먼트를 나타내고, 애플리케이션 부분은 가열 플레이트를 나타내며, 이 양자는 세라믹 가열 엘리먼트의 세라믹층에 의해 서로로부터 절연된다. 바람직하게는, 투석액이 이러한 가열 엘리먼트를 통해 가열될 수 있다. 이에 대하여, 유체 시스템의 가열 영역이 특히 가열 플레이트에 커플링될 수 있다. 이에 대하여, 본 발명에 따른 절연 모니터는 접지 와이어 접속없이 이러한 투석기의 동작을 허용한다.
본 발명은 또한 본관 전압 접속을 통해 전기 장치를 동작시키는 방법을 포함하고, 여기서, 장치는 라이브 엘리먼트 및 애플리케이션 부분을 갖고, 애플리케이션 부분은 라이브 엘리먼트로부터 기본 절연에 의해 절연된다. 본 발명에 따르면, 애플리케이션 부분의 기본 절연의 품질이 라이브 엘리먼트에 관하여 모니터링되는 것이 제공된다. 이에 대하여, 특히, 기본 절연의 품질은 계속 모니터링되고, 라이브 엘리먼트의 전원의 스위칭 오프는 제한값의 초과시에 수행된다.
본 발명에 따른 방법은 바람직하게는, 본 발명에 따른 장치에 관하여 상술한 바와 같이 수행된다. 본 발명에 따른 방법은 특히, 상술한 바와 같은 전기 장치를 동작시키는 방법이다.
제 2 양태에서, 본 발명은 의료 유체를 가열하는 가열 모듈을 갖는 의료 장치를 포함하고, 여기서, 가열 모듈은 제 1 세라믹 층상에 배열된 가열 코일을 갖는 가열 엘리먼트를 포함한다. 이에 대하여, 본 발명에 따라, 가열 엘리먼트가 제 2 세라믹 층상에 배열되는 것이 제공된다. 본 발명에 따라 가열 엘리먼트가 배열되는 제 2 세라믹 층으로 인해, 제 2 절연이 제 1 세라믹 층에 의해 형성된 기본 절연에 추가하여 사용자의 향상된 보호를 제공하는 가열 모듈의 구조 설계에 의해 그에 따라 제공된다.
의료 장치는 특히, 투석기일 수 있고, 여기서, 가열 모듈은 투석액 및/또는 혈액을 가열하기 위해 사용된다. 특히, 이것은 가열 모듈이 투석액을 가열하기 위해 사용되는 복막 투석기일 수 있다.
본 발명의 제 2 양태에 따른 제공되는 제 2 세라믹 층은 바람직하게는 가열 모듈의 가열 플레이트를 형성할 수 있다. 의료 장치의 유체 경로들은 바람직하게는, 유체 경로들에 위치된 의료 유체를 가열하기 위해 이러한 가열 플레이트에 커플링될 수 있다.
이에 대하여, 가열 코일은 바람직하게는, 제 1 세라믹 층에 적용된 저항 경로이다. 이에 대하여, 커넥터들이 바람직하게는 가열 코일을 공급 전압에 접속하기 위해 제공된다.
본 발명에 따른 의료 장치는 바람직하게는 본관 전압 커넥터를 통해 동작된다. 이것은 특히, 이에 관하여 접지 와이어 접속이 없는 장치일 수 있다. 이에 대하여, 그럼에도 불구하고, 가열은 제 2 세라믹 층에 의해 제공된 추가 절연으로 인해 절연 변압기없이 동작될 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시예에서, 제 1 및/또는 제 2 세라믹 층은 산화 알루미늄 또는 질화 알루미늄을 포함한다. 이 재료들 양자는 매우 양호한 열전도 특성들을 갖고 동시에 뛰어난 전기 절연체들이다. 특히 바람직한 실시예에서, 이에 대하여, 제 1 세라믹 층은 산화 알루미늄을 포함하고, 제 2 세라믹 층은 질화 알루미늄을 포함한다.
제 1 세라믹 층을 갖는 가열 엘리먼트는 바람직하게는 제 2 세라믹 층에 접착된다. 이에 대하여, 접착은 특히 가열 엘리먼트의 전체 표면에 걸쳐 지역적으로 발생한다. 2개의 층들에 대해 사용된 재료들의 상이한 팽창 계수가 가열 엘리먼트의 세라믹 층을 제 2 세라믹 층에 접속하는 접착제의 사용에 의해 보상된다.
이에 대하여, 접착제는 바람직하게는 열 도전성 접착제, 특히, 실리콘 접착제이다.
바람직한 실시예에서, 플레이트는 제 1 세라믹 층 및 제 2 세라믹 층 양자를 형성한다. 이에 대하여, 제 2 세라믹 층을 형성하는 플레이트는 바람직하게는 제 1 세라믹 층을 형성하는 플레이트 보다 크다. 따라서, 제 2 세라믹 층을 형성하는 플레이트는 제 1 세라믹 층을 갖는 가열 엘리먼트에 대한 지지 엘리먼트를 형성할 수 있다.
제 2 세라믹 층을 형성하는 플레이트는 바람직하게는, 가열 코일이 제 1 세라믹 층상에 배열되는 영역에서 어떠한 개구도 갖지 않는다. 제 2 세라믹 층은 바람직하게는, 제 1 세라믹 층이 제공되는 모든 영역에서 어떠한 개구도 갖지 않는다. 더 바람직하게는, 제 2 세라믹 층을 형성하는 플레이트는 개구를 전혀 갖지 않는다.
더 바람직하게는, 제 1 세라믹 층은 또한 가열 코일의 영역에서 개구를 갖지 않고 특히 바람직하게는 개구를 전혀 갖지 않는다.
절연 안전도가 가능한 한 개구들이 없는 세라믹 층의 설계에 의해 증가된다.
또한, 하나 이상의 온도 센서들이 가열 모듈의 가열 엘리먼트상에 제공될 수 있다. 이에 대하여, 온도 센서는 특히, 가열 코일이 또한 배열되는 제 1 세라믹 층의 동일한 측상에 배열될 수 있다.
바람직하게는, 제 1 세라믹 층은 0.5mm와 2mm 사이의 두께, 더 바람직하게는 0.8mm와 1.2mm 사이의 두께를 가질 수 있다.
바람직하게는, 제 2 세라믹 층은 1mm와 3mm 사이의 두께, 더 바람직하게는 1.2mm와 1.8mm 사이의 두께를 가질 수 있다.
2개의 세라믹 층들을 서로에 접속하는 접착층의 층 두께는 0.01mm와 1mm 사이, 바람직하게는 0.1mm와 0.5mm 사이일 수 있다.
이에 대하여, 본 발명에서 사용된 가열 엘리먼트들은 바람직하게는 100W와 2000W 사이, 더 바람직하게는 200W와 1000W 사이의 최대 전력을 가질 수 있다.
본 발명의 특정한 실시예에서, 공통의 제 2 세라믹 층상에 배열되는 적어도 2개의 가열 엘리먼트들이 제공된다. 이에 대하여, 제 2 세라믹 층은 바람직하게는, 제 1 세라믹 층들 각각을 갖는 2개의 가열 엘리먼트들이 서로 이어서 배열되는 가열 플레이트를 형성한다. 가열 모듈 및 가열 엘리먼트들의 구조는 바람직하게는 상기 나타낸 바와 같은 설계에 대응한다.
이에 대하여, 2개의 가열 엘리먼트들은 바람직하게는 집적된 열 퓨즈를 갖는 라인을 통해 배면에서 서로에 전기적으로 접속된다. 특히, 이에 대하여, 2개의 가열 엘리먼트들은 직렬로 접속될 수 있다.
본 발명의 더 바람직한 실시예에서, 가열 모듈은 프레임을 더 갖는다. 이에 대하여, 제 2 세라믹 층은 특히, 가열 모듈의 안정성을 증가시키기 위해 이러한 프레임에 접착될 수 있다.
가열 모듈이 의료 장치에서 가황(vulcanize)되는 것이 더 제공될 수 있다. 이에 의해, 특히 양호한 실(seal)이 발생한다.
본 발명은 상술한 바와 같은 의료 장치용의 가열 모듈을 더 포함한다. 이에 대하여, 가열 모듈은 특히, 제 1 세라믹 층상에 배열된 가열 코일을 갖는 가열 엘리먼트를 포함하고, 가열 엘리먼트는 제 2 세라믹 층상에 배열된다. 이에 대하여, 제 2 세라믹 층은 특히 가열 모듈의 가열 플레이트이다. 이에 대하여, 가열 모듈은 바람직하게는, 의료 장치에 관하여 상기 더 상세히 나타낸 바와 같이 설계된다.
이에 대하여, 제 2 세라믹 층이 개선된 절연을 위해 사용되는 본 발명의 제 2 양태는 본 발명에 따라 절연 모니터가 제공되는 본 발명의 제 1 양태와 결합될 수 있다. 이에 의해, 더 높은 안전성이 발생한다.
이하, 실시예들 및 도면들을 참조하여 본 발명이 더욱 상세히 설명될 것이다.
본 발명에 따른 장치는 본관 전압 접속을 통해 전기적으로 동작가능하고 본 발명에 따른 의료 장치는 바람직한 실시예에서 투석기이다. 따라서, 본 발명이 사용되는 이러한 투석기의 설계가 일반적으로 도 1 내지 도 13을 참조하여 더욱 상세히 먼저 제공될 것이다. 그 후, 본 발명의 제 1 양태의 실시예들이 도 14 내지 도 16을 참조하여 더욱 상세히 제공될 것이고, 본 발명의 제 2 양태의 실시예가 도 17을 참조하여 더욱 상세히 제공될 것이다.
도 1a 내지 도 1c는 자동 복막 투석 처치의 통상의 전개들을 도시하는 3개의 도면들이다.
도 2는 복막 투석 시스템의 개략도이다.
도 3은 복막 투석 시스템의 투석 머신 및 유체 시스템으로의 분할의 개략도이다.
도 4a 및 도 4b는 카세트의 제 1 실시예이다.
도 5는 카세트의 제 2 실시예이다.
도 6은 투석 머신의 제 1 실시예의 사시도이다.
도 7은 복막 투석 시스템의 제 1 실시예의 플로우차트이다.
도 8은 투석 머신의 제 2 실시예의 사시도이다.
도 9는 복막 투석 시스템의 제 2 실시예의 플로우차트이다.
도 10은 복막 투석 시스템의 제 2 실시예에서의 카세트의 커플링을 도시한다.
도 11은 펌프 액추에이터의 제 1 실시예이다.
도 12a 및 도 12b는 카세트의 펌핑 영역의 펌프 액추에이터에 대한 커플링을 도시한다.
도 13은 제어기의 실시예의 설계의 개략도이다.
도 14a는 본관 전압 접속을 통해 전기적으로 동작가능하고 절연 모니터를 갖는 본 발명에 따른 장치의 개략도이다.
도 14b는 본 발명에 따른 장치의 라이브 엘리먼트의 실시예를 통한 부분 단면도이다.
도 15는 절연 모니터를 갖는 본 발명에 따른 장치의 제 1 실시예를 도시한다.
도 16은 절연 모니터를 갖는 본 발명에 따른 장치의 제 2 실시예를 도시한다.
도 17은 제 2 세라믹 층상에 배열된 바와 같이 가열 엘리먼트를 갖는 본 발명의 제 2 양태에 따른 발명의 의료 장치의 실시예를 도시한다.
먼저, 본 발명이 사용되는 투석 머신의 기능을 아래에서 일반적으로 설명할 것이다. 이에 대하여, 이러한 실시예에서의 투석 머신은 복막 투석 머신이다. 그러나, 후술하는 컴포넌트들은 또한 혈액 투석 머신에 대해 동일한 방식 또는 유사한 방식으로 사용될 수 있다.
복막 투석은 양호한 혈액 공급을 갖는 환자의 복막이 신체에 맞는 여과막으로서 사용되는 인공 혈액투석의 변형이다. 이러한 목적을 위해 투석액이 카테터를 통해 복강으로 주입된다. 삼투의 원리에 따라, 혈액의 요소 성분들이 이제 복막을 통해 복강에 존재하는 투석액으로 확산한다. 특정한 드웰(dwell) 시간 이후에, 요소 성분들을 갖는 투석액이 복강으로부터 다시 제거된다.
자동 혈액 투석에서, 투석 머신은 복강으로의 신선한 투석액의 주입 및 사용된 투석액의 제거를 제어하고 모니터링한다. 이에 대하여, 순환기라 또한 칭하는 이러한 투석 머신은 일반적으로 밤사이에, 즉, 환자가 수면중에 복강을 여러 횟수 채우고 비운다.
도 1a 내지 도 1c에서, 투석 머신에 의해 수행되는 바와 같은 3개의 상이한 방법 절차들이 도시되어 있다. 이에 대하여, 이들 처리 절차들 중 하나 이상은 일반적으로 투석 머신의 제어기에 저장된다. 일반적으로, 이에 대하여, 저장된 처리 절차들을 환자에게 적응시키는 것이 가능하다.
도 1a 내지 도 1c에서, 환자의 복강에 각각 존재하는 투석액 양(V)은 시간(t)에 걸쳐 들어간다. 이에 대하여, 도 1a는 밤사이의 자동 복막 투석 처치의 전개를 도시한다. 처치의 시작에서, 이에 대하여, 초기 유출(5)은 낮에 걸쳐 환자의 복강에 남아 있는 투석액이 제거되는 것을 통해 먼저 발생한다. 그 후, 복수의 처리 사이클들(1), 도 1a에서 3개의 순차적 처치 사이클들(1)이 발생한다. 이에 대하여, 각 처치 사이클은 유입 단계(2), 드웰 단계(3), 및 유출 단계(4)를 포함한다. 이에 대하여, 특정한 볼륨의 신선한 투석액이 유입 단계(2) 동안 환자의 복강으로 주입된다. 이에 대하여, 최대 허용된 투석량은 환자에 따라 대략 1.5와 3l 사이이다. 이제, 신선한 투석액이 특정한 드웰 시간(3) 동안 복강에 유지된다. 이에 대하여, 드웰 단계는 통상적으로 몇 시간 지속한다. 그 후, 이제 사용된 투석액은 유출 단계(4)에서 복강으로부터 다시 제거된다. 그 후, 새로운 처치 사이클이 시작한다. 처치는 특정한 양의 신선한 투석액이 환자의 복강으로 주입되는 최종 유입(6)으로 종료된다. 그 후, 이것은 낮에 걸쳐 환자의 복강에 유지된다.
이에 대하여, 밤사이에 발생하는 개별 처치 사이클들(1)은 투석 머신의 제어기에 의해 자동으로 제어된다. 유사하게는, 초기 유출 및 최종 유입이 투석 머신에 의해 자동으로 제어될 수 있다. 다르게는, 이들은 오퍼레이터 또는 환자에 의해 수동으로 활성화된다.
소위 조수(tidal) 처치가 도 1b에 도시되어 있다. 이것은 또한 초기 유출(5)로 시작하여 최종 유입(6)으로 종료한다. 복수의 조수 사이클들(8)로 분할되는 베이스 사이클(7)이 더 제공된다. 이에 대하여, 베이스 유입 단계(2')가 초기에 제공된다. 그러나, 드웰 단계(3) 이후에, 전체 투석액 양은 복강으로부터 더 이상 제거되지 않고, 투석액의 특정한 부분의 양이 복강에 존재한다. 그 후, 이것은 신선한 투석액의 대응하는 볼륨에 의해 대체된다. 추가의 드웰 사이클 이후에, 복강에 존재하는 총 투석액이 제거되지 않는 추가의 조수 제거가 발생할 수 있다. 베이스 사이클(7)의 종료에서, 총 투석액이 이제 제거되는 베이스 유출 단계(4')가 발생한다. 이에 대하여, 하나의 베이스 사이클(1)만이 도 1b에 도시되어 있다. 그러나, 다르게는, 복수의 베이스 사이클들이 또한 제공될 수 있다.
소위 PD 플러스 처치를 이용한 복막 투석 처치의 과정이 도 1c에 도시되어 있다. 이에 대하여, 예를 들어, 도 1a 또는 도 1b에 따라 수행될 수 있는 종래의 복막 투석 처치는 밤(9) 동안 발생한다. 그러나, 사용된 투석액이 유출 단계(5')에서 제거되고 유입 단계(6')에서 신선한 투석액으로 대체되는 추가의 PD 플러스 처치가 낮 동안 더 제공된다. PD 플러스 처치에서, 정상의 밤 복막 투석 처치는 낮 동안의 하나 이상의 추가의 처치 사이클들과 결합된다. 이에 대하여, 밤 처치의 과정은 투석 머신에 의해 자동으로 관례적으로 수행된다. 낮 동안의 처치 사이클들은 머신을 통해 유사하게 수행되고 모니터링된다.
이제, 통상의 복막 투석 시스템의 설계가 도 2에 개략적으로 도시된다. 이에 대하여, 복막 투석 시스템은 신선한 투석액을 갖는 컨테이너(10) 및 사용된 투석액에 대한 유출부(20)를 포함한다. 신선한 투석액을 환자의 복강으로 주입하거나 사용된 투석액을 복강으로부터 제거하기 위해 환자의 카테터에 접속될 수 있는 커넥터(30)가 더 제공된다. 이에 대하여, 신선한 투석액을 갖는 컨테이너(10), 사용된 투석액에 대한 유출부(20) 및 환자에 대한 커넥터(30)는 유체 경로들(100)을 통해 서로에 접속되고 이들과 함께 복막 투석 시스템의 유체 시스템을 형성한다.
순환기라 또한 칭하는 투석 머신(40)이 복막 투석 처치의 수행을 위해 제공된다. 이에 대하여, 투석 머신(40)은 아래의 주요 컴포넌트들을 포함한다:
- 유체들의 이송을 위해 사용되는 펌프(50). 이에 대하여, 펌프(50)는 컨테이너(10)로부터 커넥터(30)로 신선한 투석액을 전달한다. 펌프(50)는 사용된 투석액을 커넥터(30)로부터 유출부(20)로 더 이송할 수 있다.
- 유체 흐름의 제어를 위해 사용되는 밸브들(70). 밸브들(70)은 컨테이너(10), 커넥터(30) 및 유출부(20) 사이의 대응하는 유체 접속을 확립하기 위해 유체 경로들(100)을 개폐한다.
- 환자에게 공급되기 이전에 신선한 투석액을 대략 37℃의 온도가 되게 하는 가열부(60). 비교적 대량의 투석액이 복막 투석에서 환자의 복강으로 직접 공급되기 때문에, 가열부(60)는 환자를 너무 냉각시키지 않고 너무 차가운 투석액으로 인한 불쾌한 느낌을 회피하기 위해 필요하다.
- 처치의 적절한 절차가 모니터링되고/되거나 제어될 수 있는 센서들(80). 온도 센서들이 특히 이에 대하여 사용될 수 있다. 압력 센서들이 또한 옵션으로 사용될 수 있다.
이에 대하여, 투석 머신(40)의 모든 컴포넌트들은 제어기(90)를 통해 제어된다. 이에 대하여, 제어기(90)는 특히, 센서들(80)의 데이터에 기초하여 펌프(50), 가열부(60), 및 밸브들(70)을 제어한다. 이에 대하여, 제어기(90)는 복막 투석의 자동 절차를 제공한다. 이에 대하여, 제어기(90)는 환자에게 공급되고 환자로부터 제거된 유체량을 밸런싱하는 밸런스(95)를 중요한 컴포넌트로서 포함한다. 이에 대하여, 밸런스는 환자에게 너무 많은 유체가 제공되거나 환자로부터 너무 많은 유체가 제거되는 것을 방지한다.
이에 대하여, 밸런스(95)는 펌프(50)에 대한 제어 데이터 및/또는 센서 데이터에 기초하여 단독으로 발생할 수 있다. 다르게는, 밸런스는 또한 개별적으로 제공된 밸런싱 챔버들을 통해 발생할 수 있다. 밸런싱에 대한 스케일들을 사용하는 것이 동일하게 가능하다. 이러한 스케일들은 예를 들어, 신선한 투석액을 갖는 컨테이너(10) 및/또는 사용된 투석액을 갖는 컨테이너(20)의 무게를 단다.
투석액이 복막 투석에서 복강으로 직접 환자에게 투여되기 때문에, 극도의 무균상태가 관측되어야 한다. 따라서, 신선한 투석액 및/또는 사용된 투석액과 접촉하는 유체 경로들 또는 유체 시스템은 일반적으로 1회용 부품으로서 설계된다. 이에 대하여, 유체 경로들 또는 유체 시스템은 특히 플라스틱 부품들로 설계된다. 따라서, 이들은 살균 외부 포장으로 공급될 수 있고 처치 직전에만 포장을 풀 수 있다.
그럼에도 불구하고, 투석 머신(40)에 의한 복막 투석의 제어를 가능하게 하기 위해, 유체 시스템은 투석 머신(40)에 커플링되어야 한다. 이에 대하여, 투석 머신(40)의 개별 엘리먼트들이 유체 시스템의 대응하는 영역들에 어떻게 커플링되는지가 도 3에 개략적으로 도시되어 있다.
이에 대하여, 투석 머신(40)은 가열 엘리먼트(61)를 갖는다. 이것은 유체 시스템의 대응하는 가열 영역(62)에 커플링되어야 한다. 이에 대하여, 커플링은 가열 엘리먼트(61)로부터 가열 영역(62)에 존재하는 투석액으로 열 에너지의 전달을 가능하게 한다.
투석 머신(40)은 또한 유체 시스템의 펌프 영역(52)에 커플링되는 하나 이상의 펌프 액추에이터들(51)을 갖는다. 이에 대하여, 펌프 액추에이터들(51)은 펌프 영역(52)으로 전달되는 펌프력을 생성한다. 이에 의해, 펌프 영역(52)에 존재하는 액체가 유체 경로들을 따라 이동될 수 있다.
투석 머신은 또한 하나 이상의 밸브 액추에이터들(71)을 갖는다. 이들은 유체 경로들의 대응하는 밸브 영역들(72)에 전달되는 폐쇄 이동을 생성한다. 이에 의해, 유체 경로들의 밸브 영역들(72)은 대응하게 폐쇄되거나 개방될 수 있다.
투석 머신은 또한 하나 이상의 센서들(81)을 갖는다. 이들은 유체 시스템의 대응하는 센서 영역(82)에 커플링된다. 이에 의해, 센서들(81)은 투석액의 특정한 특성들을 측정할 수 있다. 특히, 이에 의해, 투석액의 온도가 측정될 수 있다. 또한, 유체 시스템에서의 압력이 결정되는 것이 더 제공될 수 있다.
물론, 투석 머신은 유체 경로들에 커플링되지 않아야 하는 추가의 액추에이터들 및/또는 센서들을 옵션으로 갖는다.
이제, 복막 투석 시스템의 개별 컴포넌트들이 실시예들을 참조하여 아래에서 더욱 상세히 제공될 것이다.
1. 유체 시스템
1.1 투석 컨테이너
신선한 투석액이 일반적으로 플라스틱 백(bag)들에 제공된다. 이러한 플라스틱 백들은 가장자리 영역에서 서로에 용접된 플라스틱 막의 2개의 층들을 일반적으로 가져서, 신선한 투석액이 채워지는 컨테이너를 형성한다. 투석액이 백으로부터 제거될 수 있는 호스 엘리먼트가 이러한 컨테이너에 일반적으로 용접된다. 투석액 컨테이너가 다른 유체 경로들에 접속될 수 있는 커넥터가 호스 엘리먼트에 일반적으로 배열된다. 이 백은 일반적으로 호스에 대향 배치된 측에서 홈 또는 작은 구멍을 갖고, 백은 이에 의해 후크에 걸릴 수 있다. 이에 의해, 투석액이 문제없이 백 외부로 흐르는 것이 보장될 수 있다.
투석액은 일반적으로 버퍼, 삼투 에이전트 및 전해질을 포함한다. 이에 대해, 중탄산염이 예를 들어, 버퍼로서 사용될 수 있다. 포도당이 일반적으로 삼투 에이전트로서 사용된다. 다르게는, 포도당 폴리머들 또는 포도당 폴리머 파생물이 또한 사용될 수 있다. 전해질은 일반적으로 칼슘 및 나트륨을 포함한다.
이에 대하여, 투석액은 가열 살균될 수 있다. 이것은 바람직하게는, 투석액이 백에 채워진 이후에 발생한다. 이에 의해, 투석액 및 백 양자가 가열 살균된다. 이에 대하여, 채워진 백은 일반적으로 외부 포장으로 먼저 포장되어서, 전체 시스템이 살균된다.
최종 투석 용액이 종종 가열 살균될 수 없거나 그 함유물에 따라 장기간 저장될 수 없기 때문에, 투석액의 개별 성분들을 별도로 저장하고 이들을 처치 직전에 단지 조합하는 것이 제공될 수 있다. 이에 대하여, 제 1 개별 용액은 일반적으로, 버퍼를 포함하고, 제 2 개별 용액은 포도당 및 전해질을 포함한다. 옵션으로, 2개 보다 많은 개별 용액들, 따라서, 2개 보다 많은 영역들이 또한 백에 제공될 수 있다. 이에 대하여, 개별 용액들의 저장을 위해 복수의 개별 영역들을 갖는 멀티-챔버 백, 특히, 더블-챔버 백이 제공될 수 있다. 이들 영역들은 개별 용액들을 서로 혼합하기 위해 기계적으로 개방될 수 있는 접속 엘리먼트에 의해 분리된다. 이에 대하여, 소위 필 심(peel seam)이 특히 백의 2개의 영역들 사이에 제공될 수 있고 백의 영역들 중 적어도 하나에 대한 특정 압력의 인가시에 개방된다.
비교적 대량의 투석액이 밤 복막 투석 처치 동안 소비되기 때문에, 복수의 투석액 컨테이너들이 일반적으로 병행하여 사용된다. 이들은 대응하는 커넥터들을 통해 유체 경로들에 접속되고 밸브들의 대응하는 접속에 의해 환자의 채움(filling)을 위해 사용될 수 있다.
1.2 유출부
사용된 투석액의 폐기를 위해, 사용된 투석액은 배수 시스템으로 즉시 유도될 수 있거나 유출 컨테이너에 먼저 수집될 수 있다. 유사하게는, 이에 대하여 유출 컨테이너로서 백이 일반적으로 사용된다. 백은 처치의 시작 이전에 비어 있고 따라서 사용된 투석액을 흡수할 수 있다. 그 후, 백은 처치의 종료 이후에 대응하게 폐기될 수 있다.
1.3 카세트
처음에 이미 설명한 바와 같이, 유체 시스템은 투석 머신이 유체 시스템에 영향을 미쳐야 하는 복수의 영역들을 갖는다. 유체 시스템은 이러한 목적을 위해 투석 머신에 커플링되어야 한다.
카세트들이 투석 머신에 대한 유체 경로들의 커플링 및 유체 경로들에 대한 투석 머신의 대응하는 엘리먼트들의 효과를 단순화하기 위해 사용된다. 투석 머신이 유체 경로들에 대한 효과를 갖는 복수의 영역들은 이러한 카세트에서 함께 배열된다. 이러한 목적을 위해, 카세트는 일반적으로 일측으로 개방된 챔버들이 유체 경로들로서 도입되는 플라스틱의 하드(hard) 부분을 갖는다. 이들 챔버들은 투석 머신에 대한 커플링을 제공하는 가요성 플라스틱 막에 의해 커버된다. 이에 대하여, 가요성 플라스틱 막은 일반적으로 가장자리 영역에서 하드 부분에 용접된다. 카세트는 투석 머신의 액추에이터들 및/또는 센서들이 카세트의 대응하는 영역들과 접촉하도록 투석 머신의 커플링 표면으로 눌려진다.
카세트는 또한 투석액 컨테이너(10), 커넥터(30) 뿐만 아니라 유출부(20)의 접속을 위한 접속부들을 갖는다.
이에 대하여, 카세트는 일반적으로 적어도 하나의 펌프 영역 및 하나 이상의 밸브 영역들을 포함한다. 따라서, 액체 이송은 카세트를 통해 유체 시스템에 의해 제어될 수 있다. 카세트는 또한 유체 시스템에 대한 투석 머신의 센서들의 단순한 커플링을 가능하게 하는 센서 영역들을 갖는다. 카세트는 투석 머신의 대응하는 가열 엘리먼트들에 커플링될 수 있는 하나 이상의 가열 영역들을 옵션으로 또한 가질 수 있다.
카세트의 제 1 실시예가 도 4a 및 도 4b에 도시되어 있다. 카세트는 유체 경로들 및 커플링 영역들이 대응하는 홈들, 챔버들, 및 통로들로서 도입되는 플라스틱의 하드 부분(101)을 갖는다. 이에 대하여, 하드 부분은 예를 들어, 사출 성형 부품 또는 딥 드로잉된(deep drawn) 부품으로서 제조될 수 있다. 하드 부분(101)의 커플링 평면은 가장자리 영역에서 하드 부분에 용접되는 가요성 막(102)에 의해 커버된다. 가요성 막(102)은 투석 머신의 커플링 표면으로 카세트를 누름으로써 하드 부분으로 눌러진다. 카세트내의 유체 경로들은 하드 부분의 웹 영역들로 가요성 막을 누름으로써 실질적으로 유밀한 방식으로 서로로부터 분리된다.
카세트는 다른 유체 경로들에 대한 카세트의 접속을 위한 접속부들을 갖는다. 한편, 접속부(21)가 유출부(20)에 대한 접속을 위해 제공되고 접속부(31)는 커넥터(30)에 대한 접속을 위해 제공된다. 도 4a에 도시되지 않은 대응하는 호스 엘리먼트들이 이들 접속부들에 제공될 수 있다. 카세트는 투석액 컨테이너들(10)의 접속을 위해 복수의 접속부들(11)을 또한 갖는다. 이에 대하여, 접속부들(11)은 대응하는 커넥터 엘리먼트들이 접속될 수 있는 커넥터로서 제 1 실시예에서 설계된다.
접속부들은 각 경우에서 카세트내의 유체 경로들과 접속한다. 밸브 영역들이 이들 유체 경로들에 제공된다. 이들 밸브 영역들에서, 가요성 막(102)이 머신측에서 밸브 액추에이터들을 통해 하드 부분(101)으로 눌려져서, 대응하는 유체 경로가 차단된다. 이에 대하여, 카세트는 먼저, 이러한 접속부가 개방되거나 폐쇄될 수 있는 각 접속부에 대한 대응하는 밸브를 갖는다. 이에 대하여, 밸브(V10)는 유출부(20)에 대한 접속부(21)와 연관되고, 밸브(V6)는 환자 커넥터(30)에 대한 접속부(31)와 연관된다. 밸브들(V11 내지 V16)은 투석액 컨테이너(10)에 대한 접속부들(11)과 연관된다.
펌프 챔버들(53 및 53')이 투석 머신의 대응하는 펌프 액추에이터들이 작동되는 카세트에 또한 제공된다. 이에 대해, 펌프 챔버들(53 및 53')은 가요성 막(102)에 의해 커버되는 하드 부분(101)에서의 오목홈들이다. 이제, 막은 펌프 챔버들(53 및 53')로 눌려질 수 있거나 투석 머신의 펌프 액추에이터들에 의해 다시 이들 펌프 챔버들 외부로 당겨질 수 있다. 이에 의해, 카세트를 통한 펌프 흐름이 펌프 챔버들(53 및 53')의 액세스들 및 유출부들을 접속하고 도 4a에서 참조 번호 73으로 지정되는 밸브들(V1 내지 V4)과 협력하여 생성될 수 있다. 이에 대하여, 펌프 챔버들은 대응하는 밸브 회로들을 통해 카세트의 모든 접속부들에 접속될 수 있다.
가열 영역(62)이 카세트에 또한 통합된다. 이러한 영역에서, 카세트는 카세트의 이러한 영역을 통해 흐르는 투석액을 가열하는 투석 머신의 가열 엘리먼트들과 접촉하게 된다. 이에 대하여, 가열 영역(62)은 가열 영역(62)상에서 나선으로 연장하는 투석액에 대한 통로를 갖는다. 이에 대해, 통로는 가요성 막(102)에 의해 커버되는 하드 부분(101)의 웹들(64)에 의해 형성된다.
이에 대하여, 가열 영역(62)은 카세트의 양측에 제공된다. 가요성 막이 이러한 목적을 위해 카세트의 하부측(63)에서 가열 영역의 하드 부분에 또한 배열된다. 이에 대하여, 가요성 플라스틱 막은 또한 가장자리 영역에서의 하드 부분에 용접된다. 유사하게, 통로가 하부측에 배열되고 투석액은 그 통로를 통해 흐른다. 이에 대하여, 하부측 및 상부측상의 통로들은 하부측으로부터 상부측을 분리하고 통로 벽들을 형성하는 웹들이 하향 및 상향으로 제공되는 하드 부분의 중간 플레이트에 의해 형성된다. 이에 대하여, 투석액이 대응하는 통로를 통해 하부측에서 역으로 흐르는 위치로부터 중간 플레이트를 통해 개구(65)까지 상부측상에서 나선으로 먼저 흐른다. 유체의 가열을 위해 이용가능한 가열 표면은 상부측 및 하부측에 제공된 가열 영역에 의해 대응하게 확대될 수 있다. 그러나, 가열 영역이 카세트의 일측상에만 배열되는 카세트의 실시예가 또한 가능하다.
가열 엘리먼트가 카세트에 통합되는 카세트의 실시예가 또한 가능하다. 이에 대하여, 특히, 가열 코일과 같은 전기 가열 엘리먼트가 카세트의 하드 부분으로 캐스팅(cast)될 수 있다. 따라서, 머신측상의 가열 엘리먼트가 생략될 수 있고 관통흐름(throughflow) 가열이 카세트로 통합될 수 있다. 이에 대하여, 전기 접점들이 전기 가열 엘리먼트의 접속을 위해 카세트에 배열된다.
카세트는 또한 투석 머신의 온도 센서들이 카세트에 커플링될 수 있는 센서 영역들(83 및 84)을 갖는다. 이에 대하여, 온도 센서들은 가요성 막(102)상에 놓이고 따라서 아래에 배치된 통로를 통해 흐르는 액체의 온도를 측정할 수 있다. 이에 대하여, 2개의 온도 센서들(84)이 가열 영역의 입구에 배열된다. 환자에게 펌핑된 투석액의 온도가 측정될 수 있는 온도 센서(83)가 환자측의 출구에 제공된다.
카세트에 대한 제 2 실시예가 도 5에 도시되어 있다. 이에 대하여, 카세트는 그 설계에서, 제 1 실시예에 실질적으로 대응하지만, 어떠한 가열 영역도 포함하지 않는다. 따라서, 이러한 카세트의 사용시에, 가열은 카세트에 통합된 가열 영역을 통해 제 1 실시예에 도시된 바와 같이 발생하지 않고, 오히려 예를 들어, 투석 머신의 가열 플레이트상에 배치된 가열 백을 통한다.
그 결과, 도 5에 도시된 카세트의 제 2 실시예는 V1으로부터 V16까지 연속적으로 유사하게 넘버링된 밸브 영역들을 통해 개방 및 폐쇄될 수 있는 유체 경로들을 갖는다. 카세트는 유체 시스템의 추가 컴포넌트들에 대한 접속을 위해 접속부들을 갖는다. 이에 대하여, 접속부(21)가 유출부(20)에 대한 접속을 위해 그 결과로 제공되고, 접속부(31)가 환자에 대한 커넥터(30)로의 접속을 위해 제공된다. 접속부들(11)이 투석액 컨테이너들(10)의 접속을 위해 더 제공된다.
제 1 실시예와 달리, 제 2 실시예에 나타낸 카세트는 가열 백의 접속을 위한 추가 접속부(66)를 갖는다. 이에 대하여, 액체는 투석액 컨테이너(10)로부터의 유체의 가열을 위해 접속부(66)를 통해 가열 백으로 펌핑될 수 있다. 가열 백은 그 가열 백에 존재하는 유체가 가열될 수 있도록 가열 엘리먼트상에 놓인다. 그 후, 유체는 가열 백으로부터 환자에게 펌핑된다.
펌프 챔버들(53 및 53') 및 밸브들(V1 내지 V4)은 설계 및 기능에서 제 1 실시예에서의 대응하는 컴포넌트들에 대응한다.
제 1 실시예와 달리, 제 2 실시예에서의 카세트는 온도 센서의 접속을 위한 어떠한 센서 영역도 갖지 않는다. 이것은 오히려 가열 엘리먼트들의 영역에 배열된다. 그러나, 카세트는 펌프 챔버들(53 및 53')에서의 압력의 측정을 위한 측정 영역들(85 및 86)을 갖는다. 이에 대해, 측정 영역들(85 및 86)은 펌프 챔버들과 유체 연통하고 가요성 막에 의해 유사하게 커버되는 챔버들이다. 측정 챔버들(85 및 86) 및 펌프 챔버들(53 및 53')에서의 압력을 측정하는 장치측에서의 압력 센서들이 측정 영역들에 커플링될 수 있다.
카세트의 접속부들(11, 21, 31 및 66)의 유체 시스템의 추가 컴포넌트들에 대한 접속은 제 2 실시예에서 호스 접속부들을 통해 발생한다. 커넥터들이 이들 호스 접속부들에서 옵션으로 배열된다.
1.3 호스들
시스템의 개별 컨테이너들, 카세트 및 환자 커넥터 사이의 접속은 일반적으로 호스 접속부를 통해 발생한다. 이들이 각 경우에서 1회용 물품들이기 때문에, 이에 대하여 호스들은 일반적으로 추가의 엘리먼트에 대한 적어도 일 측에 이미 고정 접속된다. 호스들은 예를 들어, 카세트의 접속부들 중 하나 이상에 이미 제공될 수 있다. 유사하게는, 호스들은 백들과 이미 고정 연통할 수 있다.
1.4 접속부들
유체 시스템은 일반적으로 복수의 부품으로 분할되고 각 경우에서 살균 형태로 포장된다. 이들 부품들은 먼저 처치를 위해 서로 접속되어야 한다. 이에 대하여, 카세트 및 투석액 백 또는 백들은 특히 서로로부터 개별적으로 포장된다.
유체 시스템의 개별 엘리먼트들 사이의 접속들은 커넥터들을 통해 일반적으로 발생한다. 이러한 경우에서, 커넥터들은 이들이 개별 컴포넌트들 사이에서 살균 접속할 수 있도록 설계된다. 이것은 예를 들어, 커넥터의 폐쇄시에 자동으로 개방되는 대응하는 보호막들을 통해 발생한다.
이에 대하여, 개별 컴포넌트들의 접속은 오퍼레이터 또는 환자 자신에 의해 수동으로 발생할 수 있다. 다르게는, 개별 컴포넌트들의 접속이 투석 머신에 의해 발생한다는 것이 제공될 수 있다.
이러한 목적을 위해, 대응하는 커넥터들이 예를 들어, 투석 머신의 커넥터 수용기에 배치될 수 있고 투석 머신에 의해 함께 자동으로 결합될 수 있다.
또한, 시스템의 정확한 컴포넌트들이 서로에 접속되었는지를 모니터링하는 전자 제어가 또한 제공될 수 있다. 컴포넌트들을 식별하는 바코드 또는 RFID와 같은 식별 수단이 이러한 목적을 위해 커넥터들에 제공될 수 있다. 이에 대하여, 투석 머신은 커넥터들상의 식별 수단을 검출하는 바코드 판독기 또는 RFID 검출 유닛과 같은 식별 수단 검출 유닛을 포함한다. 이에 의해, 복막 투석의 제어기는 정확한 커넥터들이 삽입되었는지를 인식할 수 있다.
이에 대하여, 유체 시스템의 정확한 조립의 이러한 체크는 특히, 커넥터들의 자동 접속과 결합될 수 있다. 따라서, 시스템은 정확한 커넥터들이 커넥터 수용기들에 배치되었는지를 먼저 체크한다. 커넥터들 사이의 접속은 정확한 접속들이 삽입될 때 투석 머신에 의해 오직 확립된다. 그렇지 않으면, 투석 머신은 잘못된 커넥터들이 삽입되었다는 사실로 사용자의 주의를 유도한다.
2 투석 머신
이제, 투석 머신의 개별 컴포넌트들이 2개의 실시예들을 참조하여 아래에 더욱 상세히 설명될 것이다.
이에 대하여, 투석 머신의 제 1 실시예가 카세트의 제 1 실시예가 사용된 도 6에 도시되어 있다. 이에 대하여, 투석 머신의 제 1 실시예 및 카세트의 제 1 실시예로부터 발생한 복막 투석 시스템이 도 7에 도시되어 있다.
투석 머신의 제 2 실시예가 카세트의 제 2 실시예가 사용된 도 8에 도시되어 있다. 그 후, 투석 머신의 제 2 실시예 및 카세트의 제 2 실시예의 조합으로부터 발생한 투석 시스템이 도 9에 도시되어 있다.
한편, 이에 대하여, 2개의 실시예들은, 가열의 설계, 투석 머신과 카세트 사이의 커플링 및 액추에이터들 및 센서들의 설계에서 상이하다.
2.1 가열부
신선한 투석액은 환자의 복강으로 전달되기 이전에 체온이 되어야 한다. 이러한 목적을 위해, 투석 머신은 대응하는 가열부를 갖는다.
이에 대하여, 가열부는 일반적으로 하나 이상의 가열 엘리먼트들을 통해 발생한다. 이에 대하여, 가열 엘리먼트들은 예를 들어, 세라믹 가열 엘리먼트들일 수 있다. 이러한 세라믹 가열 엘리먼트들로, 저항 스트립이 세라믹 캐리어에 적용된다. 저항 스트립은 그에 대한 전압의 인가에 의해 가열되어서, 세라믹 캐리어 재료가 또한 가열된다. 이에 대하여, 세라믹 가열 엘리먼트는 일반적으로 가열 플레이트상에 배열된다. 이것은 예를 들어, 알루미늄으로 이루어질 수 있다. 차례로, 유체 경로들은 그 유체 경로들에 존재하는 투석액이 가열될 수 있도록 가열 플레이트에 커플링된다.
2개의 상이한 설계들이 유체의 가열을 위해 이용가능하다. 한편, 가열 단계 이후에 환자에게 단지 펌핑되는 더 큰 양의 투석액이 먼저 가열될 수 있다. 이것은 일반적으로 투석기의 가열 플레이트상에 배치된 가열 백을 통해 발생한다.
이에 대하여, 가열 백은 투석액이 제공되는 투석 백일 수 있다. 그러나, 일반적으로, 투석액이 가열을 위해 펌핑되는 개별 가열 백이 사용된다. 투석액이 가열 백에서 가열되는 경우에, 투석액은 그로부터 환자에게 펌핑된다.
이러한 개념이 도 8 및 도 9에 도시된 투석 머신의 제 2 실시예에서 실현된다. 이에 대하여, 가열 플레이트(68)상에 놓인 가열 백(67)이 제공된다. 이에 대하여, 가열 플레이트(68)는 용이하게 액세스가능하도록 복막 투석기의 상부측상에 배열된다. 이에 대하여, 가열 백(67)은 라인(66')을 통해 카세트에 접속된다. 이에 대하여, 카세트는 가열 백(67)이 유체 시스템의 다른 컴포넌트들에 접속될 수 있는 밸브들(V5, V9 및 V15)을 갖는다. 따라서, 신선한 투석액이 펌프 챔버들을 통해 투석액 컨테이너들(10)로부터 가열 백(67)으로 펌핑될 수 있다. 처치의 시작에서, 가열 백(67)은 그에 따라 차가운 투석액으로 먼저 채워진다. 그 후, 가열 백(67)에서의 투석액이 가열 플레이트(68)를 통해 체온으로 가열된다. 그 후, 투석액은 펌프 챔버들을 통해 환자에게 펌핑된다. 그 후, 가열 백(67)은 다음 처치 사이클을 위해 요구된 투석액 양이 가열될 수 있도록 다시 채워질 수 있다.
이에 대해, 가열 백(67)과 접촉하여 가열 백(67)에서의 투석액의 온도를 측정할 수 있는 온도 센서(88)가 바람직하게는 가열 플레이트(68)의 영역에 제공된다. 가열 엘리먼트 또는 가열 플레이트의 온도를 측정하는 온도 센서가 가열 플레이트에 또는 가열 엘리먼트에 또한 제공될 수 있다. 이제, 대응하는 제어기가 가열 플레이트가 백의 재료를 너무 뜨겁게 하지 않는다는 것을 보장한다.
가열 백(67)은 유체 흐름들의 밸런싱에서의 기능들을 추가로 책임질 수 있다. 따라서, 가열 플레이트(68)는 가열 백(67)의 무게가 결정될 수 있는 스케일들(87)의 일부일 수 있다. 이에 의해, 가열 이후에 환자에게 공급되는 유체량이 결정될 수 있다.
제 2 실시예에 나타낸 가열 백을 통한 투석액의 가열과는 다르게는, 투석액은 또한 환자에게 펌핑되면서 가열될 수 있다. 따라서, 가열부는 유체 경로들을 통해 펌핑되면서 유체 시스템을 통해 이동되는 투석액을 가열하는 유수 히터(continuous-flow water heater)의 형태로 작용한다.
이러한 개념에서, 투석 머신의 가열 엘리먼트에 커플링되는 투석액 통로가 제공된다. 투석액이 투석액 통로를 통해 흐르는 동안, 투석액은 흐르는 동안 투석 머신의 가열 엘리먼트로부터의 열을 취한다.
이러한 개념이 도 6 및 도 7에 도시된 투석 머신의 제 1 실시예에서 구현된다. 이에 대하여, 상기 이미 나타낸 바와 같이, 가열 영역은 카세트에 통합된다. 투석 머신에 대한 카세트의 커플링시에, 카세트의 가열 영역은 투석 머신의 가열 엘리먼트들과 열적으로 접촉한다.
이에 대하여, 가열 엘리먼트들은 유사하게 세라믹 가열 엘리먼트들로서 설계될 수 있고 카세트의 가열 영역에 커플링되는 가열 플레이트들과 접촉할 수 있다. 카세트에 관하여 이미 나타낸 바와 같이, 이에 대하여, 가열 영역을 통해 흐르는 투석액을 가열하는 각각의 가열 플레이트가 가열 영역의 상측 및 하측 양자와 접촉한다.
각각의 온도 센서 영역들이 가열 영역의 유입부 및 유출부에서 카세트에 제공되고 카세트의 커플링에 의해 복막 투석액의 온도 센서들과 접촉한다. 따라서, 가열 영역으로 흐르는 투석액의 온도 및 가열 영역 외부로 흐르는 투석액의 온도는 온도 센서들(T1 내지 T3)에 의해 결정될 수 있다. 가열 엘리먼트들 및/또는 가열 플레이트들의 온도를 결정하는 온도 센서들(T4 및 T5)이 더 제공된다.
이에 대하여, 적어도 2개의 가열 엘리먼트들의 사용은 각 경우에서 가열 엘리먼트들을 서로에 접속시킬 수 있게 하여, 이들은 110V의 전원 전압과 실질적으로 동일한 220V의 전원 전압에서의 전력을 출력한다. 이러한 목적을 위해, 가열 엘리먼트들은 110V에서 병렬 회로에서 동작되는 반면에, 이들은 220V의 전원 전압에서 직렬 회로에서 동작된다. 이에 대하여, 전원 전압에 대한 가열 엘리먼트들의 접속의 이러한 적응은 가열이 제 1 또는 제 2 실시예에 따라 발생하는지에 관계없이 구현될 수 있다.
2.2 카세트의 커플링
카세트의 대응하는 영역들에 대한 투석 머신의 액추에이터들 및/또는 센서들의 커플링을 가능하게 하기 위해, 투석 머신은 카세트가 커플링될 수 있는 커플링 표면을 갖는 카세트 수용기를 갖는다. 투석 머신의 대응하는 액추에이터들, 센서들 및/또는 가열 엘리먼트들은 커플링 표면에 배열된다. 카세트는 이러한 커플링 표면으로 눌려져서, 대응하는 액추에이터들, 센서들 및/또는 가열 엘리먼트들이 카세트에서의 대응하는 영역들과 접촉한다.
이에 대하여, 가요성 재료의 매트, 특히 실리콘 매트가 투석 머신의 커플링 표면에 바람직하게 제공된다. 이것은, 카세트의 가요성 막이 카세트의 웹 영역들로 눌려진다는 것을 보장하여 카세트내의 유체 경로들을 분리한다.
카세트의 가장자리 영역으로 눌려지는 커플링 표면의 원주 가장자리가 또한 바람직하게 제공된다. 이에 대하여, 눌림은 감압(underpressure)이 커플링 표면과 카세트 사이에 구축될 수 있도록 바람직하게는 기밀 방식으로 발생한다.
공기를 커플링 표면과 카세트 사이의 공간 외부로 펌핑할 수 있는 진공 시스템이 옵션으로 또한 제공될 수 있다. 이에 의해, 카세트의 대응하는 영역들과 복막 투석 장치의 액추에이터들, 센서들 및/또는 가열 엘리먼트들의 특히 양호한 커플링이 가능하게 이루어진다. 또한, 진공 시스템은 카세트의 누설 기밀 체크를 허용한다. 이러한 목적을 위해 대응하는 진공이 커플링 이후에 적용되며 이러한 진공이 유지되는지의 체크가 이루어진다.
카세트의 눌림은 예를 들어, 공기로 발생한다. 이러한 목적을 위해, 일반적으로, 압축된 공기로 채워진 공기 쿠션이 제공되어서 커플링 표면상의 카세트를 누른다.
카세트 수용기는 일반적으로 커플링 표면에 대향하여 배치되고 카세트의 하드 부분이 삽입되는 수용기 표면을 갖는다. 이러한 목적을 위해, 수용기 표면은 바람직하게는 대응하는 리세스들을 갖는다. 그 후, 삽입된 카세트를 갖는 수용기 표면은 공기 누름 장치를 통해 커플링 표면상에서 눌려질 수 있다.
이에 대하여, 카세트의 삽입은 상이한 방식으로 발생할 수 있다. 도 6에 도시되어 있는 투석 머신의 제 1 실시예에서, 이러한 목적을 위해 투석 머신의 외부로 이동될 수 있는 서랍(drawer)(111)이 제공될 수 있다. 카세트가 이러한 서랍에 삽입된다. 그 후, 카세트는 서랍과 함께 투석 머신으로 푸쉬된다. 그 후, 장치의 내부에 배열되는 커플링 표면으로 카세트의 누름이 발생한다. 이에 대하여, 카세트 및 커플링 표면이 서로를 향해 기계적으로 먼저 이동되고 그 후, 공기로 서로 눌려진다.
제 2 실시예에 따른 카세트(110)의 커플링이 도 10에 더욱 상세히 도시되어 있다. 커플링 표면(130)은 카세트가 커플링 표면(130)에서 정확한 위치에 배열될 수 있도록 도어(140)를 개방함으로써 자유롭게 액세스가능하다. 이에 대하여, 커플링 표면(130)은 수직을 향해 후방으로 경사지고, 이것은 더 용이한 커플링을 가능하게 한다. 이제, 도어(140)는 도어에서의 수용기 표면이 카세트의 배면측과 접촉하도록 폐쇄될 수 있다. 이제, 누름은 도어에 배열된 공기 쿠션에 의해 발생한다. 또한, 진공기는 커플링 표면과 카세트(110) 사이에 적용된다.
투석 머신의 제 1 실시예는 자동 접속을 위한 장치를 갖는다. 이러한 목적을 위해, 투석액 백(10)의 커넥터들이 삽입되는 커넥터 수용기(112)가 제공된다. 그 후, 커넥터 수용기(112)는 그 장치로 이동하고, 여기서, 커넥터들에 적용된 바코드들을 판독하는 바코드 판독기가 제공된다. 따라서, 장치는 정확한 백들이 삽입되었는지를 체크할 수 있다. 정확한 백들이 인식되면, 커넥터 수용기(112)는 완전하게 이동하여서, 백의 커넥터들을 커넥터들로서 이루어진 카세트의 접속부들(11)에 접속한다.
그에 반하여, 제 2 실시예에서, 이러한 자동 접속이 생략된다. 따라서, 호스 섹션들이 카세트의 접속부들(11)에 배열되고 커넥터들을 통해 대응하는 백들에 수동으로 접속되어야 한다.
2.3 펌프 액추에이터들
유체 시스템을 통한 액체의 펌핑은 카세트의 가요성 막과 함께 펌프 챔버들(53 및 53')에 의해 형성되는 멤브레인 펌프에 의해 실시예들에서 발생한다. 이에 대하여, 가요성 막이 대응하는 펌프 액추에이터에 의해 펌프 챔버로 눌려지면, 유체는 카세트의 유체 경로들의 개방된 영역들로 펌프 챔버 외부로 펌핑된다. 반대로, 유체가 펌프 챔버 외부의 막을 당김으로써 펌프 챔버로 유체 경로 외부로 흡입된다.
이에 대하여, 펌프 스트로크가 펌프 챔버로의 펌프 액추에이터의 이동에 의해 발생한다. 펌프 액추에이터는 흡입 스트로크를 위해 다시 펌프 챔버로부터 떨어져 이동된다. 이에 대하여, 감압이 카세트의 가요성 막이 펌프 액추에이터를 따라서 펌프 챔버 외부로 다시 당겨지는 커플링 표면과 카세트의 기밀 누름으로 인해 발생한다.
카세트의 가요성 막에 대한 펌프 액추에이터의 양호한 커플링을 가능하게 하기 위해, 진공 시스템이 또한 제공될 수 있다. 이에 대하여, 특히, 가요성 막이 흡입 스트로크 동안 최대로 펌프 챔버로부터 떨어져 이동되는 힘은 커플링 표면과 카세트 사이의 대응하는 진공의 설정을 통해 설정될 수 있다.
이에 의해, 펌프의 흡입력이 매우 미세하게 설정될 수 있다. 반대로, 펌핑력은 액추에이터의 추력(thrust force)에 의해 설정된다.
이에 대하여, 멤브레인 펌프가 각 스트로크로 펌핑되는 고정밀도의 유체량을 갖기 때문에 유체 흐름의 밸런싱이 흡입 및 펌프 스트로크의 카운팅에 의해 발생한다.
2.3.1. 유압 드라이브
펌프 액추에이터의 제 1 실시예의 구조가 도 11에 도시되어 있다. 이에 대하여, 펌프 액추에이터는 유압으로 이동된다. 이러한 목적을 위해, 카세트의 가요성 막에 배치되는 멤브레인(59)이 제공된다. 이에 대하여, 멤브레인(59)은 예를 들어, 실리콘으로 제조될 수 있다. 유압유가 채워질 수 있는 챔버(54)가 멤브레인(59) 뒤에 제공된다. 챔버(54)에서 과압의 인가에 의해, 멤브레인(59), 및 이와 함께 가요성 막이 카세트의 펌프 챔버(53)로 눌려진다. 반대로, 챔버(54)에 대한 감압의 인가에 의해, 멤브레인(59)은 챔버(54)로 당겨진다. 가요성 막과 멤브레인 사이의 감압으로 인해, 펌프 챔버(53)의 볼륨이 증가하도록 가요성 막은 이러한 이동에 따른다. 이에 대하여, 펌프 스트로크 및 흡입 스트로크를 갖는 펌프 프로세스가 도 12b에 개략적으로 도시되어 있다.
유압 펌프의 동작을 위해 유압 펌프(58)가 제공된다. 이것은 피스톤이 모터(57)를 통해 앞뒤로 이동될 수 있는 실린더를 갖는다. 이에 의해, 유압유는 대응하는 접속 라인을 통해 챔버(54)로 눌려지거나 챔버 외부로 다시 흡입된다. 이에 대하여, 위치 인코더(56)가 유압 펌프(58)에 제공되고 피스톤의 이동이 위치 인코더를 통해 기록될 수 있다. 이에 의해, 얼마나 많은 유압유가 챔버(54)로 눌려지고 얼마나 많은 유압유가 챔버로부터 제거되는지가 결정될 수 있다. 유압 시스템의 압력을 측정하는 압력 센서들(55)이 유압 시스템에 또한 제공된다. 한편, 압력 센서들은 압력 센서들의 데이터가 위치 인코더(56)의 데이터와 비교될 수 있기 때문에 유압 시스템의 기능 체크를 허용하고, 이에 의해, 유압 시스템의 누설 방지가 체크될 수 있다.
또한, 압력 센서들은 카세트의 펌프 챔버(53)에서의 압력을 결정할 수 있다. 유압 펌프(58)가 이동되지 않으면, 압력 밸런스가 챔버(54)와 펌프 챔버(53) 사이에 적용된다. 따라서, 유압유의 압력은 펌프 챔버(53)에서의 압력에 대응한다.
이제, 펌프 챔버(53)에 대한 펌프 액추에이터의 커플링 절차가 도 12a에 도시되어 있다. 이에 대하여, 챔버(54)에 유압유가 먼저 로딩되어서 멤브레인(59)이 커플링의 준비를 위해 바깥쪽으로 아치가 된다. 그 후, 커플링 표면 및 카세트는, 멤브레인(59)이 카세트의 가요성 막을 펌프 챔버(53)로 누르도록 서로를 향해 이동된다. 커플링 표면 및 카세트를 누른 이후에, 멤브레인과 가요성 막 사이의 공간은 가요성 막이 멤브레인의 이동을 따르도록 기밀 방식으로 바깥쪽으로 폐쇄된다. 이것이 도 12b에 도시되어 있다.
이에 대하여, 도 11에 도시된 펌프 액추에이터는 도 7로부터 또한 알 수 있는 바와 같이, 투석 머신의 제 1 실시예에서 구현된다. 이에 대하여, 대응하는 펌프 액추에이터가 2개의 펌프 챔버들(53 및 53') 각각에 대해 각각 제공된다.
2.3.2 전기기계 드라이브
다르게는, 펌프 액추에이터는 또한 전기 모터 방식으로 동작될 수 있다. 이러한 목적을 위해, 전기 모터, 특히, 스텝핑 모터를 통해 가요성 막을 향해 또는 가요성 막으로부터 떨어져 눌려지는 대응하는 형상의 램이 제공되고, 이에 따라 펌프 스트로크 또는 흡입 스트로크가 발생된다. 이러한 펌프 액추에이터들(151 및 152)이 도 10의 실시예에 도시되어 있다. 이에 대하여, 바람직하게는, 가요성 막이 흡입 이동에서의 램을 또한 따르는 것을 보장하는 진공 시스템이 제공된다.
2.4 밸브 액추에이터들
밸브 플런저가 하드 부분의 대응하는 챔버로 카세트의 가요성 막을 눌려서 이러한 영역에서 유체 통로를 폐쇄하는 밸브 액추에이터로서 제공될 수 있다. 이에 대하여, 밸브 액추에이터는 예를 들어, 공기로 작동될 수 있다. 이에 대하여, 플런저는 압력없이 개방하거나 압력없이 폐쇄하도록 스프링을 통해 바이어싱될 수 있다.
다르게는, 밸브 액추에이터는 유압으로 또는 공기로 이동되는 가요성 멤브레인을 통해 구현될 수 있다. 이에 대하여, 가요성 멤브레인은 압력의 인가에 의해 카세트를 향해 이동되어서, 가요성 막의 대응하는 밸브 영역을 유체 통로로 눌러서 폐쇄한다.
카세트의 밸브 영역들(V1 내지 V16)에 커플링되는 밸브 액추에이터들(71)이 도 10에서의 커플링 표면상에서 인식될 수 있다.
2.5 센서들
투석 머신은 그 머신이 제어될 수 있고 그 머신의 적절한 기능이 모니터링될 수 있는 센서들을 갖는다.
한편, 이에 대하여, 투석액 및/또는 가열 엘리먼트들의 온도가 측정될 수 있는 하나 이상의 온도 센서들이 제공된다. 제 1 실시예에서, 이에 대하여, 온도 센서들은 카세트에 대한 커플링 표면에 배열되고 카세트를 통해 흐르는 투석액의 온도를 측정한다. 반대로, 제 2 실시예에서는, 백(67)에 존재하는 투석액의 온도를 측정하는 온도 센서(88)가 가열 플레이트(68)상에 제공된다. 온도 센서들은 가열 엘리먼트 또는 엘리먼트들에 또한 제공될 수 있다.
하나 이상의 압력 센서들이 펌프 챔버들에서의 압력을 측정하기 위해 또한 제공될 수 있다. 이에 의해, 투석액이 너무 높은 압력에서 환자에게 펌핑되거나 흡입 압력이 환자로부터 투석액의 흡입시에 너무 높아지는 것을 방지할 수 있다.
제 1 실시예에서, 이에 대하여, 압력 측정은 상기 나타낸 바와 같이, 펌프 액추에이터들의 유압 시스템에서의 압력 센서들을 통해 발생한다. 반대로, 제 2 실시예에서는, 카세트의 대응하는 압력 측정 영역들에서 압력을 직접 측정하는 압력 센서들(85' 및 86')이 커플링 표면에 제공된다. 이에 대하여, 카세트에 대한 이들 압력 센서들의 커플링은 바람직하게는 진공 시스템에 의해 보장된다.
2.6 입/출력 유닛
투석 머신은 오퍼레이터와의 통신을 위한 입/출력 유닛을 더 포함한다. 이에 대하여, 예를 들어, 발광 다이오드들, LCD 디스플레이들 또는 스크린에 의해 구현될 수 있는 대응하는 디스플레이가 정보의 출력을 위해 제공된다. 커맨드들의 입력을 위한 대응하는 입력 엘리먼트들이 제공된다. 이에 대하여, 푸쉬 버튼들 및 스위치들이 제공될 수 있다.
양자의 실시예들에서, 이에 대하여, 쌍방향 메뉴 네비게이션을 허용하는 터치 스크린(120)이 제공된다. 컴팩트한 형태로 투석 머신의 상태를 나타내는 디스플레이 엘리먼트들(121 및 122)이 또한 제공된다.
제 1 실시예는 환자 카드가 판독될 수 있는 카드 판독기(125)를 더 갖는다. 각각의 환자의 처치시의 데이터가 환자 카드에 저장될 수 있다. 이에 의해, 각각의 환자에 대한 처치 절차가 개별적으로 고정될 수 있다.
복막 투석은 음향 신호들이 출력될 수 있는 음향 신호 유닛을 더 갖는다. 이에 대하여, 음향 경고 신호는 에러 상태가 등록될 때 특히 출력될 수 있다. 이에 대하여, 바람직하게는, 음향 신호가 생성될 수 있는 라우드스피커가 제공된다.
2.7 제어기
복막 투석은 모든 컴포넌트들을 제어하고 모니터링하는 제어기를 더 갖는다. 이에 대하여, 제어기는 처치의 자동 절차를 보장한다.
이제, 이러한 제어기의 실시예의 기본 구조가 도 13에 도시되어 있다.
이에 대하여, 오퍼레이터 및 외부 정보 소스들과의 통신이 인터페이스 컴퓨터(150)를 통해 발생한다. 인터페이스 컴퓨터(150)는 환자 카드 판독기(200), 환자와의 통신을 서빙하는 입력 및 출력 유닛(210), 및 모뎀(220)과 통신한다. 업데이트된 소프트웨어가 예를 들어, 모뎀(220)을 통해 업로딩될 수 있다.
인터페이스 컴퓨터(150)는 내부 버스를 통해 액티비티 컴퓨터(160) 및 보호 컴퓨터(170)에 접속된다. 액티비티 컴퓨터(160) 및 보호 컴퓨터(170)는 시스템의 리던던시를 생성한다. 이에 대하여, 액티비티 컴퓨터(160)는 시스템의 센서들로부터 신호들을 수신하고 액추에이터들(180)에 대한 제어 신호들을 계산한다. 유사하게, 보호 컴퓨터(170)는 센서들(180)로부터 신호들을 수신하고 액티비티 컴퓨터(160)가 출력한 커맨드들이 정확한지를 체크한다. 보호 컴퓨터(170)가 에러를 결정한 경우에, 대응하는 응급 절차를 개시한다. 특히, 이에 대하여, 보호 컴퓨터(170)는 알람 신호를 트리거할 수 있다. 보호 컴퓨터(170)는 환자에 대한 액세스를 폐쇄할 수 있다. 이러한 목적을 위해, 특수 밸브가 환자측의 카세트의 출력에 배열되고 보호 컴퓨터(170)만이 특수 밸브에 액세스한다. 이에 대하여, 이러한 안전 밸브는 공기 시스템의 실패시에 자동으로 폐쇄하도록 무압력 상태에서 폐쇄된다.
보호 컴퓨터(170)는 바코드 판독기(190)에 또한 접속되어서, 정확한 투석 백들의 접속을 체크한다.
시스템의 에러들이 결정되고 교정될 수 있는 진단 시스템(230)이 더 제공된다.
3. 본 발명의 구현
이제, 상기 제공된 투석 시스템들 중 하나 또는 상기 제공된 투석 머신들 중 하나에서 사용될 수 있는 본 발명의 2개의 양태들의 실시예가 아래에 제공될 것이다. 이에 대하여, 본 발명의 실시예들은 상술한 바와 같은 개별 컴포넌트들 또는 복수의 컴포넌트들과 결합될 수 있다.
도 14a에서, 절연 모니터(350)를 갖는 본 발명에 따른 장치(300)의 개략도가 도시된다. 이에 대하여, 장치는 본관 전압 접속(310)을 통해 전기적으로 동작가능하다. 실시예에서, 본 발명에 따른 장치는 어떠한 접지 와이어 접속도 갖지 않는다. 장치는 전기 커플링없이 본관 전압 접속(310)을 통해 동작되는 라이브 엘리먼트(320)를 포함한다. 따라서, 라이브 엘리먼트가 스위치 온되면, 본관 전압이 그에 인가된다. 이에 대하여, 라이브 엘리먼트(320)에 본관 전압을 공급하는 2개의 본관 전압 라인들(311 및 312)이 제공된다.
본 발명에 따른 장치는 사용자가 장치의 동작시에 접촉할 수 있는 애플리케이션 부분(330)을 더 갖는다. 이에 대하여, 애플리케이션 부분(330)은 기본 절연(340)에 의해 라이브 엘리먼트(320)로부터 절연된다. 이에 의해, 기본 보호가 전기 쇼크의 위험에 대해 제공된다. 이에 대하여, 애플리케이션 부분은, 기본 절연(340)의 고장시에, 애플리케이션 부분(330)과 접촉하는 사용자에 대한 전기 쇼크의 위험이 있도록 이러한 실시예에서 도전성이다.
이에 대하여, 본 발명에 따른 장치에는 공중 본관 네트워크의 본관 전압 접속(예를 들어, 110V 또는 230V 본관 전압 접속 또는 대응하는 3상 전류 접속)을 통해 전력이 일반적으로 공급된다. 따라서, AC 전류에 대한 2개의 접속 라인들 중 하나가 접지된다. 기본 절연에서의 고장이 발생하면, 애플리케이션 부분 및 접지와 접촉하는 사용자가 위험한 전류 흐름에 노출되는 것이 방지되어야 한다.
이러한 목적을 위해, 라이브 엘리먼트(320)에 대하여 애플리케이션 부분(330)의 기본 절연(340)의 품질을 모니터링하는 본 발명에 따른 절연 모니터(350)가 제공된다. 사전설정된 제한값이 초과되거나 그 아래로 떨어지면, 이에 대하여, 절연 모니터(350)는 스위치들(360 및 370)을 통해 라이브 엘리먼트(320)의 전원의 스위칭 오프를 수행한다. 따라서, 기본 절연의 품질의 일정한 모니터링은 접지 와이어없이도 안전한 고장 보호를 제공할 수 있게 한다.
이에 대하여, 절연 모니터(350)는 라인(351)을 통해 라이브 엘리먼트(320)의 제 1 전압 피드(311) 및 제 2 라인(352)을 통해 라이브 엘리먼트(320)의 제 2 전압 피드(312)에 접속된다. 이에 대하여, 접속은 도 14a에 도시된 실시예에서 저항 브리지를 통해 발생한다. 절연 모니터는 라인(353)을 통해 애플리케이션 부분(330)에 도전적으로 또한 접속된다. 따라서, 절연 모니터는 애플리케이션 부분(340)과 라이브 엘리먼트(320) 사이의 기본 절연의 품질을 지속적으로 모니터링할 수 있다.
라이브 엘리먼트의 실시예가 도 14b에 도시되어 있다. 이에 대하여, 이것은 저항 경로(321)가 세라믹 플레이트(341)상에 배열된 가열 플레이트(331)에 대한 기본 절연으로 기능하는 세라믹 플레이트(341)상에 라이브 엘리먼트로서 배열되는 세라믹 가열 엘리먼트이다. 가열 플레이트(331)는 바람직하게는 알루미늄 플레이트이다. 이에 대하여, 저항 경로의 2개의 종단들이 본관 전압 라인들(311 및 312)에 접속된다.
이제, 저항 모니터가 라인들(351 및 352)을 통해 저항 경로의 2개의 종단들 및 라인(353)을 통해 가열 플레이트(331)에 접속된다. 가열 플레이트(331)는 이러한 목적을 위해 라인(353)에 대한 대응하는 접속(332)을 갖는다. 따라서, 절연 모니터는 라이브 저항 경로(321)와 가열 플레이트(331) 사이의 절연(341)의 품질을 모니터링할 수 있다. 그러나, 본 발명은 본질적으로 다른 라이브 엘리먼트들과 또한 사용될 수 있다.
이에 대하여, 절연의 품질의 모니터링은 상이한 방식으로 발생할 수 있다. 이에 대하여, 도 15 및 도 16에서, 2개의 이러한 모니터링 원리들이 개략적으로 도시되어 있다. 이에 대하여, 라이브 엘리먼트(320), 애플리케이션 부분(330) 및 기본 절연(340)을 갖는 전기 장치가 각 경우에서 다시 도시된다. 이에 대하여, 기본 절연(340)은 이러한 실시예에서 더블 절연으로 이루어진다. 또한, 라이브 엘리먼트(320)의 전압 피드들(311 및 312) 및 애플리케이션 부분(330) 양자에 접속되는 절연 모니터(350)가 도시되어 있다. 이에 대하여, 절연 고장의 검출시에 본관 전압을 스위칭 오프하는 회로 배열이 도 15 및 도 16에 도시되지 않고 도 14에 도시되어 있는 바와 같이 구현될 수 있다.
도 15 및 도 16에서의 본관 전압 접속의 전압 피드(312)는 중성 도체(N)로서 마크되고, 전압 피드(311)는 위상(P)으로서 마크된다. 또한, 발이 예를 들어, 접지(380)와 접촉하는 사람이 도 15 및 도 16 각각에 도시되어 있다. 이러한 사람이 애플리케이션 부분(330)을 터치하는 경우 및 기본 절연(340)이 고장인 경우에, 위험하게 높은 전류가 애플리케이션 부분상의 본관 접속의 위상(P)으로부터 사람을 통해 절연 모니터(350)없이 접지(380)로 흐른다. 그러나, 본 발명에 따른 절연 모니터는 기본 절연의 품질을 모니터링하고 절연 고장을 검출할 때 라이브 부분(320)의 전원을 스위칭 오프한다. 따라서, 위험한 전기 쇼크가 방지될 수 있다.
이에 대하여, 도 15에서, 전압 피드들(311 및 312)과 애플리케이션 부분(330) 각각 사이의 전류 흐름을 결정하는 수동 절연 모니터가 제공된다. 이러한 전류 흐름이 특정한 제한 값을 초과하면, 절연 모니터는 전원을 스위칭 오프한다.
반대로, 도 16에서, 기본 절연(340)의 능동 모니터링이 제공된다. 이에 대하여, 각 경우에서의 절연 모니터(350)는 전압 신호를 전압 피드들(311 및 312) 각각 및 애플리케이션 부분(330)에 인가하고 이에 의해 생성된 전류 흐름을 측정한다. 이에 의해, 절연 저항이 결정될 수 있다.
본 발명에 따른 장치는 바람직하게는, 본관 케이블을 통해 본관 전압 접속에 접속될 수 있는 하우징을 갖는 장치이다. 이에 대하여, 장치는 특히 바람직하게는, 접지 와이어 접속이 요구되지 않기 때문에 통상의 2-폴 본관 플러그를 통해 소켓에 접속될 수 있다. 본 발명은 의료 장치들에서 특히 바람직하게 사용된다.
특히 바람직한 실시예에서, 본 발명에 따른 장치는 도 1 내지 도 13을 참조하여 상기 더욱 상세히 이미 나타낸 바와 같은 투석기이다. 이에 대하여, 라이브 엘리먼트(320)는 바람직하게는 가열 엘리먼트이다. 이에 대하여, 이것은 특히, 상기 이미 설명한 바와 같이 세라믹 가열 엘리먼트이다. 그 후, 애플리케이션 부분(330)은 바람직하게는 유사하게 이미 설명한 바와 같이 가열 플레이트이다. 이에 대하여, 가열 플레이트(330)는 특히, 투석액을 가열하기 위해 유체 시스템의 가열 영역과 접촉할 수 있다.
본 발명은 접지 와어어없이 투석기가 동작될 수 있게 하고 절연 변압기의 개입없이 본관상에서 가열 엘리먼트 또는 엘리먼트들을 동작시킬 수 있다. 이에 대하여, 절연 모니터는 오퍼레이터가 가열 엘리먼트와 가열 플레이트 사이의 기본 절연의 실패시에도 전기 쇼크에 의해 위험해지지 않을 수 있다는 것을 보장한다.
라이브 엘리먼트에 대한 전원의 스위칭 오프에 부가하여, 절연 모니터는 더욱 바람직하게는 기본 절연이 결함이라는 것을 장치 제어기에 충고할 수 있다. 이에 대하여, 특히, 오퍼레이터의 주의를 기본 절연의 결함으로 이끄는 디스플레이가 발생할 수 있다. 그러나, 다르게는, 전체 장치의 전원이 또한 스위치 오프될 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 장치는 장치가 예를 들어, 스위치 및 저항기를 통해 기본 절연을 브리징함으로써 스위치 온될 때 절연 모니터의 기능을 체크하는 초기화 테스트를 가질 수 있다. 이에 의해, 정확한 기능에 대한 추가의 안정성이 보장된다.
본 발명의 제 2 양태에 따른 가열 모듈의 실시예가 이제 도 17에 더욱 상세히 도시되어 있다. 가열 모듈(400)은 2개의 가열 엘리먼트들(410 및 420)이 적용되는 가열 플레이트(401)를 포함한다. 다르게는, 이에 대하여, 단일 가열 엘리먼트만이 본질적으로 또한 사용될 수 있거나 2개 보다 많은 가열 엘리먼트들이 사용될 수 있다.
이에 대하여, 가열 엘리먼트들은 세라믹 층에 적용되는 가열 코일을 각각 갖는다. 이에 대하여, 가열 엘리먼트(410)는 세라믹 지지 플레이트(411)에 적용되는 가열 코일(412)을 갖는다.
이에 대하여, 도 17은 뒷면에서 본 상위 표현 및 다른 표현의 측면도로 가열 모듈을 도시한다. 이에 대하여, 가열 플레이트(401) 및 가열 코일에 대한 세라믹 지지 플레이트(411)를 갖는 가열 모듈의 층 구조가 인식될 수 있다.
본 발명에 따르면, 가열 엘리먼트들이 배열되는 가열 플레이트(401)는 세라믹 재료를 또한 포함한다. 이에 의해, 가열 모듈 및 의료 장치의 추가의 전기 절연이 종래 기술에서 사용된 알루미늄의 가열 플레이트들에 관하여 달성된다.
실시예에서, 제 1 세라믹 층을 형성하고 가열 코일(412)이 배열되는 가열 엘리먼트들의 지지 플레이트(411)는 산화 알루미늄을 포함한다. 실시예에서의 가열 플레이트(401)는 실시예에서 질화 알루미늄을 포함한다. 이 재료들 양자는 매우 양호한 절연 특성들과 동시에 매우 양호한 열전도 특성들을 갖는다.
이에 대하여, 가열 엘리먼트들의 세라믹 지지 플레이트들은 열 접착을 통해 가열 플레이트(401)에 접착된다. 바람직하게는, 실리콘 접착제가 열 접착제로서 사용된다.
실시예에서, 가열 엘리먼트들의 지지 플레이트(411)는 1.0mm의 두께를 갖고, 가열 플레이트(401)는 1.5mm의 두께를 갖는다. 열 접착제의 층 두께는 0.1mm와 0.5mm 사이일 수 있다.
가열 엘리먼트들은 전원(440)에 대한 접속을 위한 커넥터들(413)을 갖고, 커넥터 라인들이 전원에 접속될 수 있다. 배면측상에서, 이에 대하여, 커넥터 엘리먼트들(413)은 바람직하게는 세라믹 지지 플레이트(411)로부터 떨어져 돌출한다. 가열 엘리먼트들에는 또한, 온도 센서(414)가 각각 장착될 수 있다. 온도 센서들(414)은 유사하게는, 저항 경로를 포함할 수 있고, 여기서, 커넥터들(415)이 평가 전자기기에 대한 접속을 위해 제공된다.
2개의 가열 엘리먼트들(410 및 420)이 접속 라인(430)을 통해 서로에 접속될 수 있어서, 가열 엘리먼트들 양자는 직렬로 접속된다. 그러나, 다르게는, 병렬 접속을 또한 생각할 수 있다. 이에 대하여, 바람직하게는, 열 퓨즈가 접속 라인(430)에 통합된다.
본 발명에 따르면, 2개 이상의 동일한 가열 엘리먼트들이 사용될 수 있다. 2개 이상의 가열 엘리먼트들은 특히, 공통 가열 플레이트(401)상에서 서로에 이어서 배열될 수 있다.
이에 대하여, 가열 플레이트(401)는 바람직하게는, 가열 엘리먼트들의 지지 플레이트들(411) 뒤의 그것의 가장자리 영역에서 돌출한다. 또한 바람직하게는, 각각의 세라믹 플레이트들(411 및 401)은 어떠한 개구도 갖지 않는다.
가열 플레이트(401)는 전체 가열 모듈을 안정화시키기 위해 프레임에 추가로 접착될 수 있다. 또한, 전체 가열 모듈이 의료 장치의 하우징, 특히, 서랍 또는 머신 블록으로 가황되는 것이 제공될 수 있다.
본 발명에 따른 가열 모듈은 상기 섹션 2.1에서 이미 제공된 가열과 동일한 방식으로 사용될 수 있다. 여기에 설명한 바와 같이, 가열 모듈은 특히 투석액을 가열하기 위해 사용된다. 이에 대하여, 가열 플레이트(401)는 바람직하게는, 투석 머신의 유체 경로들, 예를 들어, 카세트의 가열 영역 또는 가열 백에 직접 커플링될 수 있다.
본 발명의 제 2 양태에 따른 가열 모듈은 도 14 및 도 16에 관하여 상기 더욱 상세히 도시된 바와 같이 본질적으로 절연 모니터와 또한 결합될 수 있다. 본 발명에 따른 가열 모듈은 특히, 도 14b에 도시된 가열 모듈 대신에 사용될 수 있다. 그러나, 그 후, 라인(353)의 접속은 도전성이 아닌 세라믹 가열 플레이트(401)에서가 아니라 도전성 하우징 엘리먼트에서 본질적으로 발생한다. 이에 의해, 더 증가된 안전성이 달성될 수 있다.
그러나, 본 발명에 따르면, 본 발명의 제 2 양태는 또한, 그 자체로 접지 와이어가 생략되게 하고 그럼에도 불구하고 절연 변압기의 개입없이 본관에서 가열 모듈을 동작하게 한다. 이에 대하여, 세라믹 가열 플레이트(401)에 의해 형성된 제 2 절연층은, 오퍼레이터가 가열 코일과 가열 플레이트 사이에서 기본 절연의 실패시에 전기 쇼크로부터 위험해지지 않을 수 있다는 것을 보장한다.
따라서, 본 발명은 결함이 있는 기본 절연으로도 사용자에 대한 위험이 없다는 것을 보장하는 기본 절연에 대한 고장 보호를 양태들 양자에 서로 독립적으로 가능하게 한다.

Claims (15)

  1. 라이브 엘리먼트 및 상기 라이브 엘리먼트에 관하여 기본 절연에 의해 절연되는 애플리케이션 부분을 갖는, 특히 접지 와이어 접속없이 본관(mains) 전압 접속을 통해 전기적으로 동작가능한 장치로서,
    상기 라이브 엘리먼트에 관하여 상기 애플리케이션 부분의 상기 기본 절연의 품질을 모니터링하는 절연 모니터가 제공되는 것을 특징으로 하는 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 장치는 의료 장치, 특히, 투석기인, 장치.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 절연 모니터는 상기 라이브 엘리먼트와 상기 애플리케이션 부분 사이의 전류 흐름 및/또는 저항을 결정하는, 장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 절연 모니터는 각 경우에서, 상기 애플리케이션 부분과 상기 라이브 엘리먼트의 제 1 및 제 2 전압 피드 각각 사이의 상기 전류 흐름 및/또는 저항을 결정하는, 장치.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 라이브 엘리먼트는 본관 전압에서 전기적 절연없이 동작되는, 장치.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 절연 모니터는 결함이 있는 기본 절연을 인식할 때, 상기 라이브 엘리먼트의 전원을 스위칭 오프하는, 장치.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    장치 제어기는 상기 장치가 동작될 때 수행될 특히, 초기화의 형태로 상기 절연 모니터의 적절한 기능을 테스트하는 기능을 갖는, 장치.
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 라이브 엘리먼트는 가열 엘리먼트인, 장치.
  9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 애플리케이션 부분은 하우징 엘리먼트, 특히, 가열 플레이트인, 장치.
  10. 본관 전압 접속을 통해 전기 장치를 동작시키고, 특히, 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 기재된 장치를 동작시키는 방법으로서,
    상기 장치는 라이브 엘리먼트 및 기본 절연에 의해 상기 라이브 엘리먼트로부터 절연된 애플리케이션 부분을 갖고,
    상기 애플리케이션 부분의 상기 기본 절연의 품질은 상기 라이브 엘리먼트에 관하여 모니터링되는 것을 특징으로 하는 전기 장치를 동작시키는 방법.
  11. 의료 유체를 가열하는 가열 모듈을 갖는 특히 투석기와 같은 의료 장치로서,
    상기 가열 모듈은 제 1 세라믹 층상에 배열된 가열 코일을 갖는 가열 엘리먼트를 포함하고,
    상기 가열 엘리먼트는 상기 가열 모듈의 가열 플레이트를 바람직하게 형성하는 제 2 세라믹 층상에 배열되는 것을 특징으로 하는 의료 장치.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 제 1 및/또는 제 2 세라믹 층은 산화 알루미늄 또는 질화 알루미늄을 포함하고, 상기 제 1 세라믹 층은 바람직하게는 산화 알루미늄을 포함하고, 상기 제 2 세라믹 층은 질화 알루미늄을 포함하는, 의료 장치.
  13. 제 11 항 또는 제 12 항에 있어서,
    상기 제 1 세라믹 층을 갖는 상기 가열 엘리먼트는 바람직하게는, 열도전성 접착제, 특히, 실리콘 접착제에 의해 상기 제 2 세라믹 층에 접착되는, 의료 장치.
  14. 제 11 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 있어서,
    공통 제 2 세라믹 층상에 배열되고 바람직하게는 통합된 열 퓨즈를 갖는 라인을 통해 배면에서 서로에 전기적으로 접속되는 적어도 2개의 가열 엘리먼트들이 제공되고/되거나 상기 가열 모듈은 제 2 세라믹 층이 바람직하게 접착되는 프레임을 갖고/갖거나 상기 가열 모듈은 상기 의료 장치에서 가황(vulcanize)되는, 의료 장치.
  15. 제 11 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 기재된 의료 장치용 가열 모듈.
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