KR20140137361A - 혈액 펌프 - Google Patents

Abstract

내부에 표면을 갖는 오목한 홈(8), 상기 홈을 커버하는 플렉서블 멤브레인(0)을 포함하고, 상기 오목한 홈과 플렉서블 멤브레인은 유입구(14)와 배출구(16)를 갖는 펌프 챔버(12)를 형성하고, 상기 플렉서블 멤브레인은 상기 표면으로부터 이격되고 상기 펌프 챔버가 최대 부피를 갖는 위치인 제 1 위치와 상기 표면에 대략 인접하여 상기 펌프 챔버가 최소 부피를 갖는 제 2 위치의 사이에서 이동가능한 카트리지(4), 상기 카트리지와 접속되도록 배열되고, 상기 드라이버는 사용시 혈액을 상기 챔버로부터 펌핑하기 위해 제 1 방향에서 상기 플렉서블 멤브레인을 상기 홈으로 이동하도록 동작 가능하고, 사용시 상기 챔버로 혈액을 끌어올리기 위해 제 2 방향에서 상기 플렉서블 멤브레인을 상기 홈으로부터 멀어지도록 이동하도록 동작 가능한 펌프 드라이버 장치(18); 상기 펌프 드라이버는 상기 제 1 방향에서 상기 플렉서블 멤브레인의 움직임을 제어하여 그것이 상기 오목한 홈의 표면에 접근함에 따라 이동하는 속도를 줄이는 혈액 펌프(2).

Description

혈액 펌프{Blood Pump}

본 발명은 체외 혈액 펌프(extracorporeal blood pumps)에 관한 것으로, 특히 저용혈(low hemolysis) 체외 혈액 펌프에 관한 것이다.

혈액의 체외 순환을 위한 혈액 펌프는 많은 의료 분야 특히 혈액 투석(hemodialysis)에서 사용되어 왔다. 일반적으로 혈액은 연동 타입 펌프(peristaltic type pump)를 사용한 순환에서 펌핑되는 반면, 이러한 펌프들은 의료 산업 내에 의존되고 허용되어, 그것들은 낮아진 헤마토크릿(lowered hematoctit) 레벨을 야기하는 일부 저용혈을 유발한다. 외부 순환에서 처리 후 환자로 돌아가면, 감소된 헤마토크릿 레벨은 신체에 산소를 효율적으로 운반하는 환자의 능력을 감소시킨다. 이러한 결과로, 체외 혈액 치료를 하는 많은 환자들은 손상된 이것을 대체하기 위해 새로운 적혈구 세포들의 재생을 자극하기 위해 에리스로포에틴(erythropoietin , EPO)으로 치료를 받는다. 환자가 신체의 호르몬의 필요 조건을 균형잡기 위해 EPO로 치료받는 것을 필요로 하는 투석과 같은 이러한 일부 상태에서, 혈액에 대한 손상은 투여되기에 필요한 EPO의 양에서의 증가를 유발한다. 또한, 환자가 예를 들어 말기 신부전(endstage renal failure)처럼 자연적으로 의료 조건에 의해 낮은 헤마토크릿 레벨을 갖는 때, 상태의 치료에 의해 유발되는 적혈구 세포에 대한 손상은 특히 바람직하지 않다. 어두음 소실(aphaeresis)과 같은 다른 체외 혈액 처리에서, 다양한 혈액 세포들이 온전하게 유지되어 그들이 효과적으로 분리될 수 있도록 하는 것 역시 중요하다.

본 발명의 목적은 상기한 문제점의 적어도 일부에서 완화시키고, 혈액 세포들에 대한 손상을 최소화하는 혈액 펌핑 수단을 생산하는 것이다.

본 발명에 따르면, 혈액 펌프는 내부에 표면을 갖는 오목한 홈, 상기 홈을 커버하는 플렉서블 멤브레인을 포함하고, 상기 오목한 홈과 플렉서블 멤브레인은 유입구와 배출구를 갖는 펌프 챔버를 형성하고, 상기 플렉서블 멤브레인은 상기 표면으로부터 이격되고 상기 펌프 챔버가 최대 부피를 갖는 위치인 제 1 위치와 상기 표면에 대략 인접하여 상기 펌프 챔버가 최소 부피를 갖는 제 2 위치의 사이에서 이동가능한 카트리지,

상기 카트리지와 접속되도록 배열되고, 상기 드라이버는 사용시 혈액을 상기 챔버로부터 펌핑하기 위해 제 1 방향에서 상기 플렉서블 멤브레인을 상기 홈으로 이동하도록 동작 가능하고, 사용시 상기 챔버로 혈액을 끌어올리기 위해 제 2 방향에서 상기 플렉서블 멤브레인을 상기 홈으로부터 멀어지도록 이동하도록 동작 가능한 펌프 드라이버 장치;

상기 펌프 드라이버는 상기 제 1 방향에서 상기 플렉서블 멤브레인의 움직임을 제어하여 그것이 상기 오목한 홈의 표면에 접근함에 따라 이동하는 속도를 줄이는 혈액 펌프가 제공된다.

그것이 상기 오목한 홈의 표면에 접근함에 따라 상기 멤브레인의 속도를 줄임으로써, 상기 혈액 세포에 대해 동작하는 전단력(shear forces)은 상기 멤브레인과 상기 오목한 홈의 표면 사이의 줄어든 갭을 통해 가속되기 때문에 줄어들게 되어 상기 혈액 세포에 대한 손상을 줄인다.

바람직한 일 배열에서 상기 주입구와 배출구는 상기 오목한 표면에서 하나의 공통의 포트를 형성한다.

바람직하게, 상기 펌프 드라이버는 상기 멤브레인의 움직임을 상기 제 2 방향에서 제어하여 상기 멤브레인의 속도는 그것이 상기 제 1 위치로 접근함에 따라 감소한다.

그것이 상기 제 1 위치로 접근함에 따라 상기 멤브레인의 속도를 줄임으로써, 상기 멤브레인이 상기 제 1 위치에 도달하고 펌프로 흐르는 유체가 중지되기 때문에 상기 혈액 내 유압 스파이크(fluid pressure spikes)는 감소하고, 예를 들어 멤브레인이 중지함에 따라 액격(fluid hammer)이 감소한다.

바람직하게 상기 펌프 드라이버는 상기 제 1 방향에서 상기 멤브레인의 움직임을 제어하여 상기 멤브레인의 속도는 상기 제 1 위치에서 고정 상태로부터 점진적으로 증가한다.

상기 제 1 및/또는 제 2 방향에서 상기 멤브레인의 움직임이 초기화되고, 예를 들어 상기 멤브레인이 움직이기 시작함에 따라 액격이 감소되기 때문에 상기 멤브레인의 그 정지된 위치로부터의 속도가 점진적으로 증가하는 것에 의해 혈액 내에서 유압 스파이크는 최소화된다.

바람직하게 상기 혈액 펌프는 상기 펌프 드라이버가 상기 멤브레인의 움직임을 제어하도록 제어하기 위한 컨트롤러를 더 포함한다.

바람직하게 상기 펌프 드라이버 장치는 상기 멤브레인이 상기 제 1 및 제 2 위치의 사이에서 이동하도록 유압을 적용하기 위한 구동 유체(drive fluid)를 포함한다. 더 바람직하게 상기 드라이버 장치는 상기 제 1 방향에서 상기 멤브레인을 이동하기 위해 제 1 압력을 적용하고 상기 제 2 방향에서 상기 멤브레인을 이동하기 위해 더 낮은 제 2 압력을 적용하기 위해 형성된다. 바람직하게 상기 혈액 펌프는 상기 멤브레인에 대한 구동 유체의 흐름을 변화시키기 위해 컨트롤러에 의해 구동되는 밸브 수단을 포함한다.

바람직한 배열에서 상기 혈액 펌프는 상기 주입구 내에 혈액 주입구 밸브, 배출구 내에 혈액 배출구 밸브를 더 포함하고, 상기 혈액 주입구 및 배출구 밸브들은 컨트롤러에 의해 제어되며, 상기 컨트롤러는 상기 혈액 주입구 및 배출구 밸브들을 열고 닫도록 구성되어 상기 멤브레인이 상기 제 1 방향에서 이동한 때, 상기 혈액 주입구 밸브는 닫히고 상기 배출구 밸브가 열리며, 상기 멤브레인이 상기 제 2 방향에서 이동한 때 상기 혈액 주입구 밸브는 열리고 상기 혈액 배출구 밸브는 닫힌다.

바람직하게 상기 멤브레인은 상기 제 1 방향에서 그 움직임을 완료하고, 상기 제 2 방향에서 그 움직임을 시작하기 전에 상기 혈액 주입구 밸브는 상기 혈액 배출구 밸브가 닫히기 전에 열린다.

바람직하게 상기 멤브레인은 상기 제 2 방향에서 그 움직임을 완료하고, 상기 제 1 방향에서 그 움직임을 시작하기 전에 상기 혈액 배출구 밸브는 상기 혈액 주입구 밸브가 닫히기 전에 열린다.

바람직하게 상기 혈액 배출구 밸브는 상기 멤브레인이 상기 제 1 방향에서 움직임을 시작하기 전에 열린다. 바람직하게 상기 혈액 주입구 밸브는 상기 멤브레인이 상기 제 1 방향에서 움직임을 시작하기 전에 열린다.

상기 혈액 펌프는 일회용일 수 있다.

본 발명은 상기한 문제점의 적어도 일부에서 완화시키고, 혈액 세포들에 대한 손상을 최소화할 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 혈액 펌프의 다이어그램이다.
도 2는 펌프 챔버에 들어가고 나가는 혈액의 시간에 대한 플로우를 보여주는 그래프이다.

본 발명의 실시예들이 이하의 도면들을 참조하여 단지 예시의 방법에 의해 설명될 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 혈액 펌프의 다이어그램이다.

도 2는 펌프 챔버에 들어가고 나가는 혈액의 시간에 대한 플로우를 보여주는 그래프이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 첫 번째 실시예는 플렉서블 멤브레인(10)에 의해 커버되는 오목한 홈(concave recess, 8)을 갖는 플라스틱 쉘(6)을 포함하는 펌프 카트리지(4)를 포함하는 혈액 펌프(2)를 제공한다. 상기 홈(8) 및 플렉서블 멤브레인(10)은 각각 캐비티의 안과 밖으로 유도하는 주입구(14)와 배출구(16)을 갖는 펌프 캐비티(12)를 형성한다. 상기 카트리지(4)는 그 내부에 홈이 형성된 표면(22)과 유체 포트(24)를 갖는 플레이튼(platen, 20)을 포함하는 펌프 드라이버(18)에 인접한다. 사용시, 상기 플레이튼(20)은 상기 카트리지(4)와 밀봉되어 결합되어 상기 홈이 형성된 표면(22) 및 플렉서블 멤브레인(10)은 구동 챔버(26)를 형성한다. 상기 유체 포트(24)는 밸브(32)를 통해 양성 유압원(source of positive fluid pressure pressure, 28) 및 음성 유압원(source of negative fluid pressure pressure, 30)과 연결 가능하고, 유체가 상기 구동 캐비티(26)의 안으로 또는 밖으로 흐르도록 허용하기 위해 컨트롤러(34)에 의해 제어된다. 상기 밸브(32)는 그 내부에 가변 크기의 오리피스(orifice)를 갖는 비례 밸브(proportional valve)이고, 상기 오리피스의 크기를 변경하여 이를 통한 흐름을 제어할 수 있도록 밸브 제어가 가능하다. 상기 양성(28) 및 음성(30) 유압원은 각각 압력 펌프 및 진공 펌프이다. 상기 밸브(32)가 유체를 상기 양성 유압원(28)로부터 상기 구동 챔버(26)로 흐르도록 허용하기 위해 동작할 때, 상기 멤브레인(10)은 상기 홈이 형성된 표면(8)을 향해 이동되고, 상기 펌프 캐비티(12) 내에 있는 어떤 혈액이든 상기 배출구(16)를 통해 배출된다. 상기 밸브(32)가 유체를 상기 구동 챔버(26)로부터 상기 음성 유압원(30)으로 흘러나가도록 허용할 때, 상기 멤브레인(10)은 상기 홈이 형성된 표면(8)으로부터 멀어지고 상기 표면(22)을 향해 이동하며, 혈액은 상기 주입구(14)로부터 상기 펌프 캐비티(12)로 끌어당겨진다.

혈액을 상기 펌프(2)를 통해 펌핑하기 위해 상기 주입구(14)는 주입구 밸브(도시되지 않음)을 갖고, 상기 배출구(16)는 그에 관련된 배출구 밸브(도시되지 않음)을 갖는다. 동작 중, 상기 밸브(32)는 상기 유체를 상기 양성 유압원(28)로부터 상기 구동 챔버(26)으로 흐르도록 허용하도록 구동되고, 상기 주입구 밸브는 닫히고 상기 배출구 밸브는 열려서 상기 펌프 캐비티(12) 내의 혈액은 상기 배출구 밸브를 통해 상기 배출구(16)를 빠져나가고, 상기 밸브(32)는 상기 혈액이 상기 구동 챔버(26)로부터 상기 음성 유압원(30)으로 흘러나가는 것을 허용하도록 구동되며, 상기 주입구 밸브는 열리고 상기 배출구 밸브는 닫혀서 상기 혈액은 상기 개방된 주입구 밸브를 통해 상기 주입구(14)를 통해 상기 펌프 캐비티(12)로 끌어당겨진다.

상기 주입구 및 배출구 밸브들이 상기 유체 내 압력 스파이크(pressure spike)를 최소화하기 위한 방식에서 동작된다. 상기 펌프 캐비티(12)를 채우고 비우기까지 변화하는 때, 상기 배출구 밸브는 상기 밸브(32)가 상기 유체를 상기 구동 챔버(26)로 흐르도록 허용하도록 동작되기 전에 열린다. 상기 배출구 밸브가 흐름이 시작되기 전에 열리기 때문에, 이러한 방식에서 상기 배출구 밸브를 열기 위해 소요되고 그 외에도 혈액 내 양성 압력 스파이크(positive pressure spike)를 생성할 수 있는 짧은 시간 동안 배출구(16)로부터 나가는 흐름에 대한 저항이 없다.

상기 펌프 캐비티(12)를 비우는 것에서 채우기까지 변하는 때, 상기 주입구 밸브는 상기 밸브(32)가 유체를 상기 구동 챔버(26)에서 흘러나가도록 허용하도록 동작되기 전에 열린다. 상기 멤브레인(10)이 상기 홈이 형성된 표면(8)로부터 멀어지도록 움직이기 시작하기 때문에, 이러한 방식에서 상기 주입구 밸브를 열기 위해 소요되고 그 외에도 혈액 내 음성 압력 스파이크(negative pressure spike)를 생성할 수 있는 짧은 시간 동안 주입구(14)를 통해 상기 펌프 캐비티(12)로 흐르는 흐름에 대한 저항이 없다.

상기 주입구와 배출구 밸브들은 동작되어 상기 멤브레인(10)이 상기 오목한 홈(8)에 인접하거나 상기 홈이 형성된 표면(22)에 인접한 그 이동의 한쪽 극단에 있을 때, 개방되는 밸브가 닫히는 밸브가 닫히기 전에 개방되며, 예를 들어 두 밸브들은 잠깐 열린다. 예를 들어, 상기 양성 압력이 상기 멤브레인(10)에 가해질 때 그것은 상기 오목한 홈(8)을 향한 방향에서 이동하고, 상기 개방된 배출구 밸브를 통해 상기 배출구(16)를 통해 혈액을 대체한다. 한번 상기 멤브레인(10)이 상기 오목한 홈(8)에 도달하면, 상기 주입구 밸브가 먼저 열리고, 다음으로 상기 배출구(16)의 배출구 밸브는 닫히고 다음으로 상기 밸브(32)는 유체가 상기 구동 챔버(26)으로부터 흘러나오도록 허용하도록 동작되어 상기 멤브레인은 상기 오목한 홈(8)로부터 멀어지고 상기 홈이 형성된 표면(22)를 향하는 방향에서 움직이기 시작한다. 유사한 방식에서, 상기 멤브레인(10)이 상기 홈이 형성된 표면(22)에 인접한 그 이동의 극단에 도달하면, 상기 배출구(16)의 배출구 밸브는 먼저 열리고, 다음으로 상기 주입구(14)의 주입구 밸브는 닫히며, 다음으로 상기 밸브(32)는 유체가 상기 구동 챔버(26)로 흐르도록 허용하도록 동작되어 상기 멤브레인은 상기 홈이 형성된 표면(22)로부터 멀어지고 상기 오목한 홈(8)을 향하는 방향에서 움직이기 시작한다.

상기 컨트롤러(34)는 상기 밸브(32)를 가변적으로 개방하도록 동작되어 유체는 상기 챔버(12)의 안으로 또는 밖으로 흐르기 시작하고 상기 흐름은 초기에 느리고 그 후에 커지게 된다. 상기 컨트롤러(34)는 또한 상기 밸브(32)를 가변적으로 닫도록 동작하여 상기 멤브레인(10)이 그 이동의 극단에 도달하고 유체 흐름이 점진적으로 감소하고 갑자기 정지하지 않는다. 이러한 동작 방법에 의해 적혈구의 파열을 유발하는 혈액 내의 액격(fluid hammer)이 방지된다. 또한, 상기 멤브레인이 상기 홈이 형성된 표면(8)에 접근함에 따라 상기 혈액은 상기 상당히 감소된 틈을 통해 흐르고, 따라서 만약 멤브레인이 단일 속도에서 동작된다면 혈액은 가속되어 그 결과 세포상에 유체 선단을 증가시킨다. 상기 스트로크의 단부에서 상기 멤브레인의 속도를 줄이는 것은 어떠한 전단력(shear forces)의 가혹(severity)을 줄여서 혈액 손상을 더 적게 유발한다.

도 2는 t는 시간, Fl은 흐름에서 캐비티의 내부로 및 캐비티로부터 외부로 흐르는 흐름의 프로파일을 보여준다.

두 번째 실시예에서, 상기 혈액 펌프는 일회용 펌프 카트리지를 포함하는 일회용 혈액 펌프이다.

상기 설명은 단지 청구된 발명을 달성하기 위한 하나의 방법이며, 다른 방법들은 본 발명이 속하는 기술 분야에 있어서 통상의 지식을 가진 사람에게 자명할 것이며, 예를 들어 비례 밸브(32)는 본 발명의 범위를 벗어나는 일 없이 펄스 폭 변조 밸브(pulse width modulated valve)로 대체될 수 있다.

Claims (14)

1. 내부에 표면을 갖는 오목한 홈, 상기 홈을 커버하는 플렉서블 멤브레인을 포함하고, 상기 오목한 홈과 플렉서블 멤브레인은 유입구와 배출구를 갖는 펌프 챔버를 형성하고, 상기 플렉서블 멤브레인은 상기 표면으로부터 이격되고 상기 펌프 챔버가 최대 부피를 갖는 위치인 제 1 위치와 상기 표면에 대략 인접하여 상기 펌프 챔버가 최소 부피를 갖는 제 2 위치의 사이에서 이동가능한 카트리지,
   상기 카트리지와 접속되도록 배열되고, 상기 드라이버는 사용시 혈액을 상기 챔버로부터 펌핑하기 위해 제 1 방향에서 상기 플렉서블 멤브레인을 상기 홈으로 이동하도록 동작 가능하고, 사용시 상기 챔버로 혈액을 끌어올리기 위해 제 2 방향에서 상기 플렉서블 멤브레인을 상기 홈으로부터 멀어지도록 이동하도록 동작 가능한 펌프 드라이버 장치;
   상기 펌프 드라이버는 상기 제 1 방향에서 상기 플렉서블 멤브레인의 움직임을 제어하여 그것이 상기 오목한 홈의 표면에 접근함에 따라 이동하는 속도를 줄이는 혈액 펌프.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 펌프 드라이버는 상기 제 2 방향에서 상기 멤브레인의 이동을 제어하여 상기 멤브레인의 속도는 상기 제 1 위치에 접근함에 따라 감소되는 혈액 펌프.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
   상기 펌프 드라이버는 상기 제 1 방향에서 상기 멤브레인의 이동을 제어하여 상기 멤브레인의 속도는 상기 제 1 위치에서 정지 상태로부터 점진적으로 증가하는 혈액 펌프.
4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 펌프 드라이버는 상기 제 2 방향에서 상기 멤브레인의 이동을 제어하여 상기 멤브레인의 속도는 상기 제 2 위치에서 정지 상태로부터 점진적으로 증가하는 혈액 펌프.
5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 멤브레인의 이동을 제어하는 상기 펌프 드라이버를 제어하기 위한 컨트롤러를 더 포함하는 혈액 펌프.
6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 펌프 드라이버 장치는 상기 제 1 위치와 제 2 위치의 사이에서 이동하도록 상기 멤브레인에 유압을 가하기 위한 구동 유체를 포함하는 혈액 펌프.
7. 제 6 항에 있어서,
   상기 펌프 드라이버 장치는 상기 멤브레인이 상기 제 1 방향에서 이동하도록 제 1 압력을 가하고, 상기 제 2 방향에서 이동하도록 더 낮은 제 2 압력을 가하도록 형성된 혈액 펌프.
8. 제 7 항에 있어서,
   상기 멤브레인에 구동 유체의 흐름을 변화시키기 위해 상기 컨트롤러에 의해 제어되는 밸브 수단을 더 포함하는 혈액 펌프.
9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 주입구 내에 혈액 주입구 밸브, 상기 배출구 내에 혈액 배출구 밸브를 더 포함하고, 상기 혈액 주입구 및 배출구 밸브들은 컨트롤러에 의해 제어되며, 상기 컨트롤러는 상기 혈액 주입구 및 배출구 밸브들을 열거나 닫도록 형성되어 상기 멤브레인은 상기 제 1 방향에서 이동할 때 상기 혈액 주입구 밸브는 닫히고 상기 혈액 배출구 밸브는 열리며, 상기 멤브레인이 상기 제 2 방향에서 이동할 때 상기 혈액 주입구 밸브는 열리고 상기 혈액 배출구 밸브는 닫히는 혈액 펌프.
10. 제 8 항에 있어서,
    상기 멤브레인이 상기 제 1 방향에서 움직임을 완료하고 상기 제 2 방향에서 움직임을 시작하기 전에, 상기 혈액 주입구 밸브는 상기 혈액 배출구 밸브가 닫히기 전에 열리는 혈액 펌프.
11. 제 8 항에 있어서,
    상기 멤브레인이 상기 제 2 방향에서 움직임을 완료하고 상기 제 1 방향에서 움직임을 시작하기 전에, 상기 혈액 배출구 밸브는 상기 혈액 주입구 밸브가 닫히기 전에 열리는 혈액 펌프.
12. 제 8 항 내지 제 11 항에 있어서,
    상기 혈액 배출구 밸브는 상기 멤브레인이 상기 제 1 방향에서 움직임을 시작하기 전에 열리는 혈액 펌프.
13. 제 8 항 내지 제 11 항에 있어서,
    상기 혈액 주입구 밸브는 상기 멤브레인이 상기 제 1 방향에서 움직임을 시작하기 전에 열리는 혈액 펌프.
14. 제 1 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 혈액 펌프는 일회용인 혈액 펌프.

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