KR20180066900A - 혈액 펌프 - Google Patents

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이씨피 엔트빅클룽스게젤샤프트 엠베하
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Abstract

본 출원은 혈액 펌프에 관한 것이다. 상기 혈액 펌프는 카테터(32) 내에서 안내되는 유연성의 구동 샤프트(3), 구동 샤프트(3)의 말단 영역에서 상기 구동 샤프트(3)와 연결되는 운반 요소(6), 및 모터(7)를 포함하며, 상기 모터(7)는 고정자(36)와 상기 고정자(36) 안에 회전가능하게 장착되는 회전자(30)를 포함한다. 상기 고정자(36)는 권선부(37)를 포함하며, 상기 회전자(30)는 회전자 자성체(31)를 포함한다. 또한, 상기 구동 샤프트(3)는 그 기단부에서 회전자(30)와 연결된다. 고정자(36)와 회전자(30)는 상호간에 탈리 불가능하게 연결되며, 회전자(30)와 고정자(36)에 의하여 구분되는 틈(40)을 형성한다.

Description

혈액 펌프
본 발명은 청구항 1의 전제부에 따르면, 혈액 펌프에 관한 것이다. 특히, 본 출원은 모터를 구비하는 혈액 펌프에 관한 것이다.
기단부와 말단부 뿐만 아니라 이들 사이에 마련되는 카테터를 구비하는 혈액 펌프는 종래기술로서 잘 알려져 있다. 상기 펌프에서는 카테터의 내부로 유연성의 구동 샤프트가 안내된다. 이러한 혈액 펌프는 전형적으로 그 말단부에, 접철가능한 하우징과 접철가능한 운반 요소를 포함하는 펌프 헤드가 구성되고, 상기 운반 요소는 구동 샤프트의 말단 영역에 연결된다. 이러한 펌프 헤드는 접근이 곤란한 위치로 안내될 수 있다. 예를 들어, 이러한 펌프 헤드는 환자의 대퇴동맥(femoral artery)을 통하고 대동맥궁을 경유한 후 대동맥 판막 영역으로 삽입될 수 있으며, 이로써 좌심실로부터 대동맥으로 혈액을 공급할 수 있다. 구동 샤프트는 혈액 펌프의 기단부에서 통상 환자의 체외에 위치하는 모터에 의하여 구동된다. 이와 같은 혈액 펌프는 예를 들어 EP2868331A2에 서술되어 있다.
US4895557호에는 혈액 펌프의 구동을 위한 모터 구성이 개시된다. 이러한 모터 구성은 살균가능하고 유밀한 회전자(rotor) 하우징을 포함하며, 회전자는 상기 하우징 내에 위치한다. 회전자 하우징은 구동을 위하여 고정자(stator) 하우징의 함몰부위(recess)로 안내되도록 설계되며, 이로써 회전자는 고정자에 의하여 둘러싸인다. 구동 후에는 회전자 하우징은 고정자 하우징의 함몰부위 밖으로 인출될 수 있으며, 폐기될 수 있다.
이와 같은 모터 구성의 단점은 부피가 매우 크다는 점이며 특히, 환자의 다리에 모터 구성을 결착할 때, 문제를 일으킬 수 있다는 점이다. 게다가, 이와 같은 모터 구성은 구동과정 중에서 예기치 않은 열을 심각하게 발생시킬 수 있다. 추가적인 단점은 시스템의 조립과정 중에서 예를 들어 사용자의 장갑으로부터 불순물이 유래하는 등 고정자에 심각한 오염을 발생시킬 수 있으며, 따라서 재생 고정자의 경우 광범위한 세척과 살균이 필요할 수 있다는 점이다.
본 발명의 목적은 조작이 간편하고, 전술한 종래 장치의 단점을 극복할 수 있는 혈액 펌프를 제안하는 것이다.
전술한 목적은 주요 청구항의 양태에 따른 혈액 펌프에 의하여 달성된다. 보다 바람직한 개선점들은 종속 청구항과 실시예들의 양태로부터 얻어진다.
제안된 혈액 펌프는 카테터 내에서 안내되는 유연성의 구동 샤프트, 상기 구동 샤프트의 말단부 영역에서 상기 구동 샤프트와 연결되는 운반 요소, 및 모터를 포함하는데, 상기 모터는 고정자와, 상기 고정자에 회전가능하게 장착되는 회전자를 포함한다. 상기 고정자는 권선부와 회전자 자성체를 구비하는 회전자를 포함하여 구성된다. 또한, 구동 샤프트는 구동 샤프트의 기단부에서 회전자에 연결된다. 고정자와 회전자는 상호 해체 불가능하게 연결되며, 회전자와 고정자에 의하여 구성되는 틈(gap)을 형성한다.
제안된 혈액 펌프는 특히 혈액 펌프용 모터가 모듈식 구조인 종래의 기술과 비교하여 구조의 소형화가 가능하며, 상기 모터내에서 회전자와 고정자는 사용자에 의하여 서로 탈리되도록 설계된다. 이와 같이 제안된 펌프를 고려하였을 때, 회전자와 고정자는 하나의 단위체를 구성하고, 예를 들어 마찰 접합 또는 재료 접합에 의하여 상호 연결될 수 있다. 이와 같은 구조의 소형화를 통하여, 모터의 중량을 낮출 수 있는데, 이는 모터가 환자의 다리에 결착되었을 때, 모터가 부하를 경감하는데 기여함을 의미한다.
권선부(winding)는 회전자 자성체(rotor magnet) 외경의 최대 1.5배, 바람직하게는 최대 1.25배, 더욱 바람직하게는 최대 1.15배에 상당하는 내경을 갖는다. 자성체 공기 틈(air gap)은 권선부와 회전자 자성체 사이의 거리로 인하여 형성된다. 회전자 자성체와 권선부간 거리가 작으면 전력을 펌프 동력으로 전환하는 효율성이 높아지며, 따라서 소정의 펌프 동력에서 구동될 때, 모터 내에서의 열손실을 낮게 유지할 수 있다. 제안된 모터와 관련된 사실로부터, 단일체 구성(single-part construction)으로서 자성 공기틈(magnetic air gap) 내에 하우징부가 구성될 필요가 없고, 고정자와 회전자가 각각 하우징을 구비하도록 설계된 구조와 비교하였을 때, 권선부와 회전자 자성체 사이의 거리를 줄일 수 있다. 만일 권선부의 내경이 6mm이면, 회전자 자성체의 외경은 예를 들어 5.25mm 이상이 될 수 있다.
예를 들어 권선부와 모터 자성체 사이의 방사상 거리가 최대 2mm, 바람직하게는 최대 1.25mm, 더욱 바람직하게는 최대 0.75mm가 될 수 있다.
틈은 대개 환형의 단면형상을 갖는다. 틈은 자성 공기틈의 폭에 상응하거나 이보다 작은 폭을 갖는다. 최대 1mm, 바람직하게는 최대 0.5mm, 더욱 바람직하게는 최대 0.25mm의 폭을 갖는 틈을 고려할 수 있다. 또한, 적어도 0.1mm, 바람직하게는 적어도 0.15mm, 더욱 바람직하게는 적어도 0.2mm의 폭을 갖는 틈을 고려할 수 있다.
상기 틈에 유체공학적으로 연결되는 세정공이 더 마련될 수 있다. 상기 세정공은 세정 연결부에 유체공학적으로 연결될 수 있다. 이와 같은 세정 연결부는 예를 들어 모터의 기단부에 배치될 수 있다.
또한, 카테터와 구동 샤프트 사이에 형성되는 중간 공간(intermediate space)에 유체공학적으로 연결되는 틈을 고려할 수 있다. 이와 같은 경우, 세정액은 세정 연결부를 경유하여 갭을 통해 구동 샤프트와 카테터 사이의 중간 공간으로 공급되어 세정한다. 이로써, 카테터 내에서의 구동 샤프트의 윤활이 가능해진다. 또한, 세정액을 세정 연결부를 통하여 도입함으로써, 환자의 혈액이 모터내로, 특히 틈으로 침투되는 것을 방지할 수 있다. 또한, 세정액도 세정 연결부, 상기 틈, 카테터와 구동 샤프트 사이의 중간 공간을 통하여 환자의 체내로 안내될 수 있다. 세정액은 예를 들어 글루코오스 용액(glucose solution)이 사용된다.
회전자의 기단부로부터 말단부까지 세정하는 세정액을 고려할 수 있다. 또한, 회전자의 말단부로부터 기단부까지 세정하는 세정액을 고려할 수 있다.
복수의 내부 공간을 구비하는 카테터 또한 사용될 수 있는데, 이로써 예를 들어 US4,895,557에서 언급된 바와 같이 정방향 세정(forward rinsing)과 역방향 세정(return rinsing)이 가능해진다. 여기서, 두 개 이상의 세정액용 연결부가 모터에 구성될 수 있다.
틈을 통한 세정액의 원활한 흐름을 보장하기 위하여 틈이 최소 0.05mm의 폭을 갖도록 하는 것을 고려할 수 있다.
권선부가 충전용 화합물(potting compound)에 의하여 충전되도록 하는 것을 고려할 수 있다. 권선부를 충전용 화합물로 충전하면 권선부 표면에 생성될 수 있는 함몰부를 폐쇄하여 평탄하게 하는데 적합하다. 충전용 화합물은 함몰부로 흘러 충전되기에 적합한 저점도 재료를 포함할 수 있다.
틈을 구분하는 고정자의 일부를 형성하는 충전용 화합물을 고려할 수 있다. 충전용 화합물에 의하여 대체로 부드러운 틈의 경계면을 구현할 수 있다. 충전용 화합물은 예를 들어 에폭시 수지를 포함한다. 또한, 예를 들어 알루미늄 산화물, 철 분말 또는 열전도성을 개선하기 위한 그 밖의 열전도성 물질을 포함하는 충전용 화합물을 고려할 수 있다. 충전용 화합물에 의하면, 틈을 통한 환기 이후에 고정자에 부착되는 공기 방울의 숫자를 감소시킬 수 있다.
충전용 화합물을 사용하면, 세정액에 기인하거나, 세정액에 의하여 운반되는 입자들에 의하여 발생될 수 있는 권선부의 손상 또는 부식이 방지될 수 있다. 또한, 충전용 화합물에 의하여, 권선부상에 입자가 고착되는 것을 방지할 수도 있다.
또한, 생체친화적인 재료로 구성되는 충전용 화합물을 고려할 수 있다. 대개, 여기서 충전용 화합물은 완전히 생체친화적인 재료로 제조되어, 독성 물질이 세정 연결부를 경유하여 환자에 방출되는 것을 방지한다. 예를 들어 권선부는 파릴렌(parylene)에 의하여 코팅되도록 하는 것을 고려할 수 있다.
또한, 환형 단면이 필수적으로 구현된 유밀한 슬리브를 포함하는 고정자를 고려할 수 있다. 틈은 상기 슬리브에 의하여 구분된다. 예를 들어 고정자의 권선부는 슬리브에 의하여 세정액으로부터 분리될 수 있다. 이로써, 세정액으로 인한 권선부의 손상이 방지될 수 있다. 슬리브가 고정자의 일부를 구성하여 틈을 구분하도록 하는 것을 고려할 수 있다.
슬리브가 권선부에 추가되도록 하여 다른 모터 구성들이 슬리브에 의하여 세정액으로부터 분리되고, 이로써 손상을 방지할 수 있도록 슬리브가 설계될 수도 있다. 예를 들어, 슬리브에 의하여, 모터 내에 생성될 수도 있는 접합 지점(solder location)이 부식되지 않도록 할 수 있다.
슬리브는 예를 들어 플라스틱, 특히 폴리에스터 에테르 케톤 또는 폴리에틸렌, 또는 유리를 포함할 수 있다. 예를 들어 폴리에틸렌을 포함하는 탄성 플라스틱에 의하여 제조되는 슬리브를 고려할 수도 있다. 슬리브는 세정액을 안내하기 위한 것이며, 모터의 기계적 안정화를 위하여 필수적인 것은 아니다. 이러한 이유로, 슬리브의 벽을 얇게 하고(하거나) 유연성 재질로 제조한다. 또한, 모터의 외형 또는 모터의 일부가 슬리브의 형태에 따라서 결정되는 것은 아니다. 이러한 이유로, 슬리브가 권선부 및/또는 회전자를 축 방향으로 약간만 덮도록 할 수 있는 유리함이 있다. 예를 들어, 슬리브의 축방향의 연장부가 회전자 자성체의 축방향 연장부에 비하여 1.5배 작도록 구성된 슬리브를 고려할 수 있다.
적어도 하나의 평면 베어링에 의하여 방사상으로 장착된 회전자를 고려할 수도 있다. 예를 들어 회전자는 두 개의 평면 베어링에 의하여 장착된다. 상기 적어도 하나의 평면 베어링은 예를 들어 비자기유도성 재료 및/또는 특히 알루미늄 산화물, 지르코늄 산화물, 이트륨 안정화 지르코늄 산화물 또는 규소 질화물인 세라믹 재료를 포함할 수 있다. 또한, 평면 베어링은 예를 들어 강철(steel), 특히 임플란트 강철(implant steel)을 포함할 수도 있다. 예를 들어, 다이아몬드 유사 비정질 탄소를 포함하는 생체친화적인 코팅층이 마련될 수도 있다.
게다가, 로터는 적어도 하나의 볼 베어링에 의하여 방사상으로 장착될 수 있다. 비자기유도성(non-magnetisable) 재료를 포함하는 적어도 하나의 볼 베어링을 고려할 수 있다. 특히, 모터의 구동에 의하여 마모가 일어날 수 있는 볼 베어링의 부분요소들이 비자기유도성 재료를 포함하거나, 비자기유도성 재료에 의하여 제조되도록 하는 것을 고려할 수 있다. 이로써, 볼 베어링의 일 부분의 마모된 성분은 모터의 강자기성 구성품에 고착되지 않는다. 따라서, 예를 들어 강자기성 마모 파편이 회전자에 고착된 상태로 남아 회전자를 손상시키는 현상을 방지할 수 있다. 또한, 강자성 마모 파편에 의한 권선부 또는 그 밖의 모터 구성품의 손상을 방지할 수 있다.
예를 들어, 적어도 하나의 볼 베어링은 세라믹 재질의 볼을 포함할 수 있다. 또한, 적어도 하나의 볼 베어링은 플라스틱을 포함하는 케이지(cage)를 포함할 수 있다. 케이지는 예를 들어 폴리에틸렌 또는 폴리테트라플루오르에틸렌을 포함할 수 있다. 또한, 볼은 전체적으로 세라믹 재료로 구성될 수도 있다. 케이지는 전체적으로 플라스틱으로 제조될 수 있다.
대개, 회전자는 코팅층 및/또는 회전자 자성체를 보호하기 위한 외피를 포함한다. 코팅층 및/또는 외피는 틈을 구분하는 회전자의 일부를 구성하는 경우가 될 수 있다. 외피 뿐 아니라 코팅층은 생체친화적인 재료를 포함할 수 있거나, 상기 생체친화적인 재료로 구성될 수 있다. 예를 들어 파릴렌(parylene) 또는 생체친화적인 에폭시 수지로 이루어진 코팅층이 마련될 수 있다. 다이아몬드 유사 비정질 탄소의 코팅층이 마련될 수도 있다. 코팅층은 100㎛ 보다 작거나 바람직하게는 10㎛ 보다 작은 두께를 가질 수 있다. 회전자는 예를 들어 폴리에테르 에테르 케톤 또는 강철 재질의 외치를 포함할 수 있다.
혈액 펌프는 운반 요소 및 하우징을 포함하는 접철가능하지 않은(unfoldable) 펌프 헤드를 포함할 수 있는데, 상기 운반 요소와 하우징은 이들이 강제적인 압축 이후에 자동으로 펼쳐지도록 설계된다. 접철가능하지 않은 펌프 헤드는 환자의 조직내에 혈액 펌프를 삽입하기 위한 개구부의 작은 직경에 비하여 상대적으로 크기가 큰 펌프 헤드와 운반 요소의 형태를 갖는다.
대개, 펌프는 환자의 체외에 모터가 마련될 때, 환자의 심실로부터 혈관으로 혈액을 보낼 수 있도록 구성된다. 모터는 예를 들어 환자의 대퇴부에 결착되도록 구성될 수 있다.
이 경우, 유연성의 구동 샤프트는 환자의 인체구조에 따라서 적절한 길이를 갖는다. 대개, 유연성 샤프트는 여기서 적어도 50cm, 바람직하게는 90cm의 길이를 갖는다. 유연성의 구동 샤프트의 최대 길이는 200cm, 바람직하게는 150cm이다.
환자의 체외에 구성된 모터에 의해서 구동되는 혈액 펌프를 사용함으로써, 환자의 체내에 존재하는 모터에 의하여 구동되는 혈액 펌프와 비교하여 효율성에 대한 더 많은 요구가 충족되어야 할 수 있다. 예를 들어 환자의 체내에 구성된 모터의 작동과정중에 생성된 열을 환자의 혈액 시스템을 경유하여 제거하는 것이 모터에 유리하다. 반대로, 열을 발생하면서 특정 환경하에서 환자의 체외에 구성되는 펌프는 방열을 위한 추가적인 요소 또는 특히 효율적인 구동 방안이 요구된다.
본 출원은 제시된 혈액 펌프의 구동 방법에 관한 것이기도 하다. 이러한 구동 방법이 사용되면, 혈액 펌프를 적어도 1ℓ/분, 바람직하게는 적어도 2ℓ/분의 속도로 혈액 펌프를 영구적으로 구동하는 동안, 모터의 하우징에서 접촉 가능한 표면은 60℃, 바람직하게는 48℃, 더욱 바람직하게는 43℃를 넘지 않는 온도까지 가열된다.
냉각체, 예를 들어 열전도 가능하도록 모터에 연결되는 냉각대(cooling rib) 를 포함하거나 작동 중에 생성되는 열을 방출하기 위한 열 튜브(heat tube)를 포함하는 혈액 펌프를 고려할 수 있다. 또한 환자의 조직상으로, 예를 들어 대퇴부의 피부를 통하여 열을 방출하도록 구성되는 핼액 펌프를 고려할 수도 있다.
전술한 모든 구성품을 구비하는 혈액 펌프는 살균 포장되어 운반된다. 혈액 펌프는 예를 들어 감마 살균 또는 에틸렌 산화물(ethylene oxide)을 사용하여 살균될 수 있다. 혈액 펌프는 사용후에는 완전히 폐기될 수 있다. 그러므로, 제안된 혈액 펌프의 경우, 사용자가 혈액 펌프, 특히 모터를 반복적으로 세척 또는 살균할 필요가 없다.
이하에서는 본 발명의 실시예들을 다이어그램으로써 설명하기로 한다.
본 발명의 혈액 펌프는 사용후에는 완전히 폐기될 수 있다. 그러므로, 제안된 혈액 펌프의 경우, 사용자가 혈액 펌프, 특히 모터를 반복적으로 세척 또는 살균할 필요가 없다.
도 1은 펌프 구성에 대한 모식도이다.
도 2는 펌프 헤드에 대한 모식도이다.
도 3(a), (b)는 펌프 헤드의 두가지 추가적인 모식도이다.
도 4는 하우징의 모식도이다.
도 5는 모터의 모식도이다.
도 6은 추가적인 모터의 모식도이다.
도 1은 펌프 구성(1)을 도식화한 것이다. 펌프 구성(1)은 카테터(2)를 포함하는데, 상기 카테터(2)의 내부에서는 유연성의 구동 샤프트(3)가 안내된다. 카테터(2)는 펌프 헤드(4)에 연결된다. 이러한 펌프 헤드(4)는 하우징(5)과, 상기 하우 징(5) 내에 마련되어 모터(7)에 의하여 작동하는 구동 샤프트(3)에 의하여 구동가능한 운반 요소(6)를 포함하여 구성된다. 여기서, 모터(7)는 구동 샤프트(3)의 기단부에 연결된다. 펌프 헤드(4) 뿐만 아니라 카테터(2)와 구동 샤프트(3)는 포트(8)를 통하여 대퇴동맥으로 도입되며, 이 때 펌프 헤드(4)는 좌심실(10) 영역내의 펌프 헤드(4)가 대동맥 판막(11)의 영역 내에 위치되도록 함으로써 도입된다. 작동 중에는, 구동 샤프트(3)가 모터(7)에 의하여 구동되어 펌프 구성(1)이 좌심실(10)로부터 대동맥(12)으로 혈액을 운반한다. 도시된 좌심실을 보조하기 위한 구성에서, 펌프 구성(1)의 운반 방향은 펌프 구성(1)의 말단부(13)로부터 펌프 구성(1)의 기단부(14) 방향이 된다.
그러나, 펌프 구성(1)은 펌프 구성(1)의 기단부(14)로부터 말단부(13) 방향으로 혈액을 운반하기 위하여 정렬될 수도 있으며, 이는 예를 들어 우심실을 보조하는데 적합하다.
펌프 헤드(4)는 도 2에 도시된다. 여기에서와 후속하는 도면들에서 반복되는 형태는 동일한 참조부호가 부여된다. 펌프 헤드(4)는 운반 요소(6)와 하우징(5)을 포함한다. 본 실시예에서 운반 요소(6)는 회전자 블레이드 형태로서 두개의 유연한 부분 요소를 갖는 펌프 회전자로 설계된다. 또한, 구동 샤프트(3)는 펌프 헤드(4)의 말단 영역(15)에 장착되는 것으로 도시된다. 소위 돼지꼬리(pigtail, 17)는 탄성적으로 변형 가능한 재료로 제작되며, 펌프 헤드(4)의 말단부(16)에 마련된다. 실린더 요소(18)는 구동 샤프트(3)에 단단히 연결된다. 운반 요소(6)는 실린더 요소(18)에 결속된다. 운반 요소(6) 뿐 아니라 하우징(5)은 형상기억재료인 니티놀(nitinol)로 제조된다. 모든 펌프 헤드(4)는 운반 요소(6) 뿐 아니라 하우징(5)이 접철불가능한 방법으로 설계되기 때문에, 접철이 가능하지 않을 수 있다.
하우징(5)은 능형 격자(19)로 설계되며, 유밀 영역(20)에 마련되고, 폴리우레탄 재질의 탄성 외피(21)를 포함한다. 탄성 외피(21)는 유밀 영역(20)내에서 격자(19)에 의하여 형성되는 능형 격자공이 탄성 외피(21)에 의하여 유밀하게 폐쇄되도록 함으로써 능형 격자(19)의 내측과 외측을 보호한다.
게다가, 하우징(5)은 탄성 외피(21)에 의하여 보호되지 않는 유입 영역(22)을 포함한다. 유입 영역(22)에서는 능형 격자공이 유입공을 형성하며, 예를 들어 도 2의 참조부호 23과 같이 마련된다. 또한, 하우징(5)은 탄성 외피(21)에 의하여 마찬가지로 보호되지 않는 유출 영역(24)을 포함한다. 유출 영역(24)에서는 능형 유사 격자공에 의하여 유출공이 형성되며, 그 중 하나는 예시로서 참조부호 25와 같이 표현된다.
펌프 구성(1)의 구동시에, 구동 샤프트(3)가 모터(7)에 의하여 구동됨으로써 구동 샤프트(3)에 연결된 운반 요소(6)는 구동 샤프트(3)의 축에 대하여 회전한다. 이로써, 혈액은 유입 영역의 유입공을 통하여 하우징(5)으로 운반되며, 이후 유출 영역(24)의 유출공을 통하여 하우징(5) 밖으로 유출된다. 혈액은 이와 같은 방법에 의해 펌프 구성(1)에 의하여 운반 방향(26)으로 운반된다.
탄성 외피(21)는 운반 요소(6)의 축 연장부를 완전히 둘러싸지는 않는다. 대신, 운반 요소(6)는 부분적으로 유출 영역(24)으로 돌출되어 적어도 참조번호 25의 유출공는 운반 요소(6)의 바로 옆의 좌우로(측면으로), 즉 방사방향으로 배치될 수 있다. 반대로, 탄성 외피(21)는 그 말단부에서 운반 요소(6)가 유입 영역(22)으로 돌출되지 않도록 하거나 상당히 돌출되지 않도록 함으로써 유입공에 의해 좌우로(측면으로) 둘러싸이지 않도록 설계된다.
탄성 외피(21)와 운반 요소(6) 및 그들의 배열은, 운반 요소(6)의 축 연장부의 대략 1/3이 유밀 영역(20)을 형성하는 탄성 외피(21)에 의해 둘러싸이지 않도록 설계된다. 도시된 예에서, 운반 요소(6)의 축 연장부의 동일한 몫(대략 1/3)이 유출 영역(24)에 의하여 둘러싸인다.
펌프 헤드(4)는 추가적으로 유출 요소를 포함한다. 이는 도 3(a)에서 도시된 바와 같이 유출 제한부(27)로 설계되거나, 도 3(b)에서 도시된 바와 같이 유출 튜브(27')로 설계될 수 있다.
도 3(a)에서 도시된 유출 제한부(27)는 하우징(5)의 유밀 영역(20)에서 하우징(5)에 결속된다. 유출 제한부(27)는 측면 형상이 원뿔대(truncated cone)의 형상이며, 운반 방향(26)으로 확장되면서 연장된다. 운반 요소(6)와 유출 영역(24)은 유출 제한부(27)에 의해 둘러싸인다. 다른 실시예에서, 유출 제한부(27)에 의해 부분적으로 둘러싸이는 유출 영역(24)을 고려할 수 있다.
도 3(b)에서 펌프 헤드(4)는 도 3(a)에서 도시된 펌프 헤드(4)와 유출 제한부(27) 대신 유출 튜브(27')가 마련된다는 점에서만 상이하다. 유출 튜브(27')는 유밀 영역(20)에서 하우징(5)에 결속되며, 이곳으로부터 운반 방향(26)으로 연장된다. 유출 튜브(27')는 폴리우레탄으로 제조되고, 운반 방향(26) 내에 위치하는 영역에서 개공(28, 28', 28")들을 포함한다. 도시된 예에서, 유출 영역(24)은 유출 튜브(27')에 의하여 완전히 둘러싸인다. 유출 튜브(27')는 유연하며, 운반 방향(26)과 반대 방향으로 혈액이 흐르는 경우, 상기 유출 튜브(27')는 카테터(2) 및/또는 하우징상에서 가압됨으로써 자동적으로 폐쇄된다.
도 4는 하우징(5)의 능형 격자(19)를 도식화한 것이다. 탄성 외피(21)가 마련된 유밀 영역(20) 뿐 아니라 유입 영역(22)과 유출 영역(24)이 부가적으로 표현되었다. 유입 영역(22)과 유출 영역(24)의 영역들은 뿔(cone) 형태를 이루는 반면 유밀 영역(20)은 반드시 튜브 형태이다. 격자(19)는 격자 버팀목(45)은 반드시 능형 격자공이 유밀 영역(20)에서보다 유입 영역(22) 및 유출 영역(24)에서 더 크게 되도록 전개된다. 하우징(5)의 측면에 배열된 격자 버팀목 중 독자로부터 더 먼 곳에 배치된 버팀목은 이를 보다 더 잘 개관할 수 있도록 도 4에서 도트 형태로 표현되었다.
유밀 영역(20)에서, 격자 버팀목(45)은 상대적으로 눈이 촘촘한 격자를 형성한다. 격자(19)는 유밀 영역(20)에서 하우징(5)의 주변부를 따라서 32개의 버팀목을 포함하거나, 상기 주변부가 노드점(node point)을 갖는 하우징(5)의 축 위치로 간주되는 경우에 한해서, 16개의 노드를 포함한다. 유밀 영역(20)에서 하우징(5)의 대체로 곡면의 형태인 단면은 이와 같은 세밀한 격자(19)에 의하여 얻어진다.
하우징의 주변부를 따라서 형성된 격자 버팀목(45)의 숫자는 유밀 영역(20)으로부터 유입 영역(22)과 유출 영역(24) 방향으로 가면서 절반으로 감소하는데, 이는 격자 버팀목들이 쌍(pairs)으로 병합되기 때문이다. 이로써 하우징(5)의 해당 영역에서는 주변부를 따라서 16개의 격자 버팀목(45)이 포함되는 것이다. 상기 주변부에는 노드점이 존재하지 않는다. 격자 버팀목(45)의 숫자는 유입 영역(22)과 유출 영역(24) 방향으로 가면서 격자 버팀목들이 쌍으로 병합함으로써 다시 한 번 순차적으로 감소하며, 이로써 하우징(5)은 이들 영역에서 8개의 격자 버팀목(45)을 포함하게 된다. 격자 버팀목(45)의 추가적인 감소는 전술한 방법에 의하여 유출 영역(24)에서 구현될 것이며, 이로써 운반 방향(26)에 추가적으로 위치하는 일 영역에서 하우징(5)은 주변부를 따라서 4개의 격자 버팀목(45)을 가질 뿐이다.
전술한 격자 버팀목(45)의 감소로 인하여, 유입 영역(22)과 유출 영역(24)에서는 유밀 영역(20)에서 보다 더 큰 격자공을 갖는 격자(19)가 생성된다.
유출 영역(24)과 유입 영역(22)의 뿔 형태의 영역에서 격자 버팀목(45)은 나선 형태의 구조로 구현되며, 이로써 펌프 헤드(4)를 삽입관(cannula) 밖으로 밀 때, 펌프 헤드(4)가 접히지 않도록 확실하게 작용한다.
도 5는 모터(7)의 모식도를 나타낸 것이다. 모터(7)는 샤프트 편(shaft stub, 29)의 영역에서 카테터(2)에 연결되는데, 상기 카테터는 샤프트 편(29)으로 접착된다. 유연한 구동 샤프트(3)는 카테터(2) 내에서 안내된다. 또한, 모터(7)는 회전자 자성체(31)를 구비하는 회전자(30)를 포함한다.
유연한 구동 샤프트(3)는, 회전자(30)가 회전할 때 토크가 회전자(30)로부터 유연한 구동 샤프트(3)로 전달되도록 하는 방법에 의하여 회전자(30)에 연결된다. 토크는 유연한 구동 샤프트를 경유하여 운반 요소(6)에 전달되며, 이로써 펌프 구성은 모터(7)에 의하여 구동된다.
회전자(30)는 두개의 베어링(32, 33)에 의해서 축으로 장착된다. 이들 베어링 중 하나(33)는 스프링 요소(34)에 의하여 편향적으로 연결되어 회전자(30)가 축방향으로의 안정성을 갖도록 한다. 스프링 요소(34)는 예를 들어 나선형 스프링 또는 환형 스프링으로 설계될 수 있다. 베어링(32, 33)은 각각이 볼 베어링 또는 평면 베어링으로 설계될 수 있다. 베어링(32, 33)이 볼 베어링으로 설계되는 경우, 베어링(32, 33)들은 자화가능하지 않은 재료로 구성된 볼 베어링이 되도록 세라믹 볼과 플라스틱 함체(cage)를 포함하여 구성된다. 베어링의 고리(ring)는 예를 들어 자화가능한 금속 또는 자화가능하지 않은 재료로 설계될 수 있다. 베어링(32, 33)이 평면 베어링으로 설계되는 경우라면, 이들 각각은 DLC 코팅된 임플란트 스틸(steel)과 이트륨 안정화 지르코늄 산화물(yttrium-stabilized zirconium oxide)의 마찰조합체(friction partners)를 포함한다.
회전자 자성체(31)는 생체친화적인 DLC 코팅을 포함한다. 또한, 모터(7)는 고정자(stator)를 포함한다. 고정자(36)는 전기 연결부(38)에 통전되도록 연결된 수개의 권선(winding, 37)을 포함한다. 게다가 고정자(36)는 덧날층(back iron lamination, 39)을 포함한다. 권선(37)은 열전도성 알루미늄 산화물을 함유하는 생체친화적인 에폭시 레진에 의하여 고정된다.
권선(37) 코팅층의 내측과 회전자 자성체(31)의 코팅층(35) 외측 사이에 환형의 단면을 갖는 틈(40)이 형성된다. 틈(40)은 0.2mm의 폭을 갖는다. 이러한 틈(40)은 세정공(41)과 유체 접속(fluid connection)되며, 상기 세정공은 세정 연결부(42)와 연결된다. 단, 세정 연결부(42)는 모터(7)의 기단부에 배치된다. 또한, 틈(40)은 구동 샤프트(3)와 카테터(2) 사이에 형성된 중간 영역과 유체 접속된다. 그러므로, 예를 들어 글루코스 용액이 세정공(41)과 틈(40)과 세정 연결부(42)를 경유하는 중간 영역을 통하도록 함으로써 세정될 수 있다. 글루코스 용액은 회전자의 작동중에 이와 같은 방법으로 회전자(30) 주변을 세정한다. 회전자 자성체(31)의 외측과 권선(37)의 내측의 방사상 거리는 0.5mm이다. 여기서, 권선(37)의 내부 반경은 회전자 자성체(31)의 외부 반경의 1.1배에 상응한다.
고정자(36)와 회전자(30)는 사용자에 의하여 해체되지 못하도록 서로 결속되며, 모터 하우징(43)에 내장된다. 모터 하우징(43)은 예를 들어 손잡이(grip) 또는 냉각체(cooling body)에 연결된다. 모터는 권선과 회전자 자성체(31) 사이의 간격이 작으므로 매우 효율적으로 작동될 수 있으며, 이로써 펌프 구성(1)이 32,000r.p.m의 속도와 분당 2.51의 운반량(delivery output)으로 작동될 때, 하우징과 연결될 수 있는 모터 하우징(43) 뿐만 아니라, 손잡이 또는 냉각체도 그 표면에서 측정되는 온도가 40℃ 미만이 되도록 한다.
도 6에 표현된 모터(7')는 도 6에 표현된 모터(6)와 비교하여 고정자(36)가 틈(40)을 제한하는 유밀 슬리브(44)를 포함한다는 점에서만 상이하다. 본 실시예에서, 틈(40)의 폭은 0.15mm 또는 0.22mm이다. 슬리브(44)는 폴리에스터 에터르 케톤을 포함하며, 자기적으로 비활성을 갖는다. 슬리브(44)는, 예를 들어 권선(37)과 고정자(36)의 다른 부분들이 상기 슬리브(44)를 매개로, 틈(40)을 관류할 가능성이 있는 세정액으로부터 분리되도록 하는 방법으로 배열된다. 슬리브(44)는 회전자 자성체(31)의 축 연장부의 약 1.2배인 축 방향의 연장부를 갖는다.
실시예들에 단순히 개시된 다른 실시예들의 양태들은 서로 조합될 수 있고 개별적으로 청구항에 표시될 수 있다.

Claims (21)

  1. 카테터(32) 내에서 안내되는 유연성의 구동 샤프트(3), 구동 샤프트(3)의 말단 영역에서 상기 구동 샤프트(3)와 연결되는 운반 요소(6), 및 모터(7)를 포함하며, 상기 모터(7)는 고정자(36)와 상기 고정자(36) 안에 회전가능하게 장착되는 회전자(30)를 포함하고, 상기 고정자(36)는 권선부(37)를 포함하며, 상기 회전자(30)는 회전자 자성체(31)를 포함하고, 상기 구동 샤프트(3)는 그의 기단부에서 회전자(30)와 연결되되, 상기 고정자(36)와 회전자(30)는 상호간에 탈리 불가능하게 연결되며, 회전자(30)와 고정자(36)에 의하여 구분되는 틈(40)을 형성하는 것을 특징으로 하는 혈액 펌프.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 틈(40)은 최대 1mm, 바람직하게는 최대 0.5mm, 특히 바람직하게는 최대 0.25mm의 폭을 갖는 것을 특징으로 하는 혈액 펌프.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 틈(40)과 유체역학적으로 연결되는 세정공(41)에 의해 특정되는 혈액 펌프.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 세정공(41)은 모터의 기단부에 구성되는 세정 연결부(42)에 연결되는 것을 특징으로 하는 혈액 펌프.
  5. 제3항 또는 제4항에 있어서,
    상기 틈(40)은 카테터(2)와 구동 샤프트(3) 사이에 형성되는 중간 영역에 유체역학적으로 연결되는 것을 특징으로 하는 혈액 펌프.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 틈(40)은 최소 0.05mm의 폭을 갖는 것을 특징으로 하는 혈액 펌프.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    권선부(37)는 회전자 자성체(31) 외부 반경의 최대 1.5배, 바람직하게는 최대 1.25배, 특히 더 바람직하게는 최대 1.15배인 내부 반경을 갖는 것을 특징으로 하는 혈액 펌프.
  8. 상기 청구항들 중 어느 한 항에 있어서,
    권선부(37)와 회전자 자성체(31) 사이의 방사상 거리는 최대 2mm, 바람직하게는 최대 1.25mm, 특히 더 바람직하게는 최대 0.75mm인 것을 특징으로 하는 혈액 펌프.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 권선부(37)는 생체친화적인 충전용 화합물로 충전되는 것을 특징으로 하는 혈액 펌프.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 회전자(36)는 필수적으로 환형 단면을 이루며, 틈(40)을 구획하는 유밀한 슬리브(44)를 포함하는 것을 특징으로 하는 혈액 펌프.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 슬리브(44)는 회전자 자성체(31)의 축방향 연장부 보다 1.5배 작은 축방향 연장부를 갖는 것을 특징으로 하는 혈액 펌프.
  12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 회전자(30)는 적어도 하나의 평면 베어링에 의하여 방사상으로 장착되는 것을 특징으로 하는 혈액 펌프.
  13. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 회전자는 적어도 하나의 볼 베어링에 의하여 방사상으로 장착되는 것을 특징으로 하는 혈액 펌프.
  14. 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 볼 베어링은 자화가능하지 않은 재료를 포함하는 것을 특징으로 하는 혈액 펌프.
  15. 제11항 또는 제14항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 볼 베어링은 세라믹 재료를 포함하는 볼들을 포함하는 것을 특징으로 하는 혈액 펌프.
  16. 제11항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 볼 베어링은 플라스틱을 포함하는 케이지를 포함하는 것을 특징으로 하는 혈액 펌프.
  17. 제1항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 회전자(30)는 회전자 자성체(31)를 보호하기 위한 코팅층 및/또는 외피를 구비하는 것을 특징으로 하는 혈액 펌프.
  18. 제1항 내지 제17항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 혈액 펌프는 환자의 체외에 모터(7)가 구성되는 경우에 환자의 심실에서부터 혈관으로 혈액을 운반하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 혈액 펌프.
  19. 제1항 내지 제18항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 운반 요소(6)와 하우징(5)을 둘러싸는 접철가능하지 않은(unfoldable) 펌프 헤드(4)에 의하여 특징되며, 상기 운반 요소(6)와 하우징(5)은 강제적인 압축 이후에 자동으로 펼처지도록 설계되는 것을 특징으로 하는 혈액 펌프.
  20. 제1항 내지 제19항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 틈(40)은 적어도 0.1mm, 바람직하게는 적어도 0.15mm, 특히 더 바람직하게는 적어도 0.2mm의 폭을 갖는 것을 특징으로 하는 혈액 펌프.
  21. 제1항 내지 제20항 중 어느 한 항에 있어서,
    모터가 15,000r.p.m, 바람직하게는 적어도 30,000r.p.m의 속도에서 영구 구동되는 과정 중에서, 상기 모터(7)의 하우징(43)에서 접촉 가능한 표면은 60℃를 넘지 않도록, 바람직하게는 48℃를 넘지 않도록, 특히 더 바람직하게는 43℃를 넘지 않도록 가열되는 것을 특징으로 하는 혈액 펌프.

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