KR20220101174A - 체외 혈액 펌프용 모터, 체외 혈액 펌프 및 체외 혈액 펌프 시스템 - Google Patents

체외 혈액 펌프용 모터, 체외 혈액 펌프 및 체외 혈액 펌프 시스템 Download PDF

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KR20220101174A
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extracorporeal blood
blood pump
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토마스 조지 로건
피터 콜턴 제임스 클리프턴
보 웨이
이판 옌
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마가시스트 인코포레이티드
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Abstract

본 개시는 체외 혈액 펌프용 모터, 체외 혈액 펌프 및 체외 혈액 펌프 시스템에 관한 것이다. 채외 혈액 펌프용 모터는 하우징; 상기 하우징 내에 위치하고 그리고 체외 혈액 펌프의 펌프 헤드 내의 임펠러를 구동하는데 사용되는 액추에이터; 상기 하우징 내에 위치하는 적어도 하나의 센서; 및 상기 하우징 내에 위치하고 그리고 모터의 동작을 제어하는 데 사용되는 모터 구동-제어 어셈블리를 포함한다. 모터 구동-제어 어셈블리를 모터의 하우징에 통합하는 것은 체외 혈액 펌프의 제어 호스트에 대한 모터의 의존도, 모터와 제어 호스트 간의 통신 실패 위험 및 모터 구동-제어 어셈블리의 오작동 위험을 크게 줄일 수 있고, 따라서 체외 혈액 펌프의 안전성과 신뢰성을 크게 향상시킨다.

Description

체외 혈액 펌프용 모터, 체외 혈액 펌프 및 체외 혈액 펌프 시스템
본 발명은 일반적으로 의료 기기 분야에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 본 발명은 체외 혈액 펌프(extracorporeal blood pump)용 모터, 모터를 포함하는 체외 혈액 펌프, 및 체외 혈액 펌프 및 제어 호스트(host)를 포함하는 체외 혈액 펌프 시스템에 관한 것이다.
심장이 혈액 펌핑(blood pumping) 기능을 상실한 경우(예를 들어, 정지된 심장 수술(arrested heart surgery), 급성 심인성 쇼크(acute cardiogenic shock) 등), 혈액 펌프는 심장을 대체하여 인체의 혈액 순환을 유지하는 데 사용될 수 있다. 혈액 펌프들은 이식성(implantability) 및 임상 용도(clinical use)에 따라 이식형 혈액 펌프들(implantable blood pumps) 및 체외 혈액 펌프들(extracorporeal blood pumps)로 분류될 수 있다. 이식형 혈액 펌프들은 환자의 몸에 이식하여 일시적 또는 장기적으로 혈액 순환을 유지할 수 있으며, 주로 말기 심부전 환자들의 이식 대체 치료(transplantation-substituted treatment)에 사용됩니다. 체외 혈액 펌프들은 체외(vitro)에서 사용될 수 있어 과도기적(transitional) 생명 유지 및 치료가 외상(trauma)을 덜 받을 수 있다.
도 1에 도시된 바와 같이, 전체 체외 혈액 펌프 시스템은 일반적으로 펌프 헤드(1), 펌프 헤드(1)를 구동하기 위한 모터(2), 모터(2)를 제어하기 위한 제어 호스트(3), 및 펌프 헤드(1)와 환자(5) 사이의 혈액 통신(communication, 소통, 순환)을 위한 파이프(4)를 포함한다. 모터(2) 및 제어 호스트(3)는 재사용 가능한 장비인 반면, 펌프 헤드(1)와 파이프(4)는 혈액과 접촉하는 일회용 물품들이다.
펌프 헤드(1) 내부에는 임펠러(impeller)가 구비되어, 회전 또는 액체를 이동시키는 다른 기계적 움직임에 의해 혈액의 흐름을 촉진하고, 이로써 심장을 보조하거나 대체하여 혈액의 순환을 유지한다.
모터(2) 내부에는 액추에이터(actuator)가 제공된다. 액추에이터는 전자기장 유도에 의한 힘 또는 다른 형태의 힘을 생성할 수 있는 코일일 수 있고, 이로써 모터(2)는 펌프 헤드(1)의 임펠러를 구동하여 자기 커플링(magnetic coupling) 또는 직접 구동에 의해 회전시킨다. 펌프 헤드(1)의 임펠러가 회전하도록 구동하기 위해, 모터(2)의 내부는 일반적으로 접촉형 기계식 베어링(contact-type mechanical bearing), 능동 또는 수동 자기 서스펜션 베어링(magnetic suspension bearing), 또는 다른 유형의 서스펜션 베어링을 더 포함한다.
제어 호스트(3)는 시스템 컨트롤러 및 사용자 인터페이스를 포함할 수 있다. 전체 체외 혈액 펌프 시스템의 핵심인 시스템 컨트롤러는 모터의 동작, 사용자 인터페이스의 표시, 데이터 처리 및 전원 관리를 제어하고, 그리고 클리닉(clinic)에서 요구되는 다양한 알람(alarming) 및 프롬프트(prompting) 기능을 실행하는 데 사용된다. 사용자 인터페이스는 입력 요소(6) 및 디스플레이(7)를 포함할 수 있다. 입력 요소(6)는 사용자가 모터를 제어하거나 다른 기능을 실행하기 위한 입력 동작을 수행하는 데 사용되며, 디스플레이(7)는 알람 정보 뿐만 아니라 환자(5)의 중요한 혈역학적(hemodynamic) 파라미터들(예를 들어, 혈압, 유량 등)을 표시(display)하는데 사용될 수 있다.
제어 호스트(3)는 외부 AC 전원과 연결될 필요가 있다. 경우에 따라, 무정전 전원 공급 장치(uninterruptible power supply)(예를 들어, 충전식 배터리와 같은 DC 전원 공급 장치)가 제어 호스트(3) 내에 제공될 수 있다. AC 또는 DC 전원 공급 장치는 전원 공급을 위해 시스템 컨트롤러에 연결될 수 있고, 시스템 컨트롤러를 통해 모터 및/또는 제어 호스트 자체에 전원을 공급할 수 있다.
사용시 펌프 헤드(1)와 파이프(4)는 캐뉼러(cannula)를 통해 환자의 순환계에 연결되며, 의료진은 제어 호스트(3)의 사용자 인터페이스를 조작하여 보조 모드(auxiliary mode) 및 정도(degree)를 설정한다. 호스트(3)는 미리 설정된 보조 모드 및 정도에 따라 대응되는 제어 신호들을 모터(2)에 전송하여, 대응되는 동작들을 수행하도록 모터(2)를 제어한다.
그러나, 현재의 체외 혈액 펌프 시스템에서, 제어 호스트(3)는 오작동하기 쉬운 경향이 있고 제어 호스트(3)와 모터(2) 사이에 통신 장애가 종종 발생하고, 이는 전체 체외 혈액 펌프 시스템의 정상적인 작동을 불가능하게 하여 환자의 생명을 위험에 빠뜨린다. 이에 따라 현재 취해진 유일한 조치는 제어 호스트(3)와 모터(2)의 전체 세트를 교체하는 것이다(일반적으로 사용중 고장이 발생하면 정확한 고장 원인을 파악하기 어렵고, 상황이 긴급한 경우, 유일한 조치는 제어 호스트(3) 및 모터(2)의 전체 세트를 교체하는 것이다). 위험 관리의 관점에서 이러한 조치는 백업 제어 호스트들과 모터들이 언제든지 제공되어야 함을 의미한다. 이것은 체외 혈액 펌프의 임상 사용을 제한할 뿐만 아니라(예를 들어, 보통 구급차에 두 세트의 제어 호스트들을 배치할 공간이 없음), 교체 과정에서 환자의 사망 위험을 증가시키고 체외 혈액 펌프의 사용 비용을 증가시키게 한다.
본 개시의 목적들 중 하나는 상기의 문제들 중 하나 이상을 해결하고 다른 추가적인 이점들을 실현하는 것이다.
본 개시의 제1 양태에서, 체외 혈액 펌프용 모터가 제공된다. 체외 혈액 펌프용 모터는 하우징; 상기 하우징 내에 위치하고 그리고 체외 혈액 펌프의 펌프 헤드 내의 임펠러를 구동하는데 사용되는 액추에이터; 상기 하우징 내에 위치하는 적어도 하나의 센서; 및 상기 하우징 내에 위치하고 그리고 모터의 동작을 제어하는 데 사용되는 모터 구동-제어 어셈블리를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 모터 구동-제어 어셈블리는 센서 상호작용 회로 및 모터 제어기를 포함하고, 상기 센서 상호작용 회로는 상기 센서로부터 센싱 신호를 수신하고 상기 센싱 신호를 상기 모터 제어기에 전송하고, 상기 모터 제어기는 상기 센싱 신호에 기초하여 대응되는 제어 신호를 상기 액추에이터에 전송할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 모터-구동 제어 어셈블리는 상기 모터 제어기로부터의 상기 제어 신호를 증폭하여 증폭된 제어 신호를 상기 액추에이터에 전송하는 증폭기를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 모터는 상기 하우징 내에 통합된 백업 전원 공급 장치를 더 포함하고, 상기 백업 전원 공급 장치는 외부 전원 공급 장치의 고장 시 상기 모터의 정상 작동을 유지하기 위해 상기 모터 구동-제어 어셈블리 및 상기 액추에이터에 전력을 공급할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 모터 구동-제어 어셈블리는 회로 기판에 집적될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 회로 기판은 일체형 구조로 구성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 회로 기판은 원형, 직사각형 또는 불규칙한 형태로 상기 액추에이터 주위에 배치될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 회로 기판은 상기 액추에이터 주위에 수직 또는 수평으로 배치될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 회로 기판은 상기 액추에이터의 일면에 평평하게 놓일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 회로 기판은 적어도 2개의 강성(rigid) 섹션들 및 상기 적어도 2개의 강성 섹션들을 연결하기 위한 연결 요소를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 적어도 2개의 강성 섹션들의 각각은 상기 모터 구동-제어 어셈블리의 구동-제어 기능들의 일부를 수행하는 데 사용될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 연결 요소는 상기 적어도 2개의 강성 섹션들 사이의 전력 및/또는 신호들을 전송하기 위한 연성(flexible) 회로 기판으로 구성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 연결 요소는 상기 적어도 2개의 강성 섹션들 사이의 전력 및/또는 신호들을 전송하기 위한 연결 플러그로 구성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 연결 요소는 상기 모터 구동-제어 어셈블리의 상기 구동-제어 기능들의 일부를 수행하기 위한 연성 회로 기판으로 구성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 적어도 2개의 강성 섹션들의 각각은 강성 회로 기판층 및 연장된 연성 회로 기판층을 포함하고, 상기 강성 회로 기판층은 상기 연성 회로 기판층의 적어도 일면에 배치되고, 및 연성 회로 기판층들은 상기 연결 요소를 통해 연결될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 회로 기판은 강성 회로 기판층 및 연장된 연성 회로 기판층을 포함하고, 상기 강성 회로 기판층은 상기 연장된 연성 회로 기판층의 적어도 일 면에 배치되고, 서로 분리된 2개 이상의 강성 섹션들을 포함하여, 상기 회로 기판은 상기 연성 회로 기판층에 의해 구부리거나 접힐 수 있다
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 연장된 연성 회로 기판층은 신호들 및/또는 전력을 전송하는 데 사용되며, 상기 강성 회로 기판층은 상기 모터 구동-제어 어셈블리의 상기 구동-제어 기능들의 일부를 수행하는 데 사용될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 회로 기판은 일반적인 U자형 또는 직사각형, 원형, 반원형 또는 불규칙한 형태로 상기 액추에이터 주위에 배치될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 회로 기판은 적층 방식으로 상기 액추에이터의 일측에 평평하게 배치될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 모터 구동-제어 어셈블리는 트랜지스터들 및/또는 전력 집적 회로들을 포함하고, 상기 트랜지스터들 및/또는 상기 전력 집적 회로들은 상기 회로 기판에 장착될 수 있다. 상기 트랜지스터들 및/또는 상기 전력 집적 회로들은 상기 하우징과 접촉하여 상기 트랜지스터들 및/또는 상기 전력 집적 회로들로부터의 열이 상기 하우징을 통해 소산되도록 하고; 대안적으로, 상기 회로 기판은 상기 하우징과 접촉하여 상기 트랜지스터들 및/또는 상기 전력 집적 회로들로부터의 열이 상기 회로 기판 및 상기 하우징에 형성된 열 경로를 통해 소산될 수 있도록 할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 하우징의 외측에는 방열 강화 구조(heat dissipation enhancement structure)가 배치될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 방열 강화 구조는 적어도 하나의 방열 핀(fin) 또는 리브(rib)를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 하우징은 T자형 구조일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 하우징은 일체형으로 구성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 하우징은 복수의 구성요소들에 의해 형성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 하우징은 제1 하우징 및 제2 하우징을 포함하고, 상기 제2 하우징의 외주는 상기 제1 하우징의 외주보다 작을 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 모터 구동-제어 어셈블리는 적어도 부분적으로 제2 하우징에 위치될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 하우징은 T자형 구조를 갖는 제1 하우징 및 제2 하우징을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 센서는 변위 센서를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 센서는 온도 센서를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 모터는 상기 임펠러의 로터를 서스펜딩(suspending)하기 위한 자기 서스펜션 베어링(magnetic suspension bearing)을 구비한 자기 서스펜션 모터로 구성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 센서는 상기 로터의 회전 속도를 감지하는 회전 변위 센서를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 센서는 상기 로터의 서스펜딩 위치를 감지하기 위한 축방향 위치 및/또는 변위 센서, 및/또는 반경 방향 위치 및/또는 변위 센서를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 축방향 위치 및/또는 변위 센서 및/또는 반경 방향 위치 및/또는 변위 센서는 와전류 유도(eddy-current inductive) 위치 및/또는 변위 센서(들)이다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 모터는 사용자 인터페이스를 포함할 수 있다. 상기 사용자 인터페이스는 입력 요소 및 출력 요소를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 입력 요소는 상기 모터의 속도 조정 및/또는 상기 모터의 시동 및 정지를 구현하기 위한 속도 설정 요소를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 출력 요소는 디스플레이, 인디케이터(indicator) 및 알람 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 모터는 신호 변환기를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 제2 양태에서, 체외 혈액 펌프가 제공된다. 체외 혈액 펌프는 펌프 헤드 및 본 발명에 따른 체외 혈액 펌프용 모터를 포함할 수 있다. 펌프 헤드는 로터를 구비하는 임펠러를 포함하고, 그리고 상기 모터는 상기 로터를 통해 회전하도록 상기 임펠러를 구동할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 펌프 헤드와 상기 모터는 서로 분리 가능하도록 구성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 펌프 헤드는 2개의 하프 쉘들을 포함할 수 있다. 상기 임펠러는 2개의 하프 쉘들에 의해 형성된 내부 공간에 수용될 수 있다.
본 발명의 제3 양태에서, 체외 혈액 펌프 시스템이 제공된다. 체외 혈액 펌프 시스템은 제어 호스트 및 본 발명에 따른 체외 혈액 펌프를 포함할 수 있다. 상기 제어 호스트는 상기 체외 혈액 펌프에 전력 및 명령 신호들을 전송하기 위한 전력 전자 회로를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 제어 호스트는 단지 하나의 연결 리드(connection lead)에 의해 상기 체외 혈액 펌프의 모터와 연결될 수 있다. 상기 연결 리드는 상기 전력 뿐만 아니라 상기 명령 신호들도 상기 체외 혈액 펌프의 상기 모터에 전송할 수 있다.
본 발명의 부가적 및/또는 다른 양태 및 이점은 하기 설명에서 제시되거나, 설명으로부터 자명하거나 본 발명의 실시를 통해 학습될 수 있다. 본 개시의 다양한 기술적 특징은 서로 모순되지 않는 한 임의로 조합될 수 있다.
본 발명에 따른 체외 혈액 펌프용 모터는 모터 구동-제어 어셈블리를 모터의 하우징에 통합함으로써, 체외 혈액 펌프의 제어 호스트에 대한 모터의 의존도, 모터와 제어 호스트 간의 통신 실패 위험 및 모터 구동-제어 어셈블리의 오작동 위험을 크게 줄일 수 있고, 따라서 체외 혈액 펌프의 안전성과 신뢰성을 크게 향상시킬 수 있다.
첨부된 도면들과 함께 본 발명의 구체적인 실시예들에 대한 다음의 상세한 설명을 참조하면, 본 개시의 전술한 특징들 및 장점들, 기타 특징들 및 장점들, 그리고 그 구현 수단들은 더욱 명확해질 것이다. 도면들에서:
도 1은 종래 기술의 체외 혈액 펌프 시스템의 개략도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 체외 혈액 펌프 시스템의 개략도이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 체외 혈액 펌프의 개략도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 체외 혈액 펌프의 구체적인 구조를 도시한 도면이다.
도 5는 도 4의 체외 혈액 펌프용 펌프 헤드의 구체적인 구조를 나타낸다.
도 6a 및 도 6b는 본 발명의 일 실시예에 따른 체외 혈액 펌프의 모터의 외관도들이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 체외 혈액 펌프의 모터의 내부 구조를 도시한 개략도로서, "서라운드형(surrounding-type)" 모터 구동-제어 어셈블리가 도시되어 있다.
도 8은 도 7의 "서라운드형" 모터 구동-제어 어셈블리의 배치를 도시한다.
도 9 내지 도 13은 본 발명의 다른 실시예들에 따른 "서라운드형" 모터 구동-제어 어셈블리의 배치들을 도시한다.
도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 모터 구동-제어 어셈블리의 구체적인 구조를 도시한다.
도 15는 본 발명의 다른 실시예에 따른 체외 혈액 펌프의 모터의 내부 구조를 도시하는 개략도로서, "적층형(stacked)" 모터 구동-제어 어셈블리가 도시된다.
도 16은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 체외 혈액 펌프의 모터의 내부 구조를 나타내는 개략도로서, "평평하게 눕힌형(flat-lying type)" 모터 구동-제어 어셈블리가 도시된다.
도면에서, 각각의 참조 부호는 각각의 구성요소를 나타낸다. 본 명세서에 기술된 실시예는 본 발명의 예시적인 측면을 예시하기 위해 사용되며, 이러한 실시예는 어떤 식으로든 본 개시 내용의 범위를 제한하는 것으로 해석되어서는 안 된다.
본 발명은 본 개시의 몇몇 실시예들이 도시된 도면들을 참조하여 아래에서 설명될 것이다. 그러나, 본 발명은 여러 가지 상이한 방식으로 구현될 수 있고 아래에서 설명되는 예시적인 실시예들에 제한되지 않음을 이해해야 한다. 사실, 이하에서 설명하는 실시예들은 본 발명을 보다 완전하게 개시하고, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명의 범위를 적절하게 설명하기 위한 것이다. 본 명세서에 개시된 실시예들은 많은 추가적인 실시예들을 제공하기 위해 다양한 방식으로 조합될 수 있음을 또한 이해해야 한다.
설명을 위해, "상부", "하부", "좌측", "우측", "수직", "수평", "위", "아래", "횡방향", "수직"의 용어들 및 그 파생물은 모두 본 발명의 도면들에서의 방향과 관련된다. 그러나, 본 발명은 달리 명백하게 지시되지 않는 한 다양한 대안적 변형을 채택할 수 있음을 이해해야 한다. 예를 들어, 도면의 장치를 뒤집었을 때, 이전에 다른 특징의 "아래"로 설명된 특징이 이 때 다른 특징의 "위"로 설명될 수 있다. 장치는 또한 다른 방향(90도 또는 다른 방향으로 회전됨)을 지정할 수 있으며 상대적인 공간 관계는 그에 따라 변경될 것이다.
명세서에서 사용된 단수 형태는 명확하게 나타내지 않는 한, 모두 복수 형태를 포함한다. 명세서에 사용된 "구성하는" 및 "포함하는"이라는 단어는 청구된 특징의 존재를 나타내지만 하나 이상의 추가 특징의 존재를 배제하지 않는다. 명세서에서 사용된 "및/또는"이라는 용어는 나열된 관련 항목들 중 하나 이상의 모든 조합을 포함한다.
명세서에서, 하나의 요소가 다른 요소 "위에", "부착된", "연결된", "결합된", "접촉된" 등으로 언급되는 경우, 그것은 직접적으로 다른 요소 위에, 부착된, 연결된, 결합된 또는 접촉될 수 있고 또는 중간 요소들이 존재할 수 있다. 대조적으로, 어떤 요소가 다른 요소에 "직접적으로 위에", "직접적으로 부착된", "직접적으로 연결된", "직접적으로 결합된" 또는 "직접적으로 접촉된"으로 언급되는 경우에는 중간 요소들이 존재하지 않는다. 명세서에서, 다른 특징의 "인접"에 배치된 특징에 대한 언급은 인접한 특징과 겹치거나, 위에 놓이거나, 또는 아래에 놓이는 부분들을 가질 수 있다.
출원인은 연구에서 모터를 제어하는 데 사용되는 모터 구동-제어 어셈블리가 체외 혈액 펌프 시스템이 안정적으로 작동할 수 있는지 여부를 결정하는 열쇠라는 것을 발견했다.
구체적으로, 종래 기술의 체외 혈액 펌프 시스템에서, 모터의 복잡한 구조 및 부피 제한으로 인해, 모터 구동-제어 어셈블리는 모두 제어 호스트에 통합된다. 이러한 배치를 통해 제어 호스트와 AC 또는 DC 전원 공급 장치의 제어 정보를 모터 구동-제어 어셈블리에 편리하고 효과적으로 전달할 수 있고, 그런 다음, 예를 들어, 펄스 폭 변조(PWM) 신호들 및 전력은 연결 라인을 통해 모터의 액추에이터에 전송된다.
그러나, 출원인은 모터 구동-제어 어셈블리가 제어 호스트에 통합된 경우, 모터가 제어 호스트에 강한 의존성을 갖는다는 것을 발견하였다. 제어 호스트에 장애가 발생하거나 제어 호스트와 모터 사이에 통신 장애가 발생하면, 모터는 작동을 중지할 것이고 전체 체외 혈액 펌프 시스템의 정상적인 작동을 비활성화된다. 제어 호스트는 환경 보호 수준이 낮고 종종 거친 사용 조건에 직면하기 때문에, 체외 혈액 펌프의 고장률이 매우 높아 모터의 비정상 작동으로 쉽게 이어진다.
둘째, 혈액에 대한 기계적 손상을 줄이기 위해 체외 혈액 펌프의 모터에 능동 또는 수동 자기 서스펜션 베어링(magnetic suspension bearing)이 점점 더 많이 사용되고 있다. 접촉식 기계적 베어링(contact-type mechanical bearing)이 있는 기존 모터와 비교하면, 자기 서스펜션 베어링이 있는 모터들에서 수행될 때 더 많은 자유도 제어(degrees-of-freedom controls)가 필요하다. 이를 위해서는 모터에 더 많은 센서들을 통합해야 하므로 제어 호스트와 모터 사이의 연결 라인들을 늘려야 한다. 제어 호스트와 모터 사이의 연결 라인들을 늘리는 것은 연결 라인들의 안정성을 크게 저하시키고, 따라서 제어 호스트와 모터 사이의 통신 장애의 위험이 크게 증가된다.
따라서, 본 발명에 따른 체외 혈액 펌프 시스템이 제공된다. 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 체외 혈액 펌프 시스템을 나타내는 개략도이다. 체외 혈액 펌프 시스템은 체외 혈액 펌프(10) 및 제어 호스트(11)를 포함할 수 있다. 체외 혈액 펌프(10)는 펌프 헤드(12) 및 펌프 헤드(12)를 구동하는 모터(13)를 포함할 수 있다. 제어 호스트(11)는 체외 혈액 펌프(10)의 모터(13)를 제어하기 위해 사용된다.
모터(13)는 액추에이터(14), 센서(15), 및 모터(13)에 통합된 모터 구동-제어 어셈블리(16)를 포함할 수 있다. 액추에이터(14)는 펌프 헤드(12)의 임펠러가 회전하도록 구동하여 혈액의 흐름을 촉진하고 이에 따라 혈액의 순환을 유지하기 위해 심장을 보조하거나 또는 대체하도록 사용된다. 센서(15)는 모터(13)의 제어에 필요한 정보를 감지하고 그러한 정보를 모터 구동-제어 어셈블리(16)에 전송하는데 사용된다. 모터 구동 제어 어셈블리(16)는 모터(13)의 동작을 제어하는 데 사용된다.
본 발명에 따른 실시예에서, 모터 구동-제어 어셈블리(16)는 센서 상호작용 회로(17), 모터 제어기(18), 및 선택적 증폭기(19)를 포함할 수 있다. 모터 구동 제어 어셈블리(16)는 폐루프에서 모터(13)를 제어할 수 있다. 폐루프 제어 동안, 센서(15)는 전기 신호의 형태로 감지된 정보(예를 들어, 임펠러의 위치, 속도, 힘에 대한 정보, 모터 내부의 온도 정보 등)를 모터 구동-제어 어셈블리(16)의 센서 상호작용 회로(17)에 전송한다. 이러한 전기 신호들은 필터링 및 증폭된 다음 모터 제어기(18)로 전송된다. 해당 알고리즘 소프트웨어를 구비한 모터 제어기(18)는 수신된 전기 신호들을 타겟 값들과 비교하여 대응되는 제어 명령들을 생성한다. 제어 명령들은 전류, 전압 등의 형태의 제어 신호들로 변환되고, 제어 신호들은 증폭기(19)에 의해 증폭되어 모터(13)의 액추에이터(14)로 전달될 수 있고, 이로써 모터(13)의 폐루프 제어를 실현한다.
제어 호스트(11)는 시스템 컨트롤러(20) 및 사용자 인터페이스(21)를 포함할 수 있다. 또한, 제어 호스트(11)는 제어 호스트(11) 및 모터(13)에 전원을 공급하기 위한 백업 전원 공급 장치(22)를 포함하여 외부 전원 공급이 중단되는 경우에도 체외 혈액 펌프 시스템의 정상적인 동작을 유지하도록 할 수 있다. 백업 전원 공급 장치(22)는 재충전 가능한 배터리와 같은 무정전 전원 공급 장치(uninterruptible power supply)일 수 있다. 시스템 컨트롤러(20)는 전력 전자 회로를 포함할 수 있다. 전력 전자 회로는 펄스 폭 변조에 의해 AC 전력을 DC 전력으로 변환(AC/DC 변환 모듈) 및/또는 DC 전력을 적절한 전압으로 변환(DC/DC 변환 모듈)할 수 있으며, 그리고 변환된 전력을 저대역폭(low-bandwidth) 및 고진폭(high-amplitude) 신호들의 형태로 모터(13)의 모터 구동-제어 어셈블리(16)에 전송한다. 본 발명에 따른 실시예에서, 제어 호스트(11)와 모터(13)는 단지 하나의 연결 리드(onnection lead)에 의해 연결될 수 있다. 이러한 연결 리드는 전력뿐만 아니라 제어 호스트(11)로부터 모터(13)로 명령 신호들을 전달할 수 있다.
모터 구동-제어 어셈블리(16)를 모터(13)에 통합함으로써, 고대역폭 신호(예를 들어, 구동 신호 및 센서 신호)가 모터(13) 자체에서 처리될 수 있고, 저대역폭 신호(예를 들어, 전원 신호 및 사용자 인터페이스 신호)만 제어 호스트(11)에서 처리되도록 남겨둘 수 있고, 이는 제어 호스트(11)에 대한 모터(13)의 의존성과 연결 리드들의 간섭 저항(interference resistance)에 대한 요구를 크게 감소시킨다. 또한, 모터 구동-제어 어셈블리(16)가 모터(13)에 통합되어, 전력 및 제어 명령들의 전달을 달성하기 위해 제어 호스트(11)와 모터(13) 사이에 단 하나의 연결 리드가 필요하며, 이는 제어 호스트(11)와 모터(13) 사이의 통신 장애의 위험을 상당히 감소시킬 수 있고 따라서 모터(13)의 비정상 작동의 위험을 감소시킬 수 있다. 또한, 모터 구동-제어 어셈블리(16)를 모터(13)에 통합함으로써 모터 구동-제어 어셈블리(16)가 잘 보호될 수 있고, 제어 호스트(11)와 비교하여 모터(13)는 일반적으로 더 높은 수준의 환경 보호를 갖고 일반적으로 더 많은 주의를 기울여 사용되기 때문에, 모터 구동-제어 어셈블리(16)의 오작동 위험을 크게 줄일 수 있다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 체외 혈액 펌프(50)를 도시한 개략도이다. 체외 혈액 펌프(50)는 펌프 헤드(51) 및 펌프 헤드(51)를 구동하는 모터(52)를 포함할 수 있다. 모터(52)는 액추에이터(53), 센서(54) 및 모터(52)에 통합된 모터 구동-제어 어셈블리(55)를 포함할 수 있다. 모터 구동-제어 어셈블리(55)는 센서 상호작용 회로(56), 모터 제어기(57), 및 선택적 증폭기(58)를 포함할 수 있다. 모터 구동-제어 어셈블리(55)는 폐루프에서 모터(52)를 제어할 수 있다.
체외 혈액 펌프(10)와 달리, 체외 혈액 펌프(50)의 모터(52)는 모터(52)에 통합된 백업 전원 공급 장치(또는 백업 전원)(59)를 더 포함한다. 백업 전원 공급 장치(59)는 재충전 가능한 배터리와 같은 무정전 전원 공급 장치(uninterruptible power supply)일 수 있다. 백업 전원 공급 장치(59)는 모터 구동-제어 어셈블리(55) 및 액추에이터(53)에 전원을 공급하여 외부 전원 공급이 중단된 경우에도 모터(52)의 정상 동작을 유지시킬 수 있다.
체외 혈액 펌프(50)의 모터(52)에는 사용자 인터페이스가 제공될 수 있다. 사용자 인터페이스는 입력 요소(input component) 및 출력 요소(output component)를 포함할 수 있다. 입력 요소는 사용자가 임의의 필요한 파라미터들을 입력하기 위한 입력부를 포함할 수 있다. 예를 들어, 입력 요소는 모터(52)의 속도 조정 및/또는 모터(52)의 시동 및 정지와 같은 동작들을 구현하기 위한 속도 설정 요소(60)를 포함할 수 있다. 속도 설정 요소(60)는 프레스(press) 버튼, 노브(knob), 푸시(push) 버튼, 로커(rocker) 또는 디지털 설정 요소의 형태일 수 있거나, 또는 임의의 다른 적절한 형태일 수 있다. 출력 요소는 필요한 모니터링 기능들을 충족시키기 위해 사용자에게 정보를 전송할 수 있는 임의의 출력부를 포함할 수 있다. 예를 들어, 출력 요소는 사용자에게 모터의 회전 속도, 온도, 동작 상태 등의 정보를 표시하기 위한 디스플레이를 포함할 수 있다. 출력 요소는 또한 인디케이터(indicator)(예를 들어, 발광 다이오드(LED)) 또는 알람(예를 들어, 부저)를 포함하여 사용자에게 광 신호 또는 오디오 신호를 알리거나(prompt) 경보를 울릴 수 있다.
체외 혈액 펌프(50)의 모터(52)는 모터(52)에 통합된 신호 변환기(61)를 포함할 수 있다. 사용자가 사용자 인터페이스의 입력 요소를 통해 모터에 대한 입력 조작을 수행할 때, 신호 변환기(61)는 이 입력 조작을 모터 제어기(57)에서 요구하는 제어 신호로 변환하고 제어 신호를 모터 제어기(57)로 전송할 수 있고, 예를 들어, 모터 제어기(57)가 모터(52)의 작동 상태들을 사용자에게 피드백하면, 신호 변환기(61)는 모터 제어기(57)에 의해 피드백된 작동 상태들을 대응되는 표시 신호들로 변환하고 표시 신호들을 사용자 인터페이스의 출력 요소(예를 들어, 디스플레이, 표시기(indicator), 알람 등)에 전송할 수 있다.
백업 전원 공급 장치(59), 사용자 인터페이스 및/또는 신호 변환기(61) 등을 모터(52)에 통합함으로써, 체외 혈액 펌프(50)는 모터의 정상 작동에 필요한 보다 완전한 기능들과 조작성을 부여할 수 있어, 제어 호스트의 갑작스러운 고장 시 체외 혈액 펌프(50)가 적어도 일정 시간 동안 독립적이고 안전하게 작동할 수 있다.
도 4내지 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 체외 혈액 펌프(100)의 구체적인 구조들을 도시한 것이다. 체외 혈액 펌프(100)는 펌프 헤드(101) 및 모터(102)를 포함할 수 있다. 펌프 헤드(101)는 로터를 갖는 임펠러(103), 및 2개의 하프 쉘들(104, 105)(도 5에 도시됨)을 포함할 수 있다. 임펠러(103)는 하프 쉘들(104, 105)에 의해 형성된 내부 공간에 수용된다. 임펠러(103)에 의해 차지되지 않는 하프 쉘들(104, 105) 사이의 내부 공간은 혈액의 흐름을 허용하는 혈류 채널(blood flow channel)을 형성한다. 펌프 헤드(101)에는 유입구(106) 및 유출구(107)가 제공될 수 있다. 혈액은 유입구(106)를 통해 펌프 헤드(101)로 흐른 후, 임펠러(103)의 회전에 의해 구동되어 혈류 채널을 통해 유출구(107) 밖으로 흐를 수 있고, 따라서 혈액의 순환이 달성될 수 있다.
도 4를 참조하면, 모터(102)와 펌프 헤드(101)는 서로 분리 가능하도록 구성되어, 모터(102)는 재사용을 위해 서로 다른 펌프 헤드들과 협력할 수 있다. 의료진은 모터(102)와 펌프 헤드(101)를 현장에서 조립하거나 분해하여 새로운 펌프 헤드(101)를 모터(102)에 조립하고 사용한 펌프 헤드(101)를 폐기할 수 있다.
모터(102)는 하우징, 액추에이터(112), 센서(116), 및 모터 구동-제어 어셈블리(118)를 포함할 수 있다. 모터(102)의 액추에이터(112) 및 센서(116)는 모터(102)의 하우징 내에 배치될 수 있다. 모터(102)의 모터 구동-제어 어셈블리(118)는 또한 모터(102)의 하우징 내에 통합된다.
모터(102)의 하우징은 큰 상부 및 작은 하부를 가진 일반적으로 T자형 구조로 구성될 수 있다. 이러한 T자형 구조는 사용자들에게 더 나은 손에 쥘 수 있는 공간을 제공하거나 사용자가 플레이트(plate)를 잡는 것과 동일한 수단들로 모터(102)를 잡을 수 있게 하여, 다양한 손 모양들과 크기들을 가진 사용자들이 다양한 환경에서 편리하게 모터(102)를 잡거나 방향을 조정할 수 있고, 따라서 모터(102)의 사용 편의성을 크게 향상시킨다.
모터(102)의 하우징은 일체형으로 구성될 수 있거나, 둘 이상의 개별 요소들로 구성되도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 도 4에 도시된 실시예에서, 모터(102)의 하우징은 상부 하우징(108) 및 하부 하우징(109)을 포함하도록 구성되며, 여기서 하부 하우징(109)의 외주는 상부 하우징(108)의 외주 보다 작을 수 있어, 모터(102)가 실질적으로 T자형 구조를 취하도록 한다. 도 6a 및 6b를 참조하면, 본 발명에 따른 실시예에서, 상부 하우징(108)은 실질적으로 원형 형상의 단면을 가질 수 있는 반면, 하부 하우징(109)은 실질적으로 둥근 직사각형 형상의 단면을 가질 수 있다. 그러나, 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 하부 하우징(109)의 단면은 정사각형, 타원, 오각형, 육각형, 팔각형, 원형, 불규칙한 다각형, 불규칙한 형상 등 다양한 형상으로 구성될 수 있다.
본 발명의 다른 실시예들에서, 모터(102)의 하우징은 또한 좌측 하우징 및 우측 하우징으로 구성될 수 있다. 좌측 하우징 및 우측 하우징은 각각 상부가 크고 하부가 작은 일반적으로 T자형 구조를 가질 수 있다. 또한, 모터(102)의 하우징은 또한 임의의 다른 적절한 수단들로 구성될 수 있다.
모터(102)의 구체적인 구조는 도 7을 참조하여 설명될 것이다. 본 발명에 따른 실시예에서, 모터(102)는 자기 서스펜션 모터(magnetic suspension motor)로 구성될 수 있다. 자기 서스펜션 모터의 액추에이터(112)는 회전 액추에이터(110) 및 서스펜션 액추에이터(111)를 포함할 수 있다. 회전 액추에이터(110)는 펌프 헤드(101)의 임펠러(103)의 로터(113)를 구동하여 임펠러(103)가 회전하도록 구동하는데 사용된다. 서스펜션 액추에이터(111)는 임펠러(103)의 로터(113)를 서스펜딩(suspending)하기 위한 자기 서스펜션 베어링을 포함할 수 있다. 모터(102)가 자기 서스펜션 모터로 구성되는 경우, 임펠러(103)는 작업 과정에서 물리적으로 다른 구성요소들과 접촉하거나 마찰되지 않아 혈액에 대한 기계적 손상을 방지할 수 있다. 물론, 모터(102)는 또한 다른 유형들의 모터일 수 있으며, 예를 들어, 모터(102)는 종래의 접촉형-기계식 베어링(contact-type mechanical bearing)을 갖는 모터일 수 있다.
도 7은 또한 모터(102)의 하우징에 위치한 센서(116)를 도시한다. 본 발명에 따른 실시예들에서, 센서(116)는 변위 센서를 포함할 수 있고, 예를 들어, 센서(116)는 추가적인 회전 속도 피드백 제어를 위해 로터(113)의 회전 속도를 감지하기 위한 회전 변위 센서를 포함할 수 있다. 모터(102)가 자기 서스펜션 모터로 구성된 경우, 센서(116)는 로터의 추가적인 서스펜딩 위치(suspending position) 제어를 위해 로터(113)의 서스펜딩 위치를 감지하기 위한 반경 방향 위치 및/또는 변위 센서, 및/또는 축방향 위치 및/또는 변위 센서를 더 포함할 수 있다. 로터의 서스펜딩 위치 제어를 위한 반경 방향 위치 및/또는 변위 센서 및/또는 축 방향 위치 및/또는 변위 센서는 와전류 유도(eddy-current inductive) 위치 및/또는 변위 센서일 수 있으며, 이는 감도가 높고 로터의 서스펜딩 위치에 대한 감지에 매우 적합하다. 본 발명에 따른 다른 실시예에서, 센서(116)는 또한 온도 센서 또는 다른 파라미터들을 감지하기 위한 센서를 포함할 수 있다.
모터(102)의 모터 구동-제어 어셈블리(118)의 구체적인 구조 및 배열은 도 4, 7 및 8을 참조하여 설명될 것이다. 모터 구동-제어 어셈블리(118)는 점유 공간을 최소화하기 위해 "서라운드형(surrounding-type)" 설계를 가정할 수 있다. 모터 구동-제어 어셈블리(118)는 회로 기판 상에 통합될 수 있다. 회로 기판은 2개 이상의 강성 섹션들(rigid sections) 및 강성 섹션들을 연결하기 위한 연결 요소(connection element)를 포함하도록 구성될 수 있다. 각각의 강성 섹션은 모터 구동-제어 어셈블리(118)의 기능들의 일부를 수행하는데 사용될 수 있다. 연결 요소는 회로 기판에 다양한 구성들을 부여하기 위해 다양한 적절한 각도들로 강성 섹션들을 연결할 수 있다. 신호들의 상호 전송은 모터 구동-제어 어셈블리(118)와 액추에이터(112)(회전 액추에이터(110) 및 서스펜션 액추에이터(111)를 포함) 및 유선 또는 무선 방식으로 모터(102)의 센서(116) 간에 발생할 수 있다. (도 7에서 점선 화살표로 도시됨).
도 4, 7 및 8에 도시된 바와 같이, 모터 구동-제어 어셈블리(118)가 집적된 회로 기판은 3개의 강성 섹션들(119, 120, 121)을 포함한다. 모터 구동-제어 어셈블리(118)의 구성요소들은 서로 다른 기능들을 수행하는 3개의 그룹으로 분할될 수 있고 3개의 강성 섹션들에 각각 배열될 수 있으므로, 3개의 강성 섹션들이 모터 구동-제어 어셈블리(118)의 전체 구동-제어 기능을 수행하기 위해 서로 협력한다. 예를 들어, 모터 구동-제어 어셈블리(118)의 센서 상호작용 회로는 강성 섹션(119)에 배치될 수 있고, 모터 제어기는 강성 섹션(120)에 배치될 수 있고, 증폭기는 강성 섹션(121)에 배치될 수 있다. 대안적으로, 모터 구동-제어 어셈블리(118)는 기능적 유형들에 따라 분할될 수 있으며, 여기서 모터 구동-제어 어셈블리(118)의 포괄적인 제어 구성요소들은 강성 섹션(119)에 배치되고, 센서 구동 구성요소들은 강성 섹션(120)에 배치되고, 전력 관리 구성요소들은 강성 섹션(121)에 배치될 수 있다. 모터 구동-제어 어셈블리(118)의 구성요소들은 트랜지스터들 및/또는 전력 집적 회로들 등일 수 있다. 모터 구동-제어 어셈블리(118)의 구성요소들을 그룹화하고 회로 기판의 서로 다른 강성 섹션들에 각 그룹들의 구성요소들을 배치함으로써, 일부 민감한(sensitive) 구성요소들은 고-전력 구성요소들에서 멀리 떨어져 있을 수 있으므로, 생성된 노이즈들 뿐만 아니라 구성요소들 간의 상호 간섭을 최소화할 수 있다.
도 4, 7 및 8에 도시된 실시예에서, 강성 섹션들(119, 120, 121)을 연결하기 위한 연결 요소들은 연성 회로 기판(122)이다. 이 실시예에서, 연성 회로 기판(122)은 모터 구동-제어 어셈블리(118)의 구동-제어 기능을 수행하지 않고, 강성 섹션들(119, 120, 121) 사이에서 신호들 및/또는 전력을 전송하는 역할만 한다. 연성 회로 기판(122)의 존재로 인해, 모터 구동-제어 어셈블리(118)는 임의의 적절한 형상으로 구부러지거나 접힐 수 있으므로, 모터 구동-제어 어셈블리(118)는 모터의 하우징의 내부 공간에 더 잘 조화될 수 있다. 이 실시예에서, 강성 섹션들(119, 120, 121)은 일반적인 U자 형상으로 구성되고 액추에이터(112)(도 7에 도시된 실시예에서 회전 액추에이터(110)) 주위에 수직으로 배열된다. 물론, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 강성 섹션들(119, 120, 121)은 평평하게 눕거나 다른 방식으로 액추에이터(112) 주위에 배치될 수 있다.
본 발명에 따른 다른 실시예에서, 강성 섹션들을 연결하기 위한 연결 요소는 연결 플러그(connection plug)일 수 있다. 연결 플러그는 적절한 각도로 2개의 강성 섹션들을 연결할 수 있도록 구성되어, 모터 구동-제어 어셈블리를 모터 하우징의 내부 공간에 맞게 적절한 형상으로 구성할 수 있다. 연결 플러그는 강성 섹션들 사이에 신호들 및/또는 전력을 전송하는 데 사용될 수 있다. 연결 플러그는 강성(rigid)일 수 있다.
본 발명에 따른 다른 실시예에서, 강성 섹션들을 연결하기 위한 연결 요소는 또한 모터 구동-제어 어셈블리(118)의 기능들의 일부를 수행하기 위한 연성 회로 기판일 수 있다.
본 발명에 따른 실시예에서, 모터 구동-제어 어셈블리(118)의 트랜지스터들 및/또는 전력 집적 회로들과 같은 구성요소들은 모터(102)의 하우징과 접촉할 수 있으며, 따라서 트랜지스터들 및/또는 전력 집적 회로들과 같은 구성요소들로부터의 열은 모터(102)의 하우징을 통해 소산될 수 있다. 모터 구동-제어 어셈블리(118)는 또한 회로 기판이 모터(102)의 하우징과 접촉하도록 구성될 수 있고(이 경우, 회로 기판과 모터(102)의 하우징 사이에 얇은 열전도성 시트(thermally-conductive sheet)와 같은 다른 열전도성 재료(thermally conductive material)가 있을 수 있음), 트랜지스터들 및/또는 전력 집적 회로들과 같은 구성요소로부터의 열이 회로 기판 및 모터(102)의 하우징에 형성된 열 경로들을 통해 소산되도록 한다. 회로 기판이 강성 섹션들을 포함하는 경우, 회로 기판의 강성 섹션들은 모터(102)의 하우징과 접촉하게 될 수 있고(이 경우, 강성 섹션들 및 모터(102) 하우징 사이에 얇은 열전도성 시트와 같은 다른 열 전도성 재료가 있을 수 있음), 트랜지스터들 및/또는 전력 집적 회로들과 같은 구성요소들로부터의 열이 회로 기판의 강성 섹션들 및 모터(102)의 하우징에 형성된 열 경로들을 통해 소산되도록 한다. 방열(heat dissipation)을 향상시키기 위해, 방열 강화 구조(heat dissipation enhancement structure)(123)(도 6에 도시된 바와 같음)가 또한 모터(102)의 하우징의 외측에 배치될 수 있다. 방열 강화 구조(123)는 적어도 하나의 방열 핀(fin) 또는 리브(rib)를 포함할 수 있다. 방열 강화 구조(123)는 모터(102)의 하우징과 일체로 형성될 수 있다. 방열 강화 구조(123)는 모터 구동-제어 어셈블리(118)의 트랜지스터들 및/또는 전력 집적 회로들과 같은 구성요소들과 접촉하거나 또는 회로 기판의 강성 섹션들과 접촉하는 모터(102)의 하우징 영역 오부에 배치되어, 더 빨리 열을 발산시킬 수 있다.
도 9 내지 도 13은 본 발명의 다른 실시예들에 따른 "서라운드형(surrounding-type)" 모터 구동-제어 어셈블리의 배치를 도시한다. 도 9에 도시된 실시예에서, 모터 구동-제어 어셈블리가 통합된 회로 기판(124)은 모터(102)의 액추에이터(112)의 2개의 대향면(opposite sides)에 균일하게 배열된 4개의 강성 섹션들을 포함한다. 4개의 강성 섹션들은 연결 요소(126)를 통해 서로 연결된다. 도 10에 도시된 실시예에서, 모터 구동-제어 어셈블리가 집적된 회로 기판(124)은 2개의 강성 섹션들을 포함한다. 각각의 강성 섹션은 실질적인 L-형상으로 구성되어, 2개의 강성 섹션들은 연결 요소(126)에 의해 실질적으로 직사각형 형상으로 연결될 수 있다. 도 11에 도시된 실시예에서, 모터 구동-제어 어셈블리가 집적된 회로 기판(124)은 3개의 강성 섹션들을 포함한다. 각각의 강성 섹션은 호(arc) 형상으로 구성되어, 3개의 강성 섹션들은 연결 요소(126)에 의해 실질적으로 원형 또는 반원 형상으로 연결될 수 있다. 도 12 및 도 13에 도시된 바와 같이, 모터 구동-제어 어셈블리가 집적된 회로 기판(124)은 일체형 구조를 갖는다. 도 12에 도시된 실시예에서, 일체형 구조의 회로 기판(124)은 실질적으로 직사각형 형상으로 구성되고, 반면, 도 13에 도시된 실시예에서, 일체형 구조를 갖는 회로 기판(124)은 원형 형상으로 구성된다.
도 9 내지 도 13에 도시된 실시예들에서, 회로 기판(124) 또는 회로 기판(124)의 각 강성 섹션은 모터(102)의 액추에이터 주위에 수직으로 배치될 수 있고, 또는 수평으로 또는 다른 방법으로 모터(102)의 액추에이터 주위에 배열될 수 있다. 회로 기판(124)은 또한, 예를 들어, 도 9 내지 도 13에 도시된 것과 다르게, 불규칙한 형상의 다른 배치들로 구성될 수 있다. 또한, 연결 요소(126)는 연성 회로 기판 또는 연결 플러그로 구성될 수 있다. 연결 플러그는 강성(rigid)일 수 있다.
도 14를 참조하면, 본 발명에 따른 일 실시예에서, 모터 구동-제어 어셈블리가 집적된 회로 기판(128)은 신호들 및/또는 전력을 전송하기 위한 연장된(extended) 연성 회로 기판층(130), 및 모터 구동-제어 어셈블리의 구동 제어 기능을 수행하기 위한 강성 회로 기판층(132)을 포함할 수 있다. 강성 회로 기판층(132)은 연성 회로 기판층(130)의 적어도 일면에 배치될 수 있고(도 14에 도시된 실시예에서는 연성 회로 기판층(130)의 양면에 배치됨), 서로 분리된 두 개 이상의 강성 섹션들을 포함할 수 있다. 이러한 다층 구조 설계(multi-layer structural design)는 회로 기판(128)이 비파괴 수단(non-destructive mean)에 의해 직접 분리될 수 없는, 완전한 회로 시스템을 형성하는 것을 가능하게 할 뿐만 아니라, 회로 기판이 더 쉽게 구부러지거나 접힐 수 있게 한다. 이러한 다층 구조 설계는 적어도 다음과 같은 이점을 제공한다: 1) 신호 전송을 더 잘 달성하기 위해 컴팩트한 구조로 신호들 간의 간섭을 피하고; 2) 연결 요소(예를 들어, 빈번한 사용 후에 느슨해지기 쉬운 연결 플러그)의 사용을 피함으로써 더 높은 신뢰성을 갖고; 그리고 3) 공간 배치에 더 나은 유연성을 제공하여 부피를 크게 줄일 수 있다.
회로 기판이 2개 이상의 강성 섹션들을 포함하는 실시예에서, 각각의 강성 섹션은 또한 신호들 및/또는 전력을 전송하기 위한 연장된 연성 회로 기판층, 및 모터 구동-제어 어셈블리의 구동-제어 기능의 일부를 수행하기 위한 강성 회로 기판층을 포함하도록 구성될 수 있다. 연성 회로 기판층의 적어도 일면에 강성 회로 기판층이 배치될 수 있다(예를 들어, 연성 회로 기판층의 양면에 배치되어 샌드위치 구조를 형성할 수 있다). 연성 회로 기판층은 연결 요소를 통해 함께 연결되어 강성 섹션들 사이의 상호 연결을 실현할 수 있다. 이러한 다층 구조 설계는 신호들 간의 간섭을 피하면서 회로 기판의 유연성을 더욱 향상시킬 수 있다.
도 15 및 16은 모터 구동-제어 어셈블리의 2개의 다른 배치들을 도시한다. 도 15에 도시된 실시예에서, 모터 구동-제어 어셈블리가 집적된 회로 기판(134)은 다수의 강성 섹션들을 포함한다. 복수의 강성 섹션들은 적층 방식으로 모터의 액추에이터(112) 아래에 평평하게 놓인다. 도 16에 도시된 실시예에서, 모터 구동-제어 어셈블리가 집적된 회로 기판(136)은 일체형 구조를 가지며, 회로 기판(136)은 모터의 액추에이터(112) 아래에 평평하게 놓인다.
이상에서 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 예시적인 실시예들을 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 개시된 특정 구조에 한정되지 않음을 이해해야 한다. 본 발명의 사상 및 범위를 실질적으로 벗어남이 없이 예시적인 실시예에 대해 다수의 변경들 및 수정들이 이루어질 수 있다. 따라서, 모든 변경들 및 수정들은 본 발명의 청구범위에 의해 정의된 보호 범위 내에 포함된다.
10: 체외 혈액 펌프;
11: 제어 호스트;
12: 펌프 헤드;
13: 모터;
14: 액추에이터;
15: 센서;
16: 모터 구동-제어 어셈블리;
17: 센서 상호작용 회로;
18: 모터 제어기;
19: 선택적 증폭기;
20: 시스템 컨틀롤러;
21: 사용자 인터페이스;
22: 백업 전원 공급 장치.

Claims (18)

  1. 체외 혈액 펌프용 모터에 있어서,
    하우징;
    상기 하우징 내에 위치하고 그리고 체외 혈액 펌프의 펌프 헤드 내의 임펠러를 구동하는데 사용되는 액추에이터;
    상기 하우징 내에 위치하는 적어도 하나의 센서; 및
    상기 하우징 내에 위치하고 그리고 모터의 동작을 제어하는 데 사용되는 모터 구동-제어 어셈블리를 포함하는 체외 혈액 펌프용 모터.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 모터 구동-제어 어셈블리는 센서 상호작용 회로 및 모터 제어기를 포함하고,
    상기 센서 상호작용 회로는 상기 적어도 하나의 센서로부터 센싱 신호를 수신하고 상기 센싱 신호를 상기 모터 제어기에 전송하고,
    상기 모터 제어기는 상기 센싱 신호에 기초하여 대응되는 제어 신호를 상기 액추에이터에 전송하고, 및
    상기 모터 구동-제어 어셈블리는 상기 모터 제어기로부터의 상기 제어 신호를 증폭하여 증폭된 제어 신호를 상기 액추에이터에 전송하는 증폭기를 더 포함하는 체외 혈액 펌프용 모터.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 모터는 상기 하우징 내에 통합된 백업 전원 공급 장치를 더 포함하고,
    상기 백업 전원 공급 장치는 외부 전원 공급 장치의 고장 시 상기 모터의 정상 작동을 유지하기 위해 상기 모터 구동-제어 어셈블리 및 상기 액추에이터에 전력을 공급하는 것을 특징으로 하는 체외 혈액 펌프용 모터.
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 모터 구동-제어 어셈블리는 회로 기판에 집적되는 것을 특징으로 하는 체외 혈액 펌프용 모터.
  5. 제4 항에 있어서,
    상기 회로 기판은 일체형 구조로 구성되고, 그리고
    상기 회로 기판은 원형, 직사각형 또는 불규칙한 형태로 상기 액추에이터 주위에 수직 또는 수평으로 배치되거나, 상기 액추에이터의 일면에 평평하게 놓이는 것을 특징으로 하는 체외 혈액 펌프용 모터.
  6. 제4 항에 있어서,
    상기 회로 기판은 적어도 2개의 강성(rigid) 섹션들 및 상기 적어도 2개의 강성 섹션들을 연결하기 위한 연결 요소를 포함하는 것을 특징으로 하는 체외 혈액 펌프용 모터.
  7. 제6 항에 있어서,
    상기 적어도 2개의 강성 섹션들의 각각은 상기 모터 구동-제어 어셈블리의 구동-제어 기능들의 일부를 수행하는 데 사용되고,
    상기 연결 요소는 상기 적어도 2개의 강성 섹션들 사이의 전력 및/또는 신호들을 전송하기 위한 연성(flexible) 회로 기판으로 구성되거나, 또는 상기 적어도 2개의 강성 섹션들 사이의 전력 및/또는 신호들을 전송하기 위한 연결 플러그로 구성되거나, 또는 상기 모터 구동-제어 어셈블리의 상기 구동-제어 기능들의 일부를 수행하기 위한 연성 회로 기판으로 구성되는 것을 특징으로 하는 체외 혈액 펌프용 모터.
  8. 제6 항에 있어서,
    상기 적어도 2개의 강성 섹션들의 각각은 강성 회로 기판층 및 연장된 연성 회로 기판층을 포함하고,
    상기 강성 회로 기판층은 상기 연성 회로 기판층의 적어도 일면에 배치되고, 및
    연성 회로 기판층들은 상기 연결 요소를 통해 연결되고, 그리고
    상기 연장된 연성 회로 기판층은 신호들 및/또는 전력을 전송하는 데 사용되며, 상기 강성 회로 기판층은 상기 모터 구동-제어 어셈블리의 구동-제어 기능들의 일부를 수행하는 데 사용되는 것을 특징으로 하는 체외 혈액 펌프용 모터.
  9. 제4 항에 있어서,
    상기 회로 기판은 강성 회로 기판층 및 연장된 연성 회로 기판층을 포함하고,
    상기 강성 회로 기판층은 상기 연장된 연성 회로 기판층의 적어도 일 면에 배치되고, 서로 분리된 2개 이상의 강성 섹션들을 포함하여, 상기 회로 기판은 상기 연성 회로 기판층에 의해 구부리거나 접힐 수 있고, 그리고
    상기 연장된 연성 회로 기판층은 신호들 및/또는 전력을 전송하는 데 사용되되고, 상기 강성 회로 기판층은 상기 모터 구동-제어 어셈블리의 구동-제어 기능들을 수행하는 데 사용되는 것을 특징으로 하는 체외 혈액 펌프용 모터.
  10. 제6 항에 있어서,
    상기 회로 기판은 일반적인 U자형 또는 직사각형, 원형, 반원형 또는 불규칙한 형태로 상기 액추에이터 주위에 수직 또는 수평으로 배치되거나, 상기 회로 기판은 적층 방식으로 상기 액추에이터의 일측에 평평하게 배치되는 것을 특징으로 하는 체외 혈액 펌프용 모터.
  11. 제4 항에 있어서,
    상기 모터 구동-제어 어셈블리는 트랜지스터들 및/또는 전력 집적 회로들을 포함하고, 상기 트랜지스터들 및/또는 상기 전력 집적 회로들은 상기 회로 기판에 장착되고; 그리고
    상기 트랜지스터들 및/또는 상기 전력 집적 회로들은 상기 하우징과 접촉하여 상기 트랜지스터들 및/또는 상기 전력 집적 회로들로부터의 열이 상기 하우징을 통해 소산되도록 하고; 또는 상기 회로 기판은 상기 하우징과 접촉하여 상기 트랜지스터들 및/또는 상기 전력 집적 회로들로부터의 열이 상기 회로 기판 및 상기 하우징에 형성된 열 경로를 통해 소산될 수 있도록 하는 것을 특징으로 하는 체외 혈액 펌프용 모터.
  12. 제11 항에 있어서,
    상기 하우징의 외측에는 방열 강화 구조가 제공되고, 상기 방열 강화 구조는 적어도 하나의 방열 핀(fin) 또는 리브(rib)를 포함하는 것을 특징으로 하는 체외 혈액 펌프용 모터.
  13. 제1 항에 있어서,
    상기 하우징은 T자형 구조이고,
    상기 하우징은 일체형으로 구성되거나 복수의 구성요소들에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 체외 혈액 펌프용 모터.
  14. 제1 항에 있어서,
    상기 모터는 상기 임펠러의 로터를 서스펜딩하기 위한 자기 서스펜션 베어링을 구비한 자기 서스펜션 모터로 구성되는 것을 특징으로 하는 체외 혈액 펌프용 모터.
  15. 제14 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 센서는 상기 로터의 회전 속도를 감지하는 회전 변위 센서를 포함하고; 및/또는
    상기 적어도 하나의 센서는 상기 로터의 서스펜딩 위치를 감지하기 위한 축방향 위치 및/또는 변위 센서, 및/또는 반경 방향 위치 및/또는 변위 센서를 포함하고; 및/또는
    상기 적어도 하나의 센서는 온도 센서를 포함하는 것을 특징으로 하는 체외 혈액 펌프용 모터.
  16. 제1 항에 있어서,
    상기 모터는 입력 요소 및 출력 요소를 포함하는 사용자 인터페이스를 더 포함하고,
    상기 입력 요소는 상기 모터의 속도 조정 및/또는 상기 모터의 시동 및 정지를 구현하기 위한 속도 설정 요소를 포함하고, 그리고 상기 출력 요소는 디스플레이, 인디케이터 및 알람 중 적어도 하나를 포함하고; 및/또는
    상기 모터는 신호 변환기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 체외 혈액 펌프용 모터.
  17. 펌프 헤드 및 제1 항에 따른 체외 혈액 펌프용 모터를 포함하는 체외 혈액 펌프에 있어서,
    상기 펌프 헤드는 로터를 구비하는 임펠러를 포함하고, 그리고 상기 모터는 상기 로터를 통해 회전하도록 상기 임펠러를 구동하는 것을 특징으로 하는 체외 혈액 펌프.
  18. 제어 호스트 및 제17 항에 따른 체외 혈액 펌프를 포함하는 체외 혈액 펌프 시스템에 있어서,
    상기 제어 호스트는 상기 체외 혈액 펌프에 전력 및 명령 신호들을 전송하기 위한 전력 전자 회로를 포함하고, 그리고
    상기 제어 호스트는 단지 하나의 연결 리드에 의해 상기 체외 혈액 펌프의 모터와 연결되어, 상기 전력 및 상기 명령 신호들 모두 상기 체외 혈액 펌프의 상기 모터에 전송하는 것을 특징으로 하는 체외 혈액 펌프 시스템.
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