KR20110025177A - 보편적으로 적용 할 수 있는 최적의 관류 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 2개의 독립적으로 조절할 수 있는 펌프를 가진 관류 시스템에서, 적어도 2개의 연결점을 통해 상호 연결되며 대체로 동일한 유체, 특히 혈액, 혈장 또는 전해액을 함유하는 적어도 2개의 독립적으로 조절할 수 있는 순환을 설치하여 최적화하는 방법에 관한 것이다. 상기 관류 시스템은 유체의 펌핑, 전달, 흐름 또는 압력 조절, 여과, 버블 제거, 물질과 에너지 교환, 또는 물리적/화학적 매개변수의 측정을 위한 것들과 같은 표준 장치를 포함한다.

Description

보편적으로 적용 할 수 있는 최적의 관류 시스템{UNIVERSALLY APPLICABLE, OPTIMIZED PERFUSION SYSTEM}

본 발명은 2개의 독립방식 조절 펌프를 가진 관류(perfusion) 시스템에서, 필요에 따라 선택한 적어도 2개의 연결점(junction point)에 의해 상호 연결되며 대체로 동일한 유체, 특히 혈액, 혈장 또는 전해액을 함유한 적어도 2개의 독립방식 조절 순환(independently regulatable circulations)을 확립하여 최적하게 실시하는 방법에 관한 것이다. 상기 2개의 순환은 예를 들어 환자로부터 인출되어 환자에게 귀환하는 환자 혈액 흐름을 가진 환자 순환(patient circulation)과, 혈액 처리장치를 통과하는 혈액 흐름을 포함한 처리 혈액 흐름을 가진 처리 순환(treatment circulation)이다. 상기 관류는 예를 들어, 펌핑, 전달, 흐름 또는 압력 조절, 여과, 버블 제거, 물질 및 에너지 교환, 또는 유체의 물리적/화학적 매개변수를 측정하기 위한 표준장치를 포함한다.

본 발명은 또한 본 발명에 따른 적어도 1개의 관류 시스템을 포함하는 장치에 관한 것이다.

공지된 관류 시스템은 주어진 타입의 유체를 전달 및 처리하기 위해 공통의 펌프(common pump)를 이용하는데, 어떤 상황에서 이것은 최적의 준비와 관련하여 불리함을 발생시킨다. 예를 들어, 산소 공급기(혈액의 산소 수준을 올리기 위한 장치)를 통과하는 혈액의 흐름은 특정된 하한값 아래로 떨어지지 않게 해야한다. 이것은 혈액의 응괴(응고)를 최소로 하기 위해서이다. 환자에게로 가는 혈액의 흐름이 아래에 기재한 바와 같은 공지된 시스템에서 멈추게 되면, 산소 공급기를 통하는 흐름도 멈추게 된다. 관류 시스템을 각각이 자체 독립적인 구동 유닛(펌프)을 가진 환자 혈액 흐름과 처리 혈액 흐름으로 분할함으로써, 본 발명의 실시예에서 예를 들어 나타낸 바와 같이, 최적의 조건을 상기와 같은 상황에서 성취할 수 있을 것이다.

공지된 기술

다수의 가지(branches)를 가진 시스템들을 포함하는 관류 시스템이 예를 들어 H. Frerichs: 2005년 Rudolf J. Tschaut의 팝스트 사이언스 출판사에서 출간한, "체외 순환의 이론과 실제(Extracorporeal Circulation in Theory and Practice)"(289쪽, 도3과 도4)에서, 최신 기술로 오랜 시간 알려져 왔다.

보통 심장 수술에서 사용되는 2개의 표준 시스템은 다음과 같다.

1. 폐쇄 시스템

2. 개방 시스템

폐쇄 시스템에서, 환자에서 회수된 정맥 혈액은 연성 저장 백(soft reservoir bag)을 통해서 체외 처리장치로 보내진다. 따라서, 상기 체외 시스템은 대기로부터 밀봉될 수 있는 것이다. 반면에, 개방 시스템에서는 하드-셀(hard-shell) 저장기가 사용되며, 여기에선 압력 평형을 목적으로 대기와 저장기의 내부와의 사이가 항시 개방 연통(open communication)되어야 한다.

상술한 시스템 이외에, 예를 들어 밸브 또는 클램프에 의해 조절될 수 있는 동맥-정맥 분로(arteriovenous shunt)를 추가적으로 포함하는 배열(arrangements)이 가능하다. 이것은 처리 혈액 흐름으로부터 환자 혈액 흐름을 부분적으로 연결해제가 가능하게 하지만, 성립된 흐름 조건이 흐름 저항과 우세한(prevailing) 동맥/정맥 압력 조건의 경계 내에서만 영향을 받을 수 있는 것이다. 환자 혈액 흐름과 처리 혈액 흐름은 이러한 방식에서는 안정적으로 조절될 수 없고, 그리고 우세한 압력 조건에 따라 환자 흐름을 정지하거나 방향 변경까지도 할 수 있다.

혈액-운반 제품(blood-conveying products)이 직렬로 연결된 곳에서, 이들 제품들을 모두 통과하는 혈액 흐름은 동일하게 높고, 그리고 전체 혈액 흐름(환자 혈액 흐름)에 대응한다. 따라서, 단 한 개의 혈액 흐름 모니터와 단 한 개의 조절식 구동 펌프가 필요하다. 그러나 이것은 항상 장치의 부품들의 성능과 혈액 손상의 면에서 타협되어야 하는 것을 의미하고, 그리고 1개 부품에서 응고가 발생하면 전체 혈액 흐름이 정지되는 것이다. 공지된 기술이 가진 유일한 대안은 이런 전체 혈액 흐름을 필요로 하지 않는 개별적인 장비 부품의 부분적인 또는 전체적인 우회(bypass) 방식이다. 그러나, 1개 이상의 장치 또는 장비 부품에서의 전체 흐름 보다 높은 흐름은 선택사항이 아니다.

공지된 관류 기술에서, 심폐 우회 외에, 2개의 부가적인 연결이 되지만 독립적으로 조절가능한 순환, 즉, 심장마비 순환 및 벤트(vent) 순환이 공지된 기술에 존재한다. 그 밖의 추가적인 순환은 D. Schwartz: 2005년 Rudolf J. Tschaut의 팝스트 사이언스 출판사에서 출간한, "체외 순환의 이론과 실제"(294쪽, 도4)에서 Tube systems-the industry view에 기술되어 있는, 개별적으로 성립된 것이다.

그러나, 각각이 자체 펌프에 의해서 구동되는 이들 순환은 단일 연결점에서 심폐의 순환에만 연결되는 것이다. 즉, 환자 순환과의 제2접촉은 각각 카테테르/카뉼레 및 벤트를 통해 이루어진다.

모든 이들 공지된 관류 시스템들은 독립적인 순환이 모두 예를 들어 환자 혈액의 유입 흐름 또는 유출 흐름을 위한 접근 지점(access points)을 분리시킬 필요가 있어, 추가 카뉼레/카테테르 및 튜브 시스템을 필요로 하는 불리함이 있다. 이것은 높은 프라이밍 용적(priming volume)을 수반하며 추가적인 상처 면으로 인해 환자에게 상당한 손상을 준다. 더욱이, 독립적인 순환은 이런 경우엔 모두 분리되어 감시되어야 한다.

또한 종래 기술로부터 공지된 것에는 예를 들어 1개 이상의 펌프를 포함하는 조합된 투석(haemodialysis) 및 CO₂ 제거를 위한 방법 및 장치가 있다.

EP 1522323 A1은 단일 유닛에 합체된 다운스트림 투석기를 가진 산소 공급기로 구성된 장치를 게재하였다. 조합된 혈액투석 및 CO₂ 제거용 시스템에서의 상기 장치의 사용은 EP 1522323 A1, EP 1524000 A8 및 EP 1698362에 게재되었고, 또한 WO 2005/075007 A1에도 게재되었다. WO 2005/075007 A1은 조절식 펌프에 의한 조절이 가능하며 2개의 연결점을 통해 초여과물(ultrafiltrate) 배출구로부터 산소 공급기의 혈액 유입구로 귀환하는 초여과물을 인도하여, 산소 공급기를 통해 지나가는 혈액을 묽게 할 수 있는 제2순환을 게재하였다. 그러나, 상기 순환은 초여과물이 기껏해야 소량의 통과 혈액만에 상당하여, 환자 혈액 흐름과는 독립적이지 아니하며, 환자 순환의 유체도 아니고 처리 순환의 유체도 대체로 마찬가지다(각각 혈액과 초여과물).

US 5411706 A(Hubbard 등)는 내부 순환이 산소 공급기의 유출구와 펌프의 유입구까지의 재순환 라인을 경유하여 세트업 되며 재순환 라인을 얼마간 클램핑하여 감소되는 산소 공급기와 펌프로 구성된 시스템을 게재하였다. 그 목적은 이런 부분적인 재순환에 의해 그리고 그 결과로 생긴 산소 공급기를 통하는 복수개의 통로에 의해 산소 공급기의 성능을 향상시키는 것이다. 그러나, 환자 혈액 흐름은 처리 혈액 흐름과 독립적으로 조절될 수 없다. 재순환 라인이 완전하게 폐쇄될 때, 환자 혈액 흐름이 최대가 되어, 처리 혈액 흐름과 같게 된다. 모든 다른 재순환 라인의 개방 상태에서는 환자 혈액 흐름이 처리 혈액 흐름보다 낮다. 이런 시스템의 다른 결점은 클램핑에 의해 설정된 처리 흐름에 대한 환자 혈액 흐름의 비율이 일정하게 유지되지 않고, 정맥 또는 동맥 라인에서의 우세한 흐름 저항에 따라 변하는 것이다. 심한 경우에는, 예를 들면 재순환 라인이 비교적 넓게 개방되고 그리고 환자의 혈관 저항이 상승할 때, 환자 혈액 흐름은 완전히 멈추기까지도 한다.

US 3890969(Fischel)은 정맥 혈액이 산소포화 펌프(oxygenation pump)에 의해 한 저장 백(reservoir bag)으로부터 멤브레인(membrane) 산소 공급기와 열(heat) 교환기를 통해 제2저장 백으로 향하게 되는 저장 백 내의 정맥 혈액을 수용하는 관류 시스템을 게재하였다. 제2저장 백으로부터, 상기 혈액은 메인 펌프를 경유하여 동맥으로 환자에게 귀환하게 된다. 제2저장소로부터 제1저장소로의 재순환 라인이 과도한 혈액을 오버플로우(overflow)시키는 역할을 하여, 제2저장소가 파열되는 것을 막는 것이다. 산소포화 펌프는 레벨 센서, 증폭기 및 서보 모터로 구성된 제어 메카니즘을 경유해 메인 펌프에 의해 제어된다. 전체적인 배열은 불충분한 양의 혈액으로 인한 문제를 방지하게 이루어진다. 따라서, 설비는 무엇보다도 2개의 흐름이 동일하게 동맥 흐름이 수동적인 정맥 귀환 흐름과 부합하도록 제조되어야 한다. 또한, 제2저장소가 빈 공간(empty)으로 펌핑되어 혈액의 캐비테이션, 버블 형성, 및 용혈의 위험을 갖지 않도록, 산소포화 펌프는 항상 메인 펌프보다 약간 더 많은 양의 혈액을 배출하여야 한다. 2개의 펌프와 그에 따른 2개의 순환은 상호 의존하며, 각각이 저장 백의 사이에 배치되고 직렬로 연결된다. 그리고 상기 시스템은 추가적인 저장소와 튜브 라인 때문에 높은 프라이밍 용적을 갖는다. 상기 저장 백이 접처질 수 있기 때문에, 상기 시스템은 혈액 양이 감소하면 유체가 채워져야만 한다.

본 발명의 과제는 공지된 기술에서 나타난 결점들을 극복하여, 환자 유체 흐름과 처리 유체 흐름이 독립적으로 조절되게 하는 보편적으로 적용할 수 있는 관류 시스템을 위한 방법과 장치를 제공하는 것이다.

상기 과제는 본 발명과 본 발명을 나타낸 특허청구범위에 의해 완전히 해결되었다.

본 발명에 따른 관류 시스템은 2개의 독립적으로 조절할 수 있는 펌프(independently regulatable pump)를 사용한다. 제1펌프는 원하는 정맥 및 동맥 흐름인, 환자 혈액 흐름을 유지한다. 제2펌프는 특별한 적용을 위해 최적화된 흐름(처리 혈액 흐름)의 비율과 압력으로 관류 시스템의 파트를 선택적으로 통해 유체가 흘러갈 수 있게 한다. 정상적인 열(normal series)의 연결로부터 부품을 연결 해제하여 무엇이든 최상의 연결점에 유입구와 배출구를 재삽입하고, 그리고 조절할 수 있는 펌프에 의해 이런 분리된 순환을 통하는 흐름을 제어함으로써, 프라이밍 용적, 제품 성능, 처리 혈액 흐름, 환자 혈액 흐름, 및 혈액 손상에 관한 모든 요구에 최적화된 조건이 설정될 수 있다. 추가적인 카뉼레/카테테르가 없고, 따라서 추가적인 수술적 치료가 필요하지 않고, 그리고 전과 같이 오직 안전과 관련된 환자 혈액 흐름 만을 감시할 필요만 있다. 상기 공지 기술과 비교하여, 처리 혈액 흐름(및 관련된 매개변수)을 필요한 수준으로 설정할 수 있고, 따라서 환자 혈액 흐름보다 높게 할 수 있다. 본 발명에 따른 관류 시스템이 팽창 또는 수축될 수 있는 유체 처리장치를 가져야 하지 않았고 그리고 정맥 흐름이 순전히 수동적인 원칙(purely passive basis)에 따라 일어나야 하지 않기 때문에, 양쪽 흐름이 액체의 비압축성과 시스템의 밀봉 성질 덕택으로 평형작용 제어 메카니즘(equalizing control mechanism)이 없어도 동일한 크기를 갖는다. 특정한 매개변수들을 펌프의 독립적인 조절에 의해 신뢰할 수 있게 유지될 수 있다.

이런 시스템에서는 환자 혈액 흐름을 유지하며 공지된 기술로부터 알려진 제1펌프가 본 발명에 따른 관류 시스템에서 처음부터 포함될 필요는 없다. 또한, 본 발명에 따른 관류 시스템은 처리 순환을 위한 독립적으로 조절할 수 있는 펌프를 가진 게재된 시스템에 환자 순환을 위한 펌프를 가진 통상적인 관류 시스템을 조합하여 조립될 수도 있다.

또한, 본원은 처리 순환과 독립적으로 조절될 수 있는 환자 순환을 위한 펌프로서 환자의 심장을 사용하는 적용도 포함한다.

환자 심장의 펌핑 작용(또는 동맥-정맥 압력차)이 약제에 의한 영향을 받게 되어, 조절될 수 있는 것이므로, 환자의 심장도 또한 독립적으로 조절할 수 있는 펌프로서 기능을 발휘할 수 있다. 그러나, 이런 독립 방식은 가스 교환 및 환자 순환과 같은 생명-유지 기능이 연결된 유체 처리장치와 적어도 1개의 펌프에 의해 부분적으로 또는 전체적으로 인수되었을 때에만 전적으로 이용될 수 있는 것이다. 이런 환경 하에서만 환자의 죽음을 유발하지 않고, 환자의 심장을 예를 들어 0(nil)의 펌핑 출력까지 오랜 시간에 걸쳐 하향하여 조정할 수 있다.

본 발명은 또한 기능을 위해 합체된 혈액 펌프를 필요로 하는 투석과 같은 표준 체외의 혈액 처리 방법도 수용하는 것이다. 그에 따르는 부수적인 이점을 가진 본 발명에 따른 관류 시스템은 또한 본 발명에 따라서 독립적으로 조절할 수 있는 펌프와 추가적인 혈액 처리장치를 조합시키어 그런 공지된 시스템에 채택될 수도 있는 것이다.

독립적으로 조절할 수 있는 펌프를 가진 추가적인 혈액 처리장치를 이미 사용하고 있는 혈액 처리 시스템에 본 발명에 따라 연결시키었을 때 환자에게 더해지는 이점은 카뉼레/카테테르를 추가시킬 필요가 없는 것이다.

또한, 예를 들어 폐쇄작용 롤러 펌프(occlusive roller pump)와 비-폐쇄작용 원심 펌프(non-occlusive centrifugal pump) 같은 2개의 다른 타입의 펌프의 조합의 가능성은, 예를 들어 발생된 최대 압력, 회전 율, 크기, 전기적 특성, 장기간 사용의 적합성 등과 같은 특징들과 서로 다른 특성 곡선(characteristic curves)들이 양호한 이점을 얻는데 사용될 수 있고, 그리고 그들의 단점(특정 요구의 견지에서)이 피해질 수 있음을 의미한다. 이런 유사하지 않은 펌프의 유리한 조합으로부터 초래되는 특징의 프로필은 공지된 단일 펌프의 그것보다 우수하며 새로운 처리 가능성을 제공하면서, 특정한 조건에 적합하게 채택될 수 있는 것이다.

도1은 가장 간단하게 생각할 수 있는 펌프-구동식 관류 시스템으로, 환자에게 연결된 최소화한 폐쇄된 시스템의 배치도이다.
도2는 공지된 최소화한 관류 시스템을 개략적으로 나타낸 배치도이다.
도3은 조절식 분로에 의해 환자 혈액흐름을 감소시키기 위한 설비를 가진 표준 순환의 배치도이다.
도4는 가능한 혈액 유입구를 나타낸 연결점(1, 3, 5)과 가능한 혈액 유출구를 나타낸 연결점(2, 4, 6)이 중첩된 본 발명에 따르는 연결점을 가진 도2와 도3으로부터의 표준 순환을 나타낸 도면이다.
도5는 펌프와 유체 처리장치의 서로 다른 6개의 배열[ a) - f) ]을 나타낸 도면이다.
도6은 예를 들어 연결점(5, 6)에 본 발명에 따른 배열[ a) ]을 결합하여 얻은 실시예를 나타낸 도면이다.

간략하고 명료한 설명 및 기재를 위해서 필요 물품인 카뉼레 및/또는 카테테르는 이하의 설명과 도면에서 모두 생략되었다.

도1은 가장 간단하게 생각할 수 있는 펌프-구동식 관류 시스템으로, 환자에게 연결된 최소화한 폐쇄된 시스템의 배치도이다. 환자에게 연결된 최소화한 체외의 우회로(minimized extracoporeal bypass)의 배치를 매우 간략한 형상으로 나타내었다. 도1에서, 산소 공급기는 유체 처리장치로서 도시되었지만 예를 들어 투석기 같은 다른 유체 처리장치가 이런 배열에 포함될 수도 있다. 도면에 도시된 바와 같이 펌프의 하류에 유체 처리장치를 배치하는 것은 정상적인 실시이지만, 이런 특별한 경우로 본 발명의 실시가 한정되진 않는다. 가장 간단한 경우(정상적으론 실제 일어나지 않음)에, 상기 펌프는 다른 유체 처리장치를 갖지 않고, (심장의 펌핑 기능을 지원하도록) 튜브 시스템을 통해 환자에게 간단히 유체가 귀환하도록 펌핑할 수 있다. 그러나 이때에도, 대부분의 경우에 펌프 회로에 예를 들어 폐(pulmonary) 기능을 지원하기 위한 산소 공급기 또는 색전증(embolisms)을 막는 필터를 합체하는 것이 유용한 방편이 될 것이다. 도면에 도시된 정맥과 동맥 라인은 환자로부터 펌프로 그리고 산소 공급기로부터 환자에게 연결된 튜브 연결부이다. 다른 가능한 것으로는 환자 심장의 펌핑 기능, 또는 정맥-동맥(A-V) 압력차를 사용하여 체외의 순환(extracorporeal circulation)을 운용할 수 있다. 이런 경우에는 유체 처리장치만이 체외 순환에 필요하고, 환자 혈액 흐름은 동맥-정맥 압력차에 의해 유지된다.

도2는 공지된 최소화한 관류 시스템을 개략적으로 나타낸 배치도이다. 본 발명에 따른 유입구와 유출구용의 가능한 연결점을 도4에 나타낸다. 본원 도면에서의 배열(arrangement)은 항상 환자 흐름방향으로 보여지게 하였다. 분명히, 가능한 유입구는 가능한 유출구와 조합될 수 있다.

도2는 환자 혈액 흐름이 처리 혈액 흐름과 동일한 표준 순환을 나타낸 것이다. 도면의 산소 공급기는 바람직한 유체 처리장치를 나타낸다.

도3은 조절식 분로에 의해 환자 혈액흐름을 감소시키기 위한 설비를 가진 표준 순환을 나타낸 도면이다. 여기서, 환자 혈액 흐름은 항상 처리 혈액 흐름보다 적거나 같을 것이다.

도4는 가능한 혈액 유입구를 나타낸 연결점(1, 3, 5)과 가능한 혈액 유출구를 나타낸 연결점(2, 4, 6)이 중첩된 본 발명에 따른 연결점을 가진 도2와 도3으로부터의 표준 순환을 나타낸 도면이다. 여기서, 환자 혈액 흐름은 처리 혈액 흐름과 같다.

도2와 도4에 최소화한 시스템의 도시는 단지 설명을 명료하게 하려는 의도로 묘사된 것으로, 최소화한 시스템으로 한정하여 해석되지 않아야 한다.

모든 개략적으로 나타낸 종래의 관류 시스템에서, 지시된 위치에 있는 장치에 더해지는 필요한 다른 유체 처리장치는 종래의 관류 시스템의 바람직한 위치에 포함될 것이다.

필요에 따라 선택한 적어도 2개의 연결점을 통해, 적어도 1개의 독립적으로 조절할 수 있는 펌프와 적어도 1개의 유체 처리장치로 구성된 제2관류 시스템을, 공지된 관류 시스템에 연결함으로써 상기 공지된 관류 시스템을 개량하여, 유입구와 유출구(항시 환자 흐름 방향으로 보는)를 위한 2개의 연결점에 대해 다음과 같은 6개의 가능한 변형을 갖는 본 발명에 따르는 관류 시스템을 산출한다.

-변형1 (펌프와 유체 처리장치를 연결점1 과 2 사이에 배치)

-변형2 (펌프와 유체 처리장치를 연결점1 과 4 사이에 배치)

-변형3 (펌프와 유체 처리장치를 연결점1 과 6 사이에 배치)

-변형4 (펌프와 유체 처리장치를 연결점3 과 4 사이에 배치)

-변형5 (펌프와 유체 처리장치를 연결점3 과 6 사이에 배치)

-변형6 (펌프와 유체 처리장치를 연결점5 와 6 사이에 배치)

상기 공지된 관류 시스템이 최소화된 시스템(minimized systems)의 기술에서 논의된 바와 같이 튜브 시스템에 합체된 펌프만으로 구성될 때, 당연히 연결점의 범위가 4로 감소되며, 이런 경우에는 오직 3개의 다른 변형 만이 산출된다.

유사하게, 환자 순환을 위한 독립적으로 조절할 수 있는 펌프로서 환자의 심장을 사용하는 적용에서는 배치에 오직 4개의 유용한 연결점이 있으며 그 중, 2개는 유체 처리장치의 전방에 위치하고, 2개는 그 뒤에 위치하여, 오직 3개 만의 다른 변형이 산출된다.

가능한 연결점이 결정되었으면, 본 발명에 따라 가능한 펌프 및 유체 처리장치의 배열이 고려될 수 있다. 도5는 펌프와 유체 처리장치의 서로 다른 6개의 배열[ a) - f) ]을 나타내며, 각 배열의 흐름 방향은 흐름 방향(in → out)으로 항시 생각한다.

여기서도 또한, 명료한 설명을 위해 오직 최소화 형상(독립적으로 조절할 수 있는 펌프와 1개의 유체 처리장치)으로만 도시하였다. 그러나, 본 발명에 따라서, 임의 수의 추가적인 유체 처리장치를 상기 배열에서 임의적인 필요한 지점에 포함시킬 수 있다. 상기 배열[ a) - f) ]에서 도면의 좌측에 도시된 연결점이 항상 혈액 유입구로서 선택되고, 그리고 우측에 도시된 연결점은 혈액 유출구로서 선택된다. 상기 처리 혈액 흐름은 모두 설명된 배열[ a) - f) ]에서 환자 혈액 흐름과 독립적으로 선택된다. 도5의 연결점은 도4의 연결점에 대응한다.

도6은 예를 들어 연결점(5, 6)에 본 발명에 따른 배열[ a) ]을 연결하여 얻은 실시예를 나타낸 도면이다. 분명히, 본 발명에 따른 모든 배열을 실시할 수 있으며, 도6은 바람직한 실시예 중의 하나를 나타낸 것이다. 처리 혈액 흐름은 환자 혈액 흐름과 독립적으로 선택될 수 있다.

다른 가능한 실시예를 도4와 도5에 개략적으로 나타낸 배열을 조합하여 이끌어 낼 수 있다. (총 6개의 연결점 변형 x 6개 배열 = 36개의 가능한 변경)

따라서, 관류 시스템의 기능적인 형상은 가장 바람직한 연결점과 유체 처리장치의 가장 바람직한 배열을 필요에 따라 선택함으로써 주어진 조건에 최적화할 수 있고, 예를 들어 열(heat) 또는 물질 전달, 또는 혈액 특성의 보존 같은 유체 처리장치의 성능 매개변수를 독립적인 유체 흐름을 통해 최적하게 할 수 있다.

전반적인 이점이 예를 들어 다음과 같은 상황에서 발생하며, 다음과 같은 상황은 결코 이런 경우에 방법의 적용을 한정하는 것은 아니다.

본 발명에 따라 합체된 제품을 갖는 관류 시스템:

-산소 공급기: 예, 심장에서의 수술이 완료되었고 그리고 심장 기능이 산소 공급기가 예를 들어 2 l/min 으로 재순환되는 동안 점검될 때와 같은 상황에 있을 때, 환자 혈액 흐름을 제로로 감소시킬 수 있다. 이것은 혈액이 산소 공급기에서 흐르지 않고 정체되는 것을 방지하고, 또한 만일 HLM으로부터 떼어놓기가 곤란하여 그곳에서 환자 흐름이 장기간 정지하면 산소 공급기에서 응고되는 것을 방지한다. 따라서, 상기 시스템은 급작스럽게 발생하는 심장의 기능감퇴와 같은 비상 상황용으로 언제라도 활용될 수 있다.

-산소 공급기: 예, 처리 혈액 흐름을, 산소 공급기를 교체할 필요가 있을 때와 같은 상황에서 제로로 감소시킬 수 있다. 이때, 환자 혈액 흐름은 산소 공급기가 클램프-오프되고 교체되는 동안 순환을 멈출 필요가 없도록 흐름을 유지할 수 있다.

-산소 공급기: 특히 ECMO 적용에서 본 발명에 따른 방법은 이점을 제공한다. 예를 들어, 매 중간 비율 조건이, 산소 공급기를 통하는 높은 환자 혈액 흐름과 높은 혈액 흐름을 특징으로 하는 환자의 심장과 폐의 기능의 전체 교체로부터, 산소 공급기를 통하는 매우 낮은 환자 혈액 흐름과 기능-유지 혈액 흐름을 특징으로 하는 장치로부터의 환자의 완전한 이탈까지 조절될 수 있다. 이것은 심장과 폐의 회복이 환자에 대한 최소한의 위험으로 실행될 수 있고 그리고 장시간 동안 지속 유지될 수 있고, 그리고 회복 후 환자는 위험 없이 떼어질 수 있게 한다. 심장/폐 기능부전의 경우에, 전체 심폐 기능은 언제라도 인수될 수 있다.

-산소 공급기: 환자 혈액 흐름보다 높은 산소 공급기를 통해 혈액이 흐르게 하는 것이 유리하다. 이것은 산소 공급기에서 안정적이고 기능적으로 최적인 흐름 조건을 발생시킬 것이며 혈액이 산소 공급기를 통하는 1개 이상의 통로를 지나가게 하거나 또는 전적으로 내부에서 재순환이 일어나게 한다. 예를 들어, 산소 공급기를 통하는 복수개의 통로는 미세 버블을 제거하거나 또는 가스 교환(필요 시)을 설정한 평형상태에 가깝게 이동시키는데 특히 효과적이다.

-산소 공급기: 본 발명에 따르는 관류 시스템은 분리된 기능을 수행하는 제품 형상에 비해서 예를 들어 프라이밍 용적, 열 손실 및 혈액 손상 면에서 상당한 향상을 초래하여, 합체된 제품(버블 트랩(bubble trap), 원심 펌프, 산소 공급기, 열교환기, 필터)의 사용을 통해 매우 양호한 이점이 실현될 수 있다.

-동맥 필터(arterial filter), 버블 트랩: 환자 혈액 흐름보다 높은 동맥 필터 또는 버블 트랩을 통해 혈액을 흐르게 하는 것이 유리하다. 이것은 제품에서 기능적으로 최적의 흐름 조건을 발생시킬 것이며 혈액이 상기 제품을 한 번 이상 통과하게 할 수 있게 하거나 또는 전적으로 내부에서 재순환이 발생할 수 있게 한다. 예를 들어, 동맥 필터 또는 버블 트랩의 다수 회 통과는 미세 버블을 제거하는데 특히 효과적일 수 있다.

-혈액 집중기(blood concentrator), 투석기: 혈액 집중기 또는 투석기를 통하는 혈액 흐름은 특별한 적용에 맞게 최적화될 수 있다. 또한, 혈액 압력과 그에 따른 제품 출력이 처리 가지(treatment branch)를 위해 분리하여 조절될 수 있다. 이것은 이런 처리 순환에서 혈액 특성의 최상의 가능한 보호가 수반되는 최적의 제품 성능을 달성할 수 있게 한다.

-투석기: 장비-감시 투석(equipment-monitored dialysis)에서, 결함 또는 고장으로 인한 장치의 정지 및, 그에 따른 펌프 및 환자 혈액흐름의 정지가 일어날 수 있다. 만일 다른 유체 처리기가 이런 시스템에 추가로 연결되었다면, 정체로 인한 응고의 위험이 있다. 본 발명에 따라서, 처리 혈액 흐름은 정체 및 그에 따른 응고의 위험이 발생하지 않도록 제2펌프에 의해 처리 순환에서 유지된다. 따라서, 연결된 유체 처리기의 기능이 고장 사고가 발생하여도 부정적 영향을 받지 않는다.

-투석기: 투석 시스템의 환자 혈액 흐름은 100-500ml/min의 범위에 있다. 만일 상기 흐름보다 더 높은 흐름에 최적하게 된 다른 유체 처리장치가 이런 시스템에 추가적으로 연결된다면, 제품 성능의 약화 그리고/또는 (유체 처리장치의) 한계(marginal) 지대에서의 정체로 인한 가끔의 응고의 위험이 있다. 본 발명에 따라서, 독립적으로 조절할 수 있는 처리 혈액 흐름은 정체 및 그에 따른 응고의 위험이 일어나지 않도록 제2독립적으로 조절할 수 있는 펌프에 의한 처리 순환에서 유지된다. 예를 들어, 처리된 유체가 처리 장치(들)를 통과한 후 평형 조건에 가능한 가깝게 근접할 필요가 있는 경우에는, 신뢰할 수 있게 작용하도록 나타난 환자 혈액 흐름보다 높은 처리 흐름을 필요로 하는 대형 능동적인 면 영역을 가진 유체 처리장치가 사용될 수 있다. 따라서, 예를 들어 간단한 조작으로(추가 카뉼레/카테테르가 없어, 투석 혈액 흐름이 변형될 필요 없음) 비교적 낮게 나타난 투석 혈액의 흐름으로부터 CO₂의 사실상 완전한 제거를 이룰 수 있고, 따라서 높은 조직의(higher systemic) CO₂ 제거가 낮은 환자 혈액 흐름에도 불구하고 이루어진다.

상기 마지막 적용 예는 공지된 기술과는 상당히 다르다. US 5411706 A(Hubbard 등)이 주어진 산소 공급기가 최대 용량으로 활용되어야(소형 치수를 얻을 수 있게) 하는 것을 제안한 것인 반면에, 본 발명의 목적은 그 기능이 필요로 하는 흐름 조건을 갖춘 특별한 적용을 위한 이상적 유체 처리장치를 제공하는 것이다. 평형 조건으로의 접근과 관련해서 이것이 의미하는 것은, 최대로 가능하며 가장 효과적으로 가능한 교환 면을 가진(즉, 예를 들면 이들은 최대로 가능한 치수를 가짐) 장치의 사용이다. 예를 들어 혈액 산소 포화에서 공지된 기술의 목적은 평형상태가 아니고, 생리학적으로 필요한 가스의 부분 압력의 유지이다. 만일 생리학적 산소의 부분 압력이 요구되면, 공급 가스 내의 산소의 높은 부분 압력은 가스상(gas phase)의 pO₂ 와 혈액 내의 pO₂ 와의 사이에 높은 기울기에 의해 높은 이동을 초래한다. 만일 혈액이 이런 공급 가스와 평형을 이루게 되면, 극히 높은, 따라서 비생리학적인 산소의 부분 압력을 얻을 수 있을 것이다.

다시, 혈액 산소 포화 내의 CO₂의 제거는, 공지된 기술에 따라서 완전에 가까운 제거가 아닌, 산소 공급기 유출구에서의 생리적 농도(physiological concentrations)를 초래하는 것을 의미한다. 따라서, 목적으로서 생리적 조건을 가지며, 공지된 기술의 접근방식은 높은 기울기의 물리적, 화학적 또는 생물학적 매개변수로 작업하여 처리를 통해 변경되게 하고, 그리고 비교적 작은, 따라서 저렴한 가격의 교환 면으로 평형상태의 설치가 목적으로서 전혀 보이지 않는다.

앞에서 사용된 "대체로 동일한 유체"의 표현은, 한 부분 순환의 유체가 그것이 통과한 장치로 인해 또는 다른 조작으로 인하여 다른 것과 물리적, 화학적 또는 생물학적 면에서 어떤 차이를 나타내더라도, 동일한 종류의 유체가 각각의 독립적인 부분 순환에 존재한다는 의미로 이해되어야 한다.

예를 들어, 혈액 집중기 또는 투석기를 통과 한 후, 처리될 혈액은 높은 HCT 값을 가질 것이지만, 유입부와 유출부에 존재하는 것은 혈액이다. 반면에, 얻은 투과물(permeate)은 무-셀(cell-free) 및 사실상 무-단백질이어서 혈액과 균등하다고 할 수 없는 다른 유체를 나타낸다. 백혈구 필터를 통과한 후, 이렇게 처리된 혈액은 백혈구를 거의 갖지 않을 것이다. 그러나, 어느 정도의 백혈구를 함유한 혈액은 여전히 오리지널 혈액과 일치하는 것으로 여겨져야 한다.

혈액 성분(apheresis)의 경우에, 공지된 기술에서, 무-셀 액체(혈장)가 상기 혈액으로부터 계속적으로 여과되어, 예를 들어 유독 물질을 흡착하게 설계된 흡착 칼럼을 통해 인도된다. 다음, 무-독소 혈장은 높은 수준의 셀룰러 구성물을 갖는 혈액으로 돌아온다. 여기서 다른 종류의 유체로서의 혈장과 혈액(어느 정도의 셀룰러 내용물을 가짐) 사이에서 명확한 구분이 이루어져야 하고, 유독 물질을 그 안에 갖거나 갖지 않은 혈장은 하나의 동일한 유체로서 간주한다.

따라서, 혈액/혈장 스트림의 가지에서, 본 발명에 따른 방법은 상기 혈액과 혈장 스트림이 대체로 동일한 유체를 포함하지 않기 때문에 분명해지지 않는다. 그러나, 혈액 스트림 내에서, 혈장 필터를 통과하기 전과 후에, 다른 HCT의 혈액이 대체로 동일한 유체이며, 유사한 유체가 존재하고, 따라서 본 발명에 따른 방법의 조건이 효과가 있다. 예를 들어 흡착기를 통과 한 후, 무-독소 혈장을 초래하는 혈장 스트림 내에서도 동일한 것이 적용된다. 여기서도 역시 본 발명에 따른 방법의 조건들이 이행되었다.

본 발명에 따른 관류 시스템의 기능을 수행하는데 필요한 적어도 2개의 순환의 적어도 2개의 연결점은 실제 환자 순환과 처리 순환의 혼합 레그(mixing leg)의 경계를 나타낸다. 환자 순환에서의 처리된 유체의 (적어도 극 소량의)혼합은 처리 효과(treatment effect)를 얻기위해 필요하다. 처리 순환의 이상적인 단일 연결점 만을 갖고, 따라서 환자 순환에 그것을 연결하는 마디 면(nodal surface)이 없는 상태에서는 2개 순환의 유체의 혼합이 일어나지 않는다. 따라서, 처리된 유체의 혼합을 통해 환자 순환에 영향을 미칠 수 있도록 적어도 매우 작은 거리로 떨어져 설정된 적어도 2개의 연결점이 있어야 한다. 역으로, 환자 및 처리 순환으로부터의 유체의 혼합은 따라서 적어도 이들 2개의 연결점이 존재한다는 사실을 증명하는 것으로 해석될 수 있다. 이것은 본 발명에 따르는 관류 시스템 및/또는 장치에서, 연결점의 장소가 시각적으로 또는 기하학적으로 정해질 수 없을(또는 정밀하게 정해질 수 없는) 때 적용될 수 있다. 펌프와 조합하여 상호 연결된 유체 처리장치를 포함하는 합체된 제품에서, 상기 제품은 예를 들어 유입구와 유출구 만이 접근가능하지만, 펌프와 적어도 1개의 유체 처리장치로 구성되는 본 발명에 따른 독립적으로 조절할 수 있는 처리 순환이 내부에 존재할 수 있다. 만일 2개의 독립적으로 조절할 수 있는 순환의 상기 방법의 기본적인 원리가 직렬의 연결인 이 경우에 독립적으로 조절할 수 있는 펌프를 포함하는 독립적으로 조절할 수 있는 환자 순환에 적어도 2개의 내부 연결점을 가진 합체된 제품을 연결함으로써 실현되면, 이 경우에도 역시 본 발명에 따른 관류 시스템이 만들어진다.

기술된 방법과 유체 처리장치는 환자 처리("온라인" 유체처리) 시나리오의 예에서 논의되었다. 본 발명에 따르는 방법과 장치는 물론 환자가 존재하지 않는 "오프라인" 유체 처리에서도 유익하게 사용될 수 있는데, 이런 경우 "환자 순환"은 필요한 변경을 가하여 적용되어야 한다.

물론, 본 발명에 따르는 관류 시스템도 본 발명의 범위로부터 이탈하지 않고 매개변수를 조절하기 위한 센서와 같은 제어 및 조절용 부품과 게재된 펌프에 더해지는 제어 회로 및 최종 제어 요소도 포함할 수 있다.

본 발명은 2개의 독립적으로 조절할 수 있는 펌프를 가진 관류 시스템에서, 적어도 2개의 연결점을 통해 상호 연결되고 대체로 동일한 유체, 특히 혈액, 혈장 또는 전해액을 함유하는 적어도 2개의 독립적으로 조절할 수 있는 순환을 설치하여 최적화하는 방법에 관한 것이다. 상기 관류 시스템은 유체의 펌핑, 전달, 흐름 또는 압력 조절, 여과, 버블 제거, 물질과 에너지 교환, 또는 물리적/화학적 매개변수의 측정을 위한 것과 같은 표준 장치를 포함하는 것이다.

Claims (4)

1. 적어도 2개의 펌프를 가진 보편적으로 적용할 수 있는 관류 시스템을 위한 방법에 있어서, 상기 적어도 2개의 펌프는 서로 독립적으로 조절되고 그리고 적어도 2개의 독립적으로 조절할 수 있는 혈액 순환은 적어도 2개의 공통의 연결점을 통해 연결되며 대체로 동일한 유체, 바람직하게는 혈액, 혈장 또는 전해액을 함유하게 작동되는 것을 특징으로 하는 방법.
2. 제1항에 있어서, 적어도 1개의 독립적으로 조절할 수 있는 펌프를 포함하는 관류 시스템에, 적어도 1개의 독립적으로 조절할 수 있는 펌프를 포함하는 제2관류 시스템이 더해져,
   적어도 2개의 독립적으로 조절할 수 있는 혈액 순환이 적어도 2개의 공통의 연결점을 통해 연결되며 대체로 동일한 유체, 바람직하게는 혈액, 혈장 또는 전해액을 함유하게 작동되는 것을 특징으로 하는 방법.
3. 제1항 또는 제2항에 따른 방법을 작동하기 위한 적어도 2개의 펌프를 가진 보편적으로 적용할 수 있는 관류 시스템을 위한 장치에 있어서, 적어도 2개의 독립적으로 조절할 수 있는 펌프와, 적어도 2개의 공통의 연결점에 의해 연결되며 대체로 동일한 유체, 바람직하게는 혈액, 혈장 또는 전해액을 함유한 적어도 2개의 독립적으로 조절할 수 있는 혈액 순환이 제공되는 것을 특징으로 하는 장치.
4. 제3항에 있어서, 상기 장치는 적어도 1개의 독립적으로 조절할 수 있는 펌프를 가진 다른 관류 장치와 조합되며, 그 조합에서, 적어도 2개의 공통의 연결점을 통해 연결되며 대체로 동일한 유체, 바람직하게는 혈액, 혈장 또는 전해액을 함유하는 적어도 2개의 독립적으로 조절할 수 있는 혈액 순환이 제공되는 것을 특징으로 하는 장치.

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