KR20230038595A - 채널에 액체를 공급하는 공급 장치의 작동방법, 공급 장치, 중공형 카테터 및 카테터 펌프 - Google Patents

Abstract

본 발명은 채널(8), 특히 중공형 카테터(1) 내부에서 구동되는 공급 장치 및 채널(8)에 액체를 공급하고, 2개의 펌프들(10, 19)이 채널내 서로 떨어진 지점들에 배치되는 방식의 공급 장치를 작동하는 방법에 관한 것으로, 2개의 펌프들에 대한 적어도 하나의 작동 매개변수 값들이 제어에 의해 상호 조정된다. 위 방법에 의하면, 간단한 구조를 갖는 수단, 특히, 마모되지 않은 격막 펌프들을 사용하는 경우, 장애가 없으며 정밀한 제어가 가능한 작동을 보장할 수 있다.

Description

채널에 액체를 공급하는 공급 장치의 작동방법, 공급 장치, 중공형 카테터 및 카테터 펌프{Method for operating a supply device that supplies a channel with a liquid, and supply device, hollow catheter and catheter pump}

본 발명은 전기 공학 및 기계 공학 분야에 속하며, 특히 바람직하게 의료 공학 분야에서 사용될 수 있다.

특히, 본 발명은 채널에 대한 액체의 공급과 관련된다. 예로서, 채널의 벽을 냉각하거나, 또는 채널내에 배치된 유동체(moving parts)를 냉각하거나 윤활작용을 부여하기 위하여, 및/또는 전술한 부분들로부터 가스를 제거하는데 필요한 액체를 채널에 충전하도록 하기 위하여 필요할 수 있다. 이러한 목적을 위하여, 원칙적으로는 예를 들어 캐뉼라(cannula)와 같은 종류의 채널에 냉각 및/또는 윤활용 액체를 공급하는 것으로 알려져 있다. 액체는 원칙적으로는 펌프에 의하여 채널로 이동하거나 또는 채널을 경유한다.

여기서, 특히 의료에 응용하는 경우, 먼저, 채널내에서 액체에 의하여 운반될 수 있도록 하는 채널 내부는 마모된 부분이 없는 것이 때로는 중요하며, 또한 액체가 채널을 경유하여 이동할 때, 될 수 있는 한 느리면서도 정밀하게 제어된 속도가 때로는 중요하다. 게다가 채널로부터 액체가 손실되는 것을 최소화하는 것 또한 바람직하다.

종래의 기술, 예를 들어 DE 20 2005 021 999 U1에서는 열 교환 유체를 카테터로부터 또는 카테터로 운반하는 펌프를 구비하는 열교환 시스템을 개시하고 있다. 임펠러 휠(impeller wheel) 형태의 흐름 감지기(flow detector)가 기재되어 있으며, 여기서 임펠러 휠의 회전 속도는 흐름 속도(flow rate)에 상응하는 열교환 유체에 의해 변화된다. 임펠러 휠의 속도는 외부로부터 차광벽(light barrier)을 사용하여 측정되는데, 임펠러 휠의 각 블레이드들(blades)이 상기 벽을 통과할 때마다 상기 차광벽이 인터럽트(interrupt) 된다.

의료용 격막펌프(diaphragm pump)는 DD 202 805 A1에 의하여 공지되었으며, 이는 매우 작은 양의 인슐린을 운반하는데 사용된다. 여기에서, 맥동 전달 모드(pulsating delivery mode)도 기재하고 있다.

DE 694 09 587 T2에서는 유출 및 회귀 채널(outward and return channel)을 구비하는 카테터 내의 침전물을 가능한 한 최대한 제거함으로써 그 잔류량을 최소화하기 위하여 상기 카테터를 세정하는 방법을 개시하고 있다. 그 중에서도, 솔레노이드 밸브(solenoid valve)에 의해 조절될 수 있는 맥동 세정(pulsating flushing)을 기재하고 있다.

종래기술의 배경과 대비하여, 본 발명은 채널에 액체를 공급하기 위한 공급 장치 및 상기 장치를 작동하기 위한 방법을 고안하는 것을 목적으로 하며, 상기 공급 장치는 제어에 의하여 느린 흐름 속도에서 액체의 흐름을 조절할 수 있는 단순한 설계의 구현방법을 모색한다.

본 발명에 따른 상기 목적은 공급 장치 및 독립항들에 상응하는 방법에 의해 달성된다. 특별한 실시예들이 종속항들에 기술된다.

따라서, 본 발명은 채널에 액체를 공급하며 격막펌프를 포함하는 공급 장치를 작동하기 위한 방법과 관련된다. 상기 방법은 생성된 압력 및/또는 전달 속도와 관련하여 격막펌프가 제어된다는 점에 특징이 있다.

또한, 본 발명에 따르면, 채널에 액체를 공급하기 위한 것으로서, 적어도 하나의 격막펌프를 포함하는 공급 장치도 제안된다. 상기 장치는 제어장치를 포함하며, 상기 제어장치는 생성된 압력(여기서, 일부 실시예에서는 음의 압력 또는 진공을 포함할 수도 있다) 및/또는 전달 속도와 관련하여 펌프를 조절한다.

또한, 본 발명은 중공형 카테터 및/또는 카테터 펌프와 관련된다. 여기서, 위 두가지 모두 본 발명에 따른 공급 장치를 포함한다는 점이 중요하다. 상기 공급 장치는 본 발명에 따른 방식에 의하여 중공형 카테터 또는 카테터 펌프의 채널을 세정한다.

본 발명의 일 실시예와 관련된 것은 전술한 바와 같은 장비를 갖춘 중공형 카테터가 그 내부(바람직하게는 채널 내부)에 회전 가능한 샤프트를 구비한다는 점이다.

또 다른 실시예에 따르면, 회전 가능한 샤프트 또한 카테터 펌프를 관통하여 형성되며, 바람직하게는 상기 카테터 펌프는 본 발명에 따른 중공형 카테터를 포함한다. 여기서, 이러한 회전 가능한 샤프트가 유연성(flexibility)이 있다면 특히 더 유리하다. 예를 들어 좌측 심장 보조 시스템에 있어서, 상기 시스템은 심실내에 도달하도록 다리동맥으로부터 도입되어 심장의 좌심실에 도달할 때까지 진행되는데, 이는 펌프와 같은 구성이 체외에서 구동되는 회전 가능한 샤프트를 구비한다는 점과 그리하여 심장내의 회전자를 구동한다는 점을 의미한다. 상기 샤프트는 예를 들어 대동맥궁의 곡률에 상응할 수 있도록 충분히 유연성을 가져야 하며, 그 상태에서도 고속으로 회전할 수 있어야 한다. 세정 대상인 루멘/채널(lumen/channel) 내에서 회전 가능한 샤프트는 예를 들어 분당 10,000 회전을 상회하는 높은 회전 속도에서도 작동 가능하여야 한다.

여기서, 본 발명에 따른 공급 장치는 이를 통해 액체를 확실하게 공급한다. 이러한 액체의 공급은, 예로서, 중공형 카테터 또는 카테터 펌프 내에 공기가 확실히 존재하지 않도록 하기 위한 것이며, 그 뿐 아니라, 유연성을 갖는 샤프트의 윤활을 위한 것이다.

또한, 본 발명은 채널에 액체를 공급하며, 채널의 서로 이격된 지점에 배치된 2개의 펌프를 포함하는 공급 장치의 구동 방법과 관련된다. 여기서, 2개의 펌프들에 대한 적어도 하나의 작동 매개변수(parameter) 값들은 서로 조정되는 방식으로 제어된다.

원칙적으로 주사기 펌프에 의해 채널을 통해 액체를 이동시키는 것이 알려져 있고, 이것이 가능하다. 그러나, 본 발명의 특징들, 특히 복수의 펌프를 사용함으로써, 펌프의 작동 매개변수들이 서로 조정되는 방식으로 제어될 때, 예를 들어, 공통(common)의 압력 수준을 설정하면서 채널의 (액체) 주입 영역(infeed region)과 배출 영역간의 적절한 압력차를 유지하는 것이 가능하다.

2개의 조정된 펌프에 의해, 한편으로, 채널을 통과하는 특정 흐름 속도를 설정할 수 있고, 다른 한편으로, 주입 및 배출 영역에서의 액체의 손실 속도 또는 채널 내에 누설/개구(opening)가 있는 경우의 액체의 손실 속도를 특정 수치로 설정, 특히 제한할 수 있는 방식으로 흐름 속도를 제어하는 것이 가능하다.

공급 장치의 구동을 특히 양호하게 조절할 수 있고, 따라서 제어를 가능하게 하기 위해서는, 격막 펌프가 공급 장치의 제조에 특히 적합하다. 이들은 흐름, 즉 흐름 속도에 있어서, 특히 정밀하고 재현 가능하게 제어할 수 있다.

공급 장치의 특히 효율적인 제어는 액체 압력이 유리한 지점으로서 채널 내의 서로 떨어진 2개의 이격된 지점에서 검출되는 경우에 가능하다. 특히, 액체 압력이 검출되는 지점은 각각이 펌프 중 하나에 할당될 수 있고, 압력 검출에 의해 흡입 압력과 초과 압력의 비율이 펌프 제어에 의해 최적화 될 수 있다. 이러한 제어는 특히 채널이 환형으로 폐쇄되지 않고, 액체가 외부 액체 저장고로부터 채널로 공급되는 흡입 영역을 갖는 경우 및/또는 액체가 채널로부터 집수 저장고로 이동되는 배출 채널을 갖는 경우에 중요하다.

대응 압력 센서들이 채널에 분리하여 설치될 수 있고, 또한 각 펌프들에 하나로 통합시킬 수도 있다.

본 발명에 따른 방법의 경우에, 2개의 펌프의 상호 조정된 매개변수 값은 고정된 도식에 따라서 시간이 지남에 따라 가변적이고, 특히 시동단계(start-up phase) 이후에 시간이 지남에 따라 주기적으로 변경되면 특히 유리하다는 것이 밝혀졌다. 예를 들어, 펌프 중 적어도 하나의 용량은 시동단계 기간 동안 천천히 증가될 수 있다. 그러나, 용량 피크(capacity peak, 성능 피크)는 또한 초기에 액체가 채널 내에서 높은 흐름 속도로 흐르도록 요구될 수 있으며, 이 흐름 속도는 시동단계 기간 이후 다시 감소한다.

시동 기간의 구성에 관계없이, 펌프 중 적어도 하나의 압력을 주기적으로 상승 및 하강하도록 제어할 수 있거나, 주기적으로 상승 및 하강하는 흐름 속도를 상응하게 설정할 수 있다. 그러므로, 이는 특히 유동체(moving part)가 채널 내에 도입되는 경우, 예를 들어 캐뉼라(cannula) 내에 구동 가능한 샤프트가 있고, 이 샤프트 자체로부터 마찰에 의해 작은 입자가 방출되는 경우에 유리하다. 이러한 입자들는 보통 채널을 따라 더 이상 이동해서는 안되지만, 그럼에도 불구하고 액체는 이동되어야 한다. 펌프의 작동 매개변수를 변화시킴으로써, 채널이 액체로 효율적으로 세정이 될 수 있고, 액체는 비정체 흐름(non-stationary flow)에 의하여 채널의 모든 부분에 도달한다. 액체의 흐름 속도가 더 느린 단계에 있기 때문에, 입자는 스트림의 정지 부분에 도달하여, 채널을 통한 입자들의 이동을 최소화 할 수 있다.

펌프의 매개변수들의 변화는 각각의 개별적인 펌프의 용량(성능)의 변화 이외에, 예를 들어 용량(성능) 차이 또는 펌프에 의해 생성된 압력 차이의 변화 일 수 있다. 압력 차에 의해 액체가 확실하게 가속되고, 따라서 압력 차가 주기적으로 변동되고, 그에 따라 액체 운반이 주기적으로 변동된다.

이하에서 액체는 샤프트를 세정하는데 사용되는 액체를 의미하는 것으로 이해한다. 일부 바람직한 실시예에서, 이것은 펌프에 의해 전달 될 예정인 액체가 아니지만, 펌프에 의해 전달 될 예정인 액체가 소량 또는 미량으로 채널에 유입될 수 있다. 다른 바람직한 실시예에서, 펌프에 의해 운반되는 액체는 세정에 사용되는 액체 일 수 있다.

본 발명의 또 다른 바람직한 실시예에 따르면, 2개의 펌프의 조정된 매개변수 값은 채널 내의 액체 압력의 검출 값에 미리 결정된 방식으로 의존하는 상호 비율을 취한다. 이러한 방식으로 채널 내의 액체 압력 또는 압력 차이를 주기적으로 제어 할 수 있다.

펌프의 전달 용량(delivery capacities)은 상이한 측정량에 기초하여 결정될 수 있다. 일부 바람직한 실시예에서, 전달 용량을 결정하는 측정량 또는 작동 매개변수는 격막의 스트로크 주기(stroke frequency) 및/또는 격막의 스트로크 높이 및/또는 격막의 편향 등이다. 여기서, 전달 용량을 결정하기 위해, 상기 측정량 중 하나 또는 상기 측정량 중 적어도 2개의 조합이 조사될 수 있다. 다른 전달 용량을 결정할 수 있는 것으로는 일부 바람직한 실시예에서, 특히 지배적인 액체 압력을 고려한 펌프의 전력 소비량 이다.

따라서, 양측 펌프의 조정된 작동 매개변수는 예를 들어 각각의 전달 용량일 수 있다. 예를 들어, 전달 용량의 특정한 차이점도 양측 펌프 사이에서 설정할 수 있다. 이것은 예를 들어 채널 내의 전체 경로를 통한 액체 운반과 관련된 특정 손실 속도를 생성 할 수 있다.

본 발명의 다른 실시예에 따르면, 2개의 펌프의 조정된 작동 매개변수는 펌프에 의해 생성된 액체 압력의 각각의 수치이다. 액체 압력은 채널 내에서 특히 용이하고 정확하게 검출될 수 있고, 예를 들어, 압력 값의 특정 비율(quotient) 또는 압력 값의 특정 차이가 펌프의 제어에 의해 설정될 수 있다. 비율 및/또는 차이는 또한 정체수 영역을 갖는 정상류 흐름(stationary flow)을 피하기 위해 주기적으로 변경되도록 설정될 수 있다.

본 발명의 다른 바람직한 실시예에 따르면, 2개의 펌프의 조정된 작동 매개변수는 펌프 각각의 전력 소비량 이다. 이를 위해, 각 펌프에는 펌프의 전력 소비량을 검출하기 위한, 특히 전류 소비를 검출하기 위한 전기 센서가 할당될 수 있다.

바람직하게는, 2개의 펌프의 조정된 작동 매개변수는 이에 더하여 펌프 각각의 흐름 속도일 수 있다. 흐름 속도는 예를 들어 유량계 센서에 의해 또는 펌프의 작동 매개변수, 예를 들어 전력 소비 및 지배적인 액체 압력의 기록에 의해 개별적으로 검출 될 수 있다.

또한, 바람직하게는, 일정한 압력차 및/또는 일정한 흐름 속도차가 유리한 점으로서 2개의 펌프 사이에서 설정될 수 있다. 여기서, 2개의 펌프의 흐름 속도의 차이는 특히 1일 당 100 밀리리터 미만, 특히 1일 당 10 밀리리터 미만, 또는 1일 당 1 밀리리터 미만일 수 있다.

이에 대응하는 손실률(loss rates)은 채널의 개구부(openings)에서 설정된다. 예를 들어, 채널은 운반 채널 및 회귀 채널을 가질 수 있고, 운반 채널의 종단에는 예를 들어 캐뉼라의 단부에 배치된 혈액 펌프가 있고, 회귀 채널은 동일한 지점에서 시작한다. 그러면, 흐름 속도의 차이를 보상하기 위해 액체의 일부가, 예를 들어 혈액 펌프 내를 흐르고, 이것을 세정할 수 있고, 이식된 상태에서는 환자의 체내로 방출될 수 있다. 본 발명의 개발에서, 생체 적합성, 건강 적합성 액체, 예를 들어 생리 식염수가 이러한 용도의 액체로서 선택되었다.

이 방법의 동작의 바람직한 양태에서, 액체의 이동 방향이 또한 역전될 수 있다. 이러한 액체의 이동 방향의 역전은 주기적으로 제공되거나, 특정한 경우에만 제공될 수 있다. 펌프 카테터를 세정하는 데 사용되는 경우, 일반적으로 카테터의 근위 단부로부터 카테터의 원위 단부로 액체를 운반하고 회귀 채널을 통해 집수조(collecting container)로 복귀하는 방향이 선택된다.

본 발명은 또한 공급 장치의 작동 방법 및 채널에 액체를 공급하는 공급 장치의 설계에 관한 것이며, 상기 공급 장치는 채널의 서로 떨어진 지점에 배치된 적어도 2개의 펌프, 특히 격막 펌프를 가지며, 또한 생성된 압력 및/또는 전달 속도의 관점에서 개별적으로 펌프를 제어하는 제어 장치를 구비한다.

제어 장치는 개별 펌프의 조정된 제어가 가능하게 하는 방식으로 설계되어야 한다. 이는 펌프 중 하나에 할당되거나 다른 중앙 제어 유닛으로서 형성될 수 있다. 제어 장치는 또한 펌프의 작동 매개변수를 조절하는 역할을 할 수 있으며, 측정 값을 검출하기 위해 센서에 연결된다.

예를 들어, 각 펌프에는 액체 압력 센서가 할당될 수 있다. 그러면 제어 장치에 의해 특정 압력 비율을 흡입 압력과 과잉 압력 사이에서 설정할 수 있거나, 2개의 펌프에 의해 생성되는 압력의 특정 비율, 또는 특정 압력차를 설정할 수 있다.

펌프의 송출력을 결정하기 위한 측정량은 압력에 의존할 수 있기 때문에, 펌프는 예를 들어 전력 소비량이 검출되고, 제어 장치에 공급될 때, 압력 센서로서 작동될 수 있다. 그러나, 전력 소비량은 또한 각각의 펌프에 의해 달성되는 흐름 속도의 지표일 수 있고, 이로써 검출될 수 있다. 이러한 목적을 위해, 일반적으로 지배적인 액체 압력이 추가로 고려되기 때문에, 압력 측정 센서가 동시에 작동하는 것이 이러한 종류의 작동에 유리하다.

그러나, 흐름 속도 센서가 설치될 수 있으며, 각각은 펌프 중 하나에 각각 할당된다. 그러면, 제1 및 제2 펌프의 그 영역 내의 흐름 속도의 특정 비율 또는 미리 결정된 차이를 제어 장치에 의해 설정할 수 있다. 흐름 속도의 이러한 차이는, 예를 들어 주기적으로 변경 가능하도록 제어될 수도 있다.

상술한 발명의 결과로서, 혈액 펌프의 중공형 카테터용 세정 장치의 형태인 공급 장치를 제공할 수 있으며, 상기 공급 장치는 마모된 부분이 거의 없어 낮은 액체 손실율을 유지하면서 안정적으로 작동될 수 있고, 따라서 장시간의 신뢰성을 획득할 수 있다.

도 1은 구동가능한 샤프트와 본 발명에 따른 공급 장치를 포함하는 중공형 카테터를 도시한 것이다.
도 2는 샤프트의 말단에 결합되어 혈관내에서 구동되는 로터리 펌프를 구비하는 중공형 카테터 단부의 종단면도이다.
도 3은 중공형 카테터의 단면도이다.
도 4는 다른 중공형 카테터의 단면도이다.
도 5는 공급 장치의 구동방법에 관한 흐름도이다.
도 6은 서로 다른 세가지 경우에 있어서의 흐름 속도의 시간에 따른 변화를 재현하여 나타낸 그래프이다.
도 7은 액체 압력의 시간에 따른 변화를 재현하여 나타낸 그래프이다.

본 발명은 도면과 이하에서 설명되는 바람직한 실시예를 통하여 설명된다.

도 1은 종방향으로 부분적으로 생략된 중공형 카테터(1)를 도시한 것으로서, 의료용으로 사용되는 근위 단부(1a)는 하부에 도시되고 있으며, 원위 단부(1b)는 상부에 도시되고 있다. 예로서, 이식가능한 혈액 펌프는 중공형 카테터(1)의 원위 단부에 설치되며, 특히 혈관 및/또는 심실(heart chamber) 내에서 구동된다.

회전가능하게 구동되는 샤프트(shaft, 2)는 중공형 카테터(1)내로 연장된다. 예를 들어 이는 혈액펌프를 구동하는데 사용되며, 그 근위 단부(2a)에서 구동모터(3)에 연결된다. 샤프트(2)는 관통 연결부(feedthrough, 4) 영역에서 연결 하우징(coupling housing, 5)으로 인입되고, 상기 관통 연결부(4)는 매질(medium)이 샤프트를 따라 연결 하우징(5)으로 유입되거나 연결 하우징(5)으로부터 유출되지 않도록 밀봉된다.

그러나, 상기 유출의 문제는 연결 하우징(5)의 폐쇄된 벽체를 사이에 두고 자기 커플링(magnetic coupling)에 의하여 회전 운동(rotating drive movement)을 전달하도록 고려함으로써 해결될 수도 있다. 이 때, 제1 자석요소(6)는, 연결 하우징 내에서 연결 하우징(5)의 외측에 고정되며 모터(3)에 연결되는 샤프트 단부에 마련된 제2 자석요소(7)와 자기적으로 결합된다. 이 때, 샤프트(2)의 모터(3)와 연결 하우징(5)내에서 연장된 부분 사이는 단절되며, 그에 따라 연결 하우징(5)의 벽체는 개구부 없이 연속된 평면을 형성한다. 자석요소들(6, 7)은 선택적으로 적용되는 구성요소로서, 도 1에서 점선으로 표시되었다.

구동 샤프트(2)는 예를 들어 특히 비틀거나 꼬인(twisted or stranded) 형태의 릿츠 와이어(litz wires)로 제작되거나, 나선형 스프링의 형태로 제작되거나, 또는 두가지 형태의 조합으로서, 한편으로는 분당 수천 회의 높은 회전속도를 전달할 수 있도록 하고, 다른 한편으로는 본 공정 중에 유연성을 가지도록 하기 위하여, 나선형 스프링이 중심부를 감싼 형태로 제작된다.

한편으로는 작동중에 샤프트를 냉각하고, 다른 한편으로는 윤활에 의해 마찰을 줄이기 위하여 바람직하게는 생체친화성을 가진 냉각 및 윤활액이, 중공형 카테터(1)내에 수용된 채널(8)에 마련된다. 냉각 및 윤활액은 유입 채널(inflow channel, 9)을 통하여 연결 하우징(5)으로 공급되어 채널(8)을 따라 이동된다. 이를 위하여, 유입 채널(9)은 제1 펌프에 연결되는데, 상기 펌프는 바람직한 실시예로서, 격막 펌프(10)가 된다. 본 발명에서 격막 펌프는 발생된 압력과 흐름 속도를 정확하게 제어하는 것이 가능하도록, 매우 신뢰성 있고 재현성 있게 제어 가능하다는 특징을 갖는다. 본 발명에서는 자기력으로 작동되는 격막 펌프를 사용하는 것이 바람직한 것으로 판명되었다. 도 1에서는 격막 펌프(10)의 구동을 위한 자석 장치(10a)가 도시되었으며, 상기 자석 장치(10a)는 전기 제어 장치(11)에 의해 활성화 된다.

격막 펌프(10)는 유입 저장고(inflow reservoir, 12)로부터 화살표(13) 방향으로 액체를 흡입하며, 이를 조정된 흐름 속도 및 압력에 의해 유입 채널(9)을 통하여 연결 하우징(5)으로 전달한다. 연결 하우징(5)에서 액체는 확산되며, 특히 채널(8)을 따라 중공형 카테터의 원위 단부(1b)를 향하여 화살표(14) 방향으로 이동한다. 채널(8)을 따라서 이동하는 것은 샤프트(2)의 회전에 의하여 촉진되는데, 이 때, 예를 들어 샤프트(2)가 적어도 부분적으로 나선형의 외부 윤곽을 가지며, 적절한 회전방향으로 회전하여야 한다.

샤프트(2)의 회전이 채널(8)을 따른 액체의 이동을 촉진함에도 불구하고, 일부 바람직한 실시예에서, 펌프의 전달용량(delivery capacity) 조정을 위하여 샤프트의 회전이 이러한 전달용량에 어느 정도 기여하는지 규명하는 것도 가능하다. 즉, 샤프트의 회전으로 인한 전달용량은 펌프의 전달용량의 조정을 통해 보상된다. 샤프트의 회전에 기초한 전달용량의 규명은 외란변수(disturbance variable)로서 설명될 수도 있으며, 외란변수는 미리 결정된 채널을 통한 전달용량을 보장하기 위한 펌프의 전달능력의 조정에 의해 보상된다. 샤프트(8)의 전달용량은 그 중에서도 샤프트의 회전속도, 샤프트의 마모, 카테터의 굴절 등에 영향을 받는다고 할 수 있다. 이러한 변수들이 규명된다고 하여도, 그에 따른 펌프에 의한 샤프트의 전달용량의 보상은 때로는 보다 더 용이해진다.

시간당 마이크로리터 또는 밀리리터(microliters or millilitres)의 흐름 속도는 대개 격막펌프(10)의 작용에 의하여 결정된다.

대응 흐름 속도 및/또는 압력을 적절히 제어하거나 규칙화할 수 있도록 하기 위해서, 채널(8) 내에 적어도 하나의 적합한 센서(15)를 설치하고, 이를 통신선(16)을 통하여 제어장치(11)에 연결한다. 센서(15)는 예로서 압력센서, 흐름 속도 센서, 또는 압력과 흐름 속도를 모두 감지하기 위한 조합된 센서가 될 수 있다.

제시된 바람직한 실시예에서 센서(15)는 제1 격막 펌프(10)에 배치되고, 상기 제1펌프에 의해 발생되는 압력 및/또는 그에 상응하는 흐름 속도를 감지한다.

도 1의 바람직한 실시예에 따르면, 채널(8)은 종방향으로 나뉘어 제1 채널영역(8a)과 제2 채널영역(8b)으로 구분된다. 여기서, 제1 채널영역(8a)에서는 화살표(14)를 따라 액체가 연결 하우징(5)으로부터 중공형 카테터(1)의 원위 단부(1b)로 흐르며, 제2 채널영역(8b)은 회귀 채널(return channel)이 된다. 상기 2개의 채널 영역(8a, 8b)은 연속 연결되어 함께 채널(8)을 구성한다.

회귀 채널(8b)은 제1 채널영역(8a)과 예를 들어 도 3에 도시된 바와 같은 칸막이 벽체(17)에 의하여 분리되거나, 제2 채널영역/회귀 채널(8b)은 중공형 카테터(1) 내에서 연장되는 캐뉼라(cannula, 18)에 의하여 형성될 수 있다. 후자의 실시예는 도 4에서 단면도로 도시되어 있다.

회귀 채널(8b)은 도 1에서와 같이 구성되어 액체가 연결 하우징(5)으로 회귀하여 제2 격막펌프(19)로 유입되도록 한다. 제2 격막펌프(19)는 바람직하게는, 제어 장치(11)에 의하여 작동되어 격막펌프(19)가 구동되도록 하는 자석 장치(19a)를 포함하는 자기 격막펌프이다. 격막펌프(19)는 회귀 채널(8b)로부터 액체를 흡입하고, 이를 배출 채널(20)을 통하여 배출 저장고(21)로 유도한다.

제어장치(11)는 부가적으로 제2센서(22)에 연결되는데, 제1 센서(15)와 유사하게 흐름 경로용 센서 및/또는 압력센서일 수 있으며, 회귀 채널(8b)에 배치되고, 따라서 제2 격막 펌프(19)에 설치된다. 예로서, 회귀 채널(8b)의 흐름 속도 또는 제2 격막 펌프(19)의 흡입 압력은 제2 센서(22)에 의해 감지된다. 제2 센서(22)에 의하여 감지되는 매개변수들은 제2 통신선(23)을 통하여 제어장치(11)로 입력된다.

제어장치(11)는 전기 공급용 연결부(11a)에 차례대로 연결되며, 제어장치에 낮은 DC 전압(낮은전압)을 공급한다. 제어장치(11)는 펄스를 생성하고, 상기 펄스가 자기 장치(10a, 19a)에 공급되어 제1 및 제2 격막펌프(10, 19)를 구동한다. 제1 및 제2 격막펌프(10, 19)에 의해 생성되는 흐름 속도 및/또는 압력은 제어장치(11)에 의해 생성되는 펄스의 주기와 스트로크(stroke)에 의해 제어된다.

구동가능한 샤프트를 포함하는 중공형 카테터의 사용에 관한 예시인 도 2에서는 이식가능한 혈액 펌프(24)를 도시하였으며, 상기 혈액 펌프는 전달체로서 회전자(rotor, 25)를 포함하는 로터리 펌프가 된다. 회전자(25)는 직접 샤프트(2)에 연결되고, 로터리 베어링(rotary bearing, 26) 내부에 마련된 회전자(25)의 원위 단부에서 혈액 펌프의 하우징(housing, 27)에 장착된다. 혈액 펌프(24)는 그 단부에서 흡입 개구부(28)를 통하여 화살표(29, 30)의 방향으로 혈액을 흡입하고, 이를 환형 채널(32)을 통하여 중공형 카테터(1)의 외부를 지나도록 하여 혈관으로 운반한다(미도시).

샤프트(2)는 중공형 카테터(1)의 단부에 부싱 베어링(bushing bearing, 33)에 연접하도록 장착되며, 이로써 한편으로는 샤프트(2)가 고속으로 회전되도록 하며, 다른 한편으로는 샤프트(2)에 밀착하여 샤프트(2)를 따라서 액체가 교류되는 것을 방지하거나 제한한다. 특히, 혈액은 혈액 펌프(24)의 하우징(27) 내부로부터 중공형 카테터(1), 즉 채널(8)로 통과되도록 하여서는 안 된다.

도 2에서 칸막이 벽체(17)는 점선으로 표시되었는데, 이는 채널(8)의 제1 채널영역(8a)과 제2 채널영역/회귀 채널(8b) 사이를 구분하기 위한 것이다. 이로써, 액체가 제1 채널영역(8a)을 통하여 화살표(34) 방향으로 유입되어 중공형 카테터(1)의 말단으로 도달되고, 채널(8)의 제2영역(8b)을 통하여 화살표(35) 방향으로 회귀되도록 하는 것이 가능하다. 회전하는 샤프트(2)에 의해 그 길이 전체를 따라서 액체가 공급될 수 있다.

혈액이 채널(8)로 유입되는 것을 방지하기 위하여, 중공형 카테터(1), 즉 채널(8)의 내부에서 액체에 대한 초과압력을 설정할 수 있으며, 이로써 액체가 채널(8)로부터 혈액펌프(24)의 하우징으로 화살표(36, 37) 방향을 따라 매우 낮은 흐름 속도로 흐를 수 있다. 예로서, 제1 채널영역(8a)과 회귀채널(8b)을 통한 공급 속도의 차이가 1일 당 수 마이크로리터 또는 밀리리터의 유출속도가 되도록 설정될 수 있다. 이러한 차이는 제1 펌프(10)와 제2 펌프(19) 사이의 전달 속도의 차이에 의해서 발생되고 측정될 수 있다.

도 5에 공급 장치를 구동하는 방법에 대한 흐름도를 나타내었다. 제1 단계(38)에서, 제1 펌프(10)에 의하여 액체가 공급됨으로써 연결 하우징(5)을 포함하여 채널(8)의 분기가 이루어진다. 제2 단계(39)에서는, 채널(8)과 펌프들의 분기 후 속도의 조절이 가능하며, 채널(8)을 통한 액체의 유동(movement) 방향(전방/후방)이 결정된다. 격막펌프들(10, 19)과 저장고들(12, 21)은 액체의 양방향 유동을 가능하게 할 수 있다. 격막펌프들(10, 19)에 의하여 생성된 압력은 액체의 유동방향에 따라서 설정된다.

제3 단계(40)에서는 펌프의 용량(성능)이 수동으로 설정될 수 있을지 결정된다. 펌프가 수동으로 설정되면, 잔여 공정은 40a의 경로를 따라서 수행되며, 단계(46)에서는 2개의 펌프들의 압력 및/또는 흐름 속도가 설정된다. 본 실시예는 보통, 세정속도, 즉 채널(8)을 통한 흐름 속도를 작게 하거나 일정한 값을 가지도록 할 때 선택된다.

수동 작동이 선택되는 것이라면, 연속된 과정은 화살표(40b)를 통해 수행되며, 펌프들의 자동 작동이 제4 단계(41)에서 시작된다. 이를 위하여 단계(41)에서 먼저 2개의 센서들(15, 22)에 의해서 압력이 감지된다. 이로부터 압력 차이가 계산된다. 그리고, 이에 대응되는 제어장치(11)의 펄스들을 통하여 펌프들(10, 19)의 작동조건이 계산된다. 여기서, 산출된 압력차이는 시간에 따라서 예를 들어 주기적으로 변화될 수 있다.

제6 단계(43)에서, 발생된 압력 차이가 목표 압력 차이와 대비된다. 실제적인 압력 차이가 목표 압력 차이에 상응한다면, 이로부터 계산된 압력차이 또는 예를 들어 세정 속도는 제7 단계(44)에서 표시되며, 본 발명의 방법은 제8 단계(45)에서 종료된다. 본 발명에 의한 방법의 종료는 공급 장치가 안정적 구동상태를 유지하며, 펌프들(10, 19)이 그에 따라 작동 및 구동됨을 의미한다. 제6 단계(43)에서 실제적인 압력차이가 목표 압력차이와 부합되지 않는 경우, 본 발명의 방법은 경로(43a)를 따라서 제4 단계(41)로 전환되며, 여기서 압력 차이가 측정되고, 이로부터 규정된 단계내에서 펌프들의 새로운 작동 조건이 결정된다.

압력을 측정하고 이에 부합하여 차등화된 압력을 통제하는 대신, 흐름 속도를 측정하여 그에 부합되는 흐름 속도 차이를 설정함으로써 이를 제어변수로 할 수도 있다.

세가지 바람직한 실시예에 대하여, 흐름 속도의 시간에 따른 전형적 추이를 도식화하여 도 6에 나타내었다. 흐름 속도는 시간에 따른 부피로 표시하여 y축에 나타내었으며, 시간은 x축에 나타내었다. 예로서, 제1 곡선(48)은 흐름 속도로서, 센서(15) 또는 센서(22)에 의해 측정된 것이며, 여기서 흐름 속도는 측정된 시간 대부분에 걸쳐서 일정하나, 때로는 흐름 속도가 변화하며, 예를 들어 매 20초, 또는 수분 후 각각의 경우에, 흐름 속도의 순간적인 증가(49, 50)가 일어난다. 그러므로, 채널(8)내에서는 흐름이 정지된 곳은 존재하지 않는다. 흐름이 정지되면, 채널의 특정 영역들에 외력이 작용하지 않아 그곳에 위치한 액체가 더 이상 유동하지 않는 소위 정체수(deadwater) 영역이 잔류한다. 흐름 속도가 변화하면 난류(turbulence)와 비정체 흐름(non-stationary flow) 조건이 형성되며, 이들이 정체수 영역과 그곳에서의 액체의 교환을 결정한다.

흐름 속도를 합당하게 제어하는 다른 목적은 예를 들어 회전하는 샤프트(2)의 마모에 의해 생성되어 액체내에 존재하는 입자들이 도 2에서 도시된 베어링(33)을 통하여 빠져나가 혈액 펌프의 영역 중 가능한 곳으로 더 이동하지 않도록 하고, 그래서 환자의 체내로 들어갈 수 없도록 하는데 있다.

2개의 센서(15, 22)에 의해 감지되는 흐름 속도가 동일한 그래프에 그려지면, 다른 흐름 속도와 비교하여 특히 주목할만한 속도차로 증가된 흐름 속도가 예를 들어 영역들(49, 50)에서 발생될 수 있는데, 이는 이러한 영역들(49, 50)내 액체 중 일부는 채널(8)로부터 극소량 간헐적으로 유출되어 혈액펌프의 펌프 하우징 내부로 지나가고, 이로써 베어링(33)에 존재하는 혈액을 베어링(33)으로부터 얼마든지 제거할 수 있음을 의미한다.

흐름 속도 추이의 두번째 실시예(51)에서는, 일정한 흐름 속도 추이(52)와 비교하여 주기적으로 변화하는, 예를 들어 사인(sine) 곡선의 추이를 나타낸다. 일정하게 변화하는 흐름은, 이와 마찬가지로 일정하게 변화하여 채널(8)의 모든 영역에서 액체의 교류가 보장되는 흐름 조건을 갖는다.

세번째 실시예(53)에서는 흐름 속도의 순간적이고 주기적인 증가(54)는 제외된 흐름 속도의 감소(55)를 기반으로 흐름 방향이 역전된다. 흐름의 역전은 채널(8)에서 액체 흐름의 방향을 변화시키며, 따라서, 정체수 영역에서 액체 교환의 원인이 된다. 이와 같은 흐름 방향의 역전은 예를 들어 5 내지 10분의 간격으로 발생될 수 있다.

도 7에서는 시간(t)에 관하여 측정된 압력값을 y축에 나타내었고, 여기서, 제1곡선(56)은 센서(15)가 설치된 영역에서 압력을, 제2 곡선(57)은 센서(22)가 설치된 영역에서 압력을 각각 나타낸다. 두 영역들(58, 59)에서 압력은 제1 격막 펌프(10)에 의해서 순간적으로 증가하는 반면, 센서(22)에 의해 감지되는 영역인 회귀라인(return line) 영역에서의 압력은 일정함을 알 수 있다. 이는 증가된 압력이 존재하는 영역들(58, 59)에서 베어링(33)을 통하여 펌프 하우징으로 액체가 흐르지 않도록 하며, 이로써, 채널(8)내의 압력을 경감한다.

Claims (26)

1. 채널(8)에 액체를 공급하기 위한 공급 장치로서, 상기 공급 장치는:
   서로 떨어져 위치한 채널(8)의 지점에 배치된 적어도 2개의 펌프(10, 19) - 상기 펌프 중 적어도 하나는 격막펌프(10, 19)이고, 각각의 펌프에는 센서(15, 22)가 할당됨 -; 및
   센서(15, 22)에 연결된 제어장치(11);를 포함하며,
   상기 제어장치는 센서(15, 22)의 측정값에 따라 생성된 압력 및 전달 속도 중 하나 또는 둘 다에 대해 펌프를 개별적으로 제어하고, 2개의 펌프 중 적어도 하나는 차례로 채널(8)에 공급되는 액체를 제어하는 것을 특징으로 하는 공급 장치.
2. 제1항에 있어서, 2개의 펌프가 모두 격막 펌프(10, 19)인 것을 특징으로 하는 공급 장치.
3. 제1항에 있어서, 각각의 펌프에 액체 압력 센서(15, 22)가 할당된 것을 특징으로 하는 공급 장치.
4. 제3항에 있어서, 각각의 펌프에 대응 액체 압력 센서가 각 펌프에 내장되어 있는 것을 특징으로 하는 공급 장치.
5. 제3항에 있어서, 각각의 펌프에 대응 액체 압력 센서는 채널 내에 별도로 설치되는 것을 특징으로 하는 공급 장치.
6. 제1항에 있어서, 각각의 펌프에는 펌프의 전력 소비를 검출하기위한 전기 센서가 할당되는 것을 특징으로 하는 공급 장치.
7. 제1항에 있어서, 각각의 펌프에는 흐름 속도 센서(15, 22)가 할당되는 것을 특징으로 하는 공급 장치.
8. 제1항에 있어서, 상기 채널(8)은 액체가 원위 단부쪽으로 흐르는 제1 채널 영역(8a)과 액체가 채널(8)의 근위 단부쪽으로 흐르는 제2 채널 영역(8b)을 포함하고,
   적어도 2개의 펌프(10, 19)는 상기 제1 채널 영역(8a)에 액체를 공급하는 제1 펌프(10)와, 상기 제2 채널 영역(8b)으로부터 액체를 흡입하는 제2 펌프(19)를 포함하고,
   상기 제어 장치(11)는, 상기 제1 채널 영역(8a)과 상기 제2 채널 영역(8b) 사이의 압력 또는 흐름 속도 차이가 미리 결정된 간격으로 일시적으로 증가되는 방식으로, 제1 및 제2 펌프(10, 19)에 의해 생성된 액체 압력 및 전달 속도 중 하나 또는 둘 다를 제어하는 것을 특징으로 하는 공급 장치.
9. 제1항에 있어서, 상기 2개의 펌프 중 적어도 하나는 시동 단계 이후에 흐름 속도가 주기적으로 상승 및 하강하도록 설정되는 방식으로 상기 채널(8)로 공급되는 액체를 제어하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 공급 장치.
10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 따른 공급 장치를 작동하는 방법에 있어서, 펌프는 생성된 압력 또는 전달 속도에 대해 개별적으로 제어되는 것을 특징으로 하는 방법.
11. 제10항에 있어서, 양측 펌프(10, 19)의 적어도 하나의 작동 매개변수의 매개변수 값은 서로 조정되는 방식으로 제어되는 것을 특징으로 하는 방법.
12. 제10항에 있어서, 액체 압력은 채널의 서로 떨어진 일 지점 또는 복수의 다른 지점에서 검출되는 것을 특징으로 하는 방법.
13. 제10항에 있어서, 2개의 펌프(10, 19)의 조정된 매개변수 값은 고정된 도식에 따라서 시간이 지남에 따라 가변적이며, 시동 단계 이후에 시간이 지남에 따라 주기적으로 변경되는 것을 특징으로 하는 방법.
14. 제10항에 있어서, 2개의 펌프(10, 19)의 조정된 매개변수 값은 미리 결정된 방식으로 채널 내의 액체 압력의 검출된 값에 따른 서로에 대한 비율로 있는 것을 특징으로 하는 방법.
15. 제10항에 있어서, 양측 펌프(10, 19)의 조정된 작동 매개변수는 각각의 전달 용량인 것을 특징으로 하는 방법.
16. 제10항에 있어서, 양측 펌프(10, 19)의 조정된 작동 매개변수는 펌프에 의해 생성된 액체 압력의 각각의 값인 것을 특징으로 하는 방법.
17. 제10항에 있어서, 양측 펌프(10, 19)의 조정된 작동 매개변수는 펌프의 각각의 전달 용량인 것을 특징으로 하는 방법.
18. 제10항에 있어서, 양측 펌프(10, 19)의 조정된 작동 매개변수는 펌프의 각각의 흐름 속도인 것을 특징으로 하는 방법.
19. 제10항에 있어서, 2개의 펌프(10, 19) 사이에 일정한 압력 차이 또는 일정한 흐름 속도 차이가 설정되는 것을 특징으로 하는 방법.
20. 제19항에 있어서, 양측 펌프(10, 19)의 흐름 속도의 차이는 1일 당 100 밀리리터 미만 인 것을 특징으로 하는 방법.
21. 제19항에 있어서, 상기 펌프(10, 19)는 액체의 이동 방향이 역전되게 제어되는 것을 특징으로 하는 방법.
22. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 따른 공급 장치를 구비하는 것을 특징으로 하는 중공형 카테터.
23. 제22항에 있어서, 상기 중공형 카테터 내에서 회전 가능한 샤프트를 포함하는 것을 특징으로 하는 중공형 카테터.
24. 제22항에 있어서, 유연한 샤프트가 중공형 카테터 내에 배치되는 것을 특징으로 하는 중공형 카테터.
25. 제22항에 따른 중공형 카테터를 포함하는 심장 내의 심실 내 작동을 위한 카테터 펌프.
26. 카테터 펌프로서, 상기 카테터 펌프는:
    제1항에 따른 공급 장치, 및
    상기 채널(8)의 원위 단부 외부에 제공된 혈액 펌프를 구동하기 위해 상기 채널(8)을 통해 제공된 유연한 샤프트(2)를 포함하고,
    상기 채널(8)은 상기 샤프트(2)를 원위 단부에서 회전 가능하게 지지하기 위한 베어링(33)을 구비하고,
    상기 채널(8)은 액체가 원위 단부를 향해 흐르는 제1 채널 영역(8a)과, 액체가 상기 채널(8)의 근위 단부를 향해 흐르는 제2 채널 영역(8b)을 구비하고,
    적어도 2개의 펌프(10, 19)는 제1 채널 영역(8a)에 액체를 공급하는 제1 펌프(10)와, 제2 채널 영역(8b)으로부터 액체를 흡입하는 제2 펌프(19)를 포함하고,
    상기 제1 채널 영역(8a)과 상기 제2 채널 영역(8b) 사이의 압력 또는 흐름 속도의 차이가 미리 정해진 간격으로 일시적으로 증가하고 일부 액체는 베어링(33)과 샤프트(2) 사이의 틈새를 통해 채널(8)로부터 혈액 펌프의 하우징 내부로 유출되는 방식으로, 제어장치(11)가 제1 및 제2 펌프(10, 19)에 의해 생성되는 액체 압력 및 전달 속도 중 하나 또는 둘 다를 제어하는 것을 특징으로 하는 카테터 펌프.
    

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