パラメータ最適化法による心室最大エラスタンスEmaxの低侵襲的推定システムの開発

2001 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 12680822
• Research Institution: Tohoku University
• Principal Investigator: 吉澤 誠 東北大学, 情報シナジーセンター, 教授 (60166931)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 山家 智之 東北大学, 加齢医学研究所, 助教授 (70241578) ; 阿部 健一 東北大学, 大学院・工学研究科, 教授 (70005403) ; 仁田 新一 東北大学, 加齢医学研究所, 教授 (90101138)
• Keywords: 最大エラスタンス / Emax / パラメータ最適化法 / 橈骨動脈圧 / 心機能 / 非侵襲的推定 / 左心室圧 / トノメトリ法

Research Abstract

心室の最大エラスタンスEmaxは,心臓のポンプ機能を評価するための良い指標とされており,この量が得られれば虚血性心疾患などの検査や診断に大きく貢献する.しかし,従来Emaxを得るためには心室容積を侵襲的に直接計測する必要があり,これが臨床応用への大きな障害となっていた.本研究では,最近われわれが開発した.心室容積の計測と心負荷の変動がどちらも必要のないEmax推定法,すなわちパラメータ最適化法に基づいた臨床応用可能なEmax推定システムを構築することを目的とした.
パラメータ最適化法に必要な計測量は,左心室圧と,心室容積の代わりに用いられる大動脈流量である.本研究で開発した方法では,まず,心臓カテーテル検査において実測した左心室圧と大動脈圧,およびトノメトリ法から計測される橈骨動脈圧に基づき,1心周期における橈骨動脈圧から大動脈圧までのシステムと駆出期における大動脈圧から左心室圧までのシステムを,それぞれ低い次数のARXモデルで表し,これらのモデルの係数パラメータを同定する.次に,これらのARXモデルに非侵襲的計測可能な橈骨動脈圧を入力することで左心室圧を推定する.
一方大動脈流量は,超音波パルスドプラ法で得られる大動脈基部流速波形と大動脈弁輪径から推定する,すなわち,数多く普及している普通の超音波診断装置ら出力されるビデオ信号をパソコンに保存し,これを画像処理することによって,駆出期における大動脈流速波形の輪郭を自動的に抽出する.本研究では,以上の2つの方法を用いた左心室圧と大動脈流量の推定量に基づき,パラメータ最適化法によってEmaxを推定するシステムを構成した.現在,本システムのソフトウエア機能の大部分が実現しており,入力モジュールを付加することにより,本システム全体が完成する状況となっている.

Research Products

• [Publications] Makoto Yoshizawa: "Sensor-less estimation of pressure head and flow of a continuous-flow artificial heart"J. of Congestive Heart Failure and Circulatory Support. 1・4. 259-262 (2001)
• [Publications] X.Z.Wang: "An automaic monitoring system for artificial hearts using self-organizing map"ASAIO J.. 47・1. 686-691 (2001)
• [Publications] T.Yambe: "Pathopysiological aspect of an implantable ventricular assist device with short stroke and high frequency"J. of Congestive Heart Failure and Circulatory Support. 1・4. 299-303 (2001)
• [Publications] Makoto Yoshizawa: "Information Technologies in Medicine Vol.I"John Wiley & Sons. 238 (2001)