2016 Fiscal Year Research-status Report
人工心肺における連続血液粘度モニタリングシステム：推定アルゴリズム提案と臨床応用
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16K01429
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| Research Institution | Junshin Gakuen University |
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Principal Investigator |
岡原 重幸 純真学園大学, 医療工学科, 講師 (50771185)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
辻 敏夫 広島大学, 工学研究院, 教授 (90179995)
曽 智 広島大学, 工学研究院, 助教 (80724351)
末田 泰二郎 広島大学, 医歯薬保健学研究院(医), 教授 (10162835)
伊藤 英史 純真学園大学, 医療工学科, 教授 (50711462)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | 人工心肺 / 血液粘度 / 人工肺 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
人工心肺中の血液粘度は、温度、ヘマトクリットレベル、血液pHなどの非生理的な変化、不十分な抗凝固、機械的ストレスなどによって影響されることは知られている。しかしながら，これまで簡易，非接触そして連続的に血液粘度を測定する方法は存在せず，臨床現場には普及していないので、血液粘度が人工心肺に及ぼす合併症の影響は調べられていない。本研究では，人工肺の圧流量特性に着目して，新たな血液粘度モニタリング法を提案し、人工心肺中の血液粘度と神経学的合併症、人工肺の閉塞などの合併症の関連性を解明する。28年度の研究成果を以下に示す。
（１）人工肺を灌流する流体の特徴から圧流量特性モデルを構築した。大人サイズの代表的な人工肺を対象に、ニュートン流体（グリセリン）および非ニュートン流体（ウシ血）を灌流させて、それらの圧流量特性を求めモデル化を行い、人工肺ごとのパラメータで対応可能なモデルを構築した。
（２）圧流量特性モデルに基づく新しい粘度推定アルゴリズムを提案した。得られた圧流量特性モデルから、圧と流量を入力値とした粘度推定式を導出した。また人工肺と流体の種類に依存したパラメータを決定して、粘度推定方法として提案した。
（３）提案アルゴリズムから、血液粘度モニタリングシステムの開発した。人工心肺装置から圧・流量信号を入力し、その信号から粘度推定式によって推定粘度を数値表示およびグラフ表示可能なプログラムを作成した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
基礎実験および解析が予定通り進み、提案アルゴリズムを利用した臨床用システムも概ね完成している。
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| Strategy for Future Research Activity |
・血液粘度モニタリングシステムのin vitroでの評価
提案方法の正確性を評価するために、ウシ血などの流体を臨床で起こり得る血液温度・ヘマトクリットレベルの範囲内で変化させて人工肺に灌流して実験を行う。提案法と従来法の測定結果間の相関と誤差を調査する。また、灌流するウシ血の血液pHを極端にアルカローシスにすることや、抗凝固薬の不使用により赤血球の変形能異常や凝固状態を模擬可能である。この状態における提案システムの推定粘度からの異常検出の感度を評価することで、安全モニタとしての臨床応用の実現性を検討する。
・血液粘度モニタリングシステムの臨床への適用
臨床にて血液粘度モニタリングシステムを臨床症例に適用させる。人工心肺中、圧流量情報が、開始直後や手術手順によっては安定しないことが予想される。この場合、推定粘度値が急激に変化することになり、ユーザーがそのデータを信頼してしまうこと防ぐための対策として最適なウインドウ幅などを検討する。併せて臨床データを蓄積し。人工心肺手順や手術手技における粘度変化との関連性を分析する。
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| Causes of Carryover |
当該年度に実施した基礎実験時に使用するための粘度計などの購入予定の機材を借りることができたため、当該年度での購入を見送ることとした。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
次年度は、粘度モニタリングシステムのin vitroでの評価を実施するため、人工肺などの医療材料、ウシ血などの試薬を購入し実験を行う。
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