2018 Fiscal Year Annual Research Report
Sensorless measurement of biometric information for enhancing QOL in magnetically levitated ventricular assist device
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17H04909
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| Research Institution | Tokyo Institute of Technology |
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Principal Investigator |
土方 亘 東京工業大学, 工学院, 准教授 (30618947)
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2017-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | 補助人工心臓 / 磁気浮上 / 血栓検出 / センサレス計測 / 生体情報 / 流量制御 / 協調制御 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
補助人工心臓内に形成された血栓を追加のセンサなしで検出する技術を引き続き開発した．今年度は，ポンプ内部が観察可能な磁気浮上型補助人工心臓を設計・試作した．血栓検出に用いている電磁石電流とインペラ変位の位相差を計測しつつ，ポンプ内血栓形成の可視化を行ったところ，血栓形成のごく初期段階で位相差が変化しており，血栓の早期検出が可能であることを実証した．
ただし，本技術の課題として純粋な血液粘度変化に対しても位相差が変化してしまう点が挙げられる．そこで，位相差の時間変化を加味した血栓検出用のインデックスを新たに提案し，生理的な血液粘度変化と血栓検出を区別する評価方法を提案した．提案したインデックスを用い，全５回のin vitro血栓検出試験全てにおいて，血栓を検出することができた．
また，これまではクエン酸で抗凝固処理した血液に対し，塩化カルシウムで中和して血栓を形成させていたが，臨床ではヘパリンで抗凝固を行う．そこで，ヘパリン抗凝固血液に対してプロタミンで中和し，血栓検出試験を実施したところ，同様に血栓検出が可能であった．また，ポンプ内の血栓形成量と位相差の関係を調べたところ，位相差の変化量とポンプ内血栓の形成量に相関がみられた．このことから，位相差を測定することで，ポンプ内の血栓形成量を定量できる可能性を示した．
上記技術のほかに，患者のQOL向上技術として提案している，生体心臓と人工心臓の協調制御についても開発を進めている．具体的には追加のセンサを用いずに，患者の心拍数に応じて人工心臓の回転数を制御するとともに，心拍に同期して人工心臓が拍動流を発生するようにポンプ回転数制御を行う．そのために，磁気浮上システムに外乱オブザーバを構成し，インペラに作用する生体心臓からの流体力を推定し，心拍数と拍動の同期タイミングを決定する制御系を設計している．
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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
当初の予定通り，ポンプ内血栓の可視化用人工心臓を設計し，実際に可視化実験も行った．また，より臨床条件に近いヘパリン・プロタミン系での血栓検出に成功し，動物実験への準備を整えることができた．生体心臓との協調制御に関しても，制御系設計を順調に進めることができている．
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| Strategy for Future Research Activity |
血栓検出技術については，小型の豚や牛を用いた動物実験を行い，実際の生体環境で適用可能か評価する予定である．生体心臓との協調制御に関しては，制御系の設計が完了次第，模擬生体心臓を試作し，補助人工心臓と接続することで実験を行う予定である．
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