2018 Fiscal Year Research-status Report
生物的適応アルゴリズムによる自律的人工心臓制御の開発と臨床的課題への応用
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17K10743
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| Research Institution | Toin University of Yokohama |
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Principal Investigator |
大沼 健太郎 桐蔭横浜大学, 医用工学部, 講師 (50527992)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
住倉 博仁 東京電機大学, 理工学部, 助教 (20433998)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | 人工心臓 / 駆動制御 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、想定されない状態変化に対応して自己調節的に適当な血液ポンプ駆動状態を維持可能な制御システムの開発を目的としている。本年度は、（１）遠心ポンプアクチュエータの駆動電流を入力情報とした自律適応的駆動アルゴリズムの評価及び、準心拍同期駆動アルゴリズムの構築、（２）VAD制御法への応用可能性を検討するためのPCシミュレータ構築および模擬循環装置の最適化、を主な課題として以下を実施した。
（１）これまで構築した自己調節的なVAD駆動アルゴリズムを、作成した遠心血液ポンプ駆動用モータドライバに実装し、ポンプ駆動用DCブラシレスモータのコイル電流の波高値を評価関数とした回転数制御を行った際の挙動を左心補助を模擬した循環回路で評価した。その結果、循環抵抗の変化に対しては流量変化を補償する方向に加点巣を増減する傾向がみられ、循環抵抗を初期値に戻した際には元の駆動状態が回復することを確認した。VADに相当する遠心ポンプの流入側に吸い付き機構を挿入した試験では、定常駆動で吸い付きを生じる条件で電流値のみを指標として吸い付き頻度が低減可能であった。また、本制御手法の応用性を検証するための準心拍同期駆動にむけて、VAD側の拍動数、収縮期比、拍動ポンプとの位相差の各パラメタを検討するため、モータの電流波形の拍動下の変動成分を評価関数として拍動下で駆動試験を開始した。
（２）これまで開発してきた電気的等価回路による両心モデルの計算機循環シミュレータを拡張し、連続流VADによる左心補助の循環シミュレータを構築した。現在まで本シミュレータで、心拍同期駆動において先行研究に報告されるような冠血流量の変化と同様の傾向が確認された。また、（１）の循環試験に用いた吸い付き機構および拍動ポンプ人工弁を新規に作成し、評価系の最適化を図った。
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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
本年度は当初計画に従い、自己調節的駆動および、応用例としての準心拍同期駆動の模擬循環試験を行った。後者において、血液ポンプの回転数変動の追従性の遅れのため心拍同期に準ずる挙動に十分に達していないものの、構築した両心モデルの連続流VAD回転数制御の計算機シミュレータの構築および、評価用の模擬循環装置を改良し評価系を構築できた。
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| Strategy for Future Research Activity |
適応的駆動アルゴリズムは、左心補助模擬循環試験において最適化を図るとともに、拍動駆動応用例のための回転数変動システムは、計算機シミュレーションと模擬循環試験を併用してパラメタの最適化を図る。拍動への追従性の課題は、ロータ部を軽量化して再設計した自作モータドライバを用いてあらたに検証を行う。その後、総合的に動作の妥当性を検証する予定である。
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| Causes of Carryover |
理由：制御システム構築に必要となる一部物品、ソフトウェア等の費用が想定を下回ったため。
使用計画：
最終的な評価試験に係る費用として計上し、研究推進を図る。
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