2019 Fiscal Year Annual Research Report
Development and application of the autonomous control for a ventricular assist device using a biologically inspired algorithm
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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、想定外の状態変化に対応して自己調節的に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指している。本年度は、駆動電流を指標とした駆動アルゴリズムの制御パラメータや評価関数の最適化を図るため、左心補助を模擬した機械的循環装置による駆動試験を実施した。また、臨床的導入が期待されるVAD駆動法への本手法の応用可能性を検討するため、モータ駆動電流を指標とした準心拍同期駆動について実機の駆動試験とコンピュータベースの循環シミュレーションを実施した。左心補助模擬循環試験では、これまで単に駆動電流を指標として循環抵抗や不意の圧力変動に対して適応的に補助流量を維持する駆動を検証してきた。しかし、遠心ポンプの流入側に設けた軟質材料による簡易な吸い付き機構は、臨床にみられる典型的な吸い付きとはポンプ前後の圧力変動のタイミングが異なっていた。今回、心室に相当する拍動ポンプとの間に側副流路を設けた機構をあらたに構築し、収縮期に断続的な吸い付きを生じる状況で試験を行った。その結果、典型的な吸い付きの状況においても探索的に回転数が低下し吸い付きが解除され再び目標流量を回復する挙動を確認した。一方、平均後負荷100 mmHg、補助流量4 L/minの条件で制御周期の最適化を図ったのち、循環条件を変更して補助流量を回復するまでの時間を検証したものの、ノイズによる探索的手法のためばらつきが大きく、有意な改善は得られなかった。準心拍駆動における模擬循環試験では、心室の拍動数の変更に対して遠心ポンプの拍動も追従した。心室の拍動数が一定の割合で変化する条件では遅れが認められる者の制御周期を短くすることで改善が見られた。PCシミュレーションでは、収縮期補助、収取期補助それぞれ同期率100%、50%で比較したところ、後者においても冠血流量の変化の傾向は同様であると確認できた。
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