Development of semi-automatic circulation system for cardiopulmonary bypass

2018 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 17K13045
• Research Institution: Kindai University
• Principal Investigator: 徳嶺 朝子 近畿大学, 生物理工学部, 講師 (90435058)
• Project Period (FY): 2017-04-01 – 2019-03-31
• Keywords: 体外循環 / 人工心肺システム

Outline of Annual Research Achievements

心臓大血管手術は新規な技術の開発が進むなど、生体への負荷を減らす新規技術の開発も目覚ましく、新たな技術やシステムが導入されるが、心奇形や一部の弁膜症など心拍動を停止させた直視下治療は必要であり、侵襲の高い術式であるが人工心肺システムを使用した術式は今後も継続して実施される。本研究課題では、体外循環「システム」を見直し開発を行い、心臓手術の安全施行を実現するべく研究開発を行うことを考えた。体外循環中の患者血液量は貯血槽内の血液量で調節される。「流入量」「流出量」を制御することができれば、人工心肺システムの制御は可能であると考えた。
初年度は、準自動循環制御を行うためのシステム開発の第一段階として、流入出量の安定化システムを構築することを目標とした。予備実験により、流入量と流出量の安定化については作成済であったため、脱血圧を模擬した静脈圧発生のタンクを設け、タンク内液位を指定圧で維持するための機構を新たに追加するだけで済む。早い時期に大型の水槽を設け人工心肺システムから送り出された液体をシミュレータ本体へ戻さずに、生体内を模擬した実験用模擬回路を作成した。これにより、体外循環中の体内灌流状況を自由に作成でき、静脈灌流の減少を模擬することが可能になったことから、脱血状態を定量的に再現することができた。しかし、当初予定していた制御条件では、制御項目を増加させたことが要因となり、別システムの構築として最終年度にはローラーポンプを送脱血回路に各1機の計2機のローラーポンプを購入し検証実験を実施できた。システム構築の変更のため、同時にソフトウェアの見直しを実施することができた。準自動循環のための主要アルゴリズムを適宜修正し、年度内にすべての検証実験を終えた。作動流体(水)を使用した検証において、送脱血の準自動循環は可能であった。