2022 Fiscal Year Research-status Report
Hemodynamic management system of extracorporeal membrane oxygenation, ECMO
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22K12776
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| Research Institution | National Cardiovascular Center Research Institute |
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Principal Investigator |
上村 和紀 国立研究開発法人国立循環器病研究センター, 研究所, 室長 (10344350)
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| Project Period (FY) |
2022-04-01 – 2025-03-31
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| Keywords | 心原性ショック / 体外膜型人工肺 / ECMO / 左心補助装置 / LVAD |
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| Outline of Annual Research Achievements |
コンピュータ制御と機械学習による体外式膜型人工肺ECMOの全循環管理システム開発を行った。
ECMO装着時の血行動態は、循環平衡理論に基づきモデル化されている。そのモデルを拡張し、計測される血圧・自己心拍出量・左右心房圧・肺動脈圧から、自己心機能・有効循環血液量・血管抵抗を推定するアルゴリズムを開発した。強心剤・血管拡張剤等のECMO循環における心機能や血管抵抗への影響を数理工学的にモデル化した。モデルに基づき、心機能や血管抵抗を薬剤制御する負帰還PI制御器を設計し、またECMO流量も負帰還PI制御で自動制御可能にし、ECMO循環管理システムを開発した。
麻酔下ビーグル犬において、冠動脈塞栓により心原性ショックモデルを作成した。ECMO補助により左心房圧上昇するECMO LUNGモデルを作成し、開発したシステムで補助したが、ECMO管理下の薬剤のみによる循環補助は困難であった。心原性ショックに対するECMO管理では、経皮的LVADも用いられていることが多い。そこで、開発したシステムにLVAD制御システムも組み込み、ECMO-LVAD循環管理システムとして再設計した。
麻酔下ビーグル犬心原性ショックモデルにおいて、開発したECMO-LVAD循環管理システムの循環制御を検討した。心原性ショック状態においてECMOのみの補助ではECMO LUNGとなったが、ECMO-LVAD循環管理システムを全起動することで、左心房圧は速やかに目標値へ低下し、血圧も正常化されることを確認した。
開発したECMO-LVAD循環管理システムはECPELLA(=ECMO+IMPELLA)の複雑な血行動態における循環管理にも応用可能であり、さらなる開発を推進していく。
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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、計画していたECMO循環管理システムを基盤開発できた。またそのシステムの検証を行い、ECMO-LVAD循環管理システムへと発展できたことから、順調に進展していると判断した。
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| Strategy for Future Research Activity |
開発したECMO-LVAD循環管理システムの循環制御の精度・安定性を、麻酔下ビーグル犬心原性ショックモデルにおいて確認する。コンピュータ制御による心臓血管作動薬投与の閉ループ制御システムの基盤開発も引き続き行う。またこれらシステムの臨床応用に必須になる、低侵襲心拍出量モニターや、左心房圧モニターの開発も行っていく。
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| Causes of Carryover |
物品費において、実験動物・実験試薬の使用を効率よく、かつ動物愛護に基づいて行った結果、使用個体数を抑制できた。またコロナ禍のため学会参加はオンラインになり、旅費を節約できた。以上の理由により、次年度使用額が生じた。翌年度２０２３年度分として請求した助成金に合わせ、
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