2023 Fiscal Year Research-status Report
Hemodynamic management system of extracorporeal membrane oxygenation, ECMO
| Project/Area Number |
22K12776
|
|---|
| Research Institution | National Cardiovascular Center Research Institute |
|---|
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)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2022-04-01 – 2025-03-31
|
| Keywords | 心原性ショック / 体外膜型人工肺 / 左心補助装置 / 自動制御 / 循環平衡理論 |
|---|
| 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。
心原性ショック(CS)患者の救命にECMOが用いられるが、左室後負荷増加、肺水腫(ECMO lung)は予後を悪化させうる。経皮的左室補助装置LVAD(Impella)の併用(ECPELLA)は患者予後改善が期待できる。しかしECPELLA循環管理は時に複雑で困難である。この問題を解決するため、ECPELLA循環、つまりECMO+LVAD循環におけるECMO流量・LVAD流量・心臓血管作動薬投与量をコンピュータ自動制御し、血圧(AP)・総血流量（TSF= ECMO流量+LVAD流量+自己心拍出量(CO))・左心房圧(PLA)を目標値へ正常化するシステムを開発した。まずECMO-LVAD循環を循環平衡理論に基づいてモデル化し、モデルに基づいてシステムを設計した。麻酔下犬連続７例で検討した。冠動脈塞栓でCS作成し、ECMOを開始しECMO lung状態になることを確認したのち、LVADとともにシステムを起動した。起動後６０分間、システムの自動循環管理を観察した。CSにおいてECMO起動するとPLA増加しECMO lungになった。5分にシステム起動するとECMOとLVADの回転数・ニトロプルシドおよび輸液投与量が自動制御され、COに応じてECMO流量・LVAD流量は最適化された。制御開始後40‐60分(Controlled)には、AP目標値(70mmHg)、TSF目標値(120ml/min/kg)、PLA目標値(14mmHg)へ正確に自動制御された。開発したシステムはECPELLA循環管理を自動的に最適化しうると期待された。また末梢動脈波形の収縮期圧面積を特徴量とし、心拍出量を教師信号とする機械学習法により、心拍出量を精度よくモニターするシステムも開発した。
|
| 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後、ECMO-LVAD循環管理システムへと発展でき、また動物実験にてその制御性能を検証できたことから、順調に進展していると判断した。
|
| Strategy for Future Research Activity |
開発したECMO-LVAD循環管理システムの更なる改善を行い、そのシステム臨床応用に必須になる、低侵襲左心房圧モニターの開発も行っていく。
|
| Causes of Carryover |
理由：次年度使用額115,381円は当初、国内学会出張費用に使う予定であったが、宿泊費等を安く抑えられたことにより生じた。
使用計画：令和６年度は複数の国内学会出張を予定しており、当初予定より費用が高くなることも予想されるため、出張費用（旅費）に使用することを計画している。
|
-
-
[Journal Article] The impact of ECPELLA on haemodynamics and global oxygen delivery: a comprehensive simulation of biventricular failure.2023
Author(s)
Matsushita H, Saku K, Nishikawa T, Yokota S, Sato K, Morita H, Yoshida Y, Fukumitsu M, Uemura K, Kawada T, Yamaura K.
-
Journal Title
Intensive Care Med Exp.
Volume: 12
Pages: 13
DOI
Peer Reviewed / Open Access
-
-
-
[Journal Article] Impact of vericiguat on baroreflex-mediated sympathetic circulatory regulation: An open-loop analysis.2023
Author(s)
Yokoi A, Kawada T, Yokota S, Kakuuchi M, Matsushita H, Nishiura A, Li M, Uemura K, Alexander J Jr, Tanaka R, Saku K.
-
Journal Title
PLoS One
Volume: 18
Pages: e0286767
DOI
Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
-
-
-
-
-
-
-
-
