2012 Fiscal Year Annual Research Report
自律的適応性を有し生体の制御系へ能動的に働きかける新しい人工心臓制御の確立
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24390308
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Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
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| Research Institution | National Cardiovascular Center Research Institute |
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Principal Investigator |
大沼 健太郎 独立行政法人国立循環器病研究センター, 研究所, 特任研究員 (50527992)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
巽 英介 独立行政法人国立循環器病研究センター, 研究所, 部長 (00216996)
住倉 博仁 独立行政法人国立循環器病研究センター, 研究所, 流動研究員 (20433998)
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| Project Period (FY) |
2012-04-01 – 2015-03-31
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| Keywords | 人工心臓 / 駆動制御 / 生体計測 / 確率過程 / 相互引き込み |
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| Research Abstract |
生体の状態変化に適応し、さらに自身の動作から生体に働き掛けるような積極的な人工心臓制御はいまだなされていない。本研究では、生物の柔軟な環境適応能力と関係の深い確率過程による非決定論的アプローチと呼吸や心拍にも見られる同期現象(引き込み現象)を応用することで「自律的適応性を有し生体の制御系へ能動的に働きかける新しい人工心臓制御の確立を目的とする。本年度は、基礎となる制御設計と補助人工心臓(VAD)用駆動制御システムの構築を目指し、おもに以下の項目を実施した。
(1)確率的制御モデルを応用した駆動制御系を構築し、試作した連続流ポンプの流量制御試験を行い、流入の吸い付き(外乱)に対して探索的に回転数が低下して吸い付きが解除された後に再び目標流量に達する挙動が認められた。生体モデルや経験に基づいた行動則を設計することなく以上の挙動が得られたことは、自律的適応性の獲得に有用と考えられた。また、拍動流ポンプ用の駆動制御システム構築に向けて、開発中のVAD用小型空気圧駆動装置の駆動源に制御性の高いDCサーボモータを適用した装置を試作し、従来装置と同等の拍出性能を得た。
(2)VAD制御システムの評価試験に向けて、耐久試験装置をもとに(1)心電図に相当する駆動信号の出力、(2)拍動ポンプの充満機構を、生体同様の受動充満機構へ変更、(3)拍動ポンプのコンプライアンスチャンバを含めた実効的容積変化計測(圧-容積ループ獲得)を行い、駆動制御システムの改良・評価に不可欠な左心補助模擬循環回路を構築した。
(3)先行研究における慢性動物実験にて、拍動流VADの拍動数に自己心が同期する引き込み現象を確認できた。これは、適応的に駆動されるVADと生体側の同期引き込み(相互作用)により生体の制御系に働きかける手法を構築するうえでも重要な知見である。さらに解析をすすめ、制御アルゴリズムへの応用を図る予定である。
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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
本年度および次年度は、基盤となる各要素技術(制御アルゴリズム、計測系、評価用循環回路など)の構築と実験用駆動制御システムの構築を目指している。現在まで、おもに自律的適応性獲得アルゴリズム構築とこれを組み込んだ連続流ポンプ用駆動制御装置、評価用模擬循環回路改良を実施した。パラメータが多いため拍動流用制御系に若干遅れがあるいっぽう、先行研究における慢性動物実験にて拍動流VADに対する引き込み現象を確認できたことは本研究の推進に有用であった。以上から、総合的におおむね順調な進展と考えられた。
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| Strategy for Future Research Activity |
制御設計と計測系、実験用駆動制御システムの構築に関して、ひきつづき動作検証を行い、本研究の目的に沿って改良した左心補助模擬循環回路を用いて評価試験を行う。適宜改良を施し、急性・慢性動物実験に使用可能なシステムの完成を目指す。
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| Expenditure Plans for the Next FY Research Funding |
物品費、旅費はおおむね計画のとおりであったが、本年度はシステム構築を主としたためデータ整理等に人件費・謝金を生じなかったことと成果公表に関わるその他支出が当初の見積もりを下回ったため、次年度使用額を生じた。今後、翌年度とあわせて現在までの成果公表と本システム評価の積極的実施、更なる研究推進を図る。
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