| 研究課題/領域番号 |
21K08873
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| 研究種目 |
基盤研究(C)
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| 配分区分 | 基金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
小区分55030:心臓血管外科学関連
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| 研究機関 | 東京電機大学 |
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研究代表者 |
住倉 博仁 東京電機大学, 理工学部, 准教授 (20433998)
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| 研究分担者 |
太田 圭 東京女子医科大学, 医学部, 非常勤講師 (00393207)
本間 章彦 東京電機大学, 理工学部, 教授 (20287428)
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| 研究期間 (年度) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| 研究課題ステータス |
交付 (2022年度)
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| 配分額 *注記 |
4,160千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 960千円)
2023年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円)
2022年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円)
2021年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円)
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| キーワード | 人工心肺 / ECMO / 圧力推定 / 非観血 / 変位測定 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
人工心肺やECMO等の体外循環回路を安全に管理する上で、回路内圧の測定は重要である。圧力測定方法は観血式が主であるが、圧力計を接続するためのコネクタにて血栓形成の可能性を有する。本研究では、体外循環回路における回路内圧を非観血的、すなわち、血液と非接触で推定する方法の開発を目的とした。体外循環回路の装置間を接続するための軟質ポリ塩化ビニルチューブは、回路内圧により微小ながらも変形している。光学式変位センサを用いてこのチューブの微小な変位を測定することで、回路内圧を非観血的に推定する方法の開発に関し研究を推進する。
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| 研究実績の概要 |
人工心肺やECMO等の体外循環回路を安全に管理する上で、回路内圧の測定は重要である。圧力測定方法は観血式が主であるが、圧力計を接続するためのコネクタにて血栓形成の可能性を有する。そこで我々は、回路に使用するチューブの変形から回路内圧を推定する方法を開発中である。しかし、チューブの変位量は微小であるため十分な推定精度が得られず、更に、粘弾性体であるチューブは、時間に依存し変位が増大するクリープ現象が生じる。本研究では、体外循環回路における回路内圧を非観血的に推定する方法を実現するために、微小なチューブの変位を精度良く測定する技術の確立と、チューブのクリープ特性を推定するための数理モデルの構築を目的とした。
本年度は、回路内圧を陰圧とした場合の回路内圧の推定を行った。更に、画像処理を用いたチューブ変位の計測に関し検討を行った。
（１）回路内圧を陰圧とした場合の回路内圧の推定
光学式変位センサを組み込んだ治具を用いて、回路内圧を陰圧とした場合のチューブ変位を計測したところ、陽圧時と同様に回路内圧が一定でも変位が次第に増加するクリープ現象が生じた。ばねとダッシュポットからなる3要素モデルを用いた数理モデルにより回路内圧を推定した結果、陽圧時と同様に推定した回路内圧は初期の誤差は大きいものの時間経過で誤差は減少した。このことから、数理モデルを改良することで、チューブ変位から回路内圧を推定可能であることが示唆された。
（２）画像処理によるチューブ変位の計測
装置の小型化を目的とし、小型カメラにより撮影した画像を用いてチューブ変位の計測を試みた。小型カメラにてチューブ変位を撮影するための治具を作製し、撮影画像から画像処理によりチューブ変位を計測した結果、回路内圧の増加に対するチューブ変位の増加を画像より確認できた。このことから、小型カメラによる撮影画像から回路内圧を推定可能なことが示唆された。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
回路内圧を陰圧とした場合の回路内圧の推定に関し、模擬循環回路を用いた評価試験を実施し、陰圧時のクリープの影響を把握することができた。また、ばねとダッシュポットからなる3要素モデルを用いた数理モデルにより、陰圧時の回路内圧の推定を実施することができた。
小型カメラにてチューブ変位を計測するための治具を新たに作製した。また、模擬循環回路を用いた評価試験を実施し、小型カメラによる撮影画像から変位センサと同様にチューブ変位を計測することができた。
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| 今後の研究の推進方策 |
小型カメラを用いた画像処理によるチューブ変位の計測において、チューブ変位を精度良く測定するために、画像処理方法や測定環境について検討を行う。また、回路内圧の推定精度の向上を目的とし、数理モデルの改良を行い模擬循環回路による評価試験を実施する予定である。
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