圧流量特性モデルに基づく人工心肺装置操作支援システムの提案

2023 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 19K12851
• 研究機関: 広島国際大学
• 研究代表者: 高橋 秀暢 広島国際大学, 保健医療学部, 講師 (10773103)
• 研究分担者: 黒崎 達也 広島大学, 病院(医), 准教授 (40448270) [辞退] ; 岡原 重幸 純真学園大学, 医療工学科, 教授 (50771185) ; 二宮 伸治 広島国際大学, 保健医療学部, 教授 (60237774) ; 曽 智 広島大学, 先進理工系科学研究科(工), 准教授 (80724351) ; 辻 敏夫 広島大学, 先進理工系科学研究科(工), 教授 (90179995)
• 研究期間 (年度): 2019-04-01 – 2024-03-31
• キーワード: 制御学 / 人工心肺 / 操作支援システム

研究実績の概要

人工心肺システム操作における自動制御法に関する研究をおこなった．
研究の概要としてまずリザーバレベルと血液流量を同時に制御可能な自動制御システムを提案した．血液流量制御系はフィードフォワード制御とフィードバック制御を用いた2自由度モデルマッチング制御手法に基づいて設計し，リザーバレベル制御器はI-PDフィードバック制御に基づいて設計した．提案する制御系は，定常非線形モデルのパラメータ誤差に対して安定して血液流量制御できることが明らかになった．心肺バイパス開始と離脱を模擬した実験を行った結果，動脈血流量は手動調整した静脈血液流量に7.57%以下の誤差で追従し，リザーバレベルは4.89%以下の誤差で一定に維持されることが確認された．次に，術野からのベント／吸引と患者の後負荷変動による外乱を模擬した実験を行った結果，提案法の制御精度は後負荷の変動にほとんど影響されないこと，ベント／吸引による外乱は血液流量の制御精度をやや悪化させる（3.26%以下の誤差）がリザーバレベルの誤差は2.22%以下に維持できることが明らかになった.
この研究は２件の海外論文にて採択され,1件の国際学会にて発表を行った(論文IEEE Access 8 220962-220972 ．IEEE journal of translational engineering in health and medicine 11 435-440　発表　EMBC 43rd Annual International Conference of the IEEE Engineering in Medicine and Biology Societ

研究成果

• [雑誌論文] Simultaneous Control of Venous Reservoir Level and Arterial Flow Rate in Cardiopulmonary Bypass With a Centrifugal Pump (2023)
  • 著者名/発表者名: Takahashi Hidenobu、Kinoshita Takuya、Soh Zu、Okahara Shigeyuki、Miyamoto Satoshi、Ninomiya Shinji、Tsuji Toshio
  • 雑誌名: IEEE Journal of Translational Engineering in Health and Medicine 巻: 11 ページ: 435～440
  • DOI: 10.1109/JTEHM.2023.3290951
  • 査読あり / オープンアクセス
• [産業財産権] 血液循環システムの制御装置、制御方法及びプログラム (2022)
  • 発明者名: 辻 敏夫，木下 拓矢，曽 智, 高橋秀暢
  • 権利者名: 辻 敏夫，木下 拓矢，曽 智, 高橋秀暢
  • 産業財産権種類: 特許
  • 産業財産権番号: 2022-207247