脊髄局所冷却における数値解析モデルを用いた脊髄温度制御

2015 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 25350574
• Research Institution: Shibaura Institute of Technology
• Principal Investigator: 壁井 信之 芝浦工業大学, システム工学部, 教授 (50096583)
• Project Period (FY): 2013-04-01 – 2016-03-31
• Keywords: 脊髄 / 熱伝導率 / 数値解析 / 温度推定 / 局所冷却 / 生体組織 / カテーテル

Outline of Annual Research Achievements

昨年度までに冷却カテーテルや脊髄などの数値解析モデルを作成したが、本年度はこれらを統合した数値解析モデルの精度をもう少し上げるため、試行錯誤を繰り返し、過去に行った動物実験のすべてのデータと、許容できる誤差範囲内で一致するよう脊髄血流量などの解析条件を最終決定した。このモデルを用い、考えられる範囲での脊髄温度Zと冷却液のカテーテル入口温度X、ならびに出入口温度差Yとの関係を数値化し3次元のグラフ化を行った。またこのデータをもとに脊髄温度を推定しながら、脊髄温度の自動制御をするプログラムの開発を試みた。まずグラフから逐次データ読み込むのは制御する際のむだ時間につながるので、これらのデータを簡単な近似式から導き出せるよう、方程式の導出を行った。
脊髄の血流が正常の場合は、　Z=1.00X＋14.11Y＋2.34 (1)
脊髄が虚血状態（正常の25％）の場合は、　Z=0.88X＋10.27Y＋8.19　　（２）
となり、この式を組み込んだ、温度制御プログラムを作成した。ただ手術の際、大動脈をクランプする前後と開放する前後で温度を推定する式(1)(2)を適宜切り替える必要があるが、これは自動的には判断出来ないのでマニュアルで切り替えることにした。操作量は冷却用ペルチェ素子の印加電圧である。また温度制御はPI動作とした。このプログラムを用い温度制御を試みたが、昨年度開発したシリンジポンプの機能に不具合があり、冷却液の潅流速度を設定値まで上げることができなかったため制御試験を成功裏に完了できなかった。