体外循環回路の安全性の向上を実現する非観血式回路内圧推定方法の開発に関する研究

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。

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。