超音波リニアモータを使用した完全埋め込み型人工心臓の開発に関する研究

使用超声波直线电机开发完全植入式人工心脏的研究

• 批准号: 13780669
• 负责人: 田中 明
• 金额: $ 1.54万
• 依托单位: Tohoku University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
• 财政年份: 2001
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2001 至 2002
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-13780669/
• 关键词: 人工心臓; システム同定; 循環制御; 差圧・流量推定

本年度は超音波モータを使用した人工心臓システムの構築の基礎的研究として,1)超音波モータの基本特性の調査およびいくつかのデザインの検討,2)心房の吸着防止を含む循環制御アルゴリズムの構築,3)供給電力およびモータ回転数による差圧・流量推定アルゴリズムの構築の3つを行った.作成した試作ポンプは流量・負荷特性は実用レベルであったが,効率・耐久性に問題があり,実用化に向けて更なる改良が必要である.昨年度開発した,左心は体循環の制御を行い,右心において吸着を防止するような制御アルゴリズムについて,モック循環系および山羊を用いた急性動物実験を行い,その制御特性を検討した.その結果,本制御法によって,吸着を防止しつつ左心における循環制御を行えることが示された.本制御の利点は,吸着発生の前兆もしくは発生時に左心の循環制御を中断することを回避できることである.また,これまで考慮していなかった肺循環系の動特性を考慮した制御アルゴリズムの導入の必要性が明らかになった.昨年度提案した,ARXモデルを利用した差圧・流量推定アルゴリズムについて,本年度は,回転数および電流計測法の改善と実験によるアルゴリズムの検証を行うとともに,実用性を考慮して,予めモック等で同定したパラメータで動物実験中に推定可能であるかを検証した.その結果,粘性が変化した際の推定精度を向上することができ,流量の推定精度は実用レベルであったが差圧の精度は流量に比べ低く課題が残った.さらに,本推定システムを体内に埋め込むことを考慮して,本アルゴリズムをマイコンに実装した小型の推定システムを開発し,モック実験においてその有効性が確認された.

This year, we will conduct fundamental research on the construction of artificial heart failure systems for the use of ultrasonic waves, including: 1) investigation of basic characteristics of ultrasonic waves, 2) construction of heart failure systems for the prevention of heart failure, 3) construction of differential pressure and flow rate estimation of heart failure systems for the supply of power to heart failure systems. To make a trial operation, the flow rate and load characteristics should be improved according to the actual use, efficiency and durability. In the past year, the control of systemic circulation in the left heart and absorption in the right heart were investigated. As a result, this system is controlled by absorption to prevent the circulation of the left heart. This control point is the precursor of the absorption process. When it occurs, the circulation of the left heart is interrupted. Therefore, it is necessary to consider the dynamic characteristics of the pulmonary circulation system and to consider the introduction of the control system. Last year's proposal,ARX, was used to estimate the flow rate of the current meter. This year's proposal, the number of return meters and the current meter method were improved. As a result, the estimated accuracy of viscosity is improved, and the estimated accuracy of flow rate is improved. In addition, the putative model is considered to be in vivo, and the putative model is developed in small size, and its effectiveness is confirmed.

项目成果

Wang XZ et al.: "Automatic detection and classification of abnormalities for artificial hearts using a hierarchical self-organizing map"Artif. Organs. 25・2. 150-153 (2001)

Wang XZ 等：“使用分层自组织图自动检测和分类人工心脏异常”Artif Organs 150-153。

T.Yambe et al.: "Correlation dimension of the artificial circulation"J Artificial Organs. 5. 1-5 (2002)

T.Yambe 等人：“人工循环的相关维度”J Artificial Organs。

P.S.Olegario et al.: "Outflow control for avoiding atrial suction in a continuous flow total artificial heart"Artificial Organs. 27・1. 92-98 (2003)

P.S.Olegario 等人：“在连续流动全人工心脏中避免心房抽吸的流出控制”Artificial Organs 92-98 (2003)。

M.Yoshizawa et al.: "Sensor-less estimation of pressure head and flow of a continuous-flow artificial heart based on input power and rotational speed"ASAIO Journal. 48・4. 443-448 (2002)

M. Yoshizawa 等：“基于输入功率和转速的连续流人工心脏的压头和流量的无传感器估计”ASAIO Journal 48・4 (2002)。

A.Tanaka et al.: "In vivo test of pressure head and flow rate estimation in a continuous-flow artificial heart"Artificial Organs. 27・1. 99-103 (2003)

A.Tanaka 等人：“连续流动人工心脏中压头和流量估计的体内测试”27・1（2003 年）。