Hemodynamic management system of extracorporeal membrane oxygenation, ECMO

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コンピュータ制御と機械学習による体外式膜型人工肺ECMOの全循環管理システム開発を行った。ECMO装着時の血行動態は、循環平衡理論に基づきモデル化されている。そのモデルを拡張し、計測される血圧・自己心拍出量・左右心房圧・肺動脈圧から、自己心機能・有効循環血液量・血管抵抗を推定するアルゴリズムを開発した。強心剤・血管拡張剤等のECMO循環における心機能や血管抵抗への影響を数理工学的にモデル化した。モデルに基づき、心機能や血管抵抗を薬剤制御する負帰還PI制御器を設計し、またECMO流量も負帰還PI制御で自動制御可能にし、ECMO循環管理システムを開発した。麻酔下ビーグル犬において、冠動脈塞栓により心原性ショックモデルを作成した。ECMO補助により左心房圧上昇するECMO LUNGモデルを作成し、開発したシステムで補助したが、ECMO管理下の薬剤のみによる循環補助は困難であった。心原性ショックに対するECMO管理では、経皮的LVADも用いられていることが多い。そこで、開発したシステムにLVAD制御システムも組み込み、ECMO-LVAD循環管理システムとして再設計した。麻酔下ビーグル犬心原性ショックモデルにおいて、開発したECMO-LVAD循環管理システムの循環制御を検討した。心原性ショック状態においてECMOのみの補助ではECMO LUNGとなったが、ECMO-LVAD循環管理システムを全起動することで、左心房圧は速やかに目標値へ低下し、血圧も正常化されることを確認した。開発したECMO-LVAD循環管理システムはECPELLA(=ECMO+IMPELLA)の複雑な血行動態における循環管理にも応用可能であり、さらなる開発を推進していく。