Development of a hemodynamic simulator of implantable ventricular assist devices for congenital heart diseases

本研究では、先天性心疾患患者個々人の血行動態を再現できるシミュレータを用いて、補助人工心臓導入後の血行動態の変化を予測することで、最適な補助循環法を選択できるシステムを開発し、臨床応用することを目的として研究を行なっている。本年度は、主として臨床で使用されている補助人工心臓のモデル化と、先行研究で開発したシミュレータを元とした血行動態シミュレータの開発を行なった。補助人工心臓のモデル化においては、EVAHEART、HeartMateII、HeartMate 3、HeartWave Ventricular Assist Device（HVAD）およびJarvick 2000の数理モデル化を行い、それぞれのデバイスに応じた圧流量曲線の近似式を作成し、開発した血行動態シミュレータに組み込むことに成功した。血行動態シミュレータの開発においては、まず初めに患者個々人での血行動態を再現するために、個人個人で異なるパラメタを推定するアルゴリズムの開発を行なった。先天性心疾患患者を対象としたシミュレーションの場合、新生児から成人までの患者が対象となるため、血管の抵抗やキャパシタンスも年齢や体格によって大きく異なってくる。そこで、まず体格等を考慮した上で仮のパラメタを設定し、実測の収縮期・拡張期血圧、中心静脈圧、酸素飽和度からパラメタを修正していくアルゴリズムを構築した。また本年度は、先天性心疾患の中でも心不全を来たしやすいとされるフォンタン手術後患者における補助人工心臓の効果を、開発した血行動態シミュレータを用いて検証し、その成果を国内学会にて報告した。

本研究では、先天性心疾患患者個々人の血行動態を再現できるシミュレータを用いて、補助人工心臓導入後の血行動態の変化を予測することで、最適な補助循環法を選択できるシステムを開発し、臨床応用することを目的として研究を行なっている。本年度は、主として臨床で使用されている補助人工心臓のモデル化と、先行研究で開発したシミュレータを元とした血行動態シミュレータの開発を行なった。補助人工心臓のモデル化においては、EVAHEART、HeartMateII、HeartMate 3、HeartWave Ventricular Assist Device（HVAD）およびJarvick 2000の数理モデル化を行い、それぞれのデバイスに応じた圧流量曲線の近似式を作成し、開発した血行動態シミュレータに組み込むことに成功した。血行動態シミュレータの開発においては、まず初めに患者個々人での血行動態を再現するために、個人個人で異なるパラメタを推定するアルゴリズムの開発を行なった。先天性心疾患患者を対象としたシミュレーションの場合、新生児から成人までの患者が対象となるため、血管の抵抗やキャパシタンスも年齢や体格によって大きく異なってくる。そこで、まず体格等を考慮した上で仮のパラメタを設定し、実測の収縮期・拡張期血圧、中心静脈圧、酸素飽和度からパラメタを修正していくアルゴリズムを構築した。また本年度は、先天性心疾患の中でも心不全を来たしやすいとされるフォンタン手術後患者における補助人工心臓の効果を、開発した血行動態シミュレータを用いて検証し、その成果を国内学会にて報告した。