Hemodynamic management system of extracorporeal membrane oxygenation, ECMO

体外膜肺氧合血流动力学管理系统ECMO

基本信息

批准号：
22K12776
负责人：
上村和紀
金额：
$ 2.66万
依托单位：
National Cardiovascular Center Research Institute
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
财政年份：
2022
资助国家：
日本
起止时间：
2022-04-01 至 2025-03-31
项目状态：
未结题

项目摘要

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。

我们使用计算机控制和机器学习开发了用于外部膜型人工肺ECMO的全部循环管理系统。 ECMO应用时的血流动力学已根据循环平衡理论进行了建模。我们扩展了该模型，以开发一种算法，该算法基于测量的血压，自我心脏输出，左右心房压力以及肺动脉压力，估计自动心功能，有效循环血容量和血管阻力。心脏内在和血管扩张剂对ECMO循环中心脏功能和血管抗性的影响是数学建模和设计的。基于模型，我们设计了一个负面反馈PI控制器，该控制器控制心脏功能和血管阻力，还使ECMO流量自动通过负反馈PI控制自动控制，并开发了ECMO循环管理系统。在麻醉下，冠状动脉栓塞创建了心脏病性休克模型。我们创建了一个ECMO肺模型，在该模型中，在ECMO援助的情况下，剩下的心房压力升高，并提供了我们开发的系统，但是很难仅使用ECMO管理下的药物提供循环援助。经皮LVAD通常用于ECMO管理中，以用于心源性休克。因此，LVAD控制系统也被合并到开发的系统中，并重新设计为ECMO-LVAD循环管理系统。我们研究了麻醉的小猎犬心脏源性休克模型中开发的ECMO-LVAD循环管理系统的循环控制。在心脏病性休克条件下，ECMO仅辅助是Ecmo肺，但可以证实，通过完全启动ECMO-LVAD循环管理系统，左心房压力很快降至目标价值，并且还将血压归一化。开发的ECMO-LVAD循环管理系统也可以应用于Ecpella复杂血液动力学（= ECMO+Impella）中的循环管理，并将促进进一步的发展。