JPH03210272A - Adaptive controller for auxiliary artificial heart - Google Patents

Adaptive controller for auxiliary artificial heart

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JPH03210272A
JPH03210272A JP904490A JP449090A JPH03210272A JP H03210272 A JPH03210272 A JP H03210272A JP 904490 A JP904490 A JP 904490A JP 449090 A JP449090 A JP 449090A JP H03210272 A JPH03210272 A JP H03210272A
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JP
Japan
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artificial heart
auxiliary artificial
time
control
adaptive control
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Pending
Application number
JP904490A
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Japanese (ja)
Inventor
Makoto Yoshizawa
誠 吉澤
Kinzan Hiyou
馮 金山
Hiroshi Takeda
宏 竹田
Makoto Miura
誠 三浦
Tomoyuki Yamaya
智之 山家
Yoshiaki Katahira
片平 美明
Shinichi Nitta
仁田 新一
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Zeon Corp
Original Assignee
Nippon Zeon Co Ltd
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Publication date
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Priority to JP904490A priority Critical patent/JPH03210272A/en
Publication of JPH03210272A publication Critical patent/JPH03210272A/en
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Abstract

PURPOSE:To adaptively control the auxiliary artificial heart by calculating the shrinkage time necessary for imparting the set circulation rate per minute by the rule of successive adaptive control using the weighted least squares from the circulation rate per time of the auxiliary artificial heart and the R wave intervals of an electrocardiogram. CONSTITUTION:The optimum control means of a personal computer calculates the shrinkage time necessary for imparting the set circulation rate per minute of the auxiliary artificial heart by the rule of successive adaptive control using the weighted least squares from the circulation rate per time of the auxiliary artificial heart and the R wave intervals of the electrocardiogram and controls the driving of a pneumatic driver in such a manner that the time for positive pressure supply coincides. The control state is simultaneously monitored by a monitor device for the control system and the blood circulating action of the biocirculation system is analyzed in real time by a means for analyzing the biocirculation system and is displayed on a display device. The fluctuation in the blood circulation action of the biocirculation system is thus promptly recognized by a doctor or operator and is rapidly reflected in the driving conditions of the auxiliary artificial heart.

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、補助人工心臓駆動のための適応制御装置、よ
り詳しくは、パーソナル・コンピュータ(以下「パソコ
ン」と略称)内に適応制御手段。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Industrial Application Field] The present invention relates to an adaptive control device for driving an auxiliary artificial heart, and more specifically, an adaptive control means in a personal computer (hereinafter abbreviated as "personal computer").

制御系監視手段および生体循環系解析手段をソフトウェ
アにより一体化して構成し、補助人工心臓の適応制御と
その監視および生体循環系の血行動態の解析を同時に行
うようにした補助人工心臓用適応制御装置に関する。
An adaptive control device for a ventricular auxiliary artificial heart, which is configured by integrating a control system monitoring means and a biological circulatory system analysis means using software, and simultaneously performs adaptive control and monitoring of the auxiliary artificial heart, and analysis of the hemodynamics of the biological circulatory system. Regarding.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

補助人工心臓は、空気圧などで駆動される血液ポンプを
左心房と大動脈との間などに装填し、自然心臓の拍出量
や冠循環を補助するシステムであリ、心臓手術後の低心
拍出量症候群あるいは心筋梗塞などによる重症ポンプ機
能不全患者の治療・救命に絶大な効果を発揮する最終的
補助手段として注目されている。
An auxiliary artificial heart is a system in which a blood pump driven by air pressure is installed between the left atrium and the aorta to assist the natural heart's stroke volume and coronary circulation. It is attracting attention as a final aid that is extremely effective in the treatment and lifesaving of patients with severe pump dysfunction due to volume syndrome or myocardial infarction.

現在、補助人工心臓の臨床応用は国内でも100例を越
え、いまや基礎研究の段階から実用段階に移行しようと
している。このような状況下において、補助人工心臓の
臨床応用をさらに普及・促進させるためには、補助人工
心臓の駆動装置ばかりでなく、補助人工心臓を中心とす
る計測・制御・解析システム全体に対する自動化を図り
、高度で実用的な制御システムを実現する必要がある。
Currently, there are more than 100 clinical applications of ventricular assist devices in Japan, and the technology is about to move from the basic research stage to the practical stage. Under these circumstances, in order to further spread and promote the clinical application of ventricular assist devices, it is necessary to automate not only the drive device of the ventricular assist device but also the entire measurement, control, and analysis system centered on the ventricular assist device. It is necessary to realize an advanced and practical control system.

(発明が解決しようとする課題〕 従来公表されている補助人工心臓のための自動制御によ
る駆動システムでは、計測・制御・解析システムが一体
化しているものは見当たらず、各システム間の有機的結
合が十分でなかった。このため、補助人工心臓の駆動条
件を変化させたときの生体循環系の血行動態の変動など
を、医師が即座に把握することが難しく、医師の判断を
補助人工心臓の駆動条件に迅速に反映させることに困難
があった。
(Problems to be Solved by the Invention) Among the drive systems with automatic control for assisted ventricular assist devices that have been published so far, there is no system in which measurement, control, and analysis systems are integrated. For this reason, it was difficult for doctors to immediately grasp changes in the hemodynamics of the biological circulatory system when the driving conditions of the auxiliary artificial heart changed, and it was difficult for the doctors to It was difficult to quickly reflect this on the driving conditions.

本発明は上記事情の下になされたもので、その目的とす
るところは、計測・制御・解析システムを一体化したコ
ンパクトで臨床的にも有用な補助人工心臓用適応制御装
置を提供することである。
The present invention was made under the above circumstances, and its purpose is to provide a compact and clinically useful adaptive control device for an auxiliary artificial heart that integrates a measurement, control, and analysis system. be.

〔課題を解決するための手段〕[Means to solve the problem]

上記目的を達成するため、本発明の補助人工心臓用最適
制御装置は、第1図にその原理を示すように、生体循環
系および制御系から所望の情報をピックアップするセン
サと、適応制御装置本体をti成するパーソナル・コン
ピュータと、生体循環系の血行動態および制御状態など
の所望の情報を所定の形式で表示する表示装置とから構
成した。
In order to achieve the above object, the optimal control device for an auxiliary artificial heart of the present invention, as shown in the principle in FIG. The system consisted of a personal computer that provided a complete system, and a display device that displayed desired information such as the hemodynamics and control status of the biological circulatory system in a predetermined format.

そして、前記パーソナル・コンピュータ内には、センサ
から送られてくる補助人工心臓の1回拍出量と心電図の
R波間隔とから重み付き最小2乗逐次適応制御則により
補助人工心臓の毎分設定拍出量を与えるに最適な収縮時
間を算出し、補助人工心臓への陽圧供給時間が該収縮時
間となるように空気圧駆動装置を駆動制御する最適制御
手段と、制御状態を監視する制御系監視手段と、生体循
環系の血行動態をリアルタイムに解析する生体循環系解
析手段とをソフトウェアにより一体化して構成したもの
である。
The personal computer then sets the ventricular assist device every minute based on the stroke volume of the ventricular assist device sent from the sensor and the R-wave interval of the electrocardiogram using a weighted least squares sequential adaptive control law. Optimal control means that calculates the optimal contraction time to give a stroke volume and controls the pneumatic drive device so that the positive pressure supply time to the auxiliary artificial heart matches the contraction time, and a control system that monitors the control state. It is configured by integrating a monitoring means and a biological circulatory system analysis means for analyzing the hemodynamics of the biological circulatory system in real time using software.

〔作 用〕[For production]

一般に、補助人工心臓およびその駆動系を制御するため
に解決しなければならない課題として、以下のようなも
のが考えられる。
In general, the following problems can be considered as problems that must be solved in order to control an auxiliary artificial heart and its drive system.

■)補助人工心臓駆動下の生体循環系の動特性は未だ十
分解明されていないため、どのような駆動条件が最適で
あるか確定していない。
■) Since the dynamic characteristics of the biological circulatory system under the drive of an auxiliary artificial heart have not yet been fully elucidated, it has not been determined what drive conditions are optimal.

2)生体循環系は動的システムとしての構造やパラメー
タが時間的に大きく変動するため、補助人工心臓の駆動
条件をそれに応じて変化させる必要がある。
2) Since the structure and parameters of the biological circulatory system as a dynamic system vary greatly over time, it is necessary to change the driving conditions of the auxiliary artificial heart accordingly.

3)駆動条件は、個体差、活動条件あるいは病態に応じ
ても大幅に変化させなければならない。
3) Driving conditions must be changed significantly depending on individual differences, activity conditions, or pathological conditions.

4)臨床で使用するため、システムがコンパクトであり
、かつ優れたマン・マシン・インタフニーイスを持たな
ければならない。
4) For clinical use, the system must be compact and have excellent man-machine interface.

本発明は、ハードウェアの特性や生体循環系の血行動態
が大幅に変動しても補助人工心臓の抽出流量がすみやか
に目標値に一致するようにし、さらに、補助人工心臓を
駆動しながら制御状態の監視と循環系の解析を行い、補
助人工心臓の拍出流量の目標値や駆動タイミングの設定
を医師が定量的・客観的情報に基づいて容易に行えるよ
うにするため、パソコン上に、適応制御手段、制御系監
視手段および生体循環系解析手段をソフトウェアにより
一体化して構成し、監視結果や解析結果を表示装置にリ
アルタイムに表示することにより、上記l)〜4)の課
題を解決したものである。
The present invention makes it possible for the extraction flow rate of the auxiliary artificial heart to quickly match the target value even if the characteristics of the hardware or the hemodynamics of the biological circulatory system change significantly, and furthermore, it is possible to control the flow rate while driving the auxiliary artificial heart. In order to monitor and analyze the circulatory system, and to enable physicians to easily set the target output flow rate and drive timing of the auxiliary artificial heart based on quantitative and objective information, the The above problems l) to 4) are solved by integrating the control means, control system monitoring means, and biological circulatory system analysis means using software, and displaying the monitoring results and analysis results on a display device in real time. It is.

適応制御手段は、制御アルゴリズムとして、操作量に対
する重みを考慮した重み付き最小2乗逐次適応制御則を
採用し、この重み付き最小2乗逐次適応制御則により生
体循環系の1回拍出量と心電図のR波間隔とから補助人
工心臓の設定拍出量を与えるに最適な収縮時間を算出し
、空気圧駆動装置の陽圧供給時間が該収縮時間となるよ
うに適応的に制御する。
The adaptive control means employs, as a control algorithm, a weighted least squares sequential adaptive control law that takes into account the weight for the manipulated variable, and uses this weighted least squares sequential adaptive control law to adjust the stroke volume of the biological circulatory system. The optimal contraction time for giving the set stroke volume of the auxiliary artificial heart is calculated from the R-wave interval of the electrocardiogram, and the positive pressure supply time of the pneumatic drive device is adaptively controlled so as to match the contraction time.

重み付き最小2乗逐次適応制御則は、制御対象の入出力
関係をARMAモデル(auto−regressiv
emoving average model  :自
己回帰移動平均モデル)で表したとき、そのモデルの係
数を逐次型最小2乗法により逐次的に推定しながら、目
標値と出力との間の誤差の2乗と、入力(操作量)の2
乗とを重み配分した量(評価関数)を最小とするような
出力を決定する適応制御アルゴリズムである。すなわち
、いま補助人工心臓の第に拍目における毎分拍出量をf
 h(l/+in) 、心電図のR波からR波までの時
間(RR間隔)をrk(s)、電磁流量計の流速をRR
間隔にわたり離散的に積分して得られる一回拍出量をV
k(1)とすると、第に拍目における毎分抽出1r k
は fh=60 vb/r、、          (11
で表される。
The weighted least squares sequential adaptive control law uses an ARMA model (auto-regressive
evolving average model: an autoregressive moving average model), the coefficients of the model are estimated sequentially using the sequential least squares method, and the square of the error between the target value and the output and the input (operating amount) 2
This is an adaptive control algorithm that determines the output that minimizes the weighted amount (evaluation function) of In other words, the stroke volume per minute at the second beat of the auxiliary artificial heart is f
h(l/+in), the time from R wave to R wave of the electrocardiogram (RR interval) is rk(s), and the flow rate of the electromagnetic flowmeter is RR.
The stroke volume obtained by discretely integrating over the interval is V
k(1), extraction per minute at the th beat 1r k
is fh=60 vb/r, (11
It is expressed as

重み付き最小2乗逐次適応制御則は、毎分拍出量の目標
値をf”h (1/win) 、収縮時間をuk(s)
、サンプリング周期をΔ(s) 、ullからfkまで
のむだ時間をd・Δ(s)(d≧1)とするとき、流量
fk◆dを(2)式のようなARMAモデルrk◆、=
αOfk+α1fk−1+…十α1l−1fk−(+1
−11+βOuk+βIuk−1+ ”’+βs+4−
11に−+lI+d−IT(2) で表し、この(2)式の係数α。、α1.・・・α7−
1.β0゜β6.・・・、βm+4−1に関連する量を
逐次推定しながら、第に+d拍目の評価関数J k、a
(3) が最小になるような操作量u5を求めるものである。
The weighted least squares sequential adaptive control law sets the target value of stroke volume per minute as f”h (1/win) and the contraction time as uk(s).
, when the sampling period is Δ(s) and the dead time from ull to fk is d・Δ(s) (d≧1), the flow rate fk◆d is the ARMA model rk◆,=
αOfk+α1fk-1+...10 α1l-1fk-(+1
-11+βOuk+βIuk-1+ ”'+βs+4-
11 is expressed as -+lI+d-IT(2), and the coefficient α of this equation (2). , α1. ...α7-
1. β0°β6. ..., while successively estimating the quantities related to βm+4-1, the +dth beat evaluation function J k,a
(3) Find the manipulated variable u5 that minimizes .

ここで、(3)式中のγはukに対する重みであり、操
作量が過大になることを抑制するものである。
Here, γ in equation (3) is a weight for uk, and is used to prevent the manipulated variable from becoming excessive.

このTの選び方は応答速度に関係する。γを小さくする
と応答速度が速くなるが、uhも大きくなる。ukがあ
る程度小さいときには、定常状態におけるukとvkと
の間の関係は線形であると見なずことができ、ullの
増加に対してvkは比例的に増加する。u、が過大にな
ると、ul(の増加に対して■、が飽和し、あるいは減
少したりする。
How to select this T is related to the response speed. If γ is made smaller, the response speed becomes faster, but uh also becomes larger. When uk is small to a certain extent, the relationship between uk and vk in a steady state can not be considered linear, and vk increases proportionally to an increase in ull. When u becomes too large, ■ becomes saturated or decreases with respect to the increase in ul(.

したがって、ukが線形領域に留まって(11式が成り
立つようにするためにはγはあまり小さくできない。本
発明における実験結果によれば、r−1000程度のと
き、応答速度が十分速くかつ安定性も良好であった。
Therefore, in order for uk to remain in the linear region (equation 11 holds true), γ cannot be made too small.According to the experimental results of the present invention, when r-1000 or so, the response speed is sufficiently fast and stable. was also good.

さらに、(21+31式中の次数n 、 m 、 dに
関する制約条件はパソコンの演算速度で決まり、n +
 m +d≦5である。nは、(2)式中のf、に関す
る自己回帰型α。fk+αl fk−1+・・・+αn
−1fk−(11−11の次数を表す。mは、ukに関
する移動平均項β。uh十βl u k−1+ ”・+
βwr+4−1 u k−(*+4−11の次数を表す
。また、d (整数)は、ukからfkまでのむだ時間
(伝達遅れ)に関するものであり、Δ(s)をサンプリ
ング周期とするとき、Δの整数倍すなわちd・Δ(s)
がむだ時間の長さを与える。本発明の実験結果から最も
安定性が良いと判断されたのは、n=1.m=1.d=
1の組合せであった。
Furthermore, the constraint conditions regarding the orders n, m, and d in the formula (21+31 are determined by the calculation speed of the personal computer, and n +
m + d≦5. n is an autoregressive α regarding f in equation (2). fk+αl fk-1+...+αn
-1fk- (represents the order of 11-11. m is the moving average term β regarding uk. uh + βl u k-1+ ”・+
βwr+4-1 u k-(*represents the order of +4-11. Also, d (integer) is related to the dead time (transmission delay) from uk to fk, and when Δ(s) is the sampling period , an integer multiple of Δ, that is, d・Δ(s)
gives the length of dead time. Based on the experimental results of the present invention, the one that was judged to have the best stability was n=1. m=1. d=
It was a combination of 1.

制御系監視手段は、上記適応制御手段による補助人工心
臓の制御状態を監視し、また生体循環系解析手段は、生
体循環系の血行動態を解析し、これらの監視結果と解析
結果は表示装置のCRT画面などにリアルタイムに表示
される。このため、補助人工心臓の駆動条件を変化させ
たときの生体循環系の血行動態の変動なども即座に把握
することができ、医師の判断を補助人工心臓の駆動条件
に迅速に反映させることができるようになる。
The control system monitoring means monitors the control state of the auxiliary artificial heart by the adaptive control means, and the biological circulatory system analysis means analyzes the hemodynamics of the biological circulatory system, and these monitoring results and analysis results are displayed on the display device. Displayed in real time on a CRT screen, etc. Therefore, it is possible to immediately grasp changes in the hemodynamics of the biological circulatory system when the driving conditions of the auxiliary artificial heart are changed, and the physician's judgment can be quickly reflected in the driving conditions of the auxiliary artificial heart. become able to.

上記した適応制御手段、制御系監視手段および生体循環
系解析手段の各処理動作は、第2図のタイムチャートに
示すように、パソコン内蔵のタイマ割り込み(l 9m
毎)と、心電図のR波トリガパルスによる外部割り込み
の2重の割り込み処理によって並列に実行される。タイ
マ割り込みは、A/Dコンバータのサンプリングやデー
タの逐次的処理(積分や瞬時値の画面表示)の単位を決
定する。また、R波による割り込みは、補助人工心臓の
拍動を自然心臓の拍動に同期させる。したがって、適応
制御手段、制御系監視手段および生体循環系解析手段の
三者があたかも同時並行に作動しているように見え、補
助人工心臓を駆動しながら制御状態や生体循環系の解析
結果をリアルタイムに確認することができる。
Each processing operation of the above-mentioned adaptive control means, control system monitoring means, and biological circulatory system analysis means is executed by a timer interrupt (l9m
(every time) and an external interrupt caused by an electrocardiogram R-wave trigger pulse. The timer interrupt determines the unit of sampling of the A/D converter and sequential processing of data (integration and screen display of instantaneous values). Furthermore, the interruption by the R wave synchronizes the beats of the auxiliary artificial heart with the beats of the natural heart. Therefore, it appears as if the adaptive control means, control system monitoring means, and biological circulatory system analysis means are operating simultaneously, and the control status and biological circulatory system analysis results are displayed in real time while driving the auxiliary artificial heart. can be confirmed.

〔実施例〕〔Example〕

以下、本発明の実施例につき図面を参照して説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

第3図は、本発明になる補助人工心臓用適応制御装置の
一実施例を示す。この実施例は、本発明装置をポリウレ
タン性のサック型ポンプからなる左心用補助人工心臓に
適用した場合の一例である。
FIG. 3 shows an embodiment of an adaptive control device for an auxiliary artificial heart according to the present invention. This embodiment is an example in which the device of the present invention is applied to a left ventricular auxiliary artificial heart made of a polyurethane sack-type pump.

図中、1は生体循環系すなわち自然心臓、2は左心用補
助人工心臓、3は左心用補助人工心臓2を駆動する空気
圧駆動装置(日本ゼオン製)、4は適応制御装置本体を
構成するパーソナルコンピュータ(NEC製、 P C
−9801V X、以下「パソコン」)、5はキーボー
ドなどの入力装置、6はCRTデイスプレィ、7はプリ
ンタ、8はフロッピー・ディスク装置、9は左心用補助
人工心1iii2の流出側カニューラに設けた拍出量検
出用の電磁流量計である。
In the figure, 1 is the biological circulation system, that is, the natural heart, 2 is the left ventricular auxiliary artificial heart, 3 is the pneumatic drive device (manufactured by Nippon Zeon) that drives the left ventricular auxiliary artificial heart 2, and 4 is the main body of the adaptive control device. A personal computer (manufactured by NEC, PC
-9801V This is an electromagnetic flowmeter for detecting stroke volume.

左心用補助人工心臓2は、自然心臓lの左心房101と
大動脈102との間に接続されており、サック201を
収縮・拡張することにより血液を拍出するように構成さ
れている。なお、自然心臓1内の符号103は左心室で
ある。
The left ventricular auxiliary artificial heart 2 is connected between the left atrium 101 and the aorta 102 of the natural heart 1, and is configured to pump blood by contracting and expanding the sac 201. Note that the reference numeral 103 in the natural heart 1 is the left ventricle.

空気圧駆動装置3は、左心用補助人工心112のサック
201を収縮・拡張するための陽圧源301と陽圧源3
02、およびこの陽圧源と陽圧源を交互に切り換えるた
めの駆動圧切換弁303とからなる。なお、図示は略し
たが、陽圧源301と陽圧源302にはそれぞれ圧力調
整弁が備えられており、パソコン4あるいは手動により
陽圧と陽圧を所望の値に調整可能である。
The pneumatic drive device 3 includes a positive pressure source 301 and a positive pressure source 3 for deflating and expanding the sac 201 of the left ventricular auxiliary artificial heart 112.
02, and a drive pressure switching valve 303 for alternately switching between this positive pressure source and the positive pressure source. Although not shown, each of the positive pressure source 301 and the positive pressure source 302 is equipped with a pressure regulating valve, and the positive pressure can be adjusted to a desired value using the computer 4 or manually.

本発明の特徴である適応制御手段、制御系監視手段およ
び生体循環系解析手段は、パソコン4内においてソフト
ウェアにより実現されている。パソコン4の処理動作の
概略を第4図のタイムチャートに示す。パソコン4がら
空気圧駆動装置3への操作量は次の4つである。
The adaptive control means, control system monitoring means, and biological circulatory system analysis means, which are the features of the present invention, are realized by software in the personal computer 4. An outline of the processing operation of the personal computer 4 is shown in the time chart of FIG. The following four operations are performed on the pneumatic drive device 3 from the computer 4.

l)陽圧レベルの操作信号 2)陽圧レベルの操作信号 3)収縮時間U 4)遅延時間τ ここで、l)と2)の信号は、それぞれ第4図(flの
空気駆動圧の陽圧側の飽和レベルprsと、陽圧側の飽
和レベルP、を設定するアナログ信号であり、D/Aコ
ンバータ(図示略)を通じて空気圧駆動装置3へ出力さ
れる。本発明の場合、この陽圧側と陽圧側の飽和レベル
P ps g P Hlは予め所定値に設定される。
l) Operating signal of the positive pressure level 2) Operating signal of the positive pressure level 3) Deflation time U 4) Delay time τ Here, the signals of l) and 2) are respectively shown in FIG. This is an analog signal that sets the saturation level prs on the pressure side and the saturation level P on the positive pressure side, and is output to the pneumatic drive device 3 through a D/A converter (not shown).In the case of the present invention, the positive pressure side and the positive pressure side The pressure side saturation level P ps g P Hl is set in advance to a predetermined value.

3)の収縮時間Uと4)の遅延時間τは、第4図(e)
に示スように、駆動パルスのパルス幅とその立ち上がり
時刻に相当する。収縮時間Uは、駆動圧切換弁303を
陽圧源301側へ切り換え、左心用補助人工心臓2に陽
圧を供給している時間であり、遅延時間τはこの陽圧を
与える時間位置、すなわち第4図18)の自然心臓の心
電図(ECG)のR波から左心用補助人工心臓2の収縮
開始位置までの遅延時間に対応する。なお、この収縮時
間Uをある範囲内で増減させれば、同図(幻に横縞で示
すように、左心用補助人工心臓2の拍出量をこれに比例
して増減させることができる。
The contraction time U in 3) and the delay time τ in 4) are shown in Figure 4(e).
As shown in , it corresponds to the pulse width of the drive pulse and its rise time. The contraction time U is the time during which the driving pressure switching valve 303 is switched to the positive pressure source 301 side and positive pressure is supplied to the left ventricular auxiliary artificial heart 2, and the delay time τ is the time position at which this positive pressure is applied, That is, it corresponds to the delay time from the R wave of the electrocardiogram (ECG) of the native heart to the contraction start position of the left ventricular assist artificial heart 2 as shown in FIG. 4 (18). Incidentally, if this contraction time U is increased or decreased within a certain range, the ejection volume of the left ventricular auxiliary artificial heart 2 can be increased or decreased in proportion to this, as shown by the horizontal stripes in the figure (illustration).

したがって、前述した12) 、 131式で与えられ
る重み付き最小2乗逐次適応制御則に従って、この収縮
時間Uを適応的に制御すれば、その時の自然心Flil
の血行動態に応じて左心用補助人工心臓2を、(3)式
を最小にするという意味で最適に制御することができる
Therefore, if this contraction time U is adaptively controlled according to the weighted least squares sequential adaptive control law given by the above-mentioned equation 12) and 131, the natural heart Flil
The left ventricular auxiliary artificial heart 2 can be optimally controlled in accordance with the hemodynamics of the left ventricular assist device 2 in the sense of minimizing equation (3).

一方、パソコン4へは、空気圧駆動装置3と左心用補助
人工心臓2および生体循環系lから、次の8つの計測量
が入力信号として8チヤンネルのA/Dコンバータ(図
示略)を通じて取り込まれる。
On the other hand, the following eight measured quantities are input to the PC 4 as input signals from the pneumatic drive device 3, the left ventricular assist device 2, and the biological circulatory system 1 through an 8-channel A/D converter (not shown). .

1)陽圧レベル 2) 陽圧レベル 3)空気駆動圧の瞬時値 4)左心用補助人工心臓の流量(流出または流入) 5)肺動脈流量 6) 大動脈圧 7) 左心室圧 8)左心房圧 これら8つの入力信号のうち、1) 、 2)および3
)は、空気圧駆動装置3に内蔵した圧力センサ(図示略
)により計測している。4)は、第3図中の左心用補助
人工心Fi2の流出側カニューラに設けた電磁流量計9
により計測している。5)は肺動脈に取り付けた電磁流
量計(図示略)により計測し、また、6) 、 7)お
よび8)は、大動脈、左心室、左心房にそれぞれ取り付
けたカテ先マノメータなどの体内用圧力センサ(図示略
)により計測している。
1) Positive pressure level 2) Positive pressure level 3) Instantaneous value of air drive pressure 4) Flow rate of the left ventricular assist device (outflow or inflow) 5) Pulmonary artery flow rate 6) Aortic pressure 7) Left ventricular pressure 8) Left atrium Of these eight input signals, 1), 2) and 3
) is measured by a pressure sensor (not shown) built into the pneumatic drive device 3. 4) is the electromagnetic flowmeter 9 installed in the outflow side cannula of the left ventricular auxiliary artificial heart Fi2 in Fig. 3.
It is measured by 5) is measured by an electromagnetic flowmeter (not shown) attached to the pulmonary artery, and 6), 7), and 8) are measured by internal pressure sensors such as catheter tip manometers attached to the aorta, left ventricle, and left atrium, respectively. (not shown).

次に、上記実施例の動作を適応制御機能、制御系監視機
能および生体循環系解析機能ごとに分けて順に説明する
Next, the operation of the above embodiment will be explained in order by dividing it into an adaptive control function, a control system monitoring function, and a biological circulatory system analysis function.

[1]適応制御機能 パソコン4は左心用補助人工心l12の1回拍出量(第
4図(g))と、自然心l111の心電図(第4図(a
))を基に、次のようして重み付き最小2乗逐次適応制
御則により左心用補助人工心臓2の収縮時間Uを算出し
、空気圧駆動装置3の駆動圧切換弁303の切換タイミ
ングを制御し、左心用補助人工心臓の毎分拍出量が予め
設定した目標値となるように適応的に制御する。なお、
本実施例では、前記(2)式の次数をn=m=d=1と
した。したがって、n=m=d=1のとき、前記(2)
式は[11+1=(r(Ifk+βOuk+βIuk−
1121’となる。
[1] Adaptive control function The personal computer 4 monitors the stroke volume of the left ventricular assist device 112 (Fig. 4 (g)) and the electrocardiogram of the natural heart 111 (Fig. 4 (a)
)), the contraction time U of the left ventricular assist device 2 is calculated by the weighted least squares sequential adaptive control law as follows, and the switching timing of the drive pressure switching valve 303 of the pneumatic drive device 3 is determined. and adaptively control the minute stroke volume of the left ventricular assist device to reach a preset target value. In addition,
In this embodiment, the order of the equation (2) is set to n=m=d=1. Therefore, when n=m=d=1, the above (2)
The formula is [11+1=(r(Ifk+βOuk+βIuk−
1121'.

いま、左心用補助人工心112の第に拍目における毎分
拍出量をf @(1/+1in) 、収縮時間をul、
(s)とすると、パソコン4はこれらのデータから下記
(4)式の人力データ・ベクトルφ、を作る。
Now, the stroke volume per minute at the 1st beat of the left ventricular assist device 112 is f@(1/+1in), the contraction time is ul,
(s), the personal computer 4 creates a human data vector φ of the following equation (4) from these data.

また、 ベク トルφ□を次のように定義する。Also, Baek The torque φ□ is defined as follows.

このベクトルφ□は、(4)式のベクトルφにの第1要
素に含まれるf l++1をその目標値fIk、tで置
き換えたものである。
This vector φ□ is obtained by replacing f l++1 included in the first element of vector φ in equation (4) with its target value fIk,t.

さて、重み付き最小2乗逐次適応制御則とCよ、操作量
である収縮時間uk。、を uk++−φ”kTf’k(61 (右肩のTは転置を表す) のように与えるアルゴリズムである。ここで、3次元ベ
ク トルθヶは、 (2)式の係数α。、β。、β1の推 定量α。、β。、β1で作られ、 である。
Now, the weighted least squares sequential adaptive control law, C, and the contraction time uk, which is the manipulated variable. , is an algorithm that gives uk++-φ"kTf'k (61 (T on the right shoulder represents transposition). Here, the three-dimensional vector θ is the coefficient α., β of equation (2). , β1 is made from the estimators α., β., β1, and is .

したがって、 (6)式は、 u k41 = [f ”m+1+ r uk+fl uk、] (βo+r)(f”b+++γuk−α1)fk+βI
uk1) (6)′ で与えられる。
Therefore, equation (6) is: u k41 = [f ''m+1+ r uk + fl uk,] (βo+r) (f''b +++ γuk - α1) fk + βI
uk1) (6)'

さらに、 θ、 は下記(8)式のように 逐次的に得られ、 (8)式中の3次元正方行列Pk も 下記(9)式に従って逐次的に更新する。moreover, θ, is as shown in equation (8) below. obtained sequentially, (8) Three-dimensional square matrix Pk in formula too It is updated sequentially according to equation (9) below.

1+φll−+”Pl 2φに−1 × [um φに 1′θに一1] (8) ここで、 θにの初期値θ。はθ。=0とする。1+φll−+”Pl -1 to 2φ × [um to φ 1′θ to 1] (8) here, Initial value θ for θ. is θ. =0.

(9) ここで、 Pk−1の初期値P−,は、 1=ε■3と する。(9) here, The initial value P-, of Pk-1 is 1=ε■3 and do.

■3は次のような3次の単位行列である。■3 is a cubic unit matrix as shown below.

εは任意の正の実数である。ε is any positive real number.

このεはθヶ の係 数推定の収束速度を決定する。This ε is θ person in charge Determine the convergence speed of number estimation.

本実施例では、 収 束速度が十分速く、 かつ安定な推定のできる値と して、 ε−0,01を採用した。In this example, Collection The bundle speed is sufficiently fast, and a value that can be estimated stably. do, ε-0.01 was adopted.

また、θ、の微小変動の影響を遮断すると同時に、P、
の数値計算上の誤差の累積を停止させるため、 rh、+−f”t、、t l / l f”k、t 1
≦ν   θ0k 2φト1 xI uk−1−φに−1”θに一1f ≦p(J2を
同時に満たすような場合は、(8) 、 (9)式の更
新を行わず、それらの式の代わりに、 θ2=θ*−+                  
  031とする。ここで、νとμは任意の正の実数で
あり、本実施例ではν=0.2 、μ=0.01とした
In addition, while blocking the influence of minute fluctuations in θ, P,
In order to stop the accumulation of errors in the numerical calculation, rh, + - f"t,, t l / l f"k, t 1
≦ν θ0k 2φto1 xI uk−1−φ−1”θ−1f ≦p (If J2 is satisfied at the same time, do not update equations (8) and (9) and Instead, θ2=θ*−+
031. Here, ν and μ are arbitrary positive real numbers, and in this embodiment, ν=0.2 and μ=0.01.

さらに、(8) 、 (91式の条件を一旦満たした後
、再びその条件を満たさなくなったときには、収束速度
を回復するため、P、を初期値ε!に戻すように制御す
る。以上述べた適応制御動作のフローチャートを第5図
に示す、なお、上記適応制御動作は、第2図のR波割り
込みルーチン直後の1サンプリング周期Δ−10ms以
内で終了する。
Furthermore, (8) (Once the condition of Equation 91 is satisfied, when the condition is no longer satisfied again, in order to recover the convergence speed, P is controlled to return to the initial value ε!. A flowchart of the adaptive control operation is shown in FIG. 5. The above-mentioned adaptive control operation is completed within one sampling period Δ-10 ms immediately after the R wave interrupt routine of FIG. 2.

第6図と第7図に実測例を示す。この例は、制御対象の
動特性の変化の一例として、左心用補助人工心臓を装着
した笑気麻酔下の成山羊(体重65kg)において、左
心用補助人工心臓の流出側カニューラの流路抵抗を増加
させた時の経過拍数(NIJMIIEROF BEAT
S)に対する各種の計測量、すなわち平均大動脈圧(A
ORTICPRESSURE : AOP)、毎分心拍
数(H[1ART RATE :IIR) 、収縮時間
(SYSTOLICDURATION : u) 、肺
動脈流量(PULMONARY ARTE旧AL FL
OW : PAF)、左心用補助人工心臓の毎分拍出量
fの変化状態を示したものである。なお、陽圧側の飽和
レベルPP、(第4図(f))は260■−tag、除
圧の飽和レベルPN3(第4図(f))は−40鶴11
gに設定した。
Actual measurement examples are shown in Figs. 6 and 7. This example shows the flow path of the outflow side cannula of the left ventricular assist device in an adult goat (65 kg in weight) under laughing gas anesthesia equipped with a left ventricular assist device. Number of elapsed beats when increasing resistance (NIJMIIEROF BEAT
Various measured quantities for S), namely mean aortic pressure (A
ORTICPRESSURE: AOP), heart rate per minute (H[1ART RATE: IIR), systolic time (SYSTOLICDURATION: u), pulmonary artery flow rate (PULMONARY ARTE)
OW: PAF), which shows the state of change in the stroke volume f per minute of the left ventricular assist device. The saturation level PP on the positive pressure side (Fig. 4 (f)) is 260 -tag, and the saturation level PN3 on the depressurization side (Fig. 4 (f)) is -40 Tsuru 11.
It was set to g.

第6図は、左心用補助人工心Fi2の毎分拍出量の目標
値f1を2 (l/win )に設定し、本発明の適応
制御を実行した場合の例であり、第7図は本発明による
適応制御を行わず、収縮時間Uを110 (ms)の一
定値で駆動した場合の例である。
FIG. 6 shows an example in which the target value f1 of the stroke volume per minute of the left ventricular assist device Fi2 is set to 2 (l/win) and the adaptive control of the present invention is executed. This is an example where the adaptive control according to the present invention is not performed and the contraction time U is driven at a constant value of 110 (ms).

いずれの図においても、経過拍数第20拍目から第40
拍目まで(ハンチングした部分)の間、流出側カニュー
ラの直径の約半分を鉗子でクランプした。したがって、
このクランプによる流路抵抗の増加のため、本発明の適
応制御を行っていない第7図では、この区間の左心用補
助人工心臓の毎分拍出量fが約半分になっている。これ
に対し、本発明の適応制御を行った第6図では、この区
間で収縮時間Uが自動的に増加し、5拍程度で左心用補
助人工心臓の毎分拍出量rが目標値f8=2(f/蒙i
n)に近づき、以後これを維持していることが分かる。
In both figures, the elapsed beats range from the 20th beat to the 40th beat.
Approximately half the diameter of the outflow cannula was clamped with forceps until the beat (hunted part). therefore,
Due to the increase in flow path resistance due to this clamp, in FIG. 7 where the adaptive control of the present invention is not performed, the minute stroke volume f of the left ventricular auxiliary artificial heart in this section is approximately halved. In contrast, in FIG. 6, where the adaptive control of the present invention is performed, the contraction time U automatically increases in this section, and the minute output r of the left ventricular assist device reaches the target value at about 5 beats. f8=2(f/meng i
n), and it can be seen that this is maintained thereafter.

[1]制御系監視機能 第8図に制御系監視機能の動作のフローチャートを、ま
た第9図にCRTデイスプレィ6による制御系監視結果
の表示例を示す。
[1] Control System Monitoring Function FIG. 8 shows a flowchart of the operation of the control system monitoring function, and FIG. 9 shows an example of display of control system monitoring results on the CRT display 6.

第9図中、符号A)で示される部分には、補助人工心臓
の毎分拍出量の目標値などのオペレータが設定した様々
な駆動条件が表示される。符号B)で示される部分の0
印位置には、現時点の収縮時間Uと左心用補助人工心臓
2からの毎分拍出量fをグラフ表示し、画面下縁の横軸
メモリ下付近の棒グラフ部分には心電図のRR間隔と駆
動パルス(収縮時間)の関係を表示している。さらに、
符号C)で示される部分には、RR間隔、遅延時間、左
心室圧(AD5 : A/Dコンバータのチャンネル隘
5への入力信号の意。以下同様)、左心房圧(AD6)
、肺動脈流量(AD7) 、駆動空気圧(AD8) 、
大動脈圧の平均値(AOP)、最大値(AOP□、) 
、最小値(AOP、i 、)、5PT(DPTr  E
VRなどが表示される。
In FIG. 9, a portion indicated by the symbol A) displays various drive conditions set by the operator, such as the target value of the minute output of the auxiliary artificial heart. 0 in the part indicated by symbol B)
At the marked position, the current systolic time U and the minute stroke volume f from the left ventricular assist device 2 are displayed graphically, and the bar graph area near the bottom of the horizontal axis memory at the bottom edge of the screen displays the RR interval of the electrocardiogram. The relationship between drive pulses (contraction time) is displayed. moreover,
The part indicated by symbol C) includes the RR interval, delay time, left ventricular pressure (AD5: input signal to channel 5 of the A/D converter; the same applies hereinafter), and left atrial pressure (AD6).
, pulmonary artery flow rate (AD7), driving air pressure (AD8),
Average value of aortic pressure (AOP), maximum value (AOP□,)
, minimum value (AOP,i,), 5PT(DPTr E
VR etc. are displayed.

なお、S P T I (systolic pres
sure time 1ndeX)とD P T I 
(diastolic pressure time 
1ndex)は第4図(bJ中の斜線で示した部分の面
積である。
In addition, S P T I (systolic pres
sure time 1ndeX) and D P T I
(diastolic pressure time
1ndex) is the area of the shaded part in FIG. 4 (bJ).

E V R(endocardial vaiabil
ity ratio)は心筋への酸素供給対需要比を表
すといわれているもので、EVR=DPTI/5PTI
        Q4)の計算結果である。
E V R (endocardial variation)
ity ratio) is said to represent the oxygen supply to demand ratio to the myocardium, and EVR = DPTI/5PTI
This is the calculation result of Q4).

一方、生体循環系の血圧や流量および制御系の内部状B
(uやτなど)は、10m5の周期でサンプリング(第
2図参照)することにより得られる瞬時値データと、そ
れをRR間隔で積分した値がら成り立つ拍数単位データ
とに分けられ、フロッピー・ディスク装置8によりフロ
ッピー・ディスクに記録される。瞬時値・拍数単位デー
タは、どちらも1度に約500拍分が連続的に記録でき
る。
On the other hand, the blood pressure and flow rate of the biological circulatory system and the internal state of the control system B
(u, τ, etc.) are divided into instantaneous value data obtained by sampling at a cycle of 10 m5 (see Figure 2) and beat unit data consisting of the value integrated over the RR interval. The data is recorded on a floppy disk by the disk device 8. Both instantaneous value and beat rate unit data can be continuously recorded for about 500 beats at a time.

このため、本発明によるときは、従来、データ収集や解
析に用いていたデータ・レコーダによる記録はほとんど
不要となる。
Therefore, according to the present invention, recording by a data recorder, which has been conventionally used for data collection and analysis, is almost unnecessary.

なお、不整脈などにより極端にRR間隔が短くなったり
、あるいは逆に長くなったりした場合には、自動的に予
め定められたモードの駆動状態に移行する。また、制御
プログラムに何らがの異常が起こり、エラーが発生した
場合には、自動的にコンピュータ制御が停止され、空気
圧駆動装置3の内部駆動モード(駆動条件の設定は手動
)に移行する。さらに、例えば、記録用フロッピー・デ
ィスクの容量が不足しているなど、オペレータによる人
為的ミスが生じたときにも適切な警告を表示するように
している。
Note that if the RR interval becomes extremely short or becomes long due to arrhythmia or the like, the drive state is automatically shifted to a predetermined mode. Further, if any abnormality occurs in the control program and an error occurs, the computer control is automatically stopped and the pneumatic drive device 3 shifts to an internal drive mode (drive conditions are set manually). Furthermore, an appropriate warning is displayed when a human error by an operator occurs, such as when the capacity of a recording floppy disk is insufficient.

[m]BE#循環系解析機能 生体循環系解析機能の動作のフローチャートを第10図
に示す。生体循環系解析機能は、記録した生体循環系の
血圧や流量の積分値、あるいは前述した5PTI、DP
TI、EVRなどを、駆動条件(駆動圧レベル、u、τ
など)の変化とともに拍数単位でまとめて表示する機能
である。この機能は、補助人工心臓の駆動を同時に行い
ながら動作させることが可能である。このため、医師は
、循環系の血行動態を推定するための情報を即座に、し
かも過去のデータと比較しながら参照することができる
。既に示した第6図と第7図はこの機能によって表示し
たCRTWI面のプリンタフによるハード・コピーであ
る。
[m]BE#Circulatory system analysis function A flowchart of the operation of the biological circulatory system analysis function is shown in FIG. The biological circulatory system analysis function uses the recorded integral values of blood pressure and flow rate of the biological circulatory system, or the aforementioned 5PTI, DP.
TI, EVR, etc., according to driving conditions (driving pressure level, u, τ
This is a function that displays changes in beats (e.g.) in units of beats. This function can be operated while simultaneously driving the auxiliary artificial heart. Therefore, the doctor can immediately refer to information for estimating the hemodynamics of the circulatory system while comparing it with past data. 6 and 7 already shown are hard copies of the CRTWI screen displayed by this function.

第11図は、左心用補助人工心臓2を装着した笑気麻酔
下の成山羊(体重60kg)に、カテコールアミン(強
心剤)IOμgを注入したときの各計測量、すなわち毎
分心拍数()IEART RATE :)IR)、収縮
時間(SYSTOLICDELAY : r ) 、平
均大動脈圧(AORTICPRESSURE : AO
P)、左心室圧(LEFT VENTRICULARP
RESSURE : LVP)、左心房圧(LEFT 
ATRIAL PRESSURE : LAP)の変化
の解析結果を拍数単位で示したものである。なお、カテ
コールアミンの注入時刻は、経過拍数(NUMBERO
F BEATS ) ノ第O拍目である。
Figure 11 shows each measured amount when IO μg of catecholamine (cardiac drug) was injected into an adult goat (weight 60 kg) under laughing gas anesthesia and equipped with left ventricular assist device 2, i.e. heart rate per minute () IEART. RATE:)IR), systolic time (SYSTOLICDELAY: r), mean aortic pressure (AORTICPRESSURE: AO)
P), left ventricular pressure (LEFT VENTRICULARP
RESSURE: LVP), left atrial pressure (LEFT)
This shows the analysis results of changes in ATRIAL PRESSURE (LAP) in units of beats. The injection time of catecholamine is determined by the number of elapsed beats (NUMBERO).
F BEATS) It is the Oth beat of ノ.

コノヨうに、薬剤投与の効果をその場でリアルタイムに
確認でき、この情報に基づいて判断を行うことが可能と
なり、その後の左心用補助人工心臓の駆動条件を決定す
ることができる。
In addition, the effects of drug administration can be confirmed on the spot in real time, and decisions can be made based on this information, and subsequent driving conditions for the left ventricular assist device can be determined.

また、左心用補助人工心112の毎分拍出量の目標値f
“や遅延時間τを指定されたパターンで変化させること
もできる。第12図にその1例を示す。この例は、第1
1図と同一の山羊において、遅延時間τを20拍ごとに
ランダムに変化させた場合の結果である。この図から、
遅延時間τが長くなると、平均大動脈圧AOPが上昇す
るのに対して左心室圧LVPと左心房圧LAPが下降す
る傾向にあることが分かる。さらに、本発明では、第1
1図あるいは第12図のような画面を表示している状態
で、指定した拍数区間における各量の平均値も計算する
ことができる。
In addition, the target value f of the stroke volume per minute of the left ventricular assist device 112
It is also possible to change the delay time and delay time τ in a specified pattern. An example is shown in Fig. 12.
These are the results when the delay time τ was randomly changed every 20 beats for the same goat as in Figure 1. From this figure,
It can be seen that as the delay time τ becomes longer, the left ventricular pressure LVP and the left atrial pressure LAP tend to decrease while the mean aortic pressure AOP increases. Furthermore, in the present invention, the first
While displaying the screen as shown in FIG. 1 or FIG. 12, it is also possible to calculate the average value of each quantity in a designated beat number section.

以上、本発明の一実施例について述べた。本発明で採用
した重み付き最小2乗逐次適応制御則を適用するために
は、制御対象が線形系で近時できることが必要である。
An embodiment of the present invention has been described above. In order to apply the weighted least squares sequential adaptive control law adopted in the present invention, it is necessary that the controlled object can be constructed as a linear system.

本実施例の場合、左心用補助人工心臓の目標流量f0が
およそ2.5 (1/win)以下で、かつ収縮時間u
kがおよそ200(m)より小さい範囲では、制御対象
は線形系とみなすことができ、良好な制御結果を得るこ
とができた。
In the case of this example, the target flow rate f0 of the left ventricular assist device is approximately 2.5 (1/win) or less, and the contraction time u
In the range where k is less than about 200 (m), the controlled object can be regarded as a linear system, and good control results can be obtained.

なお、線形領域の広さは、心拍数、前負荷・後負荷、駆
動陽陰圧レベルの値などに依存して変化するので、線形
領域を保つukの上限を予め指定することはかなり難し
い。たとえ現在の動作点が線形領域内にあっても、不整
脈などの何らかの外乱によってUが過大となり、ukの
増加とともに拍出量が飽和する領域や減少する領域に動
作点が移動する場合がある。このような場合には、β。
Note that since the width of the linear region changes depending on the heart rate, preload/afterload, driving positive and negative pressure level, etc., it is quite difficult to specify in advance the upper limit of uk that maintains the linear region. Even if the current operating point is within the linear region, U may become excessive due to some disturbance such as arrhythmia, and the operating point may move to a region where stroke volume is saturated or decreased as uk increases. In such a case, β.

の絶対値が極端に小さくなったり、負になったりするの
で、これを判定し、U、を予め設定した値に固定した後
、係数の推定値をリセットして再度適応制御を実行する
ようにすればよい。
The absolute value of U becomes extremely small or negative, so after determining this and fixing U to a preset value, the estimated value of the coefficient is reset and adaptive control is executed again. do it.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

以上述べたところから明らかなように、本発明によると
きは、パーソナル・コンピュータ内に適応制御手段、制
御系監視手段および生体循環系解析手段をソフトウェア
により一体化して構成したので、補助人工心臓を適応的
に駆動しながら、同時にその時の制御状態の監視や生体
循環系の血行動態の解析を行うことができ、医師やオペ
レータが生体循環系の血行動態の変動を即座に把握して
補助人工心臓の駆動条件に迅速に反映させることができ
るという優れた効果を奏する。
As is clear from the above description, according to the present invention, the adaptive control means, the control system monitoring means, and the biological circulatory system analysis means are integrated into a personal computer using software, so that it is possible to adapt the auxiliary artificial heart. It is possible to simultaneously monitor the control status and analyze the hemodynamics of the biological circulatory system while simultaneously driving the auxiliary artificial heart, allowing doctors and operators to instantly grasp changes in the hemodynamics of the biological circulatory system and to improve the performance of the auxiliary artificial heart. This has an excellent effect in that it can be quickly reflected in the driving conditions.

さらに、パーソナル・コンピュータを中心として装置を
構成しているため、コンパクトで、しかも取り扱いに優
れた補助人工心臓用適応制御装置を提供することができ
る。
Furthermore, since the device is configured mainly with a personal computer, it is possible to provide an adaptive control device for an auxiliary artificial heart that is compact and easy to handle.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図は本発明の原理図、 第2図は本発明の多重割り込みを用いた並列処理のタイ
ムチャート、 第3図は本発明の一実施例のブロック図、第4図は上記
実施例における各計測量の時間波形のタイムチャート、 第5図は適応制御動作のフローチャート、第6図は左心
用補助人工心臓を装着した成山羊において本発明の適応
制御を実行した場合の各計測量の実測例を示す図、 第7図は同上において本発明の適応制御を実行しない場
合の各計測量の実測例を示す図、第8図は制御系の監視
動作のフローチャート、第9図は監視画面の例を示す図
、 第10図は生体循環系の解析動作のフローチャート、第
11図は薬剤注入時の成山羊循環系の応答に対する解析
画面の例を示す図、 第12図は遅延時間τを20拍毎にランダムに変化させ
た時の成山羊循環系の応答に対するの解析画面の例を示
す図である。 l・・・生体循環系(自然心臓) 2・・・左心用補助人工心臓 3・・・空気圧駆動装置 4・・・パーソナル・コンピュータ 6・・・CRTデイスプレィ・ 7・・・プリンタ
Fig. 1 is a principle diagram of the present invention, Fig. 2 is a time chart of parallel processing using multiple interrupts of the present invention, Fig. 3 is a block diagram of an embodiment of the present invention, and Fig. 4 is a diagram of the above embodiment. Figure 5 is a flowchart of the adaptive control operation, and Figure 6 is a time chart of the time waveform of each measured quantity. Figure 7 is a diagram showing an actual measurement example of each measured quantity when the adaptive control of the present invention is not executed in the same as above, Figure 8 is a flowchart of the monitoring operation of the control system, and Figure 9 is a monitoring screen. Figure 10 is a flow chart of the analysis operation of the biological circulatory system, Figure 11 is a diagram showing an example of the analysis screen for the response of the adult goat's circulatory system during drug injection, and Figure 12 shows the delay time τ. FIG. 4 is a diagram showing an example of an analysis screen for the response of an adult goat's circulatory system when the response is randomly changed every 20 beats. l... Biological circulatory system (natural heart) 2... Left heart auxiliary artificial heart 3... Pneumatic drive device 4... Personal computer 6... CRT display 7... Printer

Claims (1)

【特許請求の範囲】 空気圧駆動装置から陽圧と陰圧を交互に供給することに
より血液ポンプを収縮・拡張して血液を拍出するように
した補助人工心臓において、生体循環系および制御系か
ら所望の情報をピックアップするセンサと、 適応制御装置本体を構成するパーソナル・コンピュータ
と、 生体循環系の血行動態および制御状態などの所望の情報
を所定の形式で表示する表示装置とからなり、 前記パーソナル・コンピュータ内には、 センサから送られてくる補助人工心臓の1回拍出量と心
電図のR波間隔とから重み付き最小2乗逐次適応制御則
により補助人工心臓の毎分設定拍出量を与えるに最適な
収縮時間を算出し、補助人工心臓への陽圧供給時間が該
収縮時間となるように空気圧駆動装置を駆動制御する最
適制御手段と、制御状態を監視する制御系監視手段と、 生体循環系の血行動態をリアルタイムに解析する生体循
環系解析手段とをソフトウェアにより一体化して構成し
たこと を特徴とする補助人工心臓用適応制御装置。
[Claims] In an auxiliary artificial heart that pumps blood by contracting and expanding a blood pump by alternately supplying positive pressure and negative pressure from a pneumatic drive device, the The personal computer comprises a sensor that picks up desired information, a personal computer that constitutes the body of the adaptive control device, and a display device that displays desired information such as the hemodynamics and control status of the biological circulatory system in a predetermined format.・The computer calculates the set stroke volume of the ventricular assist device per minute using a weighted least squares sequential adaptive control law based on the stroke volume of the ventricular assist device and the R-wave interval of the electrocardiogram sent from the sensor. an optimal control means that calculates the optimal contraction time for the given contraction time and controls the pneumatic drive device so that the positive pressure supply time to the auxiliary artificial heart becomes the contraction time; and a control system monitoring means that monitors the control state. An adaptive control device for an auxiliary artificial heart, characterized in that it is configured by integrating a biological circulatory system analysis means for analyzing the hemodynamics of the biological circulatory system in real time using software.
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Cited By (2)

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