공압식 박동형 심실보조장치의 공기 주입량과 주입압 분석을 통한 펌프 박출량의 체외 측정 기법 :External method of measuring pump outflow by analyzing air injection amount and injection pressure of pneumatic pulsatile ventricular assist device

강성민

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자료유형: 학위논문

저자정보: 강성민 (강원대학교, 강원대학교 대학원)

지도교수: 최성욱

발행연도: 2016

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이 논문의 연구 히스토리 (5)

2016

공압식 박동형 심실보조장치의 공기 주입량과 주입압 분석을 통한 펌프 박출량의 체외 측정 기법

강성민 융합시스템공 2016.01 학위논문

2015

대동물 실험을 통한 공압식 박동형 심실보조장치의 박출량 추정 시스템에 대한 유효성 검증

강성민 , 김동선 , 김의찬 외 1명 대한기계학회 춘추학술대회 2015.11 학술대회자료

2011

관형의 구조적 특징을 갖춘 박동형 관형 심실보조장치의 혈류, 혈압 평가

강성민 , 최성욱 대한기계학회 논문집 B권 2011.11 학술저널

관형 박동형 공압식 심실보조장치에서 박출량 개선을 위한 박출 조건 최적 제어

강성민 , 최성욱 대한전자공학회 학술대회 2011.06 학술대회자료

2009

인공심실 보조 장치의 박출량 및 박출압 최적 제어기

강성민 , 김종세 , 최성욱 대한기계학회 춘추학술대회 2009.11 학술대회자료

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심실보조장치는 심장 질환 환자의 심장 기능을 보조하고, 심장 이식까지의 가교역할로서 개발이 시작되어 사용 목적과 작동 방식에 따라 여러 종류의 기기들이 개발되는 등 기술적 진보가 이루어져 왔음에도 불구하고, 여전히 심장 질환 환자에게 적용되는 비율은 매우 적은 실정이다. 심실보조장치가 많은 환자에게 적용되기 어려운 이유는 기기의 오작동이나 환자의 생리적 조건에 맞지 않는 부적절한 동작으로 인해 심각한 부작용이 발생할 수 있고, 이러한 이유들로 인하여 안전성이 낮기 때문에 사망 위험이 매우 높은 말기 심부전 환자에게만 심실보조장치를 적용하기 때문이다. 따라서 본 연구에서는 기기의 안전성 및 신뢰성을 향상 시키기 위하여 기기의 작동 상태 및 생리적인 상태를 평가 할 수 있는 지표인 박출량을 내부 공기 주입량과 주입압을 통해 추정할 수 있는 시스템을 설계하고, 제작하였다.
제작된 박출량 추정 시스템의 정확성 및 신뢰성을 평가하기 위하여 반복적인 체외 실험과 장기간의 동물 실험을 실시하였으며, 추정 박출량의 비교 대상으로 임상에서 주로 사용되는 초음파 혈류계를 사용하였다. 체외 실험에서는 박동수, 전부하, 후부하, 급격한 박출량 저하에 따른 박출량의 변화를 측정하였으며, 동물실험에서는 박동수 및 장기간 측정에 따른 박출량의 변화를 측정하였다.
실험결과, 초음파 혈류계로 측정된 박출량과 추정 시스템으로 측정된 박출량이 박출량 증가 및 감소에 따라 서로 유이한 것으로 측정되었다. 특히, 두 값의 상관관계를 나타내는 Pearson Correlation Coefficient 값이 1에 가까운 값을 보이는 것은 두 값의 상관 관계에 있어서 매우 의미있는 결과로 분석된다.
본 연구에서는 공압식 박동형 심실보조장치의 공기 주입량과 주입압을 통해 박출량을 추정할 수 있는 박출량 추정 시스템을 설계, 제작하고, 이를 반복적인 체외실험과 장기간의 동물 실험을 통하여 정확성 및 신뢰성을 검증하였다. 또한, 생리학적 변화에 따른 박출량 추정이 가능하고, 비침습적인 방법으로 박출량을 추정하기 때문에 안정성 및 신뢰성 개선에 기여할 수 있으며, 임상 적용에 유리할 것으로 기대된다.

Ventricular Assist Device(VAD) is well known effective treatment for the end-stage heart failure patients by supporting blood circulation until heart transplantation. Although the technology has progressed by developing the devices based on its purpose and operations, the ratio of applying to heart disease patients are relatively low. The reason for this is that the side effects caused by malfunction or movements that are not suitable for patients physiologic conditions and since the mortality risks are very high, the devices are only applied to patients with high mortality risks; end-stage heart failure. Therefore, in this paper, to improve the safety and reliability, a system was designed and produced which can estimate the pump outflow that can assess the device’s condition and patient’s condition, by air injection amount and air injection pressure.
To evaluate this pump outflow estimation system’s accuracy and reliability, numerous times of in-vitro experiments and long-term animal experiment were undergone and also have used ultrasonic blood flow meter that is used clinically to compare with the pump outflow estimation system. During the in-vitro experiment, variation of pump outflow according to heart rate, pre-load, after-load and sharp decrease of outflow were measured and during the animal experiment, variation of outflow according to heart rate and long-term measurement were measure. As a result, pump outflow measured by ultrasonic blood flow meter and estimation system resembled regarding the increase and decrease. Especially, it is considered to be very meaningful when the Pearson`s correlation coefficient result is close to 1, which shows the correlation.
In this paper, pump outflow estimation system was designed and produced which can estimate the outflow by air injection amount and air injection pressure of pneumatic pulsatile ventricular assist device. Through repetitive in-vitro experiments and long-term animal experiment, the system gained accuracy and reliability. Also, the system allows to estimates the outflow regarding physiologic variation and estimates the outflow by a non-invasive method, it can contribute to safety and reliability improvements and expect to be advantageous for clinical demonstrations.

#심실보조장치 #박출량

목 차
List of Tables
List of Figures
용어의 정의
Ⅰ. 서론 1
1. 심실보조장치의 연구 배경 및 임상적 의의 1
2. 심실보조장치의 박출량 추정의 중요성 5
3. 기존 심실보조장치의 박출량 추정 시스템의 문제점 8
4. 본 연구의 제안 13
5. 본 연구의 가설 및 목적 16
Ⅱ. 재료 및 방법 17
1. 박동형 심실보조장치의 구성 및 전임상 적용 17
2. 박동형 심실보조장치의 공기 주입량과 주입압을 분석하기 위한 시스템의 구성 24
3. 박출량 추정을 위한 체외 추정 기법 28
4. 박출량 추정 시스템의 정확성을 평가하기 위한 체외 실험 33
5. 박출량 추정 시스템의 정확성을 검증하기 위한 동물 실험 36
Ⅲ. 실험 결과 39
1. 체외 실험 결과 39
1) BPM에 따른 박출량 추정 결과 39
2) 전부하(Pre-Loads)에 따른 박출량 추정 결과 43
3) 후부하(After-Loads)에 따른 박출량 추정 결과 46
4) 급격한 Flow Drop에 의한 박출량 추정 결과 49
2. 동물 실험 결과 52
1) 단기동물실험에서 BPM에 따른 박출량 추정 결과 52
2) 장기간 측정을 통한 박출량 추정 결과 58
Ⅳ. 토의 61
1. 박출량 추정 시스템의 안전성 및 차별성 61
2. 박출량 추정 시스템의 정확성 63
3. 박출량 추정 시스템의 파급 효과 71
Ⅴ. 결론 73
참고문헌 74
Abstract 85

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