Progress Seminar ~2015.01.23 Ji Soo LEE

연구 진행 상황 보고서 P-chip AST ECMO 2주전 계획 연구 결과 문제점 및 대책 목표 및 계획 졸업논문 수정 및 제출 논문 Review 연구 결과 저널논문 허 교수님 교정(?) 1총괄 정기미팅(1/15) Mock loop for pump performance test 구상 Drug adsorption during ECMO 실험 구상 문제점 및 대책 저널논문 함흥차사 목표 및 계획 동계 심포지움 준비 Mock loop 구성물품 구입 Drug adsorption 실험 설계

ECMO Mock loop test for various ECLS(Extracorporeal Life Support) Sensors Heart Pulmonary vein Heart Aorta Pulmonary vasculature Systemic vasculature Vasculature LVAD mock loop Bi-VAD mock loop 모방요소 Mock system 요소 개수 Heart Chambers Vertical cylinder Elastic sac 4개(LA, LV, RA, RV) Contractility Air compressor & pressure regulator (Solenoid valves) Air pump (?) 2개(LV, RV) Valves Swing check valves Compliances Heart chambers Windkessel vessels with certain amount of air (공압) 스프링으로 압력주는 방식 Vasculatures 4개(SA+SPA, SV+SPV, PA+PPA, PV+PPV) Resistances Cylinder 사이의 valve?? Pinch valve SVR, PVR - Pressure sensors 8개 (4 chambers, SAP, SVP, PAP, PVP) Flow sensors 6개 (SAQ, SQ, SVQ, PAQ, PQ, PVQ) 많은 ECLS 기기들이 개발단계와 평가단계 모두에서 mock circulatory system을 이용함. 이 두 가지는 모두 심실보조기구(VAD)를 test하기 위한 mock loop인데, 왼쪽처럼 폐순환경로를 제외하는 경우도 있고 오른쪽과 같이 좀더 인체의 순환시스템과 유사하게 만드는 경우도 있음 어떤 경우이든 구성 요소는 주로 심장의 contractility와 순환시스템 구성 요소들의 compliance와 resistance를 모사할 수 있도록 짜여지고 제어됨

ECMO VA-ECMO VV-ECMO ECMO 종류 및 특징 Drainage  Insertion Femoral vein  Femoral Artery 1. Jugular vein  Right Atrium 2. Femoral vein  Jugular vein 생략된 경로 (대정맥)우심방우심실폐동맥폐정맥좌심방좌심실(대동맥) 없음 보조 기능 폐순환&심장박동 보조 폐순환 보조 Mock loop LVAD mock (w/o 심장) + ECMO Bi-VAD mock + ECMO 인공심폐기의 경우에도 이러한 mock loop를 만들면 개발과 평가에 유용하다. 특히 ECMO는 크게 2가지로 나뉘는데

ECMO VA-ECMO VV-ECMO ECMO mock loop: LVAD와 Bi-VAD mock loop 모두 필요 LVAD mock  VA-ECMO Bi-VAD mock  VV-ECMO VA-ECMO VV-ECMO Drainage  Insertion Femoral vein  Femoral Artery 1. Jugular vein  Right Atrium 2. Femoral vein  Jugular vein 생략된 경로 (대정맥)우심방우심실폐동맥폐정맥좌심방좌심실(대동맥) 없음 보조 기능 폐순환&심장박동 보조 폐순환 보조 Mock loop LVAD mock (w/o 심장) + ECMO Bi-VAD mock + ECMO 물론 그냥 전신 system을 만들어서 일부는 빼버리면 되는 것임

ECMO ECMO mock loop 구상 Frank-Starling mechanism 만족하는 심장 구현 Pump performance test용 그래서 이걸 만들어보려고 하는데, 논문 review를 하다보니 1차적으로는 2가지 방향의 mock loop를 생각해볼 수 있었다. 먼저 Frank-Starling mechanism 만족하는 circuit 구성

Myocardium 신장(stretch) 정도 증감 ECMO ECMO mock loop Frank-Starling mechanism 만족하는 심장 구현 Pump performance test용 Frank-Starling mechanism an intrinsic adaptive response which serves to adjust each ventricular output to its inflow. This allows the cardiac output to be synchronized with the venous return without depending upon external regulations. Preload 증감 (Ventricular inflow) Myocardium 신장(stretch) 정도 증감 Contractility 증감 Stroke volume 증감 Cardiac function curve Red lines: Cardiac function curve Blue lines: Vascular function curve Contractility ↑ Resistance ↓ Normal contractility Contractility ↓ Resistance ↑ Hypervolemia Transfusion Normal blood volume Hypovolemia Frank-Starling mechanism 설명 및 mock system schematic The three curves illustrate that shifts along the same line indicate a change in preload, while shifts from one line to another indicate a change in afterload or contractility.

ECMO ECMO mock loop Frank-Starling mechanism 만족하는 심장 구현 Pump performance test용 Compressed air supply 물품 개수 모방요소 Cylinder 4 Heart chambers Air pressure regulator & Solenoid valve 2 pairs Vasculature contractility Proportional control valve 1 Vasculature resistance Tube & Connector Left atrium Left ventricle F 물품 개수 측정 위치 및 대상 Flow sensor 4 Venous return Pressure sensor 8 Pump inflow & outflow Oxygenator inflow & outflow Level sensor Water level in compliance chambers Compressed air supply Frank-Starling mechanism 설명 및 mock system schematic Right ventricle Right atrium : Pressure sensor : Valves F F : Flowmeter

ECMO ECMO mock loop Frank-Starling mechanism 만족하는 심장 구현 Pump performance test용 Compressed air supply Compressed air supply 물품 개수 모방요소 Cylinder 3 Vasculature compliances Atrium Air pressure regulator & Solenoid valve 2 pairs Proportional control valve 1 Vasculature resistance Tube & Connector F R Arterial compliance Venous compliance Atrium 물품 개수 측정 위치 및 대상 Flow sensor 1 Venous return Pressure sensor 5 Pump inflow & outflow Oxygenator inflow & outflow Level sensor 2 Water level in compliance chambers OXY PUMP Left ventricle : Pressure sensor R : Resistance F : Flowmeter

NDV10 (AICHI TOKEI DENKI) ECMO ECMO mock loop Frank-Starling mechanism 만족하는 심장 구현 Pump performance test용 - Turbine flow sensors Vision 2008-4F-44 (Platon) NDV10 (AICHI TOKEI DENKI) 측정유량(LPM) 1~15 1~10 정밀도 ±3% ±7% 최대압력(MPa) 2.5 0.75 동작온도 -20~100℃ 0~40℃ (습도 35~85%RH) 출력 및 해상도 Open collector NPN Pulse K-Factor PPL=2200 (약 0.4mL/pulse) 1.12mL/pulse 배관(mm) 8 18 재질 Grilamid TR55(PA 12) Stainless(shaft)+POM수지(rotor)+ABS 수지(Case)+Samarium-cobalt(magnet) 연결부 3/8” Male 13.5 (아마도 mm) 가격 \250,000 (VAT미포함) \50,000 외형

ECMO ECMO mock loop Frank-Starling mechanism 만족하는 심장 구현 Pump performance test용 - Pressure sensors 266HSH Gauge(Abb) PSH (Sensys) 측정압력(mmHg) ~4500mmHg (Lower limit 760?) -750~75000mmHg (조정가능) 정밀도 ±0.03% ±0.15% 동작온도 -40~85℃ 40~125℃ 출력 및 해상도 4~20mA 10~20mV/V (600kPa~10MPa) 0~5, 1~5, 0~10VDC 재질 Tantalum Stainless steel 가격 \920,000 (VAT미포함) \300,000 외형  배관이 tube인 경우에는 작업이 필요하다

ECMO ECMO mock loop Frank-Starling mechanism 만족하는 심장 구현 Pump performance test용 - Level sensor  차압 센서를 이용하여 수위 측정 가능 - Proportional control valve  PV38-SS (omega engineering)