심박조율기능과 제세동기능이 융합된 복합형 좌심실보조장치 :Integrated Left Ventricular Assist Device Combined with Pacemaker and Defibrillator Functions

김유석

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자료유형: 학위논문

저자정보: 김유석 (강원대학교, 강원대학교 대학원)

지도교수: 심은보

발행연도: 2013

저작권: 강원대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.

이용수14

이 논문의 연구 히스토리 (4)

2013

심박조율기능과 제세동기능이 융합된 복합형 좌심실보조장치

김유석 기계메카트로닉스공 2013.01 학위논문

2011

말기 심질환 환자를 위한 심실보조장치용 심박조율기의 개발

김유석 , 박성민 , 최성욱 대한기계학회 논문집 B권 2011.11 학술저널

말기 심질환 환자의 치료효과를 증진시키기 위한 심박조율기능이 융합된 심실보조장치

김유석 , 최성욱 대한전자공학회 학술대회 2011.06 학술대회자료

2010

심실보조장치의 심첨을 통과하는 Cannula를 이용한 심실제세동장치의 개발

김유석 , 박성민 , 최성욱 대한기계학회 춘추학술대회 2010.11 학술대회자료

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본 논문은 박동형 심실보조장치와 심박조율기 및 심실제세동 기능을 동시 적용한 복합형 심실보조장치의 개발과 관련하여, 복합형 심실보조장치의 환자에 대한 혈류, 혈압, 심실부하, 박동성 등의 효율성을 제안하고 분석하며, 복합형 심실보조장치에 대한 유효성 및 안전성을 동물실험을 거쳐 검증하고 한다.
전극과 자극펄스 발생장치, 제어기로 이루어진 심박조율기를 자체 개발하였으며, 전극은 좌심실의 심첨에 삽관되는 심실보조장치의 입력도관에 링(ring)형태로 부착되어 심실보조장치의 이식 시에 심근내로 이식되도록 설계 되었다. 심박조율기의 전기자극 세기는 0.5~0.9 mJ 로 조절이 가능하며, 자극빈도는 80~150 bpm 사이로 조절이 가능하다.
돼지를 이용한 동물실험에서 심박조율기에서 발생하는 전기자극 펄스는 좌심실 심첨의 심근으로 직접적으로 전달되어 좌심실과 우심실을 동시 수축시켰으며, 심실보조장치는 심박조율기의 자극이 인가된 후 10 msec에서 2000 msec 사이의 지연시간 후 박동성 혈류를 대동맥으로 공급하였다. 심박조율기의 전기 자극과 심실보조장치의 박출혈류간의 지연시간은 제어장치를 이용하여 조절이 가능하며 심장의 수축이 완전히 끝난 상태에서 심실보조장치에 의한 박동성 혈류가 대동맥으로 전달되도록 유도되었다.
심실보조장치를 이식한 동물의 혈류순환이 정상적으로 유지되는지를 확인하고 심실보조장치에 의해 심장의 부하가 감소되는 지를 확인하기 위하여 실험동물의 ABP, CVP, aortic flow, ECG 등의 생체정보를 기록하였으며, 이 실험결과를 토대로 심장에 가해진 부하(ABP × Aortic Flow)를 계산식을 통해 유추해볼 수 있었다.
심실보조장치는 말기 심실환자의 생존율을 향상시키는 유일한 장치이나 심장의 부하를 급격히 변화시킴으로써 심실세동이나 빈맥 등 심각한 심장질환을 유발할 위험을 가지고 있으므로 심박조율기를 이용하여 환자 심장과 심실보조장치가 일정한 시간 지연을 가지고 동기 박동하게 유도함으로써 심장의 부하를 일정하게 유지하는 것이 가능하였다.
공압식 박동형 심실보조장치와 심박조율기를 동시 적용함으로써 박동형 심실보조장치와 환자 심장과의 동기 박동을 유지하여 환자 심장의 부하를 감소시키고 심장의 보조기능을 향상시키는 것을 입증하였다.
본 논문은 박동형 심실보조장치와 심박조율기를 동시에 적용함으로써 환자에게 부정맥 및 심실세동 등의 부작용을 감소시키고, 환자의 심장 부하의 변화를 규명하고 이를 일정하게 유지시키는 동시에 혈류 순환량을 유지시켜 말기 심부전 환자의 생존율을 높일 수 있는 근거를 마련할 것으로 기대한다.

Recently, pulsatile VAD(Ventricular Assist Device) has clinical and technical limitation as bridge to transplantation or destination theraphy those were malfunction of LVAD system, side effects from implantation region and additional heart disease after LVAD support causes high mortality. A bent tube typed pneumatic LVAD (LibraHeart I, LibraHeart Inc. Korea) developed to reduce the risk of device and raise the patient’s survival rate by preventing the blood regurgitation and stagnation. And, to reduce the risk of the additional heart diseases, the LVAD can change its outflow periodically according to the patient’s heart beat and regulate the heart load in normal states. But, according to Ohad Ziv, LVAD perfusion can cause the arrhythmia that can develop the ischemic heart diseases and make the synchronizing control of LVAD difficult. As a result, LVAD needs to be equipped the additional function that can control heart beat to prevent the change of heart load and to reduce the risk of arrhythmia.
In this study, we used a new LVAD (LibraHeart I, LibraHeart Inc., Korea) that has stainless steel electrodes at the surfaces of its inlet and outlet cannula for the measurement of heart function and we used its electrodes for the pacemaker and connected those to the electric stimulator for heart pacing where the controller is located.
It has been known that when the ejection time of the heart and an LVAD is precisely matched so that the ejection pulse waves of the heart and the LVAD meet at the aorta, the cardiac load and after-load will be elevated; whereas if the ejection pulse waves of the heart and LVAD meet in inconsistency, the damage to coronary perfusion can be compensated to an extent by transporting the blood from the LVAD being taken from the inside of ventricle. To control LVAD delay for synchronous operation of a pacemaker and an LVAD, a certain delay can be set upon the stimulus generation from the pacemaker. This method enables the pacemaker-induced pulse rate and the LVAD pulse rate to be matched, and allows ejection of LVAD follows with a certain time intervals at the moment when the stimulation incurs within the synchronized pulse rate so that it is possible to control copulsation and counterpulsation between the heart and LVAD.
As seen from the result, simultaneous implantation of LVAD and the pacemaker to the heart of patient with terminal stage cardiac diseases could reduce the likelihood of potential arrhythmia and at the same time it was expected that it would be possible to evade heavy burden on myocardium of patient’s weakened heart and to sustain coronary perfusion as consistent if evading copulsation while maintaining counterpulsation continuously.

#LVAD #pacemaker #counterpulsation #defibrillator #cardiac load

1. 서 론 1
1.1 연구배경 1
1.1.1 좌심실보조장치의 필요성 1
1.1.2 좌심실보조장치의 임상적용 성적 4
1.1.3 심실보조장치 환자에 대한 심박조율기, ICD 적용 필요성 7
1.1.4 심박조율기를 이용한 역박동 제어의 필요성 9
1.2 연구목적 12
1.2.1 심박조율기, 심실제세동기가 융합된 LVAD의 제작 12
1.2.2 동물실험을 통한 융합 LVAD의 평가 13
2. 재료 및 방법 16
2.1 박동형 좌심실보조장치 16
2.2 통합콘솔 23
2.3 캐뉼라 전극 27
2.4 심박조율모듈 및 심실제세동기 32
2.5 복합형 심실보조장치를 이용한 동물실험 37
3. 실험 결과 42
3.1 동물실험 결과 42
3.2 심장부하 계산 결과 및 비교 46
3.3 역박동 구간의 심장부하와 혈류분석 49
3.4 캐뉼라 전극을 통한 심실제세동 결과 52
4. 토 의 54
5. 결 론 56

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