古谷 栄光

糖尿病患者におけるグルコース持続負荷時には安定した血糖制御が困難であるため, 制御法に工夫を加え, 制御の安定性を検討した. (方法) 膵全摘犬を用いて, グルコース負荷としてグルコース50, 100, 200mg/kg/hを持続静脈注入し, 血糖目標値を100mg/dlに設定して制御を開始.モデル予測制御単独の場合と比例制御とモデル予測制御を組み合わせた場合について比較検討した. (結果) モデル予測制御単独では, グルコース50mg/kg/h負荷時のみ容易に目標値に到達可能であったが, それ以上のグルコース高負荷では, 8時間を越えても目標値への到達は困難であった.しかし, 同定機能とゲイン調整機能を備えた比例制御をモデル予測制御に組み合わせた実験では, 5-8時間で安定した血糖制御が可能であった. (結論) 糖尿病患者におけるグルコース持続負荷時には, モデル予測制御法に比例制御を組み込むことにより, 安定した血糖制御が可能となった.

In this paper, we study the accuracy of the open-loop frequency response of control system obtained by on-line identification from the closed-loop frequency response, and show that the open-loop frequency response required for design based on the frequency response can be obtained accurately. Moreover, we consider feedforward-type two-degree-of-freedom PID control systems, and propose an on-line design method of feedback controllers, and a design method of feedforward controllers focused on the number of phase-lead elements between the reference input and the manipulated input. Furthermore, combining these design methods, an on-line design method of two-degree-of-freedom PID control systems is proposed. The efficiency of the proposed design method is evaluated by simulation.

我々は状態予測制御法を用いたコンピュータによる自動血圧制御システムを開発し, 薬剤の生体における個体差を補正する同定機能とフェイルセイフ機能を備えたファジィ推論による上位判断機構を作成追加した. 動物実験にてその安全性および安定性を確認し, 低血圧麻酔の臨床応用に用いた. 現在まで10例の手術症例に対し低血圧制御を施行した. 出血量の減少したと考えられる症例がみられ, 術野からの出血が減少する事により, 複雑な手術操作も容易かつ正確に出来るという感触を得た. また長時間手術症例においても経時的にカテコラミンその他の測定をしたが, 特に低血圧による悪影響は認めなかった, 全症例とも術後順調に経過した. 本システムはなお改良点も残るが, 安全性及び安定性の高いシステムであり, 今後, 血糖その他の生体制御にも広く応用可能であると考えられた.

人為的な血圧制御は術中, 術後の管理において, 種々の利点がある. 我々は状態予測制御法を用いた自動血圧制御システムを開発したが, 臨床応用に用いるために, 今回個体の薬剤に対する応答を同定して, 制御装置のパラメータを個体差に合わせて調整する機能, 及びファジィ推論を用い, 血圧, 脈拍, 尿量, 出血量の4個の測定量より危険状態を回避する機能を追加した. 雑種成犬をGOF麻酔調節呼吸下にてtrimethaphan camsilateを用いて血圧制御したところ, 以下の結果が得られた. 1) 初期のオーバーシュートが小さくなる, 2) 目標設定値到達時間(整定時間)が短くなる, 3) 薬剤投与量が時間と共に増加する傾向が軽減する, 4) 種々の状態を人為的に設定したとき, 状態を正確に判断し, 完全に危険な状態となる前に回避し, 制御した. これらの結果より, システムとしての完成度が高まり, 臨床応用が可能であると考えられる.

血圧制御は出血を減らして手術操作を正確かつ容易にするのみならず、輸血の節減とその副作用の防止につながる。我々は自動制御理論を応用して、従来よりも低いレベルでの安定した血圧制御を試みた。GOF麻酔調節呼吸下で雑種成犬の血圧、脈拍、尿量をADコンバータにて変換後コンピュータ(NECPCH98)へ入力し、状態予測制御理論を用いて降圧剤(trimethaphan, PGE1, nicardipine)の注入量を決定し、目標レベルに血圧を調節した。Trimethaphanで平均動脈圧(MAP)が80mmHgに達するまでの所要時間は5-30分であり、MAPが目標の10%を逸脱した延べ時間は3.695±4.54min/hrであった。MAP±10%の1時間当りの誤差の積分した値は、0.142±0.185mmHg.hr/hr (Mean±SD, n=9)であり、システムの安全性及び安定性を確認した。