1ヶ月保証の超低価格血液ポンプの実用化を阻む要素の徹低解明

• Project/Area Number: 14657328
• Research Category: Grant-in-Aid for Exploratory Research
• Allocation Type: Single-year Grants
• Research Field: Thoracic surgery
• Research Institution: Waseda University
• Principal Investigator: 岩崎 清隆 (2004) 早稲田大学, 先端化学・健康医療融合研究機構, 講師 (20339691); 桜井 靖久 (2002-2003) 早稲田大学, 理工学研究科, 教授 (20010027)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 梅津 光生 早稲田大学, 理工学術院, 教授 (90132927) ; 石原 一彦 東京大学, 大学院・工学系研究科, 教授 (90193341) ; 白石 泰之 東北大学, 加齢医学研究所, 助手 (00329137) ; 岩崎 清隆 早稲田大学, 理工学部, 助手 (20339691) ; 北村 信夫 京都府立医科大学, 心臓血管外科, 教授 (70075513)
• Project Period (FY): 2002 – 2004
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2004)
• Budget Amount: ¥3,200,000 (Direct Cost: ¥3,200,000); Fiscal Year 2004: ¥800,000 (Direct Cost: ¥800,000); Fiscal Year 2003: ¥1,000,000 (Direct Cost: ¥1,000,000); Fiscal Year 2002: ¥1,400,000 (Direct Cost: ¥1,400,000)
• Keywords: 人工臓器工学 / 補助人工心臓 / 急性心不全 / 拍動ポンプ / 低価格 / 真空成形法 / 高周波溶着法 / 品質管理 / 耐久試験 / 低価格拍動ポンプ / 真空成形 / 高周波溶着 / 短期使用 / コスト / ディスポーサブル / 大量生産

Research Abstract

補助人工心臓は重症心不全患者に対して有効な治療手段であるが,高価格であり,またその利用が高度先進医療施設に限定されることから適用数は極めて少ない.このため,急性心不全といった短期間での回復が期待される症例に対しては,有効な医療デバイスが国内において存在しない現状にある.本最終年度は,真空成形法により大量生産技術を確立した旋回渦流型拍動血液ポンプを基盤とし,どの市中病院でもほぼ常備している大動脈バルーンパンピング用駆動装置(IABP駆動装置)を流用して臨床で要求される性能を満足すべく,駆動装置のアタッチメントを開発した.あわせて,カニューレのプロトタイプを作製してポンプシステムとしての総合的性能を明確化した.IABP駆動装置を用いた際には,人工心臓用駆動装置と比較して1.5倍の溶血量が生じることが判明した.この原因として,IABP駆動装置による駆動圧力波形の急激な変化による血球へのダメージが考えられた.そこで,駆動圧の最大,最小圧及びdP/dtを低減させること目的に,ニードル弁・圧力タンクで構成する一次遅れ系要素を応用した圧力制御ユニットを開発した.このユニットをポンプと駆動装置の間に接続するだけで,ポンプの拍出量は維持したまま駆動陽・陰圧をそれぞれ32%,55%減少させることができた.さらに,人工心臓用駆動装置を用いた場合と比較して溶血量を7.4%減少させることに成功した.あわせて,患者の精神的負担と感染リスクを低減させることを目的とし,内径が体外部19mm,皮膚貫通部10mm,体内部12mmという皮膚貫通部のみを細径化したカニューレを設計・製作して性能試験を行った.その結果,本ポンプシステムで5L/minを超える平均流量の確保が可能であることが判明し,各要素の開発はほぼ完了した.今後,動物実験を行い,解剖学的フィッティングを包括してカニューレを開発する必要がある.

Research Products

• [Journal Article] 急性心不全患者の心機能改善を目的とした超低価格拍動型の旋回渦流型補助人工心臓の開発戦略と性能試験 (2004)
  • Author(s): 岩崎清隆, 梅津光生, 吉田敬, 須藤知浩, 大西悠介, 田中隆
  • Journal Title: 第42回日本人工臓器学会予稿集 Vol.33, No.2
• [Journal Article] 生理的拍動環境を創出可能な血液適合性評価装置による医療用具及びこのin vitro抗血栓性スクリーニング試験 (2004)
  • Author(s): 岩崎清隆, 竹内有理, 佐伯航, 石原一彦, 梅津光生
  • Journal Title: 第42回日本人工臓器学会予稿集 Vol.33 No.2
• [Journal Article] 拍動型人工心臓内の流れ場の3次元構造および時系列現象を計測する新可視化技術の基礎検討 (2004)
  • Author(s): 八木高伸, 石川大輔, Yang Wilham, 阿久津敏乃介, 岩崎清隆, 野口康雄, 梅津光生
  • Journal Title: 第42回日本人工臓器学会予稿集 Vol.33 No.2
• [Journal Article] 旋回渦流型人工心臓量産化のための金型形状の検討 (2004)
  • Author(s): 田中隆, 岩崎清隆, 伊藤一彦, 梅津光生
  • Journal Title: 第20回日本ライフサポート学会大会講演予稿集 Pages: 203-204
  • NAID: 130001056100
• [Journal Article] 低価格旋回渦流型拍動血液ポンプの製作法の検討 (2004)
  • Author(s): 須藤知浩, 岩崎清隆, 吉田敬, 田中隆, 伊藤一彦, 梅津光生
  • Journal Title: 第20回日本ライフサポート学会大会講演予稿集 Pages: 155-156
  • NAID: 130001056076
• [Journal Article] 拍動型人工心臓材料のin vitro血液適合性評価方法の検討 (2004)
  • Author(s): 竹内有理, 岩崎清隆, 佐伯航, 石原一彦, 梅津光生
  • Journal Title: 第20回日本ライフサポート学会大会講演予稿集 Pages: 157-158
  • NAID: 130001056077
• [Journal Article] In vitro hydrodynamic test and In vitro hemolysis test for the practical development of an inexpensive Spiral Vortex ventricular assist system using widespread IABP Console, Proceedings of International Conference (2004)
  • Author(s): Ohnishi Y, Iwasaki K, Mizuta H, Sudo T, Muto S, Shima T, Tanaka T, Ito K, Umezu M
  • Journal Title: The First National Conference on Life System Modeling and Simulation Pages: 32-36
• [Journal Article] A novel methodology for pre-screening anti-thrombogenicity of artificial organs under physiologically identical pulsatile environments (2004)
  • Author(s): Iwasaki K, Takeuchi Y, Saeki W, Umezu M, Ishihara K, Imachi K.
  • Journal Title: International Journal of Artificial Organs Vol.27 No.7 Pages: 567-567
• [Journal Article] Development of dynamic particle image velocimetry toward the study of spatio-temporal dynamics of turbulent flow in artificial heart valves (2004)
  • Author(s): Yagi T, Ishikawa D, Akutsu T, Iwasaki K, Noguchi Y, Umezu M
  • Journal Title: International Journal of Artificial Organs Vol.27 No.7 Pages: 606-606
• [Journal Article] Inexpensive ventricular assist system (VAS) for short time use by spiral vortex (SV) pump (2004)
  • Author(s): Umezu M, Iwasaki K, Tanaka T, Itoh K, Imachi K, Ishihara K, Ye C X
  • Journal Title: ASAIO Journal Vol.50 No.2 Pages: 141-141
• [Publications] 八木高伸, William Yang, 長沼寛樹, 佐藤芳行, 岩崎清隆, 梅津光生: "Spiral Vortex型血液ポンプ内の3次元流れ解析に向けて-PIV可視化解析及び数値流体モデルによる検討"日本機械学会第16回バイオエンジニアリング講演会講演論文集. 245-246 (2004)
• [Publications] 野口康雄, 梅津光生, 岩崎清隆: "心臓病の治療効果評価のための左心系モデルの開発"日本機械学会第16回バイオエンジニアリング講演会講演論文集. 63-64 (2004)
• [Publications] 岩崎清隆, 佐伯航, 竹内有理, 梅津光生, 石原一彦, 井街宏, 桜井靖久: "新規の完全大気非接触型拍動流循環回路による人工臓器のin vitro抗血栓性評価方法の確立に向けての挑戦"日本機械学会第16回バイオエンジニアリング講演会講演論文集. 217-218 (2004)
• [Publications] Umezu M, Iwasaki K, Yoshida K, et al.: "Development of an Inexpensive Chang's Artificial Heart"Proc.of World Congress on Medical Physics and Biomedical Engineering 4^<th> Volume. ISSN:1727-1983(in CD-Rom). (2003)
• [Publications] Iwasaki K, Umezu M, et al.: "A novel in vitro methodology for blood compatibility tests for artificial organs in pulsatile flow and pressure environments"Proc.of World Congress on Medical Physics and Biomedical Engineering 4^<th> Volume. ISSN:1727-1983(in CD-Rom). (2003)
• [Publications] 吉田敬, 岩崎清隆, 小崎哲也, 梅津光生, 桜井靖久: "低価格旋回渦流型拍動血液ポンプの製作法の検討"日本機械学会関東支部第9期総会講演会講演論文集. 91-92 (2003)
• [Publications] K Iwasaki, M Umezu, et al.: "An inexpensive pulsatile blood pumnp : Fabrication strategies and in vitro reliable methodology to evaluate blood compatibility"Proc.of 11^<th> International Conference on Biomedical Engineering. (CD-Rom). 2 (2002)
• [Publications] K Iwasaki, M Umezu, et al.: "Spiral Vortex ventricular assist device : Improvement by engineering analysis and simulation"Proc.of Asian Simulation Conference/the 5^<th> International Conference on System Simulation and Scientific Computing. VOL.II. 1035-1039 (2002)
• [Publications] T Tsujimoto, K Iwasaki et al.: "A Challenge to develop an inexpensive "Spiral Vortex Pump""Proc.of Asian Simulation Conference/the 5^<th> International Conference on System Simulation and Scientific Computing. VOL.II. 1040-1044 (2002)
• [Publications] 梅津光生, 岩崎清隆, 桜井靖久: "人工心臓の耐久性を予測する上での留意点"第31回人工心臓と補助循環懇話会. 21 (2003)
• [Publications] 岩崎清隆, 梅津光生, 他: "機械的寿命と同時にカルシウム沈着の長期抑制に成功した人工心臓用高分子製弁Jellyfish弁の開発"第31回人工心臓と補助循環懇話会. 81 (2003)
• [Publications] 吉田敬, 岩崎清隆, 小崎哲也, 梅津光生, 桜井靖久: "低価格旋回渦流型拍動血液ポンプの製作法の検討"第9会関東甲信越機械学会. 2003.03.15(発表予定)(in press). (2003)