血球破壊と血液凝固を自己認識・回避するインテリジェント人工心臓の開発

• Project/Area Number: 17J08128
• Research Category: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 国内
• Research Field: Biomedical engineering/Biomaterial science and engineering
• Research Institution: Tokyo Institute of Technology
• Principal Investigator: 村重 智崇 東京工業大学, 工学院, 特別研究員(PD)
• Project Period (FY): 2017-04-26 – 2020-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2019)
• Budget Amount: ¥4,420,000 (Direct Cost: ¥3,400,000、Indirect Cost: ¥1,020,000); Fiscal Year 2019: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000); Fiscal Year 2018: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000); Fiscal Year 2017: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000)
• Keywords: インテリジェント人工心臓 / 血栓検知 / 血栓抑制 / 磁気軸受 / インテリジェント化 / 人工心臓 / 動圧軸受

Outline of Annual Research Achievements

本課題では，血球破壊と血液凝固を自己認識・回避するインテリジェント人工心臓の開発を行っている．令和1年度は，インペラ強制加振による血栓検知の大型動物実験およびインペラ強制加振による血栓予防の評価実験を行った．
1. インペラ強制加振による血栓検知： 前年度までに磁気軸受によってインペラに強制加振を加えた際の入力電流とインペラ変位の位相差の変化から，ポンプ内血栓を検知できることを確認した．本年度は，インペラ強制加振による血栓検知に関してブタを用いた急性動物実験を行った．血液ポンプをブタの心尖部脱血・頸動脈送血で接続し，生体の正常時に近い血液凝固能の状態で位相差が変化するまで血液を循環させた．その結果，動物実験においても位相差が約1度変化した際にin vitro実験と同様に微小血栓を検知できることを確認した．
2. インペラ強制加振による血栓抑制： 前年度までにインペラを高周波で強制加振させることで，加振が無い場合と比較して優位に血栓形成時間が延長することを基礎実験および模擬回路実験において確認した．本年度は，回路実験後に回路内血液をろ過して回路内血栓の有無を確認した．さらに，実験後にポンプ内に形成した血栓量を定量評価した．インペラ強制加振がある場合とない場合を比較した結果，加振がある場合はない場合よりも血栓形成時間が延長し，形成した血栓量も少ないことを確認した．また，回路内血栓に関しては両者に大きな差は見られなかった．

Research Progress Status

令和元年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和元年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Mechanical antithrombogenic properties by vibrational excitation of the impeller in a magnetically levitated centrifugal blood pump (2019)
  • Author(s): Murashige Tomotaka、Hijikata Wataru
  • Journal Title: Artificial Organs Volume: 43 Issue: 9 Pages: 849-859
  • DOI: 10.1111/aor.13541
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Development of an intelligent ventricular assist device with a function of sensorless thrombus detection (2018)
  • Author(s): Maruyama T, Murashige T, Sakota D, Maruyama O, Hijikata W
  • Journal Title: Proceedings of the Annual International Conference of the IEEE Engineering in Medicine and Biology Society 2018 Volume: 印刷中
  • Peer Reviewed
• [Presentation] 磁気浮上インペラの微小加振によって血栓を予防するインテリジェント人工心臓の開発 (2020)
  • Author(s): 土方亘，村重智崇
  • Organizer: 第48回人工心臓と補助循環懇話会学術集会
• [Presentation] Visualizing red blood cell exclusion in a spiral groove bearing gap using erythrocyte ghosts and particle image velocimetry (2019)
  • Author(s): Shelby A Bieritz, Tomotaka Murashige, Jane Grade-Allen, Geoff D Tansley
  • Organizer: 27th Annual Meeting of the International Society for Mechanical Circulatory Support
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Evaluation of hemolysis reduction by cell exclusion in a spiral groove hydrodynamic bearing (2019)
  • Author(s): Tomotaka Murashige, Shelby A Bieritz, Chris Hoi Houng Chan, Michael J Simmonds, Geoff D Tansley
  • Organizer: 27th Annual Meeting of the International Society for Mechanical Circulatory Support
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] The effect of chosen assay, storage conditions and bilirubin concentrations on hemolysis level in multiple species (2019)
  • Author(s): Tomotaka Murashige, Osamu Maruyama, Michael J Simmonds, Geoff D Tansley, Chris Hoi Houng Chan
  • Organizer: The 8th Meeting of the International Federation for Artificial Organs
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Evaluation of thrombus detection methods in a magnetically levitated centrifugal blood pump in an animal experiment (2019)
  • Author(s): Haruna Seki, Tatsuki Fujiwara, Wataru Hijikata, Katsuhiro Ohuchi, Tomotaka Murashige, Takuro Maruyama, Asato Ogata, Sachie Yokota, Hirokuni Arai
  • Organizer: The 8th Meeting of the International Federation for Artificial Organs
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Development of thrombus induction method at the target site using fibrinogen solution coating (2019)
  • Author(s): Haruna Seki, Tatsuki Fujiwara, Wataru Hijikata, Katsuhiro Ohuchi, Tomotaka Murashige, Takuro Maruyama, Tomoki Tahara, Asato Ogata, Sachie Yokota, Hirokuni Arai
  • Organizer: The 8th Meeting of the International Federation for Artificial Organs
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 磁気浮上型遠心血液ポンプの血栓検出に関する研究 (2019)
  • Author(s): 藤原立樹，土方亘，大内克洋，村重智崇，関春永，田原禎生，横田幸恵，尾形麻斗，荒井裕国
  • Organizer: 日本定常流ポンプ研究会学術集会2019
• [Presentation] 知能化磁気浮上システムの開発と医療応用 (2019)
  • Author(s): 土方亘，村重智崇，丸山拓朗，藤原立樹，大内克洋，荒井裕国
  • Organizer: 第16回「運動と振動の制御」シンポジウム
• [Presentation] Development of an Intelligent Ventricular Assist Device with a Function of Sensorless Thrombus Detection (2018)
  • Author(s): Maruyama Takuro, Murashige Tomotaka, Sakota Daisuke, Maruyama Osamu, Hijikata Wataru
  • Organizer: 40th International Conference of IEEE Engineering in Medicine and Biology Society
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Effect of impeller vibrational excitation on enhancing antithrombogenic properties of a centrifugal blood pump with a magnetic bearing (2018)
  • Author(s): Murashige Tomotaka, Hijikata Wataru
  • Organizer: 45th Annual Congress of the European Society for Artificial Organs
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Prevention of thrombus formation inside a magnetically levitated centrifugal blood pump using impeller vibrational excitation (2018)
  • Author(s): Murashige Tomotaka, Jiang Ming, Hijikata Wataru
  • Organizer: 26th Annual Meeting of the International Society for Mechanical Circulatory Support
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Development of an intelligent blood pump with a self-detecting function of thrombus (2018)
  • Author(s): Hijikata Wataru, Murashige Tomotaka, Maruyama Takuro, Ogata Asato, Fujiwara Tastuki, Ohuchi Katsuhiro, Arai Hirokuni
  • Organizer: 26th Annual Meeting of the International Society for Mechanical Circulatory Support
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] センサレス血栓検知機能を備えたインテリジェント人工心臓の開発 (2018)
  • Author(s): 丸山拓朗，村重智崇，土方亘
  • Organizer: 生活生命支援医療福祉工学系学会連合大会LIFE2018
• [Presentation] ポンプ内血栓を自己検知するインテリジェント人工心臓の開発 (2018)
  • Author(s): 村重智崇、丸山拓朗、迫田大輔、丸山修、土方亘
  • Organizer: 第46回人工心臓と補助循環懇話会学術集会
• [Presentation] Sensorless detection of thrombus using real-time viscosity measurement in a magnetically-levitated rotary blood pump (2017)
  • Author(s): Maruyama T, Murashige T, Sakota D, Maruyama O, Hijikata W
  • Organizer: 25th Annual Congress of the International Society of Mechanical Circulatory Support
  • Int'l Joint Research
• [Remarks] 東京工業大学 岡田・土方研究室 村重智崇(個人ページ)
  • URL: http://www.hcds.esd.titech.ac.jp/htmls/murashige/index.html