• Search Research Projects
  • Search Researchers
  • How to Use
  1. Back to previous page

Optimal design of a hydrodynamically levitated centrifugal blood pump by design of experiment techniques

Research Project

Project/Area Number 18K12049
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research (C)

Allocation TypeMulti-year Fund
Section一般
Review Section Basic Section 90110:Biomedical engineering-related
Research InstitutionNational Institute of Advanced Industrial Science and Technology

Principal Investigator

Kosaka Ryo  国立研究開発法人産業技術総合研究所, 生命工学領域, 主任研究員 (10415680)

Project Period (FY) 2018-04-01 – 2021-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2020)
Budget Amount *help
¥4,290,000 (Direct Cost: ¥3,300,000、Indirect Cost: ¥990,000)
Fiscal Year 2020: ¥780,000 (Direct Cost: ¥600,000、Indirect Cost: ¥180,000)
Fiscal Year 2019: ¥1,950,000 (Direct Cost: ¥1,500,000、Indirect Cost: ¥450,000)
Fiscal Year 2018: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000)
Keywords血液ポンプ / 人工心臓 / 人工知能 / ニューラルネットワーク / 動圧軸受 / 流体軸受 / 最適化技術 / 軸受剛性 / AI / 実験計画法 / 多目的最適化手法 / 革新的実験計画法 / 機械学習
Outline of Final Research Achievements

A hydrodynamically levitated centrifugal blood pump has been developed. In this study, design of the hydrodynamic thrust bearing for the blood pump was optimized using artificial intelligence (AI) to improve bearing performance and hemocompatibility. Input parameters for neural network (NN) were number of grooves, groove angle, inner and outer groove depths. Output parameters were bearing levitation force and damage index (DI) of red blood cell calculated by computational fluid dynamics analysis. By these parameters, a NN was constructed. Then, bearing levitation force and DI for 450 models were calculated, and three optimal candidate models were selected. In the validation tests, one of the optimal candidate models had better levitation performance and hemolysis performance compared to other models including the conventional models. In conclusion, a hydrodynamic bearing could be optimized using AI to improve both bearing performance and hemocompatibility.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

本課題では、人工知能(AI)を用いた革新的実験計画法により、長期耐久性と血液適合性に優れた体外循環用動圧浮上遠心血液ポンプの動圧軸受の最適設計を実施した。本手法は、多入力多目的最適化手法と機械学習を統合した最適化手法である。本最適化手法は、従来は試行錯誤で最適化していた複雑システムの最適解を簡易に探索可能である。本手法は、血液ポンプだけでなく、他の医療機器や産業機器の最適設計に応用可能であるため、学術的意義や社会的意義は高い。

Report

(4 results)
  • 2020 Annual Research Report   Final Research Report ( PDF )
  • 2019 Research-status Report
  • 2018 Research-status Report
  • Research Products

    (9 results)

All 2021 2020 2019

All Journal Article (1 results) (of which Peer Reviewed: 1 results) Presentation (8 results) (of which Invited: 2 results)

  • [Journal Article] Improvement of hemolysis performance in a hydrodynamically levitated centrifugal blood pump by optimizing a shroud size2021

    • Author(s)
      Kosaka Ryo、Sakota Daisuke、Nishida Masahiro、Maruyama Osamu、Yamane Takashi
    • Journal Title

      Journal of Artificial Organs

      Volume: - Issue: 2 Pages: 157-163

    • DOI

      10.1007/s10047-020-01240-6

    • Related Report
      2020 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Presentation] ニューラルネットワークを用いた動圧浮上遠心血液ポンプの動圧軸受の形状最適化2021

    • Author(s)
      濱川 滉大、小阪 亮、河尻 耕太郎、迫田 大輔、丸山 修、西田 正浩、早瀬 仁則
    • Organizer
      第58回日本人工臓器学会大会
    • Related Report
      2020 Annual Research Report
  • [Presentation] 人工知能を用いた動圧浮上遠心血液ポンプの軸受形状の最適化2021

    • Author(s)
      小阪 亮、濱川 滉大、河尻 耕太郎、早瀬 仁則、西田 正浩
    • Organizer
      LS-BT合同研究発表会2021
    • Related Report
      2020 Annual Research Report
  • [Presentation] ニューラルネットワークを用いた動圧浮上遠心血液ポンプの軸受性能の改善2020

    • Author(s)
      濱川 滉大、小阪 亮、河尻 耕太郎、迫田 大輔、丸山 修、西田 正浩、早瀬 仁則
    • Organizer
      第31回バイオフロンティア講演会
    • Related Report
      2020 Annual Research Report
  • [Presentation] AIを用いた革新的実験計画法の提案:AI時代における実験計画法の在り方とは?2020

    • Author(s)
      河尻 耕太郎、濱川 滉大、早瀬 仁則、小阪 亮、西田 正浩
    • Organizer
      日本品質管理学会
    • Related Report
      2020 Annual Research Report
  • [Presentation] 経産省の医療機器施策と産総研における血液ポンプの実用化に向けた取り組み2020

    • Author(s)
      小阪 亮
    • Organizer
      茨城研究開発型企業交流協会(IRDA)オンライン交流会
    • Related Report
      2020 Annual Research Report
    • Invited
  • [Presentation] 「血液ポンプ開発の最前線」-産総研における血液ポンプとその周辺技術の開発ー2020

    • Author(s)
      小阪 亮
    • Organizer
      新産業創造研究機構(NIRO)研究会
    • Related Report
      2020 Annual Research Report
    • Invited
  • [Presentation] 動圧浮上遠心血液ポンプの軸受剛性と血液適合性を推定可能なニューラルネットワークの構築2020

    • Author(s)
      濱川 滉大、小阪 亮、河尻 耕太郎、迫田 大輔、丸山 修、西田 正浩、早瀬 仁則
    • Organizer
      つくば医工連携フォーラム2020
    • Related Report
      2019 Research-status Report
  • [Presentation] 動圧浮上遠心血液ポンプの軸受性能を推定可能なニューラルネットワークの構築2019

    • Author(s)
      濱川 滉大、小阪 亮、河尻 耕太郎、迫田 大輔、丸山 修、西田 正浩、早瀬 仁則
    • Organizer
      第57回日本人工臓器学会大会
    • Related Report
      2019 Research-status Report

URL: 

Published: 2018-04-23   Modified: 2022-01-27  

Information User Guide FAQ News Terms of Use Attribution of KAKENHI

Powered by NII kakenhi