流体固体相互作用解析によるCVポートの高効率かつ高ロバストな洗浄法の確立

• Project/Area Number: 23K11915
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 90140:Medical technology assessment-related
• Research Institution: Tohoku University
• Principal Investigator: 鎌田 裕基 東北大学, 大学病院, 助教 (00789836)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 中村 匡徳 名古屋工業大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (20448046)
• Project Period (FY): 2023-04-01 – 2026-03-31
• Project Status: Granted (Fiscal Year 2023)
• Budget Amount: ¥4,550,000 (Direct Cost: ¥3,500,000、Indirect Cost: ¥1,050,000); Fiscal Year 2025: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000); Fiscal Year 2024: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000); Fiscal Year 2023: ¥1,690,000 (Direct Cost: ¥1,300,000、Indirect Cost: ¥390,000)
• Keywords: CVポート / パルスフラッシュ法 / CFD / 中心静脈ポート / 流体固体相互作用解析

Outline of Research at the Start

CV（中心静脈）ポートは、使用後の入念な洗浄にも関わらず、時として閉塞する。閉塞は化学療法や在宅補液を要する患者のQOLを損なう。ポートの効率的な洗浄の確立には、ポート内の流れに加え、流れと固体である付着物との相互作用を考慮した解析が必要である。一方、多様な人物が関与する臨床現場では、洗浄操作の多少の外乱に影響されないロバスト性も重要である。本研究では、流体固体相互作用解析と実験的検証を行い、「洗浄の科学的評価法の確立」とともに、「効率的な洗浄法」と「洗浄効果およびロバスト性の高いCVポートのデザイン」を同時提供し、CVポートの長期使用に向けた新たな管理法の構築とデバイスの評価法の開拓に挑む。

Outline of Annual Research Achievements

CV（中心静脈）ポートは、中心静脈に留置されたカテーテルと接続される皮下埋込型のデバイスである。使用後のパルスフラッシュによる洗浄にも関わらず、CVポートが閉塞することがあるが、それは化学療法や在宅補液の長期管理上の問題となる。本研究では、CVポートの効率的な洗浄法の探求を目指すとともに、洗浄におけるロバスト性の高いCVポートのデザインの提供に挑む。
令和5年度は、
①CVポートの洗浄時の流体シミュレーションの境界条件を規定する注入変数の計測を行った：CVポートの洗浄時の注入状況を示す変数は、生理食塩水の注入量や注入速度、その時間変化および穿刺針の位置や深達度、角度である。そこで、令和5年度は、CVポートの薬剤投与に従事する医師や看護師を対象に、洗浄時の様子をビデオ撮影し、実際の注入変数の計測を行った。水彩絵の具により着色した水を満たしたシリンジに、延長チューブおよび専用穿刺針であるヒューバー針を接続した状態とした。パルスフラッシュにより、シリンジ内の水の注入開始から全量注入し終わるまでの操作を240fpsのハイスピードモードで撮影した。得られた動画を画像に変換し、画像解析にてシリンジ内の着色した水の減量を経時的に計測した。注入量の時間変化から注入速度やその時間間隔を定量化した。注入の時間間隔は操作者間および同一操作者でばらつきがあり、注入速度には操作者間で一定であることがわかった。次年度以降も、解析対象とする操作者を増やし、より詳細に注入変数の傾向を検討する予定である。
②CVポートの流体シミュレーションの流路形状の作成を行った：ポートやヒューバー針の形状モデルを、CADを用いて作成した。商用流体計算ソフトを用いて計算を行い、流路内の流れの可視化や壁面せん断応力の算出を行った。次年度以降は、①の結果を流入境界条件として設定し、CVポート内の流れの状況を検討する予定である。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

CVポート内の流体シミュレーションに必要な境界条件の解析法を確立することができたため。

Strategy for Future Research Activity

・CVポートの使用に従事する医療者を対象とした画像解析例を増やし、注入の傾向を検討する。
・得られた注入変数をもとに、流体シミュレーションを行い、注入変数によるCVポートのチャンバー内の液体が入れ替わる時間や程度について検討する。
・チャンバー内の洗浄の経過を観察可能な実験系を確立する。