エレクトロハイドロ-リック方式完全体内埋込み型全人工心臓システムの開発

1997 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 07507009
• Research Institution: National Cardiovascular Center Research Institute
• Principal Investigator: 巽 英介 国立循環器病センター研究所, 人工臓器部, 室長 (00216996)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 増澤 徹 国立循環器病センター研究所, 人工臓器部, 室長 (40199691) ; 中谷 武嗣 国立循環器病センター研究所, 生体工学部, 室長 (60155752) ; 妙中 義之 国立循環器病センター研究所, 人工臓器部, 部長 (00142183) ; 高野 久輝 国立循環器病センター研究所, 副所長 (60028595)
• Keywords: 埋込み型人工心臓 / 全置換型人工心臓 / エレクトロハイドロ-リック方式 / 解剖学的適合性 / 駆出性能 / 制御アルゴリズム / 血液ポンプ / アクチュエータ

Research Abstract

本研究の目的は、長期〜永久使用を目的としたエレクトロハイドロ-リック方式完全体内埋込み型人工心臓システムを開発することである。平成7年度は、システムの規格を決定して設計・試作を行い、完成した一次試作モデルの基本的性能のin vitro評価をモック回路を用いて行った。平成8年度は、急性動物実験にて生体内におけるシステム性能や解剖学的適合性の評価、in vitroおよびin vivo評価の結果に基づいたシステム各部の改良を行った。平成9年度は、まず改良を完了したアクチュエータおよび血液ポンプを統合して胸腔内駆動ユニット二次試作モデルを完成し、次いで慢性動物実験によるin vivo評価を施行した。体重62kgの仔牛を実験動物として用い、電気駆動方式の全置換型人工心臓システムとしては本邦で初めて10日間の生存を得ることに成功した。このin vivo評価より、二次試作モデルの埋込み手技に特に困難はなく、胸腔内において良好な解剖学的適合性を有することを確認した。実験期間中の血行動態は安定しており、径4.5mmの心房間シャントによって広い範囲の心房圧で動的な左右拍出量差の代償を行い得ることも明らかとなった。入力電力は18±2W、エネルギ効率は7〜8%、デバイス表面温度は39〜41℃の範囲にあり、生体内での電力消費・熱発生も十分許容できる範囲にあることが判明した。一方、ベアリング破損を伴うアクチュエータ停止が発生し、デバイスの耐久性における問題点も明らかとなった。これらの結果を基にシステム耐久性向上のための改良に着手し、三次試作モデルの開発を開始した。また、実用化に向けて、混合静脈血酸素飽和度に基づく駆動制御方法の確立、3次元再構築胸腔モデルや流れの可視化手法を用いたヒトへの適用を念頭に置いたシステムの評価・改良、経皮エネルギ伝送システムや体内埋込みバッテリなどの付属ユニットの開発・評価を並行して行っている。

Research Products

• [Publications] Tatsumi,Eisuke: "In vitro and in vivo evaluation of a left-right balancing capacity of an interatrialshunt in an electrohydraulictotal artificial heart system" ASAIO Journal. 43・5. M619-M625 (1997)
• [Publications] Nakamura,Makoto: "Early changesin circulating blood volume and volume regulating humoral factors after implantation of an electrohydraulictotal artificial heart" ASAIO Journal. 43・5. M663-668 (1997)
• [Publications] Endo,Seiko: "In vitro and in vivo heat dissipation of an electrohydraulic totally implantable artificial heat" ASAIO Journal. 43・5. M592-M597 (1997)
• [Publications] Ohno,Takashi: "Characteristics of mixed venous oxygen saturation and physical activity as parametersfor artificial heart control" ASAIO Journal. 43・5. M677-M681 (1997)
• [Publications] 巽英介: "エレクトロハイドロ-リック方式全人工心臓の慢性動物実験医による生体内評価" 人工臓器. 27(印刷中). (1998)
• [Publications] 巽英介: "心房間シャントによる電気油圧駆動方式全人工心臓システムの左右差代償に関する研究" 人工臓器. 26(印刷中). (1998)