体内完全埋込み型全人工心臓システムの実用化のための開発研究

1998 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 10357013
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (A)
• 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 茨城大学, 工学部, 助教授 (40199691) ; 中村 真人 国立循環器病センター研究所, 人工臓器部, 室員 (90301803) ; 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ーリック方式 / 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電気油圧駆動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。本システムは、平成7年度から3年間の科学研究補助金による基礎研究開発で実用化を目指し得る段階に到達したが、本研究では臨床応用に向けた統合的システムとしての開発・改良を段階的に進めることにより、臨床治験を行い得るレベルにまで本システムを発展させることを目標とする。本年度は三次試作モデルの設計・製作・評価を行った。設計・製作に関しては、(1)性能向上を目指して、摩擦ポンプ内のオイル流路形状の最適化を図ったアクチュエータを新たに設計・製作した。(2)コンピュータシミュレーションおよび流れの可視化手法による評価結果に基づいて、血液ポンプの形状の改良を行った。(3)混合静脈血酸素飽和度を用いた制御法を開発した。(4)動物実験成績から心房シャントのサイズを4.5mm径とした。また自然心房中隔にパンチアウトしたシャント孔では血栓形成による初期狭窄例を認めたため、シャント孔付きの人工心房中隔を新たに設計・製作した。以上のような改良を施して製作した三次試作モデルの評価に関しては、(1)モック回路でのシステム性能については、最高拍出量は10L/minから12L/minに、また最高エネルギ効率は8%から13%へと大幅に改善した。(2)形状改良した血液ポンプは左右ともに実効1回拍出量は90mlで、また左右を合わせた体積は440mlと小型化された。(3)混合静脈血酸素飽和度に基づく制御法を慢性動物実験で検討したところ耐運動能の著明な改善(最大酸素消費量で約1.5倍)を認め、その生理学的有用性が示された。(4)シャント付き人工心房中隔は、慢性動物実験の全例で血栓形成を起こすことなく十分な左右差代償能力を示した。次年度は、三次試作モデルの改良をさらに進めるとともに、慢性動物実験で長期生存を目指す予定である。

Research Products

• [Publications] Tatsumi,Eisuke: "In vivo evaluation of the National Cardiovascular Center electrohydraulic total artificial heart" Artif Organs. 23. (in press) (1999)
• [Publications] Nakata,Masako: "Characterization and optimization of the flow pattern inside a diaphragm blood pump based on flow visualization techniques" ASAIO Journal. 44・5. M714-M718 (1998)
• [Publications] 巽 英介: "エレクトロハイドローリック方式全人工心臓の慢性動物実験による生体内評価" 人工臓器. 27・2. 319-324 (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. 27・1. 31-36 (1998)
• [Publications] 遠藤誠子: "電気油圧駆動方式全人工心臓の放熱特性に関する研究" 人工臓器. 27・1. 3-7 (1998)
• [Publications] 中村知道: "体内完全埋込型人工心臓に用いる経皮エネルギー伝送ユニットの生体適合性及び実用性の評価-体内埋込時の温度特性とエネルギー伝送効率の検討-" 人工臓器. 27・2. 347-351 (1998)