形状記憶合金を用いた人工尿道開閉弁の試作研究

1998 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 10875051
• Research Institution: Tohoku University
• Principal Investigator: 長南 征二 東北大学, 大学院工学研究科, 教授 (20005424)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 田中 真美 東北大学, 大学院工学研究科, 助手 (80271873) ; 古屋 泰文 東北大学, 大学院工学研究科, 助教授 (20133051) ; 谷 順二 東北大学, 流体科学研究所, 教授 (30006192) ; 折笠 精一 東北大学, 医学部, 教授 (60001004) ; 江 鐘偉 東北大学, 大学院工学研究科, 助教授 (60225357)
• Keywords: 形状記憶合金 / 人工尿道バルブ / 高周波誘導加熱 / 動物実験 / 経皮的エネルギ伝送システム

Research Abstract

尿失禁とは不随意に起こる尿漏れで,社会的衛生的に問題となるものであり,その治療法の確立が強く望まれている.しかしながら尿失禁の原因は多種多様で,患者の年齢も小児から高齢者にわたることから,その治療は画一的とならず大変困難なものとされている.約10年前に画期的な尿失禁治療法としてシリコン製人工括約筋が開発されたが,構造が複雑で高価でありさらに長期使用後には駆動液が漏れる等の問題を生じている.
形状記憶合金(SMA)の中でもTi-Ni合金は優れた記憶能力を持ち,熱を加えるだけで簡単に大きな変位や大きな力を発生させることができるため,その基本的特性や応用に関して多くの優れた研究がなされている.形状記憶合金を医療分野に応用する試みは1970年代の後半から米国を中心に進められており,これまでにも医療用クリップ,歯列矯正および骨折治療用内副子,人工心臓用人工筋などへの応用が試みられ,一部はすでに医療用治具として実用化されている.
本研究は尿失禁治療法のひとつとして,形状記憶合金をアクチュエータとする尿道開閉用人工バルブの開発を行うものである.本年度は二方向性形状記憶合金の薄板からなる人工尿道バルブを数種類試作し犬を用いた動物実験によりバルブの動作特性およびエネルギ供給システムの検討を行った.得られた結果を要約すると以下のようになる。
(1) 試作・改良した人工尿道バルブを装着することで,犬の尿道をうまく開放閉鎖できること、さらに咳やくしやみなどの瞬間的高水圧時の尿漏れも改善されたことを確認した。プロトタイプのバルブより新しいバルブでは尿道内圧を低くすることが実現できたが周辺組織に影響を及ぼさないようにさらに低い尿道内圧で尿道を閉鎖できるよう改良することが今後の課題である。
(2) 外径60mmの2次コイルを犬の皮下に埋め込みエネルギ伝送を試みた結果,バルブの駆動に必要な電力を犬の皮膚を介して伝送できることを確認した.

Research Products

• [Publications] 長南征二, 折笠精一, 江鐘偉 他5名: "形状記憶合金を用いた人工尿道バルブの開発(バルブの基本原理と開閉動作の確認)" 日本機械学会論文集(C編). 64巻・62号. 1229-1236 (1998)
• [Publications] 長南征二, 田中真美: "形状記憶合金を用いた人工尿道バルブの開発" 人工臓器. 27巻・5号. 696-702 (1998)
• [Publications] 平野建太郎, 田中真美 他7名: "形状記憶合金を用いた人工尿道開閉弁の開発(高周波誘導加熱法の導入)" 第7回MAGDAコンファレンスプロシーディングス. 75-78 (1998)
• [Publications] 後藤大樹, 松木英敏, 田中真美 他6名: "非接触電力伝送方式による人工尿道開閉弁の開発" 第22回日本応用磁気学会学術講演概要集. 374 (1998)
• [Publications] 田中真美, 長南征二, 折笠精一, 他5名: "形状記憶合金を用いた人工尿道バルブの開発" 第12回日本ME学会秋季大会(医用と生体工学)講演集. 36巻. 125-128 (1998)
• [Publications] 後藤大樹, 田中真美 他7名: "経皮的電力伝送を用いた人工尿道開閉弁の開発研究" 第32回日本ME学会東北支部. 11 (1998)