マイクロフロー制御による未熟児用軽負担呼吸補助システムの研究

2001 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 13875035
• Research Category: Grant-in-Aid for Exploratory Research
• Research Institution: Saitama University
• Principal Investigator: 川橋 正昭 埼玉大学, 工学部, 教授 (70008853)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 塩崎 孝壽 埼玉大学, 工学部, 助手 (40008933)
• Keywords: 呼吸補助システム / マイクロフロー / 流体素子 / PIV速度場解析 / 数値解析

Research Abstract

本研究では、機能的安全性を確保しつつ装着時の負担を軽減でき、なおかつ誤動作のない安定作動の維持可能な小型呼吸補助システムを開発することを目的としており、本年度は以下について研究を実施した。生理学的条件として求められている高気道圧の維持と、呼吸負担となる気道圧変動量をなるべく少なくする吸気位相と呼気位相の切り替え最適制御を、マイクロフロー制御技術を応用して行うための小型素子の基本設計や、素子形状の最適化を検討し、その結果に基づき試作された小型素子を用いて、呼吸補助システム内の変動流場を明らかにするため、定性的および定量的可視化計測や数値解析法の検討を行った。
具体的には、はじめに新生児対応の条件を満たす簡易人工肺の設計製作を行った。つぎに、作成された人工肺を用いて、現在新生児医療現場で用いられている呼吸障害新生児の呼吸管理用のシステムについて、その動作の詳細を流れの可視化技術および定量的流速分布計測法(PIV)を用いて実験的に解析し、その流体力学的特性と問題点を明らかにした。さらに、本研究において目的とする小型化を実現するために必要な流体力学的作動原理に対応したモデル素子の設計製作を行い、その動作制御法の検討と基本的動作確認を行うと共に、吸気相から呼気相への変動流についての定量的な流れ解析法について検討した。設計制作したモデル素子における理論的動作確認については、その数値解析プログラムを作成し、計算実行上の問題点の抽出を行った。