磁性流体内蔵の動圧軸受モータを用いる軸流型血液ポンプの研究開発

2003 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 14380386
• Research Institution: Hokkaido University
• Principal Investigator: 三田村 好矩 北海道大学, 大学院・工学研究科, 教授 (70002110)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 岡本 英治 北海道東海大学, 工学部, 助教授 (30240633) ; 西村 生哉 北海道大学, 大学院・工学研究科, 助手 (00228214) ; 村林 俊 北海道大学, 大学院・工学研究科, 助教授 (30200306) ; 山家 智之 東北大学, 加齢医学研究所, 教授 (70241578) ; 四津 良平 慶応大学, 医学部, 教授 (30129738)
• Keywords: 人工心臓 / 血液ポンプ / 動圧軸受 / 磁気シール / 数値流体解析

Research Abstract

1.CAD/CAM/CAEシステムによる軸流型血液ポンプの設計、製作:
動圧軸受(後の3で設計したもの)、DCブラシレスモータ、磁性流体軸シール及びインペラからなる固体接触部をまったく持たない軸流型血液ポンプの一次設計を行った。
2.ポンプ内流れと溶血、血栓との関係の解明:
(1)油膜法を用いて軸流ポンプ内の流れの可視化を行った。その結果、ポンプ流入部に旋回流のあること、インペラより流入カニューラ方向に逆流のあること、インペラ後方よりインペラ前方に逆流のあること、インペラハブ先端部およびポンプ後部のドーム付近に流速の遅い領域があることが明らかとなった。これらの特徴は、ポンプの数値流体力学結果とよく一致し、数値流体力学解析結果の妥当性を明らかにした。
(2)ヒトの血液を用いてBio-Pumpおよび軸流ポンプの溶血試験を行った。その結果、Bio-Pumpの溶血指標はヒトの血液と新鮮牛血でほぼ同じ値であることを明らかとした。また、ポンプ内血液接触面を鏡面仕上げした軸流ポンプの溶血指標は従来の約1/3に低下した。
3.磁性流体内臓の動圧軸受モータの開発:
磁性流体を作動液体とする動圧軸受の一次設計を行った。
4.ポンプ制御システムの研究:
ウオルッシュ-フーリエ変換によりモータ電流波形の周波数解析を行い、高周波成分のパワーと基本波成分のパワーの比からポンプ流入路狭窄の検出をオンラインで行う装置を開発し、in vitro実験にてその有効性を確認した。
5.動物実験:
ヤギ(2頭)の左心室-大動脈間に軸流型ポンプを植込む実験を行い、開発中の軸流ポンプで、十分な循環維持ができることを明らかにした。また、軸流ポンプに使用している磁気シールは正常に動作することを明らかにした。

Research Products

• [Publications] Mitoh, A: "Computational Fluid Dynamics Analysis of an Intra-Cardiac Axial Flow Pump"Artificial Organs. 27・1. 34-40 (2003)
• [Publications] Yano, T: "An Estimation Method of Hemolysis within an Axial Flow Blood Pump by Computational Fluid Dynamics (CFD) Analysis"Artificial Organs. 27・10. 920-925 (2003)
• [Publications] Sekine, K: "Development of a Magnetic Fluid Shaft Seal for an Axial-Flow Blood Pump"Artificial Organs. 27・10. 892-896 (2003)
• [Publications] 三田村好矩: "小型軸流血液ポンプの開発現況"電気学会研究会資料. LD-03-46. 17-20 (2003)