2004 Fiscal Year Annual Research Report

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

Research Project

Project/Area Number	14380386
Research Institution	Hokkaido University
Principal Investigator	三田村好矩北海道大学, 大学院・情報科学研究科, 教授 (70002110)
Co-Investigator(Kenkyū-buntansha)	村林俊北海道大学, 大学院・情報科学研究科, 助教授 (30200306) 西村生哉北海道大学, 大学院・情報科学研究科, 助手 (00228214) 岡本英治北海道東海大学, 工学部, 助教授 (30240633) 四津良平慶応大学, 医学部, 教授 (30129738) 山家智之東北大学, 加齢医学研究所, 教授 (70241578)
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、DCブラシレスモーダ、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設計及び製作を行った。 2.ポンプ内流れと溶血、血栓との関係の解明粒子法を用いて軸流ポンプ内の流れの可視化を行った(4000frames/secの高速カメラで記録)。その結果、インペラより流入カニューラ方向に旋回逆流のあること、案内羽根間にインペラ方向に逆流の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た。数値流体力学解析より算出した流れ中の粒子に加わるせん断応力及びその印加時間より溶血量を推定した。ポンプ差圧を変化させた条件で、溶血量の推定値と実測値は良い相関を示した。 3.磁性流体内蔵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設計、製作を行い、ポンプに組み込んだ。ポンプを空中、水平位置で駆動したときの(7000〜8500rpm)軸触れは、半径方向及び軸方向に5μm以下で、機械的に非接触が保たれた。また、ポンプ特性を水を用いて測定した結果、モータ回転数8000rpmで差圧100mmHgに対し、5.2L/minの流量が得られた。さらに、拍動型ポンプと組み合わせて左心バイパス実験を行ったところ、モータ回転数を5000rpmから8000rpmに増加するに伴い、部分バイパスから完全バイパスとなることを確認した。 4.ポンプ制御システムの研究 Walsh関数を用いて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試作した。 5.動物実験ヤギの左心室-大動脈間に軸流型ポンプを植込む実験を行い、軸流ポンプの回転数を増加させることで、部分バイパス及び完全な循環維持ができることを確認した。