人工心臓血液適合性向上のためのメゾスケール解析方法の開発

2002 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 14380389
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Research Institution: Ibaraki University
• Principal Investigator: 増澤 徹 茨城大学, 工学部, 教授 (40199691)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 山根 隆志 産業技術総合研究所, 人間福祉医工学研究部門, 副研究部門長(研究職) (10358278) ; 大島 郁也 茨城大学, 工学部, 講師 (80007632) ; 田中 伸厚 茨城大学, 工学部, 助教授 (30323207)
• Keywords: 人工心臓 / 血液適合性 / メゾスケール解析 / 流体解析 / 溶血 / 流れの可視化 / 磁気浮上ポンプ

Research Abstract

試験対象となる人工心臓の開発としてラジアル型磁気支持方式を採用した磁気浮上遠心血液ポンプの開発を行った.溶血試験が可能な血液ポンプ室の製作,その数値流体解析モデルの開発を行った.開発した人工心臓は最大回転数2500rpm,最大流量9L/min,最大揚程280mmHgと人工心臓として十分なポンプ性能を示したが,軸方向変位が回転数とともに大きくなる傾向を示し,更なる改良が必要であることが判明した.数値流体解析では,既存のRANS解析結果の流れ場情報をもとに赤血球を模擬した粒子を流し,その挙動を観察するOne-way粒子法を開発した.上述の遠心ポンプの数値流体解析モデルを使用してK-εモデルを用いたRANS解析を行い流れ場情報を取得し,開発したOne-way粒子法により,ポンプ内を移動中の粒子(赤血球)にかかるせん断応力の時間的変化がトレース可能であること確認した.可視化法に関してはマイクロスコピックビデオシステムの基本構成の開発,そのPIV処理法の開発を行った.溶血試験に用いる回転せん断負荷装置の2倍模型を製作し,その内部流れの空間速度分布の計測を行い,内部流れと表面粗さに関する基礎データの取得を行った.人工心臓表面粗さの血液適合性への関与解明に関しては,内部にRaO.2およびRaO.8の二種類の粗さを付けた回転せん断負荷装置を製作し,牛血を用いて溶血試験を行った.その結果,RaO.2からRaO.8の表面粗さ間に溶血を惹起する閾値が存在することを確認した.