超音波照射により駆動する血管内ステントモータ

2015 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 15K05756
• Research Institution: Tokyo University of Agriculture and Technology
• Principal Investigator: 西澤 宇一 東京農工大学, 工学(系)研究科(研究院), 助教 (80553221)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 大橋 太郎 木更津工業高等専門学校, 電子制御工学科, 准教授 (20259823)
• Project Period (FY): 2015-04-01 – 2018-03-31
• Keywords: ステント / モータ / 超音波 / 医療・福祉

Outline of Annual Research Achievements

本研究では、ステントモータの開発を目指している。ステントモータは、カテーテル治療でよく使われるステントを能動化した医療デバイスであり、血管の再狭窄を防ぐことが期待される。ステントモータの実現には、体外から照射された超音波を受信する機能と血管内を移動できる機能の二つが必要である。このことを踏まえて、ステントモータは超音波振動のエネルギを振動源から受取る受信部（レシーバ部）と駆動力として出力するステータ部から構成される。レシーバ部の形状はスリットのある円筒型であり、ステータ部の形状はコイル型である。
先ず初めに超音波の振動を受取るレシーバ部の設計を行う。レシーバ部の設計で重要となるのはレシーバ部が共振することである。そこで、レシーバ部の設計は、数値シミュレーションの実施および数値シミュレーション結果に基づき作製したレシーバモデルに対する評価実験を実施することにより行う。
実際の利用を想定するとレシーバ部の外径は3 mm程度が望ましい。しかし、加工時の寸法誤差などを考慮すると狙った固有振動数を持つレシーバ部を作製することは簡単ではない。そこで、当初は寸法誤差の影響が少ないと考えられる外径が10 mmのレシーバ部を設計することとした。
これまでに設計したレシーバモデルに対して、数値シミュレーションでは有限要素法による固有値解析を行い、評価実験ではレーザ変位計により取得したデータをFFT解析することにより共振現象を確認した。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

ステントモータの実現には、体外から照射された超音波を受信する機能と血管内を移動できる機能の二つが必要である。先ず初めに超音波振動を受取るレシーバ部の設計を行っている。
超音波振動のレシーバ部の基本設計は、振動解析に関するシミュレーションおよび結果を踏まえた評価実験により行っている。レシーバは円筒にスリットを入れた形状である。レシーバ部のパラメータは円筒の長さ、内径、外径、スリットの幅である。シミュレーションにより共振に一番影響を与えるパラメータをこれまでに明らかにした。
シミュレーションの結果を基に実際にレシーバモデルの作製を行った。共振周波数はシミュレーション結果と実際のレシーバモデルの間で若干異なる。そのため寸法が少しずつ異なるレシーバモデルを多数作製した。
実際に共振を実験的に確認するため、専用の実験装置を構築した。実験装置内に作製したレシーバモデルを設置して、ある周波数に固定した超音波を照射しレシーバモデルの共振をレーザ変位計を用いて確認している。

Strategy for Future Research Activity

現在、作製したレシーバモデルの共振を確認中である。レシーバ部のパラメータに着目し少し削るなどして対処している。共振するレシーバ部が完成するまでシミュレーションと評価実験を丹念に行う。
共振を確認できたらレシーバ部とステータ部をつなげたステントモータを作製する。レシーバ部の設計の際に行った時と同様のシミュレーションと評価実験を丹念に行う。さらに、水中における超音波振動の効率とモータ性能を調べる実験を行う。
超音波の外部照射による実験が上手くいかない場合には、ステントにワイヤーを取り付け、コイル型モータのように振動を与える（あるいは円筒部を直接共振させる）。この実験では十分に振動が供給されるので、モータのメカニズム自体を評価することができる。

Research Products

• [Presentation] Intravascular stent motor (2015)
  • Author(s): Uichi Nishizawa, Shigeki Toyama
  • Organizer: OPTIROB2015
  • Place of Presentation: Tismana Club Hotel, Jupiter, Constanta, Romania
  • Year and Date: 2015-06-26 – 2015-06-29
  • Int'l Joint Research