急性心腎症候群の早期腎不全治療を目的としたカテーテル式補助循環装置の実用化研究

2017 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 16H05429
• Research Institution: Tokyo Denki University
• Principal Investigator: 住倉 博仁 東京電機大学, 理工学部, 助教 (20433998)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 妙中 義之 国立研究開発法人国立循環器病研究センター, 研究所, 客員研究員 (00142183) ; 巽 英介 国立研究開発法人国立循環器病研究センター, 研究所, 部長 (00216996) ; 大沼 健太郎 桐蔭横浜大学, 医用工学部, 講師(移行) (50527992)
• Project Period (FY): 2016-04-01 – 2020-03-31
• Keywords: 補助循環装置 / 血液ポンプ / カテーテル / 急性腎不全 / 心不全治療

Outline of Annual Research Achievements

急性心腎症候群における急性腎不全に対し、機械的補助循環装置を用いた早期の流量補助による腎血行動態の安定化は、腎機能の保護による尿量の増加から心負荷の軽減につながり、急性心腎症候群の悪循環を断ち切る可能性を有している。本研究では、腎臓に対し、早期に低侵襲にて直接能動的に流量補助を行うことで、急性心腎症候群における悪循環を断ち切り、心不全患者の心機能の維持や回復を促進可能なカテーテル式血液ポンプの開発を目的とした。本年度は、腎灌流用カテーテル式血液ポンプに関し、送血路にカニューレを用いないタイプの血液ポンプの設計を開始した。更に、数値流体解析(Computational fluid dynamics：以下、CFD)と最適化アルゴリズムを応用した自動最適化システムを新たに構築し、血液ポンプ形状の最適化について基礎的な検討を行った。
1.腎灌流用カテーテル式血液ポンプの設計
腎灌流用カテーテル式血液ポンプの更なる小型化を目的とし、送血路にカニューレを用いないタイプの血液ポンプの設計を開始した。CFDを用いて圧力コンターから揚程の予測などを行い、腎灌流用として必要な性能を有する血液ポンプ形状について検討を行った。
2.CFDと最適化アルゴリズムを応用した自動最適化システムの構築と基礎的検討
腎灌流用カテーテル式血液ポンプのポンプ性能の向上を目的とし、CFDと最適化アルゴリズムを応用した自動最適化システムを新たに構築し、血液ポンプ形状の最適化について基礎的な検討を行った。最適化の結果、形状の異なる様々なデザインが自動で生成され、オリジナルデザインと比較し、揚程に関して優位な形状が多く生成された。また、オリジナルデザインと最適デザインを比較した結果、揚程にて約14％の改善が確認された。

Current Status of Research Progress

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

Reason

腎灌流用カテーテル式血液ポンプについて、送血路にカニューレを用いないタイプの血液ポンプの設計を開始した。また、CFDと最適化アルゴリズムを用いた自動最適化システムを構築し、高いポンプ性能を実現する血液ポンプ形状に関し基礎的な検討を行った。

Strategy for Future Research Activity

腎灌流用カテーテル式血液ポンプにおけるポンプ性能の向上、および小型化を目的とし、自動最適化システムを用いた血液ポンプ形状の最適化について継続して検討を行う。また、最適化結果を基に実機を試作し、模擬循環回路を用いた評価試験を行う予定である。