2021 Fiscal Year Annual Research Report
Bio-Device Hybrid Cooling System as Advanced Thermal Management for Pulmonary Circulation Assist Device
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19K18021
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
山田 昭博 東北大学, 加齢医学研究所, 助教 (40781448)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | 先天性心疾患 / 循環補助装置 / 形状記憶合金 / ヒートパイプ / センサレス制御 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
人工心臓治療が広く行われるようになって来ている一方で、小児先天性心疾患治療のための小児用人工臓器の社会的ニーズが拡大しており、小児用に特化した新たな循環補助デバイスが必要とされている。そこで我々は、超微細人工筋肉技術を応用することで、超小型軽量を実現した、小児用の循環補助システムを開発している。しかしながら、アクチュエータ駆動によるデバイスの発熱が課題であり、臨床応用に向けて解決すべき課題となっている。本研究では、体内埋込デバイスの高度熱輸送システムを確立すべく研究を行った。本システムでは。生体熱力学的応答の伝熱解析により、デバイスと体温の温度勾配に最適設計された血液循環系を冷却システムの一部とみなす、新たな体内熱輸送システムを開発中である。
現在開発中の小児用拍動型補助循環装置に使用するアクチュエータ材料は、直径0.1mmのファイバ状に成型されたNi-Ti系の形状記憶合金であり、70℃でマルテンサイト変態により長手方向に収縮弛緩することができる。デバイス周辺部での発熱を心臓からの血流に排熱するため、ヒートパイプの基本原理を応用し、複合型排熱機構の具体設計を進めている。昨年度までに得られた基礎データをもとに、生体内で動作できるようフレキシブルな構造の伝熱用ヒートパイプの基本構造を設計・試作した。冷媒となる作動流体として、生体適合性、沸点、凝固点の観点から、フルオロカーボン系のペルフルオロペンタンを選定し、冷媒として封入した。結果として、デバイスで発生した熱を37度の排熱側に有効に熱輸送可能な熱制御が可能であり、熱輸送の吸熱側と排熱側の温度勾配から、生体内冷却デバイスとしての有効性を示唆するデータを得た。本研究で開発した冷却デバイスと、収縮動作を行うアクチュエータ部を統合して、体内埋込み型小児用循環補助デバイスとして臨床応用をめざし研究を進めていく。
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[Journal Article] METHODS FOR INVESTIGATING CONTRACTION CHARACTERISTICS OF PART OF MUSCLES FOR IMPLANTABLE POWER GENERATION SYSTEMS2022
Author(s)
Genta Sahara, Wataru Hijikata, Yusuke Inoue, Tadahiko Shinshi, Akihiro Yamada, Yasuyuki Shiraishi, Aoi Fukaya, Masato Karube, Tatsuya Genda, Naoki Iwamoto, Yuma Tachizaki, Ryosuke Morita, Tomoyuki Yambe
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Journal Title
Journal of Mechanics in Medicine and Biology
Volume: 22(1)
Pages: 2250007
DOI
Peer Reviewed
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[Presentation] 弓部大動脈におけるステント留置形状影響評価の試み2021
Author(s)
繁浦瑠偉,白石泰之, 山田昭博,森脇健司, 中地真太郎, 永野友香, 伊藤信一郎, 野田祐資,伊倉真衣子, 榛沢和彦, 山家智之
Organizer
第55回日本生体医工学会東北支部大会講演論文集
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[Presentation] 大動脈解離治療用新型ステント拡張力評価の基礎検討2021
Author(s)
繁浦瑠偉,白石泰之, 山田昭博,森脇健司, 中地真太郎, 永野友香, 伊藤信一郎, 野田祐資,伊倉真衣子, 榛沢和彦, 山家智之
Organizer
第59回日本人工臓器学会大会
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