2022 Fiscal Year Annual Research Report
Development of a ventricular assist device for improving survival rate and QOL based on dynamics of a levitating impeller
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20H02098
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| Research Institution | Tokyo Institute of Technology |
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Principal Investigator |
土方 亘 東京工業大学, 工学院, 准教授 (30618947)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
藤原 立樹 東京医科歯科大学, 医学部附属病院, 助教 (00632291)
大内 克洋 東京医科歯科大学, 大学院医歯学総合研究科, 寄附研究部門准教授 (20322084)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | 補助人工心臓 / 血栓予防 / 血栓検知 / 磁力・推力ハイブリッド浮上機構 / 磁気浮上 / 磁気軸受 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
人工心臓は心臓病患者の血液循環に使われるが，ポンプ内血栓による死亡や脳梗塞が多い．また，小型人工心臓が実現しておらず，小児は腹部に穴を開けて人工血管を外に引出し，人工心臓を体外に設置して生活している．すなわち，現在の人工心臓は延命デバイスに過ぎない状態である．そこで本研究では，羽根車の血液中ダイナミクスを解明し，ソフト（制御）とハード（構造）に応用して下記（A）（B）を実現することで「小児から高齢者まで，全ての患者の生活の質と生存率を格段に向上させる次世代人工心臓の創出」に挑戦する．
（A）羽根車の加振制御による，薬剤不要の革新的な血栓予防・血栓予兆検知・血栓治療
（B）小児用まで小型化しても血球損傷の小さい，羽根車の磁力・推力ハイブリッド浮上機構
（A）では今年度は血栓の検出および血栓予防機能の開発に取り組んだ．具体的には，磁気浮上システムを用いてインペラを円軌道加振し，そのときのインペラの変位角と電流の位相差と，あらかじめ作動流体の粘度毎に同様の位相差を計測しておいたデータベースとの間で二乗誤差の和をリアルタイムで求めた．血液粘度が単純に変化する場合は二乗誤差の和に変化は無く，血栓が形成された場合は大きく変化することを明らかにした．この結果より，血液粘度と区別可能な血栓検出法を実現した．
また，血栓予防技術では，円軌道加振の振幅と周波数を複数条件で与え，血栓予防効果を評価した．その結果，円軌道加振に伴うせん断加速度が一定値を超えると，血栓予防効果が得られることを明らかにした．
（B）では昨年度の段階で既に軸方向の浮上を実現したため，より安定して浮上可能なポンプを実現するべく，応答曲面法を用いた高剛性化設計に取り組んだ，その結果，インペラの羽根形状やハウジングの流路幅など，高剛性化に重要な設計因子を明らかにし，ポンプの設計指針を得ることができた．
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| Research Progress Status |
令和4年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和4年度が最終年度であるため、記入しない。
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