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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

Research Project

Project/Area Number 20H02098
Research InstitutionTokyo Institute of Technology

Principal Investigator

土方 亘  東京工業大学, 工学院, 准教授 (30618947)

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)
Project Period (FY) 2020-04-01 – 2023-03-31
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
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.

Research Progress Status

令和4年度が最終年度であるため、記入しない。

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。

  • Research Products

    (9 results)

All 2022

All Journal Article (3 results) (of which Peer Reviewed: 3 results) Presentation (5 results) Patent(Industrial Property Rights) (1 results)

  • [Journal Article] Prevention of thrombus formation in blood pump by mechanical circular orbital excitation of impeller in magnetically levitated centrifugal pump2022

    • Author(s)
      Hatakenaka Kohei、Hijikata Wataru、Fujiwara Tatsuki、Ohuchi Katsuhiro、Inoue Yusuke
    • Journal Title

      Artificial Organs

      Volume: 47 Pages: 425~431

    • DOI

      10.1111/aor.14443

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Innovative experimental animal models for real‐time comparison of antithrombogenicity between two oxygenators using dual extracorporeal circulation circuits and indocyanine green fluorescence imaging2022

    • Author(s)
      Sakurai Hironobu、Fujiwara Tatsuki、Ohuchi Katsuhiro、Hijikata Wataru、Inoue Yusuke、Maruyama Osamu、Tahara Tomoki、Yokota Sachie、Tanaka Yui、Takewa Yoshiaki、Mizuno Tomohiro、Arai Hirokuni
    • Journal Title

      Artificial Organs

      Volume: 47 Pages: 77~87

    • DOI

      10.1111/aor.14380

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Proposition of a passive levitation system utilizing thrust and magnetic force for a ventricular assist device2022

    • Author(s)
      MAGARI Ryota、HIJIKATA Wataru
    • Journal Title

      Journal of Advanced Mechanical Design, Systems, and Manufacturing

      Volume: 16 Pages: JAMDSM0025

    • DOI

      10.1299/jamdsm.2022jamdsm0025

    • Peer Reviewed
  • [Presentation] 大ギャップかつパッシブ非接触支持を実現する 推力・磁力ハイブリッド浮上機構の開発2022

    • Author(s)
      土方 亘, 鈎 亮太
    • Organizer
      第34回「電磁力関連のダイナミクス」シンポジウム (SEAD34)
  • [Presentation] 磁気浮上・磁気軸受の医療応用2022

    • Author(s)
      土方 亘, 増澤 徹, 進士 忠彦, 栗田 伸幸, 小沼 弘幸, 長 真啓
    • Organizer
      電気学会産業応用フォーラム「磁気浮上・磁気支持に関するICT応用技術」
  • [Presentation] 拍動流が人工肺内の血栓形成を抑制する効果についての検証2022

    • Author(s)
      櫻井啓暢, 藤原立樹, 大内克洋, 土方亘, 井上雄介, 丸山修, 水野友裕, 荒井裕国
    • Organizer
      第50回人工心臓と補助循環懇話会学術集会
  • [Presentation] 磁気浮上技術で実現する血栓検出・予防および心拍同期制御機能2022

    • Author(s)
      土方亘, 畠中晃平, 藤原立樹, 大内克洋, 井上雄介
    • Organizer
      第50回人工心臓と補助循環懇話会学術集会
  • [Presentation] 応答曲面法に基づいた人工心臓用推力・磁力パッシブ浮上機構の最適設計2022

    • Author(s)
      鄭兆民, 土方亘
    • Organizer
      精密工学会第29回学生会員卒業研究発表講演会
  • [Patent(Industrial Property Rights)] 磁気浮上型血液ポンプの駆動制御方法、磁気浮上型血液ポンプの駆動制御,装置及び磁気浮上型血液ポンプシステム2022

    • Inventor(s)
      土方亘;畠中晃平など
    • Industrial Property Rights Holder
      土方亘;畠中晃平など
    • Industrial Property Rights Type
      特許
    • Industrial Property Number
      2022065596

URL: 

Published: 2023-12-25  

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