2022 Fiscal Year Research-status Report
生体内で形成された大動脈弁移植用組織体の計算流体力学的手法による形状最適化
| Project/Area Number |
20K20174
|
|---|
| Research Institution | Asahikawa Medical College |
|---|
Principal Investigator |
寺澤 武 旭川医科大学, 医学部, 講師 (20815401)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2024-03-31
|
| Keywords | 生体内組織形成術 / 心臓弁グラフト / 再生医療 / 流体-構造連成解析 |
|---|
| Outline of Annual Research Achievements |
当該年度では、以下の成果を得た。
1) 流体構造計算を実現するための生体内形成組織の材料特性モデル化：昨年度実施した引張試験に加え、当該年度では圧縮試験方法の検討および試験を進めた。得られた応力-ひずみ曲線から構造計算を行うための至適なエネルギー密度関数について検討した。
2) 弁形状のコンピュータ上での構築および組織形成用鋳型の開発:形状最適化を行うベースとなる鋳型の設計を進めた。生体内で移植用心臓弁を閉鎖状態で形成する鋳型を試作、組織形成実験として動物の皮下で3か月間鋳型を埋入した。肉眼的には心臓弁様組織体を形成されたが、弁尖部位の膜厚計測では、鋳型設計で意図した膜厚が得られず、模擬循環回路によるin vitro試験を通して強度上の課題を認めた。本知見を設計思想にフィードバックし、血行動態と強度を兼ね備える鋳型形状を考案した。
3)・4) 移植強度と弁機能を兼ね備える移植体弁尖形状の最適化：心臓弁グラフトの構造解析を進めた。in vitro試験ではOpen弁では逆流特性も課題となるが、その改良を行う上で構造計算により弁の運動をコンピュータ上での再現を進めた。現行のOpen弁の弁部に血圧に相当する圧力を加え、弁の運動を観察したところ、弁閉鎖時に特に交連部付近にて3葉の弁が十分に接合しない領域があり逆流特性が悪い一因であると想定された。この接合領域を増やすため交連部付近の弁形状の改良を進め、現在シミュレーション評価を進めている。
|
| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
心臓弁グラフトの血行動態に有効と考えられる閉鎖姿勢を実現する鋳型の設計手法確立を進捗したが試作の反復を通して困難であり方針転換に至った。
|
| Strategy for Future Research Activity |
今後、弁グラフト形成可能な鋳型にて形状最適化を図る。弁の膜厚、弁長、姿勢角などの形状パラメータの最適化を計算力学的手法およびモックアップを用いた試験にて推進する。さらに大動物での弁置換実験を通して総合的な評価を行う。
|
| Causes of Carryover |
予定していた計算機用設備が半導体不足の影響で入手できず。次年度、当該計画予定品の導入費として使用予定である。
|
