Reduction of Radial Shaft Deflection in Cascade Blood Pump for Total Artificial Heart

2023 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 20K20261
• Research Institution: Kyorin University
• Principal Investigator: 大貫 雅也 杏林大学, 保健学部, 助教 (30759775)
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 2025-03-31
• Keywords: 完全人工心臓 / カスケード血液ポンプ / 偏心力

Outline of Annual Research Achievements

本研究では、完全人工心臓用ポンプとして拍動流発生能力の高いカスケードポンプを応用することを目指している。カスケードポンプのハウジングは馬蹄形のような環状形状であるため、解剖学的に重要となる流入・流出ポートの配置を、周側面近傍に開口させることが可能となる。一方で環状の流路にそって圧力差が発生することにより、インペラの回転軸を流出側から流入側に偏心させる力が働く。この偏心を改善させるため、本研究では、ポンプ内の圧力分布を軸中心に平衡させる独自の流路によって、インペラに加わる偏心力を回転中心で相殺できる構造を提案し、血液ポンプとしての実現可能性を検討することを目的とした。
本研究では、ポンプの外部からポンプ内部で回転するインペラの偏心力を測定するため、回転させない中心軸をポンプ外部まで延長し、中心軸を介してX軸、Y軸方向に伝わった偏心力を2つのロードセルによって測定する仕様となっている。このシステムは、中心軸がケーシング部を貫通する構造であるため、貫通部からの水漏れを防止するために中心軸とケーシングの間隙が最小限となるような設計としたうえ、酢酸ビニル樹脂によるコーティングを施した状態で、ポンプを駆動させることとした。
2023年度は、偏心力測定中にポンプ内部のインペラが破損し、それに起因する中心軸の歪みが発生した。これによりインペラを回転させることが困難となったため、現在、測定を中断しシステムの再整備を行っている。

Current Status of Research Progress

4: Progress in research has been delayed.

Reason

2023年度は、ポンプを連続流および拍動流で駆動させた状態で、偏心力の測定を実施する予定であった。偏心力の測定中に、ポンプ内部で回転していたインペラがケーシングに接触して破損したうえ、そのときの接触によりインペラの回転軸に歪みが生じ、測定の継続が困難になった。現在、再度、ポンプを作り直し、システムの再整備を行っている最中である。

Strategy for Future Research Activity

申請時の予定に大きな変更はない。2023年度は、製作した偏心力システムを使用して、引き続き偏心力の測定を行う予定である。
１．製作した偏心力測定システムを使用し、模擬循環回路を接続して様々な条件で駆動させた際の偏心力を測定する。また、偏心力の測定結果を用いて、本研究で提案するポンプ形状について検討する。
２．連続流および拍動流駆動下における血液適合性評価(溶血評価)を行う。溶血評価は、血漿成分中に含まれる遊離ヘモグロビン量を3,3’,5,5’-テトラメチルベンジジン(TMB)法を用いて定量化する予定である。

Causes of Carryover

現在、破損したシステムの修理を行っているが、その際に必要な消耗品はすでに所有している既存品を利用したため、交付金の使用には至らなかった。
これまでの未使用金は、ポンプおよび偏心力測定システムの修理に追加で必要となる消耗品の購入、さらに血液適合性評価を実施する際に必要な試薬の購入などに割り当てることを計画している。