心不全の能動的治療を可能とする超小型カテーテル式補助循環デバイスの研究開発

2013 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 25293300
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Research Institution: National Cardiovascular Center Research Institute
• Principal Investigator: 住倉 博仁 独立行政法人国立循環器病研究センター, 研究所, 特任研究員 (20433998)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 巽 英介 独立行政法人国立循環器病研究センター, 研究所, 部長 (00216996) ; 妙中 義之 独立行政法人国立循環器病研究センター, 研究所, 副所長 (00142183) ; 大沼 健太郎 独立行政法人国立循環器病研究センター, 研究所, 特任研究員 (50527992)
• Project Period (FY): 2013-04-01 – 2016-03-31
• Keywords: 補助循環装置 / 血液ポンプ / カテーテル / モータ / 心不全治療

Research Abstract

本研究では、冠動脈や腎動脈などの微小血管に対し、早期に低侵襲にて直接能動的に流量補助を行うことで、心不全患者の心機能、または腎機能の回復を促進可能なカテーテル式補助循環デバイスの開発を目的としている。本年度は腎動脈補助用カテーテル式補助循環装置の試作を開始した。
(1)腎動脈補助用として流量1 L/min、圧揚程80 mm Hgを発生可能な小型軸流血液ポンプの設計を行った。3DCADを用いて羽根車であるインペラ、およびポンプケーシングを設計し、数値流体解析(Computational fluid dynamics：以下、CFD)を用いた検討を行った。解析結果を元に、3Dプリンタを用いてインペラ(直径6 mm、全長10 mm)とポンプケーシングを試作した。
(2)カテーテル式補助循環装置に組み込むための小型モータの選定を行い、選定したモータと3Dプリンタにて作製したインペラとポンプケーシングとを組み合わせ小型軸流血液ポンプを試作した。小型軸流血液ポンプを粘性が血液と同じ3.3 cPのグリセリン水溶液を満たした模擬循環回路に接続し、ポンプ特性の評価を行った。実験の結果、回転数20,000 rpmにて流量1 L/min、揚程80 mm Hgを達成可能であった。ただし、腎動脈に選択的に送血することを想定した場合、微小な流路のカテーテルと軸流血液ポンプを組み合わせる必要があることから、更なるポンプ性能の向上の必要性が確認された。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

腎動脈補助用カテーテル式補助循環装置について、CFDを用いて小型軸流血液ポンプを設計し、3Dプリンタを用いて試作機の作製を行った。また、模擬循環回路にて作製した小型軸流血液ポンプの評価を実施し、腎動脈用として基本的な性能が得られることを確認した。

Strategy for Future Research Activity

小型軸流血液ポンプとカテーテルとを組み合わせた際に必要なポンプ性能が得られるよう、CFDを用いたインペラ形状の改良を重点的に行うと共に、模擬循環回路を用いた評価試験を実施する。平行して、カテーテルの選定、およびモータ冷却用ポンプの試作を開始し、各要素と小型軸流血液ポンプを組み合わせ、模擬循環回路による評価を行う予定である。

Expenditure Plans for the Next FY Research Funding

実験補助やデータ処理等のために人件費を計上したが使用しなかった。また、小型軸流血液ポンプを複数台作製するための外注費用を計上したが、ポンプ性能について改善の必要性が確認されたことから、ポンプ性能の改善を図った後に実施することとした。
小型軸流血液ポンプを作製するための材料・部品の購入費や試作加工費として使用する。また、本研究の成果を国内外に広く発表する目的での学会参加出張旅費として使用する。