2014 Fiscal Year Annual Research Report
長期の心肺補助を可能とするポータブル緊急生命維持装置の実用化研究
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26293384
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
磯山 隆 東京大学, 医学(系)研究科(研究院), 講師 (20302789)
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| Project Period (FY) |
2014-04-01 – 2017-03-31
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| Keywords | 心肺補助 / 血液ポンプ / ２段昇圧 / 人工肺 / シリコーン中空糸 / 表面コーティング / 炭酸ガスフラッシュ |
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| Outline of Annual Research Achievements |
比較的小さなインペラーを比較的低回転で駆動しながらも大きな揚程を得られる２段昇圧方式のシーケンシャルフローポンプを設計し、数値流体力学解析とプロトタイプ製作により必要な圧流量特性を基本的に達成した。しかし、長期使用のための動圧軸受を用いたインペラー浮上メカニズムとの圧バランスを取ることに解決課題が発生し、インペラーが浮上しすぎてポンプハウジング天井部分に接触するトラブルが発生した。数値流体解析とインペラーの試作を繰り返すことで解決の方向に向かっている。
人工肺ユニットを構成するシリコーン中空糸はガス交換能力を向上させるために従来より細い内外径の中空糸を本研究では使用している。このため、血液を中空糸内腔を通す内側還流方式では圧力損失が大きくなり、ガス交換能と圧力損失はトレードオフの関係にあるため、今年度繰り返し検討を行った。
長期使用可能なシリコーン中空糸人工肺実現のためのホスホリルコリン基ポリマーを均一かつ強固にシリコーン表面に固定するための条件プロトコルを基本的に確立するとともに、シリコーン人工肺の表面コーティングに適する改良型のポリマーも合成した。
原理的に血漿リークのないシリコーン人工肺は生理的食塩水の充填操作時間が長くなることが危惧されるため、人工肺を含む血液回路にまず炭酸ガスフラッシュすることによりその後の生理的食塩水充填を加速する手法を基本的に確立した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
研究初年度である本年は、シーケンシャルフローポンプはインペラー直径60mmと比較的小型のポンプでありながら毎分約3,000 回転で350mmHg の揚程と5リットル／分の流量を得られる期待通りのポンプ特性であることが、実機を試作し圧流量評価実験の結果から示された。長期使用のための動圧軸受においてインペラーが浮上しすぎてポンプハウジング天井部分に接触するトラブルが発生したが、数値流体解析とインペラーの試作を繰り返すことで解決の方向に向かっている。
シリコーン中空糸はガス交換能力を向上させるために従来より細い内外径の中空糸を用いたため、血液を中空糸内腔を通す内側還流方式では圧力損失が大きくなり、今年度繰り返し検討を行ったが、前倒し交付も申請したことでおおむね順調に研究を進捗することができた。
長期使用可能なシリコーン中空糸人工肺実現のためのホスホリルコリン基ポリマーを均一かつ強固にシリコーン表面に固定するための条件プロトコルを確立するとともに、シリコーン人工肺の表面コーティングに適する改良型のポリマーも合成できた。
原理的に血漿リークのないシリコーン人工肺は生理的食塩水の充填操作時間が長くなることが危惧されたが、人工肺を含む血液回路にまず炭酸ガスパージすることによりその後の生理的食塩水充填を加速する手法を基本的に確立できた。
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| Strategy for Future Research Activity |
シーケンシャルフローポンプは血液を潤滑媒体とする動圧浮上方式の非接触軸受構造をインペラー形状と組み合わせて新たに設計試作し長期耐久試験を実施するとともにポンプの実用設計を完了させ、in vitro でのフォンビルブランド因子計測試験と評価を実施することで、ポンプの最終設計を完了させる。研究最終年度には動物によるin vivo 試験を実施する。
人工肺ユニットはホスホリルコリン基ポリマーコーティングを施した中空糸を用い、実験動物であるヤギの体格に適する膜面積を持つ試験モジュールを設計試作し、ガス交換能力試験および基礎的な動物実験を実施する。
インテリジェントコンソールは、４点の回路内圧計測と自動運転アルゴリズムを設計するとともに、回路内圧計測と自動運転アルゴリズムの改良を実施し、最終年度では実験動物にて長期の総合評価試験を実施する。
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