| Project/Area Number |
20K22508
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Research Activity Start-up
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Review Section |
0403:Biomedical engineering and related fields
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| Research Institution | Toyo University (2022)
Morinomiya University of Medical Sciences (2020-2021) |
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Principal Investigator |
Shida Shuya 東洋大学, 理工学部, 助教 (20880347)
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| Project Period (FY) |
2020-09-11 – 2023-03-31
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| Project Status |
Completed (Fiscal Year 2022)
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| Budget Amount *help |
¥2,860,000 (Direct Cost: ¥2,200,000、Indirect Cost: ¥660,000)
Fiscal Year 2021: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
Fiscal Year 2020: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
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| Keywords | 心不全 / 補助人工心臓 / 遠心血液ポンプ / 大動脈コンプライアンス / 数値流体力学 / 数値流体力学解析 / ポンプ流路形状設計 / 血管コンプライアンス / 乱流モデル / 時間応答性 / ふれ回り運動解析 / 標準化 / 数値流体解析 / 血液ポンプ / 圧流量推定 |
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| Outline of Research at the Start |
動脈硬化における血管機能の変化は，心不全のリスク評価指標となり得る．しかし，簡便性や定量性に問題のある従来の血管機能検査手法では，心不全と血管機能の関係を定量的に明らかにできない．本研究では，心不全治療に用いる補助人工心臓の駆動情報の解析によって，動脈血管の拡張収縮機能を示すコンプライアンスを簡便に定量評価可能な手法を開発する．数値流体解析による血液ポンプ流路の設計，模擬循環回路を用いた手法精度の計測，及びソフトウェアアルゴリズムの検討を通して本手法の実現を目指す．
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| Outline of Final Research Achievements |
The purpose of this study is to develop a simple method to evaluate arterial compliance and circulatory support conditions from the information on the blood pump drive for a ventricular assist device (hereinafter referred to as "the evaluation method"), to propose a novel index for quantitative evaluation of heart failure risk. In this study, the relationship between the flow path design of a blood pump and the flow field in the pump was investigated by numerical calculation using a computer, and the flow path design suitable for the evaluation method was examined. We focused on variations in blood viscosity, impeller vane shape, radial clearance, and volute shape, and predicted the effects of changes in these design factors on pump hydraulic performance, pump control performance, and hemocompatibility. As a result, a useful pump design guideline was obtained for the application of the evaluation method to blood pumps.
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| Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements |
本研究結果より，本検査手法の臨床応用に向けた手法の普遍化及び標準化のためのポンプ設計指針が得られた．この成果により，確立された本検査手法の技術は，補助人工心臓による在宅での患者血行動態モニタリング法開発への応用も期待できる．すなわち，人工心臓のスマート（多機能）化に関する研究分野に与えるインパクトも大きい．また，本検査手法が臨床普及されれば，心不全の予後と血管機能の相関に関するビッグデータが集積可能となる．これによって，動脈硬化性疾患の適切な治療戦略の構築や効果的な治療法の探索に人工知能が利用可能となることが期待できる．
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