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最先端、革新的、永久人工心臓開発のための総合的基礎研究

研究課題

研究課題/領域番号 14208103
研究種目

基盤研究(A)

配分区分補助金
応募区分一般
研究分野 医用生体工学・生体材料学
研究機関東京医科歯科大学

研究代表者

高谷 節雄  東京医科歯科大学, 生体材料工学研究所, 教授 (40154786)

研究分担者 坂本 徹  東京医科歯科大学, 大学院・医歯学総合研究科, 教授 (10101875)
荒井 裕國 (荒井 裕国)  東京医科歯科大学, 医学部附属病院, 講師 (50202718)
進士 忠彦  東京工業大学, 精密工学研究所, 助教授 (60272720)
下河辺 明  東京工業大学, 精密工学研究所, 教授 (40016796)
岩崎 泰彦  東京医科歯科大学, 生体材料工学研究所, 助教授 (90280990)
大内 克洋  東京医科歯科大学, 生体材料工学研究所, 助手 (20322084)
中村 真人  東京医科歯科大学, 生体材料工学研究所, 助教授 (90301803)
研究期間 (年度) 2002 – 2004
研究課題ステータス 完了 (2004年度)
配分額 *注記
52,520千円 (直接経費: 40,400千円、間接経費: 12,120千円)
2004年度: 15,860千円 (直接経費: 12,200千円、間接経費: 3,660千円)
2003年度: 18,980千円 (直接経費: 14,600千円、間接経費: 4,380千円)
2002年度: 17,680千円 (直接経費: 13,600千円、間接経費: 4,080千円)
キーワード拍動流補助人工心臓 / 全置換型人工心臓 / 磁気浮上遠心血液ポンプ / 動圧軸受心血液ポンプ / 数値流体解析(CFD) / 流れの可視化 / 血球バイオメカニクス / 光散乱 / 解剖学的適合性 / 磁気軸受 / マイクロプロセッサ / 経皮エネルギー伝送 / ナノテクノロジー / 数値流体解析 / 電気機械カプリング / 耐久試験 / 補助人工心臓 / 磁気軸受け / 動圧軸受け / 連続流血液ポンプ / 全置換型人工心臓(TAH) / 補助人工心臓(VAD) / CFD数値解析 / ナノ表面修飾 / 抗血栓性 / オーダーメード人工心臓
研究概要

本研究では、高機能、長期耐久性、身体適合性を有し、何時でも、何処でも、どの患者にも適用可能な最先端、革新的、人工心臓の開発のための以下の基礎研究を行った。
1)拍動流人工心臓の研究ではこモーターの回転運動をローラネジの直線運動に変換して血液ポンプを押し出す電気機械駆動補助人工心臓の耐久試験を生体内環境を模擬した37度℃の温水にポンプユニツトを浸水させて行った。ローラネジの摩擦部にはダイアモンドライクコーテイングを施した結果、13ヶ月間の長期耐久性を得ることができた。血液適合性の研究では、リン脂質ポリマーのコーティーング方法について検討した。
2)2軸の制御自由度を有する磁気軸受の設計開発を行い、体外式及び体内植え込み式ラジナル駆動式遠心血液ポンプを実現させた。磁気軸受の制御電力は1ワット以下であり、回転インペラーの振動は20ミクロン以下に制御されおり、市販されている遠心血液ポンプとの比較実験において、非接触式磁気軸受ポンプの溶血指数は約1/6に軽減された。
3)2)のラジアル駆動式遠心血液ポンプ内の流れの解析を数値流体解析や可視化実験を用い行い、ポンプ内2次流れによるポンプ特性、溶血特性、抗血栓性の改善を図った。
4)変動せん断流れ場発生装置を開発し、血球の動的な変形挙動の粘弾性的形状変化応答性を明らかにした。この研究成果を血液ポンプ設計に応用し、赤血球に優しい血液ポンプの実現を目指す。
5)心血管系デバイス内における血栓形成、血球破壊のメカニズムの解明のためめ基礎研究を進め、光ファイバーを用いた反射型血栓形成モニタリング装置の開発に成功し特許化した。血液ポンプや人工肺などにおける血栓形成の機除解明に応用し、生体適合性に優れた心血管系デバイスの開発を目指す。
6)人工心臓などの心血管デバイスの植え込みに際し、被験者のCT画像やデバイスの3次元CADデータを基に、植え込み時に術者を支援できるナビゲーションシステムの開発を行い、仔牛への人工心臓植え込みなどにおいてシミュレーションを行った。

報告書

(4件)
  • 2004 実績報告書   研究成果報告書概要
  • 2003 実績報告書
  • 2002 実績報告書
  • 研究成果

    (39件)

すべて 2006 2005 2004 2002 その他

すべて 雑誌論文 (28件) 図書 (1件) 産業財産権 (2件) 文献書誌 (8件)

  • [雑誌論文] A compact highly efficient and low hemolytic centrifugal blood pump with a magnetically levitated impeller.2006

    • 著者名/発表者名
      Asama J, Shinshi T, Hoshi H, Takatani S, Shimokohbe A
    • 雑誌名

      Artif Organs 30(3)

      ページ: 184-191

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2004 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Detection of Left ventricular function from the Mag-Lev impeller behavior2006

    • 著者名/発表者名
      Hoshi H, Asama J, Shinshi T, Shimokohbe A, Takatani S
    • 雑誌名

      Artif Organs 30(5)

      ページ: 324-338

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2004 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Guest Editorial ; Progress of rotary blood pumps2006

    • 著者名/発表者名
      Takatani S
    • 雑誌名

      Artif Orgns 30(5)

      ページ: 317-321

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2004 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Computational fluid dynamics (CFD) analysis of the pediatric Tiny centrifugal blood pumps2006

    • 著者名/発表者名
      Kido K, Hoshi H, Watanabe N, Kataoka H, Ohuchi K, Asama J, Shinshi T, Yoshikawa M, Takatani S
    • 雑誌名

      Artif Organs 30(5)

      ページ: 391-398

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2004 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Currently available ventricular assist devices (VAD) : Capabilities, limitations and future perspectives.2006

    • 著者名/発表者名
      Ohuchi K, Takatani S
    • 雑誌名

      Expert Review of Medical Devices 3(2)

      ページ: 195-205

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2004 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Feasibility of a miniature centrifugal rotary blood pump for low flow circulation in children and infants.2005

    • 著者名/発表者名
      Takatani S, Hoshi H, Tajima K, Kataoka H, Ohuchi K, Asama J, Shinshi T, Yoshikawa M
    • 雑誌名

      ASAIO J 51(5)

      ページ: 557-562

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2004 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Disposable, Maglev Centrifugal Blood Pump : Design and in vitro Performance2005

    • 著者名/発表者名
      Hoshi H, Asama J, Shinshi T, Ohuchi K, Mizuno T, Arai H, Shimokohbe A, Takatani S
    • 雑誌名

      Artif Organs 29(7)

      ページ: 520-526

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2004 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Measurement of The Rotor Motion and Corresponding Hemolysis of A Centrifugal Blood Pump with A Magnetic and Hydrodynamic Hybrid Bearing2005

    • 著者名/発表者名
      H.Kataoka, Y.Kimura, H.Fujita, S.Takatani
    • 雑誌名

      Artif Organs 29(7)

      ページ: 547-556

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2004 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] New Method for the Detection of Thrombus Formation in Cardiovascular Devices : Optical Sensor Evaluation in a Flow Chamber Model.2005

    • 著者名/発表者名
      Yasuda T, Sekimoto K, Taga I, Funakubo A, Fukui Y, Takatani, S
    • 雑誌名

      ASAIO J 51(1)

      ページ: 110-115

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2004 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Mechanical circulatory support devices (NCSD) in Japan : Current status and future directions2005

    • 著者名/発表者名
      Takatani S, Matsuda H, Hanatani A, Nojiri C, Yamazaki K, Motomura T, Ohuchi K, Sakamoto T, Yamane T
    • 雑誌名

      J Artif Organs 8(1)

      ページ: 13-27

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2004 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Mechanical and biocompatible properties of the modified segmented polyurethane by photopolymerization and crosslinking with 2-methacryloyloxyethyl phosphorylcholine polymer.2005

    • 著者名/発表者名
      K.Kobayashi, K.Ohuchi, H.Hoshi, N.Morimoto, Y.Iwasaki, S.Takatani
    • 雑誌名

      J Artif Organs 8(4)

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2004 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Feasibility of a miniature centrifugal rotary blood pump for low flow circulation in children and infants.2005

    • 著者名/発表者名
      Takatani S, Hoshi H, Tajima K, Kataoka H, Ohuchi K, Asama J, Shinshi T, Yoshikawa M.
    • 雑誌名

      ASAIO J 51(5)

      ページ: 557-562

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2004 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Disposable, Maglev Centrifugal Blood Pump : Design and in vitro Performance.2005

    • 著者名/発表者名
      Hoshi H, Asama J, Shinshi T, Ohuchi K, Mizuno T, Arai H, Shimokohbe A, Takatani S.
    • 雑誌名

      Artif Organs 29(7)

      ページ: 520-526

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2004 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Measurement of The Rotor Motion and Corresponding Hemolysis of A Centrifugal Blood Pumps with A Magnetic and Hydrodynamic Hybrid Bearing2005

    • 著者名/発表者名
      H.Kataoka, Y.Kimura, H.Fujita S.Takatani
    • 雑誌名

      Artif Organs 29(7)

      ページ: 547-556

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2004 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] New Method for the Detection of Thrombus Formation in Cardiovascular Devices : Optical Sensor Evaluation in a Flow Chamber Model.2005

    • 著者名/発表者名
      Yasuda T, Sekinioto, K, Taga I, Funakubo, A, Fukui, Y, Takatani, S.
    • 雑誌名

      ASAIO J 51(1)

      ページ: 110-115

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2004 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Mechanical circulatory support devices (NCSD) in Japan : Current status and future direction.2005

    • 著者名/発表者名
      Takatani S, Matsuda H, Hanatani A, Nojiri C, Yamazaki K, Motomura T, Ohuchi K, Sakamoto T, Yamane T.
    • 雑誌名

      J Artif Organs 8(1)

      ページ: 13-27

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2004 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Magnetically suspended centrifugal blood pump with a radial magnetic driver2005

    • 著者名/発表者名
      Hoshi H, Kataoka H, Ohuchi K, Asama J, Shinshi T, Shimokohbe A, Takatani S
    • 雑誌名

      ASAIO J 51・1

      ページ: 60-64

    • 関連する報告書
      2004 実績報告書
  • [雑誌論文] New Method for the Detection of Thrombus Formation in Cardiovascular Devices : Optical Sensor Evaluation in a Flow chamber Model.2005

    • 著者名/発表者名
      Y Toshitaka, Sekimoto K, Taga, I, Funakubo, A, Fukui, Y, Takatani, S
    • 雑誌名

      ASAIO J 51・1

      ページ: 116-120

    • 関連する報告書
      2004 実績報告書
  • [雑誌論文] Mechanical circulatory support devices (MCSD) in Japan : Current status and future directions.2005

    • 著者名/発表者名
      Takatani S, Matsuda H, Hanatani A, Nojiri C, Yamazaki K, Motomura T, Yamane T
    • 雑誌名

      J Artif Organs

    • NAID

      10015652559

    • 関連する報告書
      2004 実績報告書
  • [雑誌論文] Disposable magnetic bearing centrifugal blood pump for extracorporeal circulation support2005

    • 著者名/発表者名
      Hoshi H, Asama J, Ohuchi K, Shinshi T, Shimokohbe A, Takatani S
    • 雑誌名

      Artif Organs

    • 関連する報告書
      2004 実績報告書
  • [雑誌論文] New design for a compact centrifugal blood pump with a maganetically levitated rotor2004

    • 著者名/発表者名
      Asama J, Shinshi T, Hoshi H, Takatani S, Shimokohbe A.
    • 雑誌名

      Artif Organs 29(1)

      ページ: 26-35

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2004 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Magnetically levitated non-contact rotary centrifugal blood pump.2004

    • 著者名/発表者名
      Takatani S.
    • 雑誌名

      Annual Reports of the Institute of Biomaterials and Bioengineering 38

      ページ: 38-41

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2004 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Quantification of the secondary flow in a radial coupled centrifugal blood pump based on particle tracking velocimetry2004

    • 著者名/発表者名
      Watanabe N, Masuda T, lida T, Kataoka H, Fujimoto T, Takatani S.
    • 雑誌名

      ASAIO J 50(6)

      ページ: 550-556

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2004 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] The design of core-type transcutaneous energy transmission systems for artificial heart.2004

    • 著者名/発表者名
      Iwawaki K, Watada M, Takatani S, Um YS.
    • 雑誌名

      IEEE Indust Electr Soc Nov 2-6

    • 関連する報告書
      2004 実績報告書
  • [雑誌論文] A New Design for A Compact Centrifugal Blood Pump With A Magnetically Levitated Rotor.2004

    • 著者名/発表者名
      Asama J, Shinshi T, Hoshi H, Takatani S, Shimokohbe A
    • 雑誌名

      ASAIO J 50・6

      ページ: 550-556

    • 関連する報告書
      2004 実績報告書
  • [雑誌論文] Effect of hemolysis on oxygen and hematocrit measurements by near infrared reflectance spectroscopy.2002

    • 著者名/発表者名
      Neudel F, Takatani S, Reul H, Rau G.
    • 雑誌名

      Medical Engineering and Physics 24

      ページ: 301-307

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2004 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Beyond implantable first generation cardiac prostheses for treatment of end-stage cardiac patients with clinical results in a multicenter.2002

    • 著者名/発表者名
      Takatani S
    • 雑誌名

      Ann Thorac Cardiovasc Surg Oct;8(5)

      ページ: 253-263

    • NAID

      10018967935

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2004 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] One-piece ultracompact totally implantable electro-mechanical TAH for permanent use.2002

    • 著者名/発表者名
      Takatani S, Sakamoto T, Ohuchi K, Nakamura M, Mizuno T, Arai H
    • 雑誌名

      ASAIO J 48(5)

      ページ: 538-545

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2004 研究成果報告書概要
  • [図書] 「人工臓器・再生医療の最先端」先端医療シリーズ372005

    • 著者名/発表者名
      大内克洋, 高谷節雄
    • 出版者
      東京医科歯科大学式全置換型人工心臓の開発研究
    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2004 研究成果報告書概要
  • [産業財産権] 遠心ポンプの流量及び揚程測定方法、装置、及び、拍動する循環系の循環状態評価装置2005

    • 発明者名
      星英男, 高谷節雄, 進士忠彦, 朝間淳一
    • 権利者名
      国立大学法人東京医科歯科大学
    • 産業財産権番号
      2005-232501
    • 出願年月日
      2005-08-10
    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2004 研究成果報告書概要
  • [産業財産権] 血液ポンプおよび動圧軸受2005

    • 発明者名
      星 英男, 高谷 節雄, 吉川 雅治, 八名 純三
    • 権利者名
      星 英男, 高谷 節雄, 日機装株式会社
    • 産業財産権番号
      2005-032890
    • 出願年月日
      2005-02-09
    • 関連する報告書
      2004 実績報告書
  • [文献書誌] 安田利貴: "光散乱による溶血に至る前の赤血球の形状に関する検討"ライフサポート. 15(2). 47-54 (2003)

    • 関連する報告書
      2003 実績報告書
  • [文献書誌] Ohuchi K: "Computer Simulation Analysis of Shock Intensity- and Phase- Dependence of High-Intensity DC Stimulation Aftereffects on Action Potential of Ventricular Muscle"Environmental Science. 47. 69-71 (2003)

    • 関連する報告書
      2003 実績報告書
  • [文献書誌] Takatani S: "Totally Implantable, compact, permanent electromechanical pulsatile VAD with reliable mechanical and anti-thrombogenic performances."Artif Organs. 27(4). 342 (2003)

    • 関連する報告書
      2003 実績報告書
  • [文献書誌] Kawano H: "Effects of Impeller Design Upon Hydrodynamic and Hemolytic Performances of the Centrifugal Blood Pump"Artif Organs. 27(4). 344 (2003)

    • 関連する報告書
      2003 実績報告書
  • [文献書誌] Takahashi K: "Optimized Motor Control Enhances Mechanical Reliability of Pulsatile Electromechanical VAD"Artif Organs. 27(4). 344 (2003)

    • 関連する報告書
      2003 実績報告書
  • [文献書誌] Iida T: Artif Organs. 27(4). 344 (2003)

    • 関連する報告書
      2003 実績報告書
  • [文献書誌] Takatani Setsuo: "Beyond Implantble First Generation Cardiac Prostheses for Treatment of End-stage Cardiac Patients with Cinical Results in a Multicenter"Annals of Thoracic and Cardiovascular Surgery. 8(5). 253-263 (2002)

    • 関連する報告書
      2002 実績報告書
  • [文献書誌] Takatani S, Sakamoto T, Ouchi K, Nakamura M, Mizuno T, Arai H: "One Piece Ultracompact Totally Imaplantable Electromechanical Total Artificial Heart for Permanent Use"ASAIOJ. 48(5). 538-545 (2002)

    • 関連する報告書
      2002 実績報告書

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公開日: 2002-04-01   更新日: 2016-04-21  

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