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回転揺動型磁気浮上ポンプにおける流体-構造-磁場連成解析

研究課題

研究課題/領域番号 18656057
研究種目

萌芽研究

配分区分補助金
研究分野 流体工学
研究機関東京大学

研究代表者

磯山 隆  東京大学, 大学院・医学系研究科, 講師 (20302789)

研究分担者 阿部 裕輔  東京大学, 大学院・医学系研究科, 准教授 (90193010)
鎮西 恒雄  東京大学, 先端科学技術研究センター, 准教授 (20197643)
望月 修一  大阪工業大学, 工学部, 准教授 (00345042)
斎藤 逸郎  東京大学, 先端科学技術研究センター, 特任教員(特任助教) (80334225)
研究期間 (年度) 2006 – 2007
研究課題ステータス 完了 (2007年度)
配分額 *注記
3,500千円 (直接経費: 3,500千円)
2007年度: 1,100千円 (直接経費: 1,100千円)
2006年度: 2,400千円 (直接経費: 2,400千円)
キーワード流体解析 / 循環器 / シミュレーション / 血液ポンプ / 人工心臓 / 流体工学
研究概要

人工心臓に用いる血液ポンプの究極の目標は、埋め込み後に交換の必要なく半永久的に使用できることである。我々は特殊な形状のローターディスクを用いる独自のポンプ原理を発想し、実用化モデルの開発を実施している。
研究初年度は解析の第1段階として、回転揺動型磁気浮上ポンプ(rotary undulation pump)の原型となる揺動型ポンプ(波動ポンプ)の数値流体解析を実施し、ディスクの運動による血液ポンプ室の形状の変化を微小時刻(タイムステップ)ごとの異なるメッシュを準備することで、ディスクの運動として表現した。解析は物理量をインターポレーションすることで解析の連続性を維持し、非定常計算で解析を実施した。また、回転揺動型磁気浮上ポンプの計測評価のための光ファイバー距離センシングシステムを構築し、浮上するディスクとハウジングの距離計測を実現した。また、解析の第2段階としてディスクとハウジングとのクリアランスの最適値を算出した。
研究最終年度は、解析の第3段階として、血液ポンプとして重要な特性である溶血(血液損傷)をシミュレーションにより予測し、定性的にもっとも溶血の少ないポンプ設計を提案した。流体解析にはANSYS社CFXを用いた。研究の最終段階として、シミュレーションによる溶血特性の予測と、実際に試作したポンプによる溶血試験との比較を実施し定性的一致を得ることができ、現実のポンプ設計パラメータとして側面クリアランス0.5mm、上下面クリアランス0.6mmという最適設計値を提案することができた。以上の解析と実証実験により、数値流体解析による揺動型血液ポンプ設計が有用であることを確認することができた。

報告書

(2件)
  • 2007 実績報告書
  • 2006 実績報告書
  • 研究成果

    (3件)

すべて 2007

すべて 雑誌論文 (2件) (うち査読あり 2件) 学会発表 (1件)

  • [雑誌論文] Fundamental study to develop a fiber-optic gap sensor for a rotary undulation pump2007

    • 著者名/発表者名
      N Mitsumune
    • 雑誌名

      J Artif Organs 10

      ページ: 231-235

    • 関連する報告書
      2007 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Development of mechanical circulatory support devices at the University of Tokyo2007

    • 著者名/発表者名
      Y Abe
    • 雑誌名

      J Artif Organs 10

      ページ: 60-70

    • 関連する報告書
      2007 実績報告書
    • 査読あり
  • [学会発表] Computational fluid dynamics analysis of undulation blood pump2007

    • 著者名/発表者名
      T Isoyama
    • 学会等名
      第45回日本人工臓器学会大会-第2回国際人工臓器学術大会
    • 発表場所
      大阪、日本
    • 年月日
      2007-10-30
    • 関連する報告書
      2007 実績報告書

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公開日: 2006-04-01   更新日: 2016-04-21  

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