心臓外科治療支援を目的とした血液循環シミュレータの開発

1997 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 09557112
• 研究機関: 早稲田大学
• 研究代表者: 梅津 光生 早稲田大学, 理工学部, 教授 (90132927)
• 研究分担者: 内山 明彦 早稲田大学, 理工学部, 教授 (50063615) ; 富岡 淳 早稲田大学, 理工学部, 助教授 (40217526) ; 藤本 哲男 早稲田大学, 理工学総合研究センター, 講師 (50267473) ; 川副 浩平 岩手医科大学, 医学部, 教授 (50075561) ; 北村 信夫 熊本大学, 医学部, 教授 (70075513)
• キーワード: 血液循環モデル / 心不全 / 心機能 / 血行動態 / 脈圧 / 拍動流 / 大動脈 / 心補助

研究概要

我々の開発してきた血液循環系の機械式シミュレータにはいくつかの独創的な特徴がある。そのひとつに実際の心臓外科治療に使われる機器をそのままシミュレータに接続して、その特性を把握することができる、という点が挙げられる。初年度は左心室部の制御系の改良と動脈系の動特性の改良を行った上で、遠心型補助人工心臓ポンプの駆動法の検討を行った。主に不全心の流量補助を目的とした遠心型補助人工心臓は回転数一定の定常流で使用されるのが一般的である。しかし、開心術後等の全身の循環不全時には、できるだけ速やかに障害臓器の機能を回復させることが救命する上において重要である。そこで体外循環等に使用されている遠心型ポンプ(Bio-Pump)を用い、その回転数を制御することにより拍動流を作成することを試みた。拍動流モードの性能評価には In-vitro, In-vivo両面からの基礎検討を行った。In-vitroでの評価は、心拍出量に対する補助人工心臓の拍出量を補助循環流量比として設定し、補助循環比80%(高度心不全を想定)において、大動脈の脈圧は一定回転数入力の場合に比べ、90%も増大した。また、拍動型補助人工心臓としても十分に脈圧を作成することができた。拍動時相の違いによる心補助効果は、心拍出に対して逆位相の時に定常流補助循環時と比較して最大48%の心仕事量の軽減が確認された。羊の急性実験による In-vivoでの評価は、拍動流モードにより十分に脈圧を得ることはできなかったが、その血行動態とシミュレータの血行動態はよく一致していた。

研究成果

• [文献書誌] K.NAEMURA, M.SONDEREGGER, H.MATSUMOTO, T.DOHI, K.IZUMI, T.FUJIMOTO, M.UMEZU, Y.OTA: "Study Of The Effects of Atrial Contraction on Mitral Prothetic Valve by High Speed Video Camera" Artificial Organs. 21(4)、21(5). 300-305 (1997)
• [文献書誌] Tetsuo FUJIMOTO, Yasutaka MAKI, Yasuyuki SHIRAISHI, Mitsuo UMEZU, Toshinosuke AKUTSU: "Estimation of Drag and Lift Coefficients of Monoleaflet Tilting Disk During Opening Phase Using a High Speed Video Camera" Artificial Organs. 20(9)、. 516 (1997)
• [文献書誌] Kou IMACHI, Akira KAMIYA, Shinichi NITTA, Yoshinori MITAMURA, Mitsuo UMEZU, Tadahisa MATSUDA: "A New National Project for Comprehennsive Basic Reserch on the Development of Japanese Original Implantable Total Artificial Heart" Artificial Organs. 20(9)、. 498 (1997)
• [文献書誌] 苗村潔、土肥健純、泉佳友子、藤本哲男、梅津光生、北村昌也、小柳仁、大田裕治: "心房収縮が僧帽弁位人工弁の閉鎖挙動に与える影響の工学的検討" 人工臓器. 26(4)、. 865-871 (1997)
• [文献書誌] 梅津光生、藤本哲男: "未来の医療機器の性能評価方法の確立にむかって" BME. Vol.12 No.1、. 39-47 (1997)
• [文献書誌] Kiyoshi.NAEMURA, Yuji OHTA, Tetsuo FUJIMOTO, Mitsuo UMEZU, Hiroshi MATSUMOTO, Takeyoshi DOHI: "Comparison of the Closing Dynamics of Mechanical Prosthetic Heart Valve" ASAIO Journal. Vol.43, No.5、. M401-404 (1997)
• [文献書誌] Mitsuo UMEZU,: "Development of a Mechanical Circulatory Simulator to Evaluate Hemodynamics of Artifical Organs" 9th International Conference on Biomedical Engineering. December 3-6, Singapore、. 153-155 (1997)
• [文献書誌] P.J.Witt, W.Yang, E.Alingcastre, Y.S.Morsi, M.Umezu: "Hydrodynamic Analysis of Rotary Blood Pumps Using Computational Fluid Dynamics" 9th International Conference on Biomedical Engineering. December 3-6, Singapore、. 277-279 (1997)
• [文献書誌] HeeJung K.Wescoat, Kazushige Iinuma, S.H.Teoh, Y.T.CHEW, Mitsuo.UMEZU: "The Effect of Leaflet Thickness on the Valve Dynamics of a Polyurethane Trileaflet Heart Valve" 9th International Conference on Biomedical Engineering. December 3-6, Singapore、. 339-341 (1997)
• [文献書誌] Yasuyuki SHIRAISHI, Tetsuo FUJIMOTO, Masao.ARAKAWA, Koichi.YAMASAKI, M.UMEZU, et al.: "Improvement of an Aortic Region in a Mock Circulatory System Verified from Goat Experiment" 9th International Conference on Biomedical Engineering. December 3-6, Singapore、. 363-365 (1997)