管腔臓器開閉用人工バルブの開発

2001 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 13555058
• 研究機関: 東北大学
• 研究代表者: 田中 真美 東北大学, 大学院・工学研究科, 助教授 (80271873)
• 研究分担者: 浪間 孝重 東北大学, 大学院・医学系研究科, 助手 (70282069) ; 江 鐘偉 山口大学, 工学部・機械工学科, 教授 (60225357) ; 長南 征二 東北大学, 大学院・工学研究科, 教授 (20005424) ; 松木 英敏 東北大学, 大学院・工学研究科, 教授 (70134020) ; 谷 順二 東北大学, 流体科学研究所, 教授 (30006192)
• キーワード: 形状記憶合金 / 人工尿道バルブ / 経皮的電力伝送装置 / 動物実験

研究概要

本研究はバルブ機構の簡素化をはかるために形状記憶合金を用いた人工括約筋システムを開発するものであり、人工バルブ用材料、機構設計と開閉動作制御、人体への適応性及ぴ臨床上の装着のしやすさ等様々な点から検討し、より実用的で耐久性がありかつ装着し易い人工開閉弁の実現を目指す物である。特に管腔臓器の人工開閉弁の中でも特に人工尿道開閉弁に焦点を当て開発を目指し、形状記憶合金をアクチュエータとする尿道開閉用人工バルブの開発を行った。製作した形状記憾合金の薄板からなる人工尿道バルブおよび電池駆動型非接触経皮的電力伝送システムを用いた動物実験およびエネルギ伝送システムの高効率化について検討を行った.得られた結果を要約すると以下のようになる。
(1)製作したバルブおよび小型の経皮的電力伝送装置を用い電力伝送システムによるバルブの駆動特性について動物実験を行った。動物実験ではこれまで開腹における急性実験のみを行っていたが、今回は閉腹も考慮し切開部分5cmと小さくし、バルブや電力伝送2次側回路を挿入し、開腹時および閉腹時両場合におけるバルブの開閉特性について調査した。結果より、閉腹時には開腹時よりSMAバルブの応答が遅い、また最大流量も開腹時より小さくなることが分かったが、開腹・閉腹時、両場合において経皮的電力伝送によって人工尿道開閉弁が良好に動作することが分かった。
(2)定電圧回路を導入した発振・増幅・伝送回路から構成された小型の経皮的電力伝送装置を開発したが、更なる高効率化を検討し、種々の回路を作製した。結果より電流増幅にFETを用いるよりバイポーラトランジスタを用いることで、スイッチングひずみが改善され電力伝送量が増大することが確認された。

研究成果

• [文献書誌] 長南征二, 田中真美: "機能性材料の生物医学工学への応用"2001年度年次大会講演資料集(日本機械学会). 7巻. 41-42 (2001)
• [文献書誌] M.Tanaka, T.Namima, S.Chonan, 他1名: "Development of artificial urethral valve with transcutaneous energy transformer"International Journal of Applied Electromagnetics and Mechanics. Vol.12. 79-85 (2000)
• [文献書誌] 田中真美, 王鋒, 浪間孝重, 長南征二, 他3名: "形状記憶合金を用いた人工尿道括約筋システムの開発研究"第13回「電磁力関連のダイナミクス」シンポジウム講演論文集. 593-598 (2001)
• [文献書誌] Mami Tanaka, Takashige Namima, Seiji Chonan, 他2名: "Development of mechanical SMA urethral valve with transcutaneous energy transformer"JSAEM Studies in Applied Electromagnetics and Mechanics. 9. 421-422 (2001)
• [文献書誌] 長南征二, 田中真美: "機能性材料の医学問題への応用"第6回日本整形外科レーザー研究会講演抄録集. 13-14 (2001)
• [文献書誌] Mami Tanaka, Feng Wang, Takashige Namima, Seiji Chonan 他2名: "Artificial urethral valve driven by SMA actuators with transcutaneous energy transmission system"Proceedings of the International Conference on Mechatronics and Information Technology. 84-87 (2001)