| 研究課題/領域番号 |
16K10622
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| 研究機関 | 鈴鹿医療科学大学 |
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研究代表者 |
三浦 英和 鈴鹿医療科学大学, 医用工学部, 准教授 (50451894)
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| 研究期間 (年度) |
2016-04-01 – 2019-03-31
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| キーワード | 全置換型人工心臓 / 遠心型血液ポンプ / ワンポイント転がり軸受 / 数値流体解析 / 血液適合性 |
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| 研究実績の概要 |
回転式血液ポンプにおいて軸受もしくは回転支持機構は最重要課題である。ピボット軸受やピン軸受では摩擦により軸受表面の摩耗によって寿命が限定される。動圧軸受けではミクロンオーダーの高い加工精度が要求されるため高コストである他、軸受隙間が小さいために血栓が生じる問題があり、臨床でも少なくない有害事象が報告されてされている。磁気浮上軸受を用いた血液ポンプでは浮上用コイルとその駆動回路や距離を測定するセンサーが必要である。浮上系に関するトラブルと大型化の問題があり、やはり高コストなシステムである。他方、溶血指標について過剰な競争が行われたが医療経済的許容されうるコストで血液適合性と機械寿命をマージナルに満たした人工心臓が望まれている。そこで本研究ではワンポイント転がり軸受を用いた新しい遠心血液ポンプを提案し研究開発を行った。本軸受では外輪に収められた複数個の公転球の上にピン状の回転軸を乗せ、電磁石と磁石の吸引力により一点に拘束される。初めに本軸受の原理モデルの試作を行った。軸受の主要部品はアクリル樹脂をNCローランドPCN3100に切削し試作した。パラメータについて検討した。公転球の個数は3個では破たんし、5個以上で安定することが分かった。ハイスピードカメラをもちいて支持機構の観察を行った。結果、公転球の速度が近接点で遅くなり、再び加速する自律分散動作を確認した。3Dプリンターでは心臓モデルを作成し、ポンプモデルと合わせ解剖適合性の検討を行った。3次元CADで作成したポンプのディジタルモデルをSimulationCFDにより流体解析を行い必要なポンプ性能を確認した。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
3: やや遅れている
理由
研究代表者が東北大学から鈴鹿医療科学大学に移動した初年度であったため、研究設備の準備に時間がかかった。特に実験室の割り当てが卒研生の配属のある2年目からであったため、本格的な研究の始動には更なる整備が必要である。特に重量のある工作機械等は実験室の整備を待つ必要があった。これらの工作機械については本研究の遂行に適切なものを精査しつつ発注を進めており、一部は昨年度から業者との内容打ち合わせを行い、本年度に入り設置をおこなった。
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| 今後の研究の推進方策 |
現在、実験室の整備を進めており、小型旋盤とNC切削加工機の導入を進め、本年度前期中に血液ポンプの試作体制を整える。研究室内で加工できない部品等については専門の加工業者への外注を検討する。本学の特徴であるＸ線CT、MRIなどの画像診断と3次元デジタル設計、加工技術とを組み合わせて人工心臓の解剖学的適合性に関する研究を強化する。このために3次元医療画像データを高速に処理できるワークステーションを導入する。さらに３Dプリンターは初期段階の概念設計において非常に有効であることが分かったので増強を図る。
ワンポイント転がり軸受の動作について必要な設計要件明らかになりつつあるが生体適合性と寿命を確保しつつ血液ポンプに使用できるようにするには数多くの検討課題がある。軸受の幾何学的形状の最適化、使用する材料と強度、さらには軸受内の血流のオッシュアウトおよび冷却効果があげられる。アクリル樹脂を研磨した軸受モデルでは軸受内部の血球動態の観察が可能であることが示唆された。このような検討項目を基礎学問的に明らかにする必要があり、本研究期間内においては研究資源を基礎的研究課題に集中させることが適切であると考えられる。また、動物実験を行う機会が限られることになるため、血液ポンプ等の工学的評価を十分に行ったのち学内と動物実験を行う施設での動物実験倫理委員会の承認を得たのち、良く精査されたプロトコルによる動物実験を遂行ものとする。
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| 次年度使用額が生じた理由 |
研究代表者が東北大学から鈴鹿医療科学大学に移動した初年度であったため、研究設備の準備に時間がかかった。教員研究室では小型の３Dプリンターを導入するのがやっとで構造モデル作成等を中心に研究を進めた。特に実験室の割り当てが卒研生の配属の2年目からであったので、特に重量のある工作機械等は実験室の整備を待つ必要があった。これの工作機械については本研究の遂行に適切なものを精査しつつ発注を進めており、一部は昨年度から業者との内容打ち合わせを行い、本年度に入り設置を終えた。
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| 次年度使用額の使用計画 |
現在、実験室の整備を進めており、小型旋盤とNC切削加工機の導入を進め、本年度前期中に血液ポンプの試作体制を整える。研究室内で加工できない部品等については専門の加工業者への外注を検討する。本学の特徴であるＸ線CT、MRIなどの画像診断と3次元デジタル設計、加工技術とを組み合わせて人工心臓の解剖学的適合性に関する研究を強化する。このために3次元医療画像データを高速に処理できるワークステーションを導入する。さらに３Dプリンターは初期段階の概念設計において非常に有効であることが分かったので増強を図る。情報収集のために国内学会参加を積極的に行う。
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