• 研究課題をさがす
  • 研究者をさがす
  • KAKENの使い方
  1. 課題ページに戻る

2018 年度 実績報告書

磁気浮上人工心臓における生体情報のセンサレス計測とQOL向上技術への応用

研究課題

研究課題/領域番号 17H04909
研究機関東京工業大学

研究代表者

土方 亘  東京工業大学, 工学院, 准教授 (30618947)

研究期間 (年度) 2017-04-01 – 2020-03-31
キーワード補助人工心臓 / 磁気浮上 / 血栓検出 / センサレス計測 / 生体情報 / 流量制御 / 協調制御
研究実績の概要

補助人工心臓内に形成された血栓を追加のセンサなしで検出する技術を引き続き開発した.今年度は,ポンプ内部が観察可能な磁気浮上型補助人工心臓を設計・試作した.血栓検出に用いている電磁石電流とインペラ変位の位相差を計測しつつ,ポンプ内血栓形成の可視化を行ったところ,血栓形成のごく初期段階で位相差が変化しており,血栓の早期検出が可能であることを実証した.
ただし,本技術の課題として純粋な血液粘度変化に対しても位相差が変化してしまう点が挙げられる.そこで,位相差の時間変化を加味した血栓検出用のインデックスを新たに提案し,生理的な血液粘度変化と血栓検出を区別する評価方法を提案した.提案したインデックスを用い,全5回のin vitro血栓検出試験全てにおいて,血栓を検出することができた.
また,これまではクエン酸で抗凝固処理した血液に対し,塩化カルシウムで中和して血栓を形成させていたが,臨床ではヘパリンで抗凝固を行う.そこで,ヘパリン抗凝固血液に対してプロタミンで中和し,血栓検出試験を実施したところ,同様に血栓検出が可能であった.また,ポンプ内の血栓形成量と位相差の関係を調べたところ,位相差の変化量とポンプ内血栓の形成量に相関がみられた.このことから,位相差を測定することで,ポンプ内の血栓形成量を定量できる可能性を示した.
上記技術のほかに,患者のQOL向上技術として提案している,生体心臓と人工心臓の協調制御についても開発を進めている.具体的には追加のセンサを用いずに,患者の心拍数に応じて人工心臓の回転数を制御するとともに,心拍に同期して人工心臓が拍動流を発生するようにポンプ回転数制御を行う.そのために,磁気浮上システムに外乱オブザーバを構成し,インペラに作用する生体心臓からの流体力を推定し,心拍数と拍動の同期タイミングを決定する制御系を設計している.

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

当初の予定通り,ポンプ内血栓の可視化用人工心臓を設計し,実際に可視化実験も行った.また,より臨床条件に近いヘパリン・プロタミン系での血栓検出に成功し,動物実験への準備を整えることができた.生体心臓との協調制御に関しても,制御系設計を順調に進めることができている.

今後の研究の推進方策

血栓検出技術については,小型の豚や牛を用いた動物実験を行い,実際の生体環境で適用可能か評価する予定である.生体心臓との協調制御に関しては,制御系の設計が完了次第,模擬生体心臓を試作し,補助人工心臓と接続することで実験を行う予定である.

  • 研究成果

    (10件)

すべて 2019 2018 その他

すべて 雑誌論文 (1件) (うち査読あり 1件、 オープンアクセス 1件) 学会発表 (8件) (うち国際学会 6件) 備考 (1件)

  • [雑誌論文] Measuring real-time blood viscosity with a ventricular assist device2019

    • 著者名/発表者名
      Hijikata Wataru、Maruyama Takuro、Suzumori Yuki、Shinshi Tadahiko
    • 雑誌名

      Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part H: Journal of Engineering in Medicine

      巻: 233 ページ: 562~569

    • DOI

      https://doi.org/10.1177/0954411919838738

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [学会発表] Development of an intelligent blood pump with a self-detecting function of thrombus2018

    • 著者名/発表者名
      Wataru Hijikata, Tomotaka Murashige, Takuro Maruyama, Asato Ogata, Tatsuki Fujiwara, Katsuhiro Ohuchi, Hirokuni Arai
    • 学会等名
      26th Annual Meeting for the International Society for Mechanical Circulatory Support (ISMCS2018)
    • 国際学会
  • [学会発表] Design of an axial blood pump with a large-gap passive levitation technology utilizing a combination of magnetic force and thrust force2018

    • 著者名/発表者名
      Kazuma Shoji, Tomotaka Murashige, Wataru Hijikata
    • 学会等名
      26th Annual Meeting for the International Society for Mechanical Circulatory Support (ISMCS2018)
    • 国際学会
  • [学会発表] Reduction of von Willebrand factor in response to shear stress loading and evaluation of bleeding risk prior to LVAD implantation2018

    • 著者名/発表者名
      Ko Sakatsume, Masatoshi Akiyama, Yunan Zuo, Daisuke Sakota, Wataru Hijikata, Hisanori Horiuchi, Osamu Maruyama, Yoshikatsu Saiki
    • 学会等名
      26th Annual Meeting for the International Society for Mechanical Circulatory Support (ISMCS2018)
    • 国際学会
  • [学会発表] Prevention of thrombus formation inside a magnetically levitated centrifugal blood pump using impeller vibration excitation2018

    • 著者名/発表者名
      Tomotaka Murashige, Ming Jiang, Wataru Hijikata
    • 学会等名
      26th Annual Meeting for the International Society for Mechanical Circulatory Support (ISMCS2018)
    • 国際学会
  • [学会発表] Effect of impeller vibrational excitation on enhancing antithrombogenic properties of a centrifugal blood pump with a magnetic bearing2018

    • 著者名/発表者名
      Tomotaka Murashige, Wataru Hijikata
    • 学会等名
      45th Annual European Society for Artificial Organs,The International Journal of Artificial Organs
    • 国際学会
  • [学会発表] Development of an intelligent ventricular assist device with a function of sensorless thrombus detection2018

    • 著者名/発表者名
      Takuro Maruyama, Tomotaka Murashige, Daisuke Sakota, Osamu Maruyama, Wataru Hijikata
    • 学会等名
      Annual International Conference of the IEEE Engineering in Medicine and Biology Society 2018
    • 国際学会
  • [学会発表] 均一なshear stress負荷によるvon Willebrand因子高分子多量体の減少と出欠リスクの評価2018

    • 著者名/発表者名
      坂爪公, 秋山正年, 左雨南, 迫田大輔, 土方亘, 堀内久徳, 丸山修, 齊木佳克
    • 学会等名
      第56回日本人工臓器学会大会
  • [学会発表] センサレス血栓検知機能を備えたインテリジェント人工心臓の開発2018

    • 著者名/発表者名
      丸山拓朗, 村重智崇, 土方亘
    • 学会等名
      生活生命支援医療福祉工学系連合大会(LIFE2018)
  • [備考] 東京工業大学リサーチリポジトリ

    • URL

      http://t2r2.star.titech.ac.jp/cgi-bin/researcherpublicationlist.cgi?q_researcher_content_number=CTT100514739&alldisp=1&tab_yf=2019

URL: 

公開日: 2019-12-27  

サービス概要 検索マニュアル よくある質問 お知らせ 利用規程 科研費による研究の帰属

Powered by NII kakenhi