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2019 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 / 心拍同期制御
研究実績の概要

人工心臓を装着した心不全患者の生存率とQOLを向上するため,補助人工心臓で課題のポンプ内血栓を検知する技術,及び心拍同期制御技術の開発に取り組んだ.ポンプ内血栓については,昨年度までの成果としてin Vitro環境での血栓検出を達成していた.そこで本年度は,ブタを用いた急性動物実験を行い,in Vitro環境での血栓検出に取り組んだ.in Vitro環境では血液自身が血栓を溶融させる線溶系が作用するため,ポンプ内に血栓が形成された場合でも,ごく微小である.また,血栓形成の過程も24時間程度を要する長時間に及んだ.このような状況下でも,インペラ磁気浮上用の電磁石に正弦波を印加し,インペラを数十Hz, 数十ミクロンで振動させ,その電流と変位の位相差を計測することで血栓を検出可能であることを示した.
生体心臓の心拍同期制御では,心電図や流量計等の追加の設備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システムを開発した.具体的には磁気浮上系に構成した外乱オブザーバを用い,生体心臓の拍動波形とポンプを通過する流量の推定システムを設けた.実験では生体心臓を模擬し,拍動流を発生させるように回転数制御を行った遠心ポンプを人工心臓に接続した.構成した外乱オブザーバを用いて,模擬心臓の発生する拍動波形を推定し,流量は0.5~1L/min程度の誤差で推定した.次いで.モータの速度制御系の目標値を,拍動に同期した流量とし,推定流量をフィードバックすることで,心拍同期制御システムを構築した.前述の模擬心臓を用いた実験では,構築したシステムを用いて模擬心臓の拍動に同期して,人工心臓の回転数を制御可能であることを確認した.

現在までの達成度 (段落)

令和元年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

令和元年度が最終年度であるため、記入しない。

  • 研究成果

    (10件)

すべて 2020 2019

すべて 雑誌論文 (3件) (うち査読あり 2件、 オープンアクセス 1件) 学会発表 (7件)

  • [雑誌論文] Detection of thrombosis in a magnetically levitated blood pump by vibrational excitation of the impeller2020

    • 著者名/発表者名
      Hijikata Wataru、Maruyama Takuro、Murashige Tomotaka、Sakota Daisuke、Maruyama Osamu
    • 雑誌名

      Artificial Organs

      巻: - ページ: -

    • DOI

      10.1111/aor.13632

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Mechanical antithrombogenic properties by vibrational excitation of the impeller in a magnetically levitated centrifugal blood pump2019

    • 著者名/発表者名
      Murashige Tomotaka、Hijikata Wataru
    • 雑誌名

      Artificial Organs

      巻: 43 ページ: 849~859

    • DOI

      https://doi.org/10.1111/aor.13541

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Sensorless measurement of biological information in a magnetically levitated artificial heart and its application to QOL improvement technology2019

    • 著者名/発表者名
      Hijikata Wataru
    • 雑誌名

      Impact

      巻: 2019 ページ: 70~72

    • DOI

      https://doi.org/10.21820/23987073.2019.10.70

    • オープンアクセス
  • [学会発表] 磁気浮上型遠心ポンプの血栓検出手法の急性動物実験による検証2020

    • 著者名/発表者名
      藤原立樹, 土方亘, 村重智崇, 関晴永, 田原禎生, 横田幸恵, 尾形麻斗, 大内克洋, 荒井裕国
    • 学会等名
      第48回人工心臓と補助循環懇話会学術集会
  • [学会発表] 遠心ポンプ内の意図した箇所に血栓形成を誘発させるフィブリノゲンコーティング法の開発2020

    • 著者名/発表者名
      関晴永, 藤原立樹, 土方亘, 村重智崇, 横田幸恵, 尾形麻斗, 大内克洋, 荒井祐国
    • 学会等名
      第48回人工心臓と補助循環懇話会学術集会
  • [学会発表] 磁気浮上インペラの微小加振によって血栓を予防するインテリジェント人工心臓の開発2020

    • 著者名/発表者名
      土方亘, 村重智崇
    • 学会等名
      第48回人工心臓と補助循環懇話会学術集会
  • [学会発表] Evaluating Plasma Skimming with Whole Blood in Small Gap Region Imitating Clearance of Blood Pumps2019

    • 著者名/発表者名
      Ming Jiang, Tomotaka Murashige, Daisuke Sakota, Wataru Hijikata
    • 学会等名
      IEEE EMBC 2019
  • [学会発表] 磁気浮上型遠心ポンプの血栓検出に関する研究2019

    • 著者名/発表者名
      藤原立樹, 土方亘, 大内克洋, 村重智崇, 関春永, 田原禎生, 横田幸恵, 尾形麻斗, 荒井裕国
    • 学会等名
      第47回人工心臓と補助循環懇話会学術集会
  • [学会発表] 急性動物実験において血液ポンプ内の意図した部位に血栓形成を誘発させる手法の開発2019

    • 著者名/発表者名
      尾形麻斗, 藤原立樹, 大内 克洋, 土方 亘, 村重 智崇, 佐藤翔太, 関晴永, 荒井裕国
    • 学会等名
      第47回人工心臓と補助循環懇話会学術集会
  • [学会発表] 知能化磁気浮上システムの開発と医療応用2019

    • 著者名/発表者名
      土方亘, 村重智崇, 丸山拓朗, 藤原立樹, 大内克洋, 荒井裕国
    • 学会等名
      第16回「運動と振動の制御」シンポジウム (MoViC2019)

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公開日: 2021-01-27  

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