恒久的使用を目的とした空気圧駆動式ウェアラブル全置換型人工心臓の早期実用化研究

2010 年度 研究成果報告書

• 研究課題/領域番号: 20249059
• 研究種目: 基盤研究(A)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 外科学一般
• 研究機関: 東京電機大学
• 研究代表者: 本間 章彦 東京電機大学, 理工学部, 准教授 (20287428)
• 連携研究者: 築谷 朋典 国立循環器病研究センター研究所, 人工臓器部, 室長 (00311449) ; 大沼 健太郎 国立循環器病研究センター研究所, 人工臓器部, 流動研究員 (50527992) ; 花田 繁 国立循環器病研究センター研究所, 人工臓器部, 派遣研究員 (90514547) ; 李 桓成 国立循環器病研究センター研究所, 人工臓器部, 流動研究員 (10463275) ; 赤川 英毅 国立循環器病研究センター, 研究開発基盤センター知的資産部, 室長 (40416219) ; 片桐 伸将 国立循環器病研究センター研究所, 人工臓器部, 特任研究員 (00463274) ; 星 英男 国立循環器病研究センター研究所, 人工臓器部, 流動研究員 (30420251) ; 住倉 博仁 国立循環器病研究センター研究所, 人工臓器部, 流動研究員 (20433998) ; 水野 敏秀 国立循環器病研究センター研究所, 人工臓器部, 室長 (40426515) ; 武輪 能明 国立循環器病研究センター研究所, 人工臓器部, 室長 (20332405) ; 巽 英介 国立循環器病研究センター研究所, 人工臓器部, 部長 (00216996) ; 妙中 義之 国立循環器病研究センター研究所, 研究所, 副所長 (00142183) ; 野中 一洋 東京電機大学, 理工学部, 助手 (50584182) ; 大越 康晴 東京電機大学, 理工学部, 助教 (10408643) ; 舟久保 昭夫 東京電機大学, 理工学部, 教授 (00307670) ; 福井 康裕 東京電機大学, 理工学部, 教授 (60112877)
• 研究期間 (年度): 2008 – 2010
• キーワード: 人工臓器学

研究概要

小型空気圧発生機構を備えた空気駆動式ウェアラブル全人工心臓システムの開発を行った。システムは左右ダイアフラム型血液ポンプと、2つの空気圧発生機構から構成される。血液ポンプはポリウレタン製で、形状は解剖学的適合性を考慮して構築した。左右血液ポンプの外寸はそれぞれ95x68x49mm、104x74x44mmであり、静的一回拍出量は85、94mlとなっている。小型空気圧発生機構はブラシレスDC モータと、クランクシャフト、シリンダーピストン、非円形歯車、空気圧制限弁から構成される。駆動空気圧はシリンダーピストンにより作り出し、非円形歯車により固定SD比を実現している。小型空気圧発生機構の外寸は20x8.5x20cmであり、重量は1.8kgとなった。オーバーフロー型模擬循環回路を用いた試験においてシステムの拍出流量特性の計測を行ったところ、拍動数105bpm時に8L/min以上の拍出流量を実現し、そのときの消費電力は約20Wであった。急性慢性動物実験において、システムの基本性能評価を行った。左右血液ポンプは体重98kgの仔牛に埋め込まれ、2mのドライブラインを介してSD 比35%と44%の小型駆動装置と接続した。平均大動脈圧が108～115mmHg、拍動数が60～100bpm時に、拍出流量は3.9～5.4L/minであり、平均消費電力は拍動数により5.3～17.6Wの範囲で変化し、効率は2～9%であった。

研究成果

• [雑誌論文] 空気駆動式ウェアラブル全人工心臓システムの開発 (2010)
  • 著者名/発表者名: 本間章彦,住倉博仁,大沼健太郎,妙中義之,巽英介,武輪能明,赤川英毅,水野敏秀,築谷朋典,片桐伸将,角田幸秀,福井康裕,下崎勇生,向林宏,片野一夫
  • 雑誌名: 電気学会研究会資料(リニアドライブ研究会) LD-10-57 ページ: 57-61
• [雑誌論文] 空気駆動式人工心臓の流量推定に関する検討 (2010)
  • 著者名/発表者名: 大沼健太郎,本間章彦,住倉博仁,妙中義之,巽英介,赤川英毅,武輪能明,水野敏秀,築谷朋典,片桐伸将,角田幸秀,下崎勇生,向林宏,片野一夫
  • 雑誌名: 電気学会研究会資料(リニアドライブ研究会) LD-10-56 ページ: 51-55
• [雑誌論文] Observation of cavitation pits on mechanical heart valve surface in an artificial heart used in in vitro testing. (2010)
  • 著者名/発表者名: 李桓成, 本間章彦, 巽英介, 妙中義之
  • 雑誌名: J Artif Organs. 13 ページ: 17-23
  • 査読あり
• [雑誌論文] Observation of cavitation pits on a mechanical heart valve surface in an artificial heart used in in vivo testing. (2009)
  • 著者名/発表者名: 李桓成, 本間章彦, 巽英介, 妙中義之
  • 雑誌名: J Artif Organs. 12 ページ: 105-110
  • 査読あり
• [雑誌論文] 空気駆動型補助人工心臓用小型駆動装置 (2009)
  • 著者名/発表者名: 本間章彦,住倉博仁,大沼健太郎,妙中義之,巽英介,赤川英毅,李桓成,武輪能明,水野敏秀,築谷朋典,片桐伸将,角田幸秀,下崎勇生,向林宏,片野一夫
  • 雑誌名: 電気学会研究会資料(リニアドライブ研究会) LD-09-38 ページ: 17-22
• [雑誌論文] 人工心臓の埋め込みに関するコンピュータシミュレーション技術 (2009)
  • 著者名/発表者名: 黒澤雄,福井康裕,本間章彦,住倉博仁,大沼健太郎,巽英介,妙中義之
  • 雑誌名: 電気学会研究会資料(リニアドライブ研究会) LD-09-38 ページ: 13-16
• [雑誌論文] 人工臓器 □最近の進歩,人工心臓(基礎) (2008)
  • 著者名/発表者名: 本間章彦
  • 雑誌名: 人工臓器 37 ページ: 126-129
• [雑誌論文] 電気油圧駆動式全人工心臓の開発-血液ポンプ駆動ユニットの改良- (2008)
  • 著者名/発表者名: 本間章彦,妙中義之,巽英介,武輪能明,水野敏秀,塩谷恭子,李桓成,築谷朋典,角田幸秀,片桐伸将,西中知博,越地耕二
  • 雑誌名: 電気学会論文誌C 128 ページ: 943-952
  • 査読あり
• [学会発表] 水素化アモルファス炭素膜の溶血低減効果の検討 (2011)
  • 著者名/発表者名: 関貴弘,大越康晴,平栗健二,本間章彦,三田満男,舟久保昭夫,福井康裕
  • 学会等名: 第20回ライフサポート学会フロンティア講演会予稿集(2011:99)
  • 発表場所: 東京電機大学神田キャンパス(東京都)
  • 年月日: 2011-03-05
• [学会発表] 補助循環装置用耐久試験装置の開発と特性評価 (2011)
  • 著者名/発表者名: 大沼健太郎,住倉博仁,本間章彦,妙中義之,向林宏,片野一夫,巽英介
  • 学会等名: 第39回人工心臓と補助循環懇話会(2011:77)
  • 発表場所: 皆生つるや、米子観光センター(鳥取県)
  • 年月日: 2011-02-18
• [学会発表] 人工心臓の埋め込みシミュレーション技術の開発 (2010)
  • 著者名/発表者名: 三田満男,本間章彦,三田豊,巽英介,妙中義之,福井康裕
  • 学会等名: 生活生命支援医療福祉工学系学会連合大会2010講演論文集(2010:3C1-5,455)
  • 発表場所: 大阪大学豊中キャンパス(大阪府)
  • 年月日: 2010-09-20
• [学会発表] Flow rate estimation for a pneumatic artificial heart using the driveline air mass flow. (2010)
  • 著者名/発表者名: K.Ohnuma, A.Homma, Y.Taenaka, E.Tatsumi, H.Sumikura, E.Akagawa, HS.Lee,, Y.Takewa, T.Mizuno,, T.Tsukiya, N.Katagiri, Y.Kakuta, I.Shimosaki, H.Mukaibayashi, K.Katano
  • 学会等名: ASAIO Journal.(2010;56:100)
  • 発表場所: Baitimore, Maryland(米国)
  • 年月日: 2010-05-29
• [学会発表] Development of a wearable pneumatic total artificial heart system with an ultra compact drive unit. (2010)
  • 著者名/発表者名: H.Sumikura, A.Homma, Y.Taenaka, E.Tatsumi, K.Ohnuma, E.Akagawa, HS.Lee, Y.Takewa, T.Mizuno, T.Tsukiya, N.Katagiri, Y.Kakuta, I.Shimosaki, H.Mukaibayashi, K.Katano
  • 学会等名: ASAIO Journal.(2010;56:97)
  • 発表場所: Baitimore, Maryland(米国)
  • 年月日: 2010-05-28
• [学会発表] Development of an ultra-compact pneumatic pressure generation system to drive a pneumatic blood pump for VAD and TAH. (2010)
  • 著者名/発表者名: A.Homma, Y.Taenaka, E.Tatsumi, H.Sumikura, K.Ohnuma, E.Akagawa, Y.Takewa, T.Mizuno, T.Tsukiya, N. Katagiri, Y.Kakuta, I.Shimosaki, H.Mukaibayashi, K.Katano
  • 学会等名: ASAIO Journal.(2010;56:116)
  • 発表場所: Baitimore, Maryland(米国)
  • 年月日: 2010-05-28
• [学会発表] 恒久的使用を目的とした空気圧駆動式ウェアラブル全置換型人工心臓に関する基礎検討 (2009)
  • 著者名/発表者名: 本間章彦,妙中義之,巽英介,住倉博仁,大沼健太郎,赤川英毅,李桓成,武輪能明,水野敏秀,築谷朋典,片桐伸将,角田幸秀,下崎勇生,向林宏,片野一夫
  • 学会等名: 第47回日本人工臓器学会大会予稿集(2009;38:S-74)
  • 発表場所: 朱鷺メッセ,新潟コンベンションセンター(新潟県)
  • 年月日: 2009-11-13
• [学会発表] 空気圧駆動式ウェアラブル全置換型人工心臓システムの開発-ウェアラブル式空気駆動装置に関する基礎的検討- (2009)
  • 著者名/発表者名: 住倉博仁,本間章彦,妙中義之,巽英介,大沼健太郎,赤川英毅,李桓成,武輪能明,水野敏秀,築谷朋典,片桐伸将,角田幸秀,下崎勇生,向林宏,片野一夫
  • 学会等名: 第7回生活支援系工学系学会連合大会講演予稿集(2009:89)
  • 発表場所: 高知工科大学(高知県)
  • 年月日: 2009-09-25
• [学会発表] 空気圧駆動式人工心臓用駆動装置のための電源システムの開発 (2009)
  • 著者名/発表者名: 本間章彦,妙中義之,巽英介,住倉博仁,大沼健太郎,赤川英毅,李桓成,武輪能明,水野敏秀,築谷朋典,片桐伸将,角田幸秀,下崎勇生,向林宏,片野一夫
  • 学会等名: 第7回生活支援系工学系学会連合大会講演予稿集(2009:70)
  • 発表場所: 高知工科大学(高知県)
  • 年月日: 2009-09-25
• [学会発表] 空気駆動式人工心臓の流量推定に関する研究 (2009)
  • 著者名/発表者名: 大沼健太郎,本間章彦,妙中義之,巽英介,住倉博仁,赤川英毅,李桓成,武輪能明,水野敏秀,築谷朋典,片桐伸将,角田幸秀,下崎勇生,向林宏,片野一夫
  • 学会等名: 第7回生活支援系工学系学会連合大会講演予稿集(2009:73)
  • 発表場所: 高知工科大学(高知県)
  • 年月日: 2009-09-25
• [学会発表] 空気圧駆動式補助人工心臓用小型装着式駆動装置のための電池の開発 (2009)
  • 著者名/発表者名: 本間章彦,妙中義之,巽英介,赤川英毅,李桓成,武輪能明,水野敏秀,築谷朋典,片桐伸将,角田幸秀,下崎勇生,向林宏,片野一夫
  • 学会等名: 第48回日本生体医工学会大会抄録集(2009;47:24pmO-16-5,216)
  • 発表場所: タワーホール船堀(東京都)
  • 年月日: 2009-04-24
• [学会発表] 人工心臓の埋め込みシミュレーション技術の開発"有限要素法による圧迫の再現に関する研究 (2009)
  • 著者名/発表者名: 黒沢雄,本間章彦,巽英介,妙中義之,福井康裕
  • 学会等名: 第48回日本生体医工学会大会抄録集(2009;47:23amO-1-6,112)
  • 発表場所: タワーホール船堀(東京都)
  • 年月日: 2009-04-23
• [学会発表] 空気駆動式補助人工心臓の駆動条件が機械弁でのキャビテーション強さに与える影響 (2009)
  • 著者名/発表者名: 李桓成,赤川英毅,本間章彦,築谷朋典,巽英介,妙中義之
  • 学会等名: 第48回日本生体医工学会大会抄録集(2009;47:23pmP3-3-13,186)
  • 発表場所: タワーホール船堀(東京都)
  • 年月日: 2009-04-23
• [学会発表] 空気駆動式ウェアラブル全置換型人工心臓システムの開発 (2009)
  • 著者名/発表者名: 本間章彦,妙中義之,巽英介,住倉博仁,赤川英毅,李桓成,武輪能明,水野敏秀,築谷朋典,片桐伸将,角田幸秀,下崎勇生,向林宏,片野一夫
  • 学会等名: 第37回人工心臓と補助循環懇話会(2009:67)
  • 発表場所: NASPAニューオータニ(新潟県)
  • 年月日: 2009-02-28
• [学会発表] 人工臓器の埋め込みシミュレーション技術の開発 (2009)
  • 著者名/発表者名: 黒沢雄,本間章彦,吉光喜太郎,西中知博,武輪能明,巽英介,妙中義之,福井康裕
  • 学会等名: 第37回人工心臓と補助循環懇話会(2009:45)
  • 発表場所: NASPA ニューオータニ(新潟県)
  • 年月日: 2009-02-27