| 研究課題/領域番号 |
20H02098
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| 研究機関 | 東京工業大学 |
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研究代表者 |
土方 亘 東京工業大学, 工学院, 准教授 (30618947)
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| 研究分担者 |
藤原 立樹 東京医科歯科大学, 医学部附属病院, 助教 (00632291)
大内 克洋 東京医科歯科大学, 大学院医歯学総合研究科, 寄附研究部門准教授 (20322084)
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| 研究期間 (年度) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| キーワード | 補助人工心臓 / 血栓予防 / 血栓検知 / 磁力・推力ハイブリッド浮上機構 / 磁気浮上 / 磁気軸受 |
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| 研究実績の概要 |
人工心臓は心臓病患者の血液循環に使われるが，ポンプ内血栓による死亡や脳梗塞が多い．また，小型人工心臓が実現しておらず，小児は腹部に穴を開けて人工血管を外に引出し，人工心臓を体外に設置して生活している．すなわち，現在の人工心臓は延命デバイスに過ぎない状態である．そこで本研究では，羽根車の血液中ダイナミクスを解明し，ソフト（制御）とハード（構造）に応用して下記（A）（B）を実現することで「小児から高齢者まで，全ての患者の生活の質と生存率を格段に向上させる次世代人工心臓の創出」に挑戦する．
（A）羽根車の加振制御による，薬剤不要の革新的な血栓予防・血栓予兆検知・血栓治療
（B）小児用まで小型化しても血球損傷の小さい，羽根車の磁力・推力ハイブリッド浮上機構
（A）に関しては，血栓予防技術の一環として磁気浮上インペラを往復加振することで血栓を予防する技術を開発した．特に加振振幅と加振周波数を様々に変更し，豚血液を用いて血栓予防効果の高い加振条件を探索した．結果として，一定のせん断速度を超えると，同一の血栓予防効果が得られる一方，加振に伴う電磁石の発熱は加振条件によって異なるため，できるだけ磁気浮上システムの消費電力が小さい範囲で，血栓予防に十分なせん断速度を得られる加振条件を選択することが最適であるとの結論を得た．
（B）について，数値流体力学解析と静磁場解析を持ちい，インペラに作用する推力と磁力を解析することで，回転以外の５自由度が正剛性となるポンプ形状の設計を行った．その結果，計算上ではフィードバック制御を用いずに浮上可能な機構を導出することができている．
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| 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
当初予定していた血栓予防技術の開発，および磁力・推力ハイブリッド浮上機構の解析および設計を順調に進行し，目標達成している．
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| 今後の研究の推進方策 |
より血栓予防効果の高い磁気浮上インペラの加振方法を開発するとともに，血栓の予兆検知技術の開発も同時に並行して進める．基本的には豚血液を用いたin vitro実験で検証するが，最終的には動物実験による評価も視野に入れて進める．
また，磁力・推力ハイブリッド浮上機構については基本設計を終えたので実験装置による浮上検証およびさらなる高剛性化設計に取り組む．
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