遠心型血液ポンプインペラに作用する非定常流体力の解析

2003 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 15360103
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Research Institution: National Cardiovascular Center Research Institute
• Principal Investigator: 築谷 朋典 国立循環器病センター研究所, 人工臓器部, 室員 (00311449)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 巽 英介 国立循環器病センター研究所, 人工臓器部, 室長 (00216996) ; 辻本 良信 大阪大学, 大学院・基礎工学研究科, 教授 (50112024) ; 妙中 義之 国立循環器病センター研究所, 人工臓器部, 部長 (00142183) ; 本間 章彦 国立循環器病センター研究所, 人工臓器部, 室長 (20287428)
• Keywords: 遠心ポンプ / 補助人工心臓 / ふれまわり運動 / 回転比 / 非定常流

Research Abstract

体内埋め込み型の補助人工心臓として注目されている超小型遠心ポンプのインペラー部分に作用する流体力を理論・実験の両面から検討する.補助人工心臓としての運転条件において,インペラに作用する流体力がインペラのふれまわり運動に対し励振的にならないための条件を見出すことを目的として,ふれまわり運動のメカニズムの解明ならびに血液ポンプの設計パラメータの影響を探る.
本年度は,現有のふれまわり力測定装置を血液ポンプに適用するために,開発中の遠心ポンプの拡大相似模型の設計と製作を行った.遠心型血液ポンプとして使用されるインペラの形式には,従来からふれまわり運動の解析が行われてきたクローズドタイプ,オープンタイプに加えて,羽根のみをもつフルオープンタイプも存在しているため,フルオープンタイプのインペラを対象とした.
また,開発中の血液ポンプを対象として,補助人工心臓として運転した場合に作用する流体力の向き,振動の定性的な特性を把握するために,レーザー変位系を用いで実機のインペラの位置計測を行った.ここで,補助人工心臓としての運転範囲を考慮して,流量が0〜10(L/min)という広い流量域にわたって位置信号の波形計測を行った.その結果,ほとんど全ての計測条件を通じて,インペラはケーシング流出口の方向に偏心して回転していることが明らかとなった.また,ふれまわり運動とインペラ回転の回転比が0.5になるとふれまわり半径が増大し,インペラがケーシング壁に接触しながら回転する危険な状態に陥る現象が観察された.