植込式連続流型人工心臓の異常停止時および離脱試験時に使用可能な流路調節装置の開発

2014 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 25560217
• Research Institution: National Cardiovascular Center Research Institute
• Principal Investigator: 巽 英介 独立行政法人国立循環器病研究センター, 研究所, 部長 (00216996)
• Project Period (FY): 2013-04-01 – 2016-03-31
• Keywords: 流路調節 / 植込式 / 連続流型 / 補助人工心臓 / 完全遮断 / 小型

Outline of Annual Research Achievements

昨年までの検討にて，選出したチューブクランプ鉗子，ホフマンクランプおよび平面4節リンク機構（板状の部材で流路を挟む機構）およびホースタイ（ベルト状の部材で流路外径を絞る機構）の内，板状の部材で流路を挟む3つの機構による遮断が，人工血管グラフト内の流れを完全に止めるのに有効であることが明らかとなった．
本年度は，これら流路調節機構の臨床使用上の問題点についても検討を行った．まず，本システムは植込み式を目指していることから，解剖学的な圧迫等の障害を最小限に抑えるべく，小さなサイズが望まれる．チューブクランプ鉗子や平面4節リンク機構では，流路を挟む部材に加えて，締め付け力を伝えるための節が締付け部と同等以上のサイズを要し，かつ動作範囲も節のサイズに応じて必要となる．そのため，締め付け力を伝える節を必要としないネジ締め付け方式のホフマンクランプやバンドにより絞る方式のホースタイが，サイズの面から有効と考えられた．
次に，完全遮断時における人工血管グラフトへの障害ついて基礎的な実験を行った．ホースタイは流路外径を絞る過程で，人工血管グラフトに非可逆的な変形を及ぼすことが判明した．一方，板状の部材で流路を挟む3つの機構では，人工血管グラフトへの障害は認められなかった．
以上より，植込式の流路調節装置に適した流路調節機能とサイズを併せ持つ機構として，人工血管を平行して挟む2本の支柱と，その支柱に沿ってスライド移動する押しつけ用と受け用の2枚の平行な薄版から成る，ホフマンクランプ型の機構を採用することとした．
国内でも植込み式の連続流型補助人工心臓に採用されている，内径Φ14 mm規格のePTFEリングドゴアテックス人工血管グラフトを対象として，締め付けストローク方向（高さ）×幅を26.5×35.8 mm　人工血管軸方向の厚み15.1 mmの小型の流路調節機構の機械的設計を行った．

Current Status of Research Progress

3: Progress in research has been slightly delayed.

Reason

昨年，植込み式の連続流型補助人工心臓システムに用いられている送血管用人工血管グラフトを対象に行った機能評価に引き続き，植込みに適したサイズ，完全遮断時の人工血管グラフトに与える障害の有無の面から流路調節機構の比較検討を行った．その結果，人工血管を並行して挟む2本の支柱とその支柱に沿ってスライド移動する平行な二枚の締付け用板から成る機構を採用した．昨年の検討に用いた人工血管グラフトを対象に，本機構からなる締付け装置の機械的な設計を行った．一方，プロトタイプの試作には至らなかった．

Strategy for Future Research Activity

本年度の調査および選出した機構から成る設計に基づき，植込式の流路調節装置に適した流路調節機能とサイズを併せ持ち，モータによる締付け調節が可能なプロトタイプの試作に取り組む．機構の選定時に行った基礎的な試験，および急性動物実験によるプロトタイプ装置の評価を行い，計画目標達成を目指す．

Causes of Carryover

本年度は，実験に使用する器具等の物品費や謝金の予定額を要することなく，計画を十分に達成し得たため，当該助成金が生じた．

Expenditure Plan for Carryover Budget

次年度は，さらなる進捗の効率化を目指して，機器の試作および実験に関わる物品や，成果発表のための旅費に費用をあてる予定である．

Research Products

• [Journal Article] Novel control system to prevent right ventricular failure induced by rotary blood pump (2014)
  • Author(s): Arakawa M, Nishimura T, Takewa Y, Umeki A, Ando M, Kishimoto Y, Fujii Y, Kyo S, Adachi H, Tatsumi E
  • Journal Title: J Artif Organs Volume: 17 Pages: 135-141
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Influence of a novel electrocardiogram-synchronized rotational-speed-change system of an implantable continuous-flow left ventricular assist device (EVAHEART) on hemolytic performance (2014)
  • Author(s): Kishimoto S, Date K, Arakawa M, Takewa Y, Nishimura T, Tsukiya T, Mizuno T, Katagiri N, Kakuta Y, Ogawa D, Nishimura M, Tatsumi E
  • Journal Title: J Artif Organs Volume: 17 Pages: 373-377
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Alternation of left ventricular load by a continuous-flow left ventricular assist device with a native heart load control system in a chronic heart failure model (2014)
  • Author(s): Arakawa MNishimura T, Takewa Y, Umeki A, Ando M, Adachi H, Tatsumi E
  • Journal Title: J Thorac Cardiovasc Surg Volume: 148 Pages: 698-704
  • Peer Reviewed
• [Presentation] 定常流型左室補助人工心臓に用いる自己心拍同期回転数制御システムが僧帽弁閉鎖不全症に及ぼす影響 (2015)
  • Author(s): 内藤敬嗣，西村 隆、武輪能明、岸本 諭、伊達数馬、梅木昭秀、安藤政彦、小野 稔、巽 英介
  • Organizer: 人工心臓と補助循環懇話会学術集会 (43)
  • Place of Presentation: 熱海市
  • Year and Date: 2015-02-20 – 2015-02-21
• [Presentation] 非接触軸受による次世代型補助人工心臓の課題 (2014)
  • Author(s): 築谷朋典，水野敏秀、武輪能明、巽 英介、妙中義之
  • Organizer: 日本人工臓器学会大会 (52)
  • Place of Presentation: 札幌市
  • Year and Date: 2014-10-17 – 2014-10-19
• [Presentation] 定常流型左室補助人工心臓に併用する自己心拍同期回転数制御システムが術後慢性期に心拍数に及ぼす影響 (2014)
  • Author(s): 伊達数馬，西村 隆、武輪能明、岸本 諭、荒川 衛、岸本祐一郎、梅木昭秀、安藤政彦、水野敏秀、築谷朋典、小野 稔、巽 英介
  • Organizer: 日本人工臓器学会大会 (52)
  • Place of Presentation: 札幌市
  • Year and Date: 2014-10-17 – 2014-10-19
• [Presentation] 動圧浮上型軸流ポンプを用いた補助人工心臓システムの開発 (2014)
  • Author(s): 築谷朋典，水野敏秀、武輪能明、巽 英介、妙中義之
  • Organizer: 日本定常流ポンプ研究会 2014
  • Place of Presentation: 札幌市
  • Year and Date: 2014-10-17 – 2014-10-17
• [Presentation] アカデミアの医療機器開発－人工臓器部の取り組み (2014)
  • Author(s): 武輪能明，巽 英介
  • Organizer: 日本心不全学会学術集会 (18)
  • Place of Presentation: 大阪市
  • Year and Date: 2014-10-10 – 2014-10-12
• [Presentation] Development of the next-generation mechanical circulatory support systems at NCVC of Japan (2014)
  • Author(s): Tatsumi E
  • Organizer: Joint Cardiovascular Meeting in National Cerebral and Cardiovascular Center and Taiwan Community of Cardiologists (2)
  • Place of Presentation: 吹田市
  • Year and Date: 2014-10-09 – 2014-10-09
• [Presentation] 機械的循環補助に用いられる軸流型血液ポンプ (2014)
  • Author(s): 築谷朋典，巽 英介
  • Organizer: 生体医工学会大会 (53)
  • Place of Presentation: 仙台市
  • Year and Date: 2014-06-24 – 2014-06-26
• [Presentation] The influence of a novel pulsatile driving mode in an implantable continuous flow LVAD (EVAHEART) on hemolytic performance (2014)
  • Author(s): Kishimoto S, Date K, Arakawa M, Takewa Y, Nishimura T, Ogawa D, Tsukiya T, Mizuno T, Katagiri N, Kakuta Y, Nishimura M, Tatsumi E
  • Organizer: American Society for Artificial Internal Organs (60)
  • Place of Presentation: Washington D.C.
  • Year and Date: 2014-06-18 – 2014-06-28
• [Presentation] Miniaturization of an implantable axial-flow ventricular assist device with non-contacting levitation system (2014)
  • Author(s): Tsukiya T, Mizuno T, Takewa Y, Tatsumi E, Taenaka Y
  • Organizer: American Society for Artificial Internal Organs (60)
  • Place of Presentation: Washington D.C.
  • Year and Date: 2014-06-18 – 2014-06-21