Development of thrombus prevention technology for ECMO devices based on the blood coagulation mechanism caused by viral infections

基于病毒感染凝血机制的ECMO装置血栓预防技术开发

• 批准号: 21K08817
• 负责人: 藤原 立樹
• 金额: $ 2.66万
• 依托单位: Tokyo Medical and Dental University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• 财政年份: 2021
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2021-04-01 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21K08817/
• 关键词: ECMO; 新型コロナウイルス感染症; COVID-19; 血栓予防; リアルタイム血栓モニタリング; インドシアニングリーン蛍光造影; 拍動流; 円軌道加振

【背景】COVID-19パンデミック初期のSARS-CoV-2は肺炎発症のみならず、ECMOを必要とする急性呼吸性窮迫症候群に至るウイルスであった。また感染すると強い血液凝固傾向を示すため、ECMO治療において回路内の血栓をコントロールすることに難渋した。著者はECMO回路内の血栓予防・血栓検出技術を速やかに実現することが喫緊の課題であると考え、医工連携共同研究チームを組み、研究開発に従事した。【血栓予防法】ECMOデバイスの抗血栓性に関しては材質や構造設計など様々な工夫がなされてきたが、血栓形成を完全に予防できていないことが実状である。そこで従来とは異なる流体力学的なアプローチによる血栓予防法を考案した。ポンプに対してはインペラを周波数300Hz程度で極微小に加振することで表面への凝固因子の付着を阻害し、人工肺に対してはインペラ回転数を調整して拍動流を作り、人工肺内部の血液滞留を予防する方法である。いずれも従来の血栓対策と競合するものではなく更に血栓予防効果を高めることを目的としている。市販遠心ポンプや東京工業大学が開発した磁気浮上型遠心ポンプにこれら機能を搭載し、大型動物実験にて検証した。【血栓検出法】ポンプのインペラを数十ミクロン，数十Hzで振動させ，この時の変位と電流の応答からポンプ内血栓を検出する方法を開発した。また人工肺の血栓検出法として、インドシアニングリーン(ICG)蛍光造影を用いて血栓を詳細に観察することに成功した。本手法では「血液は白、血栓は黒」と白黒二色で表現され客観性の高い評価が可能であった。ICGによるECMO回路の血栓検出法は、当院の倫理委員会に臨床研究として申請し、6例に実施した。開発した技術で3件の国内特許出願、2件の国際特許出願を行った。現在は共同研究契約を締結した医療機器企業と開発した技術の臨床導入に向けた準備を進めている。

[background] COVID - 19 パ ン デ ミ ッ ク early の 発 disease SARS - CoV - 2 は pneumonia の み な ら ず, ECMO を necessary と す に forced poor る acute respiratory syndrome to る ウ イ ル ス で あ っ た. Strong ま た infection す る と い blood clotting tendency を shown す た め, ECMO treatment に お い て loop を の thrombus コ ン ト ロ ー ル す る こ と に difficult 渋 し た. Author は ECMO loop の thrombosis to prevent blood clots, 検 technology を speed や か に be presently す る こ と が tight の subject で あ る と え test, medical professionals with joint research チ ー ム み を group, research 発 に 従 matter し た. ECMO thrombosis to prevent method 】 【 デ バ イ ス の anti thrombotic に masato し て は material や structure design な ど others 々 な time が な さ れ て き た が, thrombosis を に to completely prevent で き て い な い こ と が be shaped で あ る. そ こ で 従 to と は different な る fluid mechanics な ア プ ロ ー チ に よ る thrombosis to prevent method を test case し た. ポ ン プ に し seaborne て は イ ン ペ ラ を cycle for a minimal degree of 300 hz で す に add vibration る こ と で surface へ の coagulation factor の pay the を resistance against し, artificial lung に し seaborne て は イ ン ペ ラ back to planning several を adjustment し て flap flow を り, artificial lung internal の blood retention を to prevent す る method で あ る. い ず れ も 従 policy と seaborne competition to の thrombosis す る も の で は な く more に thrombosis to prevent unseen high を め る こ と を purpose と し て い る. Industrial city dealers telecentric ポ ン プ や Tokyo university が open 発 し た type magnetic 気 floating on the telecentric ポ ン プ に こ れ ら function を carry し, large animals be 験 に て 検 card し た. ポ thrombus 検 out method 】 【 ン プ の イ ン ペ ラ を dozens ミ ク ロ ン, dozens of Hz で vibration さ せ, こ の when の - a と current の 応 answer か ら ポ ン プ thrombus within を 検 out す る method を open 発 し た. ま た artificial lung の thrombus 検 out method と し て, イ ン ド シ ア ニ ン グ リ ー ン (ICG) on 蛍 optical imaging を use い て thrombus を detailed に 観 examine す る こ と に successful し た. This technique で され "blood is white and blood clots are black" と the two colors of white and black で represent され objectivity 観 high evaluation 価が possibility であった. ICGによるECMO circuit thrombus 検 removal method, current hospital <s:1> ethics committee に clinical study と て て application <s:1>, 6 cases に actual treatment た. Develop た technology で3 domestic patents and 2 international patents を った. Now は common research contracts concluded し を た medical machine enterprises と open 発 し た technology の clinical import に to け た prepare を into め て い る.

项目成果

異なるシステムを持つ体外循環回路の抗血栓性比較を目的とした急性動物実験モデルの提案

提议建立急性动物实验模型，以比较不同系统的体外循环回路的抗血栓特性

• 发表时间: 2021
• 作者: 櫻井啓暢;藤原立樹;大内克洋;土方 亘;井上雄介;水野友裕;荒井裕国
• 通讯作者: 荒井裕国

Real-time Visualization Of Thrombus Formation In An Extracorporeal Membrane Oxygenator Using Indocyanine Green Fluorescence.

使用吲哚菁绿荧光实时可视化体外膜氧合器中的血栓形成。

• 发表时间: 2021
• 作者: Sakurai Hironobu;Fujiwara Tatsuki;Ohuchi Katsuhiro;Hijikata Wataru;Inoue Yusuke;Mizuno Tomohiro;Arai Hirokuni
• 通讯作者: Arai Hirokuni

インドシアニングリーンを用いた人工肺のリアルタイム血栓検出法

吲哚菁绿实时人工肺血栓检测方法

• 发表时间: 2021
• 作者: 櫻井啓暢;藤原立樹;大内克洋;土方亘;井上雄介;水野友裕;荒井裕国
• 通讯作者: 荒井裕国

遠心ポンプの血栓検知・予防技術の開発とECMOへの応用

利用离心泵开发血栓检测/预防技术及其在ECMO中的应用

• 发表时间: 2021
• 作者: E. Nakao;H. Aoki;R. Majima;Y. Hashimoto;R. Shibata;M. Hayashi;S. Ohno-Urabe;A. Furusho;N. Nishida;S. Hirakata and Y. Fukumoto;土方亘，藤原立樹，大内克洋，井上雄介，丸山修，畠中晃平，田仲結衣，櫻井啓暢
• 通讯作者: 土方亘，藤原立樹，大内克洋，井上雄介，丸山修，畠中晃平，田仲結衣，櫻井啓暢

インドシアニングリーン蛍光造影を用いたECMO回路内の新しい血栓検出法とその応用

ECMO回路中吲哚菁绿荧光对比成像血栓检测新方法及其应用

• 发表时间: 2022
• 作者: Hojo Akihisa;Nakayama Hisashi;Okamura Yukiyasu;Higaki Tokio;Moriguchi Masamichi;Aramaki Osamu;Yamazaki Shitaro;Takayama Tadatoshi;角浜孝行;藤原立樹
• 通讯作者: 藤原立樹