完全埋込型バイオロボティクス人工心筋の開発

开发完全植入式仿生机器人人工心肌

• 批准号: 17790938
• 负责人: 白石 泰之
• 金额: $ 2.05万
• 依托单位: Tohoku University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
• 财政年份: 2005
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2005 至 2006
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-17790938/
• 关键词: 心不全; 循環補助; 人工心筋; 形状記憶合金線維; 心筋制御; 熱解析; 形状記憶繊維

本研究では、バイオロボティクス先進技術を応用して心不全時の心筋の機能を補助する完全埋込型バイオロボティクス人工心筋を開発することを目的とした。平成18年度は、平成17年度に開発した人工心筋装置を、重量やサイズをほぼ同等としたままで、これまでの試作装置と同様に心室壁を囲む構造として胸腔内に完全に埋込可能な設計を具現化し、さらに人工心筋としての収縮可制御性をあわせて検討した。本年度の主たる成果は以下に示すごとくである。(1)胸腔内留置画可能な高機能収縮を実現する構造設計の具現化本装置の基本構成としたパラレルリンク機構は冗長系であり、構成する形状記憶合金線維の接線方向微小区間に対しては直線的に収縮変異を示すものの、収縮の起始点に対する装置全体機構の変位の方向は、骨格構造を内部に持たないため不定となる。心室壁面の収縮方向と開発した装置が胸腔内で充分な収縮能を発揮するためには、生体心臓の心筋走行構造と高い整合性を持つことが重要であると考え、健常成山羊の多層心筋バンド構造を模倣した3次元的な壁面収縮を可能とする設計を行い、システム重量や心室壁設置サイズをほぼ同等とした装置を試作した。(2)動物実験による適合制御可能性の検討麻酔開胸下の健常成山羊を用いた動物実験で開発した人工心筋の心血管系への血行力学的効果を調べ、新たな構造設計により、従来と同等の駆動電力に対して、拍出支援効率は高値をとることが示された。しかしながら、各種センサによるモニタリング結果からは、すでに循環系需要に充分な拍出能をもつ健常心臓に対する人工心筋のアクティブ補助では、自然心の収縮挙動が人工心筋補助と協働するかのごとく振る舞う可能性が示唆された。これらの成果は心不全や人工的循環補助下における自律神経系や血圧の応答をも含めて生体および人工心筋の収縮制御方法論を検討すべきであることを示したものと考えられた。

The purpose of this study is to improve the function of artificial muscle in patients with heart failure. In 2018 and 2017, the artificial heart muscle device was developed, and the weight of the artificial heart muscle device was equal to that of the experimental device. The experimental device and the structure of the ventricular wall were completely embedded in the thoracic cavity. The possible design was realized, and the contractibility of the artificial heart muscle was discussed. The main achievements of this year are as follows: (1)The basic structure of the device is composed of a long structure, a shape memory alloy wire dimension, a wire connection direction, a straight line, a contraction difference, a starting point, a position direction of the entire device mechanism, and an internal structure. It is important to develop a device with sufficient contraction energy in the thoracic cavity for the contraction direction and opening of the ventricular wall. It is important to develop a device with sufficient contraction energy in the thoracic cavity for the development of a cardiac muscle structure with high integration. It is important to examine and develop a multi-layered cardiac muscle structure for the development of a healthy heart. It is possible to design a device with sufficient contraction energy in the thoracic cavity for the development of a three-dimensional wall contraction. (2)The results of the development of artificial heart muscle and cardiovascular system and hemodynamics are adjusted, new structural design is proposed, and the same kinetic power is proposed. The results of the cycle system require sufficient energy to support the artificial heart muscle, and the possibility of artificial heart muscle vibration is indicated by the natural contraction of the heart muscle. These results include a review of the methodology for reducing the response of the autonomic nervous system and blood pressure to cardiac insufficiency and artificial circulatory subsidies, as well as the methodology for reducing the contraction of biological and artificial cardiac tendons.

项目成果

Development of an electrohydraulic myocardial assist system installed into the intercostal space

开发安装在肋间的电液心肌辅助系统

• 发表时间: 2005
• 期刊: Proc of APCMBE 2005 (CD-ROM)
• 作者: 植松美幸;白石泰之ほか;Shiraishi Y.et al.;Shiraishi Y.et al.
• 通讯作者: Shiraishi Y.et al.

Development of an artificial myocardial assist device using a sophisticated shape memory alloy fibre (Biometal)

使用精密形状记忆合金纤维（Biometal）开发人工心肌辅助装置

• 发表时间: 2006
• 期刊: Proc of 3rd World Congress on Biomimetics, Artificial Muscles ＆ Nano-Bio
• 作者: Shiraishi Y;et al.
• 通讯作者: et al.

Preliminary study on the functional reproduction of an artificial myocardium using covalent shape memory alloy fibre based on control engineering

基于控制工程的共价形状记忆合金纤维人工心肌功能复制初步研究

• 发表时间: 2006
• 期刊: IEEE Proceedings of SICE-ICCAS 2006 06TH8879C(CD-ROM)
• 作者: Shiraishi Y;et al.
• 通讯作者: et al.

Development of an Artificial Myocardium using a Covalent Shape-memory Alloy Fiber and its Cardiovascular Diagnostic Response

• DOI: 10.1109/iembs.2005.1616431
• 发表时间: 2005
• 期刊: 2005 IEEE Engineering in Medicine and Biology 27th Annual Conference
• 作者: Y. Shiraishi;T. Yambe;K. Sekine;N. Masumoto;J. Nagatoshi;S. Itoh;Y. Saijo;Q. Wang;H. Liu;S. Nitta;S. Konno;D. Ogawa;P. Olegario;M. Yoshizawa;A. Tanaka;F. Sato;Y. Park;M. Uematsu;M. Higa;Y. Hori;T. Fujimoto;K. Tabayashi;H. Sasada;M. Umezu;D. Homma

心臓血管系に整合する人工血管開発のための医工学的評価手法

开发与心血管系统相容的人造血管的医学工程评价方法

• 发表时间: 2006
• 期刊: 適応医学 10 (2)
• 作者: 和田由美子;白石泰之ほか;白石泰之ほか;白石泰之ほか
• 通讯作者: 白石泰之ほか