医工学的方法論による小児用肺動脈弁の設計開発のためのシステム構築

使用生物医学工程方法构建设计和开发儿科肺动脉瓣的系统

• 批准号: 15J00531
• 负责人: 坪子 侑佑
• 金额: $ 1.22万
• 依托单位: Tohoku University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2015
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2015-04-24 至 2017-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-15J00531/
• 关键词: 右室流出路再建; 先天性心疾患; 人工弁; 人工血管; 血液循環シミュレーション; 小児右心循環; bulging sinus付ePTFE弁付導管; 循環シミュレーション

小児の先天性肺動脈狭窄に対する右室流出路再建に用いられるハンドメイドePTFE製3弁付導管においては、バルサルバ洞形状を模した構造（bulging sinus; BS）を弁基部導管壁に持たせることで、弁開放性能の向上、収縮期エネルギー損失の低減が期待できる。しかしながら、より小児肺循環に適応するためのBS形状について、その改良のための有効な設計指針は明らかになっていない。ePTFE製肺動脈弁付導管の形状最適化を目標とし、所有する拍動型小児右心循環シミュレータでの開放性能評価と合わせ、心収縮末期の弁葉閉鎖能に着目した静圧負荷試験による弁性能のトータル評価を実施した。オーバーフロータンクによって弁後流部側から任意の静圧を負荷できる試験装置を構築し、拍動下では観察が困難である導管壁面部の変形を高速度ビデオカメラで詳細に観測し、取得動画に対してOptical flowの手法を用いることで定量的に算出することを試みた。研究成果の概要として、構築した試験系によるePTFE弁の弁葉周辺挙動の定量評価が行いえた。導管への圧負荷増加時には弁葉接合部よりリークが生じるが、大型のBSを持たせた導管においては直管型導管や、臨床使用されるBS付ePTFE弁と比してリーク量が増大した。Optical flow解析から、内圧上昇に伴い導管壁面のBS縫合部の径方向への拡張が観測され、弁尖接合部の間隙が大きくなることでリークが増大することが示された。これまでに実施された模擬循環回路や動物実験結果からはBSの大型化による拍動下での弁葉開放挙動の促進効果が示されているが、今後、閉鎖時の導管変形および閉鎖時リークとのトレードオフを考慮することで、弁葉およびBS形状といった設計指標の相互作用を定量的に示しえる可能性が示された。

The right ventricular outflow pathway reconstruction in congenital pulmonary stenosis of small children is expected to reduce the loss of open performance and contraction period due to the bulging sinus (BS) structure of the base catheter wall. The design guidelines for the BS shape and improvement of the pulmonary circulation are clear. The purpose of optimizing the shape of the PTFE catheter is to evaluate the opening performance of the beating right cardiac circulation and the closing performance of the valve at the end of the cardiac contraction. The test device is constructed, and the shape of the duct wall surface is difficult to observe under beating. The high speed test device is used to measure in detail, obtain animation, and calculate the quantitative test device. A summary of the results of this study is presented in the paper, which is intended to provide a quantitative evaluation of the effects of the EPTFE on the structure of the test system. When the pressure load of the catheter is increased, the joint of the valve blade is increased, and the large BS catheter is maintained. When the catheter is straight, the clinical use of the BS PTFE increases. According to the Optical flow analysis, the radial expansion of the BS suture part on the catheter wall can be measured due to the increase in internal pressure, and the gap between the tip joint becomes larger, which shows that the gap increases. The simulation results of the loop simulation show the possibility of quantitative interaction between the design parameters of the blade and the BS shape when the BS is enlarged and the blade opening when the BS is closed.

项目成果

The Effect of Valsalva in the Pulmonary Prosthetic Conduit Valve on Hemodynamic Function in a Mock Circulatory System

人工肺导管瓣膜中的 Valsalva 对模拟循环系统血流动力学功能的影响

• 发表时间: 2015
• 作者: Tsuboko Y;Shiraishi Y;Matsuo S;Yamada A;Saiki Y;Yamagishi M;Yambe T
• 通讯作者: Yambe T

Effect of Valsalva in the Pulmonary Prosthetic Conduit Valve on Hemodynamic Function in a Mock Circulatory System

人工肺导管瓣膜中的 Valsalva 对模拟循环系统血流动力学功能的影响

• DOI: 10.1109/embc.2015.7318354
• 发表时间: 2015
• 期刊: Conference Proceedings IEEE Engineering in Medicine and Biology Society
• 作者: Tsuboko Y;Shiraishi Y;Matsuo S;Yamada A;Saiki Y;Yamagishi M;Yambe T
• 通讯作者: Yambe T

小児用ePTFE製3弁付き導管のbulging sinus形状最適化のための血行力学性能評価

儿科 ePTFE 三瓣导管凸窦形状优化的血流动力学性能评估

• 发表时间: 2016
• 作者: 坪子侑佑;白石泰之;三浦英和;井上雄介;山田昭博;平恭紀;池田純平;山岸正明;山家智之
• 通讯作者: 山家智之

Preclinical Approach for Improving the Shape Design of Paediatric Pulmonary Valved Conduit

改进儿科肺动脉瓣导管形状设计的临床前方法

• 发表时间: 2017
• 作者: Yusuke Tsuboko;Yasuyuki Shiraishi;Akihiro Yamada;Yasunori Taira;Yusuke Inoue;Tomoya Arakawa;Mitsuru Yuba;Sen Itsu;Tomoyuki Yambe
• 通讯作者: Tomoyuki Yambe

Recent Progress in the Study of the Cardio-Ankle Vascular Index (CAVI)

心踝血管指数（CAVI）研究最新进展

• DOI: 10.4172/2379-1764.1000145
• 发表时间: 2015
• 期刊: Advanced Techniques in Biology & Medicine
• 作者: Yambe T;Shiraishi Y;Miura H;Inoue Y;Tsuboko Y;Yamada A;Taira Y;Watanabe S;Kovalev YA;Milyagina IA;Maruyama M
• 通讯作者: Maruyama M