血液透析装置内部の物質輸送の計測

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透析器は,直径5センチ長さ25センチのアクリル製の円筒容器の中に、外直径230ミクロン内直径160ミクロンの中空糸が1万本格納されている。この構造は、現在では血液透析器に限らず、廃液処理器等全ての透析器に相似な構造となっている。中空糸の内部に血液が流れ、血液中の老廃物は透析膜である中空糸膜を濃度差と圧力差によって中から外へ透過して、中空糸の外側に流れる透析液(生理食塩水)に吸収される。中空糸膜の実効表面積は2平方メートル以上となり、腎臓の機能を失った人々が生存することが可能である。中空糸膜の外部を流れる透析液の流れが均一でないと、膜の実効表面積が低下して透析効率を下げることになる。透析液の均一性を非破壊的に調べる方法としては、X線CTが用いられてきた。X線撮影はバリウムの水溶液等の比重と粘度が生理食塩水とかけ離れている造影剤を必要とするため、本研究では核磁気共鳴NMRに空間分解を持たせたMRI(Magnetic Resonance Imaging)を用いて、透析液の流れが均一であることをX線CTよりもより鮮明な画像で明らかにできた。病院で用いられるMRIはX線を用いる放射線被爆がないことをX線CTに比べた長所としている。超微量のガドリニウム等の常磁性イオンの移動も追跡でき、造影剤の比重と粘度が生理食塩水に類似であるMRIのX線CTに比べた長所を定量的に明らかにできた。ある時刻より透析液の入り口より注入したガドリニウムイオンの移動を追跡した画像を数値流体力学で再現して、透析器内部の透析液の圧力分布をもとめることができた。