細径集積化センサデバイスによる肺内部での換気計測システム技術の開発

本研究では，肺内部での呼吸メカニズムを解明することを目的とし，呼吸状態を示す二つの物理量（「流量」と「圧力」）を計測可能にする「細径集積化センサデバイスを用いた換気計測システム技術」の実現を目指した。具体的には、今年度は細径センサデバイス開発を中心に、以下の研究課題を克服した。(1) 細径プローブ上での圧力センサと流量センサとの集積化：本テーマでは、直径数mmサイズの細径プローブによる二つの物理量計測を実現可能にするセンサ構造を検討した。その結果、銅張積層板上での流量センサと圧力センサの集積化以外の方法として、ピトー管構造を応用した細径センサデバイスを新たに提案した。先ずは二つの光ファイバー型圧力センサを用いてピトー管型細径センサデバイスを作製した。そしてそれを医療用バスケット鉗子とハイブリッド実装した。(2) 人工呼吸器を用いた細径集積化センサデバイス評価：本テーマでは、気道内径に応じたチューブ内（内径5.0 ～10.0 mm）に上記細径センサデバイスを挿入し流量検出に対する校正をした。また人工呼吸器の出口に気管支を模擬したチューブを形成し、その中に細径センサデバイスを挿入し、往復流下において呼気流量とチューブ内圧力の両物理量を取得できることを確認した。(3) 動物実験による直接的換気評価：本テーマでは、上記細径センサデバイス開発と併行して試作デバイスによる動物実験を行い、本計測手法の有用性を実証する医学的データを蓄積した。具体的には、上記で開発した細径センサデバイスをラットの気道内気流計測に適用した。まず、各圧力センサで全圧と静圧を測定し、校正曲線を用いて動圧から流量に変換した。その結果、本システムにて気道内での呼気流量と気道内圧力の両物理量を取得できることを確認した。なお、実験は動物実験の設備が整っている名古屋大学医学部にて実施した。

本研究では，肺内部での呼吸メカニズムを解明することを目的とし，呼吸状態を示す二つの物理量（「流量」と「圧力」）を計測可能にする「細径集積化センサデバイスを用いた換気計測システム技術」の実現を目指した。具体的には、今年度は細径センサデバイス開発を中心に、以下の研究課題を克服した。(1) 細径プローブ上での圧力センサと流量センサとの集積化：本テーマでは、直径数mmサイズの細径プローブによる二つの物理量計測を実現可能にするセンサ構造を検討した。その結果、銅張積層板上での流量センサと圧力センサの集積化以外の方法として、ピトー管構造を応用した細径センサデバイスを新たに提案した。先ずは二つの光ファイバー型圧力センサを用いてピトー管型細径センサデバイスを作製した。そしてそれを医療用バスケット鉗子とハイブリッド実装した。(2) 人工呼吸器を用いた細径集積化センサデバイス評価：本テーマでは、気道内径に応じたチューブ内（内径5.0 ～10.0 mm）に上記細径センサデバイスを挿入し流量検出に対する校正をした。また人工呼吸器の出口に気管支を模擬したチューブを形成し、その中に細径センサデバイスを挿入し、往復流下において呼気流量とチューブ内圧力の両物理量を取得できることを確認した。(3) 動物実験による直接的換気評価：本テーマでは、上記細径センサデバイス開発と併行して試作デバイスによる動物実験を行い、本計測手法の有用性を実証する医学的データを蓄積した。具体的には、上記で開発した細径センサデバイスをラットの気道内気流計測に適用した。まず、各圧力センサで全圧と静圧を測定し、校正曲線を用いて動圧から流量に変換した。その結果、本システムにて気道内での呼気流量と気道内圧力の両物理量を取得できることを確認した。なお、実験は動物実験の設備が整っている名古屋大学医学部にて実施した。