呼吸循環補助装置の安全性評価に有用な心臓血管内血流シミュレーターの開発

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本研究は呼吸循環補助装置の安全性評価に有用な心臓血管内血流シミュレーターを開発し、呼吸循環不全患者に呼吸循環補助装置を装着する際の安全性を担保する方法等について医工学的観点から指針を提示することを目的としている。ECMO及び補助人工心臓による呼吸・循環補助を施行するために体内に挿入される管（カニューレ）を対象として研究を進める上で，数値流体力学ソフトウェア環境の構築を行い、臨床使用されているECMO用カニューレに関してその形状モデルを作製した。また、数値流体力学による数値計算によりカニューレの性能低下，キャビテーション発生を予測するための基礎データとして、模擬循環回路にECMO用カニューレを挿入して臨床 ECMO使用を模擬した条件で駆動した場合に、液体が流入するカニューレ先端あるいはサイドホールにおける流速・圧力分布の計測を行った。その結果、サイドホールを持つカニューレにおいては、流れは主に最もカニューレ先端から遠い孔から流入しており、先端付近ではサイドホールによってカニューレ内の圧力勾配が消失し、外部から流入する液体の流量はほとんどなくなっていることが示された。弾力の大きな静脈に長いカニューレが挿入されている状況では、血管壁に対するカニューレの位置関係が外力に敏感であり、解析を行うにあたっては多くの仮定を設ける必要があることが明らかとなった。また、カニューレの挿入された心室モデルあるいは血管モデルの表面における流れの向きを明瞭に表示することができるトレーサ法の効果について検討を行い、パール粉を混入した液体を循環させることによって複雑な流れの巨視的な観察が可能であった。補助人工心臓内部の観察によってポンプ外部での流れの剥離が観察でき、数値計算結果の妥当性検証にも活かすことが出来る可能性が示された。