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

开发用于呼吸循环支持装置安全性评估的心血管血流模拟器

• 批准号: 22K12906
• 负责人: 築谷 朋典
• 金额: $ 2.58万
• 依托单位: National Cardiovascular Center Research Institute
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• 财政年份: 2022
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2022-04-01 至 2025-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22K12906/
• 关键词: 補助循環; 補助人工心臓; ECMO; 数値流体力学; 可視化; 循環器; カニューレ

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。

这项研究旨在开发用于评估呼吸道循环辅助装置安全性的炎症血管内血流模拟器，并从医学工程的角度提供有关方法的指南，以确保在呼吸道循环衰竭患者中佩戴呼吸道循环辅助设备时安全性。在对插入体内的插管的研究中，为ECMO和人造心脏提供呼吸和循环辅助，我们构建了计算流体动力学软件环境，并为用于临床使用的ECMO插管创建了形状模型。此外，作为预测通过使用计算流体力学计算进行套管性能和空化恶化的基本数据，当将ECMO套管插入模拟循环电路中时，并在模拟临床使用的条件下驱动，在临床使用中驱动，流速和压力分布在液态流的尖端或侧孔处。结果表明，在带有侧孔的插管中，流动主要是从距离套管尖端最远的孔中流动的，并且在尖端附近，由于侧孔，插管内的压力梯度消失了，并且从外部流动的液体流量几乎完全消除。在将长套管插入大弹性静脉的情况下，套管相对于容器壁的位置关系对外力敏感，并且已经发现在进行分析时必须做出许多假设。此外，我们研究了示踪剂方法的效果，该方法允许清楚地显示插管插入的心室模型或血管模型表面上的流动方向，并通过将混合珍珠粉混合的液体循环，可以宏观地观察到复合物。可以观察到辅助人造心脏内部的观察以去除泵外的流量，并且已证明它可用于验证数值计算结果的有效性。