梅津 光生 (ウメヅ ミツオ)

写真a

所属

理工学術院

職名

名誉教授

ホームページ

http://www.umezu.mech.waseda.ac.jp/

学内研究所等 【 表示 / 非表示

  • 2020年
    -
    2022年

    理工学術院総合研究所   兼任研究員

学位 【 表示 / 非表示

  • Tokyo Women's Medical University   Doctor of Medical Science

  • 東京女子医科大学   医学博士

  • Waseda Unversity   Doctor of Engineering

  • 早稲田大学   工学博士

所属学協会 【 表示 / 非表示

  •  
     
     

    ライフサポート学会

  •  
     
     

    日本機械学会

  •  
     
     

    日本人工臓器学会

  •  
     
     

    国際人工臓器学会

 

研究分野 【 表示 / 非表示

  • 機械力学、メカトロニクス

  • 生体材料学

  • 生体医工学

研究キーワード 【 表示 / 非表示

  • 医用機械工学、人工臓器工学

論文 【 表示 / 非表示

  • 異なる機械式弁を組み込んだ拍動型補助人工心臓のin-vitro溶血性能比較評価,

    松橋祐輝, 岩崎清隆, 高橋東, 平田麻由紀, 梅津光生

    第42回人工心臓と補助循環懇話会学術集会 プログラム・抄録集     137  2114年03月

  • Investigation of adverse events associated with an off-label use of arterial stents and CE-marked iliac vein stents in the iliac vein: insights into developing a better iliac vein stent

    Shida, Takuya, Umezu, Mitsuo, Umezu, Mitsuo, Iwasaki, Kiyotaka, Iwasaki, Kiyotaka

    Journal of Artificial Organs     1 - 7  2018年02月

     概要を見る

    © 2018 The Japanese Society for Artificial Organs We analyzed the adverse events associated with an off-label use of arterial stents and CE-marked iliac vein stents for the treatment of iliac venous thromboembolism and investigated their relationships with the anatomical features of the iliac vein, to gain insights into the development of a better iliac vein stent. Reports of adverse events following the use of stents in the iliac vein were retrieved from the Manufacturer and User Facility Device Experience (MAUDE) database that contain suspected device-associated complications reported to the Food and Drug Administration. Data from 2006 to 2016 were investigated. The literature analysis was also conducted using PubMed, Cochrane Library, EMBASE, and Web of Science focusing on English articles published up to 4 October 2016. The analysis of 88 adverse events from the MAUDE database and 182 articles from the literature revealed that a higher number of adverse events had been reported following the use of arterial stents in the iliac vein compared to CE-marked iliac vein stents. While stent migration and shortening were reported only for the arterial stents, stent fracture and compression occurred regardless of the stent type, even though a vein does not pulsate. A study of the anatomical features of the iliac vein implies that bending, compression, and kink loads are applied to the iliac vein stents in vivo. For designing, developing, and pre-clinical testing of stents intended for use in the iliac vein, the above mechanical load environments induced by the anatomical features should be considered.

    DOI

  • Real-time visualization of thrombus formation at the interface between connectors and tubes in medical devices by using optical coherence tomography

    Yuki Matsuhashi, Kei Sameshima, Yoshiki Yamamoto, Mitsuo Umezu, Kiyotaka Iwasaki

    PLOS ONE   12 ( 12 )  2017年12月  [査読有り]

     概要を見る

    Background
    Blood-contacting devices have contributed to improving the treatment of patients. However, thrombus formation at the interface between a connector and tube is still a potential source of thrombus-related complications that induce stroke or myocardial infarction. We aimed to develop a non-blood-contacting real-time method for visualizing thrombus formation, and to experimentally investigate the time-dependent phenomenon of thrombus formation at the interface between a connector and a tube in a medical device.
    Methods and findings
    An optical coherence tomography device with a center wavelength of 1330 nm was used to visualize thrombus formation during porcine blood circulation for 50 min in a closed 50-mL circulation system isolated from ambient air. The thrombus formation sites at the interface between a tube and connector were visualized. The area of the thrombus formation at the interface between the inlet of the connector and the tube was found to be 0.012 +/- 0.011 mm 2. Conversely, at the interface between the outlet of the connector and the tube, the area was found to be 0.637 +/- 0.306 mm(2). Thus, significantly larger amounts of thrombus were formed at the outlet interface (p < 0.01). The thrombus formation area at the outlet interface increased over time. Conversely, the area of thrombus formation showed repeated increasing and decreasing behavior at the inlet interface. Flow visualization with particle image velocimetry showed the presence of a flow separated area in the minimal flow phase at the inlet interface and a large recirculating slow flow region at the outlet interface in the minimal flow phase. These data suggested that the recirculating stagnant flow region contributed to thrombus growth.
    Conclusions
    The method presented here was effective in quantitatively assessing time-dependent phenomena of thrombus formation at the connector-tube interface. The method may contribute to the assessment of thrombogenicity of a novel design of connector.

    DOI PubMed

  • Investigation of the influence of fluid dynamics on thrombus growth at the interface between a connector and tube

    Yuki Matsuhashi, Kei Sameshima, Yoshiki Yamamoto, Mitsuo Umezu, Kiyotaka Iwasaki

    JOURNAL OF ARTIFICIAL ORGANS   20 ( 4 ) 293 - 302  2017年12月  [査読有り]

     概要を見る

    Thrombus formation at the interface between connectors and tubes is a potential risk factor for complications. We investigated time-dependent relationships between formation of thrombus and hemodynamic factors at the interface between connectors and tubes using optical coherence tomography (OCT) under pulsatile flow. A swept-source OCT with the center wavelength of 1330 nm was employed. The sequential process of thrombus formation at the interface of connectors and tubes in the inlet and outlet was investigated. Connectors with and without tapers were tested using identical 50-ml air-contactless circuits. Fresh human blood from healthy volunteers was circulated under pulsatile flow. Thrombus initially formed at the interface between the connector tip and the tube. Geometries of thrombus growth were different between the 2 connectors, and between the inlet and the outlet. Growth of thrombus was observed at the interface between the connectors and tubes over time in 60 min circulation, except at the outlet part of connector without tapers. At the connector without tapers outlet, thrombus propagation length from the connector edge toward the flow downstream was comparable at 10 and 60 min (0.55 +/- 0.35 vs. 0.51 +/- 0.32 mm, p = 0.83). Analysis using particle image velocimetry showed the presence of a flow reattachment point 1.5 mm downstream from the connector edge. These results suggest that the flow reattachment point inhibits downstream thrombus growth. We quantitatively demonstrated sequential thrombus process at the interface between the connectors and tubes under pulsatile flow of human blood using OCT.

    DOI

  • A three-dimensional strain measurement method in elastic transparent materials using tomographic particle image velocimetry

    Azuma Takahashi, Sara Suzuki, Yusuke Aoyama, Mitsuo Umezu, Kiyotaka Iwasaki

    PLOS ONE   12 ( 9 )  2017年09月  [査読有り]

     概要を見る

    Background
    The mechanical interaction between blood vessels and medical devices can induce strains in these vessels. Measuring and understanding these strains is necessary to identify the causes of vascular complications. This study develops a method to measure the threedimensional (3D) distribution of strain using tomographic particle image velocimetry (Tomo-PIV) and compares the measurement accuracy with the gauge strain in tensile tests.
    Methods and findings
    The test system for measuring 3D strain distribution consists of two cameras, a laser, a universal testing machine, an acrylic chamber with a glycerol water solution for adjusting the refractive index with the silicone, and dumbbell-shaped specimens mixed with fluorescent tracer particles. 3D images of the particles were reconstructed from 2D images using a multiplicative algebraic reconstruction technique (MART) and motion tracking enhancement. Distributions of the 3D displacements were calculated using a digital volume correlation. To evaluate the accuracy of the measurement method in terms of particle density and interrogation voxel size, the gauge strain and one of the two cameras for Tomo-PIV were used as a video-extensometer in the tensile test. The results show that the optimal particle density and interrogation voxel size are 0.014 particles per pixel and 40 x 40 x 40 voxels with a 75% overlap. The maximum measurement error was maintained at less than 2.5% in the 4-mmwide region of the specimen.
    Conclusions
    We successfully developed a method to experimentally measure 3D strain distribution in an elastic silicone material using Tomo-PIV and fluorescent particles. To the best of our knowledge, this is the first report that applies Tomo-PIV to investigate 3D strain measurements in elastic materials with large deformation and validates the measurement accuracy.

    DOI PubMed

全件表示 >>

書籍等出版物 【 表示 / 非表示

  • 人工臓器で幸せですか?

    梅津光生

    コロナ社  2005年10月

産業財産権 【 表示 / 非表示

  • 無細胞化方法及び人体移植用人工組織

    太田 友博, 岩崎 清隆, 梅津 光生

    特許権

  • 生体組織の処理方法及び生体組織

    6078838

    岩崎 清隆, 梅津 光生

    特許権

  • 血液適合性等の評価用の実験方法

    5561130

    岩崎 清隆, 梅津 光生, 東宮 裕人, 利根川 明宏, 宮川 充

    特許権

  • 模擬血管製造用のモールド、模擬血管の製造方法、及び模擬血管

    4974253

    田中 隆, 岩崎 清隆, 梅津 光生

    特許権

  • 移植用人工弁尖及びその製造方法

    梅津 光生, 岩崎 清隆, 尾崎 重之

    特許権

全件表示 >>

受賞 【 表示 / 非表示

  • 2011 JBSEGRAPHICS OF THE YEAR AWARD

    2012年03月  

  • Excellent poster award(ISOMRM ,Taiwan)

    2010年11月  

  • 日本バーチャルリアリティ学会論文賞

    2010年09月  

  • Young Investigator Award 1st Praze:11th international congress of the IUPESM,T Yagi, S Wakasa, N Tokunaga, Y Akimoto, M Umezu

    2009年09月  

  • Outstanding paper award: The 13th International Conference Biomedical Engineering, K Iwasaki, S Tsubouchi, Y Hama, m Umezu: Successful reproduction of In-Vitro fracture of an endovascular stent in superficial femoral artery utilizing a novel multi-loading

    2008年12月  

全件表示 >>

共同研究・競争的資金等の研究課題 【 表示 / 非表示

  • 非臨床性能評価を深化する超小型血液循環シミュレータの開発

    研究期間:

    2018年04月
    -
    2021年03月
     

     概要を見る

    研究代表者(梅津)の40年間にわたる“血液循環シミュレータ”開発の総仕上げとして、従来の約1/6 のスケールで新鮮血を循環させる“超小型血液循環シミュレータ”の開発を目指す。2つの新規医療機器(冠動脈用ステントおよび塞栓コイル)それぞれを開発中のシミュレータに挿入し、その機器性能が患者に使用した際の状況と限りなく近づくまでシミュレータの性能向上を図る。従来は、一巡の回路の一部を分岐させて新規医療機器の性能評価をしていたが、このミニ循環の手法により、機器ごとに血圧・血流条件を正確に設定できるので、適正使用法やリスク対応がより明確化できる。そして最終年には、厚生労働省が出す評価法ガイドライン、JIS規格、ISO規格に活用される装置の開発を目指す。これにより産官学それぞれに対して有用となる“血液循環シミュレータ”ができると考えており、新規医療機器の品質の保証、安全性と有効性確認の今まで以上に科学的根拠に基づいた方法論が確立できる。本年度は、開発した超小型血液循環シミュレータを塞栓コイルの性能試験用として活用し、シミュレータの性能を明確化することを目的として、ブタ鮮血を循環させた回路に設計の異なる3種類の塞栓コイル(以下コイル)を留置し、3次元留置形態が留置後の血流量、コイル前後の圧較差に及ぼす影響を評価した。その結果、水を用いた実験では明らかにすることができない血栓の形成を踏まえたうえでの、デバイスの設計の違いがコイル留置後の血流量の変化、コイル前後の圧較差や塞栓するまでに要する時間に影響を及ぼすことを明らかにすることができた。さらには、臨床では分析が困難である設計の違いがコイル留置部における血栓の形成と成長の仕方についても分析することができ、開発した回路の有用性を明確化することができた。本年度には、開発した超小型血液シミュレータにブタ鮮血を循環し、塞栓コイルを対象とした性能試験を実施した。本試験では、塞栓コイルという手技を伴うデバイスを対象としたため、試験結果対する留置手技の影響をいかに考慮するかが課題の一つであった。この課題に対して、留置後のコイルをマイクロCTで撮像し留置形態の分析を行うと共に、粒子画像流速計測法を用いた流れの可視化の結果を組み合わせて分析・評価することで研究を前進させることができたため、今後の研究をより円滑に進められる。超小型血液シミュレータの非臨床評価ツールとして新規医療機器評価に使えることを明らかにし、評価法ガイドライン、JISへの活用を図る

  • 僧帽弁狭窄に対するステントレス僧帽弁置換術の安全性と有効性の評価:多施設共同研究

    研究期間:

    2017年04月
    -
    2021年03月
     

     概要を見る

    僧帽弁狭窄症に対するステントレス僧帽弁の安全性と効果について他施設共同研究としてプロトコールを作成していたが、先行して先進医療として進んでいた、僧帽弁閉鎖不全に対するステントレス僧帽弁の他施設研究において、エントリーした患者6例のうち、4例においてステントレス僧帽弁に対する再手術を余儀なくされたため、先進医療の中止を申請し、受理された。従って、当研究における僧帽弁狭窄症におけるステントレス僧帽弁についても先進医療として申請することは困難となり、研究計画を大幅に変更せざるを得なくなった。目的としては本来の目的とは違わず、ステントレス僧帽弁置換術の安全性と有効性の評価ではあるが、研究計画としては後ろ向きレジストリー研究とし、先進医療が開始されるまでの症例に関して、早期から遠隔期のデータ、特に心エコーデータを集積し、ステントレス僧帽弁置換術の安全性と有効性を評価することにより、目的を遂行することとした。その趣旨に従って新しく研究計画を立て直した。僧帽弁狭窄症に対するステントレス僧帽弁の安全性と効果について他施設共同研究としてプロトコールを作成していたが、先行して先進医療として進んでいた、僧帽弁閉鎖不全に対するステントレス僧帽弁の他施設研究において、エントリーした患者6例のうち、4例においてステントレス僧帽弁に対する再手術を余儀なくされたため、先進医療の中止を申請し、受理された。従って、当研究における僧帽弁狭窄症におけるステントレス僧帽弁についても先進医療として申請することは困難となり、研究計画を大幅に変更せざるを得なくなった。当初の研究計画を変更し、後ろ向きレジストリー研究にし、研究計画を作成した。それに従って、ステントレス僧帽弁で手術を受けた患者のうち、先進医療開始前の症例のレジストリーを作成し、後ろ向きに心エコーデータを解析することによって、ステントレス僧帽弁の安全性、有効性を評価する

  • vECM-ナノグラフェン複合基質の創製によるiPS細胞由来機能的心室筋組織の構築

    研究期間:

    2017年04月
    -
    2020年03月
     

     概要を見る

    本年度は本研究の最終実施年度ともあり、これまでの研究成果の集成と目標達成に向けて研究計画に従い下記の研究実績を得た。1. ヤギ心室組織細胞外マトリックスのハイドロゲル(vECMgel)を培養基質のベースとし、その構造力学特性と電気伝導特性を向上させるため新たな複合ナノグラフェン薄膜電極(PEDOT:PSS-nGraphene-latex電極)を開発し包埋した。ナノグラフェン薄膜の形状パターンの最適設計などにより応力・電気刺激の印加によってその生化学・構造・電気特性を調節し、心筋分化に適応する培養基質(vECMgel+nGraphene基質)を創製した。2.培養細胞に動的ひずみ及び電気刺激を同時に印加できるバイオリアクターを開発し、培養分化実験を行った。免疫蛍光染色により観察を行い、成熟心筋細胞マーカーcTnT、心室筋細胞マーカーMLC2vの発現が確認された。3. 上記のvECMgel+nGraphene基質上でヒトiPS細胞から系統的に心筋細胞系に分化誘導を行った。心筋細胞マーカーcTnTと心室筋細胞マーカーMLC2vの蛍光染色によって全てのvECMゲル上でのサンプルがコントロールのMatrigelコーティング上のものより高い発現傾向を確認し、遺伝子解析に関してもcTnTの発現は3種のvECMゲル上で有意に確認できた.特に100mM EDAC-12.5mg/mL vECMゲル上でヒトiPS細胞を心筋細胞への分化について,心筋細胞への分化が促進される傾向にあることが示唆された。4. 中間モジュールに積層などの技法による3次元培養ではvECMgel+nGraphene基質上の2次元培養より更なる階層的構造を有する心室筋再生組織の構築とヒトiPS細胞の分化‐選択‐組織構築の一連の過程を一貫して統合的な機能的再生心室筋組織の創出可能性を示唆した

  • 新規治療機器を実臨床に導入時に有効な循環シミュレータの開発

    研究期間:

    2015年04月
    -
    2018年03月
     

     概要を見る

    本研究では、研究代表者が有する体循環シミュレータ(流体循環モデル)の技術を活かし、生体という“不確定要素のかたまり”を相手に,国産人工弁,経皮的大動脈弁,生体吸収性ステントの3種類の新規治療機器(うち2種は国産)による医療行為が臨床現場で効果的に発揮できるような“循環シミュレータ”の評価装置の開発を行うことを目的とする.本研究の成果は,リアルワールドでは分析困難な事象についての解決策立案の一助となり,より安全な機器の選択や使用方法の提案、革新的な医療機器の開発・改良と共に安心安全な医療の提供に貢献する

  • 広領域循環シミュレータによる脳血管血行再建術支援のための血流制御機構の解明

    研究期間:

    2015年04月
    -
    2018年03月
     

     概要を見る

    脳血行再建術は、脳動脈瘤や虚血性脳血管障害に対する確立された外科治療であるが、術後の血行動態を予測することが困難であるという問題点がある。本研究では位相コントラストMRI(PC-MRI)による脳血管血流計測、PET/SPECTによる脳組織血流計測、数値流体力学(Computational Fluid Dynamics)によるシミュレーション技術を統合して、脳血行再建術後の局所における調節機構と脳全体の血流再配分機構のメカニズムの一端を解明した。本研究の成果は術後の血行動態を再現する広領域脳血流シミュレータの開発に結びつくもので、脳血行再建術の治療成績の向上に貢献するものである

全件表示 >>

講演・口頭発表等 【 表示 / 非表示

  • Our trial on biomedical engineering research and education system related to medical regulatory science,

    7th WACBE World Congress on Bioengineering  

    発表年月: 2015年07月

  • My 40 years journey for a development of artificial hearts and clinical application,

    ASCC 2015 10th Asian Control Conference  

    発表年月: 2015年06月

  • CFDが開く血流解析の新時代第,

    30回日本脳神経血管内治療学会ランチョンセミナー講演  

    発表年月: 2015年03月

  • 東京女子医科大学・早稲田大学連携先端生命医科学研究施設(TWIns)の取り組みについて

    医工連携シンポジウムinあきた2015,  

    発表年月: 2015年02月

  • 循環器系DRYラボセンターを駆使した治療リスクの低減システム構築と人材育成,

    平成26年度厚生労働科学研究事業研究成果発表会,  

    発表年月: 2015年02月

全件表示 >>

特定課題研究 【 表示 / 非表示

  • ステントレス僧帽弁の世界初の臨床応用を通じた医工学評価・予測技術の体系化

    2013年  

     概要を見る

    我国の僧帽弁手術は半数が人工弁置換、残りは外科的トリミングによる弁形成術である。僧帽弁置換術においては、人工弁置換による左心室機能の低下、弁輪サイズの制限や長期間の抗凝固療法といった課題が残されている。このような状況を改善するために加瀬川均医師(榊原記念病院)と共に考案したのがヒト僧帽弁構造と類似した構造を有するステントレス僧帽弁(NORMO弁)である。ステントレス僧帽弁は弁尖がステントに拘束されることなく、弁膜・乳頭筋の連続性が保持されるという世界に類を見ない独創的な人工弁である。この弁は榊原記念病院と京都府立医大の心臓血管外科、循環器内科との共同研究で合計8例の患者に臨床を実施している。いずれの症例でも逆流は劇的に解消し、弁前後の圧較差は低く維持され、現在まで良好な経過で推移している。一方で、心臓内科医によるエコー検査によれば術直後と比較すると狭窄気味であると指摘された症例もあり、手術場での手造りのため、品質にばらつきがあることが考えらえる。このばらつきの要因としては、(A) NORMO弁のデザインまたはマテリアル由来、(B) 心機能のリモデリング由来、(C) 外科手技の術技由来の3点が考えらえる。本研究では(A) マテリアル由来に注目し生体材料の構造力学解析手法の確立に取り組んだ。特に、NORMO弁に負荷するひずみを実験的・数値的に明らかにするため、(1) 多粒子トラッキングを用いた非接触でのひずみ分布計測法の検討、(2) 有限要素法を用いたひずみ分布算出のための解析条件の検討を行った。以下にその結果を概略する。(1) 多粒子トラッキングを用いたひずみ測定方法の検討 φ60mmの円形に切出した未処理のウシ心膜に銅粒子(90~150μm)を等間隔に付着させ、荷重を与える前後の粒子の形状および分布の変化をマイクロCTで撮像し画像解析によりひずみを測定した。その結果、中央部で最大ひずみ(0.249)が発生することが明らかになった。実験で用いたモデルに対し有限要素法を適用してひずみを算出し比較した。その結果、心膜中央部では同様の傾向を得た。一方で、心膜固定の縁付近では異なるひずみの傾向を示すことが明らかとなった。これは検査領域が粗く、表面積算出時の誤差が大きいことが要因と考えられ、検査領域を狭めることにより高精度での測定が可能であることが考えられる。以上より、生体材料のひずみ測定に多粒子トラッキングを使用できることが示唆された。(2) 有限要素法を用いたひずみ分布算出のための解析条件の検討 ウシ心膜製のNORMO弁を空気圧にて閉鎖することにより、NORMO弁閉鎖時のひずみ解析モデルを取得した。形状はマイクロCTにて3次元的に計測し、得られたデータを基に3次元立体構築ソフトMimicsを用いて構築した。モデルの前尖と後尖は分離してあり、臨床の弁に近い構造とした。有限要素解析時の境界条件として弁輪、脚部先端を完全固定とし、左心室内圧を考慮して弁葉に120 mmHgの圧力を作用させた。エレメントサイズと次数の異なるメッシュ条件で解析を行い相当応力の最大値の比較を行った。その結果、エレメントの次数によって前尖の弁葉では相当応力に最大18%の差が生じることが明らかとなった。エレメントサイズを0.4 mmから0.2 mmに変更しても、相当応力の値は0.4 mmの2次要素を使用した結果と一致しなかったことから、エレメントの次数が解析結果に影響を与える要因の一つであることが明らかとなった。また、NORMO弁では前尖の脚部に最大応力が発生する可能性が高いことが判明した。 以上の結果から、ステントレス僧帽弁の臨床応用を通じて明らかとなった課題に対する医工学評価・予測技術の体系化に向けた基礎を構築した。

  • 医療レギュラトリーサイエンスの学問構築を支える究極型循環シミュレータの開発

    2012年  

     概要を見る

     日本胸部外科学会の報告では,弁膜症手術数は1997年から2009年の間に約2倍に増加しており,弁膜症外科治療の重要性は今後も増していくと考えられる.僧帽弁置換術においては,人工弁置換による左心室機能の低下,弁輪サイズの制限や長期間の抗凝固療法といった課題が残されている.このような状況を改善するために加瀬川均医師(榊原記念病院)が考案されたのがヒトの僧帽弁構造と類似したステントレス僧帽弁(NORMO弁)である.ステントレス僧帽弁は弁膜・乳頭筋の連続性が保持され,弁尖がステントに支持されないという世界に類をみない独創的な人工弁である.本研究では,ステントレス僧帽弁の流体性能を評価するため, 空気圧駆動装置を内蔵した拍動型循環シミュレータを用いて (1)機械弁とステントレス僧帽弁の流量性能比較評価,(2)弁吻合位置が拍出流量に与える影響の検討,(3)弁葉の形状が流量性能に与える影響の3点を検討した.以下にその結果を概説する.(1)機械弁とステントレス僧帽弁の流量性能比較評価 ステントレス僧帽弁の普及を目指し開催されたトレーニングセミナーにより,未経験医師が初めて製作した弁を用い性能評価を行った結果,比較対象とした機械弁(N=7)の平均流量は3.55±0.12L/minであったのに対して,加瀬川医師が製作したステントレス僧帽弁(N=8)の平均流量は4.72±0.35L/minと圧倒的に高い流量を拍出できることがわかった.一方,未経験医師が製作したステントレス僧帽弁4個はそれぞれ4.32 L/min,3.85 L/min,3.64 L/min, 3.35L/minであり,ばらつきがあった.しかし,未経験医師が製作したステントレス僧帽弁1個を除き,すべての弁が機械弁と同等以上の性能を示した.低流量であった弁に関しては,外科的に弁葉に改良を加えたことで流量が3.75L/minとなり,機械弁と同等以上の流量が確保できた.(2)弁縫合位置が拍出流量に与える影響の検討 ステントレス僧帽弁植え込み時における乳頭筋部への縫合位置が拍出流量に与える影響を検討した結果,縫合位置が心臓壁側において流量が最大となり,ステントレス僧帽弁の乳頭筋への縫着位置は現在採用されている心臓壁側が妥当であることが判明した.(3)弁葉の形状が拍出流量に与える影響の検討 ステントレス僧帽弁の弁葉の形状が拍出流量に与える影響を検討した結果,弁葉の切り込み形状を2~8mmの範囲で変えても弁性能は3.44~3.81L/minで大きな影響を与えないことが分かり,未経験医師でも十分に性能の良好な弁を製作できることが判明した.以上のごとく,循環シミュレータの応用の一つとして,新しいコンセプトのステントレス僧帽弁(NORMO弁)の非臨床データとしての特性の位置づけができたものと考えている.

  • 先進医療の長期効果の予測を目指した究極の血液循環シミュレータの提案

    2010年   岩崎清隆, 八木高伸

     概要を見る

    東洋紡績社製補助人工心臓の弁にはSORIN-Carbocast弁(以下,SC弁)が使用されていたがSC弁の生産中止に伴いMedtronic-Hall弁(以下,MH弁)への移行が行われた.ここでは,シミュレータにより弁変更に伴う人工心臓の水力学・溶血特性を調査した.臨床使用のカニューレを模擬したWindkessel回路を用いて,SC弁及びMH弁の性能比較を行った.収縮期時間比のみ20~60%の範囲で変化させ,平均拍出流量と弁近傍の水撃値を計測した.水力学試験の結果に基づき,a)2種の弁において最大拍出流量が得られる駆動条件,b)収縮時間比を下げて2種の弁の流量が同一になる駆動条件で溶血量の比較を行った.豚新鮮血を使用し開始5分後及び1時間ごとの血漿遊離ヘモグロビン濃度,溶血量を示す指標として6時間後のN.I.H (Normalized Index of Hemolysis) を計測した.最大拍出時にMH弁の方が流量で12%,水撃値で14%高値を示し全体的にもMH弁の方が高値を示した.しかし,2種の弁において同一流量が得られる収縮時間比での水撃値はMH弁がSC弁よりも約20%低減した.a)の条件ではMH弁がSC弁よりも72%高値を示した.しかしb)の条件でのMH弁のN.I.H値は0.03g/100Lで,最大拍出時と比べ約33%の低減をすることができた.また,SC弁との比較では約16%高い結果となった.MH弁はSC弁と比較して拍出性能が高いため収縮時間比を下げて駆動してもSC弁使用時の拍出性能を維持でき,かつ水撃の低減を通じて溶血を低く抑えることができる.臨床においてSC弁よりも低い収縮時間比での駆動が適切であると結論づけられた.

  • 臨床医学に直接貢献する外科手術訓練用多層血管モデルの開発

    2007年  

     概要を見る

    近年、心臓外科領域においては患者、心臓外科医の双方にとってリスクのない方法による、基本的な心臓外科手術手技の日常的訓練手段が求められている。WETLABとは、解凍ブタ心臓を用いた訓練手段であり、生体組織の感触が得られるメリットがあるが、衛生面、および準備等の煩雑さに課題があるため、病院内での日常的訓練手段としては普及が困難である。当研究室では、日常的訓練を実現するため、解凍ブタ心臓を高分子製血管モデルで代替した冠動脈バイパス訓練装置を開発してきた。本研究では、訓練用冠動脈モデルの精密な機械的強度の調節手段を確立するため、シリコーンゴムの均一材料により成形された単層構造の従来型高分子製血管モデルの多層化を行った。具体的には以下の方法により研究を行った。(1)

  • 機械式血液循環シミュレータによる脳動脈瘤の治療支援技術の確立

    2007年  

     概要を見る

     脳動脈瘤の破裂は,血流による力学的な刺激が関与していると考えられている.現在の臨床では,瘤を発生部位や大きさ等から評価しており,血流の影響を踏まえた瘤破裂の予測評価技術の確立が求められている.そこで本研究では,破裂及び未破裂瘤4症例の瘤内流れを比較し,破裂に影響を与える流れ要素を検討した.(1)実験対象の選定とモデル内流れの可視化実験対象は,①破裂瘤:72歳 最大瘤径6mm②未破裂瘤:54歳 最大瘤径16mm ③未破裂瘤:64歳 最大瘤径11mm ④未破裂瘤:60歳 最大瘤径9mm の4症例とした.これらの3D-DSAデータを内部形状としたシリコーンモデルを,ロストワックス法を駆使して製作し,生体内頸動脈の力学的特性(1.4±0.4×10-3 1/mmHg)と合致するモデルを使用した.ヒト内頸動脈の血流を再現する際には,作動流体に血液粘度と同値のグリセリン水溶液(粘度3.8 cP)を用い,平均流量は330mL/min,心拍数は70bpmとした.時系列PIV法により瘤内の流れ特性を定量的に評価した.(2)モデル内流れの3次元構造破裂例である①での主流はジェット状であり80cm/s以上の高速度を維持したまま瘤壁に沿って直進し瘤頭部に達していた.また,瘤頭部近傍に有するブレブ部分では,主流とは異なる2次流れを形成していた.②では,主流は瘤形状に沿わず瘤内部を通過して瘤頭部に達した.①と同様,ブレブ部分を含め主流の通らない領域において,2次流れを形成していた.これに対し,③と④の流れ形態は共通して①②と異なり,瘤形状に沿った旋回流を主流とし,常時主流の通らない領域はなく,2次流れは見られなかった. 脳動脈瘤の形状は患者ごとに多種多様であるが,本研究により破裂・未破裂の違いに応じて瘤内流れは異なりその特性を差別化できる可能性が示された.今後は数値解析も含め大規模解析を行い破裂・未破裂を差別化する血流パラメータを検討していく予定である.

全件表示 >>

海外研究活動 【 表示 / 非表示

  • 機械工学のバイオメディカルへの応用研究

    2009年03月
    -
    2009年09月

    ニュージーランド   カンタベリー大学