研究内容

数値解析による人工臓器の評価と至適設計

工学と医学の学際領域である医用化学工学を研究している。研究の柱は物質収支を中心とする移動現象の解明であり、医療機器や治療そのものについても、工学の視点から研究を行っている。主たる課題として、人工臓器内における流体の流動状態解析を行っている。具体的には、人工肺や人工腎臓における血液、酸素、二酸化炭素、透析液などの流動状態解析を行い、これらの機器の最適化を目指している。

人工肺とは心臓手術の際に人工心肺装置として使用される医療機器であり、酸素付加と二酸化炭素除去を行うガス交換装置である。また、人工腎臓とは、腎不全患者に対して、血中の老廃物を人工的に除去する治療の際に用いられる物質分離装置である。いずれも、中空糸膜というストロー状の膜を介して物質交換を行っているが、これら生体機能を代行する人工臓器では、内部で液体や気体が絶えず流動し物質移動が起こっている。このため、これらの流体の振る舞いが性能に大きく関与してくる。しかし、流動状態の解析には、試行錯誤でデータを得るなど、時間と労力がかかってしまう。そこで解析可能な形にデフォルメした臓器を考案し、パソコン上でパラーメーター処理による簡便なシミュレーションを行えるようにすることで、効率的な開発を支援することを目標としている。近年の情報処理速度の向上を背景に、様々な実験による実証値と並行して、シミュレーション解析による現象解析、そして性能予測を目指している。また、シミュレーション手法を用いて、全く新しい形状を持つ高性能人工臓器の提案も視野に入れている。

解析対象の人工肺の模式図