プロジェクトの詳細説明資料(公開) (1)

健康安心プログラム
身体機能代替･修復システムの開発
第1回｢臨床応用に向けた体内埋込み型
事業原簿
人工心臓システム｣(事後評価)分科会
P
資料6-1
臨床応用に向けた体内埋込み型
人工心臓システム
事後評価
プロジェクトの詳細説明資料(公開)
(1)拍動流型全置換人工心臓システム
1/55
研究開発体制
事業原簿
P 10,11
㈱アイシン・コスモス研究所
(システム開発)
共同実施
国立循環器病センター
(動物実験評価)
再委託
東京理科大学
(エネルギー、情報伝送）
2/55
事業原簿
P6
完成予想図
拍動流型
ポンプシステム
経皮的情報
伝送システム
経皮的エネルギー
伝送システム
体内バッテリー
制御ユニット
体外バッテリー
3/55
開発目標
事業原簿
P 6,8,9
耐久試験で２年以上の耐久性、および
動物実験にて3ヶ月生存を８例以上達成することにより
臨床使用可能レベルであることを実証する。
要素技術毎の目標
目
標
胸部埋込み容積
400cc以下
最大拍出流量
8 L/min以上
表面温度上昇
5 ℃以下
エネルギー伝送効率
最大85 %以上
伝送能力
最大40 W以上
情報伝送速度
1200 byte/sec 以上
体内バッテリー
30 分以上
電力供給時間
4/55
事業原簿
P4
主な置換型人工心臓の開発状況
施設
動物実験評価
システム概要
体内埋込み性
生存日数
円盤を揺動運動させ円盤上の隔壁で仕切っ
た部屋の容積分の血液を連続的に送り出す。
モーターの駆動方法により拍動流を作り出
す。
50～60kgの
山羊
61日
(ポンプ部
のみ)
ABIOMD
(米国)
遠心ポンプで油圧を発生させ、弁で送油方
向を切り換えて左右のダイアフラム型ポン
プを交互に駆動する方式
88～100kgの
仔牛
108日
ペンシル
バニア州
立大
(米国)
ブラシレスDCモーターの回転運動をローラ
カムで直線運動に変換して左右のプッ
シャープレート型血液ポンプを交互に駆動
する方式
80～103kgの
仔牛
１年超の
生存
アイシン・
コスモス
－国立循
環器病セ
ンター
摩擦ポンブを正逆転させ、発生させた油庄
により、左右のダイアフラム型血液ポンプ
を交互に駆動するタイプ。
60～80kgの
仔牛
70日
(ﾎﾟﾝﾌﾟ部
のみ埋込
87日)
東大
備考
2001年7月世
界初の臨床
を実施し、
14例の臨床
を実施。
Abiomed社
が’01買収
5/55
事業原簿
P7
開発計画
平成12年度
平成13年度
平成14年度
平成15年度
要素技術開発
設計･試作
設計･試作
最終試作
最終評価
ﾄｰﾀﾙｼｽﾃﾑ
設計･試作
ｼｽﾃﾑ化
最終試作
最終評価
総合評価
予備動物実験
平成16年度
動物実験評価
6/55
事業原簿
事業原簿
P
P 17-18
システム
305 mL
252 mL
1240 g
974 g
サイズ: 84 mm × 104mm × 32.5 mm
470 mL
1106 mL
1500 g
1181 g
拍動流ﾎﾟﾝﾌﾟシステム
体内回路
872 mL
2492 g
(without cable)
体内2次電池
油圧ポンプ部
150 mL
332 g
サイズ: 61 mm × 102mm × 26 mm
900 g
600 g
17 %
31 %
油圧ポンプ直径 :
高さ
:
72 mm
52.8 mm
7/55
事業原簿
P 17,27
拍動流ポンプシステム
ダイアフラム型
血液ポンプ
作動流体
油圧アクチュエータ
（摩擦ポンプ）
正逆転
制御回路
基本構造
開発モデル
8/55
事業原簿
P 17,27
摩擦ポンプの開発
摩擦ポンプ基本構造
油圧ポンプ部
（摩擦ポンプ）
モーター部
（ブラシレスDCモーター）
インペラー
ローター
ステーター
ポート
ポート
9/55
事業原簿
P 17,27
摩擦ﾎﾟﾝﾌﾟの小型高性能化
1次試作
2次試作
3次試作
10/55
事業原簿
P 17,27
血液ポンプの開発
外形形状
フィッティング試験を行い形状を決定
抗血栓性
流れ可視化により内面形状を改良
耐久性
ダイアフラムにポリカーボネート型ウレタン使用
評価
空気圧駆動慢性動物実験で１８９日生存
耐久試験
油圧駆動
２億２千万回（5.3年経過継続中）
空気圧駆動
１億回以上（34ヶ月相当）
11/55
拍動流ポンプシステム
フィッティング性能の向上
事業原簿
P 27,29
横隔膜圧迫低減
・油圧ポート曲げによる全体長さ低減
・FET取り付け位置変更
肺への圧迫低減
・電力ライン取り出し位置の変更
電力ライン
電力ライン
FET
FET
8m
16
改良前
m
m
m
5
15
改良後
12/55
事業原簿
P 27
拍動流ﾎﾟﾝﾌﾟユニット
13/55
事業原簿
P 27,28
拍動流ポンプシステム
システム評価
オーバーフロー型
循環シミュレーター
負荷条件
前負荷
左心系負荷
右心系負荷
左血液ポンプ
摩擦ポンプ
右血液ポンプ
後負荷
左心
１０mmHg
１００mmHg
右心
１０mmHg
２０mmHg
外部コンピュータ
（駆動条件設定用）
制御ユニット
14/55
拍出流量特性
(左心)
流量(l/min)
ｼｽﾃﾑ性能
8
6
4
2
0
最大流量
11.9 l/min
5l/min時の効率
13.8%
効率（％）
効率特性
事業原簿
P 27,28
14
12
10
40
60
80
100
120
拍動数(bpm)
140
160
40
60
80
100
120
拍動数(bpm)
140
160
16
14
12
10
8
6
4
2
0
事業原簿
P 17,18,27
制御ユニットの開発
駆動回路基板
モータードライブ回路
15/55
制御回路基板
16ビットワンチップ
基本制御パラメーター
・拍動数
・左収縮比率
・左右モーター回転数
・左右立上がり、立下がり時間
TOT回路基板
情報通信
TET回路基板
エネルギー伝送
電池充電制御
16/55
事業原簿
P17,27
エネルギー供給貯蔵・情報伝送技術
体外コイル
体内コイル
直流安定化電源
体外回路
情報伝送体外回路
充電制御回路
体内２次電池
整流回路
人工心臓
システム
情報伝送体内回路
情報伝送用フォトカプラ
体外
皮膚
体内
17/55
事業原簿
P17,27
エネルギー伝送(TET)システム
体外結合型
体内2次コイル
体外１次コイル
コア
特徴
・伝送効率が高い
・安定性に優れる
・電磁波障害が少ない
・伝送効率： 90～93％
・最大伝送能力：40Ｗ
・温度上昇：2℃
・慢性動物実験にて
4ヶ月以上連続作動
18/55
事業原簿
P17,27
情報伝送 (TOT)システム
電磁波ノイズの影響を受けない
赤外光を採用
Skin
PINPD
信号波形(PSK変調）
LD
成果
・伝送速度：9600bps
・最大偏心許容距離：11mm
・低消費電力
19/55
事業原簿
P17,27
体内二次電池
リチウムイオン二次電池
チタンケース中に７セル直列
電力供給時間: 73.5 分
寿命(完全放電サイクル試験): 600回以上
改良前
改良後
34 mm
セル形状
71 mm
サイズ: 71
86
容積: 155 ml
重量: 313 g
34 mm
26 mm
61 mm
セル形状
サイズ: 61 102 26 mm
容積: 150 ml
重量: 300 g
20/55
事業原簿
P 17
人工心臓トータルシステム
体外回路
非常用電源ライン
情報伝送
ｼｽﾃﾑ
拍動流ポンプ
システム
ｴﾈﾙｷﾞｰ伝送
ｼｽﾃﾑ
制御回路
体内２次電池
21/55
トータルシステム
計測装置
ＤＡ100
計測用ケーブル
計測用ケーブル
警報回路
事業原簿
P 17,28,30
計測用ケーブル
動物実験システム
重要なケーブル
計測用ケーブル
外部電源切換回路
保護回路
検出
非常用
外部電源
（24Ｖ）
入力
イーサネットケーブル
切換回路
出力
コネクタ
コネクタ
TET用
外部電源
（37Ｖ）
入力
保護回路
出力
ＲＳ２３２Ｃ
300cm
(要滅菌)
制御端末PC
（ケーブル用）
計測用PC
ＲＳ２３２Ｃ
非常用ケーブル
制御端末PC
（情報伝送用）
コネクタ
体外カップラ
（要滅菌）
60cm
情報伝送ｼｽﾃﾑ
85cm
コネクタ
コネクタ
体外回路
122cm
体外コイル
（要滅菌）
ｴﾈﾙﾋｰ伝送
ｼｽﾃﾑ
20cm
30cm
拍動流ﾎﾟﾝﾌﾟｼｽﾃﾑ
22/55
事業原簿
P17,28,30
動物実験
TOT
体外コイル
TET
拍動流ﾎﾟﾝﾌﾟｼｽﾃﾑ
23/55
事業原簿
P17,28,30
動物実験血行動態
CVP Mean
RAP Mean
LAP Mean
AoP Mean
PAP Mean
150
圧力 [mm Hg]
100
50
0
-50
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10111213 14151617 18192021 22232425 26272829 30313233 34353637 383940
経過日数 [日]
TI0503
24/55
事業原簿
P17,28,30
動物実験温度ﾃﾞｰﾀ
45
40
35
体内回路・表 12h
体内回路・裏 12h
体外コイル 12h
体内コイル 12h
電池 12h
室温 12h
皮下 12h
アクチュエータ 12h
25
20
15
10
5
0
0
10
20
30
40
経過日数 [日]
実験No．TI0503
25/55
事業原簿
P17,28,30
動物実験時各部電力
TI0503バッテリ充放電試験
(ｴﾈﾙｷﾞｰ伝送時および､体内二次電池駆動時)
100
90
80
ドライバ回路入力電力
ＴＥＴ入力電力
二次電池充電電力
効率
70
電力（Ｗ）　効率（％）
温度 [℃]
30
60
50
40
30
20
10
0
-10
-20
0
50
100
150
200
250
300
350
時間（分）
実験No.TI0503
26/55
事業原簿
P17,28,30
100
90
80
70
60
50
40
30
20
10
0
拍動流ﾎﾟﾝﾌﾟｼｽﾃﾑの
埋込み
トータルシステム
TOT無し
ET-0101
ET-0102
ET-0103
ET-0201
ET-0202
ET-0203
ET-0301
ET-0302
ET-0303
TI-0301
TI-0302
TI-0303
TI-0304
TI-0305
TI-0306
TI-0307
TI-0308
TI-0309
TI-0401
TI-0402
TI-0403
TI-0404
TI-0405
TI-0406
TI-0407
TI-0408
TI-0409
TI-0410
TI-0411
TI-0412
TI-0413
TI-0414
TI-0415
TI-0501
TI-0502
TI-0503
実験期間（日)
動物実験生存日数
実験No.
27/55
事業原簿
P17,28,30
動物実験まとめ
（長期生存例）
使用
ｼｽﾃﾑ
分
離
型
拍動流
ｼｽﾃﾑのみ
トータルシステム
一体型
埋込み
TOT
除く
実験No.
体重
(kg)
実験期間
(日)
終了原因
機械故障
ET-0202
72.5
87
配管破損
同左
ET-0203
64.5
60
配管破損
同左
TI-0303
70
70
感染
－
TI-0307
69
27
呼吸不全
－
TI-0401
70
30
呼吸不全
－
TI-0405
77
31
感染
－
TI-0408
80
26
ｼｽﾃﾑ異常停止
ﾉｲｽﾞによる
制御異常
TI-0503
62
38
血栓栓塞症
－
28/55
事業原簿
P 17
予備耐久試験(血液ポンプ)
負荷タンク
(前負荷)
負荷タンク
(後負荷)
評価条件
拍動数
80 bpm
前負荷
10 mmHg
左後負荷 100±20 mmHg
右後負荷 20±20 mmHg
1,912日経過、継続中（1台）
’05.9.30現在
血液ポンプ
摩擦ポンプ
29/55
事業原簿
P 17,27
単品耐久
摩擦ポンプ耐久試験システム
機番
拍動数
(bpm)
%SYS
(%)
左右回転数
(rpm)
負荷
(mmHg)
1号機
100
50
2150
2号機
80
50
3号機
100
4号機
試験日数
(日)
備考
250
1484
(予定終了)
機械故障無し
1800
200
1473
(予定終了)
機械故障無し
50
2200
250
1131
(予定終了)
機械故障無し
100
50
2200
250
1131
(予定終了)
機械故障無し
5号機
100
50
1440
150
547
(予定終了)
機械故障無し
6号機
120
50
1780
150
547
(予定終了)
機械故障無し
30/55
耐久試験結果
ｰポンプ性能ｰ
500
揚程mmHg
400
HQ特性
300
開始
34 日後
終了後
（1484 日）
200
100
0
0
5
10
15
20
25
30
流量L/min
効率特性
30
25
効率%
1号機
事業原簿
P 17,27
1200rpm
1600rpm
2000rpm
1200rpm
1600rpm
2000rpm
20
15
10
5
0
0
5
10
15
流量L/min
耐久試験結果
20
1200rpm
1600rpm
2000rpm
1200rpm
1600rpm
25
30
2000rpm
開始
34 日後
終了後
（1484 日）
31/55
事業原簿
P 17,27
ｰ分解調査ｰ
1号機
分解調査結果：
異常は見られなかった。
32/55
耐久試験結果
事業原簿
P 17,27
ｰベアリング分解調査（1号機）ｰ
面荒れや磨耗は認められるが、いずれも軽度なものであった。
ポンプ側
モータ側
33/55
システム耐久試験
事業原簿
P 17,28
ｰ耐久試験プロトコールｰ
34/55
事業原簿
P 17,28
システム耐久試験
35/55
耐久試験結果
事業原簿
P 17,28
制御回路
シール不良
389 終了
No.1
満了
871.5
試験機番号
No.2
No.3
747 満了
No.4
751.5 満了
739.5 満了
No.5
488
No.6
354 終了
No.7
456
No.8
0
182.5
365
547.5
日
730
（'05.9.30現在）
モーターエポキシ
充填不良
36/55
左右流量バランス検討
事業原簿
P 17
リザーバー
第2ポンプ
第１ポンプ
モーター
左心ポンプ
右心ポンプ
システム図
第2ポンプ
第１ポンプ
37/55
流量L/min
左右流量バランス検討結果
14
12
10
8
6
4
2
0
事業原簿
P 17
左心拍出量
右心拍出量
40
50
60
70
80
90
100 110 120 130 140 150 160
流量L/min
拍動数bpm
14
12
10
8
6
4
2
0
左心拍出量
右心拍出量
40
50
60
70
80
90
100 110 120 130 140 150 160
拍動数bpm
･リザーバーダイアフラム移動容積約10cc
･オイルリザーバは大気開放のためfull-eject状態
38/55
事業原簿
P 17,18
生体適応制御
(完全充満完全駆出（FFFE）駆動) 考え方
駆動油圧(陰圧）が一定の
範囲に収まるように拍動
数、%SYSを調整
左オイル圧
右オイル圧
200
スタート時
（両押し不足）
Pressure mmHg
150
100
50
0
-50
-100
0
0.5
Time sec
1
1.5
駆動状態 両押し不足
拍動数 120bpm
%-systole 55%
左回転数 1400rpm
右回転数 1300rpm
52秒後
左オイル圧
右オイル圧
200
安定時（FFFE）
52秒後
駆動状態 FFFE
拍動数
92bpm
%-systole 52%
左回転数 1400rpm
右回転数 1300rpm
Pressure mmHg
150
100
50
0
-50
-100
0
0.5
1
1.5
Time sec
ヒトへのフィッティング検討
39/55
事業原簿
P 27
ヒト胸部3次元イメージ
各臓器別に抽出
40/55
埋込みシミュレーション手順
事業原簿
P 27
41/55
埋込みシミュレーション結果
事業原簿
P 27
42/55
事業原簿
P 18,28
補助心臓の開発
血液ポンプ
アクチュエータ
55
115
リザーバ
ベントチューブ
160
サイズ
重量
容積
160×115×55mm
1.1kg
600cc
43/55
事業原簿
P 18,28
補助人工心臓
慢性動物実験
コントローラ
2005年3月15日～7月11日
生存:118日 血栓により終了
44/55
事業原簿
P 27
開発項目毎の達成値
要素技術
目標
達成値
胸部埋込み容積
400cc以下
最大拍出流量
8 L/min以上
11.9 L/min
表面温度上昇
5 ℃以下
最大 4.2 ℃
エネルギー伝送効率
最大85 %以上
15～40W伝送時 90～93％
伝送能力
最大40 W以上
最大40W
情報伝送速度
1200 byte/sec 以上
9600 byte/sec
体内バッテリー
30 分以上
電力供給時間
470 cc
60 分以上
トータルシステム
目標
達成値
拍動流ﾎﾟﾝﾌﾟシステム埋込み
87日、86日、60日
3ヶ月の慢性動物実験
8例
耐久試験
2年相当の耐久性
ﾄｰﾀﾙｼｽﾃﾑ
70日、38日、31日、30日
加速試験で4台､2年相当クリア
事業原簿
P 25,26
特許・ NEDO届出ノウハウ
ソフト ３件
（制御方法、インターフェース、他）
特許（左右流量バランス）
45/55
システム４件
（発熱低減、接続構造、他）
体外回路
TOT ２件
（伝送方式、製作方法）
血液ポンプ６件
（製作方法、他）
特許（表面処理）
TOT
TET ３件
TET
（伝送方式、耐ノイズ性、他）
体内２次電池
制御回路
制御回路７件
（低消費電力、信頼性
向上、他）
補助人工心臓８件
（構造、システム構成、他）
拍動流ポンプ
システム
油圧アクチュエータ １３件
（高効率化、ベアリング支持
機構、ポート部形状、他）
特許（高性能化）
46/55
事業原簿
P 25,26
開発成果
論文、講演(学会発表）、特許、報道件数
50
件数(件)
40
論文
学会発表
特許
報道
30
20
10
0
2000年度 2001年度 2002年度 2003年度 2004年度
年度
47/55
事業原簿
P 28,29,37
成果(派生効果)
小型空圧式補助人工心臓駆動装置
人工心臓技術
小型空圧源
現行駆動装置との比較
アイシン製
T社製
使用時イメージ
厚生労働省の認可05年3月取得
48/55
事業原簿
P28,29,37
49/55
事業原簿
P28,29,37
50/55
事業原簿
P28,29,37
51/55
事業原簿
P28,29,37
52/55
事業原簿
P 17,27,28
まとめ
システム開発
完全埋め込み可能な人工心臓システムを作り出すことが出来た。
慢性動物実験
目標達成は成らなかったが、埋込み型人工心臓として最大87日
の生存実績を達成でき､埋込み型人工心臓の可能性を示すことが
できた。
耐久試験
単品耐久では､4年以上の､生体条件模擬環境下では2年の耐
久性を示すことができた
波及効果
埋込み型人工心臓の技術を応用し小型空圧式補助人工心臓
駆動装置を開発し､厚生労働省の認可を取得した。
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事業原簿
P 37
事業スキーム案
埼玉医科大
第一外科
GCP
東京女子医科大学
循環器外科
株式会社メドウィル
国立循環器病センター
研究所人工臓器部
GLP
大阪大学
第一外科
＜医療＞
開発システム開発提携
国立循環器病センター
心臓血管外科
臨床ニーズの反映、スペックの決定
治験の場、初期の市場の提供
B社
（樹脂材料／成形）
A社
(生体適合性処理）
大手医療機器メーカー
株式会社メドウィル
製造販売、市販後調査
(新血液ポンプ／システム化
)
（C社）
GMP
複数の知識・技術・知財の集積と融合
動物実験など開発・製造技術のノウハウが最重要!!
安全性・信頼性に従来の生産管理手法が応用可能
派生要素技術単独での順次製品化も可能
人工心臓サービスセンター（仮称）
D社
(駆動装置）
製造のアウトソーシング
（17年度からの薬事法改正に呼応）
＜技術開発＞
在宅ケアシステム
日常のメンテナンス・管理
チタン等金属精密加工
無線メンテシステム
緊急対応、海外搬送など
樹脂の特殊成形、素材
＜インフラ＞
＜サービス＞
＜地域企業による新要素技
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スケジュール
2003
~ 2002
開発
(完全埋込
型人工心
臓)
動物実験
臨床応用
開発
要素技術確立
開発
１次モデル FEモード開発
開発
動物実験
臨床応用
慢性動物実験
FEモード動物実験
EHVAD・PVADフィジビリティ
スタディ（業務受託）
臨床治験
増資
（VCファンド設立）
認可
申請
ＩＰＯ
起 業
トランスレーショナルリサーチ
認可
申請
最終システム開発
慢性動物実験
調査・設立準備
ビジネスモデル策定
臨床治験
製造・販売（アイシンヒューマン・
ベンチャ会社・ニプロ）
システム開発
動物実験
臨床応用
ベンチャｰ会社
ウェアラブルモデル開発
（補助金ベース）
緊急避難的臨床応用
製品化
開発
製品化
(空圧式補助人
工心臓)
最終システム開発
慢性動物実験
認可申請
2009 ~
製品化
Mobart
(空圧式補
助人工心
臓)
2008
慢性動物実験による評価の継続
システム統合・改良
動物実験
臨床応用
2007
臨床応用を目指した研究開発の継続
慢性動物実験
（3Mo×8例）
予備慢性
動物実験
(補助人工
心臓)
次世代型
PVAD
2006
製品化へ
EHVAD
2005
最終評価
フィジビリティ
EHTAH
2004
要素技術確立 制御方法の評価改良
システム統合 耐久試験（ 2Yr × 8台）
事業原簿
P 37
各種開発や製品化受託などの事業展開・NEDO等各種補助金/融資の獲得
他の研究シーズへの関与・特許出願・企業間交渉・プロモーション活動
ベンチャｰ会社の活動範囲
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