患者の身体的固有値にあわせた透析情報提供装置
静岡大学

大学院総合科学技術研究科工学専攻
准教授 佐野 吉彦
2021年11月11日

1

人工透析

Shizuoka University○腎機能血液からの老廃物や余分な水分の濾過及び排出（尿）、体液の恒常性の維持○人工透析
・血液中に溜まった毒素の排出
・生体内の余分な水分の除去
・血液中の電解質の補正○人工透析の現状
透析人口 ： 34万人
（毎年5～10%増加）
透析時間 ： 週3： 4ｈ（一回）
年間費用 ： 600万円※国内でも巨大マーケット2

血液透析の概要

Shizuoka University

尿生成機能の人工的に代行する医療行為
透析条件

••
•
•
•
•
•
•
•
•
•

透析時間
血液量
クリアランス（透析器）
除水量
限界濾過量
補液量
透析液量
透析休止時間透析実行回数ECUM時間ECUM除水量3従来技術と問題点

Shizuoka University

現状： 透析条件は医師の知見と経験より総合的に決定90
悩ましい

尿素濃度 [mg/dl]

8070605040ズレ

30

医師目標値

透析中

20060120180240 透析後 300t [min]※リバウンド現象： 透析後に血液内の毒素濃度が上昇する現象

4従来技術と問題点

Shizuoka University

従来技術
問題点１： 正確な毒素予測ができない．
問題点２： リバウンド毒素予測ができない．
90

従来モデル

尿素濃度 [mg/dl]

80

採血データ

従来モデルのコンセプト

70

生体605040ズレ

30

医師目標値

透析中

20060120180240 透析後 300t [min]※リバウンド現象： 透析後に血液内の毒素濃度が上昇する現象

5従来技術と問題点

Shizuoka University

従来技術
問題点３： 患者の生体的固有値を表現できない.
患者個々における毒素予測ができない.
90

従来モデル

尿素濃度 [mg/dl]

80

採血データ

70605040ズレ

30

医師目標値

透析中20060120180240 透析後 300

t [min]※リバウンド現象： 透析後に血液内の毒素濃度が上昇する現象

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本日の内容Shizuoka University

新技術の概要患者の身体的固有値にあわせた透析情報提供装置
本日の内容〇 従来技術の問題点を克服した新理論の構築
1. リバウンド現象の再現
2. 身体的個性の考慮
3. 人工透析の正確な毒素予測〇 新理論を基盤とした透析情報提言装置（新技術）の構築
1. 身体的固有値の提案
2. 目標値を満たす透析条件の提案
7

新理論のコンセプト

Shizuoka University

従来技術の欠点

・生体の特徴を無視したモデル
新理論の特徴細胞・生体の物質輸送に基づくモデル
・身体的な個人差に対応するモデル
細胞内液 細胞外液

血漿間質液

スケール
8

新理論のコンセプト

Shizuoka University

新理論式
細胞外：dVex (t )C ex (t )= −CL  C ex (t ) − AhC ex (t ) − C in (t ) + ω pl C in (t )dt

細胞内：dVin (t )C in (t )= AhC ex (t ) − C in (t ) − ω pl C in (t ) + S
dt細胞

身体的固有値・物質移動係数・水分量比率
・毒素生成速度・再循環率
・体重

細胞内液 細胞外液

血漿間質液

スケール
9新理論のコンセプト

Shizuoka University

代数式で新理論式の解を表現⇒患者および透析条件を代入すれば，人工透析の再現が可能
透析中(0≦t≦T)
λ1

λ2

 ω f − ω pl  ω f −ω pl ω f − ω pl  ω f −ω pl S
Cex (t ) = I 4 1 −t+ I 5 1 −t+()()
V0V0γexexCin (t ) =Ah + CL − ω f + ω pl − λ1
Ah + ω plλ1
ω f − ω pl

I 4 , I 5 ：積分定数λ1，λ2，γ ：既知の定数λ2

 ω f − ω pl 
Ah + CL − ω f + ωpl − λ2  ω f − ωpl  ω f − ω pl Ah + CL − ω f + ω pl S
I 4 1 −t +I 5 1 −t
+Vex (0) ()
Ah + ωplV0
Ah + ω plγex

透析後(T≦t):
SC ex (t ) = I 6 exp(− λ3t ) + I 7 +t
Vex (T ) + Vin (T )I 6 , I 7 ：積分定数λ3：既知の定数S
 V (T )  Vex (T )
Cin (t ) = 1 − exλ3  I 6 exp(− λ3t ) + I 7 +t+
AhVex (T ) + Vin (T ) Ah 10採血データとの比較
新理論と従来技術の比較

Shizuoka University

新理論の特徴・リバウンド現象を再現
・身体的個性を考慮・正確な毒素予測
新理論の妥当性リバウンド現象を含む人工透析の毒素予測ができることを実証した。
11

採血データとの比較
新理論と従来技術の比較

Shizuoka University

新理論の特徴・リバウンド現象を再現
・身体的個性を考慮・正確な毒素予測
新理論の妥当性リバウンド現象を含む人工透析の毒素予測ができることを実証した。
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採血データとの比較
新理論と従来技術の比較 Shizuoka
UniversityShizuoka
University
新理論を基盤とした
透析情報提言装置の構築

1. 身体的固有値の提案
2. 目標値を満たす透析条件の提案

13

新技術による未来の透析

Shizuoka University

患者の身体的固有値にあわせた透析情報提供装置

新技術による人工透析
通常の透析の実行(臨床データを取得)

患者の身体的固有値を提案

新技術
透析情報提言装置

目標値を満たす透析条件を提案

提案を参考に人工透析を実行
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新技術による未来の透析

Shizuoka University

患者の身体的固有値にあわせた透析情報提供装置

新技術による人工透析
通常の透析の実行(臨床データを取得)

患者の身体的固有値を提案

目標値を満たす透析条件を提案

提案を参考に人工透析を実行
15

新技術による未来の透析

Shizuoka University

患者の身体的固有値にあわせた透析情報提供装置

新技術による人工透析
通常の透析の実行(臨床データを取得)

患者の身体的固有値を提案

身体的固有値・物質移動係数・水分量比率・毒素生成速度・再循環率 などの提言

目標値を満たす透析条件を提案

提案を参考に人工透析を実行16

新技術による未来の透析

Shizuoka University

患者の身体的固有値にあわせた透析情報提供装置

新技術による人工透析
通常の透析の実行(臨床データを取得)

患者の身体的固有値を提案

透析条件
・透析法・透析時間・血液量・透析器 などを提言

目標値を満たす透析条件を提案

提案を参考に人工透析を実行

治療計画
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新技術による未来の透析

Shizuoka University

患者の身体的固有値にあわせた透析情報提供装置

新技術による人工透析
通常の透析の実行(臨床データを取得)

目標値を達成する
人工透析が実現する！

患者の身体的固有値を提案

目標値を満たす透析条件を提案

提案を参考に人工透析を実行
18

新技術のソフトウェア

Shizuoka University

現状： 新技術のソフトウェア化および自動化はすでに完了している。
（Excel）

例：臨床データの入力実行した透析条件

臨床データ入力19

新技術のソフトウェア

Shizuoka University

現状： 新技術のソフトウェア化および自動化はすでに完了している。
（Excel）

例：患者の身体的固有値の提案

身体的固有値の提案

20新技術のソフトウェア
例：透析目標入力

Shizuoka University

身体的固有値の入力
リバウンド後の目標血液濃度21新技術のソフトウェア

Shizuoka University

例：透析条件の提言（透析器の提案の場合）
目標を満たす透析予測結果の表示

透析条件の提言「この患者にはクリアランス値が〇〇の透析器が適する。 」
22

新技術のソフトウェア〇対応できる人工透析
血液透析（ＨＤ）
オーバーナイト透析
血液ろ過透析（ＨＦ）
間歇補充型血液透析濾過（Ｉ-ＨＤＦ）
オンライン血液透析濾過（Ｏｎ-ｌｉｎｅ ＨＤＦ）
オフライン血液透析濾過（Ｏｆｆ-ｌｉｎｅ ＨＤＦ）

〇提示できる身体的固有値
物質移動係数
水分量比率
毒素生成速度
体内水分率
再循環率

Shizuoka University〇提案できる透析条件

透析時間
血液量
クリアランス（透析器）
Kt/V
除水量
限界濾過量
補液量
透析液量
透析休止時間透析実行回数ECUM時間ECUM除水量※今後増やすことも可能 23想定される用途Shizuoka University• それぞれの患者にあわせた透析治療条件の情報提供（クリニック，総合病院，国内外）⇒条件の見直し，検証，新規検討などに活用• 透析器の自動選定や販売促進• 災害時の延命透析装置の開発• ウェアラブル透析装置の開発• バスキュラーアクセスの査定• 医師・看護師・臨床工学士向けの教材（大学，専門学校，講演会）
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実用化に向けた課題

Shizuoka University• 現在、Excelによる半自動ソフトウェアは開発済みである。しかし、実用アプリケーションとしては不十分である。
• 臨床データが不足しており、臨床適用していくための実証試験が必要である。
• 本技術は小分子だけでなく、中分子などに注目した計算が可能である。小分子と中分子の連成計算により、さらなる実用応用が期待できる。
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企業への期待

Shizuoka University• 新技術を活用して、透析技術をさらなる高みへ。
• 未解決の全自動化については、ソフトウェア技術により克服できる。
• 人工透析もしくは医療ICTの技術を持つ、企業との共同研究もしくは特許活用希望。
• また、海外への人工透析の進出を考えている企業には、本技術の導入が有効と思われる。
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本技術に関する知的財産権• 発明の名称：透析情報提供装置及び透析情報提供プログラム• 出願番号 ：PCT/JP2021/35856
• 出願人
：静岡大学
• 発明者
：佐野吉彦、佐藤健太郎、鵜川 豊世武(東京医科歯科大学) 、
椛島 成利（ひびきクリニック）
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ウェアラブル透析に関する知的財産権• 発明の名称• 出願番号• 出願人• 発明者：血液浄化装置：特許第6876327号：静岡大学：佐野吉彦、鵜川 豊世武(東京医科歯科大学)

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産学連携の経歴
共同研究• 2016年-2017年 デンソーと共同研究実施• 2016年-2017年 中部電力と共同研究実施• 2017年-2019年 トヨタ自動車と共同研究実施• 2018年UCC上島珈琲と共同研究実施• 2020年アンヴァールと共同研究実施• 2020年システックと共同研究実施
公的事業• 2014年-2016年 NEDO事業に採択• 2018年-2019年 サポイン事業に採択• 2021年JAEA事業に採択

一部抜粋
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お問い合わせ先
静岡大学
イノベーション社会連携推進機構
コーディネータ 大場 弘行
ＴＥＬ ０５３-４７８－１７０１
ＦＡＸ ０５３-４７８－１７１１
e-mail sangakucd@cjr.shizuoka.ac.jp30