研究班情報

宇宙電送と無重力環境下での動作試験にも成功した
「3Dプリント人工呼吸器モデル(3D Printable Ventilator model)」
に関する情報提供および実用化プロジェクトについて  
初回掲載2020年 3月27日
更新2020年 4月 8日
最終更新2022年 3月 3日

概要

国立病院機構新潟病院の臨床研究部医療機器イノベーション室長(内科医長併任)の石北直之医師が発明した3Dプリント人工呼吸器モデルの研究成果を無償で提供し、迅速に実用化することで、世界の医療現場における生命維持活動を支援するプロジェクトを開始します。これは2017年に世界初めて国際宇宙ステーション上の3D プリンターへの電送実験の対象となり、宇宙ステーション内の無重力環境下で動作試験に成功した人工呼吸器モデルです。どの様な状況でも安定動作するだけでなく、製造が容易で供給体制や需給調整が容易というコンセプトを実現しました。しかし、まだ日本を含む世界における医療機器認証(または承認)は得られておらず、大至急、実用化を完了し、認証(または承認)手続きを終えられる様に支援/ご寄付を受ける必要があります。

国立病院機構新潟病院臨床研究部医療機器イノベーション室長の石北直之(41歳)が発明し(WO2017115866A1)、3Dプリンターで製造する人工呼吸器モデルの研究成果とモデル製造のためのデータ(3Dプリントデータ)を無償提供し共同研究プロジェクトを開始します。プロジェクトの目的は、各国の規制当局が設定している認証(または承認)基準を達成し、迅速に実用化機器を完成することで、現在全世界で必要とされる救命活動の支援を行うことです。

石北医師と広島大学トランスレーショナルリサーチセンター准教授の木阪智彦医師が中心となり、2020年3月27日、関係者でプロジェクトを開始しました。

どの様な状況でも安定動作するだけでなく、製造が簡便、供給体制の整備、需給調整が容易であるというメリットを持つこのモデルを実用化することで『必要とする患者が人工呼吸器の支援で生命を維持できる』という、世界でいま最も求められている支援の達成を目指しています。

現在、実用化研究を加速するためのご寄付を受付けています。

プロジェクト名称

COVIDVENTILATOR PROJECT

本プロジェクトの経緯

  • 2010年12月
    痙攣発作を即時に止める簡易吸入麻酔アタッチメント(嗅ぎ注射器)を着想し、研究開始
  • 2011年 5月
    いわて産業振興センター、大竹正悟弁理士による事業化支援、株式会社ニュートンによる技術支援
  • 2013年 4月
    岩手医科大学、静岡がんセンターの協力による、小動物(ラット、小型犬、マイクロミニブタ)に対する臨床試験
  • 2015年 5月
    NASA Ames Research Center, Made In Spaceとの共同研究 契約締結
  • 2015年11月
    嗅ぎ注射器およびマイクロ人工呼吸器の無重力動作試験(1) (米国)
  • 2016年 8月
    嗅ぎ注射器およびマイクロ人工呼吸器の無重力動作試験(2) (日本)
  • 2017年 1月
    電子メール人工呼吸器 国際宇宙ステーション電送実験に成功
  • 2017年11月
    Mars Academy USAとの共同研究開始 “Mars Medics”
  • 2020年3月15日
    石北医師が、Mars Academy USAの共同研究者であるフランス人医師からの相談と実用化の提案を受ける。地球規模での感染症の影響により、世界中の医療現場で 人工呼吸器が足りない窮状を認識。 石北医師がSNSで、このコンセプトアイディアと実用化のために協力者を募る情報を発信。
  • 広島大学トランスレーショナルリサーチセンター准教授の木阪智彦医師からご協力の申し出を受ける。
    (日本医師会及び経済産業省関東経済産業局主催による「2019年度バイオデザインワークショップ(2019年10月-2020年1月、東京)」で、石北医師を指導)
  • 新型コロナウイルスパンデミックに伴い、世界中から問合せが殺到し、情報提供と実用化のためプロジェクト発足を決定。

プロジェクトの主要構成メンバー4月23日更新

【代表】
 石北直之  (国立病院機構新潟病院
臨床研究部医療機器イノベーション室長,内科医長)
【共同代表】
 木阪智彦  (広島大学,トランスレーショナルリサーチセンター
バイオデザイン部門 部門長、准教授)
【プロジェクトディレクター】
 前田祐二郎  (東京大学医学部附属病院 特任助教 /
ジャパン・バイオデザインディレクター)
【プロジェクトメンバー】
 小蜥q義  (筑波大学医学医療系教授 /
つくば臨床医学研究開発機構TR推進 ・ 教育センター長)
 鳥山美由紀  (あめちかる 代表)
 池野 文昭  (Stanford Biodesign, Stanford University、
Program Director (U.S) Japan Biodesign)
 山下大地  (株式会社浜野製作所)
 藤田 隆行  (株式会社オーケー光学、元株式会社ニュートン)
【アドバイザー ・ 経理責任者】
 中島孝  (国立病院機構新潟病院 院長)

本デバイスの主なコンセプト

  • 一定の性能要件を満たす汎用3Dプリンターとネットワーク環境があり、3Dプリンター原料のABS樹脂があれば世界のどこででも人工呼吸器を製造可能。(現時点では、認証(または承認)されていないモデルデータのみ提供可能であり、医療機器ではなく、臨床現場での使用は禁止いたします。)
  • 医療機器の製造設備が限定される宇宙空間をはじめとしたいかなる場所においても、3Dプリンターさえあれば、必要に応じて迅速に製造できる概念で設計されています。
  • 圧搾空気を通常の動力源とするため電気が使えない状況下で動作します。手動でも動作可能。 1*。
  • 先行発明の簡易吸入麻酔アタッチメント「嗅ぎ注射器」(WO2012165541A1)を翻案しており、ミニマムな仕様の人工呼吸器コンセプトを実現。
  • 石北医師が医療機器製造販売業の認可を持つ株式会社ニュートン(岩手県八幡平市)と共同開発したため、実用化研究が終了し医療機器認証(または承認)(日本ではPMDA/厚生労働省)後は、実際の機器として製造販売が可能となる見込み。

*1 一人に対して、人工呼吸器として動作する際の、必要エネルギーソースについて
  • 石北医師が現在の研究で使用している成人1名用のポンプは23Wで駆動し、吐出量は
    約25L/分。
  • 病院の中央配管システムのコンプレッサーは1.5K〜22KW相当であり、十分にまかなえ
    ます。
※コンプレッサー配管が無い場合は、圧縮空気または酸素ボンベ、バッグを手動でもみ供給された空気で動作可能です。 他に、キャンプ用品のフットポンプも代用可能。2つつなげてステップを踏めば、空気の連続供給が可能。

本デバイスの開発目標

  • 後発医療機器として、3Dプリンターにより製造された実機に対する医療機器認証(または承認)を日本で目指します。
  • 上記の目的のために、必要な非臨床試験、関連文書作成をPMDAとの対面助言を通しておこないます。
  • 本デバイスの後発医療機器認証(または承認)時の現時点の想定される使用目的又は効果は、呼吸不全状態または呼吸不全患者の換気補助として

    (1)汎用人工呼吸器が直ちに使用できない場合に汎用人工呼吸器が使用可能になるまでの間、緊急的な救命目的で使用。
    (2)検査、処置、手術などにおいて、鎮静下で人工呼吸器が必要な場合に使用。
    (3)人工呼吸器装着患者がMRI検査を受ける場合に、本機器は金属や磁性体を有しないため、MRI機器内で使用。
    となります。
  • その他、各国で同様の認証(または承認)が受けられ、今後使用が可能になること
    (COVID-19による呼吸不全状態も含まれる)。
    認証(または承認)後に実際の臨床データを取得し分析すること。

現在、モデルの公開試験中(ライブ配信)

このモデルは現在、長時間耐久テスト中であり、その様子をYouTube及びニコニコ動画で公開 *2しています。

*2 このモデルを使った長時間耐久テストを動画閲覧できるURL
https://www.youtube.com/channel/UCkAfUnmFBB7yxE_BAFN2rtA (YouTube)
https://www.nicovideo.jp/user/95769049(ニコニコ動画)

現在の進捗状況について5月14日更新

現在の進捗状況に関するリンクを随時この項目で更新します。

「KYOTO STEAM2022国際アートコンペティション」に参加します。

国立病院機構新潟病院 臨床研究部医療機器イノベーション研究室は、アーティスト
三木麻郁さんとのコラボレーションで「KYOTO STEAM2022国際アートコンペティション」
に参加します。

会場: 京都市京セラ美術館 新館 東山キューブ
所在地: 京都市左京区岡崎円勝寺町124
TEL: 075-771-4334
プログラム: https://kyoto-steam.com/program/event01/
期日: 2022年1月29日(土)〜 2月13日(日)10時〜18時(入場は17時半まで)


https://kyoto-steam.com/program/event01/video/
「KYOTO STEAM 2022 国際アートコンペティション」に出展するアーティストと
企業・研究機関が、コラボレーションの過程や出品作品などについて語っていますので、
ぜひご覧ください。
新潟病院の動画は6件目にございます。

「KYOTO STEAM2022国際アートコンペティション」でグランプリを受賞しました。

3Dプリント人工呼吸器を使ったアート作品『とほく おもほゆ』が
KYOTO STEAM2022国際アートコンペティションでグランプリを受賞しました。
作品で使用した人工呼吸器は、藤田隆行氏(コシェルラボ)と共に10年かけてデザインを追求し完成させた機器です。
「とほく おもほゆ」という作品は、人工呼吸器から音を奏でたいというコンセプトから生まれました。
呼吸の音色を実現するために、呼吸器に接続したパイプの中に、アコーディオンのリードを組み込んで、空気を流して 人工呼吸器を動かすと同時に音を出しています。
この作品をきっかけに発明したパイプスタンドは、医療や介護、消防用途など、将来様々な分野で役立つ可能性があります。
作品製作を通じ「アート×サイエンス・テクノロジー」を体現出来ました事は大変喜ばしい限りです。
コロナ禍で様々な制約がある中、国際アートコンペティションで発表の機会を与えて下さり、本当にありがとうございました。
一日も早く臨床現場で役立てられるよう精進して参りますので、引き続きサポートを宜しくお願い致します。

新潟病院臨床研究部医療機器イノベーション研究室
石北 直之

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作品の写真





三木 麻郁 × 国立病院機構新潟病院臨床研究部医療機器イノベーション研究室 石北 直之
Miki Maaya × Naoyuki Ishikita, NHO Niigata Hospital, Division of Medical Device Innovation




作品の動画





作品キャプション
三木 麻郁 × 国立病院機構新潟病院臨床研究部医療機器イノベーション研究室 石北 直之
Miki Maaya × Naoyuki Ishikita, NHO Niigata Hospital, Division of Medical Device Innovation

とほく おもほゆ
To’oku omofuyu
提供:3D プリント人工呼吸器に関する知見と造形サンプル
Science / technology utilized: Findings on 3D printable ventilators and model samples


 三木麻郁は、作品ごとにメディアと提示方法を選択しながら、自身が経験した出来事を別のものへと転化する作品を制作してきたアーティストである。 例えば身近な人々の死や東日本大震災が起こった日の夜に「帰宅難民」となった人々の経験などを扱ったこれまでの作品で、三木は、その意味を簡単に消化することのできない、 あるいは簡単に消化してはいけないと感じられる出来事の重さを自身の手で確かめ、そしてその出来事を鑑賞者にも共有するよう促しているかのように見える。

 こうした三木のアーティストとしての態度は、本作においても一貫している。三木が今回コラボレーションを行なったのは、国立病院機構新潟病院臨床研究部医療機器イノベーション研究室の石北直之である。 臨床の傍ら、数多くの革新的な医療機器の開発を手掛けてきた石北は、目下、3Dプリンタで製造可能な人工呼吸器の実用化を目指す「COVIDVENTILATOR プロジェクト」を進めている。 すでに国際宇宙ステーション内の3Dプリンタでも人工呼吸器を製造できることを確かめた石北は、非専門家のボランティアスタッフの協力を得ながら、医療認証を目指し臨床研究を続けている。 今回のコラボレーションでは、このプロジェクトの中から、3Dプリント人工呼吸器に関する知見と石北自身が作った造形サンプル、そしてプロジェクトに協力するボランティアスタッフが作った人工呼吸器が提供されることとなった。

 造形サンプルが壁面に並ぶ展示空間に、人工呼吸器と楽器が組み合わされた作品が18点並んでいる。 そのひとつひとつに空気が送られるとき、ユニークな音を奏でる。それぞれの作品は、互いが互いに動くよう呼びかけるように動き始め、すべての作品で和音を響かせたのちに、沈黙する。

 「遠くのことを自然と思わせる」という意味の古語に由来する名の本作から差し出される音を、私たちはどのようなものとして受け取ることができるだろうか。 宇宙を含めたあらゆる場所で製造・使用可能な3Dプリント人工呼吸器の開発を進めた意思と知性が一方にあり、 もう一方に未知のウイルスに翻弄される社会の中で、呼吸という生命にとって根源的な営みを自らの手で捉え直そうとするアーティストの想像力がある。両者が結びつき生まれた「呼吸の音色」が、展示空間の中で荘厳に響き続ける。


The artist Miki Maaya creates works that transform events she has personally experienced into new forms, choosing different media and presentation methods for each work. For example, in past works dealing with the deaths of loved ones and the experiences of people unable to return home on the night of the Great East Japan Earthquake of March 2011, Miki seems to engage with events having meanings that cannot or should not be easily digested, as if testing these things’ weight with her own hands, and to encourage viewers to share in these events.

Miki’s creative stance is maintained in the current work as well, for which she collaborated with Ishikita Naoyuki of NHO Niigata Hospital’s Division of Medical Device Innovation. Ishikita has been involved in development of many innovative medical devices in addition to his clinical practice, and is currently working on the COVID Ventilator Project, the goal of which is practical application of a ventilator that can be manufactured with a 3D printer. Having confirmed that a 3D printer at the International Space Station is capable of printing a ventilator, Ishikita has secured the cooperation of non-expert volunteers and is moving forward with clinical research aimed at securing medical approval for the device. For this collaboration with Miki, the project provided findings on the 3D printable ventilator, model samples produced by Ishikita himself, and ventilators made by project volunteers. In the gallery, model samples are arrayed on the wall along with 18 ventilators which become instruments. When air is conveyed through each of the ventilators, a unique sound is created. One by one the ventilators begin to sound, as if urging one another to join in, and after all have harmonized together in a chord, they fall silent.

What does the viewer derive from this work, the title of which is an ancient Japanese phrase referring to natural evocation of distant things? On the one hand, we are reminded of the strength of will and intellectual power to pursue development of a 3D printable ventilator that can be manufactured and used anywhere, including outer space, and on the other we are struck by the imagination of an artist who seeks to restore the act of breathing, essential to life, amid a society at the mercy of a new and deadly virus. The two of these harmonize in a “timbre of breath” that continues to resonate in the gallery with deep solemnity.

「3Dプリント人工呼吸器」企画展示 開催のお知らせ

COVIDVENTILATOR PROJECT 企画展示
#024U(オー・ツー・フォー・ユー/酸素をあなたに)
国立病院機構新潟病院臨床研究部医療機器イノベーション研究室は、 10年に渡る研究の集大成「3Dプリント人工呼吸器」を下記会場で展示いたします。
この機会に、ぜひ多くの市民の皆様にご覧いただきたくご案内申し上げます。
会場1 柏崎市立図書館ソフィアセンター 1階 特設コーナー
展示期間 令和4年3月11日〜3月31日
展示されている人工呼吸器のほか、3Dプリンタや宇宙に関する書籍もお楽しみください。
  
会場2 柏崎市役所 1階 駅側入口ホール
展示期間 令和4年3月17日〜3月31日
COVIDVENTILATOR PROJECTは、石北直之医師が発明した3Dプリント人工呼吸器の設計図データを無償で公開し、 世界中の医療現場を支援するプロジェクトです。
この3Dプリント人工呼吸器は、藤田隆行氏(コシェルラボ)と共に10年かけてデザインを追求し完成した機器で、2017年に 国際宇宙ステーション内の3D プリンターへの電送実験の対象となり、宇宙ステーション内の無重力環境下で動作試験にも 成功した、世界初の3Dプリント可能な人工呼吸器です。

どの様な状況でも安定動作するだけでなく、製造が容易で供給体制や需給調整が容易というコンセプトを実現しましたが、 まだ日本を含む世界における医療機器承認は得られておらず、速やかに承認手続きを終えられる様に支援/ご寄付を 受ける必要があります。
※当研究室で開発した3Dプリント人工呼吸器と、ボランティアによる造形サンプル等を用いて製作されたコラボレーションアート作品が、 2022年1月29日から2月13日まで、京都市京セラ美術館にて開催された、「KYOTO STEAM2022国際アートコンペティション」にて グランプリを受賞しました。 https://drive.google.com/file/d/1buj2vIqSugXFdpNQhxvkNOrS7vT2hzhz/view?usp=sharing
また、図書館会場にお越しいただいた方の中から、50名の方にプレゼントをご用意しています。応募方法は下記のとおり。
# O2 for You(オーツ−フォーユー)ハッシュタグキャンペーン(実施期間:2022/3/11 〜 無くなり次第終了)
鉛筆キャップやキーホルダーとしてお使いいただける『ミニ電子メール人工呼吸器』を、お1人様につき1つプレゼント致します( 図書館会場限定50個 )
応募方法
  1. フォトスポットで撮影
  2. Twitterでプロジェクト公式アカウント(@stonysgallery)をフォローの上「#024U」と共にコメントをツイート
  3. 受付で投稿画面を提示

現在の課題と支援/ご寄付を受ける目的

  • PMDAによる後発医療機器としての認証(または承認)手続きにむけた実用開発費用、必要とする非臨床試験費用、及び医療機器水準の文書作成費用
  • 日本以外の国や地域で医療機器認証(または承認)をうけるための費用
  • 安全に使用するための医療機器の品質管理体制の確立とPL保険契約費用
  • 医学的妥当性とその後のフィードバックのために、臨床研究システム構築(データ収集体制、モニタリング体制、データ解析体制、およびデータ公表)

プロジェクト責任者の石北直之医師について

◇略歴
現職(2020年4月より)
国立病院機構新潟病院臨床研究部医療機器イノベーション室長(内科医長併任)
2004年  岩手医科大学医学部卒業、医師免許取得(医籍第445108号)
2006年  八戸赤十字病院 初期臨床研修修了
2009年  医学博士号取得
2016年  国立病院機構渋川医療センター 臨床研究部 生体医工学研究室長
2017年  Mars Academy USA 遠隔医療チーム顧問
2019年  国立病院機構新潟病院 臨床研究部 脳神経筋病態生理研究室長

寄付に関するお問い合わせ窓口

国立病院機構新潟病院企画課・業務班長 池田太湖
電話番号: 0257-22-2126(内線1230)
FAX番号: 0257-24-9812
E-mailアドレス: 225-gyoumuhancyou@mail.hosp.go.jp

【寄付の方法についての情報】
 以下URLに基づいて御願いします。ご寄付の目的欄に、「COVIDVENTILATOR PROJECT関連事業に対する寄付」と記載してください。 ご寄付を頂いた方に、「寄附受領書」を発行します。 これは「税制上の優遇措置」のお手続きに使用可能です。個人の方も、法人・企業の方もご寄付可能です。

https://niigata.hosp.go.jp/info/donation/index.html

取材に関するにお問い合わせ窓口

国立病院機構新潟病院管理課長 佐藤和義
電話番号: 0257-22-2126(内線1210)
FAX番号: 0257-24-9812
E-mailアドレス: 225-kanrikacyou@mail.hosp.go.jp

 


 


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