• 대한기계학회논문집
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• 제19권1호
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• pp.263-270
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• 1995

The use of the shape memory alloy, Nitinol wire, is investigated as an actuator for enhancing the damping in structural vibration systems. The first-order mathematical model of the Nitinol wire is obtained from the experimental data for an actuator. Finite element method is utilized for the strain gage sensor model, which is installed at the root of cantilever beam. A simple system, cantilever beam, is built as a flexible structural system to implement a control law with the Nitinol wire actuator. The system model including sensor and actuator is derived, which agrees with the experimental results. The actuator dynamics is augmented with the system so as to design PI controller and the one of robust controllers, LQG/LTR controller, and the control laws are implemented experimentally. The experimental study shows the feasibility of utilizing the Nitinol wire as an actuator for the purpose of vibration control.

• 한국의학물리학회지:의학물리
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• 제20권3호
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• pp.139-144
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• 2009

최근 스텐트 시술의 수학적인 분석은 스텐트의 위치와 기계적인 반응을 측정하는 여러 가지 툴이 개발됨에 따라 발전하고 있다. 그러나 기존의 연구의 경우, 전산모사 실험을 통해 여러 요소에 따른 변형 정도 및 응력 분포, 팽창력 등과 같은 성능평가에 대한 연구가 주류를 이루며 전산모사 실험을 통한 응력 분포 및 변형 정도에 대한 소프트웨어의 검증은 거의 없는 실정이다. 따라서 본 연구에서는 만능재료 시험기를 이용한 실험을 통해 얻은 결과와 전산모사 실험 결과의 유의성 검증을 통해 해당 전산 모사용 소프트웨어를 통한 전산모사 실험 결과에 신뢰성을 부여하였다. 또한 이를 토대로 전산모사 실험을 통해 스텐트 피막 유무에 따른 스텐트의 응력분포를 분석하고자 하였다. 본 연구에서는 전산모사 실험 데이터와 실제 인장 시험 데이터를 통한 유의성 검증을 하고자 하였다. 스텐트의 연결 부분에 대해 유한요소 해석법을 적용하여 전산모사 실험을 수행한 결과, 178.93 MPa의 최대응력으로 인장시험 결과인 184.23 MPa와 거의 유사한 값을 가졌으며, 이를 통해 인장시험 결과와 전산모사 결과가 유의성을 가짐을 검증할 수 있었다. 또한 피막 유무에 따른 스텐트의 전산모사 실험을 통해 피막에서는 접촉부, 나이티놀에서는 연결부에서 최대 응력이 발생함을 알 수 있었다. 그리고 피막이 있는 경우에는 피막의 장력으로 인해 연결부분에서 형상을 유지하고 있으나 피막이 없는 경우에는 이격 및 교차부에서 슬립이 발생함을 알 수 있었다. 이러한 결과들을 통해 스텐트 설계 초기에 있어 해당 전산모사용 소프트웨어를 통해 해석을 수행하여 그에 따른 해석 결과를 설계에 반영함으로써 설계 변경을 최소화할 수 있고, 이에 따라 양질의 설계 품질 확보가 가능할 것으로 사료된다.

• 한국의학물리학회지:의학물리
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• 제20권2호
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• pp.80-87
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• 2009

비혈관 스텐트(식도용, 담도용, 대장용, 십이지장용, 기관지용) 재질로 가장 널리 사용되고 있는 Nitinol wire 형상기억합금의 기계적 특성 향상을 위해 초음파 나노표면 개질(UNSM) 기술을 적용하여 Nitinol wire의 상변화와 초탄성 특성 및 표면 잔류응력 등의 변화를 연구하였으며, 탄력에너지와 부식내구성을 통한 스텐트의 수명 연장방법을 연구하고자 하였다. 본 연구에 사용된 Nitinol wire는 ${\phi}1.778$ mm로 UNSM 처리 전후의 표면거칠기 값은 Ra=0.092${\mu}m$와 Ra=0.093${\mu}m$로 비슷 하였지만, 초기시편에서는 미세결함과 인발가공 흔적이 확연히 관찰되었으나, UNSM 후에는 인발가공 흔적과 미세 표면 결함은 사라진 것이 발견되었다. 또한 잔류응력 측정 결과, 초기 시험편에는 +3.65 MPa였으나 UNSM 처리 후에는 -4.09 MPa로 확인되었으며, XRD를 통한 결정구조 분석 결과 $42.28^{\circ}$에서 초기보다 약한 (110) 오스테나이트 피크가 관찰되었으며, 대신 (020), ($1{\overline{1}}1$), 그리고 (021) 피크가 명확히 Martensite (B19' Monoclinic lattices) 구조로 확인되었고, (300)의 R상 (Rhombohedral lattices)에 대한 추가 피크가 미비하게 관찰되었다. 탄성변형에 따른 에너지 흡수력과 하중 제거에 따른 에너지의 회복력인 탄력계수(modulus of resilience) $U_r$은 단위체적당 변형률 에너지로 4.31 $MJ/m^3$에서 5.85 $MJ/m^3$로 증가하였다. 이와 같이 표면결함 제거와 인장응력을 압축응력으로 재편성하는 것만으로도 피로내구성을 크게 향상시킬 수 있다고 사료되며, 생체적합성과 더불어 내부식성, 내마모성 및 내구수명 향상을 실용화할 수 있는 표면개질 장치가 개발된다면, 현재 한국인 사망원인 1위인 순환계 질환(심근경색, 뇌졸중 등)에 사용되는 혈관계통의 스텐트 개발에도 응용개발연구가 가능할 것으로 예상된다.

• 한국의학물리학회지:의학물리
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• 제20권3호
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• pp.119-124
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• 2009

스텐트는 인체내 비혈관 또는 혈관의 내강에 직접 삽입되어 장기간 내강의 개통을 확보해 주어야 하는 보형기구로 체내에서의 안정성이 매우 중요하다. 스텐트의 성능은 크게 radial force, shortening, anti-migration, 방사선 불투과성, 유연성, 회복력, 삽입기구의 굵기 및 삽입 용이성 등의 항목으로 평가된다. 현재 스텐트는 다양한 제품이 널리 사용되어지고 있으며, 병변에 따라 선택이 가능하다. 스텐트는 개통이라는 고유 목적을 달성하면서 시술의 편의성이 고려되는 데 스텐트의 radial force와 유연성, 그리고 삽입기구의 유연성이 중요하다고 할 수 있다. 최근에 유한요소 해석법을 이용한 스텐트의 기계적 특성을 평가하기 위한 연구는 상당량 진행되어 왔다. 그러나 유한요소 해석법을 이용한 스텐트의 피로 거동 분석을 위한 전산 모사에 관한 연구는 드물다. 특히, 세선형 스텐트의 연구 및 시술 이후의 안정성에 대한 연구는 거의 없는 실정이다. 따라서 본 연구에서는 비혈관용 세선형 스텐트에 대하여 유한요소 해석법을 이용한 전산모의실험을 통한 피로특성 분석을 수행한 결과 해당 제품이 목표 수명을 지나서 피로 파괴(내구지수 : 1.74)가 발생한다고 예측할 수가 있었다. 이러한 유한요소 해석법은 스텐트 시술시의 장기적 안정성을 확보함으로써 산업체의 스텐트 개발 기간 및 예산 절감 등 경제적 개발에 많은 도움이 될 수 있을 것이다.