• 대한기계학회논문집B
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• 제35권8호
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• pp.757-762
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• 2011

본 연구에서는 표면에 사인주기의 온도변화를 주었을 때 인체피부 조직의 온도변화에 대해 연구 하였다. 표피, 진피 및 피하조직으로 이루어진 피부 각 층의 서로 다른 물성치의 영향을 Pennes 열전달 방정식을 이용한 수치해석방법으로 풀이하여 조사하였다. 각 조직의 서로 다른 물성치가 온도분포에 미치는 영향에 대해 조사하였다. 또 물성치 변화의 영향을 많이 받는 진피부분에 대해서 관류율의 영향을 조사하였다. 해석 결과 동일한 물성치를 사용한 경우와 달리 서로 다른 물성치를 사용하였을 때, 피부깊이에 따른 온도분포가 불연속적으로 나타났다.

• 한국화재소방학회:학술대회논문집
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• 한국화재소방학회 2011년도 추계학술논문발표회 논문집
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• pp.167-170
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• 2011

화재현장에서 소방공무원은 화염, 증기, 또는 고온물 등에 의하여 화상사고를 당하고, 이로 인하여 극심한 고통 받고 있다. 따라서 화상 예측에 대한 연구를 통해 화상을 방지할 수 있는 방법을 개발하여야 한다. 본 연구에서는 화재시 고온 열유속 조건하에서의 화상 발생에 대한 예측을 수치해석적 방법으로 수행하였다. 생체 열전달 방정식(Bio-heat transfer)을 이용하여 지배방정식을 유도하였으며, 유한차분법(Finite Difference Method)을 활용하여 피부조직에 대한 온도분포를 얻었다. 이를 바탕으로 한 손상함수를 이용하여 2도 화상의 발생 유무를 예측하였으며, 기존의 실험 결과[Stoll and Chianta]와 비교하여 좋은 예측 결과를 얻을 수 있었다.

• 대한기계학회논문집B
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• 제39권11호
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• pp.853-859
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• 2015

본 연구에서는 모의 생체조직에 광을 조사하고 그에 따른 조직 내의 열전달 현상을 분석하였으며 이를 이용하여 수치해석 시 필요한 표면 경계조건에 대한 관계식을 도출하였다. 세 가지 서로 다른 파장의 광을 높이를 바꾸면서 조사하여 표면에서부터 깊이방향으로 조직 내의 온도를 측정하였다. 그 결과 파장과 조사 시간이 길수록 한천조직의 온도는 높아졌으나 붉은 색 파장과 근적외선은 큰 차이를 나타내지 않았다. 도출된 경계조건을 사용한 수치해석 결과는 측정된 온도와 잘 일치하였다.

• 한국화재소방학회논문지
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• 제26권5호
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• pp.13-20
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• 2012

매년 많은 소방공무원들이 화재나 고온 조건 등에 노출되어 화상으로 고통 받고 있어, 화상 예측에 대한 연구를 통해 화상을 방지할 수 있는 방법의 개발이 매우 중요하다. 그러나 피부조직의 비선형성, 혈류에 의한 열전달 분석의 불확실성 등 인체 내부의 복잡한 물리현상으로 인해 화상에 대한 연구는 매우 부족한 것이 실정이며, 특히 국내의 경우는 이에 대한 연구가 전무한 실정이다. 본 연구에서는 특히 심각한 화상을 유발할 수 있는 돌발화염(80 kW/$m^2$ 이상의 고열 유속 조건)하에서의 2도 화상 발생에 대한 예측을 수행하였다. 생체 열전달 방정식(Bio-heat transfer)을 이용하여 지배방정식을 유도하였으며, 유한차분법(Finite Difference Method)을 활용하여 화상에 대한 예측을 수행하는 수치해석 접근법을 사용하였다. 기존의 여러 연구결과로부터 인체 피부의 열물성치를 정리하였고, 그것을 바탕으로 계산을 수행하였다. 기존의 낮은 열유속에 대한 화상 실험 결과와 예측 결과를 비교하여 가장 오차가 적은 열물성치 모델을 파악하였고, 그 결과를 바탕으로 고열유속의 돌발화염에서의 2도 화상발생 노출시간을 예측하여 제시하였다.

• 한국화재소방학회논문지
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• 제30권3호
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• pp.16-22
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• 2016

소방공무원의 화상방지를 위해 소방보호복의 개발이 이루어지고 있으나, 보호 성능을 높이기 위해서 소재의 두께가 증가하고, 그럼으로 경량화 달성이 어려워지는 단점이 존재한다. 이를 극복하기 위한 여러 가지 방법 중 Phase Change Material(PCM, 상변화 물질)을 적용한 섬유를 소방보호복 안감에 적용하는 연구가 진행되고 있다. 기존 연구의 경우, 고온노출시 PCM 적용 섬유의 온도 특성에 대한 연구가 일부 있었으나, 화상 발생과의 직접적인 연관성을 살펴볼 수가 없다는 큰 단점이 존재한다. 본 연구에서는 짧은 시간 고열유속 상태의 돌발화염조건에 대해 현재 사용되고 있는 소방보호복 안감에 대한 PCM 적용 여부에 따라 2도 화상 발생 억제 효과를 수치계산을 통해 살펴보았다. 피부의 화상 해석을 위해 생체 열전달 방정식(Bio-heat transfer)을 이용하여 지배방정식을 유도하였으며, 유한차분법(Finite Difference Method)을 활용하여 화상에 대한 예측을 수행하는 수치해석 접근법을 사용하였다. 시간에 따른 온도 및 손상함수 결과 분석을 통해 PCM 소재의 열흡수가 열전달을 지연시키는 효과가 큼을 확인할 수 있었고, 그에 의해 화상발생을 방지하는 매우 유효한 방법임을 확인할 수 있었다.

• 한국전자파학회논문지
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• 제23권2호
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• pp.244-250
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• 2012

본 논문에서는 소형화된 대칭형 다이폴 안테나와 이를 이용한 배열 구조를 제안하였다. 제안된 안테나 배열 구조는 표재성 암 치료를 위한 고온 온열 치료의 전자기파 방사체에 사용된다. 소형화된 다이폴 안테나는 가온 균일성 향상을 위하여 양 갈래 다이폴과 정합 구조가 대칭형으로 설계되었고 이를 이용하여 $2{\times}2$ 배열 구조가 제작 및 측정되었다. 제작된 배열 구조는 전자파 흡수율과 생체열 방정식에 의하여 모의 실험되고, 다중 채널 온도계를 사용하여 30분 및 60분 간의 온도 분포가 측정되었다. 그 결과, 다이폴 안테나에 각각 2 W의 전력을 공급하였을 때 2.7도와 3.3도의 온도가 상승하였다. 측정 환경에서의 모의 실험 결과와 측정 결과가 일관성을 보였으며, 실제 치료 환경을 가정한 모의 실험을 통하여 실제 의료 기기 활용에 많은 도움이 될 것으로 기대된다.

• 한국전자파학회논문지
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• 제21권10호
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• pp.1073-1084
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• 2010

본 논문에서는 지속적인 고출력 전자기파 근접 노출 환경에서 인체 두부에서의 온도 변화를 살펴보았다. 근접 전자기파 발생 장치로 반파장 다이폴 안테나를 사용하고, 안테나의 위치는 귀 옆과 눈 앞 두 종류의 환경을 설정하였다. 이때, 안테나의 주파수는 두 종류의 단일 주파수 835 MHz와 1,800 MHz를 고려하였다. 전자기파 노출에 의한 인체의 전자파 흡수율(Specific Absorption Rate: SAR) 값은 시간 영역 유한 차분법(Finite-Difference Time-Domain: FDTD)으로 계산하였고, 인체에서의 온도 변화는 생체 열 방정식(Bio-Heat Equation: BHE)를 이용해 계산하였다. 또한, 연속적인 고출력 노출 환경에서 인체의 온도 변화를 보다 정확히 예측하기 위해서 온도조절 기능(thermoregulation)을 고려하였다. 온도 조절 기능을 고려하지 않을 경우에는 최대 온도 상승은 안테나 출력에 비례하는 것을 확인하였다. 반면에, 온도 조절 기능을 고려하면, 피부의 온도가 $5^{\circ}C$ 이상 증가한 구간에서는 안테나 출력에 비례하는 특성이 나타나지 않는 것을 확인할 수 있었다. 따라서, 수치 해석 방법으로, 인체조직에 손상을 일으키는 온도 상승(뇌: $3.5^{\circ}C$, 피부: $10^{\circ}C$)을 야기할 수 있는 전자기파 노출 환경을 예측하기 위해서는 온도 조절 기능을 포함한 해석을 수행해야 한다.

• 대한의용생체공학회:의공학회지
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• 제23권6호
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• pp.467-475
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• 2002

가온 프로브를 사용하여 직장을 통한 온열치교법이 비침습적 전립선치료의 한 방법으로 사용되고 있으나 직장벽 내에서의 과도한 온도에 의한 가열은 장점막의 손상을 입힐 뿐만 아니라 전립선 전체를 적절한 온도까지 가열하기가 어렵다고 알려져 있다. 따라서 전립선과 온열치료 시스템 사이에서 일어나는 열전달 메카니즘에 관한 보다 정확한 이해가 요구된다. 본 연구에서는 전립선 표면에 가해진 냉.온 자극이 전립선 내부의 온도 분포에 미치는 영향을 수치해석을 이용하여 검토하였다. 유한체적 프로그램인 "FLUENT"를 사용하여 비정상상태의 열전도방정식을 해석하여 전립선 내의 시간에 따른 온도분포를 고찰하고, 가열 및 냉각시간, 가열 및 냉각온도 등이 전립선 내부의 온도분포와 온열효과가 전달되는 영역을 규명하였다. 온열 치료법(40~45$^{\circ}C$)에 의해 온열효과가 나타나는 전립선의 내부 영역을 가시화하고, 가열/냉각의 반복 자극이 전립선의 온도분포에 미치는 영향을 조사한 결과 통상적인 온열 치료법에 의한 온열효과는 전립선의 낮은 열전도도의 영향에 의해 전립선의 일부 영역에만 도달되는 한계를 보였다. 가열/냉각의 냉.온 자극을 반복하면서 열적 자극효과를 고려한 냉.온 치료시스템을 개발하기 위하여 냉.온 자극 온도와 시간이 전립선 내부에 미치는 열전달 메카니즘을 고찰하여 원하는 자극주기와 전립선 내부 온도자극 정도를 설정하기 위한 유효한 자극패턴을 제시할 수 있는 기초자료를 획득하였다. 또한, 전립선 조직내부를 통과하는 혈액의 유동이 조직의 온도분포 및 열전달에 미치는 영향을 검토한 결과 냉온 자극 강도에 큰 영향을 미치지 않을 것으로 확인되었다. 이러한 결과는 냉온자극에 의한 전립선치료기의 자극프로브의 형상 설계와 가열에 의한 온열 효과 및 가열/냉각의 반복에 의한 열자극 효과를 동시에 얻을 수 있는 자극시스템을 개발하는 데에 유용하게 사용할 수 있으리라 사료된다.