• 대한의용생체공학회:의공학회지
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• 제25권1호
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• pp.57-64
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• 2004

최근 심장질환에 의한 사망자 수는 놀랄 만큼 빠른 증가세를 보이고 있다. 인공심장은 혈액의 흐름에 따라 크게 박동류형과 무박동류형으로 나뉘며, 무박동류형 펌프는 비용적형으로 박동류형에 비해 소형화가 가능하다는 장점을 가지고 있다. 이러한 무박동류형 혈액펌프는 다시 구동방식에 따라 축류형과 원심형으로 구분되어지며, 그중 축류형 혈액펌프는 같은 무박동류형인 원심형 혈액펌프와 비교하였을 때 훨씬 간단한 구동장치와 제어장치를 가진다. 혈구가 파괴되어 헤모글로빈이 혈구 밖으로 빠져나가는 것을 용혈이라 하며 혈액이 응고하여 혈관을 막게되는 혈전현상은 이러한 용혈이 주된 원인이다. 따라서 혈액펌프가 구동함에 따라 발생하게 되는 용혈의 수치를 낮추는 것은 혈액펌프를 개발하는데 있어서 중요한 조건 중에 하나이다 이러한 용혈을 평가하기 위한 방법으로는 현재 in-vitro실험이 가장 널리 사용되어지고 있으나, 이러한 체외실험을 하기 위해선 상당한 비용과 장기간의 연구기간이 요구되어진다. 이러한 in-vitro실험의 단 전을 보완하기 위해 개발되어진 CFD해석법은, 엔지니어로 하여금 in-vitro실험을 실시하지 않고 용혈이 발생하는 지역과 용혈발생예측치를 추정할 수 있다. 본 연구의 목적은 in-vitro실험의 결과데이터와 CFD해석의 예측결과데이터의 여러 가지 비교를 통해 CFD해석의 정확성을 검증하고, 또한 이러한 정확성이 검증된 CFD해석법을 현재 개발되어지고 있는 축류형 혈액펌프의 개발단계에 적용하기 위함이다.

• 대한기계학회논문집B
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• 제30권1호
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• pp.87-94
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• 2006

This paper presents the hydrodynamic design and performance analysis method for a miniaturized centrifugal blood pump using three-dimensional computational fluid dynamics (CFD) code. In order to obtain the hydraulically high efficient configuration of a miniaturized centrifugal blood pump for cardiopulmonary circulation, a well-established commercial CFD code was incorporated considering detailed flow dynamic phenomena in the blood pump system. A prototype of centrifugal blood pump developed by the present design and analysis method has been tested in the mock circulatory system. Predicted results by the CFD code agree very well with in vitro hydraulic performance data for a centrifugal blood pump over the entire operating conditions. Preliminary in vivo animal testing has also been conducted to demonstrate the hemodynamic feasibility for use of centrifugal blood pump as a mechanical circulatory support. A miniaturized centrifugal blood pump developed by the hydraulic design optimization and performance prediction method presented herein shows the possibility of a good candidate for intra and extracorporeal cardiopulmonary circulation pump in the near future.

• 순환기질환의공학회:학술대회논문집
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• 순환기질환의공학회 2002년도 제2회 학술대회 초록집
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• pp.25-26
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• 2002

• 한국유체기계학회 논문집
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• 제19권6호
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• pp.55-60
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• 2016

We present an experimental setup for measuring the mechanical performance of centrifugal blood pumps. Using a 3D printer to construct supporting parts and magnetic couplings, we developed the measurement setup that can be used for various types of blood pumps. The experimental setup is equipped with sensors to measure a variety of mechanical characteristics of blood pumps including pressure, flow rate, torque, temperature, and rotating speed. Our experimental measurements for two commercial blood pumps are consistent with data provided by manufacturers, which indicates that the our setup offers the accurate measurements of blood pump performance. Utilizing the experimental setup, we tested aqueous glycerin solutions mimicking the density and viscosity of blood, which enabled us to predict the difference in operations using water and blood.

• 한국전산유체공학회지
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• 제21권1호
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• pp.103-109
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• 2016

With the rapid increase in the number of patients with cardiopulmonary diseases, more cardiopulmonary circulatory assist devices are also needed. These devices can be employed when heart and/or lung function poorly. Due to the critical role they take, these devices have to be designed optimally from both mechanical and biomechanical aspects. This paper presents the CFD results of a baseline model of a centrifugal blood pump for the ECMO condition. The details of flow characteristics of the baseline model together with the performance curves and the modified index of hemolysis(MIH) are investigated. Then, the geometry of baseline impeller and the volute are modified in order to improve the biomechanical performance and reduce the MIH value. The numerical simulations of two cases represent that when impeller radius and prime volume decrease the MIH value also decreases. In addition, the modified geometry shows more uniform pressure distribution inside the volute. The findings provide valuable information for further modification and improvement of centrifugal blood pumps from both mechanical and biomechanical aspects.

• 대한기계학회논문집B
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• 제35권11호
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• pp.1191-1198
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• 2011

심실보조장치는 말기 심부전환자에게 심장이식수술 없이 1 년 생존율을 25%에서 52%까지 증가 시킬 수 있는 유일한 장치이다. 하지만 심실보조장치 이식 후 1 년이 이내에 사망하는 원인 중 기기의 고장으로 인한 사망률이 6%를 차지하기 때문에 심실보조장치의 고장이 환자의 심장 움직임과 혈류 역학적인 상태에 영향을 주지 않는 새로운 방법이 필요하다. 기존의 심실보조장치는 원심형, 축심형으로 혈액을 박출해 주는 방식이어서 동맥압 보다 박출하는 압력이 낮을 때 혈액의 역류가 일어나는 문제점이 있다. 본 논문에서는 박출 압력이 약할 때, 2 개의 밸브에 의하여 혈액의 역류를 방지하고 관형태의 구조에 의해 혈액의 정체량을 줄일 수 있는 새로운 박동형 관형 심실보조장치를 개발하였으며, 체외실험과 동물실험으로 박출량과 펌프의 압력을 측정하여 그 특성을 평가하였다.

• Journal of Chest Surgery
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• 제37권3호
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• pp.201-209
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• 2004

생명구조장치(ECLS)는 호흡부전 및 심부전에 적용하는 장치로 세계적으로 많은 연구개발과 임상시도가 계속되고 있다. 현재까지 생명구조장치의 혈류펌프로는 비박동형 구동장치가 표준으로 사용되고 있으며, 박동형 구동장치는 생리적인 측면에서 유리하지만 급격한 회로압 상승과 그에 따른 혈구손상에 대한 우려가 있고 특히 막형산화기를 사용하는 인공폐 회로에서 기피되어 왔다. 본 연구는 인공폐 실험모델에서 단일 박동형 구동펌프와 막형 산화기 사이에 압력완충장치를 설치함으로써 언급한 부작용을 최소화시키면서 생리적인 박동혈류를 유도할 수 있을 것이라는 가능성을 검증하였다. 실험대상은 올레익산으로 급성 호흡부전증이 유발된 잡견(N=16)을 사용하였다. 실험군은 사용된 구동펌프의 종류와 압력완충장치의 유무에 따라 3개 군으로 분류하였다. 제1군(n=6)은 대조군으로 원심펌프를 이용하였고, 제2군(n=4)은 단일 박동형 구동펌프를 사용하였으며, 제3군(n=6)은 단일 박동형 구동펌프에 압력완충장치를 설치하였다. 실험모델은 흉강 절개 후 우심방-대동맥을 우회시키는 부분 체외순환 형태로, 1.8～2 L/min의 펌프박출량에서 2시간을 구동하였다. 관찰지표는 주로 혈역학 변화, 회로압, 혈액검사 및 혈구세포에 미치는 영향 등에 한정하였다. 맥동압(pulse pressure)은 박동형 구동펌프를 이용한 2군(47$\pm$10 mmHg)과 3군(41$\pm$9 mmHg)에서 비박동형 원심펌프를 이용한 1군(17$\pm$7 mmHg)에 비해 유의하게 높았다(p<0.001). 막형산화기에 걸리는 회로압은 1 군의 경우 222$\pm$8mmHg, 2군의 경우 739 $\pm$ 35 mmHg, 3군의 경우 470$\pm$ 17 mmHg였다(p<0.001). 순환 2시간째의 동맥혈 산소분압은 1군에 비해 박동혈류를 사용하는 2군과 3군에서 현저하게 높았다(77$\pm$41, 96$\pm$48, 97$\pm$25 mmHg; p<0.05). 혈구손상지표인 혈장 유리 헤모글로빈치는 1군에서 가장 낮았고, 2군에서 가장 높았으며, 3군에서 유의하게 감소하였다(55.7$\pm$43.3, 162.8$\pm$113.6, 82.5$\pm$25.1 mg%; p<0.05). 기타 혈액검사치는 특별한 차이가 없었다. 이상의 결과에서 단일 박동형 구동펌프는 비박동형 원심펌프에 비해 막형산화기의 산소교환에 유리한 반면, 회로압과 혈구세포 손상 측면에서 불리하다는 것을 알 수 있었다. 그러나 단일 박동형 구동펌프와 막형 산화기 사이에 압력완충장치를 설치하는 경우, 회로압 상승과 혈구세포손상을 유의하게 감소시킬 수 있었다.

• Journal of Chest Surgery
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• 제38권2호
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• pp.101-109
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• 2005

배경: 심정지와 같은 위급상황에서 관상동맥의 혈류를 유지하는 것은 심장근육의 보존과 회복 및 환자의 생명을 보존하는 데 중요하다. 최근 들어 Extra-Corporeal Life Support System (ECLS)의 기계식 순환장치의 사용으로 심정지 환자의 생명을 보존하고자 하는 노력이 시도되고 있다 본 연구는 체외순환 모델에서 박동성 혈류와 비박동성 혈류가 관상동맥의 혈류량 및 심근에 미치는 영향에 대해 알아보고자 하였다. 대상 및 방법: 실험은 $25\~35Kg$의 돼지 14마리를 각각 7마리씩 두 군으로 나누어 진행하였다. 제 1군은 비박동성 혈류 펌프인 원심펌프를 사용하였고 제2군은 이중 박동형 펌프를 사용하였다. 체외순환은 우심방에서 상행대동맥으로 심폐바이패스를 하고, 9V의 전기 충격으로 심실세동을 만들었다. 체외순환은 2시간 동안 유지하였으며, 펌프량은 두 군 모두 2 L/min로 유지하였다. 초음파를 이용한 관상동맥 혈류 측정장치를 이용하여 좌전하행지의 관상동맥 관류량을 펌프 시작 전(기초치)과 시작 후 20분마다 측정하였다. 또한 관상 정맥동의 혈액을 펌프 시작 전(기초치)과 시작 후 1시간, 2시간에 채취하여 두 군간의 심근효소의 차이와 대사물질의 차이를 비교하였다. 각 관찰지표의 군간 비교는 STATISTICA 통계프로그램(Version 6.0)의 Mann-Whitney U test를 이용하였고 통계적 유의수준은 p값이 0.05 이하인 경우로 하였다. 결과: 관상동맥의 저항지수는 제 2군에서 낮게 나타났으며, 펌프 구동 후 40분, 80분, 100분, 120분에서 통계적으로 의미 있게 나타났다 (p<0.05). 관상동맥의 평균 혈류 속도는 제 2군에서 펌프 구동 후 20분부터 의미 있게 높게 유지되었다(p<0.05). 관상동맥의 혈류량도 제2군에서 높게 유지되었으며, 펌프 구동 후 40분, 60분, 100분, 120분에서 통계적으로 의미 있는 차이를 보였다(p<0.05). 그러나, 관상정맥동의 혈액학적 검사에서는 두 군간에 차이가 없었다. 결론: 박동성 혈류는 비박동성 혈류보다 좌전하행지 관상동맥의 저항지수를 낮추고, 관상동맥의 관류속도를 빠르게 하여, 관상동맥으로의 혈류량을 높게 유지하였다.