• 제목/요약/키워드: Heat Transfer problem

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유한 요소 해석을 이용한 고주파 간 종양 절제술의 입력 파형 최적화를 위한 연구 (A Study For Optimizing Input Waveforms In Radiofrequency Liver Tumor Ablation Using Finite Element Analysis)

  • 임도형;남궁범석;이태우;최진승;탁계래;김한성
    • 대한의용생체공학회:의공학회지
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    • 제28권2호
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    • pp.235-243
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    • 2007
  • Hepatocellular carcinoma is significant worldwide public health problem with an estimated annually mortality of 1,000,000 people. Radiofrequency (RF) ablation is an interventional technique that in recent years has come to be used for treatment of the hepatocellualr carcinoma, by destructing tumor tissues in high temperatures. Numerous studies have been attempted to prove excellence of RF ablation and to improve its efficiency by various methods. However, the attempts are sometimes paradox to advantages of a minimum invasive characteristic and an operative simplicity in RF ablation. The aim of the current study is, therefore, to suggest an improved RF ablation technique by identifying an optimum RF pattern, which is one of important factors capable of controlling the extent of high temperature region in lossless of the advantages of RF ablation. Three-dimensional finite element (FE) model was developed and validated comparing with the results reported by literature. Four representative Rf patterns (sine, square, exponential, and simulated RF waves), which were corresponding to currents fed during simulated RF ablation, were investigated. Following parameters for each RF pattern were analyzed to identify which is the most optimum in eliminating effectively tumor tissues. 1) maximum temperature, 2) a degree of alteration of maximum temperature in a constant time range (30-40 second), 3) a domain of temperature over $47^{\circ}C$ isothermal temperature (IT), and 4) a domain inducing over 63% cell damage. Here, heat transfer characteristics within the tissues were determined by Bioheat Governing Equation. Developed FE model showed 90-95% accuracy approximately in prediction of maximum temperature and domain of interests achieved during RF ablation. Maximum temperatures for sine, square, exponential, and simulated RF waves were $69.0^{\circ}C,\;66.9^{\circ}C,\;65.4^{\circ}C,\;and\;51.8^{\circ}C$, respectively. While the maximum temperatures were decreased in the constant time range, average time intervals for sine, square, exponential, and simulated RE waves were $0.49{\pm}0.14,\;1.00{\pm}0.00,\;1.65{\pm}0.02,\;and\;1.66{\pm}0.02$ seconds, respectively. Average magnitudes of the decreased maximum temperatures in the time range were $0.45{\pm}0.15^{\circ}C$ for sine wave, $1.93{\pm}0.02^{\circ}C$ for square wave, $2.94{\pm}0.05^{\circ}C$ for exponential wave, and $1.53{\pm}0.06^{\circ}C$ for simulated RF wave. Volumes of temperature domain over $47^{\circ}C$ IT for sine, square, exponential, and simulated RF waves were 1480mm3, 1440mm3, 1380mm3, and 395mm3, respectively. Volumes inducing over 63% cell damage for sine, square, exponential, and simulated RF waves were 114mm3, 62mm3, 17mm3, and 0mm3, respectively. These results support that applying sine wave during RF ablation may be generally the most optimum in destructing effectively tumor tissues, compared with other RF patterns.

리튬브로마이드(LiBr) 용액의 흡습성질과 냉각코일을 이용한 온실 습도 및 온도 제어 (Dehumidification and Temperature Control for Green Houses using Lithium Bromide Solution and Cooling Coil)

  • 이상열;이충건;어승희;오광철;오재헌;김대현
    • 생물환경조절학회지
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    • 제23권4호
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    • pp.337-341
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    • 2014
  • 본 연구는 냉각코일과 리튬브로마이드 수용액을 활용하여 유리 chamber 내 냉각 및 제습 실험을 수행하였다. 냉각수 온도별 냉각 효과와 리튬브로마이드 수용액의 제습량을 확인하였으며, 이를 동시에 적용하여 실험을 수행하였다. 냉각수 온도별 냉각 실험은 279K, 286K, 293K에서 각각 19K, 13K, 10K 가량 감소되는 경향을 보였다. 냉각수 온도가 낮을수록 높은 냉각 성능을 보였으며, 여름철 상하수도 온도인 293K의 물로도 충분히 작물이 생육하기 좋은 온실 내부온도를 유지할 수 있다고 판단되었다. 또한 리튬브로마이드 수용액을 활용한 제습 실험에서는 약 80%의 외부 습도가 리튬브로마이드 수용액과 결합하여 약 50%로 감소되어 약 30%의 제습량을 보였으며, 이는 시설 내 제습 시스템의 적용에 적합한 물질로 판단된다. 냉각코일과 리튬브로마이드 수용액을 동시에 적용한 실험에서 약 9K의 온도 강하, 15%의 제습량을 나타냈으며, 리튬브로마이드 수용액이 수증기를 흡수하는 과정에서 반응열이 발생하는 것을 확인하였다. 또한, 시뮬레이션을 통해 냉각 실험 결과와 대비 비교한 결과 약 299.7K의 내부 온도를 보여 일치하는 것을 확인하였다. 수분의 제습과정을 거치면서 농도가 낮아진 리튬브로마이드 수용액(희용액)은 수집탱크로 모아 재생부로 이송되어 가열, 수분을 증발시켜 농용액으로 전환된 후 열교환을 거쳐 냉각되어 다시 제습시스템으로 공급되는 시스템을 적용하면 일정량의 리튬브로마이드 수용액만으로 온실 제습을 할 수 있을 것으로 판단된다. 본 실험을 통해 냉각 및 제습이 동시에 가능하다는 것을 확인하였으며, 리튬브로마이드 수용액을 활용하여 실제 온실에 적용된다면 기존 온실에서 사용하고 있는 냉방 및 제습 방법에 비해 에너지 절감을 통한 경제적 효과를 얻을 수 있을 것으로 판단된다. 향후, 제습 부분은 시뮬레이션을 통한 분석 및 실험결과와 대비 검증이 요구되고, Lab scale의 제습 시스템에서 Farm scale의 온실 규모로 확장하여, 추가 변수에 대한 제습 및 냉각 연구가 수행되어야 할 것이다.