• 대한기계학회:학술대회논문집
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• 대한기계학회 2003년도 춘계학술대회
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• pp.1936-1941
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• 2003

Characteristics of the high frequency and pulsatile flow investigated experimentally to understand the flow phenomena in the hydraulic system. In the study, I axis fatigue tester which are widely used for automobile filed are selected. 4 Pressure transducer, amplifier, A/D convertor are used to analyse and to obtain the pulsatle pressure waveform with high frequencies in hydraulic system. Matlab are used. to analyse the characteristics of frequency. Variation of pump input pressure and actuator acceleration frequency, pressure wave are measured with or without accumulators. For with accumulator, frequency amplitude of pressure are very lower than those of without accumulator due to absorbing function of accumulator. As the actuator acceleration frequency increased, effect of accumulator are very important to decrease the pulsatile pressure waveform with high frequencies.

• 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.

• 대한기계학회:학술대회논문집
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• 대한기계학회 2008년도 추계학술대회A
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• pp.1679-1682
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• 2008

Pulsatile Extracorporeal Membrane Oxygenation(ECMO) can mitigate the heart load and raise the patient's blood perfusion. But If the ECMO pulsate the blood flow during the systolic period, It can burden to the patient's heart. To avoid the heart injury, we have to consider the relation between output of ECMO, hemodynamic states and heart movement. To raise the efficacy of the pulsatile ECMO, we investigated the coronary perfusion, cardiac muscle tension and hemodynamic states during the ECMO perfusion by using the mathematical model of human blood circulatory system and ECMO. The outflow data of the pulsatile ECMO(T-PLS, Bioheartkorea, Korea) was obtained in vitro experiments. According to the phase and pumping rate of the ECMO, the heart's load and coronary perfusion could be adjusted to the proper levels. The results of the human- ECMO lumped parameter model showed that the synchronizing operation of the pulsatile ECLS can be helpful at stabilizing the patient's hemodynamic states.

• 대한기계학회논문집B
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• 제28권12호
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• pp.1567-1572
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• 2004

Although accurate measurement of velocity profiles, multiple velocity vectors, and shear stress in arteries is important, there is still no easy method to obtain such information in vivo. This study shows the utility of combining ultrasound contrast imaging with particle image velocimetry (PIV) for non-invasive measurement of velocity vectors. The steady flow analytical solution and optical PIV measurements (for pulsatile flow) were used for comparison. When compared to the analytical solution, both echo PIV and optical PIV resolved the steady velocity profile well. Error in shear rate as measured by echo PIV (8%) was comparable to the error of optical PIV (6.5%). In pulsatile flow, echo PIV velocity profiles agreed well with optical PIV profiles. Echo PIV followed the general profile of pulsatile shear stress across the artery but underestimated wall shear at certain time points. These studies indicate that echo PIV is a promising technique for the non-invasive measurement of velocity profiles and shear stress.

• Journal of Chest Surgery
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• 제37권1호
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• pp.1-10
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• 2004

배경: 기존에 사용되고 있는 인공심폐기는 비박동성 펌프로 회로 내부에 형성되는 압력이 낮고 혈구 손상이 적어서 표준 인공 심폐기로 선호되고 있다. 그러나 많은 실험적 연구들을 보면 박동성 관류가 혈역학, 대사, 장기의 기능, 미세 순환에 대하여 비박동성 관류보다 유익함을 알 수 있다. 그러나 박동성 인공심폐기는 높은 회로 내부 압력과 혈구손상이 해결되어야 할 문제점으로 개발이 어려웠다. 이 연구의 목적은 국내에서 제작된 이중 박동성 인공심폐기의 안전성 및 유효성을 알아보는 것이다. 대상 및 방법: 6마리의 송아지를 대상으로 이중 박동성 인공 심폐기 실험을 하였으며, 완전체외순환을 시켰다. 체외순환은 상,하 대정맥과 대동맥 사이를 우회하였으며, 막형 산화기를 사용하여 혈액을 산화시켰다. 산화기는 좌우측 펌프 중간에 위치시켰다. 순환 시간은 4시간이었다. 동맥혈가스분석, 혈액검사, 혈장 유리 혈색소를 측정하였으며, 맥압과 회로 내부압력을 관찰하였다. 측정은 인공 심폐기 구동 전과 순환 1, 2, 3, 4시간째에 측정하였다. 결과: 동맥혈 가스분석상 pH, 이산화 탄소분압은 모두 정상 범위였으며, 동맥혈 산소 분압은 100 mmHg 이상의 충분한 산화를 보였다. 혈장 유리혈색소는 완전 체외순환하여 4시간이 경과하면서 15.87 $\pm$5.63 mg/㎗로 점차 증가소견을 보였으나 20 mg/㎗ 이내였다. 혈액검사소견상 뚜렷한 이상소견은 없었다. 순환전 수축기 혈압은 97.5$\pm$5.7 mmHg이었으며 시간 경과하여도 100 mmHg 이상의 혈압을 유지하였다. 확장기 혈압은 72.2$\pm$7.7 mmHg이었으며 시간 경과하여도 잘 유지되었다. 평균 혈압은 순환 전 83$\pm$9.2 mmHg이었으며, 시간 경과 시 증가된 소견을 보였다. 펌프의 유량은 3.3 L/min이상을 유지할 수 있었다. 완전체외순환 동안의 혈압의 변화를 보면 순환 전 심장과 유사한 동맥혈압을 보였다. 결론: 이중 박동 구조를 이용한 박동성 인공심폐기는 효과적인 박동성 혈류를 제공하면서 혈구 세포손상도 적었으며, 혈액학적 및 혈역학적인 면에서도 우수한 결과를 보였다. 따라서 모든 심장수술의 인공심폐기로 사용되어질 경우 말초장기에 생리적이고 안정적인 혈류를 공급할 수 있을 것으로 기대된다.

• Coupled systems mechanics
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• 제1권4호
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• pp.361-379
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• 2012

This paper presents a fully coupled three-dimensional solver for the analysis of interaction between pulsatile flow and large deformation structure. A partitioned time marching algorithm is employed for the solution of the time dependent coupled discretised problem, enabling the use of highly developed, robust and well-tested solvers for each field. Conservative transfer of information at the fluid-structure interface is combined with an effective multi-predict-correct iterative scheme to enable implicit coupling of the interacting fields at each time increment. The three-dimensional unsteady incompressible fluid is solved using a powerful implicit time stepping technique and an ALE formulation for moving boundaries with second-order time accurate is used. A full spectrum of total variational diminishing (TVD) schemes in unstructured grids is allowed implementation for the advection terms and finite element shape functions are used to evaluate the solution and its variation within mesh elements. A finite element dynamic analysis of the highly deformable structure is carried out with a numerical strategy combining the implicit Newmark time integration algorithm with a Newton-Raphson second-order optimisation method. The proposed model is used to predict the wave flow fields of a particular flow-induced vibrational phenomenon, and comparison of the numerical results with available experimental data validates the methodology and assesses its accuracy. Another test case about three-dimensional biomedical model with pulsatile inflow is presented to benchmark the algorithm and to demonstrate the potential applications of this method.

• 한국전산유체공학회:학술대회논문집
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• 한국전산유체공학회 2006년도 PARALLEL CFD 2006
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• pp.412-412
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• 2006

• Korea-Australia Rheology Journal
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• 제21권2호
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• pp.119-126
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• 2009

A numerical analysis is performed to investigate the effect of rotation on the blood flow characteristics with four different angular velocities. The artery has a cylindrical shape with 50% stenosis rate symmetrically distributed at the middle. Blood flow is considered a non-Newtonian fluid. Using the Carreau model, we apply the pulsatile velocity profile at the inlet boundary. The period of the heart beat is one second. In comparison with no-rotation case, the flow recirculation zone (FRZ) contracts and its duration is reduced in axially rotating artery. Also wall shear stress is larger after the FRZ disappears. Although the geometry of artery is axisymmetry, the spiral wave and asymmetric flow occur clearly at the small rotation rate. It is caused that the flow is influenced by the effects of the rotation and the stenosis at same time.

• 대한의용생체공학회:학술대회논문집
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• 대한의용생체공학회 1994년도 춘계학술대회
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• pp.115-118
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• 1994

Three-dimensional steady and pulsatile flows in an end-to-side anastomosis were investigated using a finite difference method in order to understand the flow dynamics in the preferential development of distal anastomotic intimal hyperplasia or thrombosis. Steady flow results revealed that a double helical vortex was formed in the host artery and flow recirculations near tow and heel regions were limited due to the secondary flow. Oscillating wall shear stress with significant secondary flow might be the flow dynamic reason of developing intimal hyperplasia or thrombosis.

• Journal of Chest Surgery
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• 제38권1호
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• pp.13-22
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• 2005

배경 : 심장수술과 같은 체외순환(Extracorporeal circulation)이 요구되는 상황에서 조직관류에 우월할 것으로 보이는 박동성 혈류장치를 이용하려는 시도가 계속되어 왔다. 본 연구에서는 체외순환 조건에서 박동 혈류가 비박동 혈류보다 조직관류에 우월하다는 가설을 직접 증명하기 위해 치근 개발된 조직관류측정기($QFlow^{TM}-500$ Perfusion Measurement System, Thermal Technologies Inc.,Cambridge, MA, USA)의 열확산 탐침(Thermal Diffusion Probe)으로 조직 관류량을 실시간 및 연속적으로 직접 측정함으로써, 체외순환에서 박동 혈류와 비박동 혈류가 신장에 미치는 영향을 직접 관찰하고자 하였다. 대상 및 방법: 몸무게가 25 kg에서 40 kg 사이의 돼지를 암수 구별 없이 총 12마리를 각각 6마리씩 두개 군으로 나누어 실험을 진행하였다. 동물의 심장을 노출시킨 후, 좌측 측하복부를 절개하여 좌신장을 노출하여 관류측정기의 열확산 탐침을 신장의 피질내에 $2\~3$ cm 깊이로 거치하였다. 9볼트의 배터리로 심정지를 유도하면서 대동맥 차단을 하여 총심폐우회술을 시행한 후, 1군(n=6)은 Biopump에, 2군(n=6)은 박동식 혈류를 제공하는 T-PLS (Twin-Pulse Life Support System)에 연결하였다. 실험 동안 pump flow는 2 L/min로 유지하였다. 체외순환 전과 시작 후 10분마다 심박수, 혈압, 및 신장 관류치를 측정하여 60분까지 측정하고, 동맥혈가스분석, 전혈구 계산, 혈액 뇨질산, 크레아티닌 및 혈장 용혈헤모글로빈을 체외순환 시작 전과 60분 후에 측정하였다. 결과: 두 군 사이에 기초치는 유사하였다. 평균 혈압은 체외순환 전에는 두 군 간에 차이가 없었으나, 체외순환 20분 이후부터는 2군에서 높은 경향이 있었고(1군 $39.84\~45.5$ mmHg, 2군 $48.7\~52$ mmHg), 특히 60분에서의 평균혈압은 통계적으로 유의한 차이를 보였다(1군$\;41.2{\pm}4.3\;mmHg,\;48.7{\pm}5.4\;mmHg,\;p=0.023$). 체외순환 전 측정한 신장 관류치는 두 군간에 차이가 없었으나, 체외순환을 시작한 이후부터는 2군에서 지속적으로 더 높은 경향이 있었으며(1군 $48.5\~64$ mL/min100 g, 2군 $65.8\~88.3$ mL/min/100 g), 특히 30분에서의 측정값은 통계적으로 유의한 차이를 보였다(1군$47.5{\pm}18.3\;mL/min100\;g,$ 2군$83.4{\pm}28.5\;mL/min100\;g,\;p=0.026$). 혈액 뇨질산, 크레아티닌, 그리고 혈장 용혈헤모글로빈의 변화는 두 군간에 차이가 없었다. 결론: 일정한 펌프 혈류 조건에서 박동성 혈류의 평균 혈압이 더 높다는 것은, 비박동성 혈류보다 조직관류압(Tissue Perfusion Pressure) 측면에서 우수하여 말초장기의 조직관류 효과에 유리한 요인이라고 볼 수 있다. 본 연구를 토대로 장시간의 체외순환에서는 신장기능을 대표하는 수치들에도 영향을 미칠 수 있으리라 예상되며, 신장 이외에 다른 주요 장기에 미치는 영향에 대한 연구를 더 진행할 필요가 있을 것으로 생각한다.