• 센서학회지
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• 제9권1호
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• pp.51-60
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• 2000

본 논문에서는 정상류형 혈액 펌프의 일종인 축류형 혈액 펌프를 이용하여 혈액 펌프 시스템을 설계하였다. 이 시스템은 혈액 펌프, 신호 획득부, 인터페이스부, 신호 처리부로 구성되어 있고, 혈압과 심박수를 이용하여 혈압과 혈류량을 적절히 제어함으로써 좌심실의 기능을 보조할 목적으로 연구되었다. 전동 펌프가 회전할 때 생체내의 순환조건에 알맞도록 혈액 펌프의 회전수, 혈액 펌프에 걸리는 부하와 압력 정보를 적용하여 실험식을 만들어 제어에 이용하였으며 설계 제작된 모의 순환장치로써 실험한 결과 모의 혈관 내에서 적절한 혈압과 혈류의 제어가 가능하였고, 혈구의 변화량 실험 결과는 임시의 목적으로 사용가능 함을 알 수 있었다.

• Advances in biomechanics and applications
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• 제1권2호
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• pp.127-141
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• 2014

A preliminary study of a new pulsatile pump that will work to a frequency greater than 1 Hz, is presented. The fluid-structure interaction between a Newtonian blood flow and a piston drive that moves with periodic speed is simulated. The mechanism is of double effect and has four valves, two at the input flow and two at the output flow; the valves are simulated with specified velocity of closing and reopening. The simulation is made with finite elements software named COMSOL Multiphysics 3.3 to resolve the flow in a preliminary planar configuration. The geometry is 2D to determine areas of high speeds and high shear stresses that can cause hemolysis and platelet aggregation. The opening and closing valves are modelled by solid structure interacting with flow, the rhythmic opening and closing are synchronized with the piston harmonic movement. The boundary conditions at the input and output areas are only normal traction with reference pressure. On the other hand, the fluid structure interactions are manifested due to the non-slip boundary conditions over the piston moving surfaces, moving valve contours and fix pump walls. The non-physiologic frequency pulsatile pump, from the viewpoint of fluid flow analysis, is predicted feasible and with characteristic of low hemolysis and low thrombogenesis, because the stress tension and resident time are smaller than the limit and the vortices are destroyed for the periodic flow.

• 대한기계학회논문집B
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• 제32권11호
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• pp.891-896
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• 2008

In the present computational study, simple stenotic artery models using pulsatile flow condition were investigated. A 1 Hz non-reversing sinusoidal velocity for pulsatile flow was imposed at the flow inlet and the corresponding Womersley number based on the vessel radius is 2.75. The simple stenotic geometries have been used that consist of 25%, 50% and 75% semicircular constriction in a cylindrical tube. In this paper, numerical solutions are presented for a first harmonic oscillatory flow using commercial software ADINA 8.4. As stenosis and Reynolds number increase, the maximum wall shear stress(WSS) increases while the minimum WSS decreases. As the stenotic rate increases, the pressure drop at the throat severely decreases to collapse the artery and plaque. It is found that the fluid mechanical disturbances due to the constriction were highly sensitive with rate of stenosis and Reynolds number. When Reynolds number and stenosis increase, the larger recirculation region exists. In this recirculation region the possibility of plaque attachment is increasingly higher. The present results enhance our understanding of the hemodynamics of a stenotic artery.

• Journal of applied mathematics & informatics
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• 제10권1_2호
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• pp.193-207
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• 2002

The present investigation deals with the pulsatile flow of incompressible viscous fluid through a circular rigid tube provided with constriction. The method applied here is the Decomposition Method, which has been developed by George Adomian [3]. The advantages of this method are the avoidance of simplifications and restrictions, which change the non-linear problem to mathematically tractable one, whose solution is not consistent with physical solution. Theoretically results, such as, wall shear stress and axial velocity component, have been obtained and the graphical solutions of these theoretical results have been shown in the figures.

• International Journal of Vascular Biomedical Engineering
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• 제2권1호
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• pp.25-30
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• 2004

Catheters are used to measure translesional pressure gradients in the stenosed coronary arteries. Uses of catheters during coronary angioplasty cause flow obstructions. A narrowed flow cross section with catheter effectively introduced a tighter stenosis than the enlarged residual stenoses after balloon angiplasty. Catheters in blood vessels cause pressure gradient rise and blood flow drop during the measurements. In this study, three dimensional computer simulations are conducted to investigate the flow blockage effects due to the catheter obstructions during the coronary angioplasty. The computer simulation models are generated by the data, which are measured by coronary angiogram, and the blood is treated as non-Newtonian fluid. The velocity, pressure, and wall shear stress variations are observed for the estimate of damages of blood vessel. This study is also extended to investigate the effects of stenotic vessel size, and shape and catheter size and location.

• 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.

• 대한기계학회논문집B
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• 제29권1호
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• pp.63-70
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• 2005

The main objective of the present study is to predict characteristics of three dimensional pulstitile flow by location of stenosis in blood vessel with the second order bifurcation. The present study simulates the incompressible non-Newtonian laminar blood flows using a Fluent V. 6.0. The Carreau model is employed as the constitutive equation for blood. The numerical simulation carried out at five cases without and with symmetry or asymmetry stenosis. It is found that the no stenosis and stenosis before first bifurcation do not have influence on flow at second bifurcated blood vessel. However, the stenosis after first biburcation has effect on flow at second bifurcated blood vessel.

• 순환기질환의공학회:학술대회논문집
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• 순환기질환의공학회 2002년도 제2회 학술대회 초록집
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• pp.3-18
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• 2002

Hemorheology plays an important role in atherosclerosis. Hemorheologic properties of blood include whole blood viscosity, plasma viscosity, hemaocrit, RBC deformability and aggregation, and fibrinogen concentration in plasma. Blood flow is determine by three parameters (pressure, lumen diameter, and whole blood viscosity), whole blood viscosity is one of the key physiological variables. However, the significance of whole blood viscosity has not yet not been fully appreciated. Whole blood viscosity has a unique property, non-Newtonian shear-thinning characteristics, which is primarily due to the presence of RBCs. Hence, RBC deformability and aggregation directly affect the magnitude of blood viscosity, and any factors or diseases affecting RBC characteristics influence blood viscosity. Therefore, on can see that whole blood viscosity is the causal mechanism by which traditional risk factors such as hypertension, hyperlipidemia, smoking, exercise, obesity, age, and gender are related to atherogenesis. In this regard, we included whole blood viscosity in the three key determinants of injurious pulsatile flow that results in mechanical injury and protective adaptation in the arterial system. Because whole blood viscosity is a potential predictor of cardiovascular diseases, it should be measured in routine cardiovascular profiles. Incorporating whole blood viscosity measurements into a standard clinical protocol could improve our ability to identify patients at risk for cardiovascular disease and its complications.

• Korea-Australia Rheology Journal
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• 제16권2호
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• pp.101-108
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• 2004

The hemodynamics behavior of the blood flow is influenced by the presence of the arterial stenosis. If the stenosis is present in an artery, normal blood flow is disturbed. In the present study, the characteristics of pulsatile flow in the blood vessel with stenosis are investigated by the finite volume method. For the validation of numerical model, the computation results are compared with the experimental ones of Ojha et al. in the case of 45％ stenosis with a trapezoidal profile. Comparisons between the measured and the computed velocity profiles are favorable to our solutions. Finally, the effects of stenosis severity and wall shear stress are discussed in the present computational analysis. It can be seen, where the non-dimensional peak velocity is displayed for all the stenosis models at a given severity of stenosis, that it is exponentially increased. Although the stenosis and the boundary conditions are all symmetric, the asymmetric flow can be detected in the more than 57％ stenosis. The instability by a three-dimensional symmetry-breaking leads to the asymmetric separation and the intense swirling motion downstream of the stenosis.

• 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.