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냉.온열의 반복 자극이 전립선 내부의 온도 분포에 미치는 영향
The Effects of Warm and Cold Stimulations on the Temperature Distribution in the Prostate 원문보기

의공학회지 = Journal of biomedical engineering research, v.23 no.6 = no.75, 2002년, pp.467 - 475  

문우석 (전북대학교 대학원 정밀기계공학과) ,  백병준 (전북대학교 기계항공시스템공학부) ,  박복춘 (전북대학교 기계항공시스템공학부) ,  김철생 (전북대학교 전자정보공학부 생체공학전공)

초록
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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.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

Hyperthermia using transrectal thermal probes has been used for a noninvasive treatment of prostate diseases. However it is known that heating the rectal wall at excessively high temperature can lead to destruction of the rectal mucous membrane. and it is difficult to maintain an optimum temperature...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 이상의 결과는 지속적인 가열에 의해 온열치료를 추구하는 기존 온열치료기의 한계를 나타낸다 할 수 있다. 따라서 본 연구에서는 가열에 의한 온열효과 및 가열/냉각의 반복에 의한 열자극효과를 동시에 얻을 수 있는 자극시스템을 개발하기 위하여 온 냉자극 온도와 시간이 전립선 내부에 미치는 열전달 메카니즘 에 어떠한 영향을 미치는지에 대하여 자세히 고찰하였다.
  • 5℃)에서 작동되는 자극프로브에서 전 립선주위 조직을 통해 전립선으로 전달된 열은 전립선형상 및 내부의 특성에 따라 특정 부위에서 열이 축적됨으로서 국부적 극대온도가 형성되는 등 각 부위별 온도가 상이하게 분포될 것이다. 따라서 본 연구에서는 온열빛 냉자극이 가능한 자극 프로브의 온도를 경계 조건으로 하여, 열전도 방정식을 해석하고 자극 프로브의 온도에 따른 전립선주위의 온도를 예측하였다. 자극 프로브의 온도 및 사용시간이 경과함에 따라 변화하는 전립선 내부의 온도분포를 구함으로서 온열, 냉각요법에 적합한 온도를 유지할 수 있는 최적 자극 프로브 표면 온도를 제어하고자 한다.
  • Weinbaum 등[11]은 생체조직의 평균 온도에 미치는 혈액 유동 에 대하여 간단한 생체열전달 방정식을 제안한 바 있으며, Tompkins 등[12] 은 일정한 혈액 유동 및 온도의 함수로 나타나는 관류율에 대한 열적 고찰을 수행하였다. 본 연구에서는 이들이 제안한 다음과 같은 생체열전달 방정식을 사용하여 전립선 내부의 온도에 미치는 혈액의 관류 영향을 고찰하였다.
  • 따라서 본 연구에서는 온열빛 냉자극이 가능한 자극 프로브의 온도를 경계 조건으로 하여, 열전도 방정식을 해석하고 자극 프로브의 온도에 따른 전립선주위의 온도를 예측하였다. 자극 프로브의 온도 및 사용시간이 경과함에 따라 변화하는 전립선 내부의 온도분포를 구함으로서 온열, 냉각요법에 적합한 온도를 유지할 수 있는 최적 자극 프로브 표면 온도를 제어하고자 한다.

가설 설정

  • (b) The temperature differences in the prostate between the temperature with/without blood perfusion.
  • 수치 모 델은 최대 수직 높이 38mm, 최대 수평단면직경이 48mm, 가열면의 너비는 실제 시술기구와 비슷한 l0mm로 하였다. 온열작용은 전립선 표면에 직접적인 열을 가하는 것으로 가정하였으며, 최대 가열온도는 43℃, 가열시간 또한 최대 30분을 초과하지 않는 것으로 하였다.
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