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[국내논문] 전산유체역학을 이용한 스텐트 설계
Stent Design Using Computational Fluid Dynamics 원문보기

大韓機械學會論文集. Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers. B. B, v.29 no.9 = no.240, 2005년, pp.1042 - 1048  

김태동 (국립안동대학교 환경공학과) ,  서태원 (국립안동대학교 기계공학부)

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

Numerical investigation has been made on the stent design to minimize the neointimal hyperplasia. Computational fluid dynamics is applied to investigate the flow distributions in the immediate vicinity of the given idealized stent implanted in the blood vessel. Parametric study on the variations of ...

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문제 정의

  • 이러한 임상적 현상은 스텐트와 스텐트-스텐트 사이의 유동박리, 재순환과 재부착이 발생하는 영역에서 발생한다. 따라서 본 연구에서는 혈관내 스텐트 삽입으로 인해 발생되는 유동 교란을 규명하고, 신생혈관내막 과다증식을 최소화할 수 있는 스텐트 형상을 설계하고 자 하는 것이다.
  • 본 연구에서 어려운 점은 스텐트에 의해 야기되는 유동교란의 물리적 현상을 조사하기 위해 필요한 스텐트의 직경, 링의 개수와 간격을 결정하는 것이었다. 스텐트의 직경, 개수와 간격을 결정하기 위해 레이놀즈 수가 200, 400, 800인 경우 스텐트의 직경, 개수와 간격을 변화시켜가며 Fig.
  • 앞에서의 결과는 정상유동인 경우 혈관내 스텐트 삽입에 의해 야기되는 유동박리와 유동 재부착의 크기에 대하여 논하였다. 그러나 실제 혈관에서 혈액의 생리적인 유동은 맥동유동이기 때문에 본 절에서는 맥동유동의 영향을 조사하기 위해 가정한 맥동유동(Fig.
  • 크기에 대하여 논하였다. 그러나 실제 혈관에서 혈액의 생리적인 유동은 맥동유동이기 때문에 본 절에서는 맥동유동의 영향을 조사하기 위해 가정한 맥동유동(Fig. 8 참조)에 대한 스텐트 주위 유동 특성에 대하여 조사하였다. Fig.
  • 본 논문은 전산유체역학을 이용하여 혈관내 스텐트 삽입에 의해 발생되는 유동특성을 규명하고 재 협착증의 발생을 최소화할 수 있는 스텐트 형상을 제안하는 것이다. 동맥 혈관내 스텐트 삽입에 따른 혈관내 유동 특성이 어떻게 변하는가에 대하여 조사하였다.
  • 제안하는 것이다. 동맥 혈관내 스텐트 삽입에 따른 혈관내 유동 특성이 어떻게 변하는가에 대하여 조사하였다. 세포 증식은 유동 재순환 영역에서 크게 일어나며,(13) 본 연구를 통하여 내피세포 거동에 영향을 미치는 영역은 스텐트 삽입에 의해 생성된 정체 영역임을 알 수 있다.

가설 설정

  • 2에 나타내었다. Fig. 2에서 보는 바와 같이 스텐트는 3개의 단단한 링으로 구성되어 있고, 혈관 벽으로부터 돌출되어 있다고 가정하였다. 또한 스텐트 철망은 직경이 d이고 철망 사이의 간격은 w라 가정하였다.
  • 2에서 보는 바와 같이 스텐트는 3개의 단단한 링으로 구성되어 있고, 혈관 벽으로부터 돌출되어 있다고 가정하였다. 또한 스텐트 철망은 직경이 d이고 철망 사이의 간격은 w라 가정하였다. 혈관의 직경은 D이며, 스텐트가 삽입된 위치로부터 혈관의 상류와 하류의 길이는 각각 2D로 정하였다.
  • 본 연구에 사용된 유체는 균일, 비압축성, 등 온 뉴턴 성 유체로 가정하였다. 유체의 밀도는 1.
  • 입구에서의 유체의 속도분포는 균일 속도 분포라 가정하였으며, 출구에서는 압력 경계조건을 사용하였다. 스텐트를 포함한 모든 벽면은 No-Slip 경계 조건을 사용하였다.
  • (1) 스텐트 형상은 스텐트에 의해 야기되는 유동 교란의 정도와 성향에 주요한 영향을 미친다. 혈관내 스텐트 배열에 의해 야기되는 유동교란 의결 과로 스텐트 주위 유동박리 영역은 레이놀즈수와 스텐트 직경에 따라 변하나, 스텐트 사이의 간격과는 비교적 무관함을 알 수 있다.
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참고문헌 (13)

  1. Kastrati, A., Schomig, A., Dietz, R., Neumann, F. and Richardt, G., 1993, 'Time Course of Restenosis During the First Year After Emergency Coronary Stenting,' Circulation, Vol. 87, No. 5, pp. 1498-1505 

  2. Liu, M.W., Roubin, G.S. and King, S.B., 1989, 'Restenosis After Coronary Angioplasty - Potential Biologic Determinants and Role of Intimal Hyperplasia,' Circulation, Vol. 79, No. 6, pp. 1374-1387 

  3. Erbel, R., Haude, M., Hopp, H.W., Franzen, D., Rupprecht, H.J., Heublein, B., Fischer, K., de Jaegere, P., Serruys, P., Rutsch, W. and Probst, P., 1998, 'Coronary-artery Stenting Compared with Balloon Angioplasty for Restenosis After Initial Balloon Angioplasty,' The New England Journa of Medicine, Vol. 339, No. 23, pp. 1672-1677 

  4. Wentzel, J.J., Krams, R., Schuurbiers, J.C.H., Oomen, J.A., Kloet, J., van der Giessen, W.J., Serruys, P.W. and Slager, C.J., 2001, 'Relationship Between Neointimal Thickness and Shear Stress After Wallstent Implantation in Human Coronary Artery,' Circulation, Vol. 103, pp. 1740~1745 

  5. Hoffmann, R., Mintz, G.S., Dussaillant, G.R., Popma, J.J., Pichard, A.D., Satler, L.F., Kent, K.M., Griffin, J. and Leon, M.B., 1996, 'Patterns and Mechanisms of In-Stent Restenosis. A Serial Intravascular Ultrasound Study,' Circulation, Vol. 94, pp. 1247-1254 

  6. Kastrati, A., Mehilli, J., Dirschinger, J., Pache, J., Ulm, K., Schuhlen, H., Seyfarth, M., Schmitt, C., Blasini, R., Neumann, F.J. and Schomig, A., 2001, 'Restenosis After Coronary Placement of Various Stent Types,' Am. J. Cardiol., Vol. 87, pp. 34-39 

  7. Seo, T.W., Schachter, L.G. and Barakat, A.I., 2005, 'Computational Study of Fluid Mechanical Disturbance Induced by Endovascular Stents,' Annals of Biomedical Eng., Vol. 33, No. 4, pp. 442-454 

  8. Moore, Jr., Xu, C., Glagov, S., Zarins, C.K. and Ku, D.N., 1994, 'Fluid Wall Shear Stress Measurements in a Model of the Human Abdominal Aorta: Oscillatory Behavior and Relationship to Atherosclerosis,' Atherosclerosis, Vol. 110, pp. 225-240 

  9. Wakhloo, A., Tio, F., Lieber, B., Scheilhammer, F., Graf, M. and Hopkins, L.N., 1995, 'Self-Expanding Nitinol Stents in Canine Vertebral Arteries: Hemodynamics and Tissue Response,' Am. J. of Neuroradiology, Vol. 16, pp. 1043-1051 

  10. Malek, A.M., Alper, S.L. and Izumo, S., 1999, 'Hemodynamic Shear Stress and its Role in Atherosclerosis,' Jama, Vol. 282, No. 21, pp. 2035-2042 

  11. White, C.R., Haidekker, M., Bao, X.P. and Frangos, J.A., 2001, 'Temporal Gradiens in Shear, but not Spatial Gradients, Stimulate Endothelial Cell Proliferation,' Circulation, Vol. 103, pp. 2508-2513 

  12. Davies, P.F., Polacek, D.C., Handen, J.S., Helmke, B.P. and DePaola, N., 1999, 'A Spatial Approach to Transcriptional Profiling: Mechanotransduction and the Focal Origin of Atherosclerosis,' TIBTECH Sept. 1999, Vol. 17, pp. 347-351 

  13. Edelman, E.R. and Rogers, C., 1998, 'Pathobiologic Responses to Stenting,' Am. J. Cardiol., Vol. 81, pp. 4E~6E 

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