최근 스텐트 시술의 수학적인 분석은 스텐트의 위치와 기계적인 반응을 측정하는 여러 가지 툴이 개발됨에 따라 발전하고 있다. 그러나 기존의 연구의 경우, 전산모사 실험을 통해 여러 요소에 따른 변형 정도 및 응력 분포, 팽창력 등과 같은 성능평가에 대한 연구가 주류를 이루며 전산모사 실험을 통한 응력 분포 및 변형 정도에 대한 소프트웨어의 검증은 거의 없는 실정이다. 따라서 본 연구에서는 만능재료 시험기를 이용한 실험을 통해 얻은 결과와 전산모사 실험 결과의 유의성 검증을 통해 해당 전산 모사용 소프트웨어를 통한 전산모사 실험 결과에 신뢰성을 부여하였다. 또한 이를 토대로 전산모사 실험을 통해 스텐트 피막 유무에 따른 스텐트의 응력분포를 분석하고자 하였다. 본 연구에서는 전산모사 실험 데이터와 실제 인장 시험 데이터를 통한 유의성 검증을 하고자 하였다. 스텐트의 연결 부분에 대해 유한요소 해석법을 적용하여 전산모사 실험을 수행한 결과, 178.93 MPa의 최대응력으로 인장시험 결과인 184.23 MPa와 거의 유사한 값을 가졌으며, 이를 통해 인장시험 결과와 전산모사 결과가 유의성을 가짐을 검증할 수 있었다. 또한 피막 유무에 따른 스텐트의 전산모사 실험을 통해 피막에서는 접촉부, 나이티놀에서는 연결부에서 최대 응력이 발생함을 알 수 있었다. 그리고 피막이 있는 경우에는 피막의 장력으로 인해 연결부분에서 형상을 유지하고 있으나 피막이 없는 경우에는 이격 및 교차부에서 슬립이 발생함을 알 수 있었다. 이러한 결과들을 통해 스텐트 설계 초기에 있어 해당 전산모사용 소프트웨어를 통해 해석을 수행하여 그에 따른 해석 결과를 설계에 반영함으로써 설계 변경을 최소화할 수 있고, 이에 따라 양질의 설계 품질 확보가 가능할 것으로 사료된다.
최근 스텐트 시술의 수학적인 분석은 스텐트의 위치와 기계적인 반응을 측정하는 여러 가지 툴이 개발됨에 따라 발전하고 있다. 그러나 기존의 연구의 경우, 전산모사 실험을 통해 여러 요소에 따른 변형 정도 및 응력 분포, 팽창력 등과 같은 성능평가에 대한 연구가 주류를 이루며 전산모사 실험을 통한 응력 분포 및 변형 정도에 대한 소프트웨어의 검증은 거의 없는 실정이다. 따라서 본 연구에서는 만능재료 시험기를 이용한 실험을 통해 얻은 결과와 전산모사 실험 결과의 유의성 검증을 통해 해당 전산 모사용 소프트웨어를 통한 전산모사 실험 결과에 신뢰성을 부여하였다. 또한 이를 토대로 전산모사 실험을 통해 스텐트 피막 유무에 따른 스텐트의 응력분포를 분석하고자 하였다. 본 연구에서는 전산모사 실험 데이터와 실제 인장 시험 데이터를 통한 유의성 검증을 하고자 하였다. 스텐트의 연결 부분에 대해 유한요소 해석법을 적용하여 전산모사 실험을 수행한 결과, 178.93 MPa의 최대응력으로 인장시험 결과인 184.23 MPa와 거의 유사한 값을 가졌으며, 이를 통해 인장시험 결과와 전산모사 결과가 유의성을 가짐을 검증할 수 있었다. 또한 피막 유무에 따른 스텐트의 전산모사 실험을 통해 피막에서는 접촉부, 나이티놀에서는 연결부에서 최대 응력이 발생함을 알 수 있었다. 그리고 피막이 있는 경우에는 피막의 장력으로 인해 연결부분에서 형상을 유지하고 있으나 피막이 없는 경우에는 이격 및 교차부에서 슬립이 발생함을 알 수 있었다. 이러한 결과들을 통해 스텐트 설계 초기에 있어 해당 전산모사용 소프트웨어를 통해 해석을 수행하여 그에 따른 해석 결과를 설계에 반영함으로써 설계 변경을 최소화할 수 있고, 이에 따라 양질의 설계 품질 확보가 가능할 것으로 사료된다.
Recently, the mathematical analysis of stent simulation has been improved, with the help of development of various tool which measure mechanical property and location of stent in artery. The most crucial part of the stent modeling is how to design ideal stent and to evaluate the interaction between ...
Recently, the mathematical analysis of stent simulation has been improved, with the help of development of various tool which measure mechanical property and location of stent in artery. The most crucial part of the stent modeling is how to design ideal stent and to evaluate the interaction between stent and artery. While there has been great deal of researches on the evaluation of the expansion, stress distribution, deformation of the stent in terms of the various parameters, few verification through computer simulation has been performed about deformation and stress distribution of the stent. In this study, we have produced the corresponding results between experimental test using Universal Testing Machine and computer simulation for the ideal model of stent. Also, we have analyzed and compared stress distribution of stent in the cases of that with membrane and that without membrane. The results of this study would provide minimum change of plan and good quality for ideal stent replacing damaged artery through the analysis using computer simulation in the early stage of stent design.
Recently, the mathematical analysis of stent simulation has been improved, with the help of development of various tool which measure mechanical property and location of stent in artery. The most crucial part of the stent modeling is how to design ideal stent and to evaluate the interaction between stent and artery. While there has been great deal of researches on the evaluation of the expansion, stress distribution, deformation of the stent in terms of the various parameters, few verification through computer simulation has been performed about deformation and stress distribution of the stent. In this study, we have produced the corresponding results between experimental test using Universal Testing Machine and computer simulation for the ideal model of stent. Also, we have analyzed and compared stress distribution of stent in the cases of that with membrane and that without membrane. The results of this study would provide minimum change of plan and good quality for ideal stent replacing damaged artery through the analysis using computer simulation in the early stage of stent design.
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문제 정의
그러나 기존의 연구의 경우, 전산모사 실험을 통한 여러 가지 인자에 따른 변형 정도 및 응력 분포, 팽창력 등과 같은 성능평가에 대한 연구가 주류를 이루며,10-13) 전산모사 실험을 통한 응력분포 및 변형 정도에 대한 소프트웨어 검증은 거의 없는 실정이다. 따라서 본 연구에서는 만능재료 시험기(Universial Testing Machine)를 이용한 실험을 통해 얻은 결과와 전산모사 실험결과와의 유의성 검증을 통해 해당 전산모사용 소프트웨어를 통한 전산모사 실험 결과에 신뢰성을 확인하고자 하였다. 또한, 이를 토대로 전산모사 실험을 통해 스텐트 피막 유무에 따른 스텐트의 응력분포를 분석하고자 하였다.
따라서 본 연구에서는 만능재료 시험기(Universial Testing Machine)를 이용한 실험을 통해 얻은 결과와 전산모사 실험결과와의 유의성 검증을 통해 해당 전산모사용 소프트웨어를 통한 전산모사 실험 결과에 신뢰성을 확인하고자 하였다. 또한, 이를 토대로 전산모사 실험을 통해 스텐트 피막 유무에 따른 스텐트의 응력분포를 분석하고자 하였다.14)
이에 본 연구에서는 스텐트의 실제 응력특성과 전산모사 실험을 수행하여 얻은 결과를 통해 해당 전산모사 소프트웨어의 결과의 신뢰성을 검증하였으며, 피막이 있는 스텐트와 피막이 없는 스텐트의 전산 모사를 통해 스텐트 설계초기에 해석 결과를 설계에 반영하고자 하였다.
제안 방법
5와 같다.15) 각 단부는 고정 조건으로 구속되며 하중은 Fig. 6과 같이 상단부의 파트에 Z 방향 변위 하중을 초당 4mm로 2초간 적용하였다.
3과 같다.16) 또한 NASTRAN FX(MIDASIT Inc., Korea)을 통해 3차원 유한요소 모델 생성 및 최대응력을 분석하였다. Fig.
본 실험에서는 연결 고리 부분에서 최대 응력을 받는다는 것을 감안하여 해당 부분에 대해 유한요소 해석법을 적용하였다. 전산모사 실험결과값을 얻기 위해 SolidWorks (Solidworks Corp.
본 실험에서는 유한요소 해석법을 이용하여 스텐트 각각의 전산모사 실험의 결과를 얻기 위해 SolidWorks (Solidworks, Corp., USA)을 이용하여 형상 모델링을 수행하였고 NASTRAN FX(MIDASIT, Inc., Korea)을 통해 3차원 유한요소 모델 생성 및 최대응력을 분석하였다. 각각의 전산모사 실험에 사용된 물성은 Table 2와 같으며 형상 모델링은 Fig.
본 실험에서는 연결 고리 부분에서 최대 응력을 받는다는 것을 감안하여 해당 부분에 대해 유한요소 해석법을 적용하였다. 전산모사 실험결과값을 얻기 위해 SolidWorks (Solidworks Corp., USA)을 이용하여 형상 모델링을 수행하였고 모델링한 내용은 Fig. 3과 같다.16) 또한 NASTRAN FX(MIDASIT Inc.
전산모사 실험에 사용된 나이티놀의 물성은 실제 만능재료 시험기를 이용하여 실험한 나이티놀과 동일하다. 전산모사 실험을 위한 모델 경계 조건은 각 단부를 고정 조건으로 구속되며, 하중은 상단부에 Z 방향 변위 하중을 주어 파괴가 일어날 때까지 하중을 적용하였으며, 이때의 최대응력을 측정하여 전산모사 실험의 결과값과 만능재료 시험기를 이용한 결과값의 비교를 통해 유의성을 검증하고자 하였다.
해당 스텐트 구조에서 실제 응력을 제일 많이 받는 부분은 고리이므로 해당 부분과 동일한 형태로 만능재료 시험기(Lloyd LRX-Plus, Lloyd instruments Ltd, England)를 사용하여 실제 나이티놀(Nitinol)에서 받는 응력을 구하였다.
대상 데이터
Tech, Korea)를 모델링하여 전산모사 실험 데이터를 구하였다. 스텐트 재질은 Ti-Ni계 형상기억합금이며 재료 물질의 특성 및 치수는 Table 1과 같다.15) 스텐트 구조는 하나의 긴 와이어를 뜨개질 하듯이 엮어서 만든 구조체로 Fig.
현재 상용화된 자가 팽창형 스텐트의 한 종류인 하나로 담도 스텐트(HANARO STENT biliary stent, M.I.Tech, Korea)를 모델링하여 전산모사 실험 데이터를 구하였다. 스텐트 재질은 Ti-Ni계 형상기억합금이며 재료 물질의 특성 및 치수는 Table 1과 같다.
성능/효과
피막 유무에 따른 스텐트의 전산모사 실험에서는 피막과 나이티놀에서 받는 응력을 분석하였으며 피막에서는 접촉부, 나이티놀에서는 연결부에서 최대 응력이 발생함을 알 수 있었다. 그리고 피막이 있는 경우에는 피막의 장력으로 인해 연결부분에서 형상을 유지하고 있으나 피막이 없는 경우는 연결부 이격 및 교차부 슬립이 발생함을 확인할 수 있었다.
79 MPa가 발생함을 알 수 있었다. 또한 피막이 있는 경우에는 피막의 장력으로 인해 연결부분에서 형상을 유지하고 있으나, 피막이 없는 경우에는 연결부 이격 및 교차부 슬립이 발생함을 알 수 있었다.
피막 유무에 따른 스텐트의 전산모사 실험에서는 피막과 나이티놀에서 받는 응력을 분석하였으며 피막에서는 접촉부, 나이티놀에서는 연결부에서 최대 응력이 발생함을 알 수 있었다. 그리고 피막이 있는 경우에는 피막의 장력으로 인해 연결부분에서 형상을 유지하고 있으나 피막이 없는 경우는 연결부 이격 및 교차부 슬립이 발생함을 확인할 수 있었다.
전산모사 실험결과와 실제 인장시험 결과를 통한 유의성 검증에는 스텐트 전체 구조에 대한 검증이 아니라, 스텐트 내 한 연결 부위만 테스트한 결과를 사용하였으므로 전체적인 유의성 검증이 아니라는 제약이 있다. 하지만 만능재료 시험기를 이용하여 측정한 데이터의 결과와 전산모사 실험을 통해 얻어진 데이터의 결과가 178.93 MPa와 184.23 MPa의 최대응력으로 그 값이 유사하다는 것을 통해 해당 전산모사용 소프트웨어가 스텐트의 전산모사에 적합하다는 것을 알 수 있었다.
후속연구
이러한 결과들을 통해 스텐트 설계 초기에 있어 해당 전산모사용 소프트웨어를 이용한 해석을 수행하여 그에 따른 해석 결과를 설계에 반영함으로써 설계 변경을 최소화할 수 있고, 이에 따라 조기에 양질의 설계 품질을 확보 가능할 것으로 사료된다.
향후 전산모사 실험에 있어 피로 수명 및 팽창력 등 스텐트에 영향을 미치는 여러 가지 인자들에 대한 별도의 연구가 필요하며, 이에 대한 추가 연구를 진행할 예정이다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
피막이 있는 스텐트와 피막이 없는 스텐트의 전산 모사 실험에서 피막과 나이티놀에서 받는 응력을 분석한 결과 무엇을 알 수 있었는가?
전산모사 실험결과와 실제 인장시험 결과를 통한 유의성 검증에는 스텐트 전체 구조에 대한 검증이 아니라, 스텐트 내 한 연결 부위만 테스트한 결과를 사용하였으므로 전체적인 유의성 검증이 아니라는 제약이 있다. 하지만 만능재료 시험기를 이용하여 측정한 데이터의 결과와 전산모사 실험을 통해 얻어진 데이터의 결과가 178.93 MPa와 184.23 MPa의 최대응력으로 그 값이 유사하다는 것을 통해 해당 전산모사용 소프트웨어가 스텐트의 전산모사에 적합하다는 것을 알 수 있었다.
피막 유무에 따른 스텐트의 전산모사 실험에서는 피막과 나이티놀에서 받는 응력을 분석하였으며 피막에서는 접촉부, 나이티놀에서는 연결부에서 최대 응력이 발생함을 알 수 있었다. 그리고 피막이 있는 경우에는 피막의 장력으로 인해 연결부분에서 형상을 유지하고 있으나 피막이 없는 경우는 연결부 이격 및 교차부 슬립이 발생함을 확인할 수 있었다.
스텐트란 무엇인가?
이에 대한 처치로서 혈관 성형술, 스텐트(Stent) 삽입술 등이 있으며, 일반적으로 혈관 성형술에 비해 높은 성공률을 보이는 스텐트 삽입술이 주로 시술된다. 스텐트란 인체 내 혈관 또는 비혈관에 물리적인 지지를 제공하기 위해 사용되는 관내 삽입 장치로서 관내 흐름을 정상화 시키는 데 사용되는 의료용 기기이다.1-3)
스텐트는 적용 부위에 따라 어떻게 나뉘는가?
스텐트는 적용 부위에 따라 혈관용 스텐트와 비혈관용 스텐트로 나뉜다. 그리고 팽창 방법에 따라 스텐트 내부에 접힌 상태의 풍선이 위치하고 이 풍선에 바람을 넣어 스텐트를 펼쳐 기도를 유지하는 풍선 팽창형 스텐트와 형상 기억합금을 이용한 것으로 외력을 통해 스텐트를 축소시킨 후, 협착 또는 패쇄 위치에 삽입하여 외력을 해체시키면 원상태로 팽창하면서 기도를 유지하는 자가 팽창형 스텐트 등으로 나뉠 수 있다.
참고문헌 (16)
Hedin M: The origin of the word stent. Acta Radiol 6:937-939 (1997)
Capelli Claudio, Gervaso Francesca, Petrini L, et al: Assessment of tissue prolapse after balloon-expandable stenting: Influence of stent cell geometry. Med Eng Phys Article 31:441-447 (2008)
Whitcher FD: Simulation of in vii/o loading conditions of Nitinol vascular stent structures. Computers & Structures 64:100-101(1997)
Harnek J, Zoucas E, Stenram U, Cwikiel W: Insertion of self-expandable nitinol stents without previous balloon angioplasty reduces restenosis compared with PTA prior to stenting. Cardiovasc Intervent Radiol 25:430？436 (2002)
Morton AC, Crossman D, Gunn J: The influence of physical stent parameters upon restenosis. Pathol Biol 52:196？205 (2004)
Ioannis Iakovou, Thomas Schmidt, Erminio Bonizzoni, et al: Incidence, predictors, and outcome of thrombosis after successful implantation of drug-eluting stents. JAMA 293:2126-2130 (2005)
Schwartz RS, Huber KC, Murphy JG, et al: Restenosis and the proportional neointimal response to coronary artery injury: results in a porcine model. J Am Coll Cardiol 19:267？274(1992)
Kornowski R, Hong MK, Tio FO, et al: In-stent restenosis: contributions of inflammatory responses and arterial injury to neointimal hyperplasia. J Am Coll Cardiol 31:224？230 (1998)
Liang D, Yang D, Qi M, et al: Finite element analysis of the implantation of a balloon-expandable stent in a stenosed artery. Int J Cardiol 104:314- 318 (2005)
Ling DK, Yang DZ, Qi M, et al: Finite element analysis of the implantation of a ballon-expandable stent in a stenosed artery. Inter J Cardio 104:314-318 (2005)
Auricchio F, Di Loreto M, Sacco E: Finite-element analysis of a stenotic artery revascularization through a stent insertion. Comput Methods Biomech Biomed Eng 4:249？263 (2001)
Joshi HB, Chitale SV, Nagarajan M, et al: A prospective randomized single-blind comparison of ureteral stents composed of firm and soft polymer. J Urol 174:2303 (2005)
Hibbeler RC: Mechanics of Materials. 2nd ed. Macmillan, New York, 1994
Migliavacca F, Petrini L, Colombo M, Auricchio F, Pietrabissa R: Mechanical behavior of coronary stents investigated through the finite element method. J Biomech 35:803？811 (2002)
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