초록 ▼

연구개요
혈전은 혈액과 접촉하는 의료기기의 다자인과 작동에 따라 비생리적 혈액 유동이 발생하거나 혈액과 접촉하는 재료의 비생체 적합성에 의해서 발생한다. 혈액 접촉 의료기기내의 전단율에 의한 혈전 생성을 줄이고자 많은 연구자들이 다양한 수학적 모델을 제시하였지만 혈소판의 농도 예측이 실험 데이타와 차이가 있었다. 또한 실제 혈액 접촉 의료기기에서 혈전 생성을 예측한 해석 사례가 없다. 본 연구는 위에서 언급한 두 가지 한계를 극복하는 혈전 모델링 연구를 다음과 같이 진행하였다.
1) 다상유동 모델링 방법으로 접근하여 혈소

연구개요
혈전은 혈액과 접촉하는 의료기기의 다자인과 작동에 따라 비생리적 혈액 유동이 발생하거나 혈액과 접촉하는 재료의 비생체 적합성에 의해서 발생한다. 혈액 접촉 의료기기내의 전단율에 의한 혈전 생성을 줄이고자 많은 연구자들이 다양한 수학적 모델을 제시하였지만 혈소판의 농도 예측이 실험 데이타와 차이가 있었다. 또한 실제 혈액 접촉 의료기기에서 혈전 생성을 예측한 해석 사례가 없다. 본 연구는 위에서 언급한 두 가지 한계를 극복하는 혈전 모델링 연구를 다음과 같이 진행하였다.
1) 다상유동 모델링 방법으로 접근하여 혈소판 농도를 예측하여 혈전 모델링 정확도에 기여
2) 혈전 생성 모델링을 유동 채널에 적용하여 시뮬레이션을 수행 및 분석
3) 형상 최적화를 수행하여 혈전 생성을 최소화 할 수 있는 디자인을 제시

연구 목표대비 연구결과
3차원 오픈소스 전산유체역학 코드를 이용하여 본 연구목표인 혈전 생성 모델링 정의 및 해석을 다음과 같이 수행하였다.
(1) 혈전 생성 및 성장을 모사하는 convection-diffusion-reaction 방정식들 모델링 정립
(2) 지배방정식의 소스항 및 경계조건들에 대한 모델링 정립
(3) 오픈소스 전산유체역학 코드인 OpenFOAM을 이용하여 컴퓨터 프로그램을 작성
위의 정립된 모델링을 3차원 원형 튜브에서 혈액응고 모델링 및 해석을 진행하였다.
해석시간이 110초일 때 속도, thrombin 및 anti-thrombin의 시뮬레이션 결과를 분석하였다. 튜브의 후단 clot영역에서 thrombin의 농도가 증감하였고 anti-thrombin은 반대로 감소를 하였다. 시간에 따라서 volume rendering을 통해서 clot 성장을 입체적으로 관찰 할 수 있었다.
혈전 모델링을 혈액펌프에 적용하여 혈액응고를 최소화 할 수 있는 형상 최적화를 도출하기 위해서 최적화 설계 자동화 상용 프로그램인 HEED를 활용하여 시약과 용액의 혼합할 수 있는 혼합기 최적화 해석 시뮬레이션을 수행하였다. Material-induced 혈액 응고 기전을 평가하기 위해서 적혈구, 혈소판 및 혈전에 대한 혈액 유변학적으로 평가할 수 있는 실험방법을 개발하였다.
본 연구과제를 수행하면서 도출한 연구 성과로서 SCI급 논문 3편, 특허등록 3편 및 특허출원 6편 실적을 쌓았다.

연구개발결과의 중요성
본 연구를 통해서 혈액펌프, 인공신장, 인공 허파, 스텐트, 기계적 판막 밸브 등등 혈액 접촉 의료기기나 기구에서 발생하는 혈전(thrombosis)의 발생을 예측하고 최소화는 혈액 접촉 의료기기 디자인을 제시할 수 있다. 이는 개발 기간의 단축과 개발비용을 절감하는데 크게 기여 할 수 있다. 또한 혈액펌프 개발 엔지니어는 초기 개발의 많은 시행착오를 줄일 수 있으며 전문적 경험을 계속 쌓아 더 우수한 제품 개발에 기여할 수 있다. 학문적으로는 본 연구의 혈전 모델링 예측 정확도가 개선되는 데 공헌을 할 것으로 기대진다.

(출처 : 요약문 2p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 연구결과 요약문 ... 2
• 목차 ... 3
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 3
• 2. 연구수행내용 및 연구결과 ... 3
• 가. 오픈소스 코드를 이용하여 혈전 생성 모델링 정의 및 해석 ... 3
• 나. 형상 최적화 모델링 및 시뮬레이션 해석 ... 5
• 다. Material-induced 혈액 응고 기전을 평가하기 위한 적혈구, 혈소판 및 혈전에 대한 혈액 유변학적으로 평가 ... 6
• 3. 연구개발결과의 중요성 ... 7
• 4. 참고문헌 ... 7
• 5. 연구성과 ... 8
• 끝페이지 ... 9