구동부를 포함한 원심혈액펌프 성능 측정 장치 개발 김동현 / 조재열 김지훈 / 윤지수 Team Name : BTD

Contents 1.Motivation 2.Design 3.Device Introduction 4.Result 5.Conclusion 6.Future Plan 7.Reference

Motivation (1/2)

Motivation (2/2) 보건복지부 주관 한국형 혈액펌프 개발 “Centrifugal blood pump designed for smart cardiopulmonary circulatory assist device” 1 st Stage2 nd Stage 1 st year2 nd year3 rd year4 th year5 th year Prototype of blood pump and blood heat exchanger Modification and confirmation of prototype for clinical trials Modification and downsizing based on animal- experiments Design amendment based on clinical trials Performance evaluation and optimization 개발될 혈액펌프 Prototype 의 정확한 역학적 성능 측정

RPMFlow ratePressure Design (1/2) - Parameters 혈액펌프 성 능평가 혈류역학적 성능평가 유체역학적 성능평가

Design (2/2) - Schematic Design Motor Pump Flow-rate Sensor Pressure Sensor Pressure Sensor Tank DAQ Graph & Monito r Signal Flow

Device Introduction

Contents 8 Flowmeter Flow meter & throttle valve Water tank Servomotor Intet & outlet valve Pressure sensor Pressure gauge Mount Servomotor 0~6000 rpm Mount Pressure gauge (Analogue) 0~5 bar Pressure sensor (Digital) 0~2 bar Flow meter & throttle valve (Analogue) 1~18 L/min Flowmeter (Digital) 0.3~10 L/min Device Introduction

Patent Research - Mount 혈액펌프 구동기 및 이를 구비하는 혈액펌프 시스템 (2008, 선경 외 8 명, 한국 특허 정보원 ) - 볼트로 구동부와 펌프 간격 조절 - 가압 펌프로 일정 간격 유지

Manufacturing (1/3) - Mount

Manufacturing (2/3) - Positioning 1.To measure precise pressure 2.Velocity profile should be uniform 3.Measuring at fully developed flow (after entrance region)

Manufacturing (3/3) – DAQ

Result (1/3) – Demonstration Video

Result (2/3) - Experiment Data CAPIOX by Terumo, USA Max. Pressure : 800 mmHg Max. RPM : 3000 rpm Max. flow rate : 8L/min 발열과 Cavitation 발생이 적어 가장 널리 쓰이는 혈액 펌프

Result (3/3) - Experiment Data 개발사에서 제시한 성능곡선 실제 측정한 성능곡선 ECMO 작동조건

Conclusion 혈액펌프 개발사에서 제시한 펌프성능과 비교 - 수렴하는 Pressure 값의 오차율 5% 이내 - 최대 박출량과 최대 동작압력 조건 충족 -ECMO 작동조건에서의 오차율 5% 이내 -1500, 2000RPM 구간의 경우 Linear interpolation 으로 근사 (ECMO 작동 조건 : 최소 4L/min 400mmHg 이상 ) Pressure

Future Plan 진동 소음 저감 방안 동작 속도 응답 오차 검증 방안 필요 (Encoder 개량 등의 방법을 이용한 ) Flowrate 측정 범위 개선 필요 ( 현재 2000rpm 에서 4L/min 미만 ) 다양한 혈액 펌프 실험으로 범용성 확대 ( 표본 부족 )

Reference [1] Eduardo Bock, Adriana Ribeiro, 2008, “New Centrifugal Blood Pump With Dual Impeller and Double Pivot Bearing System : Wear Evaluation in Bearing System, Performances Tests, and Preliminary Hemolysis Tests” Artif Organs, Vol. 32, pp [2] Takami Y, 2006, “In vitro study to estimate particle release from a centrifugal blood pump”, Artif Orgnas, Vol.30, pp [3] Andrade AJP, Biscegli JF, Souza JE, Ohashi Y, Nose Y, 1997, “Flow visualization studies to improve the spiral pump design, Artif Organs, Vol. 21, pp [4] Dong-Wook Kim and Yoshinori Mitamura, 2000, “A Study on Hemolysis Characteristics of Intra-cardiac Axial Flow Blood Pump” J. of KOSOMBE, Vol. 21, pp. 353~362 [5] Kenji Araki, Hirofumi Anai, Mitsuo Oshikawa, Kunihide Nakamura and Toshio Onisuka, “In Vitro Performance of a Centrifugal, a Mixed Flow and an Axial Flow Blood Pump” Artificial Organs, Vol. 22(5), pp. 366~370 [6] Stepanoff, A. J., 1993, Centrifugal and Axial Flow Pumps, Krieger Publishing Company, Florida. [7] D. W. Kim, Y.Mitamura, 1998, “A Study of in-vitro Performances of the Intracardiac Axial Flow Pump”, J. of KOSOMBE, Vol. 19, No. 1, pp

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Appendix A 대한 기계학회 논문집 B 권 제 37 원 제 6 호 “ 유체의 점성이 원심펌프 성능에 미치는 영향 ”, 김노형, 2013

Appendix B 식품의약품안전청 “ 의료용 보조 순환장치 평가 가이드라인 ”, 2010