치료용 초음파 혈관성형(Angioplasty) 와이어 웨이브가이드의 유체-구조 연성 모델: 캐비테이션과 음향 스트리밍까지 해부하는 FSI 시뮬레이션 리뷰
https://doi.org/10.1115/1.2812424 심혈관 질환 ( 관상동맥질환 , 말초동맥질환 ) 의 핵심 병태생리는 죽상동맥경화 (atherosclerosis) 이며 , 특히 석회화 / 섬유화가 진행된 플라크는 기계적 확장 (balloon angioplasty) 만으로 충분한 재개통이 어려운 경우가 많습니다 . 이러한 난치성 병변에 대해 다양한 에너지 기반 치료법이 개발되어 왔고 , 그중 임상적으로 매력적인 접근이 바로 치료용 초음파 (therapeutic ultrasound) 를 이용한 초음파 혈관성형 (ultrasound angioplasty) 입니다 . 초음파 혈관성형은 단순히 “ 진동으로 갈아낸다 ” 수준이 아닙니다 . 혈관 내에서 초음파가 작동할 때 플라크 파괴에 기여하는 메커니즘은 크게 3 가지로 정리됩니다 . 직접 접촉에 의한 절삭 / 마모 (contact ablation) 압력파 (pressure wave) 와 이에 동반된 공동현상 (cavitation) 음향 스트리밍 (acoustic streaming) 에 의한 유동 교란 및 전단력 증가 문제는 이 모든 현상이 와이어 팁 (tip) 의 진폭 , 주파수 , 형상 ( 예 : ball tip), 혈액의 점성 및 경계조건 에 의해 비선형적으로 좌우된다는 점입니다 . 따라서 임상에서 “ 어떤 팁 형상이 더 잘 뚫리는가 ?”, “ 어떤 주파수 / 변위 조합에서 캐비테이션이 발생하는가 ?” 를 설명하려면 실험만으로는 한계가 있으며 , 유체 - 구조 연성 (Fluid-Structure Interaction, FSI) 기반 수치 모델이 필수입니다 . 이번 컬럼에서는 2007 년 J. Med. Devices 에 발표된 연구를 기반으로 , 초음파 혈관성형 와이어 웨이브가이드 (wire waveguide) 에 대한 선형 음향 - 구조 연성 모델 을 전문가 관점에서 정리하고 , 실제 의료기기 설계 및 임상적 의미를 함께 ...