Research연구

Research Highlights in Computational Mechanics전산역학 연구 하이라이트

• Efficient Multi-Fidelity Fluid–Structure Interaction Modeling for Pulsatile Blood Flow박동성 혈류를 위한 효율적인 다중충실도 유체-구조 연성 모델링

  C.M. Lee et al. · Annals of Biomedical Engineering, 2026

  Blood and the walls of blood vessels push on each other and deform together. Simulating that interaction at full detail everywhere in the body is computationally expensive, so different regions can be modeled at different levels of resolution.혈액과 혈관 벽은 서로에게 압력을 가하며 함께 변형합니다. 이 상호작용을 신체 전체에서 완전한 해상도로 시뮬레이션하면 비용이 크기 때문에, 영역마다 다른 해상도의 모델을 적용할 수 있습니다.

  A multi-fidelity FSI framework simulates tissue deformation and flow alterations in deformable biological tissues. The method achieves less than 1% flow-rate error while reducing computational cost by factors of 9 and 46 compared to full 3D analysis. Applied to intermittent pneumatic compression (IPC), a complete pulsatile cycle is computed in 457 seconds for the simplified model and 42.2 minutes for the subject-specific model.변형 가능한 생체 조직 내 조직 변형과 유동 변화를 시뮬레이션하는 다중충실도 유체-구조 연성(FSI) 프레임워크입니다. 전체 3D 분석 대비 계산 비용을 9배 및 46배 절감하면서도 1% 미만의 유량 오차를 달성합니다. 간헐적 공압 압박(IPC)에 적용한 결과, 박동성 한 주기 계산이 단순화 모델은 457초, 환자 맞춤형 모델은 42.2분에 완료되었습니다.

• Multiscale Transport Modeling in Biological Tissue생체 조직에서의 멀티스케일 전달 모델링

  H. Song et al. · To be submitted to Computer Methods in Applied Mechanics and Engineering

  Heat and chemicals spread through an organ partly by being carried in the blood. The largest vessels can be tracked one by one, but the dense network of tiny vessels is too fine to draw individually and is treated as a continuum within the surrounding tissue.장기 안에서 열과 물질의 일부는 혈액을 따라 이동합니다. 굵은 혈관은 하나씩 추적할 수 있지만, 빽빽하게 분포한 가는 혈관 망은 개별적으로 그리기에 너무 미세해 주변 조직 내의 연속체로 취급됩니다.

  A multiscale framework models heat and mass transport influenced by blood flow, vascular architecture, and tissue heterogeneity. One-dimensional flow equations represent larger vessels, while smaller vessels are implicitly captured within the tissue continuum. The framework is validated against analytical solutions and commercial solver results.혈류, 혈관 구조, 조직 이질성의 영향을 받는 열 및 물질 전달을 모델링하는 멀티스케일 프레임워크입니다. 큰 혈관은 1차원 유동 방정식으로, 작은 혈관은 조직 연속체 내에 암시적으로 표현됩니다. 해석해 및 상용 솔버 결과와의 비교를 통해 검증되었습니다.

• Reduced-Order Model for Pulsatile Flow Simulations박동성 유동 시뮬레이션을 위한 축소차수 모델

  W. Choi et al. · Computer Methods and Programs in Biomedicine, 2025

  Full 3D simulations of pulsating blood flow are slow to run repeatedly. A much simpler one-dimensional model can give comparable pressure–flow predictions once it has been calibrated against a small number of detailed simulations.박동성 혈류의 전체 3D 시뮬레이션은 반복 수행하기에 시간이 많이 걸립니다. 훨씬 단순한 1차원 모델도 소수의 상세 시뮬레이션 결과로 보정하면 유사한 압력·유량 예측을 얻을 수 있습니다.

  A one-dimensional reduced-order model uses a pressure–flow relationship calibrated from minimal 3D CFD simulations. The approach preserves geometry-dependent hemodynamics while delivering significant computational speedup over full 3D analysis.최소한의 3D CFD 시뮬레이션 데이터로 보정된 압력-유량 관계를 활용하는 1차원 축소차수 모델입니다. 기하학적 의존 혈류역학을 보존하면서 전체 3D 분석 대비 상당한 계산 속도 향상을 제공합니다.

• Uncertainty Quantification of the Fractional Flow Reserve분획혈류예비력의 불확실성 정량화

  W. Choi et al. · Under review in Annals of Biomedical Engineering

  FFR is a single pressure-ratio number used to judge whether a narrowed coronary artery needs treatment. Many physiological inputs feed into it; sensitivity analysis identifies which of those inputs change the result the most.FFR은 좁아진 관상동맥의 치료 필요 여부를 판단할 때 사용하는 압력 비율 수치입니다. 여러 생리학적 입력이 이 수치에 영향을 주며, 민감도 분석으로 어떤 입력이 결과를 가장 크게 바꾸는지 파악합니다.

  Sensitivity analysis identifies the dominant factors affecting fractional flow reserve (FFR) assessment in coronary arteries under pulsatile physiology. Intramyocardial pressure effects, myocardial contractility, and systolic duration emerge as the primary determinants of FFR variability.박동성 생리 조건의 관상동맥에서 분획혈류예비력(FFR) 평가에 영향을 미치는 주요 요인을 민감도 분석으로 규명합니다. 심근 내 압력 효과, 심근 수축력, 수축기 지속 시간이 FFR 변동성의 주요 결정 요인으로 도출되었습니다.

• Multiscale Modeling of Posture-Dependent Cerebrovascular Hemodynamics자세 의존 뇌혈관 혈류역학의 멀티스케일 모델링

  H.J. Kim et al. · Computers in Biology and Medicine, 2026

  The brain needs steady blood flow whether a person is standing, lying down, or inverted. Small arteries automatically widen or narrow as posture and blood pressure change in order to keep flow approximately constant — a process called autoregulation.뇌는 서 있든 누워 있든 거꾸로 있든 일정한 혈류가 필요합니다. 자세와 혈압이 변할 때 작은 동맥들이 자동으로 넓어지거나 좁아져 혈류를 거의 일정하게 유지하며, 이를 자동조절이라 합니다.

  A computational framework integrates arterial and venous networks with autoregulatory coupling to simulate cerebrovascular hemodynamics across aortic pressures (30–150 mmHg), postures (supine, upright, inverted), and varying wall stiffness. Autoregulation maintained near-constant cerebral blood flow by dynamically adjusting arteriolar diameter.동맥 및 정맥 네트워크와 자동조절 결합을 통합한 전산 프레임워크로, 다양한 대동맥 압력(30–150 mmHg), 자세(앙와위, 직립, 도립), 혈관벽 강성 조건에서 뇌혈관 혈류역학을 시뮬레이션합니다. 자동조절은 세동맥 직경을 동적으로 조절하여 뇌혈류를 거의 일정하게 유지했습니다.

Research Highlights in Biomechanics생체역학 연구 하이라이트

• Stress-to-Strength Metric for Rupture Risk Assessment in AAA복부대동맥류 파열 위험 평가를 위한 응력-강도 지표

  C. An et al. · To be submitted to Computers in Biology and Medicine

  An abdominal aortic aneurysm is a bulge in the body's main artery, somewhat like a swollen spot on an old garden hose. Predicting which ones will rupture is difficult: aneurysm size alone is an incomplete indicator, since the wall material itself can weaken over time under pulsatile pressure.복부대동맥류는 신체의 주요 동맥에 생긴 부풀음으로, 낡은 정원 호스에 부푼 부분이 생긴 것과 비슷합니다. 어느 것이 터질지 예측하기는 어렵습니다. 동맥류의 크기만으로는 불완전한 지표이며, 박동성 압력 아래에서 벽 재료 자체도 시간이 지나며 약해지기 때문입니다.

  A dimensionless stress-to-strength ratio (SSR) integrates pulsatile loading and material fatigue to assess abdominal aortic aneurysm (AAA) rupture susceptibility. Across 23 idealized AAA models with varied geometric and material parameters analyzed via 3D one-way FSI simulations, SSR consistently identified all rupture-prone regions, whereas conventional metrics captured only a subset.박동성 하중과 재료 피로를 통합한 무차원 응력-강도 비율(SSR)로 복부대동맥류(AAA)의 파열 가능성을 평가합니다. 다양한 기하학적·재료적 매개변수를 가진 23개 이상화 AAA 모델을 3D 일방향 FSI 시뮬레이션으로 분석한 결과, SSR은 모든 파열 취약 영역을 일관되게 식별한 반면, 기존 지표는 일부만을 포착했습니다.

• Computational Investigation of Intermittent Pneumatic Compression Parameters간헐적 공압 압박 매개변수의 전산 해석

  Y.J. Choi et al. · To be submitted to Computers in Biology and Medicine

  An intermittent pneumatic compression device is a leg sleeve that rhythmically inflates to squeeze the calf, helping push venous blood back toward the heart. Its effect on flow depends on settings such as compression pressure, hold time, and chamber arrangement.간헐적 공압 압박(IPC) 장치는 종아리를 리듬에 맞춰 압박해 정맥혈을 심장 쪽으로 밀어 올리는 다리 슬리브입니다. 혈류에 미치는 영향은 압박 강도, 유지 시간, 챔버 배치 등의 설정에 따라 달라집니다.

  A multi-fidelity FSI framework couples 1D deformable blood flow with 3D tissue mechanics to evaluate how chamber number, hold time, maximum compression pressure, and tissue properties influence intermittent pneumatic compression (IPC). Maximum compression pressure and hold duration emerged as the primary determinants of venous flow.1D 변형 혈류와 3D 조직 역학을 결합한 다중충실도 FSI 프레임워크로 챔버 수, 유지 시간, 최대 압박 압력, 조직 특성이 간헐적 공압 압박(IPC)에 미치는 영향을 평가합니다. 최대 압박 압력과 유지 시간이 정맥 혈류의 주요 결정 요인으로 도출되었습니다.

• Collateral Circulation and Arteriolar Vasodilation in Ischemic Tissue허혈 조직에서의 측부 순환 및 세동맥 혈관 확장

  N. Moreaux et al. · Annals of Biomedical Engineering, 2026

  When a major artery is blocked, two things help compensate: blood reroutes through smaller side vessels (collaterals), and small arteries downstream widen to draw more flow (vasodilation). How much each contributes is not obvious from imaging alone.주요 동맥이 막히면 두 가지 보상 작용이 일어납니다. 혈액이 작은 측부 혈관으로 우회하고(측부 순환), 하류의 작은 동맥들이 넓어져 더 많은 혈류를 끌어들입니다(혈관 확장). 영상만으로는 각 작용이 얼마나 기여하는지 분간하기 어렵습니다.

  Stochastically generated collateral vessels and metabolic-driven vasodilation are modeled to study compensatory tissue perfusion under ischemia. Combining collateral flow with vasodilation significantly enhances tissue perfusion, with vasodilation emerging as the dominant compensatory mechanism.확률적으로 생성된 측부 혈관과 대사 기반 혈관 확장을 모델링하여 허혈 상황에서의 보상적 조직 관류를 연구합니다. 측부 혈류와 혈관 확장의 결합이 조직 관류를 크게 향상시키며, 혈관 확장이 주요 보상 메커니즘으로 나타났습니다.

• Cerebral Hemodynamics Under Autoregulation and Circle of Willis Variations자동조절 및 윌리스환 변이 하의 뇌혈류 해석

  S.Y. Kim et al. · To be submitted to Computers in Biology and Medicine

  The Circle of Willis is a ring-shaped network of arteries at the base of the brain that distributes incoming blood. Its anatomy varies considerably between individuals, which influences how each brain responds to disease.윌리스환은 뇌 바닥에 위치한 고리 모양의 동맥 네트워크로, 들어오는 혈액을 분배합니다. 사람마다 그 형태가 상당히 달라, 각 뇌가 질병에 반응하는 방식에 영향을 미칩니다.

  Patient-specific cerebral hemodynamics are computed by solving the incompressible Navier–Stokes equations with clinical imaging data. The framework enables accurate prediction of individual hemodynamic responses and supports quantitative assessment of disease progression risk under varying Circle of Willis configurations.임상 영상 데이터를 활용해 비압축성 Navier–Stokes 방정식을 풀어 환자 맞춤형 뇌혈류역학을 계산합니다. 본 프레임워크는 개인별 혈류역학 반응의 정확한 예측을 가능하게 하며, 다양한 윌리스환 형태에 따른 질병 진행 위험의 정량적 평가를 지원합니다.

Research Highlights in Applications응용 연구 하이라이트

• Computational Methods for Diagnosing Chronic Total Occlusion만성 완전 폐색 진단을 위한 전산 기법

  W. Choi et al. · To be submitted to Journal of the American College of Cardiology

  A chronic total occlusion is a coronary artery that has been completely blocked for months. With no flow inside the lesion, the pressure measurements normally used to assess coronary disease are not directly available, which makes diagnosis and procedural planning difficult.만성 완전 폐색(CTO)은 몇 달 동안 완전히 막혀 있던 관상동맥입니다. 병변 내부에 혈류가 없어 관상동맥 질환 평가에 일반적으로 쓰이는 압력 측정을 직접 적용할 수 없으며, 이로 인해 진단과 시술 계획이 어렵습니다.

  Computational methods are developed to support the diagnosis of chronic total occlusion (CTO) in coronary arteries, enabling improved assessment of lesion characteristics and procedural planning.관상동맥 만성 완전 폐색(CTO) 진단을 지원하는 전산 기법을 개발하여, 병변 특성 평가와 시술 계획 수립을 향상시킵니다.

• Sustainable Nuclear Energy Systems지속 가능한 원자력 에너지 시스템

  CMB Lab · Ongoing research

  Spent nuclear fuel still contains usable fissile material but is normally treated as long-lived waste. Molten-salt fast reactors are a reactor design in which the fuel is dissolved in molten salt that serves as both coolant and carrier, allowing some forms of spent fuel to be reused.사용후핵연료에는 활용 가능한 핵분열 물질이 남아 있지만 일반적으로 장수명 폐기물로 처리됩니다. 용융염 고속로는 연료가 용융염에 용해되어 냉각재이자 운반체 역할을 하는 원자로 설계로, 일부 형태의 사용후핵연료를 재사용할 수 있습니다.

  Investigation of more sustainable nuclear energy systems centered on spent-fuel chlorination and molten-salt fast reactor technology.사용후핵연료 염화 및 용융염 고속로 기술을 중심으로 한 보다 지속 가능한 원자력 에너지 시스템을 연구합니다.

Ongoing Funded Projects진행 중인 연구 과제