Robotic Microsurgery Training for Robot Assisted Reconstructive Surgery

Purpose: Recent advances in robotic surgery have affected not only surgery for visceral organs but also head and neck cancer surgery and microsurgery. The authors intended to analyze and share experience gained from performing microanastomosis training in a new robotic surgery system. Methods: Robotic microanastomosis training was performed using Da Vinci Xi. The robot arm used two black diamond forceps, one Potts scissor, and one vision camera. First, basic robotic surgery skills were trained with Da Vinci Skill Simulator training. Actual microanastomosis practice was performed using artificial blood vessel, chicken wing and porcine leg. Results: Three simulation training sessions were performed and five vessel anastomosis were performed. A total of 8 vascular anastomosis were performed, and anastomosis for one vessel took 31-57 minutes. The number of sutures used was more than one initially due to suture material damage, but one suture was used after four anastomosis. In the anastomosis time analysis with porcine legs, the actual anastomosis process took 2 minutes 15 seconds±41 seconds per stitch. The vascular anastomosis interval took more time than vascular anastomosis itself due to robot arm change and camera movement. Conclusion: Robotic microsurgery training was not difficult process for surgeons who had undergone conventional microsurgery. However, more training was needed to replace the robot arm and move the camera. In the long term, mechanical improvements in diamond forceps and camera resolution were necessary. In order to master robotic microsurgery, surgeons must get used to robotic surgery system through simulation training.ope

주택 리모델링의 실태와 정책과제(The trend and policy issues of housing remodelling)

노트 : 이 연구보고서의 내용은 국토연구원의 자체 연구물로서 정부의 정책이나 견해와는 상관없습니다

Radially patterned polycaprolactone nanofibers as an active wound dressing agent

BACKGROUND: The objectives of this study were to design polycaprolactone nanofibers with a radial pattern using a modified electrospinning method and to evaluate the effect of radial nanofiber deposition on mechanical and biological properties compared to non-patterned samples. METHODS: Radially patterned polycaprolactone nanofibers were prepared with a modified electrospinning method and compared with randomly deposited nanofibers. The surface morphology of samples was observed under scanning electron microscopy (SEM). The tensile properties of nanofibrous mats were measured using a tabletop uniaxial testing machine. Fluorescence-stained human bone marrow stem cells were placed along the perimeter of the radially patterned and randomly deposited. Their migration toward the center was observed on days 1, 4, and 7, and quantitatively measured using ImageJ software. RESULTS: Overall, there were no statistically significant differences in mechanical properties between the two types of polycaprolactone nanofibrous mats. SEM images of the obtained samples suggested that the directionality of the nanofibers was toward the central area, regardless of where the nanofibers were located throughout the entire sample. Florescence images showed stronger fluorescence inside the circle in radially aligned nanofibers, with significant differences on days 4 and 7, indicating that migration was quicker along radially aligned nanofibers than along randomly deposited nanofibers. CONCLUSIONS: In this study, we successfully used modified electrospinning to fabricate radially aligned nanofibers with similar mechanical properties to those of conventional randomly aligned nanofibers. In addition, we observed faster migration along radially aligned nanofibers than along randomly deposited nanofibers. Collectively, the radially aligned nanofibers may have the potential for tissue regeneration in combination with stem cells.ope

Bifidobacterium longum KJ로부터 유래한 플라스미드 pKJ36의 클로우닝 및 염기서열 결정

Thesis (master`s)--:서울대학교 대학원 :협동과정 농업생물공학과,1998.Maste

고체 산화물 연료전지를 위한 전기화학 유효도 모델의 개발 및 응용

학위논문 (박사)-- 서울대학교 대학원 : 기계항공공학부, 2017. 2. 김찬중.중온형 고체 산화물 연료전지는 고온형에 비하여 비교적 낮은 600~800도의 작동 온도를 가지므로 보다 저렴한 재료를 통하여 장기적인 작동시간에도 안정적으로 사용할 수 있어 주목받고 있다. 최근 사용되는 중온 평판형 고체산화물 연료전지는 두께가 매우 얇지만 대부분의 화학반응이 일어나는 기능층을 포함하고 있다. 따라서 연료전지의 성능을 정확하게 예측하기 위해서는 이 기능층에서의 화학반응을 정밀하면서도 빠르게 해석할 수 있는 수치 모델이 필요하다. 기존의 연료전지 수치 모델들은 많은 가정과 실험값을 이용하여 단순하게 해석하거나 마이크로 모델과 같이 정확하지만 너무 많은 계산시간을 요구하였다. 따라서 이 논문에서는 유효도 개념을 통하여 새로운 수치 모델을 제시하고 검증하였다. 그리고 이 모델을 이용하여 양극에서 유로 횡방향 산소농도 분포에 미치는 요소들을 변화하면서 산소농도 고갈로 인한 성능 저하에 대해서 조사하였다. 먼저 유효도 개념을 이용하여 기존과 다른 전극 유효도 모델을 제안하였다. 기능층은 그 두께가 매우 얇아 작동 조건이 변하지 않는다고 가정하고, 전기화학반응을 위하여 대칭 Butler-Volmer 식을 이용하였다. 기존의 전극 유효도 모델은 과전압과 전류 밀도를 선형 관계로 가정하였기 때문에 낮은 작동 전류에서만 적용이 가능하였지만 이 논문에서 제시한 모델은 충분히 높은 작동전압에서도 정확한 결과를 보여준다. 여러 Thiele modulus 값에 대해 계산한 유효도를 통하여 간단한 상관식으로 나타내었다. 그리고 기존의 정밀한 마이크로 모델 결과와 비교하여 검증하였다. 다음은 위에서 제시한 전극 유효도 모델을 이용하여 기존의 중온형 고체산화물 연료전지 마이크로 시뮬레이션 모델을 수정하여 개발하였다. 연료전지의 성능 예측을 위해서는 전기화학반응에 의한 전류 생산량을 정확하게 계산하는 것이 중요하다. 이는 위에서 검증된 전극 유효도 모델을 이용하면 충분히 정확한 계산을 얻을 수 있으므로 기존의 마이크로 모델과 같이 매우 얇은 두께의 기능층에 수십 개의 격자를 둘 필요가 없다. 새로 제시한 모델의 신뢰도를 검증하기 위해 포괄적인 마이크로 모델과 전류-전압 성능 곡선을 비교하였다. 새로 제시한 모델은 충분히 정확한 결과를 보여줄 뿐 아니라, 계산시간을 획기적으로 줄었음을 확인할 수 있다. 따라서 대형 시스템이나 연료전지 스택 해석에 유용하게 사용할 수 있을 것으로 기대된다. 마지막으로 논문에서 제시한 유효도를 통한 마이크로 시뮬레이션 모델을 이용하여 양극에서의 유로 횡방향 산소 농도 및 전류밀도 분포를 계산하였다. 먼저 많은 계산에 앞서 격자 수를 최적화 하는 수치해석 연구를 진행하였다. 또한, 매개변수 및 작동 조건을 변화시키면서 양극에서의 산소 고갈 특성을 고찰하고 성능에 미치는 영향에 대해 서술하였다.The intermediate temperature solid oxide fuel cells (IT-SOFCs) are the promising fuel cell systems which use less expensive materials with better long-term stabilities because of lower operating temperatures ranging from 600~800C than those of high temperature SOFCs (HT-SOFCs). Modern IT-SOFCs contain a very thin layer, called the functional layer, where dedicated reaction occurs. Thus, it is essential to efficiently and accurately model the electrochemical reaction in the functional layer for successfully predicting the performance and operation of IT-SOFCs. Some existing models are simple because of many assumptions and experimental values, on the contrary, some models are accurate but need expensive computational costs like micro SOFC models. Therefore, this dissertation proposes and validates a new numerical model based on effectiveness concept. In addition, this model is utilized to investigate degradation of performance due to oxygen depletion in cathodes through changes of parameters which affect oxygen distribution transverse to the flow channel. At first, a new electrode effectiveness model based on the effectiveness concept is presented which is different from existing effectiveness model. Variations in the operating conditions are negligible inside the functional layer and the symmetric Butler-Volmer equation is applied to the new model for electrochemical reaction. Existing models work at low operating current density due to an assumption of a linear relationship between the transfer current and the local overpotential. However, the proposed model in this dissertation shows accurate results when operating current density is high. The electrochemical effectiveness is calculated for various Thiele modulus values, and a simple correlation is developed for retrieving these effectiveness factor data, and then the validity of the effectiveness model is demonstrated by comparing the results with those obtained from the detailed electrode microscale model. Secondly, a new microscale simulation model for IT-SOFC is developed by modifying the existing one using the electrode effectiveness model proposed earlier. To predict performance of IT-SOFC accurately, it is essential to determine the current generation through electrochemical reaction. The electrochemical effectiveness model can accurately determine the current generation efficiencies of thin active functional layers in IT-SOFC electrodes even with a use of only a few grid points. The reliability of the new model is verified by comparing the predicted current-voltage performance curve with those from the comprehensive micro model results. The new model shows not only accurate results, but also much lower computational costs. Thus, the new model can be useful as a corner stone for developing large-scale simulation models or stack-level models. Finally, the proposed micro simulation model based on the effectiveness concept is utilized to calculate the distribution of oxygen concentration and current density transverse to the flow channel in the cathode. At first, simulations for finding optimized number of grids are conducted in order to calculate many cases. Also, the oxygen depletion characteristics are investigated through change in parameters and operating conditions, and effects on performance of SOFC are described.CHAPTER 1. INTRODUCTION 1 1.1. Solid Oxide Fuel Cell 1 1.1.1. Configuration of SOFC 2 1.1.2. Operating temperature of SOFC 3 1.1.3. Two-layer SOFC electrodes 5 1.2. Background and Motivation 7 1.3. Objectives 8 CHAPTER 2. AN EFFECTIVENESS MODEL FOR ELECTROCHEMICAL REACTIONS IN ELECTRODES OF ITSOFC 10 2.1. Electrochemical Effectiveness 10 2.2. Previous Effectiveness Model 11 2.3. New Effectiveness Model 14 2.4. Effectiveness Model Validation 23 2.5. Summary 27 CHAPTER 3. AN EFFICIENT MICROSCALE MODEL FOR ITSOFC 28 3.1. Computational Domain 28 3.2. Microstructure Characterization of Electrodes 32 3.2.1. Random packing model 32 3.2.2. Effective conductivity 34 3.2.3. Three-phase boundary length 34 3.3. Electrochemical Model 36 3.3.1. Charge conservation equation 36 3.3.2. Effectiveness model for electrode 37 3.3.3. Current generation 42 3.3.4. Overpotential 44 3.4. Mass Transfer Model 46 3.4.1. Mass conservation of gas species 46 3.4.2. Dusty-gas model for mass flux in porous electrodes 47 3.5. Numerical Procedure 50 3.6. Model Validation 53 3.6.1. Comparison with the comprehensive microscale model 53 3.6.2. Comparison with a general microscale model 60 3.7 Summary 64 CHAPTER 4. THE OXYGEN DEPLETION CHARACTERISTICS OF POROUS CATHODE 65 4.1. Introduction 65 4.2. Model Description 67 4.2.1. Computational domain 67 4.2.2. Governing equations and boundary condition 69 4.2.3. Numerical Procedure 72 4.3. Model validation and optimization 74 4.3.1. Model validation 74 4.3.2. Optimization of the number of grid points 75 4.4. Results 81 4.4.1. Distribution of oxygen concentration and current density in electrode 81 4.4.2. Oxygen depletion characteristics in cathode 84 4.4.2.1. Base operating condition 84 4.4.2.2. Effects of channel oxygen concentration 84 4.4.2.3. Effects of the CCCL thickness 89 4.4.2.4. Effects of the rib and channel width 92 4.5. Summary 95 CHAPTER 5. CONCLUSIONS AND CONTRIBUTIONS 96 5.1. Conclusions 96 5.2. Contributions 98 Bibliography 99 요 약 문 108Docto

Ta₂O5 의 전극물질로서 TiN과 TaN의 비교 연구

학위논문(석사)--서울대학교 대학원 :금속공학과 재료전공,1998.Maste

바일금속의 비정상 전자수송 연구

Doctor위상 물질은 밴드구조의 위상으로 기술되는 새로운 양자 물질이다. 대표되는 물질들은 양자홀 효과 (Quantum Hall effect), 위상 부도체 (Topological insulator) 등이 있고 이러한 물질들은 내부가 절연성을 띠고 경계는 전도성을 띠는 특성이 있고 또한 외부 영향에 의해 잘 깨지지 않는 독특한 성질을 가지고 있다. 이런 새로운 물질들은 밴드이론으로 기술하는 밴드구조의 꼬임이 어떻게 되냐에 따라서 알 수 있게 된다. 더욱이, 위성 물질은 절연체에서 나타나는 것으로 잘 알려졌지만 추후 바일 금속이라 불리는 금속계에서도 나타날 수 있다는 것이 보고되었다. 바일 금속은 격자구조에서 준입자의 형태로 바일 페르미온 (Weyl fermion)이 나타나는 물질이다. 바일 페르미온은 디락 방정식 (Dirac equation)에서 유도되는 해 중 하나로 질량 항이 0이었을 때 나타난다. 가장 대표적인 성질은 키랄 변칙 (chiral anomaly)이 있어 Baryometer 연구 등 많은 관심이 있어 발견을 하기 위해 노력하였으나 입자물리학에서는 아직 발견되지 못하였다. 하지만 이러한 바일 페르미온이 바일 금속 내에 있을 것이라 이론적으로 예상돼 왔고, 후에 실험적으로 바일 페르미온이 고체 내에 준입자 형태로 존재한다는 것이 관측되었다. 그중 가장 대표되는 연구 성과는 전자 수송현상 연구에서 자기장에 따른 저항값의 감소인 음의 자기저항 (negative magneto resistance)이라 불리는 현상이 있다. 일반적인 자기장 하에서는 전자의 원운동에 의해 전기저항이 커지지만 바일 금속에 자기장과 전기장이 평행하였을 때 키랄 변칙이 나타나고 이로 인해 전기저항이 작아지게 된다. 이 현상은 볼츠만 운송 방정식 (Boltzmann transport equation)을 이용하여 바일 금속에서 나타나는 특이한 베리 자기장에 의해 나타난다는 것을 준-고전적으로 계산될 수 있다. 본 박사학위 논문은 이러한 바일 금속 중에서 시간 역전 대칭이 깨져서 바일금속이 되는 Bi(1-x)Sb(x) 합금을 연구하였다. Bi(1-x)Sb(x) 합금은 안티몬의 도핑 정도에 의해 밴드 갭이 조절되고 약 3~4% 도핑에서, 밴드 갭이 닫혀 디락 금속 (Dirac metal)이 된다. 이 상태에서 자기장을 걸어 시간 역전 대칭을 깨주게 되면 바일 금속이 된다. 이러한 Bi(1-x)Sb(x)에서 나타나는 특이한 전자 수송 현상 2개를 연구하였고 첫 번째로는 옴의 법칙의 깨짐이다. 위에서 말한 준-고전적 계산 방법인 볼츠만 운송 방정식을 통해서 전기장과 자기장이 나란할 때 나타나는 자기저항을 계산하였고 계산 결과 바일 노드 (Weyl node) 내부의 산란으로 기술되는 바일 노드 내부의 페르미 레벨 차와 쌍으로 항상 존재해야 하는 바일 노드 간의 페르미 레벨 차에 의해 나타나지는 전기저항의 전기장에 따른 감소 경향성을 보여주었고, Bi(1-x)Sb(x)에서 이러한 실험을 관측하고 이론적 비교분석 결과 키랄 변칙에 의해 바일 금속 내에 옴의 법칙의 깨짐이 있다는 것을 보여준다. 두 번째로는 바일 금속 내에서 나타나는 비 국소전자 수송 현상 (nonlocal transport)이다. 여러 위상 물질들은 내부가 절연성이 있고 가장자리는 전동성이 있기 때문에 비 국소전자 수송 현상이 많이 연구돼 왔다. 하지만 내부가 금속 물질인 바일 금속은 조금 다른 방면으로 연구가 진행되어왔다. 바일 금속의 란다우 준위 (Landau level)을 기술하면 chiral zero mode라는 특이한 현상이 나타난다. 이 chiral zero mode는 3차원인 바일 금속 내부에 1차원인 dissipationlees 채널이 생성되게 된다. 그러므로 마치 바일 금속이 1차월 채널처럼 생각할 수 있고, 산란이 잘 일어나지 않기 때문에 국소적으로 전류를 걸어주면 이 1차원 채널을 타고 전자가 이동하는 현상을 비 국소전자 수송 현상 연구를 통해 관측하였다. 마지막으로 이러한 chiral zero mode가 있을 때 블로흐 진동 (Bloch oscillation)이 발생한다. 양자역학에서 진동은 사다리 연산자로 잘 기술될 수 있는 게 알려져 있고 슈타르크 사다리 연산자 (Stark ladder operator)로 기술을 하면 바일 금속에 인가된 전기장 크기에 따라 저항이 바뀌고 더 나아가서 저항 변화의 형태가 진동 성을 띄는 전기 양자 진동 (electric quantum oscillation) 현상이 나타나리라 예측 되고 있다. 본 논문에서 발표한 옴의 법칙 붕괴가 이 전기 양자 진동의 한 부분일 가능성이 있고, BiSb 합금의 여러 도핑 물질들을 연구한 결과 전자 수송현상이 커지는 BiSb 합금일수록 옴의 법칙이 크게 붕괴하는 경향성을 갖고 있다는 것을 현상적으로 관측돼서 chiral zero mode와 두 현상과의 연관성이 크다는 것을 보여준다. 그러므로 바일 금속 내의 옴의 법칙 붕괴와 전자 수송현상 연구는 바일 금속의 가장 큰 특징 중 하나인 chiral zero mode의 존재 여부를 파악하고 더 나아가서 비선형성 연구를 진행함으로써 앞으로 있을 새로운 전자소자 분야에도 큰 영향을 줄 것이라 기대할 수 있다.Topological materials are novel quantum materials defined by the topology of the band structure. The quantum Hall effect (QHE) and topological insulator (TI) are representative materials, which has exotic properties such that they are insulating in the bulk state but conducting in the edge states and the states are stable for the topology. For explaining the exotic properties, it is important to investigate how the band states are twisted. In the thesis, we explore topological metal called as a Weyl metal. Weyl metals are a solid crystal system, in which Weyl fermions occur as quasi-particles. The Weyl fermion first appeared in particle physics as one of the solutions to the Dirac equation and shows a chiral anomaly called the Adler-Bell-Jackiw anomaly. It is of great interest to study the mechanism of baryogenesis; however, the process has not been observed yet. Nevertheless, the existence of Weyl fermions in Weyl metals was theoretically predicted and experimentally confirmed. Owing to the chiral anomaly and topology of Weyl metals, they exhibit unique electron transport properties. One of the unique transport phenomena is the phenomenon known as negative longitudinal magnetoresistance (NLMR). When a magnetic field and an electric field are applied along the same direction, the electric resistance decreases as the magnetic field increases. While the electric resistance increases in a general magnetic field owing to the circular migration of electrons, a magnetic field parallel to the electric field causes a chiral anomaly, which lowers the electric resistance. In previous studies, NLMR was evaluated using a semi-classical model, wherein the Boltzmann equation describes conductance with a chiral anomaly. In this thesis, a BiSb alloy, which is a Weyl metal, was explored. Bi has a band gap at the L-site, and Sb doping decreases the size of the gap. Additionally, Bi(1-x)Sb(x) with optimal doping (x=3~4%) exhibits a zero gap, and a near-zero gap linear band structure exists, which is called a Dirac metal. Time reversal symmetry breaking in the presence of a magnetic field changes the Dirac metal into a Weyl metal. We investigated two unusual electron transport phenomena in BiSb alloys, and the first was the breaking of Ohm's law. To completely understand the transport phenomena of Weyl metals in detail, we employed the Boltzmann equation with a Weyl pair. The calculation results show that the electric field dependence of the electric resistance is caused by a Fermi level imbalance , which is described as intra-node scattering in Weyl nodes, and a Fermi level imbalance between Weyl nodes, which must always exist in pairs. We observed the phenomena only in the Weyl states of BiSb alloys, and a theoretical investigation revealed that the Weyl metal exhibits a non-ohmic effect due to the chiral anomaly. The second is a phenomenon known as nonlocal transport that occurs in Weyl metals. Nonlocal transport phenomena have been explored in a variety of topological materials due to the fact that the bulk is insulating and the edge is conducting, resulting in a nonlocal current path. However, owing to the metallic characteristics of Weyl metals in bulk, nonlocal transport underlies a somewhat different mechanism. To describe the nonlocality in a Weyl metal, we considered its unique transport properties, namely the chiral zero mode. The chiral zero mode is a dissipationless 1D channel, also called the chiral Landau level, because it is a zeroth-order Landau level with a chiral anomaly. Therefore, the Weyl metal can be considered as a 1D channel, and because scattering does not occur well when a current is applied locally, electrons travel via this 1D channel, resulting in nonlocal transport. The chiral zero mode induces another quantum mechanical phenomenon, called electric quantum oscillation. The 1D channel exists in the Brillouin zone, and electric forces cause the electrons to oscillate. This is known as Bloch oscillation. In quantum mechanics, it is widely established that oscillation can be well represented by a ladder operator, and when characterized by a stark ladder operator, we can anticipate the electric quantum oscillation phenomenon, which is a resistance change according to the strength of the applied electric field. The non-ohmic behavior can be related to electric quantum oscillations. Research on BiSb alloys indicates a positive phenomenological correlation between nonlocality and nonlinearity, suggesting a correlation between the chiral zero mode and nonlocality. As a result, understanding this phenomenon is beneficial for the research of Weyl metals, as well as for the future study of topological matter

Huge Anterior Skull Base Defect Reconstruction on Communicating Between Cranium and Nasal Cavity: Combination Flap of Galeal Flap and Reverse Temporalis Flap

INTRODUCTION: Traditionally, galeal flap or cranialization was often used to reconstruct the skull base defect caused by trauma or tumor removal. However, in the case of huge skull base defect, galeal flap is not enough to block the communication between nasal cavity and intracranial space. In this study, authors suggest combination flap of galea and reverse temporalis muscle as a method for reconstruction of huge skull base defect. MATERIALS AND METHODS: From 2016 to 2019, retrospective review was conducted, assessing 7 patients with bone defect which is not just opening of frontal sinus but extends to frontal sinus and cribriform plate. Reconstructions were done by combination of galeal flap and reverse temporalis muscle flap transposition. RESULTS: Defects were caused by nasal cavity tumor with intracranial extension or brain tumor with nasal cavity extension. There was no major complication in every case. During the follow up period, no patient had signs of complication such as ascending infection, herniation and CSF rhinorrhea. Postoperative radiologic images of all patients that were taken at least 6 months after the surgery showed that flaps maintained the lining and the volume well. DISCUSSION: Conventional reconstruction of skull base defect with galeal flap is not effective enough to cover the large sized defect. In conclusion, galeal flap in combination with reverse temporalis muscle flap can effectively block the communication of nasal cavity and intracranium.restrictio