A Nonlinear Sliding Mode Controller for IPMSM Drives with an Adaptive Gain Tuning Rule

This paper presents a nonlinear sliding mode control (SMC) scheme with a variable damping ratio for interior permanent magnet synchronous motors (IPMSMs). First, a nonlinear sliding surface whose parameters change continuously with time is designed. Actually, the proposed SMC has the ability to reduce the settling time without an overshoot by giving a low damping ratio at the initial time and a high damping ratio as the output reaches the desired setpoint. At the same time, it enables a fast convergence in finite time and eliminates the singularity problem with the upper bound of an uncertain term, which cannot be measured in practice, by using a simple adaptation law. To improve the efficiency of a system in the constant torque region, the control system incorporates the maximum torque per ampere (MTPA) algorithm. The stability of the nonlinear sliding surface is guaranteed by Lyapunov stability theory. Moreover, a simple sliding mode observer is used to estimate the load torque and system uncertainties. The effectiveness of the proposed nonlinear SMC scheme is verified using comparative experimental results of the linear SMC scheme when the speed reference and load torque change under system uncertainties. From these experimental results, the proposed nonlinear SMC method reveals a faster transient response, smaller steady-state speed error, and less sensitivity to system uncertainties than the linear SMC metho

A Nonlinear Sliding Mode Controller for IPMSM Drives with an Adaptive Gain Tuning Rule

This paper presents a nonlinear sliding mode control (SMC) scheme with a variable damping ratio for interior permanent magnet synchronous motors (IPMSMs). First, a nonlinear sliding surface whose parameters change continuously with time is designed. Actually, the proposed SMC has the ability to reduce the settling time without an overshoot by giving a low damping ratio at the initial time and a high damping ratio as the output reaches the desired setpoint. At the same time, it enables a fast convergence in finite time and eliminates the singularity problem with the upper bound of an uncertain term, which cannot be measured in practice, by using a simple adaptation law. To improve the efficiency of a system in the constant torque region, the control system incorporates the maximum torque per ampere (MTPA) algorithm. The stability of the nonlinear sliding surface is guaranteed by Lyapunov stability theory. Moreover, a simple sliding mode observer is used to estimate the load torque and system uncertainties. The effectiveness of the proposed nonlinear SMC scheme is verified using comparative experimental results of the linear SMC scheme when the speed reference and load torque change under system uncertainties. From these experimental results, the proposed nonlinear SMC method reveals a faster transient response, smaller steady-state speed error, and less sensitivity to system uncertainties than the linear SMC metho

The effect of enamel matrix derivative (EMD) in combination with deproteinized bovine bone material (DBBM) on the early wound healing of rabbit calvarial defects

치주치료의 가장 중요한 목적은 상실된 치주조직의 형태적, 기능적 재건이다. 법랑기칠 단백질 유도체(enamel matrix derivative: EMD)는 치주 병소에 사용시 상피세포의 증식을 억제하며 치주인대 및 백악아세포를 활성화시켜 무세포성 백악질 및 치주인대와 골조직의 생성을 유도한다고 보고되고 있다. 또한 법랑기질 단백칠 유도체는 골모세포의 증식 및 분화를 촉진시키며 alkaline phosphatase의 활성 및 mineralized nodule의 형성을 촉진시킨다고 보고되고 있다. 이에 본 연구에서는 토끼 두개골 결손부에 법랑기질 단백질 유도체와 이종골 이식재를 이식한 후 골밀도를 방사선학적으로 분석하고, 신생골 형성 및 주변 조직 반응을 조직학적으로 관찰, 평가하고자 하였다. 토끼 두개골에 6mm trephine bur(외경 8mm)를 이용하여 경뇌막에 손상을 주지 않도록 하면서 4개의 결손부를 형성하였다. 아무것도 이식하지 않은 군을 음성 대조군으로, 이종골 이식재 (, Geistlich, Wolhusen, Switzerland)을 이식한 군을 양성 대조군으로 설정하였다. 법랑기질 단백질 유도체 (, Biora, Inc., Sweden)만 이식한 군과 법랑기질 단백질 유도체와 이종골 이식재를 혼합하여 이식한 군을 설험군으로 설정하였다. 각각의 재료를 이식한 후 비흡수성 차폐막 (, Lifecore Biomedical, Inc., U.S.A.)을 위치시키고 흡수성 봉합사로 일차봉합을 시행하였다. 각 군당 술 후 1, 2, 4주의 치유기간을 설정하였다. 동물을 희생시킨 후 두개골을 절제하여 먼저 방사선학적인 골밀도측정을 시행한 후 10% formalin에 고정한 후 통법에 따라 조직표본을 제작하여 광학현미경으로 관찰하였다. 1. 방사선학적인 평가에서 1, 2, 4주에 대조군과 법랑기질 단백질 유도체만 이식한 군과 비교해 이종골 이식재만 이식한 군과 이종골 이식재에 법랑기질 단백질 유도체를 이식한 군에서 더 큰 골의 밀도를 보이고 있었다 (P0.05), 이종골 이식재만 이식한 군과 이종골 이식재에 법랑기질 단백질 유도체를 이식한 군의 차이 또한 발견할 수 없었다 (P>0.05). 2. 조직학적인 평가에서 1, 2, 4주에 대조군과 법랑기질 단백질 유도체만 이식한 군과 비교해 이종골 이식재만 이식한 군과 이종골 이식재에 법랑기질 단백질 유도체를 이식한군에서 골의 형성이 더 진행됨을 알 수 있었다. 법랑기질 단백질 유도체만 이식한 군이 대조군보다 2주에서 더 많은 신생골을 볼 수 있었으며, 이종골 이식재에 법랑기질 단백질 유도체를 이식한 군이 이종골 이식재만 이식한 군보다 1, 2주에서 더 많은 신생골을 관찰할 수 있었다. 이상의 결과에서 법랑기질 단백질 유도체는 토끼 두개골 결손부 치유단계에서 초기 골 형성을 촉진하는 것으로 사료되며 골 이식시에 법랑기질 단백질 유도체를 적용하는 것은 유용한 술식으로 사료된다.This study was supported by a grant of the Korea Health 21 R&D Project , Ministry of Health & Welfare, Republic of the Kore

The effects of platelet-rich plasma(PRP) in combination with anorganic bovine bone(Bio-Oss？) on the early wound healing of rabbit cranial defects

혈소판 농축 혈장은 구강과 안면부 재건수술에 새로이 사용되는 유용한 첨가물이다. 혈소판은 상처 치유과정에서 매우 중요하며, 혈소판은 상처부위에 빠르게 도달하여 응고를 형성한다. 그리고 다양한 성장인자를 분비한다. 이러한 성장인자는 골의 형성과 혈관의 증가, 골 이식재의 치유에 관여하는 것으로 생각된다. 본 연구의 목적은 실험 동물을 통하여 혈소판 농축 혈장에 함유된 혈소판의 정량화를 통한 성장인자 함유량을 추정하고, 방사선학적, 조직학적 평가를 통해 혈소판 농축 혈장이 초기의 골형성에 미치는 영향에 대한 평가를 하는데 있다. 15마리의 가토 두개골에 6mm trephine bur(외경 8mm)를 이용하여 경뇌막의 손상을 주지 않도록 하면서 4개의 결손부를 형성하였다. 각각의 두개골 결손부는 만 이식한 군, PRP만 이식한 군, PRP와 를 혼합하여 이식한군, 그리고 아무것도 이식하지 않은 군을 대조군으로 설정하였다. 각각의 재료를 이식한 후 비흡수성 차폐막()을 위치시키고 흡수성 봉합사로 일차봉합을 시행하였다. 각 군 당 술 후 1, 2, 4주의 치유기간을 설정하였다. 동물을 희생시키고 두개골을 절제하였다. 먼저 방사선학적인 골 밀도 측정을 시행하고, 조직학적 평가를 위해 통법에 따라 조직 표본을 제작한 후 광학현미경으로 관찰하였다. 또한 가토 귀 변연정맥에서 채취한 10 ml의 혈액을 원심분리하여 혈소판 함유량을 평가하여 다음과 같은 결과를 얻었다. 1. 혈소판 농축 혈장은 일반 혈액에 비해 약 4.02배 많은 수의 혈소판이 함유되어 있었다. 2. 방사선적인 평가에서 1, 2, 4주 사이에 대조군과 비교하여 에 PRP를 이식한 군에서 골의 밀도는 큰 차이를 보이고 있다(p0.05), 만 이식한 군과 에 PRP를 이식한 군의 차이 또한 발견할 수 없었다(p>0.05). 3. 조직학적 평가에서 모든 이식재는 시간이 경과할수록 골 형성이 증가함을 알 수 있었다. 대조군에 비해 PRP만 이식한 군에서 더 두꺼운 섬유성 결합을 보이고 있다. 대조군과 PRP만 이식한 군과 비교해 와 에 PRP를 혼합 이식한 군에서 골의 형성이 더 진행됨을 알 수 있었다. 에 PRP를 혼합 이식한 군이 만 이식한 군에서보다 더 많은 신생골 형성을 관찰할 수 있다. 이상의 결과에서 가토의 두개골 결손부에 에 PRP를 혼합 이식하였을 경우 결손부의 초기 골 형성을 촉진 할 수 있음을 시사하였다.This study was supported by a grant of the Korea Health 21 R& D Projectm ministry of Health & Welfare, Republic of Kore

혈소판 농축 혈장과 혼합된 이종골 이식재(Bio-Oss®)가 가토 두개골 결손부 초기 치유에 미치는 영향

혈소판 농축 혈장은 구강과 안면부 재건수술에 새로이 사용되는 유용한 첨가물이다. 혈소판은 상처 치유과정에서 매우 중요하며, 혈소판은 상처부위에 빠르게 도달하여 응고를 형성한다. 그리고 다양한 성장인자를 분비한다. 이러한 성장인자는 골의 형성과 혈관의 증가, 골 이식재의 치유에 관여하는 것으로 생각된다. 본 연구의 목적은 실험 동물을 통하여 혈소판 농축 혈장에 함유된 혈소판의 정량화를 통한 성장인자 함유량을 추정하고, 방사선학적, 조직학적 평가를 통해 혈소판 농축 혈장이 초기의 골형성에 미치는 영향에 대한 평가를 하는데 있다. 15마리의 가토 두개골에 6mm trephine bur(외경 8mm)를 이용하여 경뇌막의 손상을 주지 않도록 하면서 4개의 결손부를 형성하였다. 각각의 두개골 결손부는 Bio-Oss®만 이식한 군, PRP만 이식한 군, PRP와 Bio-Oss®를 혼합하여 이식한군, 그리고 아무것도 이식하지 않은 군을 대조군으로 설정하였다. 각각의 재료를 이식한 후 비흡수성 차폐막(Tefgen®)을 위치시키고 흡수성 봉합사로 일차봉합을 시행하였다. 각 군 당 술 후 1, 2, 4주의 치유기간을 설정하였다. 동물을 희생시키고 두개골을 절제하였다. 먼저 방사선학적인 골 밀도 측정을 시행하고, 조직학적 평가를 위해 통법에 따라 조직 표본을 제작한 후 광학현미경으로 관찰하였다. 또한 가토 귀 변연정맥에서 채취한 10 ml의 혈액을 원심분리하여 혈소판 함유량을 평가하여 다음과 같은 결과를 얻었다. 1. 혈소판 농축 혈장은 일반 혈액에 비해 약 4.02배 많은 수의 혈소판이 함유되어 있었다. 2. 방사선적인 평가에서 1, 2, 4주 사이에 대조군과 비교하여 Bio-Oss®에 PRP를 이식한 군에서 골의 밀도는 큰 차이를 보이고 있다(p0.05), Bio-Oss®만 이식한 군과 Bio-Oss®에 PRP를 이식한 군의 차이 또한 발견할 수 없었다(p>0.05). 3. 조직학적 평가에서 모든 이식재는 시간이 경과할수록 골 형성이 증가함을 알 수 있었다. 대조군에 비해 PRP만 이식한 군에서 더 두꺼운 섬유성 결합을 보이고 있다. 대조군과 PRP만 이식한 군과 비교해 Bio-Oss®와 Bio-Oss®에 PRP를 혼합 이식한 군에서 골의 형성이 더 진행됨을 알 수 있었다. Bio-Oss®에 PRP를 혼합 이식한 군이 Bio-Oss®만 이식한 군에서보다 더 많은 신생골 형성을 관찰할 수 있다. 이상의 결과에서 가토의 두개골 결손부에 Bio-Oss®에 PRP를 혼합 이식하였을 경우 결손부의 초기 골 형성을 촉진 할 수 있음을 시사하였다.This study was supported by a grant of the Korea Health 21 R&D Project, Ministry of Health & Welfare, Republic of Korea(03-PJ1-PG1-CH08-0001)

Advances and Innovations of 3D Bioprinting Skin

Three-dimensional (3D) bioprinted skin equivalents are highlighted as the new gold standard for alternative models to animal testing, as well as full-thickness wound healing. In this review, we focus on the advances and innovations of 3D bioprinting skin for skin regeneration, within the last five years. After a brief introduction to skin anatomy, 3D bioprinting methods and the remarkable features of recent studies are classified as advances in materials, structures, and functions. We will discuss several ways to improve the clinical potential of 3D bioprinted skin, with state-of-the-art printing technology and novel biomaterials. After the breakthrough in the bottleneck of the current studies, highly developed skin can be fabricated, comprising stratified epidermis, dermis, and hypodermis with blood vessels, nerves, muscles, and skin appendages. We hope that this review will be priming water for future research and clinical applications, that will guide us to break new ground for the next generation of skin regeneration

Potential Instability and Malfunction of Knee Joints with Vastus Medialis Impairment after Total Knee Arthroplasty

Four pairs of fresh-frozen cadaver knees (eight knees, four male knees) with a mean age of 72 ± 7 years were used for tests involving a customized simulator capable of controlling quadriceps loading conditions. The muscle force distribution of the quadriceps for the normal loading condition was applied on the basis of muscle cross-sectional area data, as previously reported (VM: 31 N; RF/VI: 49 N; VL: 45 N). To simulate vastus medialis (VM) impairment, we set the muscle force for VM in the muscle force distribution of the quadriceps at zero (VM: 0 N; RF/VI: 49 N; VL: 45 N). The joint reaction forces and moments on knee joints that underwent total knee arthroplasty (TKA) did not differ significantly according to VM impairment status for all flexion angles (p > 0.05). Nevertheless, the vectors of internal–external moments mostly showed a tendency for alteration from external to internal due to VM impairment. This tendency was evident in 9 cases in 12 total test pairs (with and without VM impairment). Furthermore, the vectors of the anterior–posterior reaction forces mostly showed a tendency to increase anteriorly due to VM impairment. This tendency was also evident in 9 cases in 12 total test pairs (with and without VM impairment). These results indicate that posterior dislocation of the tibia may be induced if VM impairment occurs after TKA. In conclusion, VM impairment in knee joints undergoing TKA may contribute to posterior dislocation of the tibia by a paradoxical roll-back with enhancements of the anterior joint reaction force and external moment during knee-joint flexion. Our findings may be valuable for understanding the mechanism of potential instability and malfunction due to VM impairment in knee joints after TKA, and may help to optimize clinical/rehabilitation training plans to improve the prognosis (stability and function) of knee joints undergoing TKA