Intensity-modulated radiation therapy (IMRT) often uses small beam segments. The heterogeneity effect is well known for relatively large field sizes used in the conventional radiation treatments. However, this effect is not known in small fields such as the beamlets used in IMRT. There are many factors that can cause errors in the small field i.e. electronic disequilibrium and multiple electron scattering. This study prepared geometrically regular heterogeneous phantoms, and compared the measurements with the calculations using the Convolution/Superposition algorithm and Monte Carlo method for small beams. This study used the BEAM00/EGS4 code to simulate the head of a Varian 2300C/D. The commissioning of a 6MV photon beam were performed from two points of view, the beam profiles and depth doses. The calculated voxel size was 1${\times}$1${\times}$2$\textrm{cm}^2$ with field sizes of 1${\times}$1$\textrm{cm}^2$, 2${\times}$2$\textrm{cm}^2$, and 5${\times}$5$\textrm{cm}^2$. The XiOTM TPS (Treatment Planning System) was used for the calculation using the Convolution/Superposition algorithm. The 6MV photon beam was irradiated to homogeneous (water equivalent) and heterogeneous phantoms (water equivalent + air cavity, water equivalent + bone equivalent). The beam profiles were well matched within :t1 mm and the depth doses were within ${\pm}$2%. In conclusion, the dose calculations of the Convolution/Superposition and Monte Carlo simulations showed good agreement with the film measurements in the small field.
In this paper we prove that any continuous function on a bounded closed interval of can be approximated by the superposition of a bounded sigmoidal function with a fixed weight. In addition we show that any continuous function over $\mathbb{R}$ which vanishes at infinity can be approximated by the superposition f a bounded sigmoidal function with a weighted norm. Our proof is constructive.
Proceedings of the Korean Society of Medical Physics Conference
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2002.09a
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pp.119-120
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2002
The aim is to urge the need of elaborate commissioning of 3D RTP system from the firsthand experience. A 3D RTP system requires so much data such as beam data and patient data. Most data of radiation beam are directly transferred from a 3D dose scanning system, and some other data are input by editing. In the process inputting parameters and/or data, no error should occur. For RTP system using algorithm-bas ed-on beam-modeling, careless beam-data processing could also cause the treatment error. Beam data of 3 different qualities of photon from two linear accelerators, patient data and calculated results were commissioned. For PDD, the doses by Clarkson, convolution, superposition and fast superposition methods at 10 cm for 10${\times}$10 cm field, 100 cm SSD were compared with the measured. An error in the SCD for one quality was input by the service engineer. Whole SCD defined by a physicist is SAD plus d$\sub$max/, the value was just SAD. That resulted in increase of MU by 100${\times}$((1_d$\sub$max//SAD)$^2$-1)%. For 10${\times}$10 cm open field, 1 m SSD and at 10 cm depth in uniform medium of relative electron density (RED) 1, PDDs for 4 algorithms of dose calculation, Clarkson, convolution, superposition and fast-superposition, were compared with the measured. The calculated PDD were similar to the measured. For 10${\times}$10 cm open field, 1 m SSD and at 10 cm depth with 5 cm thick inhomogeneity of RED 0.2 under 2 cm thick RED 1 medium, PDDs for 4 algorithms were compared. PDDs ranged from 72.2% to 77.0% for 4 MV X-ray and from 90.9% to 95.6% for 6 MV X-ray. PDDs were of maximum for convolution and of minimum for superposition. For 15${\times}$15 cm symmetric wedged field, wedge factor was not constant for calculation mode, even though same geometry. The reason is that their wedge factor is considering beam hardness and ray path. Their definition requires their users to change the concept of wedge factor. RTP user should elaborately review beam data and calculation algorithm in commissioning.
The Journal of Korea Institute of Information, Electronics, and Communication Technology
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v.10
no.4
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pp.288-294
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2017
Recently, deep learning using convolutional neural network (CNN) has been extensively studied in image recognition. Convolution consists of addition and multiplication. Multiplication is computationally expensive in hardware implementation, relative to addition. It is also important factor limiting a chip design in an embedded deep learning system. In this paper, I propose a parallel-addition processing algorithm that converts grayscale images to the superposition of binary images and performs convolution only with addition. It is confirmed that the convolution can be performed by a parallel-addition method capable of reducing the processing time in experiment for verifying the availability of proposed algorithm.
This study peformed to confirm the corrected dose In different electron density materials using the superposition/FFT convolution method in radiotherapy Planning system. The experiments of the $K_2HPO_4$ diluted solution for bone substitute, Cork for lung and n-Glucose for soft tissue are very close to effective atomic number of tissue materials. The image data acquisited from the 110 KVp and 130 KVp CT scanner (Siemes, Singo emotions). The electron density was derived from the CT number (H) and adapted to planning system (Xio, CMS) for heterogeneity correction. The heterogeneity tissue phantom used for measurement dose comparison to that of delivered computer planning system. In the results, this investigations showed the CT number is highly affected in photoelectric effect in high Z materials. The electron density in a given energy spectrum showed the relation of first order as a function of H in soft tissue and bone materials, respectively. In our experiments, the ratio of electron density as a function of H was obtained the 0.001026H+1.00 in soft tissue and 0.000304H+1.07 for bone at 130 KVp spectrum and showed 0.000274H+1.10 for bone tissue in low 110 KVp. This experiments of electron density calibrations from CT number used to decide depth and length of photon transportation. The Computed superposition and FFT convolution dose showed very close to measurements within 1.0% discrepancy in homogeneous phantom for 6 and 15 MV X rays, but it showed -5.0% large discrepancy in FFT convolution for bone tissue correction of 6 MV X rays. In this experiments, the evaluated doses showed acceptable discrepancy within -1.2% of average for lung and -2.9% for bone equivalent materials with superposition method in 6 MV X rays. However the FFT convolution method showed more a large discrepancy than superposition in the low electron density medium in 6 and 15 MV X rays. As the CT number depends on energy spectrum of X rays, it should be confirm gradient of function of CT number-electron density regularly.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.8
no.4
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pp.247-256
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2004
The damage curves for the 2-story shear building to the impulsive rectangular loads were established with the peak load and Impulse ratio producing the critical displacement. The convolution integrations with the Impulse response matrix and the loads were used to find the responses of the building. The impulse response matrix required in the calculations of the convolution integration were found with the mode superposition method It is shown from the established damage curves that the responses of the top and bottom floor are sensitive to the magnitude and the impulse of the loads respectively.
Proceedings of the Korean Society of Medical Physics Conference
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2004.11a
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pp.43-46
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2004
The commissioning of a treatment planning system of model-based dose calculation algorithm requires a lot of parameters to be selected to fit measured data, in which process physical insights for the parameters are often forgotten. We present the photon beam commissioning of Pinnacle$^3$ with the help of Monte Carlo (MC) simulation and evaluate the parameters Pinnacle$^3$ demands. Even though the MC calculation produces reasonable values for the commissioning, the thorough physical basis of the Pinnacles$^3$'s commissioning process is needed to use the MC derived parameters directly.
In prostate IMRT planning, the planning target volume (PTV), extended from a clinical target volume (CTV), often contains an overlap air volume from the rectum, which poses a problem inoptimization and prescription. This study was aimed to establish a planning method for such a case. There can be three options in which volume should be considered the target during optimization process; PTV including the air volume of air density ('airOpt'), PTV including the air volume of density value one, mimicking the tissue material ('density1Opt'), and PTV excluding the air volume ('noAirOpt'). Using 10 MV photon beams, seven field IMRT plans for each target were created with the same parameter condition. For these three cases, DVHs for the PTV, bladder and the rectum were compared. Also, the dose coverage for the CTV and the shifted CTV were evaluated in which the shifted CTV was a copied and translated virtual CTV toward the rectum inside the PTV, thus occupying the initial position of the overlap air volume, simulating the worst condition for the dose coverage in the target. Among the three options, only density1Opt plan gave clinically acceptable result in terms of target coverage and maximum dose. The airOpt plan gave exceedingly higher dose and excessive dose coverage for the target volume whereas noAirOpt plan gave underdose for the shifted CTV. Therefore, for prostate IMRT plan, having an air region in the PTV, density modification of the included air to the value of one, is suggested, prior to optimization and prescription for the PTV. This idea can be equally applied to any cases including the head and neck cancer with the PTV having the overlapped air region. Further study is being under process.
Proceedings of the Korean Society of Medical Physics Conference
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2002.09a
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pp.291-293
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2002
Accurate dose calculation in radiation treatment planning is most important for successful treatment. Since human body is composed of various materials and not an ideal shape, it is not easy to calculate the accurate effective dose in the patients. Many methods have been proposed to solve the inhomogeneity and surface contour problems. Monte Carlo simulations are regarded as the most accurate method, but it is not appropriate for routine planning because it takes so much time. Pencil beam kernel based convolution/superposition methods were also proposed to correct those effects. Nowadays, many commercial treatment planning systems, including Pinnacle and Helax-TMS, have adopted this algorithm as a dose calculation engine. The purpose of this study is to verify the accuracy of the dose calculated from pencil beam kernel based treatment planning system Helax-TMS comparing to Monte Carlo simulations and measurements especially in inhomogeneous region. Home-made inhomogeneous phantom, Helax-TMS ver. 6.0 and Monte Carlo code BEAMnrc and DOSXYZnrc were used in this study. Dose calculation results from TPS and Monte Carlo simulation were verified by measurements. In homogeneous media, the accuracy was acceptable but in inhomogeneous media, the errors were more significant.
International Journal of Aeronautical and Space Sciences
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v.13
no.4
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pp.458-467
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2012
In this study, the linear viscoelastic response of a rectangular laminated plate is investigated. The viscoelastic properties, expressed by two basic spring-dashpot models, that is Kelvin and Maxwell models, is assumed in the range to investigate the influence of viscoelastic coefficients to mechanical behavior. In the present study, viscoelastic responses are performed for two popular equivalent single-layered theories, such as the first-order shear deformation theory (FSDT) and third-order shear deformation theory (TSDT). Compliance and relaxation modulus of time-dependent viscoelastic behavior are approximately determined by Prony series. The constitutive equation for linear viscoelastic material as the Boltzmann superposition integral equation is simplified by the convolution theorem of Laplace transformation to avoid direct time integration as well as to improve both accuracy and computational efficiency. The viscoelastic responses of composite laminates in the real time domain are obtained by applying the inverse Laplace transformation. The numerical results of viscoelastic phenomena such as creep, cyclic creep and recovery creep are presented.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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