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다낭성 이형성 신 환아 46명의 예후와 관련한 임상적 고찰 (Clinical Outcome of Multicystic Dysplastic Kidney in 46 Children)

  • 정일천;황유식;안선영;한상원;이재승
    • Childhood Kidney Diseases
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    • 제10권1호
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    • pp.27-32
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    • 2006
  • 목적 : 소아의 다낭성 이형성 신은 신생아 4,300명당 1명 꼴로 보고되고 있는 선천성 기형이며, 최근 산전 초음파 검사 기술의 발달로 인해 출생 전 진단되는 경우가 대부분이다. 과거신절제술 시행해오던 것과 달리, 최근 연구보고에 의하면 보존적인 치료와 주기적인 추적관찰이면 충분하다 기술하고 있다. 그럼에도 다낭성 이형성 신의 대표적인 합병증으로 알려져 있는 고혈압과 요로감염, 악성 변화 때문에 논란의 여지는 여전히 남아 있으며, 다낭성 이형성 신의 자연관해에 대해서도 보고자간에 약간의 차이가 있다. 이에 본 연구는 다낭성 이형성 신의 임상양상을 다년간 추적관찰하고 그 예후 관련 임상적 인자를 찾고자 하였다. 방법 : 1993년 12월부터 2005년 8월까지 세브란스병원 소아과에서 다낭성 이형성 신으로 진단된 환자 46명을 의무기록을 통해 조사하였다. 결과 : 환자 46명 중 남녀비는 1.3:1이었으며 병변 부위는 좌측 25례, 우측 21례였다. 신 요로계통의 기형은 22례(44%)에서 확인되었으며 그 중 수신증은 13례(28%), 방광요관 역류가 5례(11%)에서 동반되었다. 1례(2%)에서 신기능 부전의 소견을 보였으며 17례(37%)에서 요로감염 병력이 있었다. 1례(2%)에서 이차성 고혈압이 발생하였으며, 악성 종양의 발생은 없었다. 추적관찰 결과 완전관해 11례(24%), 부분관해 19례(41%), 낭종 크기가 커지거나 그대로인 경우는 13례(28%)였다. 반복되는 요로감염이나 심한 복부팽만 등으로 신절제술을 시행 받은 경우는 3례(7%)가 있었다. 완전관해까지 소요된 기간은 평균 37개월(12-84개월)이었다. 다낭성 이형성 신의 관해에 관련된 예후인자로서 신 요로 계통의 동반기형 유무(P=0.034)가 통계적으로 유의한 연관성을 보였다. 그 외 성별, 병변 부위, 요로감염 병력 등은 통계적으로 유의한 연관성을 보이지 않았다. 또한 출생 후 4주 이내의 초음파상 병변부위 신장 길이도 다낭성 이형성 신의 예후와 통계적으로 유의한 연관성을 보이지 않았다(P=0.106). 결론 : 본 연구에서 소아의 다낭성 이형성 신의 예후는 양호하며, 주기적인 초음파 검사와 보존적인 치료로 추적관찰하는 것이 적절하였으며, 신 요로계통의 기형이 동반되어 있을 경우 다낭성 이형성 신의 관해율이 낮아짐을 확인할 수 있었다.

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Diethylnitrosamine 및 Thioacetamide 유발 간손상 생쥐에서의 $^{99m}Tc$-Lactosylated Serum Albumin의 체내 분포상 (Biodistribution of $^{99m}Tc$-Lactosylated Serum Albumin in Mice with Diethylnitrosamine or Thiacetamide Induced Liver Injury)

  • 황재석;안병철;성영옥;서지형;배진호;정신영;유정수;정재민;이재태;이규보
    • 대한핵의학회지
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    • 제39권3호
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    • pp.200-208
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    • 2005
  • 목적: 비침습적으로 간의 상태를 예측하기 위하여 여러 검사법들이 시도되고 있으나 각각의 제한점이 있다. 간 신티그라피는 방사성교질과 방사능 표지 iminodiacetic acid (IDA) 화합물이 가장 널리 사용되고 있으나, 실제 간세포의 상태를 나타내는데는 부족한 점이 있다. 최근에는 간세포 표면에 발현되는 asialoglycoprotein (ASGP) 수용체 (ASGP receptor: ASGPR)에 특이적으로 결합 할 수 있는 제제인 galactosylated serum albumin (GSA)이 간 신티그라피에 유용한 방사성의약품으로 성장하고 있으나 제한점을 가지고 있다. 본 연구는 현재 상용화된 GSA보다 유용한 ASGPR 영상용 방사성의약품인 lactosylated serum albumin (LSA)이 간세포의 ASGPR 발현 정도의 평가에 이용될 수 있는지와 조직학적 간손상정도 비침습적 평가 하는데 이용될 수 있는 방사성의약품인지를 알아보고자 시행하였다. 대상 및 방법: $^{99m}Tc$-LSA의 간기능 평가 성능을 알아보기 위하여 diethylnitrosamine (DEN)과 thioacetamide (TAA) 투여로 간손상을 일으킨 생쥐에서 생체내 분포변화를 알아보았으며, DEN 투여로 간손상을 일으킨 흰쥐에서 영상을 통하여 간 및 혈액내 방사능 분포 변화 양상을 알아보았다. 방사성의약품의 체내 분포 변화 및 간 및 혈액내 분포 변화가 간손상 여부를 잘 반영하는 지를 알아보기 위하여 간조직 검사를 시행하여 비교하였다. 결과: 체중 kg당 DEN 60 mg이 주당 1회 5번 투여된 생쥐는 광학현미경상 간손상 정도가 미약하였으며, 면역조직화학검사상 ASGPR의 발현이 높았으며, $^{99m}Tc$-LSA의 체내 분포는 정상생쥐와 유의한 차이가 없었다. 체중 kg당 DEN 180 mg이 주당 1회 2번 투여된 생쥐는 조직검사상 간조직의 괴사가 광범위하였으며, 면역조직화학검사상 ASGPR의 발현이 감소되어 있었고, $^{99m}Tc$-LSA의 체내 분포는 정상생쥐에 비해 간섭취가 감소되어 있었으며, 혈액에서의 제거나 늦었다. TAA를 투여하여 간조직의 괴사가 발생한 생쥐에서도 $^{99m}Tc$-LSA의 체내 분포는 정상생쥐에 비해 간섭취가 감소되어 있었으며, 혈액에서의 제거가 늦었다. 결론: 새로이 개발된 $^{99m}Tc$-LSA는 정상 간조직에 섭취정도가 높으며, ASGPR 발현정도에 비례하여 간섭취를 나타내며, 간손상 정도에 따라 섭취가 감소하여, 간손상 정도를 비침습적으로 잘 반영해 주는 것으로 나타나 향후 간기능 평가용 방사성의약품으로 임상에 손쉽게 쓰일 수 있을 것으로 기대된다.

아그로박테리움를 이용한 국내개발 국화품종 '무랑루즈'의 형질전환 기술 및 AtSICKLE 유전자를 이용한 엽형 변화 국화 형질전환체 개발 (Development of Agrobacterium-mediated Transformation Method for Domestically Bred Chrysanthemum Cultivar 'Moulinrouge' and Genetic Change of Leaf Morphology Using AtSICKLE Gene)

  • 김윤혜;박현명;정지용;권택민;정순재;이영병;김경태;남재성
    • 원예과학기술지
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    • 제28권3호
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    • pp.449-455
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    • 2010
  • 본 연구는 경남 화훼연구소에서 개발 육성된 스프레이형 국화 18 품종들에 대한 재분화율을 각각 조사하고, 그 중에서 '무랑루즈'가 가장 우수한 재분화 능력이 있음을 확인하였다. 특히 BA($0.5mg{\cdot}L^{-1}$)와 NAA($1.0mg{\cdot}L^{-1}$)를 함유한 MS배지를 신초재분화 배지로 이용함으로써 스탠다드형 국화인 신마와 함께 스프레이형 국화인 '무랑루즈'의 잎 절편체부터 효율적으로 신초 형성을 유도하고 완전한 식물체로 재분화시킬 수 있었다. 이러한 신초재분화 조건에서 '무랑루즈'잎 절편에 아그로박테리움을 감염하고 10일 동안 함께 배양한 후에, 선발항생제 kanamycin 농도를 저농도($10mg{\cdot}L^{-1}$)에서 고농도($30mg{\cdot}L^{-1}$)로 단계적으로 선발과정을 강화함으로써 효율적인 국화 형질전환체 제작이 가능하였다. 조사한 kanamycin 저항성 식물체 모두에서 전이유전자 $AtSICKLE$가 존재함을 genomic PCR 방법으로 확인하였다. 비록, 국화에서 그 기능이 비효율적인 CaMV 35S 프로모터를 사용했기 때문에 RT-PCR로 확인한 형질전환체에서의 전이유전자 $AtSICKLE$의 발현율은 상대적으로 낮았으나, 그 발현이 상대적으로 높은 개체에선 잎의 상편생장에 의한 엽형의 변화가 나타났다. 이러한 연구의 결과는 모델 식물체에서 분리되고 연구된 많은 유전자들이 가지는 화훼작물의 분자육종학적 가치를 국화에서 대량으로 조사할 수 있는 기반을 제공 할 것으로 기대된다.

어종식별을 위한 광대역 초음파 변환기의 설계 II - 단일음향정합층을 이용한 이중공진형 변환기의 설계 - (The Design of Broadband Ultrasonic Transducers for Fish Species Identification - Dual Resonance Design of a Ultrasonic Transducer Using a Single Acoustic Matching Layer -)

  • 이대재
    • 수산해양기술연구
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    • 제34권1호
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    • pp.74-84
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    • 1998
  • 어종식별을 위한 수중음향학적 정보를 수집하는 데 이용하기 위한 초음파 변환기를 설계하기 위한 시도의 하나로서, 본 연구에서는 우선 수중에서의 전기적인 자유 임피던스가 서로 같고, 이주파간의 주파수 차이를 최소화 시켜 이주파 겸용 및 광대역 송.수파기로서 활용이 가능한 복합구조 초음파 변환기를 설계, 제작하였는 데, 이 변환기의 이중공진 진동특성에 대하여 분석, 고찰한 결과를 요약하면 다음과 같다. 1. 기본공진진동을 발생시키기 위해 설계한 Tonpilz형 초음파 변환기의 송파전압감도는 기본공진주파수 36.2 kHz에서 141.4 dB re $1\;\muPa/V$이었고, - 3 dB점에 대한 주파수 대역폭은 1.1 kHz이었으며, 이 변환기의 수중에 대한 전압음향변환효율은 85.2%였다. 2. 복합구조 초음파 변환기의 수중에서의 제1공진점에 대한 공진 및 반공진 주파수는 각각 39.7 kHz, 41.2 kHz이었다. 또한, 제1 및 제2 공진 주파수에 대한 임피던스는 각각 $3.7\;{K\Omega}\;과\;3.3\;{K\Omega}$으로서 거의 유사한 값을 나타내었고, 자유 임피던스 진폭과 위상의 측정치를 양 공진점 부근에서 계산치와 약간의 차이를 나타내었다. 3. 복합구조 초음파 변환기의 송파전압감도는 제1 공진주파수인 34.3 kHz에서 136.5 dB re $1\;\muPa/V$이었고, 제2 공진주파수인 40.4 kHz에서 136.8 dB re $1\;\muPa/V$이었다. 또한, 제1 및 제2 공진 주파수에 대한 - 3 dB 점에서의 주파수 대역폭은 각각 1.2 kHz, 1.1 kHz이었다. 이상의 결과로 부터 본 연구에서 설계, 개발한 복합구조 초음파 변환기는 단순 구조의 Tonpilz형 변환기와 비교하여 비록 송파전압감도에 있어서는 4.9 dB의 손실이 불가피하지만, 그 대신 송파감도가 같은 두 개의 공진주파수를 동시에 이용할 수 있고, 또한 이들 제1일 제2의 공진점에 대한 주파수 간격이 좁으면서도 송파감도의 변동폭이 비교적 작어 어종의 식별정보를 수집하는 데 효과적으로 활용될 수 있을 것이라 판단된다.

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변압기의 화재확산 방지를 위한 부싱 방화구조체 적용에 관한 연구 (A Study on the Application of Bushings Fire Prevent Structure to Prevent Fire Spread of Transformer)

  • 김도현;조남욱;윤충호;박필용;박근성
    • 한국화재소방학회논문지
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    • 제31권5호
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    • pp.53-62
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    • 2017
  • 경제 및 산업의 원천 에너지원인 전력은 생산과 소비의 지역적 상이함으로 장거리 수송을 필수로 하며, 다중환상망(Multi-loop) 형식의 송배전계통으로 전력을 공급한다. 실질적 사용에 앞서, 변전소내 변압기를 통해 변전과정을 거쳐 각 사용처의 특성을 고려하여 전력공급이 이루어지고 있으며 변압기는 본체, 권선, 절연유, 부싱등의 구조로 결합되어 있다. 변전소에서 발생하는 변압기화재는 가구와 상업시설등에 전기공급을 중단시키고 각종 안전사고를 발생시키는 1차 손실뿐만 아니라 2차적으로 경제 손실을 야기한다. 화재의 원인은 부싱 하부파손에 따른 절연유 유출과 약 1초 이내 발화점에 도달하는 절연유에 의한 화재의 연쇄반응으로 파악된다. 화재피해의 최소화를 위해 연기감지기, 자동소화설비 등이 구축되어있으나 감지기의 동작 및 소화가스 방출지연 등으로 화재진화를 위한 골든타임 확보의 부재가 문제되고 있다. 이에 본 연구는 초기 화재진화에 따른 골든타임 확보의 중요성에 따라 화재확산을 방지하고 절연유 누출을 차단하는 능동적 메커니즘의 필요에 따라 수행되었다. 따라서 화염에 의해 팽창하는 고온형상 유지물질과 기계적 화염차단장치를 적용한 부싱방화구조체를 개발하였다. 실제 부싱 및 프렌지규격을 적용하여 제작된 변압기모형에 부싱방화구조체를 설치하여 실규모 화재실험을 수행하였다. 초기화염으로부터 3초내에 정확한 위치와 높이에 부싱방화구조체가 작동함을 확인하였으며 이는 실제 변압기화재 시 화염 확대를 효과적으로 차단할 수 있을 것으로 사료된다.

NFT 수경재배 방식의 식물공장에서 생육단계별 실시간 작물 생체중 정밀 측정 방법 (Precise, Real-time Measurement of the Fresh Weight of Lettuce with Growth Stage in a Plant Factory using a Nutrient Film Technique)

  • 김지수;강우현;안태인;신종화;손정익
    • 원예과학기술지
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    • 제34권1호
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    • pp.77-83
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    • 2016
  • 생체중은 작물 생육의 중요한 지표이기 때문에 계획 생산을 위해서는 반드시 측정이 필요하다. 비파괴적으로 생체중을 측정하기 위하여 이미지 기반의 방법 들이 개발되어 왔으나 한계점을 가지고 있다. 또한 수경재배에서는 양액의 중량 때문에 작물 생체중을 직접 측정하기에 어려움이 있다. 본 연구의 목적은 NFT 방식의 식물공장에서 생육시기에 따른 생체중을 실시간으로 정확하게 측정할 수 있는 방법을 개발하는 것이다. 식물공장 모듈에서 로메인 상추를 재배하며 실험을 진행하였다. 정식 후 7일 간격으로 28일 까지 전체 채널의 중량, 채널 내에 남아 있던 양액의 양, 로메인 상추의 지상부와 지하부의 생체중을 측정하였다. 특히, 양액이 공급 중일 때 채널의 초기 무게(Wi)와 양액 공급을 중단한 후에 채널의 중량 변화를 매초 간격으로 측정하였다. 채널을 통해 더 이상의 배액이 발생하지 않을 때, 채널의 최종 중량(Ws)와 채널에 잔류하고 있는 양액의 양을 측정하였다. 시상수(${\tau}$)는 Wi와 Ws의 변화 추세를 고려하여 계산되었다. Wi, Ws, ${\tau}$와 실제 생체중과의 관계를 정량적으로 분석하였다. 양액 공급을 멈춘 뒤 채널의 중량은 지수적으로 감소하였다. 채널 내 지하부의 중량이 증가하면서 양액이 채널을 빠져나가는 속도는 감소하였다. 실제 작물의 생체중과 채널의 중량을 통하여 예측된 생체중 사이에는 큰 차이가 있었고, 이는 채널 내에 잔류된 양액 때문이다. 이러한 차이는 생육시기에 따라 예측하기에는 어려웠으나 시상수를 이용한 모델식은 높은 예측성을 보였다. Wi, Ws, ${\tau}$를 사용한 모델을 이용하면 작물의 실제 생체중을 추정할 수 있으리라 기대된다.

중등학교 주생활교육 교수·학습 개발연구 내용분석 (Contents analyses of teaching·learning research on housing education of home economics for secondary schools)

  • 주현정;조재순;최유리
    • 한국가정과교육학회지
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    • 제29권3호
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    • pp.33-48
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    • 2017
  • 이 연구는 제7차 개정교육과정이 적용된 2001년부터 2016년 10월 현재까지 최근 15년간 발표된 주생활교육 교수 학습 연구의 일반특징과 교수 학습에서 개발한 수업안의 내용을 알아보는데 목적을 두고 있다. 분석할 자료는 학술연구정보서비스(RISS)에서 주생활교육 관련 자료 목록을 수집한 후, 중등학교 혹은 중 고등학생을 대상으로 수행한 22편의 연구를 최종 선택하여 연구자 3인이 분석틀을 정하고 합의를 도출하였다. 그 결과, 주생활교육의 교수 학습 연구의 일반특징으로 발표 시기는 제7차 교육과정과 2007 개정교육과정 적용시기에 집중되어 있고, 발표기관은 한국교원대 한 곳으로 편중되어 있었다. 모든 연구에서 교수 학습 과정안을 개발한 후 수업에 적용하고 있었으며, 수업 적용에 대한 평가는 최근 들어 실험, 통제 집단을 두지 않고 사후검사만 실시하는 경우가 많았다. 수업을 실행한 연구대상학년과 학교 수, 수업실행규모는 개별연구별로 다양했으나 현실적으로 주로 연구자가 재직하고 있는 학교에서 수업 담당하는 1개 학년, 200명 미만을 대상으로 이루어지고 있는 경향이 두드러졌다. 주생활교육 교수 학습에서 개발한 내용 가운데 수업주제는 '주생활 문화와 주거공간 활용' 내용요소에 관한 것이 가장 많았고, 학습요소는 '효율적인 주거 공간 구성과 활용'과 '쾌적한 주거 환경 조성을 위한 조건'과 관련한 연구 주제에 집중되어 있었다. 분석에서는 2007 개정교육과정을 기점으로 이전에는 교과서와 지도서 중심으로, 이후에는 해당 교육과정과 교과서를 분석하고 있는데, 새 교육과정 발표와 그에 따른 교과서 개발의 시차 때문에 과도기에 실시된 연구에서는 교과서와 교과서에 적용된 교육과정이 일치하지 않는 경우가 발생한다. 실천적 문제 중심과 협동학습 등 다양한 교수 학습방법을 활용하여 연구별로 폭넓게 차시를 개발하였고, 교수 학습자료 중 교사용은 주로 동영상, 읽기자료, PPT 자료를, 학생용은 활동지와 읽기자료가 많이 개발되었다. 이 연구결과는 좋은 수업을 향해 교수 학습을 개선하고 발전시키기 위해서 앞으로도 계속 되어야 할 주생활 교수 학습 개발연구는 물론 다른 영역의 교수 학습 개발연구에 기초자료로 활용될 것으로 기대된다.

김창흡과 간챠잔을 통해서 본 18·19세기 한일 한시의 한 면모 (Aspects of Chinese Poetry in Korea and Japan in the 18th and 19th Centuries, as Demonstrated by Kim Chang Heup and Kan Chazan)

  • 최귀묵
    • 고전문학과교육
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    • 제34호
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    • pp.115-147
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    • 2017
  • 이 논문에서 필자는 한국의 김창흡과 일본의 간챠잔의 시론과 한시 작품을 비교 검토했다. 본론에서 얻은 결과를 요약하면 다음과 같다. 김창흡과 간챠잔은 의고주의 비판에 동조했다. 두 사람은 다음과 같은 점에서 일견이 일치했다. 성당시를 일방적으로 모방하지 않는다. 눈앞의 (소소하기까지 한) 경물에 눈길을 주고, 거기서 촉발된 차분한 정감을 담는다. 과장된 언어가 아닌 실다운 언어를 사용한다. 모름지기 시는 사실적이어야 한다. 두 사람의 차이점 또한 주목된다. 김창흡은 정감과 경물은 천리를 매개로 하여 작품 안에서 만나게 되며, 둘을 매개하는 언어 표현은 철학적인 성격을 띠게 된다고 했다. 반면 간챠잔은 정감과 경물을 매개하는 천리를 상정하지 않았다. 간챠잔은 경물을 섬세하게 관찰하고 세밀하게 표현하는 데 작시의 이상이 있다고 했다. 요컨대 김창흡은 경물을 통해 이치를 표현하는 데까지 나아가고, 간챠잔은 경물 자체를 표현하는 데 머문 차이가 있다. 또한 김창흡은 시는 천리의 표현이면서 국가의 정치에 대한 관심을 담아내는 고차원의 언어활동이라고 했다. 사대부로서 문학의 위상을 높이 두고, 문학이 할 수 있는 일이 많고 크다고 했다. 반면 간챠잔은 문학은 오락이라고 하면서 문학은 철학과 정치에서 멀리 떨어진 곳에 자기 고유의 영역이 있다고 보았다. 김창흡은 문학은 학문과 가까운 자리에 있다고 했다면 간챠잔은 문학은 문예여야 한다고 한 것이다. 김창흡과 간챠잔의 시학이 각자 개인의 성취라고 볼 것인가, 아니면 두 나라 한시사의 기저에 놓여 있던 특성이 두 사람을 만나서 표면화한 것인가 생각해 볼 수 있다. 필자는 두 사람의 시학은 좁게는 한시, 나아가는 두 나라 문학 일반의 특성을 표면화한 것이라고 생각한다. 전범에 매이지 말고 실경을 개성적으로 그리라는 요구는 오랜 기간 성장해 온 두 나라 문학의 특성이 드러나는 계기로 작용했다고 보는 것이다.

피부 마찰 소음 측정을 통한 피부 상태 연구 (A Study on Skin Status with Acoustic Measurements of Skin Friction Noise)

  • 장윤희;서대훈;고아름;김선영;임준만;한종섭;이상화;박선규;김양한
    • 대한화장품학회지
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    • 제42권2호
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    • pp.103-109
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    • 2016
  • 화장품 사용 전후의 피부 상태는 주로 시각과 촉각 및 피부 구조에 기초한 정성적, 정량적 방법에 의해 평가되어 왔다. 본 연구에서는 화장품을 피부에 도포할 때 문지름으로 인한 마찰 소음이 발생한다는 사실을 기반으로, 피부 문지름에서 발생하는 소리를 측정하여 청각을 기반으로 하는 새로운 피부 상태 평가법을 개발하고자 하였다. 우선 무향 조건에서 고감도의 계측용 마이크로폰을 사용하여 피부를 문질렀을 때 발생하는 소리를 계측하였으며, 주파수 영역(1/3 옥타브 스펙트럼) 해석법을 이용하여 세정 전, 세정 후, 화장품 도포 후의 세 가지 피부 조건에 따른 소리의 스펙트럼 변화를 분석하였다. 그 결과, 세정 전보다 세정 후에 피부 문지름에서 발생하는 소리의 세기가 증가하는 경향을 보였으며, 화장품 도포 후에는 문지름 소음의 총 세기가 가장 작음을 확인하였다. 또한, 화장품 도포 후는 도포 전과 비교해볼 때, 2 kHz 미만의 저주파 대역의 에너지는 증가하며 반대로 2 kHz 이상의 고주파 영역의 에너지는 상대적으로 감소하는 변곡점이 발생하였다. 화장품 도포 후에 변곡점 근처에서 에너지 차이가 반전되는 이러한 현상은 피부의 물리적 모델인 풍선으로 해석되며, 저주파 영역에서의 소리 세기의 증가를 설명하기 위해 "유연함 지표"를 도입하고, 고주파 영역에서의 소리 세기의 감소를 설명하기 위해서는 "부드러움 지표"를 도입하였다. 그리고, 이러한 소리 측정을 통한 유연함 증가와 부드러움 증가는 각각 cutometer와 primos을 사용한 피부 유연함 측정과 피부 거칠기 측정 결과와 유사함을 확인하였다. 이상의 연구 결과를 통해 유연함과 부드러움 지표를 사용하는 청각에 기초한 평가 방법은 새로운 피부 상태 평가법으로 활용 가능할 것으로 판단된다.

A hybrid algorithm for the synthesis of computer-generated holograms

  • Nguyen The Anh;An Jun Won;Choe Jae Gwang;Kim Nam
    • 한국광학회:학술대회논문집
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    • 한국광학회 2003년도 하계학술발표회
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    • pp.60-61
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    • 2003
  • A new approach to reduce the computation time of genetic algorithm (GA) for making binary phase holograms is described. Synthesized holograms having diffraction efficiency of 75.8% and uniformity of 5.8% are proven in computer simulation and experimentally demonstrated. Recently, computer-generated holograms (CGHs) having high diffraction efficiency and flexibility of design have been widely developed in many applications such as optical information processing, optical computing, optical interconnection, etc. Among proposed optimization methods, GA has become popular due to its capability of reaching nearly global. However, there exits a drawback to consider when we use the genetic algorithm. It is the large amount of computation time to construct desired holograms. One of the major reasons that the GA' s operation may be time intensive results from the expense of computing the cost function that must Fourier transform the parameters encoded on the hologram into the fitness value. In trying to remedy this drawback, Artificial Neural Network (ANN) has been put forward, allowing CGHs to be created easily and quickly (1), but the quality of reconstructed images is not high enough to use in applications of high preciseness. For that, we are in attempt to find a new approach of combiningthe good properties and performance of both the GA and ANN to make CGHs of high diffraction efficiency in a short time. The optimization of CGH using the genetic algorithm is merely a process of iteration, including selection, crossover, and mutation operators [2]. It is worth noting that the evaluation of the cost function with the aim of selecting better holograms plays an important role in the implementation of the GA. However, this evaluation process wastes much time for Fourier transforming the encoded parameters on the hologram into the value to be solved. Depending on the speed of computer, this process can even last up to ten minutes. It will be more effective if instead of merely generating random holograms in the initial process, a set of approximately desired holograms is employed. By doing so, the initial population will contain less trial holograms equivalent to the reduction of the computation time of GA's. Accordingly, a hybrid algorithm that utilizes a trained neural network to initiate the GA's procedure is proposed. Consequently, the initial population contains less random holograms and is compensated by approximately desired holograms. Figure 1 is the flowchart of the hybrid algorithm in comparison with the classical GA. The procedure of synthesizing a hologram on computer is divided into two steps. First the simulation of holograms based on ANN method [1] to acquire approximately desired holograms is carried. With a teaching data set of 9 characters obtained from the classical GA, the number of layer is 3, the number of hidden node is 100, learning rate is 0.3, and momentum is 0.5, the artificial neural network trained enables us to attain the approximately desired holograms, which are fairly good agreement with what we suggested in the theory. The second step, effect of several parameters on the operation of the hybrid algorithm is investigated. In principle, the operation of the hybrid algorithm and GA are the same except the modification of the initial step. Hence, the verified results in Ref [2] of the parameters such as the probability of crossover and mutation, the tournament size, and the crossover block size are remained unchanged, beside of the reduced population size. The reconstructed image of 76.4% diffraction efficiency and 5.4% uniformity is achieved when the population size is 30, the iteration number is 2000, the probability of crossover is 0.75, and the probability of mutation is 0.001. A comparison between the hybrid algorithm and GA in term of diffraction efficiency and computation time is also evaluated as shown in Fig. 2. With a 66.7% reduction in computation time and a 2% increase in diffraction efficiency compared to the GA method, the hybrid algorithm demonstrates its efficient performance. In the optical experiment, the phase holograms were displayed on a programmable phase modulator (model XGA). Figures 3 are pictures of diffracted patterns of the letter "0" from the holograms generated using the hybrid algorithm. Diffraction efficiency of 75.8% and uniformity of 5.8% are measured. We see that the simulation and experiment results are fairly good agreement with each other. In this paper, Genetic Algorithm and Neural Network have been successfully combined in designing CGHs. This method gives a significant reduction in computation time compared to the GA method while still allowing holograms of high diffraction efficiency and uniformity to be achieved. This work was supported by No.mOl-2001-000-00324-0 (2002)) from the Korea Science & Engineering Foundation.

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