The difference between three-dimensional (3D) and four-dimensional (4D) dose could be affected by factors such as tumor size and motion. To quantitatively analyze the effects of these factors, a phantom that can independently control each factor is required. The purpose of this study is to develop a deformable lung phantom with the above attributes and evaluate the characteristics. A phantom was designed to simulate diaphragm motion with amplitude in the range 1~7 cm and period up to ${\geq}2s$ of regular breathing. To simulate different tumors sizes, custom molds were created using a 3D printer and filled with liquid silicone. The accuracy of the phantom diaphragm motion was assessed by comparing measured motion with predicted motion. Because the phantom diaphragm motion is not identical to the tumor motion, the correlation between the diaphragm and tumor motions was calculated by a curve fitting method to emulate user-intended tumor motion. Tumors of different sizes were located at same position, and tumor set-up positions were evaluated. The accuracy of phantom diaphragm motion was better than 1 mm. The diaphragm-tumor correlation showed that the tumor motion in the superior-inferior direction increased with increasing diaphragm motion. The tumor motion was larger in the $10cm^3$ tumor than in the $90cm^3$ tumor. The range of difference between the tumor set-up positions was 0 to 0.45 cm. This phantom showed independently adjusting factors such as tumor size and motion to facilitate quantitative analysis of the dosimetric impact of respiratory motion according to these factors.
Kim Jae-Gyoun;Lee Dong-Han;Lee Dong-Hoon;Kim Mi-Sook;Cho Chul-Koo;Yoo Seong-Yul;Yang Kwang-Mo;Oh Won-Yong;Ji Young-Hoon
Progress in Medical Physics
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v.15
no.4
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pp.179-185
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2004
To deal with tumor motion from respiration is one of the important issues for the advanced treatment techniques, such as the intensity modulated radiation therapy (IMRT), the image guided radiation therapy (IGRT), the three dimensional conformal therapy (3D-CRT) and the Cyber Knife. Studies including the active breath control (ABC) and the gated radiation therapy have been reported. Authors have developed the device for reducing the respiration effects and the diaphragm motions with this device were observed to determined the effectiveness of the device. The device consists of four belts to immobilize diaphragm motion and the vacuum cushion. Diaphragm motions without and with device were monitored fluoroscopically. Diaphragm motion ranges were found to be 1.14 ~ 3.14 cm (average 2.14 cm) without the device and 0.72~1.95 cm (average 1.16 cm) with the device. The motion ranges were decreased 20 ~ 68.4% (average 44.9%.) However, the respiration cycle was increased from 4.4 seconds to 3.7 seconds. The CTV-PTV margin could be decreased significantly with the device developed in this study, which may be applied to the treatments of the tumor sited diaphragm region.
This article deals with the numerical analysis results of stiffness of diaphragm spring used in the clutch of a manual transmission. In order to investigate the relationship of the force and displacement in a diaphragm spring, we have established a numerical model of diaphragm spring using a well-known analytic model of Belleville spring and a cantilever beam model for the finger part of diaphragm spring. Using the stress and strain relations of Belleville spring and cantilever beam, we propose the analytic equation of motion of diaphragm spring for the use of a clutch automated actuator in an automated manual transmission. The proposed analytic model represents the typical dynamic characteristics of diaphragm spring along with the release bearing travel. And it is characterized in a closed-form equation, therefore it can be used for the further study of development of actuator and control law of clutch automating mechanism.
Background: This study was to determine whether the diaphragmatic breathing exercise using a DiP Belt(Diaphragmatic Pressure Belt) is effective in increasing the diaphragmatic motion and forced vital capacity. Design: Pretest-Posttest design. Methods: A total of 44 subjects(15 male, 29 female) participated in this study. All subjects were measured the diaphragmatic motion with a sonography and the Forced Vital Capacity(FVC) was measured with a digital spirometer. After 4 weeks, the subjects were intervened the diaphragmatic breathing exercise using a DiP belt and were remeasured for diaphragm motion and FVC. Results: After exercise intervention, quiet breathing significantly increased with the change in diaphragmatic motion and showed a moderate effect size (p<.01, Cohen's d = -0.53). In addition, it was significantly increased in deep breathing and showed a high effect size (p<.001, Cohen's d = -1.32). The mean diaphragmatic contraction pressure increased, but there was no significant difference and the peak diaphragmatic contraction pressure increased significantly (p<.05). Both diaphragmatic contraction pressure showed small effect sizes (respectively Cohen's d = -0.28, -0.33). In spirometry, FVC, Forced Expiratory Volume in 1 second (FEV1), and FEV1/FVC% all increased, but there was no significant difference. Only peak expiratory flow increased significantly and showed a small effect size (p<.05, Cohen's d = -0.41). Conclusion: The DiP belt diaphragmatic breathing exercise that the principle of visual feedback can correct diaphragm breathing in a short time, so it is a useful breathing exercise device that can help the diaphragm breathing exercise in the right way in clinical practice.
Purpose: To develop a two-dimensional (2D) image-based respiratory motion correction technique for free-breathing coronary magnetic resonance angiography (MRA). Materials and Methods: The proposed respiratory navigator obtained aliased a 2D sagittal image from under-sampled k-space data and utilized motion correlation between the aliased images. The proposed navigator was incorporated into the conventional coronary MRA sequence including the diaphragm navigator and tested in three healthy subjects. Results: The delineation of major coronary arteries was significantly improved using the proposed 2D motion correction (S/I and A/P) compared to one-dimensional (S/I) correction using the conventional diaphragm navigator. Conclusion: The 2D image-based respiratory navigator was proposed for free-breathing coronary angiography and showed the potential for improving respiratory motion correction compared to the conventional 1D correction.
Diaphragm compressors play a crucial role in safely compressing large volumes of high-purity hydrogen gas without contamination or leakage, thereby ensuring quality and reliability. Diaphragm compressors use a thin, flat, triple-layered diaphragm plate that is subjected to repetitive piston pressure for compression. They are usually made of metallic materials such as stainless steel or Inconel owing to their high-pressure resistance. However, since they are consumable components, they fail due to fatigue from repetitive pressure and vibration stress. This study aims to evaluate the scratch characteristics of diaphragms in operational environments by conducting tests on three different samples: Inconel 718, AISI 301, and Teflon-coated AISI 301. The Inconel 718 sample underwent a polishing process, the AISI 301 sample used raw material, and the Teflon coating was applied to the AISI 301 substrate at a thickness of 50 ㎛. To assess the scratch resistance, reciprocating motion friction tests were performed using a tribometer, utilizing 220 and 2000 grit sandpapers as the counter materials. The results of the friction tests suggested that the Teflon-coated sample exhibited the lowest initial friction coefficient and consistently maintained the lowest average friction coefficient (0.13 and 0.11 with 220 and 2000 grit, respectively) throughout the test. Moreover, the Teflon-coated diaphragm showed minimal wear patterns, indicating superior scratch resistance than the Inconel 718 and AISI 301 samples. These findings suggest that Teflon coatings may offer an effective solution for enhancing scratch resistance in diaphragms, thereby improving compressor performance in high-pressure hydrogen applications.
Tak, Bong-Yeol;Kim, Chan-Gyu;Lee, So-A;Jang, Chun-Man
한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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2011.05a
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pp.91-91
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2011
This paper describes development procedure of the four types of fuel cell's blowers: pressurized fuel blower, selective oxidation air blower, cathode air blower, and burner air blower. Diaphragm blowers having two heads are selected to maintain force balance when the rotating arms are moving by the driving motor. Dimensions of a diaphragm cavity is designed according to the optimal design procedure using numerical simulation and experimental measurement. Experimental apparatus is designed by considering the bower characteristics having low flow rate and high pressure. Test blower is operated by a diaphragm, which has suction and discharge port on the top of the blower. For analyzing the internal flow of the blower, three-dimensional Navier-Stokes analysis is introduced in the present study. Throughout the optimal design of the blowers, blower performance is enhanced by reducing the unbalance motion of the rotating arm and loss region in the diaphragm cavity.
A non-invasive respiratory gated radiotherapy system like those based on external anatomic motion gives better comfortableness to patients than invasive system on treatment. However, higher correlation between the external and internal anatomic motion is required to increase the effectiveness of non-invasive respiratory gated radiotherapy. Both of invasive and non-invasive methods need to track the internal anatomy with the higher precision and rapid response. Especially, the non-invasive method has more difficulty to track the target position successively because of using only image processing. So we developed the system to track the motion for a non-invasive respiratory gated system to accurately find the dynamic position of internal structures such as the diaphragm and tumor. The respiratory organ motion tracking apparatus consists of an image capture board, a fluoroscopy system and a processing computer. After the image board grabs the motion of internal anatomy through the fluoroscopy system, the computer acquires the organ motion tracking data by image processing without any additional physical markers. The patients breathe freely without any forced breath control and coaching, when this experiment was performed. The developed pattern-recognition software could extract the target motion signal in real-time from the acquired fluoroscopic images. The range of mean deviations between the real and acquired target positions was measured for some sample structures in an anatomical model phantom. The mean and max deviation between the real and acquired positions were less than 1mm and 2mm respectively with the standardized movement using a moving stage and an anatomical model phantom. Under the real human body, the mean and maximum distance of the peak to trough was measured 23.5mm and 55.1mm respectively for 13 patients' diaphragm motion. The acquired respiration profile showed that human expiration period was longer than the inspiration period. The above results could be applied to respiratory-gated radiotherapy.
Zeitani, Jacob;Russo, Marco;Pompeo, Eugenio;Sergiacomi, Gian Luigi;Chiariello, Luigi
Journal of Chest Surgery
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v.49
no.5
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pp.366-373
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2016
Background: The aim of the study was to test the hypothesis that in patients with chronic complex sternum dehiscence, the use of muscle flap repair minimizes the occurrence of paradoxical motion of the chest wall (CWPM) when compared to sternal rewiring, eventually leading to better respiratory function and clinical outcomes during follow-up. Methods: In a propensity score matching analysis, out of 94 patients who underwent sternal reconstruction, 20 patients were selected: 10 patients underwent sternal reconstruction with bilateral pectoralis muscle flaps (group 1) and 10 underwent sternal rewiring (group 2). Eligibility criteria included the presence of hemisternum diastases associated with multiple (${\geq}$3) bone fractures and radiologic evidence of synchronous chest wall motion (CWSM). We compared radiologically assessed (volumetric computed tomography) ventilatory mechanic indices such as single lung and global vital capacity (VC), diaphragm excursion, synchronous and paradoxical chest wall motion. Results: Follow-up was 100% complete (mean $85{\pm}24months$). CWPM was inversely correlated with single lung VC (Spearman R=-0.72, p=0.0003), global VC (R=-0.51, p=0.02) and diaphragm excursion (R=-0.80, p=0.0003), whereas it proved directly correlated with dyspnea grade (Spearman R=0.51, p=0.02) and pain (R=0.59, p=0.005). Mean CWPM and single lung VC were both better in group 1, whereas there was no difference in CWSM, diaphragm excursion and global VC. Conclusion: Our study suggests that in patients with complex chronic sternal dehiscence, pectoralis muscle flap reconstruction guarantees lower CWPM and greater single-lung VC when compared with sternal rewiring and it is associated with better clinical outcomes with less pain and dyspnea.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.27
no.12
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pp.2039-2046
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2003
Storage tank filled with fluid has unique dynamic characteristics compared to general structures, due to the interaction between fluid and structure. The oscillation of the fluid surface caused by external forces is called sloshing, which occurs in moving vehicles with contained liquid masses, such as trucks, railroad cars, aircrafts, and liquid missles. In this study, the evaluation method for the reduction of sloshing, the optimized size and location of wing and diaphragm baffles are suggested based on the experimental results. The experimental device can simulate the translation motion. A rectangular tank and various baffles are fabricated to study on the sloshing characteristics. The forces measured using the load cell at tank wall and those are compared with each other through the Fourier transformation for various conditions. The study of the sloshing of the rectangular tank equipped with baffles is conducted under the same conditions with non-baffled rectangular tank experiment. From the experimental results, the sloshing reduction effect by the baffles is observed. In conclusion in case of diaphragm baffles, the optimized size ratio of the width of baffle to the water height is 0.44 and the installation location has no effect to the damping of sloshing. In case of wing baffles, the optimized size ratio of the width of baffle to the length of a rectangular tank is 0.1 and the optimized location ratio of the baffle to the water height is 0.9.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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