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신경회로망을 이용한 4차원 방사선치료에서의 조사 표적 움직임 예측 (Prediction of Target Motion Using Neural Network for 4-dimensional Radiation Therapy)

  • 이상경;김용남;박경란;정경근;이창걸;이익재;성진실;최원훈;정윤선;박성호
    • 한국의학물리학회지:의학물리
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    • 제20권3호
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    • pp.132-138
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    • 2009
  • 호흡으로 인한 방사선 치료 표적의 움직임을 고려함으로써 치료 성적 향상과 동시에 주변 장기 보호를 지향하는 4차원 방사선 치료의 구현, 성능 개선의 연구가 활발히 진행되고 있다. 환자가 자연스럽게 호흡하도록 하는 장점이 있는 호흡 동기방식이나 종양추적방식을 사용하는 경우, 방사선조사 표적의 움직임을 예측, 방사선조사 시 이를 보정하여 줌으로써 방사선치료 효과를 극대화할 수 있다. 신경회로망은 통계 수식에 의존하지 않고 주어진 자료를 표현하는 일종의 규칙을 찾아내므로, 방사선 치료 표적의 실시간 움직임과 같은 비선형성을 가진 시계열(Time Series)을 표현하는 데에 유리하다. 본 연구에서는 신경회로망 예측 알고리즘의 4차원 방사선치료에 적용 가능성을 평가하였다. Multi-layer Perceptron으로 신경회로망을 구성하였고 Scaled Conjugate Gradient 알고리즘을 신경회로망 학습 알고리즘으로 사용하였다. RPM 시스템을 이용하여 획득한 실제 임상 현장의 환자에 대한 호흡 자료를 기반으로 학습한 신경회로망 예측 결과를 RPM 시스템의 측정치와 상호 비교하였다. 10명의 환자에의 적용 결과, 신경회로망 학습에 사용된 자료가 환자의 호흡 범위 전체를 포함하지 않는 경우를 제외하고는, 최대절대오차 3 mm 미만의 우수한 예측 성능을 보였다. 학습 영역 이외의 호흡 자료 예측 시 발생하는 상당한 오차는 신경회로망의 외삽에 대한 학습능력 부족을 보이는 것으로, 오차의 원인을 제거하기 위한 일환으로, 호흡자료를 측정할 때 최대 호흡을 하도록 하여 충분한 학습 자료를 확보하는 방안을 고려해 볼 수있겠다. 4차원 방사선치료 시스템 성능 개선에의 직접 활용을 위하여, 다양한 시스템 대기시간에 따른 예측 성능 평가와 방사선 조사 장치와 연동, 실용 타당성 검증의 추가 연구가 진행될 것이다.

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규칙파 조건에서의 사질해안 폭풍파와 평상파 단면변화 실험연구 (An Experimental Study of Sand Beach Profile Evolution under Regular Waves Corresponding to Storm and Normal Conditions)

  • 최준우;노민
    • 대한토목학회논문집
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    • 제37권2호
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    • pp.333-342
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    • 2017
  • 사질해안의 폭풍 및 평상파 단면사이의 지형변화 특성을 이해하기 위해 2차원 이동상 수리실험을 수행하였다. 폭풍 및 평상파 단면을 발달시키는 입사파 파라미터를 조건으로, 연속적으로 단면 지형변화와 수면변위를 계측하였다. 두 입사파 조건을 번갈아 각각의 평형 상태에 도달하기까지의 변화를 쇄파대에서 관측하였다. 폭풍파 조건에서 붕괴(plunging) 쇄파로 사주가 발달하고 포말대의 경사가 급해짐을 보였으며, 평상파 조건에서는 말림(spilling) 쇄파에 의해 사주가 소멸함을 보였다. 단면 지형변화 관측을 통하여 폭풍파 조건에서 표사가 외해로 유출되고, 평상파조건에서 내해로 표사가 유입됨을 알 수 있었다. 폭풍파 조건에서 외해방향으로의 표사이송에 지배적인 역할을 하는 강한 역저류(undertow)가 발달하였고, 평상파 조건에서는 약한 역저류가 발달하였다. 그리고 두 조건에서 모두 해안방향으로의 표사이송에 지배적 역할을 하는 비선형 파동에 의한 왜도(skewness)와 비대칭성(asymmetry)이 관측되었다.

호흡이 불규칙한 환자의 치료를 위한 Beam on/off Interface를 이용한 종양 추적 치료 방법의 성능 평가 (Performance Evaluation of the Tumor Tracking Method Using Beam on/off Interface for the Treatment of Irregular Breathing)

  • 이민식
    • 한국방사선학회논문지
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    • 제12권3호
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    • pp.343-349
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    • 2018
  • 선량률을 조절하면서 종양을 추적하는 방법은 호흡이 불규칙한 환자를 치료할 때 방사선을 적응적으로 전달하는 효율적인 방법으로 알려져 있다. 이 연구에서는 빔 켜기/끄기 스위칭을 제공하는 모션 관리 인터페이스 (MMI, Varian Medical System, CA)를 이용한 불규칙 호흡에 대해 적응성 종양 추적을 시행 할 수 있는지 확인하였다. 폐암 환자로부터 획득한 55개의 호흡 정보를 사용하였다. 첫날 환자의 RPM 흔적을 사용하여 사전 프로그래밍 된 추적 MLC 패턴을 디자인하는데, 치료 기간 중 환자의 호흡 불규칙성의 변화를 따라 잡기 위해 기간을 의도적으로 20% 줄였다. 이 기술의 적정성 기준은 진폭 및 주기의 20 % 미만의 표준편차이다. 사전 프로그래밍 된 MLC 위치와 현재 호흡 위치를 고려하여 100 ms마다 빔 켜기 / 끄기를 결정하는 알고리즘이 개발되었다. 추적 오류 및 전달 효율성은 RPM 추적에서 빔 스위칭 적응형 추적을 시뮬레이션하여 계산되었다. 38 명의 환자(70%)의 호흡 양상이 적합 기준을 충족 시켰습니다. 기준을 충족하는 모든 사례의 추적 오류는 2 mm 미만 (평균 1.4 mm)이며 평균 전달 효능은 71 % 였다. 기준을 충족하지 못한, 나머지 경우의 추적오류와 전달 효율은 1.9 mm와 48% 였다. 본 연구를 통해, 환자 선택이 적격 기준을 기반으로 하는 경우 빔 스위칭을 통한 적응형 추적 치료가 가능한 것을 확인하였다.

모세관 작용에 의한 콘택트 렌즈의 운동 모델 (Model on the Capillary Action-Induced Dynamics of Contact Lens)

  • 김대수
    • 한국안광학회지
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    • 제6권2호
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    • pp.85-97
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    • 2001
  • 눈물 층을 사이에 두고 각막 위에 부착되어 있는 렌즈(하드렌즈)에는 모세관작용에 따른 장력이 렌즈가장자리에 균일하게 방사형으로 향하여 작용한다. 순목등에 의한 충격으로 평형상태의 렌즈가 평형 위치에서 벗어나게 되면 눈물층의 간격에 변화가 발생하고 이 변화에 의해 불균일 모세관작용에 기인하는 장력에 따라 렌즈에는 복원력이 발생하고 이 힘에 의해 렌즈는 감쇄운동(진동)을 하게 된다. 이러한 복원력을 계산하고 렌즈의 운동을 예측할 수 있는 미분방정식과 컴퓨터프로그램을 수립하였으며 이 컴퓨터 모델을 사용하여 렌즈의 구경, 베이스 커브, 눈물 층의 두께 등의 변수가 렌즈의 운동에 미치는 영향을 모사(模寫)하였다. 눈물층의 점성에 의한 마찰력이 관성력에 비해 크기 때문에 렌즈는 진동을 하지 않고 시간의 경과에 따라 일률적으로 변위가 감소하는 운동양상을 나타내고 있으며 렌즈의 구경이 증가할수록, 눈물층의 두께가 얇아질수록 복원력이 증가하며 따라서 렌즈가 원위치로 되돌아오는데 걸리는 시간이 짧아지고 있다. 그러나 렌즈의 베이스커브는 그 값이 특정 값을 가질 때 원위치 도달 시간이 최소가 된다. 렌즈의 공진진동수는 눈물층의 두께가 증가할수록 렌즈구경이 감소할수록 낮아지고 있으며 베이스커브가 특정 값을 가질 때 공진진동수 역시 최대가 된다. 실제로 콘택트렌즈를 착용한 상태에서 렌즈의 공진진동수와 동일한 진동수의 외부 충격이 렌즈에 가해지는 경우 급격한 렌즈의 상하 또는 좌우 진동이 예상되며 따라서 렌즈가 탈착 된다든지 또는 렌즈의 형상변형으로 인해 각막에 통증이 발생할 수도 있을 것이다. 고함수(高含水) 소프트렌즈와 강은 diaphragm 그 자체는 탄성이 거의 없다. 그러나 함수 소프트렌즈가 각막 상에 눈물 층을 사이에 두고 부착되어 있는 경우에는 눈물의 표면 장력에 의해 탄성이 유기(誘起)될 수 있으므로 진동의 영향이 있을 것으로 본다.

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6절점 2차원 및 16절점 3차원 등매개변수 요소의 가우스 적분점 수정을 이용한 강제진동 해석 (The Forced Motion Analyses by Using Two Dimensional 6-Node and Three Dimensional 16-Node Isoparametric Elements with Modification of Gauss Sampling Point)

  • 김정운;권영두
    • 전산구조공학
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    • 제8권4호
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    • pp.87-97
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    • 1995
  • 2차원 유한요소 모델의 동일한 형상과 하중 조건에 있어서 6절점 요소의 굽힘 강성은 8절점 요소의 굽힘 강성보다 더 크게 나타난다. 이와 같은 현상은 3차원 16절점 요소와 20절점 요소에서도 나타나며, 완전 요소의 중간 절점들을 제거하므로 인하여 나타난다. 따라서 이 현상을 상대적 강성강화 현상이라 할 수 있다. 강성강화 현상을 보정하기 위한 매우 효과적인 방법으로 가우스 적분점 수정법을 도출하였으며, 이 방법은 확장적인 강성과 같이 다른 종류의 강성을 변화시키지 않으며, 또한 패취시험을 통과하였다. 적분점 수정량은 재료의 포아송비의 함수로 나타나며, 2차원 평면응력 상태와 평면변형율 상태에 대한 두개의 수정식을 구하였고, 또한 3차원 고체요소에 대하여 확장하였다. 가우스 적분점 수정법의 효과를 검증하기 위하여 보와 판의 자유 및 강제운동 문제를 해석하였으며, 등방성 적층 보와 판에 대해서도 단층보와 단층판과 같은 방법으로 적용하여 그 효율성을 입증하였다.

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박근의 원위혈관경을 이용한 도서형 근피판술 (Musculocutaneus Island Flap Based on the Distal Vascular Pedicle of Gracilis Muscle)

  • 정덕환;이용욱;조창현
    • Archives of Reconstructive Microsurgery
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    • 제6권1호
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    • pp.96-102
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    • 1997
  • The gracilis that is frequently used as a donor of free muscle trasfer is appropriate in the muscular shape and vascular position. This muscle is belonged to the second type of muscle group by the classification of the pattern of muscular nutrient vessel. The adductor branch or first perforating branch of deep femoral artery which supplies the proximal 1/3 of this muscle is a dominant one and this is used for the microscopic anastomosis of muscle or musculocutaneous flap. The minor vascular pedicles which enter the distal 1/3 of this of this muscle are branches of the superficial femoral artery and it is 0.5mm in diameter, 2cm in length with two venae comitantes. These minor pedicles supplies distal half of the gracilis muscle. This island musculocutaneous flap using distal vascular pedicle can be used to cover the defect of soft tissue around the distal femoral supra-condylar area, knee joint and proximal tibial condyle area which cause limitation of motion of knee joint, or in the cases that usual skin graft is impossible. The important operative procedure is as follows; The dissection is carried proximally and distally and the entire gracilis muscle including proximal and distal pedicle is completely dissected. After temporary blocking of the proximal vascular pedicle, the adequate muscle perfusion by the distal pedicle is identified and it is rotated to the recipient site around knee joint. The advantages of this procedure are simple, no need of microscopic vascular anastomoses and no significant functional loss of donor site. Especially in the cases of poor condition of the recipient vessel, this procedure can be used effectively. From 1991 to 1996, we performed 4 cases; complete survival of flap in 3 cases and partial survival of flap with partial necrosis in 1 case. This procedure is though to be useful in the small sized soft tissue defect of distal femoral supra-condylar area, knee joint and proximal tibial condylar area, especially in the defect of anterior aspect which expected to cause limitation of motion of knee joint due to scar contracture. But the problems of this procedure are the diameter of distal vascular pedicle is small and the location of distal vascular pedicle is not constant. To reduce the failure rate, identify the muscular perfusion of distal vascular pedicle after blocking the proximal pedicle, or strategic delay will be helpful.

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Cusp 자장이 걸려있는 초크랄스키 실리콘 단결정성장에서 유동장의 종횡비에 따라 부력과 열모세관 현상이 용융물질의 유동과 물질전달에 미치는 영향 (Effect of buoyancy and thermocapillarity on the melt motion and mass transfer for different aspect ratio of flow field in magnetic Czochralski crystal growth of silicon)

  • 김창녕
    • 한국결정성장학회지
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    • 제10권3호
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    • pp.177-184
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    • 2000
  • 약한 cusp 자장이 가하여진 Czochralski실리콘 단결정 성장에서 유동장의 종횡비에 따라 부력과 열모세관 현상이 용융물질의 유동과 물질(산소)전달에 미치는 영향이 수치적인 방법으로 연구되었다. 실리콘 단결정 성장이 진행됨에 따라 도가니안의 용융물질의 깊이가 즐어들어 유동장의 종횡비가 감소하고, 이에 따라 현존하는 유동장에 작용하는 자장의 상대적인 형태가 변화하므로 유동의 형태가 계속 변화한다. 유동장 내부에서 자유표면으로 접근하여 Marangoni 대류를 구성하는 용융물질의 흐름(열모세관 현상)과 함께 도가니 벽 근처의 자유표면 바로 아래에서 순환류가 발생하는데, 이 순환류의 존재로 인하여 부력의 효과가 “전반적으로”나타나지 않고 도리어 “국소적으로”나타나는 특성을 갖는다. 종횡비가 작아질수록 유동장의 대부분에서 자장의 반경방향 성분이 축방향 성분보다 우세하여 용융물질의 유동은 횡방향 성분(수평성분)이 현저해지므로 자오면에서의 온도분포는 점차 반경방향에 의존하는 특성을 갖게 된다 종횡비가 작아질수록 결정의 가장자리에서 온도구배가 작아지며 따라서 열모세관 현상포 약화된다 또 이때 결정주위의 산소의 농도가 작아지며 따라서 흡수되는 산소의 양도 작아진다.

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상완골 소두 골절의 치료결과 (Treatment Results of Capitellum Fractures)

  • 박진수;정영기;유정한;노규철;정국진;정성욱
    • 대한정형외과스포츠의학회지
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    • 제4권2호
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    • pp.116-121
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    • 2005
  • 목적: 상완골 소두 골절은 매우 희귀한 골절의 형태인데 관절면의 침범으로 인해 적극적인 수술적 치료가 요한다. 이러한 상완골 소두 골절의 관혈적 정복 후 내고정 후의 결과를 보고하는 바이다. 대상 및 방법: 1998년부터 2004년 까지 상완골 소두 골절로 수술 시행받은 4명의 환자를 대상으로 하였다. Morrey의 분류법 상 제 1형이 3례, 제 3형이 1례였다. 전 례에서 주관절의 외측 도달법을 사용하였으며, 관혈적 정복후 유관 나사못 고정을 실시하였다. 수술후 주관절의 부목등의 고정은 4일에서 28일 까지 소요되었다. 최종 추시 판정 시 Mayor의 주관절 기능 평가 방법을 이용하여 주관절 운동 범위, 주관절의 안정성, 동통 유무 등을 평가하였다. 결과: 평균 추시기간은 12개월에서 36개월이었으며 평균 15개월(12개월-36개월) 이었다. 3례의 경우 견고한 골고정을 얻었으며 우수한 관절 운동범위를 얻을 수 있었다. 그러나 만성 소두골 골절 및 부정유합으로 내원하였던 1 례의 경우 추시 관찰동안 재활에 순응하지 않아서 40도-100도의 운동범위만을 보여주었다. 전 례에서 무혈성 괴사나 주관절 관절염의 소견은 보이지 않았다. 결론: 상완골 소두 골절은 희귀하지만 적극적으로 관혈적 정복 및 내고정시 우수한 결과를 보여 줄 수 있었다.

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한국 프로야구투수들의 부상 발생원인 및 분류에 관한 연구 (The study about the cause of the Korean professional pitchers' injury and its classification)

  • 남종철;김상수;이동호
    • The Journal of Korean Physical Therapy
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    • 제14권4호
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    • pp.172-182
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    • 2002
  • Objectives: We did research in the cause of the Pitchers' injury and their recovery process to make a detailed injury list for the purpose of finding the cause of the Korean professional pitchers' injury and its classification. We drew the conclusion through the results as following. Methods: We posed a question to the 80 pitchers playing in the first team of the eight Korean professional baseball team and analyzed the 62 pieces of question paper except the paper having a mistake. We used SAS/PC statistical package in analyzing the data. Results: In the frequency of the pitchers' shoulder injury in the last three years, the injured of all the players were 61.3$\%$ and the injury free players were 28.7$\%$. The cause of the injury was 45.2$\%$ wrong pitching motion, which was the highest value. For the shape of a pain when injured, the reverberation ache feeling when he is hit in the weight commanded an absolute majority as 19.4$\%$. Those who had muscular pain were 17.7$\%$, which was felt mostly at the pitching motion. The most trouble name of the injured shoulder was bicepstendinitis as 16.1$\%$ while the injury of shoulder joint was the lowest as 1.6$\%$. As the most widely used treatment, 25.8 percent of all the players had taken an electronical thraphy after injury. 14.5 percent of the players who had an injury to the shoulder told that they have an operation and 85 percent of them didn't. As a sort of the operation, a repairing of labrum was 44.4 percent, which is the highest value and the 77.8 percent pitchers are performing a normal pitching through rehabilitation after the operation and 22.2 percent of them are undergoing rehabilitation training. Conclusion: The research have shown that the main cause of the injury, concerning the Korean professional pitchers throwing lots of ball in both matches and practices, is overuse syndrome, bad mechanism, muscle weakness and instability of balance. I think that the role of trainer, physical therapy, and team physician taking charge of the players' injury must learn physical test method by heart exactly to check up the state of the injury definitely at the initial phase. Moreover, when the cause of the injury part after a close examination is discovered, the scientific and good surgery is essential to the rehabilitation success and making a classification of shoulder instability is useful to make a operation plan as well as the players' rehabilitation, treatment.

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지하층-지반 운동학적 상호작용을 고려한 기초저면의 설계지반운동 산정 (Extracting Foundation Input Motion Considering Soil-Subterranean Level Kinematic Interaction)

  • ;윤지남;김주형;박두희
    • 한국지반환경공학회 논문집
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    • 제19권11호
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    • pp.31-37
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    • 2018
  • 대부분의 초고층 건물은 지상 구조물과 주차와 상가 용도 등으로 사용되는 복수층의 지하 구조물로 구성된다. 지하층은 초고층 건물의 지진응답에 큰 영향을 줄 수 있지만 내진설계에서 이의 영향이 명확하게 규명되지 않았다. 국외에서 가장 널리 사용되는 고층 구조물 내진설계 지침서에서는 지하층은 모델링하되 주변 지반은 모사하지 않으며 지하층-지반 운동학적 상호작용을 고려하여 계산된 기초 저면의 운동을 적용할 것을 권장하고 있다. 본 연구에서는 지하 1층과 5층 구조물에 대한 동적 해석을 수행하여 지하층 저면에서의 운동을 계산하였으며 자유장 운동과 비교하였다. 수치해석 결과를 내진설계 지침서에 제시된 상호작용을 고려하는 두가지 방법과 비교한 결과, 지하 1층의 경우 이 중 한가지 방법이 해석결과와 잘 맞지만 지하 5층의 경우 지침서에 제시된 방법은 큰 차이가 발생하는 것으로 나타났다.