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원위부 위암에서 위절제술 후 위재건술식에 따른 잔위기능 및 영양 증상학적 삶의 질 비교 (Comparison of the Results in Gastric Carcinoma Patients undergoing Billroth I and Billroth II Gastrectomiesy)

  • 김성근;김영균;허윤정;송교영;김진조;진형민;김욱;박조현;박승만;임근우;김승남;전해명
    • Journal of Gastric Cancer
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    • 제7권1호
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    • pp.16-22
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    • 2007
  • 목적: 하부 위암의 절제술 후 각각의 재건술에 따른 환자의 위배출시간과 영양상태, 덤핑 증후군의 발생정도를 비교하여 환자의 증상과 삶의 질을 개선하는 방법을 찾고자 하였다. 대상 및 방법: 1999년 6월부터 2002년 7월까지 원위부 위암으로 절제술을 시행한 환자 중 2003년 1월 한 달간 외래에서 술 후 6개월 이상 경과한 환자 122명을 대상으로 하였다. 위십이지장문합술을 받은 환자(이하 B-I군)는 51명, 위공장문합술을 받은 환자(이하 B-II군)는 71명이었다. 위배출검사는 동위원소 검사법을 이용하여 T1/2값을 얻어 비교하였고, 식사 횟수와 양, 체중감소 정도를 비교하였다. 수술 후 복부증상을 비교하였으며, 덤핑증후군은 Sigstad score를 측정하여 비교하였다. 결과: 수술 후 6개월의 T1/2값은 B-I군에서 지연되어 있었다($159.4{\pm}31.0min$). 12개월 후에는 B-I군의 위배출시간이 빨라져 B-I군과 B-II군 사이의 위배출 시간의 차이가 없어졌다. 식사 횟수는 각 군 간의 차이가 없었고 일회식사량은 수술 전과 비교해 보았을 때 6개월째는 각군간의 차이가 없었으나 12개월에는 B-I군이 B-II군에 비해 식사량이 많은 것으로 나타났다(P=0.038). 수술 후 체중은 B-I군이 B-II군에 비해 체중감소가 의미있게 적은 것으로 나타났다(P=0.023). Sigstad dumping score는 B-I군에서 6개월째에는 7.6점, 12개월째에는 3.4점으로 시간이 경과함에 따라 덤핑 증후군의 빈도가 감소하나 B-II군에서는 시간의 경과해도 덤핑 증후군의 빈도에는 유의한 차이가 없었다. 결론: 원위부 위암환자에서 근치적 수술이 가능한 한도에서는 Billroth I 술식이 체중감소가 적고, 복부 증상도 적게 나타났으며 덤핑증후군의 빈도도 낮아 환자의 삶의 질을 개선하는데 B-II 술식보다 유용한 술식으로 생각된다.

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Improving Corsican pine somatic embryo maturation: comparison of somatic and zygotic embryo morphology and germination

  • Wtpsk, Senarath;Shaw, D.S.;Lee, Kui-Jae;Lee, Wang-Hyu
    • 한국자원식물학회:학술대회논문집
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    • 한국자원식물학회 2003년도 춘계 학술발표대회
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    • pp.61-62
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    • 2003
  • Clonal propagation of high-value forest trees through somatic embryogenesis (SE) has the potential to rapidly capture the benefits of breeding or genetic engineering programs and to improve raw material uniformity and quality. A major barrier to the commercialization of this technology is the low quality of the resulting embryos. Several factors limit commercialization of SE for Corsican pine, including low initiation rates, low culture survival, culture decline causing low or no embryo production, and inability of somatic embryos to fully mature, resulting in low germination and reduced vigour of somatic seedlings. The objective was to develop a Corsican pine maturation medium that would produce cotyledonary embryos capable of germination. Treatments were arranged in a completely randomized design. Data were analyzed by analysis of variance, and significant differences between treatments determined by multiple range test at P=0.05. Corsican pine (Pinus nigra var. maritima) cultures were initiated on modified !P6 medium. Modifications of the same media were used for culture multiplication and maintenance. Embryogenic cultures were maintained on the same medium semi solidified with 2.5 g/l Gelrite. A maturation medium, capable of promoting the development of Corsican pine somatic embryos that can germinate, is a combination of iP6 modified salts, 2% maltose, 13% polyethylene glycol (PEG), 5 mg!l abscisic acid (ABA), and 2.5 g/l Gelrite. After initiation and once enough tissue developed they were grown in liquid medium. Embryogenic cell suspensions were established by adding 0.951.05 g of 10- to 14-day-old semisolid-grown embryogenic tissue to 9 ml of liquid maintenance media in a 250ml Erlenmeyer flask. Cultures were then incubated in the dark at 2022$^{\circ}$C and rotated at 120 rpm. After 2.53 months on maturation medium, somatic embryos were selected that exhibited normal embryo shape. Ten embryos were placed horizontally on 20 ml of either germination medium ($\frac{2}{1}$strength Murashige and Skoog (1962) salts with 2.5 g/l activated charcoal) or same medium with copper sulphate adjusted to 0.25 mg/1 to compensate for copper adsorption by activated carbon. 2% and 4% maltose was substituted by 7.5% and 13% PEG respectively to improve the yield of the embryos. Substitution of' maltose with PEG was clearly beneficial to embryo development. When 2% of the maltose was replaced with 7.5% PEG, many embryos developed to large bullet-shaped embryos. At latter stages of development most embryos callused and stopped development. A few short, barrel-shaped cotyledonary embryos formed that were covered by callus on the sides and base. When 4% of the maltose was removed and substituted with 13% PEG, the embryos developed further, emerging from the callus and increasing yield slightly. Microscopic examination of the cultures showed differing morphologies, varying from mostly single cells or clumps to well-formed somatic embryos that resembled early zygotic embryos only liquid cultures with organized early-stag. A procedure for converting and acclimating germinants to growth in soil and greenhouse conditions is also tested. Seedling conversion and growth were highly related to the quality of the germinant at the time of planting. Germinants with larger shoots, longer, straighter hypocotyls and longer roots performed best. When mature zygotic embryos germinate the root emerges, before or coincident with the shoot. In contrast, somatic embryos germinate in reverse sequence, with the cotyledons greening first, then shoot emergence and then, much later, if at all, the appearance of the root. Somatic seedlings, produced from the maturation medium, showed 100% survival when planted in a field setting. Somatic seedlings showed normal yearly growth relative to standard seedlings from natural seed.

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WebGIS 기반 해양 연구선 상시관측 정보 체계 구축 (Establishment of A WebGIS-based Information System for Continuous Observation during Ocean Research Vessel Operation)

  • 한현경;이철용;김태훈;한재림;최현우
    • 한국지리정보학회지
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    • 제24권1호
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    • pp.40-53
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    • 2021
  • 해양연구를 위해 사용하는 연구선은 계획된 연구해역으로 이동하여 연구목적에 맞는 해양관측을 수행한다. 한국해양과학기술원(KIOST, Korea Institute of Ocean Science & Technology)이 보유하고 있는 5척의 연구선에는 항해 중에 상시 관측할 수 있는 GPS, 수심, 기상, 표층 수온 및 염분 측정 장비가 탑재되어 있다. 이러한 상시관측 장비를 통해 생산되는 데이터를 체계적으로 관리하고 활용하기 위한 정보 플랫폼이 요구된다. 따라서 연구선 운항계획에서부터 연구선 운항 중 관측, 데이터수집, 데이터처리, 데이터저장, 표출 및 제공서비스에 이르는 일련의 업무 분석을 통해 업무절차를 정의하였다. 업무 절차의 각 단계 별 기능 설계를 거친 후, WebGIS 기반의 정보 플랫폼인 KUMOS(KIOST Underway Meteorological & Oceanographic Information System)를 구축하였다. 연구선 항해 중에 생산되는 데이터는 시·공간적 변화가 있는 특성이 있어 이러한 변동성을 고려한 데이터의 품질관리 체계를 개발하였다. 데이터의 체계적인 관리와 서비스를 위해 KUMOS 통합DB를 구축하고 연구선 항적, 데이터 표출, 검색 및 제공 등의 기능을 구현하였다. KUMOS에서 제공하는 데이터 셋은 연구선의 항해 별 운항결과리포트(cruise report), 원시데이터(raw data), 품질관리 플래그(Quality Control(QC) flagged data) 데이터, 필터 데이터(filtered data), 항적도 데이터(cruise track line), 데이터 리포트(cruise data report) 등으로 구성되어있다. 본 연구를 통해 개발한 KUMOS의 기능 별 업무처리 절차와 체계는 연구선 항해 중 상시관측이 가능한 연구선을 보유하고 있는 국내 해양관련 기관 및 대학에도 벤치마킹 역할을 할 것으로 기대된다.

68Ga-PSMA-11 합성 시간 단축을 위한 자동합성장치의 최적화 및 안정성 연구 (Optimization and Stabilization of Automated Synthesis Systems for Reduced 68Ga-PSMA-11 Synthesis Time)

  • 강지훈;신상민;박영시;김혜지;장화연
    • 대한임상검사과학회지
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    • 제56권2호
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    • pp.147-155
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    • 2024
  • 68Ga-PSMA-11은 전립선특이막항원(PSMA)에 결합하는 Glu-urea-Lys 기반 리간드에 68Ga 방사성동위원소를 표지한 PET 제제로, 재발성 전립선암 및 전이의 진단과 치료를 위한 영상화에 널리 사용한다. 그러나 의료기관에서 68Ga-PSMA-11을 제조하고 품질검사 시험 결과가 나올 때까지의 시간은 평균 60분 이상 소요되어, 하루에 사용할 수 있는 68Ge/68Ga 제너레이터 용량이 제한된다. 또한 제너레이터의 1,110 MBq (30 mCi)의 명목상 활성을 제공하지만 시간이 지남에 따라 감소하고, 표지 수율이 불규칙적으로 저하된다. 이로 인해 의료기관에서는 추가 조제를 통해 동일한 용출을 유지해야 하며, 이 과정에서 작업자의 피폭 위험이 증가하고, 환자의 대기 시간이 길어지며, 제조 스케줄 조정이 불가피한 임상적 문제가 발생한다. 본 연구는 이러한 문제를 해결하기 위해 68Ga-PSMA-11의 조제 시간을 단축하고 자동합성장치를 최적화하는 것을 목표로 하였다. 자동합성장치를 이용한 합성 절차에서 68Ga과 PSMA-11 전구체의 반응 시간을 단축하고 불순물 제거 세척 단계의 횟수를 조절하여 동일한 품질을 유지하면서도 더 신속하고 경제적인 방법을 시험했다. 그 결과, 최종 합성 시간을 30분에서 20분으로 단축하였고, HEPES 함량, 잔류용매 EtOH 함량, 방사화학적 순도 등의 품질 기준을 만족시켰다. 이는 추가 조제로 인한 작업자의 피폭 문제와 환자의 대기 시간을 줄이고, 제조 스케줄 조정에도 문제가 없는 최적의 절차로 임상에서 적용할 수 있음을 시사한다.

복강경 보조 유문부보존 위절제술의 초기 경험: 복강경 보조 원위부 위절제술 후 Billroth-I 재건술과의 비교 (The Early Experience with a Laparoscopy-assisted Pylorus-preserving Gastrectomy: A Comparison with a Laparoscopy-assisted Distal Gastrectomy with Billroth-I Reconstruction)

  • 박종익;진성호;방호윤;채기봉;백남선;문난모;이종인
    • Journal of Gastric Cancer
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    • 제8권1호
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    • pp.20-26
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    • 2008
  • 목적: 유문부보존 위절제술(pylorus-preserving gastrectomy, PPG)은 유문륜을 보존하여 잔위의 배출기능을 보존하고 담즙 역류를 방지할 수 있는 기능 보존 수술법으로 조기위암 치료에 적용되고 있다. 저자들은 복강경 보조 유문부보존 위절제술(laparoscopy-assisted pylorus-preserving gastrectomy, LAPPG)의 초기 경험을 LADG 후 Billroth-I 재건술과 비교 분석하였다. 대상 및 방법: 2006년 11월부터 2007년 9월까지 원자력병원 외과에서 복강경 보조 위절제술을 시행 받은 39명의 조기위암 환자 중 LAPPG (n=9)와 LADG 후 Billroth-I 재건술(n=18)을 시행 받은 27명의 환자를 대상으로 하였고, 양 군간의 임상병리학적 변수를 비교하였다. 저자들은 LAPPG 시행 중 유문하동맥, 우위동맥, 미주신경 간지, 유문지 및 복강지를 보존하였으며, 림프절 절제술은 우위동맥 림프절(No. 5)을 제외한 D1+$\beta$술식을 시행하였고, 유문륜 상방 $3{\sim}4\;cm$에서 원위부 위절제를 시행하였다. 결과: LAPPG을 시행 받은 환자 9명의 평균 연령은 $59.9{\pm}9.4$세였으며 남녀 성비는 1.3 : 1.0 (남자 5명, 여자 4명)이었고, LADG 후 Billroth-I 재건술을 시행 받은 환자 18명의 평균 연령은 $64.1{\pm}10.0$세였으며 남녀 성비는 2.6 : 1.0 (남자 13명, 여자 5명)이었다. LAPPG 군과 LADG 후 Biliroth-I 재건술을 시행받은 군에서 절제된 림프절의 개수는 각각 $28.3{\pm}11.9$$28.1{\pm}8.9$개, 수술 시간은 각각 $269.0{\pm}34.4$분, $236.3{\pm}39.6$분, 술 중 출혈량은 각각 $191.1{\pm}85.7\;ml$, $218.3{\pm}156.6\;ml$, 술 후 첫 가스 배출은 각각 $3.6{\pm}0.9$일, $3.5{\pm}0.8$일에 있었고 술 후 첫 유동식은 각각 $5.1{\pm}0.9$일, $5.1{\pm}1.7$일에 섭취하였고 술 후 재원 기간은 각각 $10.1{\pm}4.0$일, $9.2{\pm}3.0$일로 모두 통계학적으로 유의한 차이가 없었다(P>0.05). 술 후 합병증은 LAPPG 군에서 위저류증 1예와 창상 장액종 1예가 발생하였고, LADG 후 Biliroth-I 재건술을 시행 받은 군에서는 좌외측간엽경색 1예가 발생하였다. 결론: 조기위암의 치료에 있어서 LAPPG는 기능 보존 수술 법으로 적용 가능하며, 적절한 적응증을 사용하면 임상종양학적 측면에서도 LADG 후 Billroth-I 재건술과 동등한 결과를 보일 것으로 기대된다.

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복강경 보조 위 전절제술-연속된 77예의 경험 (Laparoscopy Assisted Total Gastrectomy with Lymph Node Dissection-77 Consecutive Cases)

  • 이중호;송재원;오성진;김성수;최원혁;정재호;형우진;최승호;노성훈
    • Journal of Gastric Cancer
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    • 제7권4호
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    • pp.206-212
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    • 2007
  • 목적: 조기 위암 환자에 대한 복강경 보조 원위부 위절제술은 삶의 질 향상을 위한 치료의 하나로 점차 많이 시행되고 있다. 하지만, 복강경 보조 위 전절제술은 위아전절제술에 비해 술기상의 복잡성 등의 이유로 그 빈도가 높지 않다. 이에 저자 등은 본 교실에서 시행한 복강경 보조위 전절제술의 초기 경험을 분석하여 술기상의 가능성과 안정성 및 수술 결과를 평가하고자 한다. 대상 및 방법: 연세대학교 의과대학 외과학교실에서 조기 위암으로 2003년 7월부터 2007년 6월까지 한 명의 술자에 의해 수술 전 조기위암으로 진단받고 복강경 보조 위 전절제술과 D1+$\beta$ 림프절 절제술 및 Roux-en-Y 재건술을 시행받은 77명의 환자를 대상으로 임상병리학적 특징, 수술 후 경과, 합병증을 후향적으로 분석하였다. 결과: 환자들의 평균 나이는 61세였고 남자와 여자의 수는 각각 49명, 28명이었다. 평균 수술시간은 210분(범위 100-400)이었고 각 수술 시간은 수술 경험이 많아짐에 따라서 점 차 감소하였다. 수술 후 13예(16.9%)에서 합병증이 발생하였고 사망한 예는 없었다. 장관 운동은 평균 수술 후 3.2일에 회복되었고, 수술 후 연식을 시작한 시기는 4.4일, 수술 후 평균 재원일은 10일이었다. 위의 절제연은 근위부 원위부 각각 평균 3.1 cm, 10.7 cm로 충분한 절제연을 확보하였으나 한 예에서 원위부 절제연에 현미경적 암세포의 침윤이 있었다. 림프절 절제 범위는 D1+$\alpha$가 2예(2.6%), D1+$\beta$가 55예(71.4%), D2가 20예(26.0%)이었고 평균 절제된 림프절 수는 41.8개이었다. 결론: 복강경 보조 위 전절제술의 초기 경험을 분석하였을 때 조기위암의 치료에 있어 효과적이고 안전한 술식임을 확인하였다. 그 적용 범위의 확대를 위해서는 앞으로 복강경 보조 위 전절제술과 개복 수술의 전향적인 비교 연구와 장기 생존율 등 종양학적인 치료결과에 대한 연구가 필요하다.

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국가환경시료은행 생태계 대표시료의 채취 및 분석 표준운영절차에 대한 단계별 측정불확도 평가 연구 (Evaluation of the Measurement Uncertainty from the Standard Operating Procedures(SOP) of the National Environmental Specimen Bank)

  • 이종천;이장호;박종혁;이유진;심규영;김태규;한아름;김명진
    • 환경영향평가
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    • 제24권6호
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    • pp.607-618
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    • 2015
  • 국가환경시료은행에서는 과거 환경 재현을 목적으로 다양한 생태계를 대표하는 시료를 채취 저장하고 있다. 지난 5년간 8종의 생태계 시료종이 엄격한 표준운영절차(SOP)에 따라 채취되어 왔으나 수행절차에 대한 비용효율성이나 시료의 대표성에 대한 논리적 통계적 검증은 이루어 진 바 없었다. 따라서 본 연구에서는 시료채취 및 분석과정으로 구성된 표준운영절차의 각 단계에서 비롯되는 불확도(uncertainty) 수준에 대한 평가를 실시하였다. 이를 위해 표준운영절차에서 규정된 채취방법에 의해 채취된 두 지역의 침엽수 시료를 대상으로 중복시료(duplicate sample)를 채취하였고, 이에 대한 중복분석결과를 대칭설계(balanced design)하여 분산분석을 실시하였다. 시료채취 및 분석의 각 단계에서 산출된 불확도 수준은 각 해당지역 대표시료에 대한 측정불확도로 통합되었다. 그 결과 시료채취단계와 분석단계 중 측정불확도의 대부분은 시료채취단계에서 비롯되고 있음이 확인되었다. 또한 측정불확도 수준을 저감하기 위해서는 표준운영절차에서 규정하고 있는 시료채취방법이 개선되어야 하는데, 본 연구에서 확인된 채취지역의 상대적으로 큰 국지적 이질성(small-scale heterogeneity)으로 말미암아 지역내에서의 채취대상 개체수를 확대하는 것보다 각 개체에서 채취되는 시료량을 늘리는 것이 비용효율적인 개선에 대한 기준이 되었다. 또한 채취방법이 채취지역에서 분포하는 개체들의 이질성을 충분히 극복하며 대표성을 확보할 수 있는가에 대한 검증으로서 분산분석을 적용한 결과, 지역전체의 변화량보다 국지적 변화량이 더 커야 하는 조건을 제시할 수 있었다.

항 NCA-95 단일클론항체의 $^{99m}Tc$표지 키트 제조 및 특성 연구 ($^{99m}Tc$ Labeling Kit Preparation and Characteristics of Anti-NCA-95 Monoclonal Antibody)

  • 홍미경;정재민;정준기;최석례;김채균;이용진;이동수;이명철;고창순
    • 대한핵의학회지
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    • 제30권4호
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    • pp.541-547
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    • 1996
  • 우리는 국내에서 개발한 항 NCA-95 단일클론항체의 면역학적 특성을 규명하고 $^{99m}Tc$ 표지법을 연구하여 골수면역 신티그라피법을 개발한 바 있다. 그러나 $^{99m}Tc$ 단일클론항체의 표지효율이 낮고, 과정이 복잡하여 시간이 오래 걸리는 단점이 있어 임상적용에 어려움이 있었다. 본 연구에서는 $^{99m}Tc$ 표지 단일클론항체의 표지과정을 개선하여 시간을 단축하고 표지효율을 높이는 연구를 실시하였다. 티올기와 아민 및 하이드록시 그룹을 가진 착화제(chelator)와 $^{99m}Tc$은 안정한 복합체를 형성하므로, 이러한 화학적 성질을 이용하여 항체를 환원시켜 티올기를 생성하고 여기에 약한 착화제와 결합한 $^{99m}Tc$을 가하는 transchelation법을 연구하였다. 본 연구에서는 방법 1. ${\beta}$-mercaptoethanol로 항체를 환원하고 환원제의 존재하에 $^{99m}Tc$-gluconate 를 이용한 표지법, 방법 2. 항체의 환원후 ${\beta}$-mercaptoethanol을 제거하고 $^{99m}Tc$-gluconate를 사용한 표지법, 방법 3. 환원제를 제거한 항체에 MDP를 먼저 가하고 여기에 $^{99m}Tc$을 가하는 표지법을 시도하여 보았다. 고정상으로는 ITLC-SG를, 이동상으로는 생리식염수와 아세톤을 사용하여 표지효율을 구하였다. 방법 1은 표지효율이 40-70%이나 좋은 골수영상을 얻었고, 방법 2의 경우 표지효율은 70-80%로 개선되었으나 혈액풀의 방사능이 높았다. MDP를 착화제로 이용한 방법 3은 표지효율이 $92.4{\pm}5.9%$(n=15) 이고 면역반응성은 약 60%였으며 골수면역 신티그라피에서도 좋은 영상을 얻을 수 있었다. 때로는 $^{99m}Tc$- MDP 방사능이 높아 뼈에 흡수되는 방사능이 증가하는 단점이 있지만 PD-10 컬럼을 이용하여 분리가 가능하였다. 환원된 항체를 냉동보관하여 사용하였을 경우에도 안정하여 냉동보관 47일 까지 90%이상의 표지효율을 보였다. 본 연구 결과 $^{99m}Tc$ 표지 항 NCA-95 단일클론항체의 표지법의 개선으로 더 쉽게 임상에 이용할 수 있게 될 것으로 생각된다.

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동결보존 배아 이식에서 저 용량 아스피린 투여가 임신율과 착상율에 미치는 영향에 관한 연구 (Effect of Low-dose Aspirin on Implantation and Pregnancy Rates in Patients Undergoing Frozen-thawed Embryo Transfer)

  • 김민지;이현정;유영;서백경;차선화;김해숙;송인옥;변혜경;궁미경;강인수;양광문
    • Clinical and Experimental Reproductive Medicine
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    • 제32권3호
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    • pp.243-251
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    • 2005
  • Objective: Low-dose aspirin have been proposed to improving endometrial receptivity and pregnancy rate in COH-IVF by increasing endometrial perfusion. However, the effect of low-dose aspirin in COH-IVF could be negligible because there have been large quantity of other important factors responsible for changing endometrial perfusion accompanied by COH procedure. In contrast, in frozen-thawed embryo transfer cycles which were not accompanied by COH procedure, the effects of low-dose aspirin in endometrial blood flow seems to be more certain than in COH-IVF cycles. In this study, we analyzed the effect of low-dose aspirin treatment on implantation and pregnancy rates in patients undergoing frozen-thawed embryo transfer Methods: From January 2003 to December 2003, total 264 cycles from 264 patients who attended infertility clinic at Samsung Cheil Hospital were enrolled in this study. All cases included in this study, embryos were frozen and thawed at the pronuclear stage and three days after incubation, at least 2 or more good quality embryos were transferred into uterus. In study group, low dose aspirin (100 mg/day) was administrated from the first or second date of menstrual day to 9 days after embryo transfer. On the other hand, control group did not take any medicine except estradiol valerate for endometrial priming. Several variables including implantation and pregnancy rates were compared in both groups. After then, each groups were stratified by endometrial thickness checked at embryo transfer (ET) day such as (28 mm versus <8 mm) and same variables above described were compared between study and control groups. Results: The mean age, infertility duration, endometrial thickness at embryo transfer day and mean number of transferred embryo were not significantly different in both groups. Also, implantation rates (study group: 15.8%, control group: 20.5%) and pregnancy rate (study group: 45.1%, control group: 43.5%) were not significantly different between two groups. (p>0.05) After we analyzed same variables stratified by endometrial thickness checked at embryo transfer day, we could not found any significant difference between study and control groups. Conclusions: Low-dose aspirin treatment seems to have no advantage of improving implantation and pregnancy rates in patients undergoing frozen-thawed embryo transfer.

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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