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3D Printing in Modular Construction: Opportunities and Challenges

  • Li, Mingkai;Li, Dezhi;Zhang, Jiansong;Cheng, Jack C.P.;Gan, Vincent J.L.
    • 국제학술발표논문집
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    • The 8th International Conference on Construction Engineering and Project Management
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    • pp.75-84
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    • 2020
  • Modular construction is a construction method whereby prefabricated volumetric units are produced in a factory and are installed on site to form a building block. The construction productivity can be substantially improved by the manufacturing and assembly of standardized modular units. 3D printing is a computer-controlled fabrication method first adopted in the manufacturing industry and was utilized for the automated construction of small-scale houses in recent years. Implementing 3D printing in the fabrication of modular units brings huge benefits to modular construction, including increased customization, lower material waste, and reduced labor work. Such implementation also benefits the large-scale and wider adoption of 3D printing in engineering practice. However, a critical issue for 3D printed modules is the loading capacity, particularly in response to horizontal forces like wind load, which requires a deeper understanding of the building structure behavior and the design of load-bearing modules. Therefore, this paper presents the state-of-the-art literature concerning recent achievement in 3D printing for buildings, followed by discussion on the opportunities and challenges for examining 3D printing in modular construction. Promising 3D printing techniques are critically reviewed and discussed with regard to their advantages and limitations in construction. The appropriate structural form needs to be determined at the design stage, taking into consideration the overall building structural behavior, site environmental conditions (e.g., wind), and load-carrying capacity of the 3D printed modules. Detailed finite element modelling of the entire modular buildings needs to be conducted to verify the structural performance, considering the code-stipulated lateral drift, strength criteria, and other design requirements. Moreover, integration of building information modelling (BIM) method is beneficial for generating the material and geometric details of the 3D printed modules, which can then be utilized for the fabrication.

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플로어플랜 기법에 따른 3차원 멀티코어 프로세서의 성능, 전력효율성, 온도 분석 (Analysis of Performance, Energy-efficiency and Temperature for 3D Multi-core Processors according to Floorplan Methods)

  • 최홍준;손동오;김종면;김철홍
    • 정보처리학회논문지A
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    • 제17A권6호
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    • pp.265-274
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    • 2010
  • 공정기술 발달로 인해 칩 내부 집적도가 크게 증가하면서 내부 연결망이 멀티코어 프로세서의 성능 향상을 제약하는 주된 원인이 되고 있다. 내부 연결망에서의 지연시간으로 인한 프로세서 성능 저하 문제를 해결하기 위한 방안 중 하나로 3차원 적층 구조 설계 기법이 최신 멀티코어 프로세서를 설계하는데 있어서 큰 주목을 받고 있다. 3차원 적층 구조 멀티코어 프로세서는 코어들이 수직으로 쌓이고 각기 다른 층의 코어들은 TSV(Through-Silicon Via)를 통해 상호 연결되는 구성으로 설계된다. 2차원 구조 멀티코어 프로세서에 비해 3차원 적층 구조 멀티코어 프로세서는 내부 연결망의 길이를 감소시킴으로 인해 성능 향상과 전력소모 감소라는 장점을 가진다. 하지만, 이러한 장점에도 불구하고 3차원 적층 구조 설계 기술은 증가된 전력 밀도로 인해 발생하는 프로세서 내부 온도 상승에 대한 적절한 해결책이 마련되지 않는다면 실제로는 멀티코어 프로세서 설계에 적용되기 어렵다는 한계를 지니고 있다. 본 논문에서는 3차원 멀티코어 프로세서를 설계하는데 있어서 온도 상승 문제를 해결하기 위한 방안 중 하나인 플로어플랜 기법을 다양하게 적용해 보고, 기법 적용에 따른 프로세서의 성능, 전력효율성, 온도에 대한 상세한 분석 결과를 알아보고자 한다. 실험 결과에 따르면, 본 논문에서 제안하는 온도를 고려한 3가지 플로어플랜 기법들은 3차원 멀티코어 프로세서의 온도 상승 문제를 효과적으로 해결함과 동시에, 플로어플랜 변경으로 데이터 패스가 바뀌면서 성능이 저하될 것이라는 당초 예상과는 달리, 온도 하락으로 인해 동적 온도 제어 기법의 적용 시간이 줄어들면서 성능 또한 향상시킬 수 있음을 보여준다. 이와 함께, 온도 하락과 실행 시간 감소로 인해 시스템에서의 전력 소모 또한 줄일 수 있을 것으로 기대된다.

코어와 L2 캐쉬의 수직적 배치 관계에 따른 3차원 멀티코어 프로세서의 온도 분석 (Analysis on the Temperature of 3D Multi-core Processors according to Vertical Placement of Core and L2 Cache)

  • 손동오;안진우;박재형;김종면;김철홍
    • 한국컴퓨터정보학회논문지
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    • 제16권6호
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    • pp.1-10
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    • 2011
  • 멀티코어 프로세서를 설계하는데 있어서 구성요소들을 연결하는 와이어 길이의 증가로 인한 지연 현상은 성능향상에 큰 걸림돌이 되고 있다. 멀티코어 프로세서의 와이어 지연 문제를 해결하기 위하여 최근에는 3차원 구조의 멀티코어 프로세서 설계 기술이 많은 주목을 받고 있다. 3차원 구조 멀티코어 프로세서 설계 기술은 코어들을 수직으로 적층함으로써, 물리적인 연결망 길이를 크게 감소시켜 성능향상과 함께 연결망에서 소비되는 전력을 줄일 수 있다. 하지만 많은 전력을 소모하는 회로를 수직으로 적층함으로써 전력밀도가 증가하여 프로세서 내부의 온도가 크게 상승하는 문제를 가지고 있다. 본 논문에서는 3차원 구조 멀티코어 프로세서에서의 발열문제를 해결 할 수 있는 플로어플랜 방법을 제안하기 위해 칩 내부에 적층되는 코어의 수직적 배치 형태를 다양하게 변화시키면서 그에 따른 온도 변화를 살펴보고자 한다. 실험 결과를 통해, 프로세서 내부의 온도 감소를 위해서는 코어와 L2 캐쉬를 수직으로 인접하게 적층함으로써 코어의 온도를 낮추는 기법이 매우 효과적임을 알 수 있다. 코어와 코어가 수직으로 상호 인접하는 플로어플랜과 비교하여, 코어와 L2 캐쉬를 수직으로 인접하게 배치시키는 기법이 4-레이어 구조의 경우에는 평균 22%, 2-레이어 구조의 경우 평균 13%의 온도 감소 효과를 보임을 알 수 있다.

모수화된 해면 냉각을 활용한 태풍 모의 실험 (Typhoon Simulation with a Parameterized Sea Surface Cooling)

  • 이두호;권혁조;원성희;박선기
    • 대기
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    • 제16권2호
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    • pp.97-110
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    • 2006
  • This study investigates the response of a typhoon model to the change of the sea surface temperature (SST) throughout the model integration. The SST change is parameterized as a formulae of which the magnitude is given as a function of not only the intensity and the size but the moving speed of tropical cyclone. The formulae is constructed by referring to many previous observational and numerical studies on the SST cooling with the passage of tropical cyclones. Since the parameterized cooling formulae is based on the mathematical expression, the resemblance between the prescribed SST cooling and the observed one during the period of the numerical experiment is not complete nor satisfactory. The agreements between the prescribed and the observed SST even over the swath of the typhoon passage differ from case to case. Numerical experiments are undertaken with and without prescribing the SST cooling. The results with the SST cooling do not show clear evidence in improving the track prediction compared to those of the without-experiments. SST cooling in the model shows its swath along the incomplete simulated track so that the magnitude and the distribution of the sea surface cooling does not resemble completely with the observed one. However, we have observed a little improvement in the intensity prediction in terms of the central pressure of the tropical cyclone in some cases. In case where the model without the SST treatment is not able to yield a correct prediction of the filling of the tropical cyclone especially in the decaying stage, the pulling effect given by the SST cooling alleviates the over-deepening of the model so that the central pressure approaches toward the observed value. However, the opposite case when the SST treatment makes the prediction worse may also be possible. In general when the sea surface temperature is reduced, the amount of the sensible and the latent heat from the ocean surface become also reduced, which results in the weakening of the storms comparing to the constant SST case. It turns out to be the case also in our experiments. The weakening is realized in the central pressure, maximum wind, horizontal temperature gradient, etc.

반도체 광증폭기를 이용한 전계흡수 광변조기 비선형성 보상 (Nonlinearity Compensation of Electroabsorption Modulator by using Semiconductor Optical Amplifier)

  • 이창현;손성일;한상국
    • 대한전자공학회논문지SD
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    • 제37권5호
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    • pp.23-30
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    • 2000
  • 지수함수형태의 전달함수를 갖는 전계흡수 광변조기(electroabsorption modulator: EAM)의 비선형성 보상을 위해 로그함수형태의 전달함수를 갖는 반도체 광증폭기(semiconductor optical amplifier : SOA)를 이용한다. 우선 SOA의 전달함수는 EAM의 전달함수와 역함수 관계를 갖기 때문에 EAM의 상호변조왜곡 (intermodulation distortion: IMD)을 보상한다. 더불어 SOA가 제공하는 이득에 의해 변조신호는 증폭되어진다. 이 두 가지에 의해 EAM의 SFDR(spurious free dynamic range)은 증가한다. 이때 SOA는 EAM 뒷단에 직렬로 연결되어 이득포화영역에서 동작되어진다. EAM의 IMD 보상을 향상시키기 위해서는 SOA의 이득을 증가시켜 이득포화영역 기울기를 증가시켜야 한다. 하지만 SOA의 이득 증가에 따라 ASE 잡음도 증가하여 시스템의 잡음레벨을 높여 EAM의 SFDR은 감소한다. 즉 SOA의 이득포화영역 기울기와 ASE 잡음은 이득에 대해 trade-off를 가지게 되고 모의실험 결과 이득이 약 8㏈일 때 최적화 된다. 이 지점에서 EAM의 SFDR 향상은 약 9㏈였다. SOA를 사용한 EAM 선형성 향상 방법은 구성이 간편하고 3개의 소자를 집적할 경우 낮은 삽입손실, 낮은 편광의존성, 낮은 처핑 등 효율적인 아날로그 광변조기로 이용될 수 있다.

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가공의치(架工義齒)에 작용(作用)하는 Stress에 관(關)한 광탄성학적(光彈性學的) 분석(分析) (Photoelastic Stress Analysis of Fixed Partial Dentures)

  • 조원행
    • 대한치과보철학회지
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    • 제18권1호
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    • pp.15-35
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    • 1980
  • The purpose of this study was to investigate stresses in the various components of fixed partial dentures restoring the posterior teeth of the lower jaw, and to measure quantitatively the effects of certain modifications in structural design on the stresses in the restorations using two-dimensional photoelasticity. Two-dimensional photoelastic methods were used in this study. Several models of fixed partial dentures were constructed. Shoulder less margins and anatomic occlusal reduction were incorporated in Model 1. Rounded shoulders and flat occlusal reduction were incorporated in Model 2, while Model 3 was a cantilever fixed partial denture. Other similar fixed partial dentures were constructed with V and U notches deliverately included in the region of the fixed joints for comparative reasons. The birefringent materials used in this study were PSM-1 and PSM-5 in standard sheets. PSM-1 was used for constructing the substructure, and PSM-5 was used in making the components of the fixed partial dentures. The two materials were used in the construction of composite photoelastic models. Improved artificial stone was used to represent dental cement in luting the composite photoelastic models. Static loading procedures were used at preplanned sites to represent occlusal loads in the mouth. 35 mm color and B/W film were used to record isochromatics in accordance with photoelastic procedures. Data reduction was performed using the grid method, which helped in, the mathematical integration procedure (Shear difference method) to separate the principal stresses. The results were as follows. 1. Fixed partial dentures do not function in bending as a symmetrical beam. Alternate areas of tension and compression were demonstrated when multiple contact loading was used. 2. The weakest part in posterior fixed partial dentures is the fixed joint. 3. (1) Models I and modified Model I were loaded on the pontic using a 50 pound vertical static load. The shear stress near the posterior fixed joint in Model 1 (U notches) was+129.4 p.s.i., and at the same fixed joint in modified Model 1 (V notches) was+239.4 p.s.i. The concentration of stress in fixed joint was reduced by 50% when U notches replaced the V notches. (2) Modified Model 2 was loaded using a multiple contact loader at a total load of 125 pounds. The difference between the principal stresses (${\sigma}_1-{\sigma}_2$), shear stress, at the V notches was+600 p.s.i., and at the U notches was+3l7 p.s.i. The shear stress was reduced by 50% when U notches replaced the V notches. V-grooves at the fixed joints should be avoided, and should be replaced by regular shaped U-grooves. 4. Cantilever fixed partial dentures had much higher stresses at the fixed joint than fixed partial dentures that were attached at both ends.

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REDD+ 모니터링 시스템 구축을 위한 원격탐사기술의 활용방안 (Application of Remote Sensing Technology for Developing REDD+ Monitoring Systems)

  • 박태진;이우균;정래선;김문일;권태협
    • 한국산림과학회지
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    • 제100권3호
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    • pp.315-326
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    • 2011
  • 최근 기후변화와 관련하여 국내를 비롯한 국제적인 관심이 증폭되고 있으며, 이러한 시대적인 흐름 속에 탄소흡수원으로서의 산림의 중요성이 부각되고 있다. 특히, 산림전용 및 황폐화 방지를 통한 온실가스감축(Reduced Emissions from Deforestation and Degradation, REDD) 및 산림탄소축적보존 및 증진, 지속가능한 산림경영을 포함하는 REDD+가 post-2012에 이행될 신규 메커니즘으로 활용될 전망이다. 메커니즘의 이행을 위해서는 기본적으로 MRV(Measuring, Reporting and Verification) 시스템을 통해 메커니즘 적용 효과를 인증 받아야 한다. 본 연구에서는 가장 효율적인 모니터링 방법 중 하나로 인정받고 있는 다양한 원격탐사기술의 토지피복변화 탐지 및 탄소축적량 추정하는 방법 및 효과를 비용 및 기술(불확실성)측면에서 분석하였다. 그 결과 토지피복변화탐지를 위해서는 중해상도 광학영상 및 위성 탑재 SAR(Synthetic Aperture Radar)가 가장 적합한 원격탐사자료로 도출되었다. 그리고 탄소축적량 추정에 있어서는, 항공기 탑재 LiDAR(Light Detection and Ranging), SAR와 같이 불확실성이 낮은 기술과 비용효율적인 기술인 중해상도 광학영상, 위성 탑재 SAR 간의 통합을 통해 효율적인 결과를 도출할 수 있음을 확인할 수 있었다. 하지만, 아직까지 본 메커니즘에 대한 명확한 인증기관, 가이드라인 및 불확실성에 대한 기준이 결정 되지 않고 있으므로, 추후 지속적인 관심을 통해 국제적인 흐름을 파악하고, 적합한 방법론을 구축해야 한다. 뿐만 아니라 개발된 메커니즘을 대상 개도국에 활용하기 위해서는 긴밀한 국제협력관계 구축 및 대상국에 적합한 모니터링 방법 또한 고려해야 할 필요성이 있다.

Formation of Resilience in the Context of Volunteer Activities Using Information and Communications Technology

  • Lazarenko, NataLiia;Sabat, Nataliia;Sabat, Nadiia;Sylenko, Nadiia;Rundong, Wang;Duchenko, Anna;Shuppe, Liudmyla
    • International Journal of Computer Science & Network Security
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    • 제22권6호
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    • pp.374-381
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    • 2022
  • The article identifies and theoretically substantiates the trends of national resilience in the context of establishing the security of the country and its civilizational subjectivity. The strategy of development of the pedagogical university in the conditions of European integration into the European educational and scientific space based on certain characterological features of the personality of the volunteer in the context of allocation of personal resilience is developed. The analysis of both external and internal challenges and threats to the civilization of the country needs to be understood in the context of economic, socio-political, legal, military-political, spiritual-cultural, educational-scientific and network-information resilience. The concepts of "national resilience" and "national security" are quite close - at first glance, even identical. However, a deeper understanding clarifies the differences: national security is a state of protection of the country identity and its very existence, the realization of its national interests. In turn, resilience is a fairly effective strategy and a fundamental guarantee of national security. At the same time, it is extremely important to understand that both national security as a state and national resilience as a strategy are only means of achieving and developing a strong and humanistic civilizational subjectivity of the country. After all, such subjectivity opens for citizens the opportunity for development, dignified self-realization and a proper life. The restructuring of the volunteer's motivational sphere is due to the dominance of such leading motives, which are focused mainly on maintaining and restoring health, which leads to distorted meaningful life goals: isolation, alienation, passivity, inertia, reduced activity, limited communication, etc. The characteristics of relatively stable human behavior include several primary and secondary properties. The primary (relevant) properties include patience, trust, hope, faith, confidence, determination, perseverance, and love; the secondary - punctuality, neatness, obedience, honesty, loyalty, justice, diligence, thrift, accuracy, conscientiousness, obligation, etc. The restructuring of the volunteer's motivational sphere is due to the dominance of such leading motives, which are focused mainly on maintaining and restoring health, which leads to distorted meaningful life goals: isolation, alienation, passivity, inertia, reduced activity, limited communication, etc. The characteristics of relatively stable human behavior include several primary and secondary properties. The primary (relevant) properties include patience, trust, hope, faith, confidence, determination, perseverance, and love; the secondary - punctuality, neatness, obedience, honesty, loyalty, justice, diligence, thrift, accuracy, conscientiousness, obligation, etc. The use of information and communication technologies in volunteering will contribute to the formation of resilience traits in the structure of personality formation. Directly to the personal traits of resilience should be included methodological competencies, which include methodological knowledge, skills and abilities (ability to define ultimate and intermediate goals, plan, conduct and analyze knowledge, establish and implement interdisciplinary links with disciplines of medical-psychological-pedagogical cycles, etc.). All these competencies form the professional resilience of the volunteer.

서울 금호동 오픈스페이스 네트워크 계획 (Network Planning on the Open Spaces in Geumho-dong, Seoul)

  • 강연주;배정한
    • 한국조경학회지
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    • 제40권5호
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    • pp.51-62
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    • 2012
  • 서울 금호동은 응봉의 산자락에 위치한 재개발 주거지역으로, 지형적 문제와 대규모 아파트단지의 조성, 부분적인 재개발사업의 시행 등 다양한 원인에 의해 주민들의 물리적, 사회적 단절이 심각한 곳이다. 본 연구는 이러한 금호동의 단절된 커뮤니티를 회복하기 위한 방안으로, 일상적 장소인 오픈스페이스의 기능과 이의 원활한 네트워크의 가능성에 주목하고자 한다. 연구를 위하여 우선 다양한 유형의 오픈스페이스를 점 또는 면적인 '거점'과 선적인 '통로'로 단순화하여 구분하고, 전체적인 맥락에서 네트워크 현황을 분석하였다. 분석 결과, 거점과 통로의 연결거리가 500m 이상인 구간이 전체의 반수 이상을 차지했으며, 유치권 안에 포함되지 않은 지역도 다수 나타났다. 축선도에 의한 연결도와 통합도 분석을 통해 연계가 취약한 구간을 점검하였으며, 추가로 거점이 필요한 구간도 산정하였다. 또한 거점과 통로의 질을 개선하기 위해 현장 조사를 실시, 문제점을 진단하고 해결 가능성을 검토하였다. 이상의 분석 결과들을 바탕으로 거점과 통로의 수적, 질적인 확보를 위한 금호동의 오픈스페이스 네트워크 계획을 수립하였다. 대상지 중심부에 주요 거점을 추가하고 6개의 보조 거점도 신규로 설치하였으며, 낙후된 보조 거점의 환경을 개선할 수 있는 방안을 마련하였다. 또한 연계가 힘든 대현산지역 근린공원 주변에 연결 통로를 확보하여 주요 통로로 기능하게 하고, 일부 구간을 중심으로 통로의 환경이 개선되도록 하였다. 네트워크 계획의 결과, 연결거리는 상당부분 줄어들었고, 연결도와 통합도는 증가하였으며, 유치권도 적절하게 확보될 수 있었다. 본 연구는 네트워크를 위한 법적, 제도적 뒷받침과 정량적인 지표화 과정 등의 한계점을 가지나, 복잡한 오픈스페이스의 유형을 단순하고 명확하게 정립하고, 이의 유기적인 관계를 정량적, 정성적으로 조명함으로써 전체적인 네트워크 구축을 위한 보다 합리적이고 실질적인 계획 방향을 제안하였다는 점에 그 의의를 갖는다.

${H_2}^{15}O$ PET을 이용한 뇌혈류 파라메트릭 영상 구성을 위한 알고리즘 비교 (Comparison of Algorithms for Generating Parametric Image of Cerebral Blood Flow Using ${H_2}^{15}O$ PET Positron Emission Tomography)

  • 이재성;이동수;박광석;정준기;이명철
    • 대한핵의학회지
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    • 제37권5호
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    • pp.288-300
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    • 2003
  • 목적: ${H_2}^{15}O$ PET의 정량화를 위하여 1-조직 구획모델이 쓰이며, 뇌혈류와 조직/혈액 분배계수를 구하기 위하여 nonlinear least squares (NLS) 방법이 사용되나 계산 시간이 긴 등의 문제로 파라미터를 각화소마다 구해야 하는 파라메트릭 영상 구성에는 적합하지 않다. 이 연구에서는 이와 같은 NLS 문제점을 극복하여 파라메트릭 영상을 빠르게 구성하기 위하여 제안된 파라미터 추정 알고리즘들을 구현하고, 이 방법들의 통계적 신뢰도와 계산의 효율성을 비교하였다. 대상 및 방법: 이 연구에서 이용한 방법들은 linear least squares (LLS), linear weighted least squares (LWLS), linear generalized least squares (GLS), linear generalized weighted least squares (GWLS), weighted integration (WI), 그리고 model-based clustering method (CAKS)이다. 노이즈 정도에 따른 각 파라메트릭 영상법의 정확성 및 통계적 신뢰성을 알아보기 위하여 Zubal 뇌모형(brain phantom)으로부터 동적 PET 영상을 모사하고 포아송노이즈를 더한 후 각 파라메트릭 영상 구성 방법을 적용하였다. 또한 정상인 16명에 대하여 얻은 실제 자료에 대하여 이 방법들을 적용하고 결과를 비교하였다. 결과: 뇌혈류와 분배계수에 대한 평균 오차는 방법에 따라 크게 다르지 않았으며 모든 방법이 뇌혈류 및 분배계수 추정에 있어 무시할 만한 바이어스를 보였다. 파라메트릭 영상의 정성적 특성 또한 유사하였으나 CAKS 방법의 계산 속도가 월등하여 NLS 방법의 약 1/500, LLS 방법의 약 1/25의 계산시간을 보였다. 결론: 뇌혈류 파라메트릭 영상 구성을 위한 빠른 파라미터 추정 알고리즘들 중에 보다 개선되어 제안된 LWS, GLS, GLWS, CAKS 방법들이 단순하고 빠른 LLS, WI 방법들에 비하여 통계적 신뢰성을 크게 향상시키지는 못하나 CAKS 방법은 계산 시간을 유의하게 단축시키므로 가장 적합한 파라메트릭 영상 구성방법이라 할 수 있을 것이다.