A computational model representative of cardiovascular circulation was built using 12 standard lumped compartments. Especially, both the baroreceptor reflex and the cardiopulmonary reflex control model were implemented to explain the auto-regulation of cardiovascular system. Another important aspect of this model is to utilize the impulse-response curve of the nerve system in transferring the impulse error signals to autonomous nerve system. For the verification of this model, we have computed the normal hemodynamic conditions and compared those with the clinical data. Then. hemodynamic shock of 20% hemorrhage to cardiovascular system was simulated to test the effects of the control system model. The results of these two simulations were well matched with the experimental ones. The steady state LBNP simulation was also performed. The transient changes of hemodynamic variables due to ramp increase of bias pressure of LBNP showed good agreement with the physiological experiments. Numerical solution using only the baroreflex model showed relatively a larger deviation from the experimental data. compared with the one using the control model haying both the baroreflex and the cardiopulmonary reflex systems, which shows an important role of the cardiopulmonary reflex system for the simulation of the hemodynamic behavior of the cardiovascular system .
Falling related injuries are categorized as the most serious and common medical problems experienced by the elderly, hip joint fracture, one of the most serious consequences of falling in the elderly, occurs in only about 1% of falling. Nevertheless, hip fracture accounts for a considerable part of the disability, death, and medical costs associated with falling. In this study, we considered the impact angle and displacement rate in falling as another factor affecting femoral strength. Using a fresh-frozen human femur, we developed system to simulate the falling condition and then conducted the experiments changing the impact angle (0$^{\circ}$, 15$^{\circ}$, 30$^{\circ}$) of proximal femur. Also, in order to analyze the relative risk due to falling to normal situation in proximal femur, we did the static test simulating the two-legged stance condition. The results showed that the change in impact angle affected the strain distribution in proximal femur, and that a large deformation in femoral neck than in other sites. Furthermore despite low impact velocity, a large deformation in proximal femur occurred in the impact test and different strain distribution was observed compare to the static case.
he photoconductive gain mechanism in amorphus silicon devices was investigated in connection with applications to radiation detection. Various device types such as p-i-n, n-i-n and i-i-p-i-n structures were fabricated and tested. Photoconductive gain was measured in two time scales : one for short pulses of visible light(<$1{\mu}sec$) which simulate the transit of energetic charged particles or ${\gamma}$-rays, and the other for rather long pulses of light(1msec) which simulate x-ray exposure in medical imaging, We used two definitions of phtoconductive gain : current gain and charge gain which is an integration of the current gain. We obtained typical charge gains of 3~9 for short pulses and a few hundreds for long pulses at a dark current density level of 10mA/$cm^2$. Various gain results are discussed in terms of the device structure, applied bias and dark current density.
The Journal of Korean Institute of Communications and Information Sciences
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v.39B
no.3
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pp.143-150
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2014
In this paper, we propose an energy efficient and delay guaranteed node scheduling scheme inspired by biological systems, which have gained considerable attention as a computing and problem solving technique. With the identification of analogies between cellular signaling systems and WSN systems, we formulate a new mathematical model that considers the networking challenges of WSNs. The proposed bio-inspired algorithm determines the state of the sensor node, as required by each application and as determined by the local environmental conditions and the states of the adjacent nodes. A control analysis shows that the proposed bio-inspired scheme guarantees the system stability by controlling the parameters of each node. Simulation results also indicate that the proposed scheme provides significant energy savings, as well as reliable delay guarantees by controlling the states of the sensor nodes.
Intensity-modulated radiation therapy (IMRT) often uses small beam segments. The heterogeneity effect is well known for relatively large field sizes used in the conventional radiation treatments. However, this effect is not known in small fields such as the beamlets used in IMRT. There are many factors that can cause errors in the small field i.e. electronic disequilibrium and multiple electron scattering. This study prepared geometrically regular heterogeneous phantoms, and compared the measurements with the calculations using the Convolution/Superposition algorithm and Monte Carlo method for small beams. This study used the BEAM00/EGS4 code to simulate the head of a Varian 2300C/D. The commissioning of a 6MV photon beam were performed from two points of view, the beam profiles and depth doses. The calculated voxel size was 1${\times}$1${\times}$2$\textrm{cm}^2$ with field sizes of 1${\times}$1$\textrm{cm}^2$, 2${\times}$2$\textrm{cm}^2$, and 5${\times}$5$\textrm{cm}^2$. The XiOTM TPS (Treatment Planning System) was used for the calculation using the Convolution/Superposition algorithm. The 6MV photon beam was irradiated to homogeneous (water equivalent) and heterogeneous phantoms (water equivalent + air cavity, water equivalent + bone equivalent). The beam profiles were well matched within :t1 mm and the depth doses were within ${\pm}$2%. In conclusion, the dose calculations of the Convolution/Superposition and Monte Carlo simulations showed good agreement with the film measurements in the small field.
Mass transport through nanoporous structures such as nanopores or nanochannels has fundamental electrochemical implications and many potential applications as well. These structures can be particularly useful for water treatment, energy conversion, biosensing, and controlled delivery of substances. Earlier research focused on creating nanopores with diameters ranging from tens to hundreds of nanometers that can selectively transport cationic or anionic charged species. However, recent studies have shown that nanopores with diameters of a few nanometers or even less can achieve more complex and versatile transport control. For example, nanopores that mimic biological channels can be functionalized with specific receptors to detect viruses, small molecules, and even ions, or can be made hydrophobic and responsive to external stimuli, such as light and electric field, to act as efficient valves. This review summarizes the latest developments in nanopore-based systems that can control mass transport based on the size of the nanopores (e.g., length, diameter, and shape) and the physical/chemical properties of their inner surfaces. It also provides some examples of practical applications of these systems.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.41
no.5
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pp.303-309
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2017
In this study, the characteristics of the temperature generated by light irradiation, on the surface of a biological tissue with an abnormal tissue part (paraffin) and at the surroundings of the abnormal tissue were studied by numerical and experimental methods. The temperature in the tissue was solved using the computational heat transfer and was compared with the temperature measured with thermocouples. The effects of the light wavelength and the irradiation time on the temperature distribution were analyzed. As a result, the temperature distribution from the irradiation of light in the biological tissue was different when there was an abnormal tissue part. The temperature in the biological tissue with the abnormal tissue part was higher than in a normal tissue.
A general expression for the beam patterns of various synthetic aperture(SA) techniques was derived based on a unified SA model. This model was used to analyze and compare the performance of existing SA methods. Based on the theoretical studies, we propose a new synthetic aperture technique that is best suitable for the linear-scan imaging. The proposed method enables dynamic tow-way focusing in real imaging so that the B-mode image resolution can be greatly improved. Compared to the conventional focusing technique, the focused beam pattern by the proposed shows the mainlobe width reduced by half and comparable sidelobe levels. Computer simulation results demonstrated the validity of the theoretical analysis and the proposed SA method.
A virtual arthroscopy is a simulation of optical arthroscopy that reconstructs anatomical structures from tomographic images in joint region such as a knee, a shoulder and a wrist. In this paper, we propose a virtual arthroscopy based on isosurface raycasting, which is a kind of volume rendering methods for generating 3D images within a short time. Our method exploits a spatial data structure called min-max map to produce high-quality images in near real-time. Also we devise a physically-based camera control model using potential field. So a virtual camera can fly through in articular cavity without restriction. Using the high-speed rendering method and realistic camera control model, we developed a virtual arthroscopy system.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.40
no.7
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pp.629-635
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2016
This paper presents a method for predicting and tracking the irregular motion of bio-systems, - such as petals of flowers, butterflies or seeds of dandelion - based on the particle filtering theory. In bio-inspired system design, the ability to predict the dynamic motion of particles through adequate, experimentally verified models is important. The modeling of petal particle systems falling in air was carried out using the Bayesian probability rule. The experimental results show that the suggested method has good predictive power in the case of random disturbances induced by the turbulence of air.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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