Clustering algorithms attempt to find a partition of a finite set of objects in to a potentially predetermined number of nonempty subsets. Gibbs sampling of a normal mixture of linear mixed regressions with a Dirichlet prior distribution calculates posterior probabilities when the number of clusters was known. Our approach provides simultaneous partitioning and parameter estimation with the computation of classification probabilities. A Monte Carlo study of curve estimation results showed that the model was useful for function estimation. Examples are given to show how these models perform on real data.
Park, Jang Guen;Kim, Chan Hyeong;Kim, Jong Bum;Moon, Jinho;Jung, Sung-Hee
Journal of Radiation Industry
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v.5
no.4
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pp.325-330
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2011
To predict the details of flow in industrial process unit, single photon emission computed tomography (SPECT) is a promising technique. Recently, industrial SPECT based on medical system has developed by researchers of the Korea Atomic Energy Research Institute (KAERI) and Hanyang University. In the present study, to confirm the effect of the number of detectors on image quality, and determine the optimal number of detectors in industrial SPECT, industrial SPECT system with various geometries were evaluated by the Monte Carlo simulation. CsI(Tl) detectors ($12mm{\times}12mm{\times}20mm$) with collimators (the geometric resolution of collimator $R_g$ was 4 cm at the center of the 30 cm diameter cylindrical vessel object) were modeled in a hexagonal array, and the point sources of $^{99m}Tc$, $^{68}Ga$, and $^{137}Cs$ were simulated at the center of the cylindrical vessel object using the MCNPX code. Then, the reconstruction images of each geometry were reconstructed using the expectation maximization (EM) algorithm. In this study, the reciprocity theorem was used to improve computation time required for system matrix of the EM algorithm. The result shows that the resolution of the reconstructed image was significantly improved by increasing the number of detectors in industrial SPECT system and more than 60 detectors will be required for the resolution of the reconstructed image.
The noise sources of a Hyperion image are mainly due to the atmospheric effects, the sensor's instrumental errors, and A/D conversion. Though uncalibrated, overlapping, and all deep water absorption bands generally are removed, there still exist noisy bands. The visual inspection for selecting clean and stable processing bands is a simple practice, but is a manual, inefficient, and subjective process. In this paper, we propose that the extrema ratio be used for noise estimation and unsupervised band selection. The extrema ratio was compared with existing SNR and entropy measures. First, Gaussian, salt and pepper, and Speckle noises were added to ALI (Advanced Land Imager) images with relatively low noises, and the relation of noise level and those measures was explored. Second, the unsupervised band selection was performed through the EM (Expectation-Maximization) algorithm of the measures which were extracted from a Hyperion images. The Hyperion data were classified into 5 categories according to the image quality by visual inspection, and used as the reference data. The experimental result showed that the extrema ratio could be used effectively for band selection of Hyperion images.
This paper presents two methods for automatic estimation of threshold values in unsupervised change detection of multi-temporal remote sensing images. The proposed methods consist of two analytical steps. The first step is to compute the parameters of a 3-component Gaussian mixture model from difference or ratio images. The second step is to determine a threshold value using Bayesian rule for minimum error. The first method which is an extended version of Bruzzone and Prieto' method (2000) is to apply an Expectation-Maximization algorithm for estimation of the parameters of the Gaussian mixture model. The second method is based on an iterative thresholding algorithm that successively employs thresholding and estimation of the model parameters. The effectiveness and applicability of the methods proposed here were illustrated by two experiments and one case study including the synthetic data sets and KOMPSAT-1 EOC images. The experiments demonstrate that the proposed methods can effectively estimate the model parameters and the threshold value determined shows the minimum overall error.
In this study, we evaluated the performance of a commercial pixelated cadmium zinc telluride (CZT) detector for spectroscopy and identified its feasibility as a Compton camera for radiation monitoring in a nuclear power plant. The detection system consisted of a $20mm{\times}20mm{\times}5mm$ CZT crystal with $8{\times}8$ pixelated anodes and a common cathode, in addition to an application specific integrated circuit. The performance of the various radioisotopes $^{57}Co$, $^{133}Ba$, $^{22}Na$, and $^{137}Cs$ was evaluated. In general, the amplitude of the induced signal in a CZT crystal depends on the interaction position and material non-uniformity. To minimize this dependency, a drift time correction was applied. The depth of each interaction was calculated by the drift time and the positional dependency of the signal amplitude was corrected based on the depth information. After the correction, the Compton regions of each spectrum were reduced, and energy resolutions of 122 keV, 356 keV, 511 keV, and 662 keV peaks were improved from 13.59%, 9.56%, 6.08%, and 5%-4.61%, 2.94%, 2.08%, and 2.2%, respectively. For the Compton imaging, simulations and experiments using one $^{137}Cs$ source with various angular positions and two $^{137}Cs$ sources were performed. Individual and multiple sources of $^{133}Ba$, $^{22}Na$, and $^{137}Cs$ were also measured. The images were successfully reconstructed by weighted list-mode maximum likelihood expectation maximization method. The angular resolutions and intrinsic efficiency of the $^{137}Cs$ experiments were approximately $7^{\circ}-9^{\circ}$ and $5{\times}10^{-4}-7{\times}10^{-4}$, respectively. The distortions of the source distribution were proportional to the offset angle.
Kim, Soo-Hyun;Lee, Donggu;Sun, Young-Ghyu;Sim, Issac;Hwang, Yu-Min;Shin, Yoan;Kim, Dong-In;Kim, Jin-Young
The Journal of the Institute of Internet, Broadcasting and Communication
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v.19
no.4
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pp.7-12
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2019
Ambient backscatter communication is limited to channel estimation technique through a pilot signal, which is a channel estimation method in current RF communication, due to transmission power efficiency. In a limited transmission power environment, the research of traditional ambient backscatter communication has been studied assuming that it is an ideal channel without signal distortions due to channel conditions. In this paper, we propose an expectation-maximization(EM) algorithm, one of the blind channel estimation techniques, as a channel estimation method in ambient backscatter communication system which is the state of channel following normal distribution. In the proposed system model, the simulations confirm that channel estimate through EM algorithm is approaching the lower bound of the mean square error compared with the Bayesian Cramer-Rao Boundary(BCRB) to check performance. It shows that the channel parameter can be estimated in the ambient backscatter communication system.
A-PET is a quad-head PET scanner developed for use in small-animal imaging. The dimensions of its volumetric field of view (FOV) are $46.1{\times}46.1{\times}46.1mm^3$ and the gap between the detector modules has been minimized in order to provide a highly sensitive system. However, such a small FOV together with the quad-head geometry causes image quality degradation. The main factor related to image degradation for the quad-head PET is the mispositioning of events caused by the penetration effect in the detector. In this paper, we propose a precise method for modelling the system at the high spatial resolution of the A-PET using a LOR (line of response) based ML-EM (maximum likelihood expectation maximization) that allows for penetration effects. The proposed system model provides the detection probability of every possible ray-path via crystal sampling methods. For the ray-path sampling, the sub-LORs are defined by connecting the sampling points of the crystal pair. We incorporate the detection probability of each sub-LOR into the model by calculating the penetration effect. For comparison, we used a standard LOR-based model and a Monte Carlo-based modeling approach, and evaluated the reconstructed images using both the National Electrical Manufacturers Association NU 4-2008 standards and the Geant4 Application for Tomographic Emission simulation toolkit (GATE). An average full width at half maximum (FWHM) at different locations of 1.77 mm and 1.79 mm are obtained using the proposed system model and standard LOR system model, which does not include penetration effects, respectively. The standard deviation of the uniform region in the NEMA image quality phantom is 2.14% for the proposed method and 14.3% for the LOR system model, indicating that the proposed model out-performs the standard LOR-based model.
In this study, the images of specific prompt gamma (PG)-rays of 719 keV emitted from proton-boron reactions were analyzed using single-photon emission computed tomography (SPECT). Quantitative evaluation of the images verified the detection of anatomical changes in tumors, one of the important factors in daily adaptive proton therapy (DAPT) and verified the possibility of application of the PG-ray images to DAPT. Six scenarios were considered based on various sizes and locations compared to the reference virtual tumor to observe the anatomical alterations in the virtual tumor. Subsequently, PG-rays SPECT images were acquired using the modified ordered subset expectation-maximization algorithm, and these were evaluated using quantitative analysis methods. The results confirmed that the pixel range and location of the highest value of the normalized pixel in the PG-rays SPECT image profile changed according to the size and location of the virtual tumor. Moreover, the alterations in the virtual tumor size and location in the PG-rays SPECT images were similar to the true size and location alterations set in the phantom. Based on the above results, the tumor anatomical alterations in DAPT could be adequately detected and verified through SPECT imaging using the 719 keV PG-rays acquired during treatment.
Alcover-Sanchez, R.;Soria, J.M.;Perez-Aracil, J.;Pereira, E.;Diez-Jimenez, E.
Smart Structures and Systems
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v.29
no.3
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pp.499-512
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2022
This work proposes a novel contactless vibration damping and thermal isolation tripod platform based on Superconducting Magnetic Levitation (SML). This prototype is suitable for cryogenic environments, where classical passive, semi active and active vibration isolation techniques may present tribological problems due to the low temperatures and/or cannot guarantee an enough thermal isolation. The levitating platform consists of a Superconducting Magnetic Levitation (SML) with inherent passive static stabilization. In addition, the use of Operational Modal Analysis (OMA) technique is proposed to characterize the transmissibility function from the baseplate to the platform. The OMA is based on the Stochastic Subspace Identification (SSI) by using the Expectation Maximization (EM) algorithm. This paper contributes to the use of SSI-EM for SML applications by proposing a step-by-step experimental methodology to process the measured data, which are obtained with different unknown excitations: ambient excitation and impulse excitation. Thus, the performance of SSI-EM for SML applications can be improved, providing a good estimation of the natural frequency and damping ratio without any controlled excitation, which is the main obstacle to use an experimental modal analysis in cryogenic environments. The dynamic response of the 510 g levitating platform has been characterized by means of OMA in a cryogenic, 77 K, and high vacuum, 1E-5 mbar, environment. The measured vertical and radial stiffness are 9872.4 N/m and 21329 N/m, respectively, whilst the measured vertical and radial damping values are 0.5278 Nm/s and 0.8938 Nm/s. The first natural frequency in vertical direction has been identified to be 27.39 Hz, whilst a value of 40.26 Hz was identified for the radial direction. The determined damping values for both modes are 0.46% and 0.53%, respectively.
Kim, Jong-Pil;Yoon, Seok-Hwan;Lim, Jung-Jin;Woo, Jae-Ryong
The Korean Journal of Nuclear Medicine Technology
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v.15
no.2
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pp.30-35
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2011
Purpose: The Boramae Hospital are currently using Wide beam reconstruction (WBR: UltraSPECT, Israel) to improve the resolution. The Xact-bone belongs to the WBR. It has been reported that Xact-bone helps us to improve image resolution and contrast. This study will be evaluated clinical usefulness of Xact-bone method. Materials and Methods: The usefulness evaluation of Xact-bone method was analyzed in resolution test and contrast ratio. The resolution test in Planar image were obtained from Full width at half maximum (FWHM) by using capillary tube. And the contrast ratio was obtained from Bone and Soft tissue (B/S) ratio values that were acquired from bone scan study of 50 patients before and after using the Xact-bone method. We prepared the Triple Line Source Phantom, NEMA IEC Body Phantom and Standard Jaszczak Phantom to acquire the FWHM and Contrast Ratio values of Single photon emission computed tomography (SPECT) image. Subsequently we compared among the Filtered backprojection (FBP), Orderd subset expectation maximization (OSEM) and Xact-Bone image. Results: The results of the planar Xact-bone data improved resolution about 20% by using capillary tube. In addition it was improved B/S ratio about 15%. When using Triple Line Source Phantom, SPECT Xact-bone data improved resolution for both FBP, OSEM methods about 20% and 10%, respectively. Contrast ratio in each spheres has also been increased for both methods that using NEMA IEC body Phantom and Standard Jaszczak Phantom. Conclusion: When we were using Xact-bone method, we could see to improve the resolution and Contrast ratio as compared to do not use the Xact-bone method. Accordingly, by using WBR's Xact-bone method is expected to improve the image quality. However, when introducing new software, it is needed to match the characteristics of the hospital protocol and clinical application.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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