We propose a deep learning analysis technique with a convolutional neural network (CNN) to predict the evolutionary track of the Epoch of Reionization (EoR) from the 21-cm differential brightness temperature tomography images. We use 21cmFAST, a fast semi-numerical cosmological 21-cm signal simulator, to produce mock 21-cm maps between z = 6 ~ 13. We then apply two observational effects, such as instrumental noise and limit of (spatial and depth) resolution somewhat suitable for realistic choices of the Square Kilometre Array (SKA), into the 21-cm maps. We design our deep learning model with CNN to predict the sliced-averaged neutral hydrogen fraction from the given 21-cm map. The estimated neutral fraction from our CNN model has great agreement with the true value even after coarsely smoothing with broad beam size and frequency bandwidth and heavily covered by noise with narrow beam size and frequency bandwidth. Our results show that the deep learning analyzing method has the potential to reconstruct the EoR history efficiently from the 21-cm tomography surveys in future.
Recently, one interesting possibility is proposed that a magnetar can be a progenitor of short and hard gamma-ray bursts (GRBs). If this is true, one may expect that the short and hard GRBs, at least some of GRBs in this class, are distributed in the Euclidean space and that the angular position of these GRBs is correlated with galaxy clusters. Even though it is reported that the correlation is statistically marginal, the observed value of < $V/V_{max}$ > deviates from the Euclidean value. The latter fact is often used as evidence against a local extragalactic origin for short GRB class. We demonstrate that GRB sample of which the value of < $V/V_{max}$ > deviates from the Euclidean value can be spatially confined within the low value of z. We select very short bursts (TgO < 0.3 sec) from the BATSE 4B catalog. The value of < $V/V_{max}$ > of the short bursts is 0.4459. Considering a conic-beam and a cylindrical beam for the luminosity function, we deduce the corresponding spatial distribution of the GRB sources. We also calculate the fraction of bursts whose redshifts are larger than a certain redshift z', i.e. f>z'. We find that GRBs may be distributed near to us, despite the non-Euclidean value of < $V/V_{max}$ >. A broad and uniform beam pattern seems compatible with the magnetar model in that the magnetar model requires a small $z_{max}$.
Transactions of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering
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v.21
no.8
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pp.720-725
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2011
Most ultrasonic vibration cutting tools are operated at the resonance condition of the longitudinal vibration of the structure consisting of booster, horn and bite. In this study, a transverse vibration tool with beam shape is designed to utilize the vibration characteristics of the beam. Design point of the transverse vibration tool is to match the resonance frequency of the bite to the frequency of the signal to excite the piezoelectric element in the booster. The design process to match the natural frequency of the longitudinal vibration mode of the horn and that of the transverse vibration mode of the bite is presented. Dimensions of the horn and bite are searched by trend analysis through which the standard shapes of the horn and bite are determined. After the dimensions of each component of the cutting tool consisting of booster, horn and bite are determined, the assembled structure was experimentally tested to verify that true resonant condition is achieved and proper vibrational displacement are obtained to ensure that enough cutting force is generated.
The 3-noded metric Timoshenko beam element with an offset of the internal node from the element centre is used here to demonstrate the best-fit paradigm using function space formulation under locking and mesh distortion. The best-fit paradigm follows from the projection theorem describing finite element analysis which shows that the stresses computed by the displacement finite element procedure are the best approximation of the true stresses at an element level as well as global level. In this paper, closed form best-fit solutions are arrived for the 3-noded Timoshenko beam element through function space formulation by combining field consistency requirements and distortion effects for the element modelled in metric Cartesian coordinates. It is demonstrated through projection theorems how lock-free best-fit solutions are arrived even under mesh distortion by using a consistent definition for the shear strain field. It is shown how the field consistency enforced finite element solution differ from the best-fit solution by an extraneous response resulting from an additional spurious force vector. However, it can be observed that when the extraneous forces vanish fortuitously, the field consistent solution coincides with the best-fit strain solution.
Objective: This study compared three prominent midsagittal planes (MSPs) to identify the MSP that best approximates the true symmetrical MSP. Methods: Forty-three patients (mean age, 23.0 ± 8.20 years) were grouped as follows: group 1 consisted of 10 patients with skeletal Class I and a menton (Me) deviation of < 2 mm; group 2, 11 patients with skeletal Class III and a Me deviation < 2 mm; group 3, nine patients with skeletal Class III and a Me deviation of 2 to less than 4 mm; and group 4, 13 patients with skeletal Class III and an Me deviation ≥ 4 mm. The candidate MSPs were established by three-dimensional (3D) cone beam computed tomography (CBCT) reorientation methods (RMs): (1) the MSP perpendicular to the Frankfort horizontal (FH) plane while passing through the crista galli and basion; (2) the MSP including the nasion, incisive foramen, and basion; (3) the MSP including the nasion, anterior nasal spine, and posterior nasal spine. The mean absolute distances (MADs) to the MSPs were calculated from the coordinates of 1,548 points on 129 CBCT images. The differences in the values of the 3D coordinates among RMs were compared. Results: The MADs of the three RMs showed significant differences (p < 0.05). Most of the differences in values of the coordinates were not significant among RMs. Conclusions: Although the differences in distance among the three MSPs were minor, the MSP perpendicular to the FH plane while passing through the crista galli and basion best approximated the true symmetrical MSP.
In megavoltage (MV) radiotherapy, delivering the dose to the target volume is important while protecting the surrounding normal tissue. The purpose of this study was to evaluate the modulation transfer function (MTF), the noise power spectrum (NPS), and the detective quantum efficiency (DQE) using an edge block in megavoltage X-ray imaging (MVI). We used an edge block, which consists of tungsten with dimensions of 19 (thickness) ${\times}$ 10 (length) ${\times}$ 1 (width) $cm^3$ and measured the pre-sampling MTF at 6 MV energy. Various radiation therapy (RT) devices such as TrueBeam$^{TM}$ (Varian), BEAMVIEW$^{PLUS}$ (Siemens), iViewGT (Elekta) and Clinac$^{(R)}$iX (Varian) were used. As for MTF results, TrueBeam$^{TM}$(Varian) flattening filter free(FFF) showed the highest values of $0.46mm^{-1}$ and $1.40mm^{-1}$ for MTF 0.5 and 0.1. In NPS, iViewGT (Elekta) showed the lowest noise distribution. In DQE, iViewGT (Elekta) showed the best efficiency at a peak DQE and $1mm^{-1}DQE$ of 0.0026 and 0.00014, respectively. This study could be used not only for traditional QA imaging but also for quantitative MTF, NPS, and DQE measurement for development of an electronic portal imaging device (EPID).
Traditionally used analytical approach to predict the fatigue failure of reinforced concrete (RC) structure is generally conservative and has certain limitations. The nonlinear finite element method (FEM) offers less expensive solution for fatigue analysis with sufficient accuracy. However, the conventional implicit dynamic analysis is very expensive for high level computation. Whereas, an explicit dynamic analysis approach offers a computationally operative modelling to predict true responses of a structural element under periodic loading and might be perfectly matched to accomplish long life fatigue computations. Hence, this study simulates the fatigue behaviour of RC beams with finite element (FE) assemblage presenting a simplified explicit dynamic numerical solution to show computer aided fatigue behaviour of RC beam. A commercial FEM package, ABAQUS has been chosen for this complex modelling. The concrete has been modelled as a 8-node solid element providing competent compression hardening and tension stiffening. The steel reinforcements are simulated as two-node truss elements comprising elasto-plastic stress-strain behaviour. All the possible nonlinearities are duly incorporated. Time domain analysis has been adopted through an automatic Newmark-β time incremental technique. The program consists of twelve RC beams to visualize the real behaviour during fatigue process and to obtain the reliability of the study. Both the numerical and experimental results indicate a redistribution of stresses along the time and damage accumulation of beam which severely affect the serviceability and ultimate capacity of RC beam. The output of the FEM analysis demonstrates good match with the experimental consequences which affirm the efficacy of the computer aided model. The controlled fatigue damage evolution at service fatigue load limits makes the FE model an efficient tool in predicting high cycle fatigue behaviour of RC structures.
International Journal of Concrete Structures and Materials
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v.8
no.2
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pp.129-139
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2014
In this study, the concrete fracture energy was obtained using the three point notched beam test method developed by Hillerborg et al. (Cem Concr Res 6(6):773-782, 1976). A total of 12 notched concrete beams were tested under two different loading conditions: constant stroke control and constant crack mouth opening displacement (CMOD) control. Despite individual fracture energies obtained from the two different loading conditions showing some variation, the average fracture energy from both loading conditions was very similar. Furthermore, the results obtained support the idea that a far tail constant "A" could change the true fracture energy by up to 11 %, if it is calculated using CMOD instead of LVDT. The far tail constant "A" is determined using a least squares fit onto a straight line according to Elices et al. (Mater Struct 25(148):212-218, 1992) and RILEM report (2007). It was also observed that the selection of the end point can produce variations of the true fracture energy. The end point indicates the point in the experiment at which to stop. An end point of 2 mm has been recommended, however, in this study other end points were also considered. The final form of the bilinear softening curve was determined based on Elices and Guinea's methods (1992, 1994) and RILEM report (2007). This paper proposes a bilinear stress-crack opening displacement curve according to test results as well as the CEB-FIP model code.
Seung Mo Hong;Uiseob Lee;Sung-woo Kim;Youngmoon Goh;Min-Jae Park;Chiyoung Jeong;Jungwon Kwak;Byungchul Cho
Progress in Medical Physics
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v.34
no.1
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pp.1-9
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2023
Purpose: Although ionization chambers are widely used to measure beam commissioning data, point-by-point measurements of all the profiles with various field size and depths are time-consuming tasks. As an alternative, we investigated the feasibility of a linear diode array for commissioning a treatment planning system. Methods: The beam data of a Varian TrueBeam® radiotherapy system at 6 and 10 MV with/without a flattening filter were measured for commissioning of an Eclipse Analytical Anisotropic Algorithm (AAA) ver.15.6. All of the necessary beam data were measured using an IBA CC13 ionization chamber and validated against Varian "Golden Beam" data. After validation, the measured CC13 profiles were used for commissioning the Eclipse AAA (AAACC13). In addition, an IBA LDA-99SC linear diode array detector was used to measure all of the beam profiles and for commissioning a separate model (AAALDA99). Finally, the AAACC13 and AAALDA99 dose calculations for each of the 10 clinical plans were compared. Results: The agreement of the CC13 profiles with the Varian Golden Beam data was confirmed within 1% except in the penumbral region, where ≤2% of a discrepancy related to machine-specific jaw calibration was observed. Since the volume was larger for the CC13 chamber than for the LDA-99SC chamber, the penumbra widths were larger in the CC13 profiles, resulting in ≤5% differences. However, after beam modeling, the penumbral widths agreed within 0.1 mm. Finally the AAALDA99 and AAACC13 dose distributions agreed within 1% for all voxels inside the body for the 10 clinical plans. Conclusions: In conclusion, the LDA-99SC diode array detector was found to be accurate and efficient for measuring photon beam profiles to commission treatment planning systems.
Goo, Jang Hyeon;Won, Hui Su;Hong, Joo Wan;Chang, Nam Jun;Park, Jin Hong
The Journal of Korean Society for Radiation Therapy
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v.26
no.2
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pp.363-368
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2014
Purpose : The aim of this study was to appraise properties for radiation therapy techniques and effectiveness of time and economy to a patient in the case of applying flattening filter-free (3F) and flattening filter (2F) beam to the radiation therapy. Materials and Methods : Alderson rando phantom was scanned for computed tomography image. Treatment plans for intensity modulated radiation therapy (IMRT), volumetric modulated arc therapy (VMAT) and stereotactic body radiation therapy (SBRT) with 3F and 2F beam were designed for prostate cancer. To evaluate the differences between the 3F and 2F beam, total monitor units (MUs), beam on time (BOT) and gantry rotation time (GRT) were used and measured with $TrueBeam^{TM}$ STx and Surveillance And Measurement (SAM) 940 detector was used for photoneutron emitted by using 3F and 2F. To assess temporal and economical aspect for a patient, total treatment periods and medical fees were estimated. Results : In using 3F beam, total MUs in IMRT plan increased the highest up to 34.0% and in the test of BOT, GRT and photoneutron, the values in SBRT plan decreased the lowest 39.8, 38.6 and 48.1%, respectively. In the temporal and economical aspect, there were no differences between 3F and 2F beam in all of plans and the results showed that 10 days and 169,560 won was lowest in SBRT plan. Conclusion : According as the results, total MUs increased by using 3F beam than 2F beam but BOT, GRT and photoneutron decreased. From above the results, using 3F beam can decrease intra-fraction setup error and risk of radiation-induced secondary malignancy. But, using 3F beam did not make the benefits of temporal and economical aspect for a patient with the radiation therapy.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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