제한된 평균 생존시간 추정 방법 고찰 및 새로운 민감도 분석 방법 개발

학위논문(박사) -- 서울대학교대학원 : 융합과학기술대학원 응용바이오공학과, 2023. 2. 박지훈.The difference in restricted mean survival time (RMST) has been increasingly used as an alternative measure to hazard ratio in survival analysis. Unlike relative effect measure such as hazard ratio, RMST difference provides information about an intuitively interpretable absolute risk and is known to be robust regardless of the proportional hazards assumption. In experimental studies such as a randomized controlled trial, the RMST is calculated by integrating the area under the Kaplan-Meier curve up to a specific time point, and the difference in RMST between the two groups is used as a causal effect of exposure. However, in observational studies, the standard Kaplan-Meier estimator cannot be directly used for calculating the RMST because of confounding bias due to non-random exposure assignment. The difference in RMST adjusted for potential confounders can be estimated using methods such as direct RMST regression, inverse probability weighting, G-computation, etc. Through multiple simulation studies in which all the models were correctly specified, we confirmed that all the methods being considered provided the unbiased estimates with the percentile bootstrap confidence intervals achieving near nominal coverage probability. Although several methods have been developed for evaluating the difference in RMST adjusted for potential confounders in the observational study, there is no study on the sensitivity analysis of unmeasured confounding. Therefore, we propose a novel sensitivity analysis method that considers unmeasured confounding for evaluating the estimate of the difference in adjusted RMST. Given a user-specified sensitivity parameter, one can obtain the sensitivity range and confidence interval of bias-adjusted difference in RMST. It is necessary to solve a complex optimization problem to obtain the sensitivity range and confidence interval, but there is no analytic solution except in special cases. While the optimization problem can be directly solved by using an optimization algorithm such as L-BFGS-B (hereafter referred to this method as the direct optimization method), it takes considerable computational time. Therefore, we propose an approximate optimization method comparable to the direct optimization method in terms of bias, achieving substantial reduction in the computational time. Through intensive Monte Carlo simulation studies, we showed that the proposed approximate optimization method can be a practical alternative. When applying our sensitivity analysis method in practice, we recommend using the approximate optimization method in case that the censoring rate is less than 0.7. Otherwise, one may use the direct optimization method using an optimization algorithm.생존 분석에서 제한된 평균 생존 시간(restricted mean survival time; RMST)의 차이는 위험 비율(hazard ratio)에 대한 대안 척도로 점점 더 많이 사용되고 있다. 위험 비율과 같은 상대적 효과 측도(relative effect measure)와 달리, RMST 차이는 직관적으로 해석 가능한 절대 위험(absolute risk)에 대한 정보를 제공하며 비례 위험 가정에 관계없이 로버스트한 것으로 알려져 있다. 무작위대조시험에서는 Kaplan-Meier 곡선 아래의 면적을 특정 시점까지 적분하여 RMST를 계산하고, 두 그룹 간의 RMST 차이를 노출(exposure)의 인과효과로 사용한다. 이에 반해, 관찰 연구에서는 비무작위 노출 할당으로 인한 교란 편향 때문에 표준적인 Kaplan-Meier 추정량을 RMST 계산에 직접 사용할 수 없다. 이러한 교란 편향을 보정한 RMST의 차이를 계산하는 방법으로는 직접 RMST 회귀, 역 확률 가중치 (inverse probability weighting), G-computation 등이 있다. 모든 모델이 올바르게 지정된 복수의 시뮬레이션을 통해 우리는 고려한 모든 방법이 비편향추정값(unbiased estimate)을 제공하고 백분위수 붓스트랩 (percentile bootstrap) 신뢰구간이 명목표함확률(nominal coverage probability)을 달성함을 확인했다. 관찰 연구에서 교란에 대해 보정된 RMST의 차이를 평가하기 위한 몇 가지 방법이 개발되었지만, 측정되지 않은 교란의 민감도 분석(sensitivity analysis)에 대한 연구는 아직까지 없다. 따라서, 우리는 보정된 RMST의 차이를 평가하기 위해 측정되지 않은 교란을 고려하는 새로운 민감도 분석 방법을 제안한다. 사용자 지정 민감도 매개변수가 주어지면, 편향 조정된 RMST 차이(bias-adjusted difference in RMST)의 추정치에 대한 민감도 범위(sensitivity range)와 신뢰구간을 얻을 수 있다. 민감도 범위와 신뢰구간을 얻기 위해서는 복잡한 최적화 문제를 풀어야 하지만, 특별한 경우를 제외하고는 분석적 해가 존재하지 않는다. 최적화 문제의 해를 L-BFGS-B와 같은 최적화 알고리즘을 사용하여 구할 수 있지만 (직접 최적화 방법), 이 경우 해를 구하기 위해 상당한 계산 시간이 소요된다. 따라서, 우리는 편향과 계산시간 모두에서 직접 최적화 방법보다 열등하지 않은 근사 최적화 방법을 제안했고, 집약적인 Monte Carlo 시뮬레이션을 통해 제안한 근사 최적화 방법이 실용적인 대안책이 될 수 있음을 보였다. 민감도 분석을 실제 문제에 적용할 때, 우리는 중도절단률(censoring rate)이 0.7 미만인 경우 근사 최적화 방법을 사용하고, 중도절단률이 0.7 이상인 경우 직접 최적화 방법을 사용하는 것을 권고한다.1 Introduction 1 2 Restricted Mean Survival Time 6 2.1 Notation and assumptions 6 2.2 Difference in RMST 7 3 Methods for Estimation of Difference in RMST 9 3.1 Difference in RMST in randomized controlled trial 9 3.2 Difference in RMST in observational study 11 3.2.1 Direct regression 11 3.2.1.1 Pseudo-observation 11 3.2.1.2 ANCOVA-type model 13 3.2.2 Inverse probability weighting 14 3.2.2.1 IP weighted Cox model 14 3.2.2.2 Adjusted Kaplan–Meier estimator 15 3.2.3 G-computation 17 3.3 Simulation study 1 18 3.3.1 Simulation settings 18 3.3.2 True value of difference in RMST 19 3.3.3 Simulation study 1 results 21 3.4 Real data analysis 1: Colon cancer data 25 4 Sensitivity Analysis 28 4.1 Background 28 4.2 Sensitivity model 29 4.3 Estimate of difference in bias-adjusted RMST 31 4.4 Sensitivity range 32 4.5 Analytic solution to bias-adjusted RMST in special case 35 4.6 Methods for solution of optimization problem in general case 38 4.7 Confidence interval for partially identified region 40 4.8 Simulation study 2 41 4.8.1 Simulation study 2.1: Bias and computational time 42 4.8.2 Simulation study 2.2: Sensitivity range and coverage rate 46 4.9 Real data analysis 2 47 4.9.1 Real data analysis 2.1: GBSG data 49 4.9.2 Real data analysis 2.2: NSCLC data 52 5 Discussion 56 Bibliography 61 Appendices 70 Appendix A Appendix for Chapter 3 70 A.1 Example R codes 70 A.1.1 R code for Kaplan-Meier estimator 72 A.1.2 R code for pseudo-observation 73 A.1.3 R code for ANCOVA-type model 74 A.1.4 R code for IP weighted Cox model 75 A.1.5 R code for adjusted Kaplan-Meier estimator 76 A.1.6 R code for G-computation 77 A.2 Proof of true value for difference in RMST 77 A.3 Simulation study 1 results for sample size 1,000 79 A.4 Pooled logistic regression model 83 Appendix B Appendix for Chapter 4 86 B.1 Proof of reducing (4.8) to linear fractional programming in special case 86 B.2 Proof of reducing (4.8) to linear fractional programming in alternative setting 89 B.3 Proof of non-convergence to boundary values 90 B.4 Details for simulation study 2.1 (β0 = −1.9) 94 B.5 Details for simulation study 2.1 (β0 = −0.425) 99 Appendix C Appendix for Chapter 5 105 C.1 Alternative sensitivity analysis method 105 C.2 Limitation of alternative method 108 Abstract (in Korean) 1박

A Study on the Configuration and Control Strategies of the Heat Pump System with Thermal Storages for Simultaneous Heating and Cooling in Buildings

학위논문 (석사)-- 서울대학교 대학원 : 건축학과, 2013. 2. 여명석.건물이 고층화 되고 시공기술이 고도화 될수록 외피가 기밀해지고 열적 구획이 명확해지는 공간이 늘어나고 있다. 이러한 공간은 내부발열로 인한 열획득 때문에 공간의 냉방부하를 지속적으로 발생시키는 원인이 된다. 이와 같이 사계절 내내 냉방이 필요한 상황에 놓인 공간이 증가하고 있으며, 이러한 건물은 일 년 내내 냉각탑의 운전을 요구함으로써 외기만으로도 냉방이 충분히 가능한 시기나 특히 겨울철에 불필요한 에너지를 낭비하는 문제를 안고 있다. 이에 본 연구에서는, 복합부하가 발생하는 건물을 위한 축열식 히트펌프 시스템의 구성과 제어 전략을 도출하여, 제시한 Energy Balancing System 개념을 구현하고 실제 대상 공간에 적용하는 것을 목표로 하였다. 본 연구 결과에서 제시된 시스템 설계 및 구성 과정, 제어 전략은 Energy Balancing System을 구성하는 시스템을 설계하고 적용하는데 기초 자료가 될 것으로 기대된다. 본 연구의 결과를 요약하면 다음과 같다. (1) 히트펌프 시스템과 축열 시스템은 냉열과 온열을 동시에 생산하는 히트펌프와 열을 저장하는 축열조의 결합을 통해서 그 효과가 증대된다. 또한 건물의 주거형태, 사용시간, 용도 등에 의하여 에너지 절감 효과가 상이하므로 시스템을 적용할 대상의 선정이 중요하다. 따라서 건물의 다양한 용도나 공간의 부하를 결정하는 동시사용율에 따른 부하패턴을 파악하여 복합부하의 profile이 시스템의 구성에 활용되어야 한다. (2) 복합부하에 따른 히트펌프와 축열조의 용량을 산정하는 방법을 제시하였다. 열원 시스템 용량설계를 수행할 때에는 복합부하의 profile 단위 기간을 정하여 각 부하에 해당하는 축열조 용량과 히트펌프 용량을 계산하고 이를 최종적으로 제시된 설계 방법을 거쳐 용량설계를 진행해야 한다. 그것은 냉방 또는 난방을 위해 계산된 각 열원의 용량이 가지고 있는 대응 능력과 그 반대부하의 열원 능력을 비교하는 과정과 냉방부하를 제거하기 위하여 설정된 열원 용량이 만드는 온열능력이 급탕부하와 같은 추가적인 온열부하에 사용되는 지를 판단하는 과정으로 이루어져 있다. (3) 시스템 운전은 제어 전략의 제어 경향을 통하여 시스템의 효과를 입증하기 위한 목적으로 실시하였다. 따라서 시스템 주요지점의 취득열량과 방출열량을 계산하여 이를 비교하였다. 그 중 Storage System에서는 열의 생산량 및 취득량을 비교하여 히트펌프가 생산하는 냉열과 온열의 열량 손실의 차이와 축열조의 취득열량과 방출열량의 차이를 실제 운전을 통해 확인하였다.제 1 장 서 론 1.1 연구의 배경 및 목적 1.2 연구의 범위 및 방법 제 2 장 축열식 히트펌프 시스템에 관한 예비적 고찰 2.1 개요 2.2 복합부하 연구사례 2.3 기존 축열식 히트펌프 시스템 15 2.3.1 히트펌프 시스템 2.3.2 수축열 시스템 2.3.3 축열식 히트펌프 시스템 2.4 축열식 히트펌프 시스템 구성 2.5 축열식 히트펌프 시스템 제어 방법 2.5.1 제어의 종류 및 기본 동작 2.5.2 배관 및 장비 제어 2.6 소결 제 3 장 축열식 히트펌프 시스템의 설계 및 구성 3.1 개요 3.2 시스템 구성요소 3.3 시스템 적용대상 분석 3.4 시스템 설계 3.4.1 Plant와 Storage System 3.4.2 Distribution System 3.4.3 Terminal System 3.5 시스템 구성결과 3.6 소결 제 4 장 축열식 히트펌프 시스템의 제어 및 효과 분석 4.1 개요 4.2 제어 목표 설정 4.3 제어 전략 수립 4.3.1 관련 제어 변수 도출 4.3.2 최종 제어 전략 수립 4.4 시스템 운전 결과 및 분석 4.4.1 운전 결과 4.4.2 결과 분석 4.5 소결 제 5 장 결 론 참고 문헌 ABSTRACTMaste

Optimal Design of High Precision Class Large Current Transformer Considering External Magnetic Field

학위논문 (박사) -- 서울대학교 대학원 : 공과대학 전기·정보공학부, 2020. 8. 정현교.4차 산업혁명과 사물 인터넷(internet of things, IoT) 기술의 발전으로 전력망 내의 보다 효율적인 정보 교환이 가능해졌고 사용 전류의 정확한 정보 전달을 위해 정밀도 높은 변류기에 대한 연구의 필요성이 높아졌다. 본 논문에서는 외부자계 영향을 고려한 대전류 변류기의 최적 설계를 위해 기존의 대전류 변류기의 개선 설계와 인쇄 회로 기판 (printed circuit board, PCB)을 이용한 로고스키 코일의 설계를 제안하였고, 설계안을 토대로 제작한 변류기의 비오차 및 온도 시험을 통해 설계안의 유용성과 타당성을 검증하였다. 먼저 대전류 측정을 위해 기존에 사용하던 철심형 변류기의 개선 설계안을 제시하였다. 외부 자계 차단을 위해 쉴드 권선을 적용한 기존 분할 권선 변류기에 소손이 발생하는 문제점이 있다는 것을 파악하였고 이를 해결하기 위하여 고압 변압기에 사용하는 transposition winding을 차용한 교차 권선 변류기를 제안하였다. 제안된 설계의 유용성을 검증하기 위해 유한요소법을 이용한 수치해석을 진행하였고 비오차 특성을 정밀급 범위 내에서 유지하면서 온도 저감 효과가 있다는 것을 확인하였다. 또한 자성 재료의 한계로 인해 크기와 안정성, 경제성 등에서 단점을 갖는 기존 변류기의 대안으로 철심을 사용하지 않는 로고스키 코일 기반의 변류기를 설계하였다. 로고스키 코일의 단점인 위치와 형상의 불균일성을 해소하기 위해 PCB를 이용하였고 외부 자계로 인한 오차를 저감하기 위해 리턴 코일을 추가하였다. 기존의 변류기를 대체할 수 있는 신뢰성을 얻기 위해 외부 자계 차폐가 가능한 정밀급 설계를 목표로 하였고 먼저 해석적 방법으로 로고스키 코일에 대한 외부 자계의 영향을 분석하였다. 분석한 결과를 수치해석을 통해 다시 한 번 검증하고 유전 알고리즘을 이용하여 기존의 대전류 사용 환경의 제한 조건을 만족하는 PCB 로고스키 코일의 최적 설계안을 도출하였다. 제안된 교차 권선 변류기와 PCB 로고스키 코일의 설계안을 토대로 시제품을 제작하였다. 교차 권선 변류기는 온도 및 대전류 비오차 시험을 통해 기존의 분할 권선 변류기와 특성을 비교하였고 PCB 로고스키 코일은 비오차 시험을 통해 기존 변류기의 대체 가능성을 확인하였다. 제안된 교차 권선 변류기는 외부 자계 영향 하에서 정밀급 비오차를 만족하면서 기존의 분할 권선 변류기에 비해 향상된 온도 특성을 보여줌으로써 보다 안정성 높은 대전류 변류기로서 활용 가능하다는 것을 검증하였다. 제안된 PCB 로고스키 코일은 외부 자계 영향 하에서 정밀급 비오차를 만족하였다. 기존의 변류기와 비교했을 때 대체 가능한 정밀급 비오차 특성과 소형화의 용이성, 측정의 광범위성과 제작의 경제성을 고려할 때 본 논문에서 제안한 PCB 로고스키 코일이 기술적, 경제적으로 유용함을 증명하였다.The 4th Industrial Revolution and the development of internet of things (IoT) technology have made communication between all parts of power system more efficient and the need for research on high precision class large current transformers has increased to deliver accurate information of working current. In this paper, for the optimal design of large current transformers considering external magnetic field, an improved design of the conventional current transformers and the design of a rogowski coil using printed circuit board (PCB) were proposed. Through temperature and ratio error tests, the usefulness and validity of proposed designs were verified. First, an improved design of conventional iron core type transformer measuring large current was proposed. It was identified that there is a problem of burnout in the existing split winding current transformer to which the shield winding is applied to block the external magnetic field. In order to solve the problem, a current transformer adopting the transposition winding used in a high-voltage transformer was proposed. Through numerical analyses using finite element method to verify the usefulness of the proposed design, the effect of temperature rise reduction was confirmed while maintaining the ratio error characteristics within the high precision class. Also, rogowski coil-based current transformer that does not use an iron core was designed as an alternative to conventional current transformers that have disadvantages in size, stability, and price due to the limitations of magnetic materials. PCB was used to solve the non-uniformity of position and shape, disadvantages of rogowski coil, and return coil was added to reduce errors due to external magnetic fields. In order to obtain the reliability that enables replacement of the existing current transformer, high precision class ratio error was required. The effect of external magnetic field on the rogowski coil was analyzed by an analytical method. Then, the analysis results are verified through numerical analyses. Using genetic algorithm, an optimal design of the PCB rogowski coil that satisfies the limitations of the large current environment was derived. Prototypes were fabricated based on the proposed transposition winding current transformer and PCB rogowski coil designs. The transposition winding current transformer was compared with the existing split winding current transformers through temperature and large current ratio error tests. The PCB rogowski coil was verified for the possibility of replacing the conventional current transformers through ratio error tests. It was confirmed that proposed transposition winding current transformer can be used as a more stable current transformer by satisfying high precision class ratio error under the influence of external magnetic field and showing improved temperature characteristics compared to a conventional split winding current transformer. Proposed PCB rogowski coil also satisfies the high precision class ratio error under the influence of external magnetic field. Compared to conventional current transformers, considering the replaceable ratio error characteristics, ease of downsizing, wide range of measurement, and economic feasibility in manufacture, proposed PCB rogowski coil in this paper is technically and economically useful.제 1 장 서 론 1 1.1 연구 배경과 목표 1 1.2 논문의 구성 6 제 2 장 대전류 변류기의 외부 자계 차폐 성능 향상 설계 7 2.1 정밀급 대전류 변류기 7 2.1.1 변류기 7 2.1.2 비오차 9 2.1.3 변류기의 분류와 계급 10 2.2 대전류 변류기에서의 외부 자계 영향 14 2.3 쉴드 권선 19 2.3.1 Flux equalizing winding 19 2.3.2 분할 권선 변류기의 해석 21 2.4 교차 권선을 차용한 대전류 변류기 28 2.4.1 Tranposition winding 28 2.4.2 변류기에서의 교차 권선 29 제 3 장 로고스키 코일의 외부 자계 차페 성능 향상 설계 38 3.1 로고스키 코일 38 3.1.1 로고스키 코일의 기본 원리 38 3.1.2 적분기 40 3.1.3 로고스키 코일의 특징 42 3.2 비오차의 원인 43 3.3 Printed circuit board 로고스키 코일 46 3.4 PCB 로고스키 코일의 외부 자계 차폐 성능 48 3.4.1 Excursion 50 3.4.2 Eccentricity 53 3.4.3 1차 도체와 평행한 외부의 도체 55 3.4.4 1차 도체와 수직인 외부의 도체 57 3.4.5 리턴 코일과 외부 자계 영향의 상관 관계 61 제 4 장 PCB 로고스키 코일의 최적설계 66 4.1 PCB 로고스키 코일의 개념설계 66 4.1.1 PCB 로고스키 코일의 출력 66 4.1.2 리턴 코일과 위치 67 4.1.3 PCB 로고스키 코일 설계안 71 4.2 제한 조건과 설계 변수 74 4.2.1 제한 조건 74 4.2.2 설계 변수 75 4.3 목적 함수 78 4.3.1 출력 전압 78 4.3.2 비오차 79 4.4 최적화 알고리즘과 순서도 80 4.4.1 유전 알고리즘 80 4.4.2 설계 변수 범위 81 4.4.3 최적 설계 순서도 82 4.5 최적 설계 결과 83 제 5 장 교차 권선 변류기 및 PCB 로고스키 코일 제작과 시험 85 5.1 교차 권선 변류기 제작과 시험 85 5.1.1 시험용 교차 권선 변류기 제작 85 5.1.2 교차 권선 변류기 비오차 시험 87 5.1.3 교차 권선 변류기 온도 시험 89 5.1.4 교차 권선 변류기 시험 결과 및 분석 91 5.2 PCB 로고스키 코일 제작과 시험 94 5.2.1 시험용 PCB 로고스키 코일 제작 94 5.2.2 비오차 시험 95 5.2.3 PCB 로고스키 코일 시험 결과 및 분석 97 제 6 장 결론 및 향후 연구 계획 98 6.1 결론 98 6.2 향후 연구 계획 100 참고문헌 101 Abstract 115Docto

한국어 명명구문의 통시적 변화

이 연구는 2007년도 서울대학교 인문학연구원 자유과제 지원에 의하여 연구되었다

Tissue Factor Pathway Inhibitor Levels and Thrombin Generation in Hemorrhagic Disease

Background: Tissue factor pathway inhibitor (TFPI) regulates blood coagulation. To treat hemorrhagic disease, studies have been conducted to achieve a hemostatic effect by inhibiting TFPI. In this study, blood TFPI levels of healthy and hemorrhagic disease groups were compared, and the effects of blood TFPI level and its activity on coagulation were investigated. Methods: The blood TFPI levels of the healthy, chronic liver disease (CLD), chronic kidney disease (CKD), and hemophilia groups were measured and compared. Thrombin generation assay (TGA) was performed to investigate the effects of TFPI level and its activity on coagulation. Results: The mean blood TFPI levels of the healthy, CLD, CKD, and hemophilia groups were 16.47 ng/mL, 24.90 ng/mL, 49.47 ng/mL, and 17.35 ng/mL, respectively. The healthy and CLD groups showed correlations between their blood TFPI levels and TGA parameters (P<0.05). The TGA parameters of the CLD and hemophilia groups showed significant differences compared with those of the healthy group (P<0.05). In FVIII-deficient plasma with anti-TFPI antibodies, the TGA parameters tended to be normalized according to anti-TFPI antibody levels. However, the differences in TGA parameters caused by FVIII concentration were unclear. Conclusions: Although the TFPI level was related to bleeding in the disease groups, it is difficult to interpret its effects independently because of the various factors that affect the coagulation process. However, TFPI is worth studying to facilitate the development of a treatment strategy for bleeding due to lack of FVIII.ope

A comparative study of next-generation sequencing and fragment analysis for the detection and allelic ratio determination of FLT3 internal tandem duplication

Background: Currently, FLT3 internal tandem duplication (ITD) is tested by fragment analysis. With next-generation sequencing (NGS), however, not only FLT3 ITD but also other mutations can be detected, which can provide more genetic information on disease. Methods: We retrospectively reviewed the results of two tests-fragment analysis and a custom-designed, hybridization capture-based, targeted NGS panel-performed simultaneously. We used the Pindel algorithm to detect FLT3 ITD mutations. Results: Among 277 bone marrow aspirate samples tested by NGS and fragment analysis, the results revealed 99.6% concordance in FLT3 ITD detection. Overall, the allele frequency (AF) attained by NGS positively correlated with the standard allelic ratio (AR) attained by fragment analysis, with a Spearman correlation coefficient (r) of 0.757 (95% confidence interval: 0.627-0.846; p < 0.001). It was concluded that an AF of 0.11 attained by NGS is the most appropriate cutoff value (with 85.3% sensitivity and 86.7% specificity) for high mutation burden criterion presented by guidelines. Conclusion: Sensitive FLT3 ITD detection with comprehensive information of other mutation offered by NGS could be a useful tool in clinical laboratories. Future studies will be needed to evaluate and standardize NGS AF cutoff to predict actual clinical outcomes.ope

넓은 깊이 범위의 초점 조절이 가능한 계산 체적 근안 디스플레이

학위논문 (박사) -- 서울대학교 대학원 : 공과대학 전기·정보공학부, 2020. 8. 이병호.디스플레이 플랫폼을 통해 가상 이미지를 접하기 시작한 이래, 사람은 더 몰입감과 현실감 있는 가상 세계 경험을 추구해왔다. 최근 디스플레이 산업은 근안 디스플레이 플랫폼이 그 수요를 충족하는 차세대 기술이 될 것으로 기대하고 있다. 근안 디스플레이는 사용자가 가상 및 실제 세계 속 컴퓨터 생성 이미지와 상호작용할 수 있게 하며, 깊이 인식의 생리적 자극을 주어 더 큰 몰입감과 현실감을 느끼게 한다. 그러나 오늘날의 근안 디스플레이는 초점 조절 기능이 없어, 실제와 같은 경험을 제공하는 궁극의 디스플레이에 미치지 못한다. 초점 조절 기능이 없는 경우 사용자는 컴퓨터 생성 이미지에서 시각적 피로도를 느끼거나 부자연스러움을 인지할 수 있다. 초점 조절은 자연스러운 3차원 경험을 위해 중요한 기능이나, 몇 가지 기술적 문제로 그동안의 초점 조절 구현은 실용적이지 않았다. 일반적으로 초점 조절 구현에는 해상도, 프레임 수, 시청 영역, 혹은 신호 대 잡음비가 희생되었다. 본 논문에서는 초점 조절이 가능하면서도 디스플레이 성능의 희생을 최소화하는 혁신적 기술들을 탐색한다. 또한 초점 조절이 가능한 3차원 디스플레이에 내재된 트레이드 관계들을 완화하는 계산적 방법론들을 고안 및 적용한다. 계산적 방법론들을 통해 제한된 자원을 활용하여 최적의 디스플레이 성능을 달성한다. 본 논문은 초점 조절이 가능한 새로운 방식의 체적 근안 디스플레이를 제안하며, 이를 토모그래픽 근안 디스플레이라 한다. 토모그래픽 근안 디스플레이는 백라이트와 가변 초점 렌즈의 빠른 동기화를 통해 초점 조절 근안 디스플레이의 고질적 문제를 해결한다. 둘째로, 토모그래픽 디스플레이의 시청 경험 최적화를 위한 효율적 계산 방법론들을 소개한다. 포비에티드 망막 최적화는 망막의 시신경 분포를 고려하여 중심 해상도 손실 없이 시청 영역을 확장한다. 마지막으로, 소형 토모그래픽 근안 디스플레이 구현을 위해 실용적 접근법들에 대해 논의한다. 소형 백라이트 모듈로 발광 다이오드 어레이나 미세전자기계시스템 스캐닝 미러가 사용된다. 소형 백라이트 모듈에 수반되는 한계 극복을 위한 도전적 방법론으로, 스페클 저감 홀로그래픽 디스플레이와 토모그래픽 기법을 결합한 새로운 디스플레이도 함께 소개한다. 결론으로 초점 조절 3차원 디스플레이 고유의 기술적 과제에 대한 실질적인 해결법을 탐색하고자 한다. 제안한 접근 방식들이 궁극의 디스플레이를 향한 보다 혁신적인 방법에 영감을 줄 것으로 기대한다.Since people started to see virtual imagery through display platforms, there has been a desire to experience a more immersive and realistic virtual world. The desire has drawn significant efforts to realize the ultimate display system that delivers the same experience from the real one. These days, the display industry believes near-eye display platforms are next-generation technologies to realize the dream. Through these platforms, users can interact with the computer-generated imagery surrounded by virtual or real worlds. It allows users to feel more immersion and realism with the physiological stimulation of depth perception. However, state-of-the-art near-eye displays are still far from the ultimate display system because of the absence of accommodation (focus cue). Without accommodation, users might feel visual fatigues or recognize artificiality from the computer-generated imagery. It makes providing accommodation important for the ultimate 3D experience. However, the focus cue reproduction has not been practical because of several technical challenges. The focus cue reproduction usually involves sacrifices in the resolution, frame rate, eye box, or signal-to-noise ratio. This dissertation aims to investigate break-through technologies that minimize the sacrifice of display performance while providing accommodation. The dissertation also conceives and applies various computational approaches to alleviate the trade-off relationship inherent in 3D displays with focus cues. The computational approaches allow us to achieve optimal display performance utilizing the restricted resources. This dissertation presents a new family of volumetric near-eye displays providing focus cues, which is called tomographic near-eye displays. With the fast synchronization of a backlight and a focus-tunable lens, tomographic near-eye displays resolve the troublesome trade-off in near-eye displays providing accommodation. Second, the dissertation introduces efficient computational approaches to optimize display performance of tomographic near-eye displays. Considering the foveated acuity of human vision, a foveated retinal optimization extends the eye-box without sacrificing foveal resolution. Lastly, feasible approaches are discussed to implement compact tomographic near-eye displays. A light-emitting diode array or micro electro mechanical systems scanning mirror is employed for a compact backlight module. a venturesome method is also introduced combining tomographic synthesis with speckle reduced holographic displays to compensate limitations of the compact backlight module. In conclusion, the dissertation endeavors to investigate practical solutions for the technical challenges inherent in 3D displays providing accommodation. The author believes the proposed approaches would inspire more innovative methods towards the ultimate displays.1 Introduction 1 1.1 Towards Immersive and Realistic Displays 1 1.2 Human Visual System 2 1.3 Display Approaches for Ultimate Experience 5 1.4 Dissertation Overview 7 2 3D Displays Providing Accommodation 9 2.1 Necessity of Accommodation 9 2.1.1 Vergence and Accommodation 9 2.1.2 Accommodation-Invariant Displays 12 2.1.3 Dynamic Focus Displays 13 2.2 Previous Approaches to Provide Focus Cues 15 2.2.1 Light Field Displays 15 2.2.2 Holographic Displays 16 2.3 Technical Challenges towards Ultimate Displays 17 3 Light Field Parameterization 21 3.1 4D Light Field 21 3.1.1 Parameterization 21 3.1.2 Light Field in Multi-Layer Displays 22 3.2 Light Field Optimization 23 3.2.1 Non-Negative Least Squares Problem 23 3.2.2 Additive Light Field Displays 24 3.3 Computational Near-Eye Displays 27 4 Tomographic Near-Eye Displays 29 4.1 Introduction 29 4.2 Tomographic Near-Eye Displays for Virtual Reality 32 4.2.1 Technical Background 32 4.2.2 Experiments 34 4.2.3 Implementation 36 4.3 Occlusion Blending for Accurate Viewing Effects 40 4.3.1 Depth Discontinuity Artifact 40 4.3.2 Least Squares Problem for Occlusion Blending 42 4.3.3 Algorithm to Solve Binary Least Squares Problem 43 4.4 Evaluation and Analysis 48 4.4.1 Determination of the Number of Focal Planes 48 4.4.2 Display Capability 50 4.4.3 Comparison with 80-Plane Displays 53 4.4.4 Black Frame 55 4.5 Discussion 56 4.5.1 Illumination Strategy for Real-time Operation 56 4.5.2 Advanced Applications of Tomographic Displays 63 4.6 Conclusion 65 5 Foveated Retinal Optimization 67 5.1 Introduction 67 5.2 Related Work 70 5.2.1 Computational Multi-Layer Displays 70 5.2.2 Foveated Rendering 72 5.3 Foveated Retinal Optimization 72 5.3.1 Focus Cue Reconstruction via Multi-Layer Displays 73 5.3.2 Pupil Movement Effect 73 5.3.3 Formulation of Foveated Retinal Optimization 76 5.4 Implementation 82 5.4.1 Specifications of Rendering and Experiment 82 5.4.2 See-through Near-Eye Displays with Focus Cues 83 5.4.3 Experiments 85 5.5 Evaluation and Analysis 87 5.6 Discussion 91 5.6.1 Contribution of Foveated Retinal Optimization 91 5.6.2 Limitations 92 5.6.3 Application to Tomographic Near-Eye Displays 93 5.7 Conclusion 93 6 Towards Compact Tomographic Near-Eye Displays 95 6.1 Compact Backlight Module 95 6.1.1 LED Array 97 6.1.2 MEMS 100 6.1.3 Limitation of Compact Tomographic Displays 101 6.2 Tomographic Synthesis of Local Holograms 103 6.2.1 Introduction 104 6.2.2 Implementation 106 6.2.3 Experiment 109 6.3 Conclusion 115 7 Conclusion 117 Appendix 133 Abstract (In Korean) 135Docto

New design of a quasi-monolithic detector module with DOI capability for small animal PET

방사선학과/석사[한글]양전자방출단층촬영기기(Positron Emission Tomography, PET)는 생체 내에 양전자를 방출하는 방사성의약품을 주입하여 생체를 둘러싸고 있는 검출기로 측정하여 양전자 방출핵종의 체내분포를 영상으로 재구성하는 기기이다. 이러한 PET은 인체의 생체기능영상을 제공할 뿐 아니라, 새로운 의약품 및 백신 개발, 유전자 발현 등에 널리 사용되고 있다. 하지만 인체를 대상으로 새로운 의약품 개발 및 유전자 발현 등의 실험을 실시할 수 없기 때문에 소동물을 대체 사용하고 있다. 소동물을 사용하는 연구가 증가함에 따라 인체용 PET을 대신할 낮은 분해능과 민감도를 향상시킨 소동물 전용의 PET의 개발에 대한 필요성이 대두되었다. 많은 연구 기관에서 소동물 전용의 PET을 개발하였고, 많은 연구가 진행되었다. 소동물 PET에서 작은 FOV(Field of View)와 길고 얇은 섬광체 사용으로 인한 검출기 FOV 외곽에서의 분해능 감소와 픽셀형 섬광체를 사용함으로써 나타나는 낮은 민감도에 대한 문제점이 제기되었다. 이를 해결하기 위해서 많은 연구 기관에서 새로운 검출기 개발이 이루어졌다. 현재까지 개발된 검출기의 대부분은 픽셀형 섬광체를 사용하고, 반응 깊이를 측정함으로써 FOV 외곽에서의 분해능 저하를 해결하였지만 민감도에 대한 해결방안은 제시하지 못하였다. 민감도는 현재 일반적으로 사용하고 있는 픽셀형 섬광체를 대신하여 블록형 섬광체를 사용함으로써 향상시킬 수 있다. 기존의 픽셀형 섬광체에서는 섬광체 사이사이의 반사체 물질로 인한 낮은 검출 영역으로 인해 민감도가 낮았지만 블록형 섬광체에서는 하나의 형태로 이루어져 있기 때문에 검출 영역이 증가하여 민감도를 향상시켰다. 본 연구에서는 반응 깊이를 측정함으로써 분해능을 향상시키고, 준 블록형 섬광체를 사용하여 민감도를 향상시키는 검출기를 개발하였다. 빛의 이동을 모사하는 DETECT2000 시뮬레이션 코드를 사용하여 개발할 검출기를 모사하여 성능을 평가하였다. 20.0 × 2.0 × 10.0 mm3 크기의 준 블록형 Lutetium Yttrium Orthosilicate(LYSO) 섬광체와 H7546B 위치민감형 광전자증배관(Position Sensitive Photo Multiplier Tube, PSPMT), 앵거 회로, 신호 증폭기를 사용하여 검출기를 개발하였고, 최대우도 함수를 통해 위치를 판별하였다. 각 위치에 대한 X축과 깊이 방향의 위치 판별 비율은 평균적으로 각각 96.8%, 55%의 정확도를 나타내어 개발한 검출기가 모든 방향에 대한 위치 판별 성능을 확인하였다. 따라서 본 연구에서 개발한 검출기는 고 민감도와 고 분해능을 지닌 소동물용 PET 시스템에 사용이 기대된다. [영문]restrictio

Mechanisms by which mild inhibition of mitochondrial respiration extends the lifespan of C. elegans

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The role of HIF-1 and AMPK in the regulation of lifespan by mitochondrial respiration in C. elegans

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