Ultrasonic Diagnosis of Osteoporosis

이강일,윤석왕,Lee, Kang-Il,Yoon, Suk-Wang The Acoustical Society of Korea 2010 韓國音響學會誌 Vol.29 No.e2

Osteoporosis is a skeletal disease characterized by two factors: reduced bone mass and microstructure disruption of bone tissue. These symptoms increase bone fragility and can contribute to eventual fracture. In recent years, quantitative ultrasound (QUS) technologies have played a growing role in the diagnosis of osteoporosis. Most of the commercial bone sonometers measure speed of sound and/or broadband ultrasound attenuation at peripheral skeletal sites. However, QUS parameters are purely empirical measures that have not yet been firmly linked to physical parameters, such as bone strength or porosity, and the underlying physics for their variations in cancellous bone is not well understood yet. This paper reviews the QUS technologies for the diagnosis of osteoporosis and also addresses several theoretical models, such as the Biot model, the scattering model, the stratified model, and the modified Biot-Attenborough model, for ultrasonic wave propagation in bone.

소의 경골에서 유도초음파의 위상속도와 피질골 두께 사이의 상관관계

이강일,Lee, Kang-Il 한국음향학회 2011 韓國音響學會誌 Vol.30 No.1

In the present study, the phase velocities of guided ultrasonic waves such as the first arriving signal (FAS) and the slow guided wave (SGW) propagating along the long axis on the 12 tubular cortical bone samples in vitro were measured and their correlations with the cortical thickness were investigated. The phase velocities of the FAS and the SGW were measured by using the axial transmission method in air with a pair of unfocused ultrasonic transducers with a diameter of 12.7 mm and a center frequency of 200 kHz. The phase velocity of the FAS measured at 200 kHz exhibited a very high negative correlation with the cortical thickness and that of the SGW arriving after the FAS showed a high positive correlation with the cortical thickness. The simple and multiple linear regression models with the phase velocities of the FAS and the SGW as independent variables and the cortical thickness as a dependent variable revealed that the coefficient of determination of the multiple linear regression model was higher than those of the simple linear regression models. The phase velocities of the FAS and the SGW measured at 200 kHz on the 12 tubular cortical bone samples were, respectively, consistent with those of the S0 and the A0 Lamb modes calculated at 200 kHz on the cortical bone plate. 본 연구에서는 생체 외 조건에서 12개의 관형 피질골 샘플에 대하여 피질골 샘플의 축방향을 따라 전파하는 first arriving signal (FAS) 및 slow guided wave (SGW)와 같은 유도초음파의 위상속도를 측정하고, 각각의 위상속도와 피질골 두께 사이의 상관관계를 고찰하였다. FAS 및 SGW의 위상속도는 12.7 mm의 직경 및 200 kHz의 중심 주파수를 갖는 한 쌍의 비집속형 초음파 변환기와 함께 공기중에서 축방향 전파법을 이용하여 측정되었다. 200 kHz에서 측정된 FAS의 위상속도는 피질골 두께와 매우 높은 음의 상관관계를 나타냈으며, FAS 이후에 수신되는 SGW의 위상속도는 피질골 두께와 높은 양의 상관관계를 나타냈다. FAS 및 SGW의 위상속도를 독립변수로 하고, 피질골 두께를 종속변수로 하는 단순 및 다중선형회귀모델의 결과로부터 다중선형회귀모델의 결정계수가 단순선형회귀모델의 결정계수보다 높게 나타났다. 또한 12개의 관형 피질골 샘플에 대하여 200 kHz에서 측정된 FAS 및 SGW의 위상속도는 각각 판형 피질골에 대하여 200 kHz에서 계산된 S0 및 A0 램 모드의 위상속도와 잘 일치하였다.

플로우 펌프기법을 이용한 포천지역 화강 풍화토의 함수특성곡선

이강일,이준용,백원진,Lee, Kang-Il,Lee, Joon-Yong,Back, Won-Jin 한국농공학회 2009 한국농공학회논문집 Vol.51 No.1

Flow pump technique was used in order to determine the soil-water characteristic curve of weathered granite soils in Pocheon area. This technique enables measurement to be more convenient and accurate as it is based on the CU condition of triaxial compression test. Besides, it is also able to measure dry and moisture curves continuously since the test is controled by means of a computer automatically. In this study, not only a hydraulic conductivity of weathered granite soils at fully saturated state in Pocheon area, but also a soil-water characteristic curve throughout unsaturate flow tests were determined. In addition, Brooks and Corey's model and Genuchten's model were used to simulate the soil-water characteristic curve. On the basis of the simulation an unsaturate hydraulic conductivity was predicted.

골다공증 여성에서 요추골 밑 대퇴골 부위의 골밀도와 종골 음속 사이의 상관관계

이강일,최민주,Lee, Kang-Il,Choi, Min-Joo 한국음향학회 2009 韓國音響學會誌 Vol.28 No.6

In this in vivo study, correlations of lumbar and femoral bone mineral densities (BMDs) with calcaneal speed of sound (SOS) were investigated in 36 osteoporotic women. Areal BMDs of the L2-L4 lumbar spine and the right femoral neck were measured by using dual energy X-ray absorptiometry (DEXA). SOS of the right calcaneus was measured by using ultrasound bone densitometry. Pearson's correlation coefficient (r) and level of significance (p) were used to evaluate the correlations between measurements. Lumbar BMD was highly correlated with femoral BMD (r=0.81). Lumbar and femoral BMDs exhibited similar comparable negative correlations with age (r=-0.52 and r=-0.55). A moderate negative correlation was found between calcaneal SOS and age (r=-0.45). Calcaneal SOS was significantly correlated with lumbar and femoral BMDs, with a higher correlation with femoral BMD rather than with lumbar BMD (r=0.54 and r=0.62). However, calcaneal SOS may not be an optimum index for the estimation of BMD of the most important fracture sites, such as the lumbar and the femur, because it showed lower correlations with lumbar and femoral BMDs compared to that with calcaneal BMD. Therefore, the development of a quantitative ultrasound technology for the direct measurement of acoustic properties at the lumbar and the femur is required to estimate BMD of these sites more accurately. 본 in vivo 연구에서는 36명의 골다공증 여성을 대상으로 요추골 및 대퇴골 부위의 골밀도와 종골 음속 사이의 상관관계를 조사하였다 2-4번 요추골 및 우측 대퇴골 경부의 단위면적당 골밀도는 이중에너지 X-선 흡수계측법을 이용하여 측정되었다. 우측 종골의 음속은 초음파 골밀도 측정기를 이용하여 측정되었다. 각 측정값 사이의 상관관계를 분석하기 위하여 Pearson 상관계수 (r) 및 유의수준 (p)이 이용되었다. 요추골 골밀도와 대퇴골 골밀도 사이에는 매우 높은 양의 상관관계가 나타났다 (r=0.81). 요추골 및 대퇴골 골밀도는 연령과 음의 상관관계를 보였다 (r=-0.52 및 r=-0.55). 종골 음속과 연령 사이에도 음의 상관관계가 나타나는 것을 알 수 있었다 (r=-0.45). 종골 음속은 요추골 및 대퇴골 골밀도와 비교적 높은양의 상관관계를 보였으며, 요추골 골밀도보다 대퇴골 골밀도와 더 높은 상관관계를 나타냈다 (r=0.54 및 r=0.62). 그러나 이는 종골 음속이 종골 골밀도와 갖는 상관관계에 비하여 낮으므로 종골 음속은 골절률이 가장 높은 요추골 및 대퇴골부위의 골밀도를 평가하기에 최적의 지표가 아님을 알 수 있었다. 그러므로 요추골 및 대퇴골 부위의 골밀도를 보다 정확히 평가하기 위하여 이 부위의 음향특성을 직접 측정할 수 있는 정량적 초음파 기술을 개발할 필요가 있다.

해면질골에서 위상속도 및 감쇠계수 측정에 의한 구조적 특성 평가

이강일,Lee, Kang-Il 한국음향학회 2009 韓國音響學會誌 Vol.28 No.7

Trabecular-bone-mimicking phantoms consisting of parallel-nylon-wire arrays were used to investigate correlations of phase velocity and attenuation coefficient with structural properties in trabecular bone. Trabecular separation (Tb.Sp) of the 7 trabecular-bone-mimicking phantoms ranged from 300 to $900\;{\mu}m$ and volume fraction (VF) from 1.6% to 8.7%. Phase velocity and attenuation coefficient of the phantoms were measured by using a through-transmission method in water, with a matched pair of broadband unfocused transducers with a diameter of 12.7 mm and a center frequency of 1 MHz. Phase velocity and attenuation coefficient at 1 MHz decreased almost linearly with increasing Tb. Sp and increased almost linearly with increasing VF. The simple and multiple linear regression models with phase velocity and attenuation coefficient as independent vanables and Tb.Sp and VF as dependent variables demonstrated that the coefficients of determination for the prediction of VF were higher than those for the prediction of Tb.Sp. The results obtained in the trabecular-bone-mimicking phantoms consisting of parallel-nylon-wire arrays were consistent with those in human trabecular bone suggesting that the structural properties can be estimated from the measurements of phase velocity and attenuation coefficient in trabecular bone. 해면질골에서 위상속도 및 감쇠계수와 구조적 특성 사이의 상관관계를 고찰하기 위하여 나일론 줄을 평행하게 배열하여 제작된 해면질골 팬텀이 이용되었다. 7개의 해면질골 팬텀의 골소주 간격 (trabecular separation; Tb.SP)은 $300\;{\mu}m$부터 $900\;{\mu}m$까지 분포하였으며, 골용량 비율 (volume fraction: VF)은 1.6%부터 8.7%까지 분포하였다. 해면질골 팬팀의 위상속도 및 감쇠계수는 12.7 mm의 직경 및 1 MHz의 중심 주파수를 갖는 한 쌍의 광대역, 비집속형 초음파 변환기와 함께 수중에서 투과법을 이용하여 측정되었다. 1 MHz에서 측정된 위상속도 및 감쇠계수는 Tb.Sp이 증가함에 따라 거의 선형적으로 감소하였으며, VF이 증가함에 따라 거의 선형적으로 증가하였다. 위상속도 및 감쇠계수를 독립변수로 하고 Tb.Sp 및 VF을 종속변수로 하는 단순 및 다중선형회귀모델로부터 VF 예측을 위한 결정계수가 Tb.Sp 예측을 위한 결정계수에 비하여 높게 나타나는 것을 알 수 있었다. 이와 같이 나일론 줄을 평행하게 배열하여 제작된 해면질골 팬텀에서 나타나는 결과는 사람의 해면질골에서 나타나는 결과와 잘 일치하였으며, 해면질골에서 위상속도 및 감쇠계수 측정으로부터 구조적 특성 평가가 가능하다는 것을 알 수 있었다.

기초 설계를 위한 고속철도 교량-열차 상호작용 해석의 부구조화 기법

이강일(Kang-Il Lee),송명관(Myung-Kwan Song) 한국지반신소재학회 2021 한국지반신소재학회 논문집 Vol.20 No.2

본 논문에서는 고속철도 교량-열차 상호작용 해석을 위한 단순 3 차원 상호작용 해석모델을 기반으로 하여 정식화한 부구조화 기법 적용 상호작용 해석모델을 제시한다. 부구조화 기법에서는 철도 교량의 상부 구조와 지지 구조를 각각 부구조로 모델링하고, 열차-교량 상호작용 해석을 효율적으로 수행할 수 있다. 열차 해석 모델로는 2차원 열차 모델을 사용하고, Lagrange 운동방정식을 적용하여 2차원 열차의 운동방정식을 유도한다. 부구조화 기법에서는 응축 방법을 사용하여 자유도(Degree of freedom)의 수를 줄일 수 있으므로 고유 값 및 고유 벡터 계산을 위한 소요 시간 및 비용과 후속 계산의 소요시간 및 비용이 줄어든다. 본 논문에서는 부구조화 기법으로 Guyan 감소 방법을 사용한다. 단순 3 차원 교량-열차 상호작용 해석과 Guyan 감소 방법을 결합하여 효율적이고 정확한 교량-열차 상호작용 해석을 수행할 수 있다. In this paper, the sub-structuring technique-applied train-bridge interaction analysis model, which is formulated based on the simplified three-dimensional train-bridge interaction analysis model for high-speed bridge-train interaction analysis, is presented. In the sub-structuring technique, the super-structure and the supporting structure of railway bridges can be modeled as sub-structures, and train-bridge interaction analysis can be efficiently performed. As a train analysis model, two-dimensional train model is used, and the Lagrange equation of motion is applied to derive the equation of motion of two-dimensional train. In the sub-structuring technique, the number of degrees of freedom can be reduced by using the condensation method, thus reducing the time and cost for calculating the eigenvalues and eigenvectors, and the time and cost for the subsequent calculation. In this paper, Guyan reduction method is used as sub-structuring technique. By combining simplified three-dimensional bridge-train interaction analysis and Guyan reduction method, the efficient and accurate bridge-train interaction analysis can be performed.

해면질골에서 다공율, 주파수 및 전파각에 대한 초음파 위상속도의 의존성 연구

이강일(Kang Il Lee),김용태(Yong Tae Kim),최민주(Min Joo Choi) 한국비파괴검사학회 2008 한국비파괴검사학회지 Vol.28 No.2

SoilWorks의 보강토 옹벽 설계모듈(REWall)에 대한 검증

이강일(Lee, Kang-Il),유승경(You, Seung-Kyong),김경모(Kim, Kyeong-Mo),이광우(Lee, Kwang-Wu),김동욱(Kim, Dong-Wook),김동진(Kim, Dong-Jin) 한국지반신소재학회 2015 한국토목섬유학회 학술발표회 Vol.2015 No.10

이익조정의 형태에 관한 연구

李康一(Kang-Il Lee),千宗栗(Jong-Ryul Cheon) 영남대학교 산경연구소 2000 영상저널 Vol.8 No.-

본 연구는 우리 나라에서 매년 이익유연화 이외에 빅베쓰(big bath) 형태의 이익 조정이 일정 부분 발생하고, 기업이 빅베쓰를 활용하는 빈도가 경기불황이 심해짐에 따라 늘어나는 지를 실증적으로 검토하였다. 국내의 이익조정에 관한 선행연구는 지금까지 이익유연화만을 다루고 있고 빅베쓰와 관련된 연구는 없었다. O’Glove(1987) 는 주로 경영진의 교체시점에 자주 사용되는 빅베쓰 형태의 이익조정이 아주 일반화된 현상이고, 자본시장은 빅베쓰를 통해 기업의 재무상태가 정상적으로 회복되는 것으로 간주하여 빅베쓰를 취하는 기업에 대해 호의적인 반응을 보인다고 주장하였다. Sunder(1997)는 경영자가 통제할 수 없는 요인에 의해 이익 수준이 전기 대비 급격히 악화되거나, 일정 기간 누적된 이익유연화의 효과를 해소시켜야 할 필요성이 대두되거나, 새로운 최고경영진이 영입되어서 그 해의 나쁜 영업실적을 전임 최고경영진의 잘못으로 돌릴 수 있는 여건이 조성되는 경우 빅베쓰가 활용될 수 있다고 설명하고 있다. 1992년부터 1997년까지의 기간에 한국증권거래소에 상장되어 있는 12월 결산법인 중 금융, 보험, 증권업 및 건설업을 제외한 제조업에 속한 394개 기업을 대상으로 수행한 실증분석에 따르면, 1994년부터 1997년까지 4년간 매년 5% 이상의 기업이 빅베쓰 형태의 이익조정을 활용하고 있는 것으로 나타났다. 또한 1994년(7.1%)과 1995년(5.1%)에 비하여 경기가 나빠지기 시작한 1996년(11.7%)과 IMF 구제금융을 신청한 1997년(16.8%)에는 빅베쓰를 활용하는 빈도가 늘어나 경기가 악화될수록 빅베쓰 형태의 이익조정을 취하는 회사의 수가 늘어나는 것으로 나타났다.

새만금지역 해상에 퇴적된 사질토의 변형 및 전단강도 특성

이강일(Lee Kang-Il),주재우(Ju Jae-Woo),이진수(Lee Jin-Soo) 한국토목섬유학회 2010 한국지반신소재학회 논문집 Vol.9 No.3

본 연구는 육상과 접해있는 해상에 퇴적된 입자가 매우 균등한 실트섞인 세립질 모래지반의 공학적인 특성을 평가하기 위하여 새만금지역에서 시료를 채취하였다. 채취한 시료에 대하여 상대밀도 시험을 통해 최소 및 최대밀도시험을 하였으며 상대밀도별 사질토의 변형특성과 전단특성을 평가하기 위하여 로우셀압밀시험 및 비배수 삼축압축시험을 실시하였다. 실험결과 상대밀도에 따라서 약간씩 차이는 있지만 새만금지역 해상사질토의 최대 압축 가능한 간극비는 0.88정도이며, 최대 다짐 가능한 상대밀도는 약 71%정도로 평가 되었다. 또한 내부마찰각은 상대밀도의 증가에 따라서 선형적으로 증가하는 양상을 보였으며 기 연구된 군장항에 퇴적된 사질토의 특성과 매우 유사한 전단거동을 보였다. This study aims at evaluating the engineering properties of very poor graded fine sands deposited on the sea. Using materials sampled at SAEMANKEUM area, a series of rowe cell consolidation tests and triaxial compression tests are conducted in order to evaluate the characteristics of deformation and shear strength by the relative density. Prior to those tests, a maximum and a minimum relative densities are obtained. As a result, it appears that the minimum void ratio is 0.88, and the maximum compactible relative density is about 71%. In addition, internal frictional angle appears to increase linearly with an increase of the relative density which is similar to that of the port KUNJANG.