A Study on Deep-learning based Computer-aided Detection for Breast Cancer in Automated Breast Ultrasound

본 연구의 목표는 삼차원 자동 유방초음파 영상에서 유방암을 검출하는 시스템을 개발하고 그 성능을 검증하는 것이다. 기존의 유방촬영술이나 수동 유방초음파 영상에 비하여 다양한 장점을 가지고 있어 사용이 확대되고 있는 자동 유방초음파 영상은 초음파 영상과 삼차원 영상의 특성으로 인해 영상 판독에 상대적으로 많은 시간과 노력을 요구한다. 최근 급격히 발전하고 있는 컴퓨터 비전 기술과 딥러닝(Deep-learning) 알고리즘을 활용한 컴퓨터 발견 보조 시스템(Computer-aided detection)에 대한 연구가 활발하게 이루어지고 있고 자동 유방초음파 영상에 딥러닝을 활용한 컴퓨터 발견 보조시스템이 적용될 경우 의료시스템의 효율성 및 품질 향상에 큰 기여가 가능할 것으로 보인다. 본 연구에서 개발된 유방암 검출 시스템은 크게 세 가지의 모듈로 구분할 수 있으며 각각의 모듈은 딥러닝 알고리즘 중 여러 연구를 통해 이미지 분석에 높은 효과를 보인 삼차원 합성곱 신경망(3-dimensional convolution network)을 기반으로 하여 개발되었다. 유방암 검출 시스템은 먼저 ‘유방 병변 후보 검출기’를 통하여 전체 자동 유방초음파 영상을 스캔하여 의심스러운 병변의 위치를 추정해낸다. 추정된 위치에 실제로 유방 병변이 있는지 높은 정확도로 판별하기 위해 ‘유방 병변 유무 판별기’로 실제 병변이 존재하는 영역을 분류한다. 종양으로 분류된 결과들은 종양에 대한 악성도를 판별하는‘악성 유방병변 분류기’를 통해 병변을 양성과 악성으로 분류하여 최종적으로는 악성 유방암으로 의심되는 병변을 검출하게 된다. 본 연구에서는 자동 유방초음파 영상으로부터 추가적인 라벨링 작업없이 기존의 정보를 활용하는 효율적인 방법으로 딥러닝 알고리즘을 학습하고 검증하기 위한 데이터 셋을 구축하였다. 구축된 데이터 셋을 이용해 딥러닝 알고리즘을 효과적으로 학습시키기 위하여 약지도 학습법(Weakly supervised learning)과 인공신경망 구조를 제안하였고 이를 통한 모듈의 성능향상도 확인할 수 있었다. 본연구에서는 유방암 검출 시스템을 구성하는 모듈 별 성능평가와 유방암 검출 시스템의 전체적인 성능 검증을 위해 실험을 진행하였다. 개별 모듈의 성능 평가결과, 본 연구에서 제안된 기법에 의한 성능 향상을 확인할 수 있었으며, 특히 유방 병변 유무 판별기에 사용된 템플릿 마스크와 마스크 네트워크는 성능의 큰 효과를 보였다. 본 연구에서 개발된 시스템은 검출률 87.6% (95% 신뢰구간, 81.9%-93.3%), 위양성 검출률 0.442(95% 신뢰구간 0.356-0.528)으로 기존의 다른 시스템과 비교했을 때에도 높은 성능을 나타냈다. 본 연구에서 자체적으로 구축한 데이터셋과 설계한 알고리즘을 이용하여 자동 유방 초음파영상에서 유방암 검출 시스템을 개발하였고 성능 검증결과 높은 성능을 보였다. 따라서 딥러닝을 활용한 유방암 검출 시스템은 자동 유방초음파 영상의 진단 성능을 향상시킬 수 있는 잠재력을 가지고 있다고 할 수 있다.The goal of this study is to develop computer aided detection system for breast cancer in three-dimensional automated breast ultrasound images and evaluate the performance. Automated Breast Ultrasound(ABUS), which has various advantages over mammography or handheld breast ultrasound(HHUS) requires relatively more time and effort to read by radiologists due to the image characteristics of ultrasound and the three-dimensional problem. Recent studies have employed computer vision technology and deep learning algorithms to develop computer aided diagnosis systems, and if it is applied to automatic breast ultrasound images, it will contribute greatly to the efficiency and quality of the medical service. Breast cancer detection systems developed in this study consist of three modules, each based on a three-dimensional convolutional neural network that has shown high effectiveness in image analysis through a number of recent studies. The breast cancer detection system first scans the whole automated breast ultrasound image through the "region proposal module for breast mass" to estimate the location of suspicious lesions. To determine whether breast mass is actually present at the estimated location, we classify the area where the actual tumor exists with a ‘breast mass classifier’. Results classified as breast mass are classified as benign and malignant through a "breast malignancy classifier" that predicts the malignancy of breast masses, resulting in lesions suspected of malignant breast cancer except benign tumors. To train the deep learning algorithm used in this study, we built datasets in an efficient way without additional labeling work from automated breast ultrasound images. To effectively train deep learning algorithms, we utilized weakly supervised learning methods and proposed neural network architectures, which showed the performance improvement. In this study, experiments were proceeded to verify the performance of both each modules and the overall system that. Single module evaluation showed higher performance compared to conventional methods, especially template masks and mask networks used in breast mass classifier showed significant improvements. The systems developed in this study showed higher performance compared to other existing systems with a detection rate of 84.4% (95% confidence interval, 75.5%-93.3%), and a false positive detection rate of 0.8 (95% confidence interval 0.6-1.0). In this study, breast cancer detection system was developed using self-built datasets and algorithms, and showed high performance. Thus, breast cancer detection systems utilizing deep learning has the potential to improve the diagnostic performance of automated breast ultrasound.국문초록 1 목차 4 그림 목차 7 표 목차 10 서론 11 1.1. 배경 11 1.1.1. 유방 촬영술의 한계 11 1.1.2. 유방 초음파 영상의 효과 11 1.1.3. 수동 유방 초음파 영상의 한계 12 1.1.4. 자동 유방 초음파 영상의 필요성 12 1.1.5. 딥러닝 기반 컴퓨터 보조 발견 시스템 13 1.2. 연구 동향 14 1.2.1. 자동 유방초음파 진단 보조시스템의 연구방향 14 1.2.2. 딥러닝을 활용한 컴퓨터 보조 발견 시스템 연구 15 1.3. 연구의 목적 16 본론 19 2.1. 전체 시스템 구조 19 2.2. 유방병변 후보 검출기 21 2.2.1. 데이터셋 구축 21 2.2.2. 알고리즘 구조 24 2.2.3. 훈련 및 예측과정 27 2.3. 유방병변 유무 판별기 29 2.3.1. 알고리즘 구조 29 2.3.2. 주 네트워크 31 2.3.3. 마스크 네트워크 31 2.3.4. 네트워크 설계 후보군 33 2.3.5. 템플릿 마스크 35 2.3.6. 유방병변의 범주 35 2.3.7 템플릿 마스크 생성과정 36 2.4. 악성 유방병변 분류기 39 2.4.1 알고리즘 구조 39 2.4.2 훈련 및 예측과정 41 2.5. 실험 방법 41 2.5.1. 실험 목적 41 2.5.2. 데이터셋 구성 42 2.5.3 알고리즘 학습 및 검증 44 2.5.3 실험 환경 45 결과 및 분석 47 3.1 유방병변 후보 검출기 성능 47 3.2 유방병변 유무 분류기 성능 54 3.2.1. 알고리즘 구조에 따른 성능 54 3.2.2. 손실 통합 기법에 따른 성능 57 3.2.3. 적용된 유방병변 특성에 따른 성능 58 3.2.4. 시각적 평가 60 3.3. 유방병변 악성도 분류기 성능 62 3.4. 유방암 검출 시스템 정확도 63 고찰 67 4.1. 실험 결과 고찰 67 4.2. 발전 방향 68 결론 69 참고 문헌 71 Abstract 75석

뉴스룸의 내외적 자원융합에 관한 연구 - 통합뉴스룸과 수용자 참여를 중심으로

저널리즘융합은 교차미디어를 충족시킬 수 있는 통합뉴스룸 논의를 촉발시켰다. 통합뉴스룸은 제한된 기자인력의 활용을 극대화하기 위한 것으로 뉴스생산체제의 내부자원융합이라 할 수 있다. 반면 융합미디어문화로 수용자들의 능동적 참여가 늘어나면서 이들을 언론사의 외적 자원으로 바라보고 뉴스제작과정에 결합하는 외부자원융합이 있다. 이 연구는 언론사의 자원활당 전략인 통합뉴스룸 논의를 살펴보는 것과 동시에 저널리즘의 질적 측면을 비교해 보았다. 언론사와 수용자의 새로운 관계형성을 통한 수용자 자원의 개발논의를 다루었다. 뉴스생산의 외적자원융합이라 할 수 있는 언론사와 수용자의 결합은 참여 저널리즘의 요소가 결합되어 새로운 가치를 만들 잠재력을 갖고 있는 것으로 평가된다. 저널리즘융합에 대한 내외적 자원을 균형 있게 판단하는 것과 이를 활용하는 데 필요한 개념을 문헌을 중심으로 탐구하였다.이 논문은 2008학년도 건국대학교의 지원에 의하여 연구되었음

고강도강 적용을 포함한 볼트 지압접합부의 거동과 설계

학위논문(박사)--서울대학교 대학원 :공과대학 건축학과,2020. 2. 이철호.Since bolting is a common connecting method in steel construction, structural costs can be reduced if the bolted connection can be reasonably designed and analyzed by taking advantages of the ductile behavior of joints. Especially, well-designed group-bolted connections exhibit excellent ductile behavior through bearing or slip-bearing mechanism. The primary objective of this dissertation is to develop rational analytical modeling procedures and ultimate strength of bearing-type bolted connections by utilizing their inherent ductility. Since the 1960s, eccentrically loaded bolt connections have been permitted to be economically designed by utilizing the potential for load redistribution according to the instantaneous center of rotation method (ICRM). However, the bearing load-deformation relationship of single-bolted connections currently in popular use in ICRM was derived based on limited test data, and its applicability should be limited. In addition, the strength formula for bearing-type bolted connections in current design standards cannot reflect the less ductile characteristics of high-strength steels. Therefore, design provisions of the bearing-type bolted joint have to be expanded to high-strength steels and new design methods should be established. In this dissertation, extensive experimental investigation was first conducted on single-bolted bearing connections including high-strength steel with focusing on the effects of bearing boundary conditions. The bearing strengths and the load-deformation relationship models under general design conditions covering high-strength steel were proposed. After critically evaluating current deformation limits of bolted joints which were specified irrespective of the strength and stiffness of the joint, a test-backed realistic deformation limit based on the bearing-to-bolt shear strength ratio was proposed. And new strength equation that enables designers to directly control the deformation at the service load was also suggested. The behavior of group-bolts subjected to eccentric loads was then investigated through beam-to-column subframe tests. Analytical modeling of observed inelastic behavior of group-bolted connections under monotonic and cyclic loading was developed by combining the load-deformation relationship and the deformation limit of the single-bolted joint and ICRM. Two procedures (a numerical approach and a step-by-step analytical procedure) were proposed to determine the instantaneous center of rotation. Through comparison of the hysteretic behavior and the ultimate loads from the experiments with analytical results, it was shown that the proposed method can more accurately predict the behavior of the bolt group than existing methods. Based on the analytical hysteretic curve, the equivalent viscous damping ratio of the group-bolted joints was also estimated. These results can be applied to simulate the hysteretic behavior of beam-to-column connections under cyclic seismic loading Next, experimental program was conducted to investigate the block shear behavior of group-bolted lap joints under axial loading. Ordinary steel bolted lap joint test results have generally showed that the shear strength along the gross section was higher than that calculated based on the shear yield strength (0.6Fy) due to shear strain hardening until tensile fracture of the net section. In order to reflect this, the CSA S16-09 design standard used the average of yield strength and tensile strength of steel in calculating the shear strength along the gross section. However, high-strength steel block shear test results showed that the shear strength along the gross section cannot reach the shear yield strength until tensile fracture. Thus, a general block shear design formula applicable to both ordinary- and high-strength steel was proposed based on the yield ratio and the effective shear strength concept. The analytical modeling of the load-deformation relationship by identifying the group-bolted joint as parallel spring connections was developed. Behavior of ordinary- and high-strength steel lap joints joined by combined bolting and welding was experimentally investigated. The effects of the steel grades of base metal, initial bolt bearing condition, and weld configuration were experimentally evaluated for the combined bolted and welded lap joints in order to better understand the joint behavior and propose analytical modeling and improved strength equations. Based on the test results and the analytical load-deformation relationship of the bolt, the contribution of bolt component at weld fracture was estimated and new strength equations were proposed. Especially, the shear lag effect was included in the strength equation proposed. The fabrication sequence between bolting and welding was shown not to affect the general load-deformation behavior and the joint strength. Finally, this dissertation investigated the behavior of bolted joints under large-deformation for use in the progressive collapse prevention. The characteristics of group-bolted joints subjected to a combined axial tension and flexural moment were unique, and the method of applying the inelastic hysteretic behavior modeling proposed was presented. The ultimate strength of the joint was determined by the block shear strength under ununiform tensile stress distribution. This result can be used as the basic datum for progressive collapse resistant design. Overall experimental and analytical studies including the proposed design strength and modeling methods in this research can be used to improve and revise the current irrational provisions related to bearing-type bolted joint design.볼트 접합은 오늘 날의 건축물에서 일상적으로 대량 소비되는 접합방식이므로 이 접합부의 거동 특성을 잘 활용하여 해석과 설계를 합리화할 수 있다면 구조비용을 획기적으로 절감할 수 있다. 특히 잘 설계된 볼트 접합부는 지압 또는 슬립-지압 메커니즘에 의해 매우 양호한 연성거동을 갖는다. 이 논문은 지압형식 볼트 접합부에 내재된 연성능력을 십분 활용하여 다양한 하중조건에 대한 구조설계의 경제성을 최대화하기 위한 것이다. 지압형식 볼트 접합부의 연성능력에 주목하여 편심하중을 받는 볼트 접합부의 설계에 볼트 간 힘의 재분배를 활용하는 아이디어는 이미 1960년대부터 제시되었다. 그러나 이 연구는 미소변형, 특정규격의 소재만을 사용한 실험에 의한 것이다. 더욱이 현행설계 기준의 지압형식 볼트 접합부에 관한 강도식은 항복비가 높고 연성이 부족한 고강도강의 소재특성을 반영하지 못하고 있으므로 많은 부분이 확장되어야 하고 새로운 설계방안이 정립되어야 한다. 이 논문에서는 우선적으로 단일볼트 접합부에 대해 고강도강을 포함한 다양한 실험을 토대로 그 거동과 파괴모드를 규명하였다. 볼트 접합부가 갖는 두 가지 경계조건을 고려하여 지압강도를 제안하였으며, 다양한 조건에 합당한 범용적 하중-변형관계식을 제시하였다. 강도와 강성에 관계없이 일률적으로 한정되어 온 볼트 접합부의 변형한계를 개선하기 위해, 지압-전단강도비를 기준으로 하는 새로운 변형한계 산정식을 제안하였다. 또한 최대하중에 대응하는 가상적 탄성계에서의 변위를 토대로 사용하중상태의 볼트 접합부 강도를 검토할 수 있도록 제시하였다. 전단탭으로 기둥에 접합된 보의 볼트 접합부를 편심하중을 받는 볼트군으로 파악하여 부분골조실험으로 접합부 거동을 규명하였다. 단일볼트 접합부의 하중-변형관계식과 변형한계를 순간중심회전법에 적용하여 편심하중을 받는 볼트군의 비탄성 거동에 대한 해석적 모델링 방안을 제시하였다. 순간회전중심을 산정하기 위한 두 가지 해석절차(수치해석 알고리즘 및 순차적 해석방법)를 각각 제시하였다. 실험 및 해석모델에 의한 이력거동과 최대하중을 비교한 결과, 제안한 해석방법은 기존 설계방법보다 볼트군의 거동을 합리적으로 예측하여 중력하중과 지진/바람 등의 횡하중을 모두 기술할 수 있음을 확인하였다. 비탄성 이력거동 모델을 바탕으로 볼트 접합부의 등가점성감쇠비를 산정하였다. 일반강 및 고강도강을 적용한 겹침이음 볼트 접합부의 블록전단파단 실험을 수행하고, 국외 다수의 선행연구결과를 재분석하였다. 일반강 볼트 접합부 실험에서 인장저항면이 파단할 시 전단저항면의 강도는 변형경화를 수반하여 전단항복강도(0.6Fy)를 상회하는 것으로 나타났다. 이러한 특성을 반영하기 위해 CSA S16-09 설계기준에서는 전단저항면의 유효강도로서 전단항복강도와 전단파단강도의 평균값을 적용하고 있으나, 고강도강 블록전단 실험결과에서는 전단저항면의 강도가 전단항복강도에 미치지 못하는 것으로 나타났다. 현행 설계기준들이 일반강과 고강도강 모두에 대해 블록전단 파괴메커니즘과 그 강도를 신뢰성 있게 제시하고 있지 못함을 확인하였고 이를 대체할 수 있는 신뢰성 있는 블록전단 설계식을 제안하였다. 또한 군볼트 접합부를 병렬된 스프링으로 파악하여 하중-변형관계를 모델링하는 방안을 제시하였고, 블록전단파단을 제어하기 위한 설계법도 고찰하였다. 다음으로 겹침이음 접합부에서 고강도강의 까다로운 용접조건과 볼트이음부 길이의 증가 문제를 해결하기 위해 볼트와 용접을 병용하여 적용하는 연구를 수행하였다. 병용접합부에 대한 강종, 모살용접방향, 볼트의 초기 지압조건, 용접과 볼트의 제작순서 등을 변수로 인장실험을 수행하고 변형접합에 따른 하중-변형관계 작성 및 병용접합부 강도설계식을 제안하였다. 제안한 볼트 접합부의 하중-변형관계를 토대로 용접파단 시점에서 볼트의 강도기여를 평가하였고, 강도식 제안에 반영하였다. 특히 측면모살용접과 볼트를 병용할 시 용접부의 전단지연효과를 제안한 강도식에 반영하였다. 용접과 볼트체결의 순서는 하중-변형 거동과 최대하중에 어떠한 영향도 주지 않음을 확인하였다. 더불어 이 논문에서 연쇄붕괴하중에 대한 볼트 접합부의 거동을 평가하였다. 축인장력과 휨모멘트가 조합된 하중을 받는 군볼트 접합부의 특성을 규명하고 앞서 제안한 비탄성 이력거동 모델링을 수정하여 적용하는 방안을 제시하였다. 불균등 인장응력을 받는 블록전단파단으로 파악하여 접합부의 최대강도를 결정하고, 연쇄붕괴저항설계의 기초자료로서 제공하고자 하였다. 이 논문에서 수행한 다양한 실험과 제안한 설계강도 및 해석 모델링 방법들은 현행의 비합리적인 지압형식 볼트 접합부 설계를 개선하는데 활용될 수 있을 것으로 기대한다.Chapter 1. Introduction 1 1.1 Research Backgrounds 1 1.2 Scopes and Objectives 5 1.3 Outline of Dissertation 6 Chapter 2. Literature Review 8 2.1 Introduction 8 2.2 Bearing Behavior of Bolts in Shear 9 2.3 Design of Bolt Group under Eccentric Shear Loading 15 2.3.1 Elastic method 15 2.3.2 Instantaneous center of rotation method (ICRM) 17 2.3.3 Load-deformation relationship model for ICRM 19 2.3.4 Determining the center of instantaneous rotation of bolted joint 25 2.3.5 Effect of gravity framing on the seismic performance with perimeter moment frame 26 2.3.6 Progressive collapse resistance of shear tab connection 34 2.4 Design of Group Bolted Lap Joints 36 2.4.1 Block shear strength in lap joints 36 2.4.2 Combined bolted-welded lap joints 41 Chapter 3. Experimental and Analytical Studies of Single Bolted Connections 46 3.1 Introduction 46 3.2 Tests Considering Bolt Bearing Boundary Conditions 48 3.2.1 Bearing boundary conditions 48 3.2.2 Test program 50 3.2.3 Test results 53 3.3 Test Results and Analytical Modeling 68 3.3.1 Bearing strength 68 3.3.2 Load-deformation relationship proposed 73 3.3.3 Ultimate deformation capacity 76 3.4 Design Bearing Strength and Load-Deformation 80 3.5 Summary and Conclusions 95 Chapter 4. Behavior of Group Bolted Connections Under Eccentric Loading 97 4.1 Introduction 97 4.2 Eccentric Loading Tests 98 4.2.1 Test specimens 98 4.2.2 Predicted strength 104 4.2.3 Test results 105 4.3 Analytical Modeling of Group Bolted Connections 121 4.3.1 Monotonic loading 121 4.3.2 Cyclic loading 135 4.3.3 Equivalent viscous damping ratio 149 4.4 A New Method proposed to Determine ICRM 153 4.5 Summary and conclusions 163 Chapter 5. Block Shear Strength and Analytical Modeling of Group-Bolted Lap Joints 166 5.1 Introduction 166 5.2 Applicability of Current Block Shear Formula to High-Strength Steel 168 5.3 Experimental Program on Group Bolted Lap Joints 170 5.3.1 Test program and set-up 170 5.3.2 Test results and load-deformation relationship 173 5.4 Evaluation of Block Shear Strength for Group Bolted Lap Joints 176 5.4.1 Hardening effect inherent in current block shear formula 176 5.4.2 Design strength for block shear 178 5.5 Load-Deformation Relationship Proposed 182 5.6 Summary and Conclusions 187 Chapter 6. Strength of Combined Bolted-Welded Lap Joints 188 6.1 Introduction 188 6.2 Tensile Strength of Fillet Welded Lap Joints 191 6.2.1 Test program and set-up 191 6.2.2 Test results and load-deformation relationship 195 6.3 Tensile Strength of Combined Bolted-Welded Lap Joints 199 6.3.1 Test program and set-up 199 6.3.2 Test results 202 6.4 Analytical Modeling and Design Strength Proposed 212 6.4.1 Load-deformation relation model for combined joints 212 6.4.2 Design strength for combined joints 223 6.5 Summary and Conclusions 230 Chapter 7. Application to Group Bolted Connections under Large Deformation 232 7.1 Ultimate Behavior under Catenary Range 232 7.1.1 Test specimens 232 7.1.2 Test results 234 7.2 Analytical Modeling and Strength Proposed 241 7.2.1 Analytical modeling 241 7.2.2 Design strength for block shear under non-uniform tensile stress 243 7.3 Summary and Conclusions 246 Chapter 8. Comparison of Proposed Strength Equation with Current Design Standards 247 Chapter 9. Summary and Conclusions 252 References 257 Appendix A. 263 초 록 275Docto

3D Trench Charge-up Simulation Study on the Effect of Electro-negative

Maste

Evaluation of Shear Connections in Sinusoidally Corrugated Web Beams with Reinforcing Plates

이 연구에서는 정현파형 주름웨브 보(파형웨브 보)의 정현파 위치와 무관하게 볼트접합부를 구성하고자 보강플레이트를 활용한 전단접합상세를 제시하고 실험과 해석을 통해 그 성능을 평가하였다. 실험 결과 모든 제안상세 실험체의 최대모멘트강도가 작은보의 항복강도와 유사하거나 상회하였다. 그러나 동일한 부분높이를 갖는 보강플레이트와 전단탭의 조합을 갖는 실험체에서는 전단탭이 편측으로 놓이는 경우 이론강성을 하회하는 실험결과를 보였다. 이는 편측에 놓인 전단탭의 단부가 파형웨브의 골을 직접적으로 가력하여 생긴 국부변형에 기인한 것임을 면외방향 변형 계측실험결과와 유한요소해석결과를 통해 입증하였다. This study presents the shear connection details using reinforcing plates to compose the bolted connections regardless of the sinusoidal position of corrugated web beams, and evaluates their performance through experiments and FEM analyses. The experimental results show that the maximum moment strength of all proposed specimens is similar to or exceeds the yield strength of beam. However, in the case of the combination of reinforcing plate and connection plate with the same partial height, the experimental results were lower than the theoretical stiffness when the connection plate was placed on the edge of reinforcing plate. This is due to the local deformation caused by the end of the connection plate placed on the edge of the reinforcing plate directly pressing on the valley of the sinusoidally corrugated web, which is proved by the results of out-of-plane deformation measurement experiments and finite element analysis

고속 네트웍용 NIC을 위한 단일칩 설계에 관한 연구

학위논문(석사)--서울대학교 대학원 :전기공학부,2000.Maste

Effects of interferon-gamma on transforming growth factor 1 expression in the partially obstructed urinary bladder of rat

학위논문(박사)--서울대학교 대학원 :의학과 비뇨기과학전공,2003.Docto