□ 연구개요 섬광검출기 기반의 투과형 검출기 (Transmission detector) 개발로 방사선(X-ray, Proton) 치료전 품질보증 (Quality Assurance)과 치료빔 온라인 분석을 통해 방사선 치료의 오류를 거의 실시간으로 검출하고 선량 검증할 수 있는 방사선 치료 품질 보증 시스템을 구축한다. 그리고 이를 통하여 방사선치료의 오류 가능성을 제거하고 치료품질 향상에 최적화된 품질보증 원천기술을 확보한다. □ 연구 목표대비 연구결과 ■ 섬광검출기에서의 X-ray빔, Proton 빔 측정 타당성 확인 • Linac 6MV, 10MV에서 Beam Profile 및 Transmission factor 확인 • Proton beam 대표에너지 (70 MeV, 110 MeV, 150 MeV등) 에서의 Beam Profile 및 Transmission factor 확인 ■ 선형가속기용 투과형 검출기 제작 및 치료환자QA 적용 • 선형가속기용 시스템 개발 및 환자 QA시의 섬광 이미지 분석 • 치료빔 온라인 분석 및 비교 기능 구현 • 비교 후 임상적용 가능성 도출 ■ 양성자치료기용 투과형 검출기 제작과 환자 QA 적용 • 양성자 치료기 Snout 부착 가능한 투과형 검출 시스템 개발 • Patient-specific QA Image (position, intensity) 분석 • Beam Online-monitoring 기능 개발 ■ 투과형 검출기 시스템을 이용한 온라인 분석 및 선량 검증 시스템 구축 • 선형가속기용과 양성자치료기용 투과형 검출기의 온라인 모니터링 시스템 통합 개발 □ 연구개발성과의 활용 계획 및 기대효과(연구개발결과의 중요성) 본 연구 결과는 방사선치료 온라인 검증 시스템 개발 결과로 방사선 (X-ray, Proton) 치료 전 품질보증 (Quality Assurance)과 치료빔 온라인 분석을 통해 방사선 치료의 오류를 검출하고 온라인으로 선량 검증할 수 있는 시스템을 구축할 수 있다는 중요성이 있다. 또한 기존 상업적으로 사용하던 Ion Chamber나 Diode detector 기반의 투과형 검출기가 가지는 공간분해능의 단점을 해결함과 동시에 섬광판과 카메라로 구성되는 저비용 시스템으로 치료 방사선 모니터링과 그 품질보증 원천기술을 최초로 확보할 수 있어서 본 연구의 파급효과와 잠재성은 매우 크다고 할 수 있다. (출처 : 연구결과 요약문 2p)

• 연구책임자 : 안성환
• 주관연구기관 : 삼성서울병원
• 발행년도 : 20240300
• Keyword : 1. 방사선치료;X-ray 치료;양성자 치료;섬광검출기;투과형검출기; 2. Radiation Therapy;X-ray Therapy;Proton Therapy;Scintillator Detector;Transmission Detector;

□ 연구개발 목표 및 내용 ◼ 최종 목표 ○ 원전 실시간 계측, 운영, 운전, 안전 및 사고관리 Big Data와 심층학습 인공지능 기술을 이용한 실시간 종합안전 및 사고관리 파일럿 플랫폼 개발 ◼ 전체 내용 - 원전 실시간 감시계통 계측기 신호 진단 및 신호해석과 디지털 신호 동적보상 논리 개발 - MARS-KS를 활용한 열수력계통 안전해석 Big Data 구축 체계 개발 - 원전 운영, 운전, 안전 및 사고관리 파일럿 Big Data 구축 - 가동원전 및 AtomCARE와 연계 및 활용방안 검토 - 원전 Big Data를 이용한 원전 운전, 과도 및 사고진단, 예측과 대응 실시간 종합안전 및 사고관리 심층학습 구축 방법론 개발 - 원전 실시간 종합안전 및 사고관리 파일럿 플랫폼 (iLisa-MP, intelligent Living Safety & Accident - Management Platform) 개발 및 확인검증 ◼ 1단계 ❏ 목표 ○ 원전 실시간 감시계통과 운영, 운전, 안전 및 사고관리 Big Data를 이용한 운전, 과도 및 사고진단, 예측 및 대응 AI 심층 학습 방법론 개발 ❏ 내용 - 실시간 감시계통 신호 진단, 해석 및 동적보상 방법론 개발 - 참조원전 및 파일럿 Big Data 구축 대표 Event 선정 - AtomCARE 운영현황 및 기술 현안 검토 - 참조원전 운영, 운전, 안전 및 사고관리 Big Data 구축방법론 개발 - 참조원전 실시간 감시계통 입력과 운전, 안전 및 사고관리 Big Data를 이용한 실시간 종합안전 및 사고관리 AI 심층학습 방법론 개발 ◼ 2단계 ❏ 목표 ○ 참조원전 파일럿 Database 구축 및 파일럿 Big Data를 이용한 실시간 종합안전 및 사고관리 파일럿 플랫폼 개발 및 확인 검증 ❏ 내용 - 실시간 감시신호 진단, 해석 및 동적보상 모듈 개발 - MARS-KS 해석을 통한 참조원전 파일럿 Database 구축 - 참조원전 운영기술지침 (T/S), 비정상운전절차서 (AOP), 비상 운전절차서 (EOP) 및 사고관리계획서 (AMP)의 실시간 운전, 안전 및 사고관리 AI 심층학습 연계 방법론 개발 - 실시간 종합안전 및 사고관리 AI 심층학습 알고리즘 선정 및 참조원전 파일럿 플랫폼 설계 - 가동원전 및 AtomCARE와 연계 및 규제 활용방안 도출 - 원전 종합안전 및 사고관리 플랫폼의 데이터베이스 구축 및 운영관리 방법론 개발 - 실시간 감시계통 신호 및 파일럿 Big Data를 이용한 참조원전 종합안전 및 사고관리 파일럿 플랫폼 개발 및 확인검증 □ 연구개발성과 ○ 안전기술보고서 (N-STAR) : 6건 - 원전 실시간 종합안전 및 사고관리 플랫폼 개발을 위한 인공지능 심층학습 상태입력층 구축방법론 - 원전 실시간 사고진단 및 예측을 위한 심층학습 이상탐지 방법론 - 원전 종합안전 및 사고관리 플랫폼의 데이터베이스 구축 및 운영관리 방법론 - 원전 실시간 종합안전 및 사고관리 플랫폼의 사고예측 방법론 개발 - 인공지능 기계학습 및 빅데이터를 활용한 원전 종합안전 및 사고관리 플랫폼 개발 방법론 - 원전 실시간 종합안전 및 사고관리 플랫폼의 인공지능 지도학습 사고진단 방법론 ○ 논문 : 국외 SCIE 논문 제출 : 1건 - Machine Learning Accident Diagnosis and Prediction Methodology using MARS-KS Best-estimate Safety Analysis Database of APR1400 Advanced Power Reactor (NED 논문 제출완료 : 제출번호 NED-D-24-00009) ○ 학술대회 발표 : 국내 2건, 국외 1건 - Anomaly Detection Methodology based MARS-KS Simulation Database(KNS) - Operational Anomaly Detection Methodology using MARS-KS Nuclear Safety Transient Simulation Database (KNS) - Machine Learning Anomaly Data Detection and Accident Diagnosis Methodology using MARS-KS Design Basis Event Analysis Database of APR1400 Nuclear Power Plant (NURETH) ○ 지식재산권 : 국내 출원 1건 - 인공지능 기계학습 기술과 빅데이터를 이용한 운전원을 지원하기 위한 가동원전의 종합안전 및 사고관리 자동운전 플랫폼과 중소모듈형 및 초소형 원자로의 안전한 자율운전 플랫폼 ○ 저작권 (소프트웨어) : 등록 2건 - Nuclear Power Plant intelligent Living safety and accident Data Bank (원전 실시간 종합안전 및 사고관리 데이터뱅크) - iLisa_GUI (아이리사 지유아이) ○ 전문 연구 인력양성 : 학사 1명 ○ 산업 기술 인력 양성 : 5명 - KSA (한국표준협회) 인공지능 고급과정 수료 5명 ○ 홍보실적 : 4건 - ANS Winter 학술대회 - Winter NuSTEP meeting 기술 발표 - NTHAS 학술발표 - Summer NuSTEP meeting 기술 발표 ○ 고용 효과 : 3명 - 책임급 : 1명 (2021년도 채용) - 석사급 : 1명 (2022년도 채용) - 학사급 : 1명 (2021년도 채용) □ 연구개발성과 활용계획 및 기대 효과 - 개발한 파일럿 플랫폼을 기반으로 향후 국내 가동원전의 운전, 과도 및 사고 감시, 진단, 예측 및 대응을 위한 운전원 지원 자동운전 실시간 종합안전 및 사고관리 플랫폼 (iLisa-MP, intelligent Living Safety & Accident – Management Platform)을 개발하여 가동원전의 안전성 및 운전 효율성 향상에 기여 - 국가정책으로 추진하고 있는 ‘한국형 혁신 소형모듈원자로 (i-SMR)’ 및 국내 산학연에서 개발하고 있는 다양한 목적의 중소모듈형 및 초소형 신형원자로의 인공지능 기술 및 자율운전 기술개발 선도와 인공지능 기술 적용 인허가를 위한 규제 기준 및 규제 독립검증 방법론 미래형 원자로 규제수요 대비 규제기반기술 확보 - 국내외에서 해양, 우주 및 국지 등 다양한 목적으로 개발 중인 중소모듈형 및 초소형 신형원자로의 안전성 강화 및 경제성 제고를 위한 인공지능 자율운전 초격차 기슬개발로 미래형 신형원자로 자율운전 규제기술 개발 및 원자력 인공지능 기술 선도 - 원전의 실시간 종합안전 및 사고관리 플랫폼 구축을 통하여 원전의 운전, 과도안전 및 사고의 실시간 감시와 사고 대응 및 완화를 통한 가동원전 안전성 강화로 원자력에너지 및 원자력 산업계에 대한 국민의 신뢰성 제고 - 미래 중소모듈형 및 초소형 원자로 인공지능 자율운전 초격차 기술개발을 통한 미래 중소모듈형 및 초소형 원자로 자율운전 시장 선점과 원자력 기술수출 경쟁력 제고 (출처 : 요약문 2p)

• 연구책임자 : 심석구
• 주관연구기관 : 이엔이티
• 발행년도 : 20240400
• Keyword : 1. 실시간 감시계통;빅데이터;인공지능 기계학습 기술;원자로 안전 및 사고관리 자동운전 플랫폼;원자로 자율운전 운영관리 플랫폼; 2. Real-Time Monitoring System;Big Data;AI Machine Learning Technology;Reactor Safety and Accident Management- Autonomous Platform;Self-driving Reactor - Operational Platform;

□ 연구개요 만성 염증성 질환인 류마티스 관절염은 장기적인 치료가 필요하며, 고가 치료약제의 사용이 증가하고 있어 질병 부담금이 높은 대표적인 질환입니다. 또한, 해당 질병에서 주로 사용되는 생물학적 제제의 사용은 부작용으로 감염의 위험성을 증가 시킬 수 있어 류마티스 관절염의 새로운 치료 전략의 개발이 필요합니다. 본 연구에서는 류마티스 관절염에서 저선량방사선의 항염증효과를 확인하고, 그 기전을 규명하며, 적정 선량, 분획, 최적의 치료시기를 제시하여 류마티스 관절염에서 새로운 치료 방법으로서의 가능성을 타진하고자 합니다. □ 연구 목표대비 연구결과 Collagen-induced arthritis mouse에서 항염증효과를 보이는 저선량방사선의 적정선량, 분획, 최적의 치료시기를 결정하기 위해 반복 실험을 진행하였고, 그 결과 류마티스 관절염 증상이 발현된 후 총 2 Gy의 방사선량을 4 분획에 걸쳐 조사하는 것이 항염증효과를 가장 크게 보인다는 것을 알게 되었습니다. 한 mouse model에 국한하지 않고 위와 같은 실험을 K/BxN mouse에서 반복하였고 류마티스 관절염 환자에게서 얻은 세포에서도 같은 결과를 확인하였습니다. 그 기전을 알아보기 위한 실험들에서 저선량방사선은 류마티스 관절염 mice에서 lymphocytes의 activation, proliferation, differentiation, lnflammatory cytokine secretion에는 영향을 주지 않고 국소적인 lymphocyte apoptosis를 증가시키며 immune cell 수를 감소시켰습니다. 그리고 연골 파괴 정도를 감소시켰습니다. 기존 연구 목표에서 적정 저선량방사선 조사 방법의 확립과 항염증효과 기전 규명은 진행되었고, 목표했었던 기존 류마티스 관절염 약제와 저선량방사선 결합치료에 대한 시너지 효과 검증은 추가 실험을 계획하고 있습니다. □ 연구개발성과의 활용 계획 및 기대효과(연구개발결과의 중요성) 다양한 mouse model 및 류마티스 관절염 환자에게서 얻은 세포에서 저선량방사선이 안전하게 국소적인 항염증효과를 보인다는 것을 확인하였고, 그 적정 치료시기, 선량 및 분획을 확인하였기에 추가적인 임상시험 이후, 환자 적용을 고려해 볼 수 있습니다. 기존 류마티스 관절염 약제와 저선량방사선의 결합치료에 대한 추가 실험을 통해 기존 류마티스 관절염 치료의 효과를 증대시키며 부작용을 감소시키는 치료 전략을 구상해 볼 수 있습니다. 저선량방사선의 항염증효과를 확인했기에, 다른 염증성 질환에서도 해당 치료적용을 확대해 연구할 수 있습니다. (출처 : 연구결과 요약문 2p)

• 연구책임자 : 최훈식
• 주관연구기관 : 경상대학교
• 발행년도 : 20240300
• Keyword : 1. 저선량방사선;류마티스관절염;항염증효과;세포자연사; 2. low-dose radiation;rheumatoid arthritis;anti-inflammatory effect;apoptosis;

□ 연구개발 목표 및 내용 ◼ 최종 목표 ○ 원자력시설 안전조치 검증용 핵물질 연대측정 핵심기술 개발 - Pu-Am, Pu-U 붕괴반응 이용 플루토늄 연대측정 핵심 분석기술 개발 - Pu-Am, Pu-U 연대측정 기법 개발 ◼ 전체 내용 ○ 본 연구는 방사성 물질의 붕괴 특성에 기반을 두어 핵물질 연대 즉, 핵물질 정제 이후 경과시간을 측정하는 기술을 개발하는 것임 ○ 핵물질 연대측정 기술은 물리적, 화학적, 동위원소 특성 등 여러 변수들과 함께 핵물질의 이력을 알 수 있는 중요한 기술로서, 시설안전조치 사찰시료 분석, 핵활동의 추정과 검증, 미신고/미확인 핵물질의 출처 파악 등에 필수적으로 소요되는 기술임 ○ 다양한 연대측정시계를 이용한 핵물질 연대측정 기술 개발을 위해, Pu-Am과 Pu-U 연대측정시계 (radiochronometer)를 이용한 플루토늄 연대측정기법을 개발하는 것임 ○ 청정시험시설과 극미량 핵물질 분석장비를 활용하여, 피코그램 (pg)급 극미량의 아메리슘과 우라늄을 모핵종인 플루토늄으로부터 순수분리하여 동위원소희석법에 따라 정량분석하는 요소기술을 1-2차년도까지 개발하고, 이에 기반한 연대측정 핵심 기술을 3차년도까지 개발 완료 및 검증 ○ 핵물질 연대측정 알고리즘과 핵물질 별 연대측정 절차를 개발하여 연대측정용 전산 S/W 개발에 활용하고, 개발한 연대측정 기술을 국제협력 등의 방법으로 검증 ◼ 1단계 ❏ 목표 ○ 시설 안전조치 검증용 핵물질 연대측정 요소기술 개발 ❏ 내용 ○ 1차년도 (2021.04.01.~2021.12.31) - 핵물질 유형 별 연대측정 알고리즘 개발 - 플루토늄 매질 내 극미량 아메리슘 순수 분리 기술 및 정량 분석법 개발 ◼ 2단계 ❏ 목표 ○ 시설 안전조치 검증용 핵물질 연대측정 핵심기술 확립 ❏ 내용 ○ 2차년도 (2022.01.01.~2022.12.31.) - Pu-Am 붕괴반응 이용 플루토늄 연대측정기법 개발 - 동위원소희석질량법에 의한 피코그램 (pg)급 Pu, Am 정량분석법 개발 - 표준시료를 이용한 Pu-Am 연대측정 핵심기술 검증 - 핵물질 연대측정 전산 S/W 설계 ○ 3차년도 (2023.01.01.~2023.12.31) - 플루토늄 매질 내 피코그램 (pg)급 우라늄 순수분리기술 및 정량분석법 개발 - Pu-U 붕괴반응 이용 플루토늄 연대측정기법 개발 - 표준시료를 이용한 Pu-U 연대측정 핵심기술 검증 - 핵물질 연대측정 절차서 개발 - 핵물질 연대측정 전산 S/W 개발 □ 연구개발성과 ○ 핵물질 유형 별 연대측정 알고리즘 확보 ○ 동위원소희석법에 의한 피코그램 (pg)급 핵물질 정량분석 기술자료 생산 ○ 플루토늄 매질 내 아메리슘 및 피코그램 (pg)급 우라늄 순수 분리 절차 및 정량 분석 기술자료 생산 ○ Pu-Am, Pu-U 붕괴반응 이용 플루토늄 연대측정기법 절차 확보 ○ 핵물질 연대측정 전산 S/W 및 핵물질 연대측정 절차서 확보 ○ 핵물질 연대측정 연구 관련 학술 발표, 논문 게재, 저작권 등록, 안전기술보고서 발간 및 핵물질 전문분석 인력 양성 □ 연구개발성과 활용계획 및 기대 효과 ○ 핵물질 생산시기 추정기술 확보를 통한 국가 핵안보 및 시설 핵안전조치 역량 강화 ○ 국내 미신고/미확인 핵물질 발견 시 이력추적 등 신속 대응을 통한 국가 안전역량 제고 ○ 우라늄 농축, 플루토늄 재처리 등의 주변국 핵활동을 통해 생산된 핵물질의 생산 시기 추정에 활용 ○ 방사붕괴반응에 기반한 핵물질 생산연대 추정 핵심기술 개발을 통해 선진국 수준의 핵활동 검증 기술을 확보함으로써 주변국 핵활동 검증 역량을 향상시키는 한편, 향후 북한 비핵화를 대비하여 정부의 적극적인 역할 수행이 가능하도록 기술 지원 능력 확보 (출처 : 요약문 2p)

• 연구책임자 : 정근호
• 주관연구기관 : 한국원자력연구원
• 발행년도 : 20240300
• Keyword : 1. 핵물질;연대측정법;우라늄;플루토늄;동위원소희석법; 2. nuclear material;Radio-chronometry;uranium;plutonium;isotope dilution mass spectrometry;

□ 연구목적 자기장에 영향을 받는 전기적 성질을 가진 유체의 움직임을 기술하는 비선형 편미분 방정식인 MHD 방정식의 해의 해석적인 성질에 대해 연구한다. 자기유체에 대해 수학적인 이론 연구를 통해 지식의 확장을 목표로 하며 이는 응용연구와 기술 개발에 기반이 된다. □ 연구내용 MHD 방정식의 압력의 음의 부분과 베르누이 압력의 양의 부분 그리고 속도, 자기장, 압력의 적절한 선형 결합으로 약해의 새로운 정칙성 판정법을 개발한다. 유계인 영역에서 약해와 강해의 일관된 이론을 정립한다. 특히 자기장에 대해 불침투성 경계조건을 고려한다. 이 때, 정상상태와 비정상상태의 해를 모두 고려한다. 점성이 있는 비압축성 유체가 구멍을 메운 물체의 움직임을 묘사하는 일관성 있는 수학적 모델을 만들어 존재성 이론을 발전시킨다. 비압축성 도전성 미세 극성 유체의 흐름에 대한 수학적 모델을 개발하고 정성적인 성질들을 유도한다. 해의 중요한 해석적 성질 중의 하나인 리우빌 정리를 개발한다. □ 연구결과 MHD(자기유체역학) 방정식은 나비에 스톡스 방정식과 맥스웰 방정식이 결합되어 있어 수학적인 분석이 어렵다. 이는 옴의 법칙과 패러데이 법칙을 결합함으로써 더 복잡한 형태로 기술된다. 우주 플라즈마, 별의 형성, 중성자성과 같은 실제 물리적 현상을 수학적으로 기술하는데 사용된다. 이런 현상을 이론적으로 분석하기 위해서 MHD 방정식의 해의 존재, 유일성, 및 정칙성에 대한 수학적 진전이 필요하다. 이 연구에서 MHD 방정식의 해의 존재성을 다양한 경계조건에서 연구하였다. 이를 위해 실제 물리적 관찰과 부합하는 경계조건을 고려하는 것이 필요하다. 미세극성유체의 해의 해석적 성질을 위한 에너지 부등식 유도하였고 압축성 유체이론으로 확장에 대한 연구를 진행하였다. 이러한 비선형 편미분 방정식을 해석적인 분석을 위해 유일성과 관련된 연구 나비어 스톡스 방정식의 해의 리우빌 정리에서 출발하여 MHD 방정식, Hall MHD 방정식, 미세극성방정식, 그리고 압축성 유체의 리우빌 성질에 대한 연구를 하여 논문으로 출판하였다. □ 연구결과의 활용계획 초기경계면에서의 자기유체 방정식의 해에 대한 연구는 자연과학 및 핵공학 분야에서 널리 활용된다. 이 방정식은 천체물리학, 지구과학, 그리고 핵융합 발전 연구에 필수적이다. 특히, 플라즈마 안정화를 위해 필요한 강한 자기장에 대한 이해는 핵융합 발전에 필수적이다. 자기유체 방정식의 해의 유일성이 보장되지 않아 수치기법 적용에 어려움이 있다. 이 연구는 해의 존재성, 유일성, 정칙성에 대한 수학적인 진전을 통해 이러한 어려움을 극복하는 데 활용될 수 있다. 기초연구의 발전은 인류의 기술 발전을 촉진하는 역할을 한다. MHD 방정식에 대해 기본적인 이해와 지식을 증진하고 이는 후속 연구의 기반이 된다. (출처 : 연구결과 요약문 (국문) 3p)

• 연구책임자 : 양민석
• 주관연구기관 : 연세대학교
• 발행년도 : 20240200
• Keyword : 1. 자기유체방정식;정칙성 판정법;압축성유체;미세극성;경계조건; 2. MHD equations;regularity criterion;compressible fluid;micropolar;boundary condition;

□ 연구개요 근치적(Definitive) 방사선치료(Radiation therapy, RT)를 받는 악성 고형암 환자에서 머신러닝 기반의 조기 치료반응 예측 시스템을 구축하고 이를 방사선민감성(Radiosensitivity)에 따른 보정 방사선치료계획(Adaptive RT planning)에 이용하여 치료지수(Therapeutic index)를 높이는 정밀 방사선치료 구현을 목표로 함. □ 연구 목표대비 연구결과 1) 머신러닝 기반 보정 방사선치료 연구를 위한 데이터베이스 및 연구플랫폼 구축 • 연구개시와 함께 토론토의대 연구진과 협력하여 인공지능 연구 클러스터를 벤치 마킹하여 데이터베이스를 구축하였음. 데이터 관리를 위해 전문업체와 협업중임 • 방사선치료 관련 영상 데이터베이스를 활용하여 카이스트, 연세암병원 등과 공동 연구를 진행 중이며 현재 추진중인 다국적 공동연구에 활용 예정임 2) 라디오믹스(Radiomics)를 활용한 조기 치료반응 예측 시스템 구축 및 임상적용 • 식도암 환자대상 texture analysis 연구결과 논문 게재 및 관련 특허 출원 • 자궁경부암 환자 MRI 데이터 분석하여 예후 예측 관련 논문 게재 • 비인두암 환자 방사선치료 정도관리(QA)에 따른 재발률 분석 및 논문 게재 • Distributed learning 기법을 통한 인공지능 모델의 효율성 향상기법 개발하여 논문 submission 하여 리뷰 중 • 원격전이/국소재발 관련 인자 예측 위한 라디오믹스 모델 개발중임 3) 자동 윤곽형성(Auto-segmentation, auto-contouring) 시스템 개발 및 임상 적용 • 기존 딥러닝 모델 중 best 모델 선정하여 두경부 OAR 자동윤곽형성 모델 개발 • OAR 자동 윤곽형성 모델의 clinical acceptability 논문 submission 하여 리뷰중 • OAR 자동 윤곽형성 모델의 유효성 평가 시 바이어스 발생에 대한 논문 작성 중 • 연합학습(federated learning)을 통한 두경부 OAR 자동윤곽형성 모델 개발을 주제로 다국적 연구 추진중 • OAR 자동윤곽형성 모델을 경부림프절 자동윤곽형성에 적용, 후속연구 진행 중 4) 조기 치료반응 예측 및 방사선민감성 유도 보정방사선치료 연구 • 2021년 8월 MR-LINAC 치료 시작하여 2년간 700명 환자 데이터 수집함 • 전립선암 환자의 MR 영상유도 데이터 분석 및 논문 게재 • 간암 대상 전향적 연구 통해 MR 영상데이터 수집 중. 후향적 연구결과 학회보고 • 뇌종양의 MR 영상유도 치료 관련 초기 데이터를 분석, 논문 submission 중 □ 연구개발성과의 활용 계획 및 기대효과(연구개발결과의 중요성) • 본 연구를 통해 개발한 데이터베이스는 방사선치료 관련 (진단용, 방사선치료 설계용, 치료 후 반응평가용) 영상 데이터와 함께 환자의 임상 데이터를 포함하고 있어 다양한 연구에 활용이 가능함. • 환자자료, 조직검사 결과 등을 토대로 근치적 치료 후 치료결과와 예후를 미리 예측하려는 노력은 계속 시도되고 있으며 영상자료를 통한 라디오믹스 연구는 치료 전, 치료 중, 치료 후 영상을 활용할 수 있고 기존 예후인자에 추가하여 분석할 수 있어 데이터의 양과 질을 높이는게 기여할 수 있음 • 방사선치료 설계와 치료전달에 있어 자동 윤곽형성 모델은 치료시간 단축과 variability를 줄이는 효과가 있음. 본 연구를 통해 개발된 자동 윤곽형성 모델은 다국적 후속연구를 통해 외부검증과 임상적용 예정임. • OAR 자동윤곽형성 모델을 경부림프절 구역 자동윤곽형성에 적용하여 새로운 application과 모델을 개발하였음 • 기존의 인공지능 기반 모델은 개발과 검증 단계에서 종료되는 경우가 대부분이었으나 본 연구는 인공지능 모델을 개발하여 임상에 적용하는 연구로 실제 환자 치료에 있어 인공지능 모델의 효율성을 확인하는데 적합한 연구임 (출처 : 연구결과 요약문 2p)

• 연구책임자 : 김준원
• 주관연구기관 : 연세대학교
• 발행년도 : 20240300
• Keyword : 1. 고형암 방사선치료;예후예측;인공지능;라디오믹스;자동윤곽 형성; 2. Solid tumor radiotherapy;Prognosis prediction;Artificial intelligence;Radiomics;Auto-segmentation;

□ 연구개발 목표 및 내용 ◼ 최종 목표 ○ 방사선치료기기별 품질관리 세부 개선안 및 안전규제 기술 개발 ◼ 전체 내용 ○ 국내외 방사선치료기기별 품질관리 현황 분석(‘22) - 일반 LINAC, MR-LINAC, Tomotherapy, CyberKnife, HDR Brachytherapy, GammaKnife, 양성자치료기, 중입자치료기별 해외 선도국의 방사선치료기기 품질관리 기술(프로토콜, 기술보고서 등), 품질관리 이행현황 분석, 검증체계(규제체계, 독립적 품질감사 등) 확보 - HDR Brachytherapy, IAEA, COCIR, EFOMP, ESTRO, AAPM, ASTRO 등에서 권고하는 방사선치료기 및 치료기술 대비 적정 인력 및 교육훈련 현황 분석 - HDR Brachytherapy, 국내외 방사선치료기기 품질관리 규제체계 조사 및 분석 ※ 양성자 및 중입자 등 입자치료기에 초점을 맞추되 선행연구가 이루어진 RG 및 RI의 경우는 보완하는 수준에서 정리 ※ 예상성과물: 국내외방사선치료기기별 품질관리 이행 현황 및 규제 체계 비교분석 보고서(안전기술보고서 1건), 일반 방사선치료기별 품질관리 절차 및 지침서(방법론 1건) ○ 국내 치료방사선 사용기관을 위한 방사선치료기기별 품질관리 세부 이행 기준 개발(‘23) - 품질관리 전문인력 기준 및 교육 훈련 방안 도출 - 일반 방사선치료기 품질관리 이행 현황 파악 및 표준 지침서 개발 - 신형 방사선치료기 및 입자방사선치료기 품질관리 표준 지침서 개발 - 방사선치료기기별 규제 적용 방안 도출 ※ 양성자 및 중입자 등 입자치료기에 초점을 맞추되 선행연구가 이루어진 RG 및 RI의 경우는 보완하는 수준에서 정리 ※ 예상성과물: 치료기기별 품질관리 규제 이행을 위한 필수 적용 항목 제안 보고서(안전기술보고서 1건), 입자(양성자, 중입자) 방사선치료기별 품질관리 표준 지침서(방법론 1건) ◼ 1단계 ❏ 목표 ○ 국내외 방사선치료기기별 품질관리 이행 현황 및 이행 체계 비교 분석을 통한 국내 방사선치료기기 품질관리 표준 지침(안) 개발 및 규제 적용 방안 도출 ❏ 내용 ○ 국내외(국제기준, 해외 주요국) 방사선치료기기 품질관리 규제 체계, 이행 현황 등 조사 및 분석 (2차년도) - 제도화 여부, 관리항목 및 오차 설정범위, 독립적 품질감사 현황, 전문인력 교육 및 훈련 ○ 국외 신규 및 입자(양성자, 중입자) 방사선치료기기 품질관리 현황 및 기술수준 분석 (2차년도) ○ 방사선치료기기 품질관리 세부 개선 사항 도출 및 이행 기술 개발 - 치료기기별 주요 항목 도출, 대표 품질관리 방법론(관리항목, 측정절차 등) 개발 (3차년도) ○ 국내 신규 및 입자(양성자, 중입자) 방사선치료기기 품질관리 기준 제시 (3차년도) - 방사선치료기기 품질관리 표준 지침 수립 및 적용 방안 도출 - 표준 지침(안) 국내 규제 적용 방안 도출 ※ 양성자 및 중입자 등 입자치료기에 초점을 맞추되 선행연구가 이루어진 RG 및 RI의 경우는 보완하는 수준에서 정리 □ 연구개발성과 ○ 정성적성과 - 국내외 방사선치료기 품질관리 이행현황 분석 - 국내외 신규 및 입자 방사선치료기 표준 지침(안) 현황 분석 - 국내외 독립적품질감사 시스템 현황 분석 - 한계점 및 규제기술 개선방향 분석 - 결론 및 활용방안 ○ 정량적성과 - 국제학술지(SCIE) 논문게재 1건, 국제학술대회 발표 2건, 국내학술대회발표 3건, 안전기술보고서(N-STAR) 1건, 특허디자인등록 1건 □ 연구개발성과 활용계획 및 기대 효과 ○ 활용계획 - IAEA QUATRO와 같은 국내 종합방사선치료기 품질관리 지침서 출판에 활용 - 원자력안전법 제53조 (방사성동위원소⋅방사선발생장치 사용 등의 허가)에 따라, 원자력안전위원회고시 제2019-06호 (의료분야의 방사선 안전관리에 관한 기술기준) 제5조 (품질관리)의 이행현황 점검을 위해, 의료기관, 학회 등 이해관계자 의견 수렴 및 규제 경험 피드백을 통한 표준 지침 수립 - 전반적인 방사선치료기기 품질관리 이행 지침 개발 및 현장 적용 ○ 기대효과 - 고선량 방사선치료기기의 투명한 품질관리 지침 수립으로 국민 신뢰도 제고 - 국내외 의료방사선 품질관리 규제 체계 비교 및 고시 개정 이후 각 기관별 이행 수준 파악 - 국내 방사선치료기기 품질관리 체계 고유 특성을 고려한 규제 지침 개발 시 활용 - 품질관리 기술 및 전문인력 수준 향상에 따른 의료방사선 안전성 강화 (출처 : 요약문 2p)

• 연구책임자 : 김금배
• 주관연구기관 : 한국원자력의학원
• 발행년도 : 20240400
• Keyword : 1. 방사선치료기기;품질관리;전문인력;교육훈련;독립적품질감사; 2. Radiotherapy Equipment;Quality Control;Quality Expert;Education and Training;External Quality Audit;

비공개항목입니다.

• 연구책임자 : 김광섭
• 주관연구기관 : 한국기계연구원
• 발행년도 : 20240200
• Keyword : 1. 나노구조체;그래핀;태양 복사에너지;능동제어;전기차; 2. Nanostructure;Graphene;Solar Radiative Energy;Active Control;Electric Vehicle;

□ 연구개요 식물면역 단백질인 NPR1은 전사공활성인자로 많이 연구되었지만 우리 연구진은 NPR1이 엽록체에도 존재함을 밝힘으로써 dual localization (핵, 엽록체), dual role(전사인자, redox에 따른 역행신호분자)의 단백질임을 증명하였다. 엽록체에 oligomer 형태로 유입되어 다량으로 존재하다가 스트레스 등 외부 환경변화와 Circadian Rhythm에 따른 redox 변화에 따라 엽록체에서 나와서 세포질을 경유한 후 Importin 복합체를 형성하여 핵공을 통해 핵으로 유입됨을 확인하였다. 이로써 NPR1이 실제 엽록체에서 핵으로 이동하는 역행신호단백질임을 증명하였다. □ 연구 목표대비 연구결과 ■ 연구 목표: NPR1의 역행신호분자 작용, 한 개의 단백질이 다른 위치, 다른 기능 o 고염분 스트레스에서 NPR1은 엽록체에 축적되며 chaperone과 antioxidant로서 작용하여 protein homeostasis를 유지함으로써 광합성능을 제고하고 스트레스 저항성을 높여주는데 엽록체에서의 NPR1의 이러한 기능은 핵에서의 전사활성인자 외에 새로운 분자적, 생리적 기능이 확인된 것임 o RbcL의 chloroplast transit peptide (cTP) 유전자 절편을 NPR1의 5’에 결합하여 제조한 엽록체 표적 NPR1-GFP 단백질 (p35S::cTP-NPR1-GFP)이 엽록체에서 다량의 oligomer로 존재하였지만 고염분 스트레스 이후 핵에서 monomer로 확인됨 o pNPR1::NPR1-GFP의 형질전환식물체를 이용하여 핵 NPR1의 존재가 Circadian Rhythm 양상을 나타내었으며 NPR1에 의해 조절되는 PR 전사체가 유도됨 o 엽록체에서 cTP를 제거하는 stromal processing peptidase의 돌연변이체 애기장대(spp)에 vaccum filtration된 cTP-NPR1-GFP에서는 고염분 스트레스 처리에서도 핵NPR1이 존재하지 않았는데 이는 스트로마에서 cTP가 제거되지 않았기 때문에 핵으로의 이동도 일어나지 않은 것임 ➔ NPR1은 엽록체에서 핵으로 이동하는 역행신호분자, dual localization, dual role o 엽록체→핵으로의 역행이동은 암상태에서 더 뚜렷하게 나타나며, 빛에 노출되면 엽록체 NPR1과 핵 NPR1의 반감기가 짧아지며, 단백질 분해는 proteasome에 의해 이루어지므로 NPR1의 light-induced proteasome degradation을 나타내었음 o 기능유전체 분석을 위해 NPR1의 역행이동이 활발한 시기와 역행이동이 일어나지 않는 시기를 구별하여 RNA-sequence를 수행한 결과 Nuclear Localization Signal (NLS)에 결합하여 표적 단백질의 핵 유입에 관여하는 Importin factors를 구성하는 단백질의 전사체인 Importin a-1b, Importin B, Nuclear Transport Factor, Ran-Binding Protein 7을 확인하였음, 역행이동단백질의 새로운 핵유입기작 제시 □ 연구개발성과의 활용 계획 및 기대효과(연구개발결과의 중요성) o NPR1은 스트레스 및 병저항성을 유도하는 역행신호전달인자이며, 엽록체에서는 항산화기능을 갖는 단백질로서, 세포내 위치 및 형태에 따라 서로 다른 기능을 확인 ➔ 특정 단백질이 세포내에서 두 개 이상의 서로 다른 위치에 존재함으로써 세포가 환경변화에 효율적으로 대응하고 세포내 다양한 과정을 조절할 수 있는 중요한 조절기작임을 확인하여 단백질 기능의 새로운 기초 이론 창출에 기여 o 병원균 감염에 의해 SA의 증가로 인해 환원적 상태가 되면 NPR1의 oligomeric 형태에서 이황화다리가 깨어져 monomer로 전환되어 핵으로 유입된다는 이론 ➔ 엽록체에서 세포의 분자적 조절을 위해 세포질로 이동 후 Importin factor가 NPR1의 NLS에 부착, 핵공을 통해 핵안으로 유입 ➔ 신호단백질의 새로운 핵유입기작 이론 제공 o 엽록체 역행신호단백질의 실질적 이동을 증명 ➔ Abiotic/Biotic 스트레스 저항성 유도에 활용하여 저항성 작물 선발 및 작물 제작, 엽록체 광합성능 제고에 활용 (출처 : 연구결과 요약문 2p)

• 연구책임자 : 박기영
• 주관연구기관 : 순천대학교
• 발행년도 : 20240300
• Keyword : 1. 역행신호전달;엽록체;활성산소;스트로마 프로세싱 분해효소; 2. Retrograde signaling;NPR1;chloroplast;reactive oxygen species;Stromal Processing Peptidase;

□ 연구개요 ○ 중이온가속기에서 만들어지는 희귀한 동위 원소들은 자연계에 존재하는 원소들의 기원을 규명하고우주에서 발생하는 다양한 천체현상을 이해하는데 필요한 단서를 제공해 준다. ○ 하지만, 중이온가속기에서 만들어지는 희귀동위원소들의 생성단면적은 매우 작기 때문에 입사 빔과 표적간의 최적의 조합 및 입사에너지를 결정하는 것이 중요하다. ○ 따라서, 본 연구에서는 다중핵자 전송반응 (Multi-nucleon transfer reaction)을 잘 묘사하는 dinuclear system (DNS) 모델 및 Langevin equation을 기반으로 한 모델을 이용하여 다양한 희귀동위원소들의 생성단면적을 예측하고자 한다. □ 연구 목표대비 연구결과 ○ 당초 목표였던 N = 126 근처에 있는 희귀동위원소 생성 연구, 초중핵 생성 연구를 완료하지 못했지만, 그중 일부 희귀동위원소 생성 연구를 알파 전이 반응을 통해 수행하고 논문을 작성중이다. ○ Deformed relativistic Hartree–Bogoliubov theory in continuum (DRHBc) 모델을 활용하여 핵반응 연구에 필요한 핵구조 성질 (binding energy, nucleon separation energy, quadrupole deformation, neutron and proton Fermi surfaces energy, root-mean-square (rms) radii of neutron, proton, matter and charge, distributions of neutron and proton)과 관련된 연구를 수행하였다. ○ DRHBc 모델을 활용한 핵구조 연구를 통해 여러 편의 논문을 출판하였다. ○ 본 과제는 여러 편의 SCI 논문을 출판함으로써 충분한 연구성과를 이룬 것으로 생각되며, 본 과제의 성과로 이루어진 결과를 바탕으로 앞으로의 연구성과가 더욱 기대된다. □ 연구개발성과의 활용 계획 및 기대효과(연구개발결과의 중요성) ○ 본 연구를 통해 희귀동위원소 빔을 이용한 다양한 중이온 핵반응 뿐만 아니라 핵천제 반응 연구가 가능하며 국내에서 이루어지고 있는 중이온가속기 실험의 이론적 배경을 줄 수 있다. ○ 이론 및 실험데이터를 수집하는 과정에서 라온을 활용한 초기 실험 설계에 중요한 단초를 제공할 것이다. ○ 희귀동위원소들의 생성단면적은 매우 작기 때문에, 최적의 빔과 표적의 조합 및 입사에너지를 예측함으로써 효율적인 실험이 될 수 있도록 기여할 것으로 기대된다. ○ 무거운 원소들의 생성 기원을 규명하는데 중요한 역할을 하는 r-process 반응의 과정을 이해하는데 도움을 줄 것이다. ○ 초중핵 영역의 아직 밝혀지지 않은 새로운 원자핵을 합성할 경우, 어떤 과정을 통해 합성이 가능한지에 대한 중요한 열쇠를 제공할 것으로 본다. ○ 라온에서 앞으로 수행 될 다양한 저에너지 핵반응 실험, 불안정한 핵의 구조 연구 등 다양한 연구에 기여함으로써 라온 연구 시설의 과학적, 경제적 가치를 극대화 하는데 이바지할 수 있을 것으로 기대된다. (출처 : 연구결과 요약문 2p)

• 연구책임자 : 문명환
• 주관연구기관 : 숭실대학교
• 발행년도 : 20240300
• Keyword : 1. 중이온가속기;희귀동위원소;다중핵자전송반응;초중핵;쌍핵모델; 2. Heavy-ion accelerator;Rare isotopes;Multi-nucleon transfer reaction;Super heavy element;Di-nuclear system model;