Prediction of salivary gland function after radiation therapy in head and neck cancer patients and establishment of patient-specific radiation therapy using integration of heterogeneous medical imaging

• 연구책임자 : □ 연구개요 < 필요성 > ○ 두경부암 방사선치료로 인한 침샘 기능 저하 및 삶의 질 저하 - 침샘스캔을 이용하여 침샘 기능을 평가할 수 있으며, 기저상태의 침샘의 섭취 및 침분비 자극후 침샘의 분비양상을 통해 기능이상을 확인함. 방사선 치료 영역 및 선량에 따른 침샘 부위별 기능 평가를 위해서는 3차원 SPECT 기법을 사용해야 하나, 기존의 침샘 스캔은 2차원 검사법으로 각 침샘의 부위별 이상 유무 평가에 제한적 임. 최근 개발된 CZT SPECT/CT를 활용하면 실시간 침샘 SPECT 촬영을 통해 방사선 치료영역 및 선량에 따른 침샘 부위별 기능 평가가 가능함. < 연구내용 및 추진전략 > ○ 이종영상 융합 및 영상 분석 ① 방사선 치료 전후의 침샘 기능 변화를 3D SPECT/CT로 분석 - 기능 저하를 보이는 침샘 영역과 방사선 치료영역 및 선량의 연관성 정량적 분석 - 침샘의 부피 및 저선량 영역에 관한 영향 분석 가능 - 침샘 SPECT/CT 영상 parameter의 측정 및 계산 ‣ CT volume, SUVmax, SUVmean; Metabolic volume, uptake/recovery ratio, ejection fraction ‣ 치료전 및 치료후 변화값 ○ 환자군 모집 및 추적 검사 ① 치료후 침샘 기능을 평가할 수 있는 예측인자 발굴 - 치료 전후 및 추적관찰시 침샘 SPECT/CT양상 비교 분석 및 여러 임상적 인자들(ESR, CRP, amylase 등의 혈액학적 인자)을 이용 : 방사선치료전후 침샘기능 설문지 통해 실제 증상과도 비교분석함 ② 기존 연구들과 비교 시 해당 연구는 단기간 및 장기간의 변화를 동시에 추적 관찰하여 그 양상을 비교: 최종적인 침샘 평가를 통해 방사선 유발 침샘기능 저하의 호전 또는 비가역성 등의 만성적 변화를 분석함 ○ 침샘기능 평가 프로그램 구축 ① 해당 연구로 두경부암 환자의 치료 후 침샘 기능 변화 예측 프로그램의 구축 : 딥러닝 기반 침샘 SPECT/CT 학습용 데이터셋 프로그램 구축 - SPECT/CT장비에서 측정된 수치 및 영상데이터를 학습 서버로 전송하여 데이터셋 DB화 - 딥러닝 학습 프레임워크 구현 및 모델 알고리즘 구현 ② 구축된 프로그램을 통한 임상적 검증 및 환자 맞춤형 방사선치료(patient-specific radiation therapy) 가능 □ 연구 목표대비 연구결과 < 정성적 연구개발 결과 > - 이종 영상 융합 시스템의 구축 완료: 방사선 치료시 얻는 모의 영상과 침샘 기능 평가용 침샘 SPECT/CT의 융합 시스템 - 침샘 영향과 연관된 선량 한도의 설정 < 정량적 연구개발 결과 > - 특허 출원 및 등록 1건: 이종 영상 융합 시스템의 분석 방법 및 장치에 대한 특허 등록 완료 (목표성과대비 50% 달성) - 관련 논문 출간 (SCI) 2건 달성 (목표성과대비 100% 달성) 특허 출원을 제외한 나머지 연구 성과는 목표 성과를 충분히 달성함. 또한 특허는 출원을 목표로 하였으나 등록까지 되는 결과를 얻을 수 있었음. □ 연구개발성과의 활용 계획 및 기대효과(연구개발결과의 중요성) ① 의학적 측면 - 3차원 침샘 SPECT/CT의 침샘기능 평가에 대한 임상적 유용성 확보 및 두경부암의 새로운 치료 가이드라인 확보의 기반이 됨. - 해당 연구의 데이터셋 구축 프로그램을 통해 치료 후 침샘 기능 저하의 위험성이 높은 환자를 사전에 예측 가능. - 환자 맞춤형 방사선 치료법 적용을 통해 두경부암의 방사선 치료에 있어 새로운 방향을 제시함. ② 기술적 측면 - 해당 연구의 이종 영상 융합 + 추가적인 의료 데이터와 상관관계 연구. 환자의 혈액학적 샘플과 병리 샘플을 추가한 이종 융합 오믹스 분석을 위한 기틀 마련 ③ 경제·산업적 측면 - 통상적으로 방사선치료 후 발생하는 침샘기능 관련 합병증 감소를 통한 의료비용 및 연관된 사회경제적 비용 감소. (출처 : 연구결과 요약문 2p)
• 주관연구기관 : 순천향대학교
• 발행년도 : 20240300
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Various Manifestations of Nuclear Structure: From Nucleons to Nuclear Matter at Extreme Conditions

• 연구책임자 : □ 연구목적 본 과제에서는 한중일 3국간 국제공동연구를 통하여 원자핵의 구조를 연구하였다. 원자핵의 세계에서는 다양한 형태의 구조를 관찰할 수 있다. 본 연구에서는 핵자, 원자핵, 극한 핵물질로 나아가는 각 계층별로 나타나는 여러 가지 핵구조의 연구를 수행하였다. 또한 원자핵 구조 연구의 부산물로 우주에 존재하는 각종 원소의 기원도 연구하였다. 국제공동연구를 진행하기 위하여 각국의 거점기관을 중심으로 국제공동연구네트워크도 구성하여 아시아를 중심으로 21세기의 핵물리학연구를 이끌어 갈 것이다. □ 연구내용 핵자로부터 극한 핵물질까지 원자핵의 구조는 다양한 형태로 나타난다. 핵자에서는 우선 양성자의 반지름에 관하여 최근에 대두된 문제에 도전하였다. 또한 중성자 과잉 원자핵에서 나타나는 여러 가지 새로운 현상들을 연구하여 핵자간의 상호작용 및 핵자들이 모여서 만들어진 원자핵의 다양한 구조를 연구하였다. 이에는 중성자 과잉 불안정 원자핵들의 모양, 들뜬 상태, 전하분포 등을 들 수 있다. 그리고 압력 또는 밀도, 그리고 양성자와 중성자 개수의 비대칭도에 따라 달라지는 핵물질의 에너지, 즉 핵물질의 상태방정식을 연구하였다. 양성자와 중성자 개수의 비대칭도에 따른 대칭에너지를 측정하고 핵물질이 압축될 때의 에너지 변화(압축도)를 측정하였다. 이렇게 다양한 원자핵의 구조의 연구를 통하여 원소의 기원의 수수께끼에 도전하였다. 이론적인 측면에서는 핵자내부의 쿼크들의 상호작용에서 핵자의 구조를 이끌어 내는 QCD, 핵자들간의 상호작용에서 원자핵의 구조를 이끌어 내는 shell model등을 이해하였다. 또한 실제 수치계산으로 실험결과를 설명하고 새로운 현상들을 예측하여 새로운 실험제안으로 가는 선순환구조를 형성하였다. □ 연구결과 원자핵의 구조 연구에서 얻어진 다양한 결과들은 QCD 및 원자핵의 shell model등을 이론적으로 이해하는데 중요한 정보가 된다. 국제공동연구를 통하여 한중일 3국의 거점기관을 중심으로 국제공동연구네트워크를 형성하였다. □ 연구결과의 활용계획 핵구조 분야의 공동연구를 통하여 얻어진 가속기 및 검출기에 관한 일본과 중국의 발달된 기술을 활용하면 한국중이온가속기의 건설과 향후 활용과정에서 시행착오를 많이 줄일 수 있다. 핵구조에 관한 과학적 결과들은 쿼크들간의 상호작용, 핵자들간의 상호작용을 제대로 이해하는데 도움을 줄 것이다. (출처 : 연구결과 요약문 (국문) 3p)
• 주관연구기관 : 서울대학교
• 발행년도 : 20240700
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Development of Online Verification System for Radiation Therapy Using Scintillation Detector

• 연구책임자 : □ 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)
• 주관연구기관 : 삼성서울병원
• 발행년도 : 20240300
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Development of Novel techniques using Synchrotron radiation tomographic methods for detection of early stage lung cancer

• 연구책임자 : □ 연구개발 목표 및 내용 ○ 최종 목표 국내의생명빔라인의 microtomographic technique을 개선, 발전시키고 해외 선진기술과의 접목을 통해 조기 폐암 진단이 가능한 3차원 방사광 마이크로 단층촬영기법의 protocol을 확립하여 임상적 응용에 필요한 실험 역량을 함양하고자 함. ○ 전체 내용 현재까지 국내 의생명 가속기 연구시설을 기반으로 진행되었던 폐암의 3차원 방사광 영상 기법들을 분석하고 개선점을 확인하며 임상연구 응용이 가능하도록 국내 의생명 빔라인의재구축 작업을 계획하고자 함. 아울러 선도적인 연구를 수행하고 있는 해외 우수 의생명 빔라인 연구시설을 견학하고 그들의 경험과 기술에 대해 자문받고자 함. 본 연구의 목표는 조기 폐암 진단을 목표로 임상적 연구가 가능하도록 방사광 영상 기술의 protocol을 개선 개발하고자 하며 향후 임상적응용에 필요한 연구 역량 강화를 내용으로 약 2년간 다음과 같이 진행함. 1차년도에는 국내 의생명빔라인 연구팀과 연계하여 기존의 연구 성과를 재확인하고 beamline의 구조 개선 방법을 모색함. 또한 현재 국내 연구시설을 기반으로 활용가능한 조기 폐암의 방사광 마이크로 단층촬영 기법을 확인함. 2차년도에는 일본 츠쿠바 소재 Photon Factory 연구진 및 나고야 대학의 N. Sunaguchi 교수 연구팀과 공동으로 방사광 영상의 시계 (Field of Veiw) 확대를 통해 인체 폐기관 전체의 영상 촬영이 가능한 기술 개발에 참여함. 이 기술의 핵심인 Monochromator와 Laue Angle Analyzer의 개발에 공동으로 참여하며 폐영상 조직뿐만 아니라 유방과 두뇌 등 다른 연부조직 영상 기법의 실험도 함께 계획하고 있음. 또한 가장 발전된 기술을 보유하고 있는 유럽가속기연구소를 방문하여 현재 건설중인 국내 차세대 다목적 가속기의 의생명빔라인 운용을 위한 실험기술개발과 임상연구설계에 대한 조언을 받고자 함.3차년도 (3개월); 그간의 연구 성과를 바탕으로 국내 가속기 기술환경에 최적화된 조기 폐암의 3차원방사광 마이크로 단층 촬영 기법의 protocol을 확립하고 이를 이용한 연구결과를 SCIE 저널에 투고하여 출간하였으며 추가연구를 위한 연구비 수주 계획을 진행 중임. ○ 1단계 ● 목표 국내 의생명빔라인의 영상획득기술을 개선, 발전시켜 조기 폐암의 진단이 가능한 고해상도 3차원 방사광 영상 획득 기술 protocol을 개발함. ● 내용 국내가속기 기술을 기반으로 폐암의 3차원 방사광 영상기법 기술을 향상시켰으며 해외 우수 의생명빔라인 연구진과의 협업연구를 통해 국내 다목적가속기의 의생명 빔라인 운용을 위한 실험 역량을 강화함. □ 연구개발성과 SICE 논문 2, 학술대회 논문 발표 (국제 2, 국내 2), 학술대회 초청강연 3,보고서 작성 1 □ 연구개발성과 활용계획 및 기대 효과 국내 가속기 시설에 기반한 의생명 방사광 영상기법의 발전을 도모함. 조기폐암에 대한 비파괴적 진단을 위한 방사광 영상기벌을 개발할 수 있었으며 향후 의료용 빔라인 건설에 대비하여 연구 역량을 강화하고 임상연구 도입 등 의학 응용 분야의 발전을 도모함. 또한 Microbeam Radiation Therapy (MRT) 기술과 접목하여 조기 폐암의 진단과 동시에 치료를 가능하게 하는 혁신의 토대가 될 수 있음. (출처 : 요약문 2p)
• 주관연구기관 : 고려대학교
• 발행년도 : 20240600
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Research on nuclear symmetry energy with a new forward detector in LAMPS Experiment at RAON

• 연구책임자 : □ 연구 목표 및 내용 ○ 최종 목표 핵 대칭에너지는 한국형 중이온 가속기인 RAON (Rare isotope Accelerator complex for ON-line experiment)의 LAMPS (Large Acceptance Multi-Purpose Spectrometer) 실험에서 가장 중요한 관측량이다. 그리고 중이온-중이온 충돌 후 나오는 양성자와 중성자를 모두 관측하여 산출하는 집단 흐름 (collective flow) 계수 측정은 이 핵 대칭에너지를 관측하는 데 중요한 요소 중의 하나이다. 집단 흐름 계수 측정은 중이온 충돌 후 나오는 양성자와 중성자를 넓은 영역의 의사신속도 (pseudorapidity) 영역에서 관측하는 게 중요하다. 그러나 현재의 LAMPS 실험은 중이온 충돌 후 생성되는 총 하전 입자들 중 전방(forward)으로 빠져나가는 약 40%의 하전 입자들을 관측할 수 없다. 본 연구의 목표는 LAMPS 실험에서 전방 영역에 하전 입자를 관측할 수 있는 검출기 후보를 연구하고 설치하여 중이온 충돌 후 발생하는 전 방위의 하전 입자를 관측 가능하게 하는 것이다. 나아가 LAMPS 실험의 핵심 목표인 다양한 핵물질의 핵 대칭에너지 연구에 기여하는 것이다. ○ 전체 내용 1) RAON의 LAMPS 실험에서 전방 검출기의 유력한 후보를 연구 LAMPS 실험의 주요 하전 입자 가스 검출기인 TPC 검출기 바로 바깥쪽에 하전 입자를 관측할 수 있는 전방 검출기의 유력한 세가지 후보를 연구하고 그 중 하나를 설치하는 것이다. 중이온-중이온 충돌 후 타겟에서 나오는 하전 입자들 중 TPC의 전방 영역을 통과할 때에는 TPC에서 해당 입자들을 잘 관측할 수 없다. 이 영역은 TPC의 하전 입자 운동량 분해능이 매우 낮은 영역이기 때문이다. 더욱이 이 영역은 중이온-중이온 충돌 시 생성되는 총 하전 입자의 약 40%가 통과하는 영역으로 현재 LAMPS의 검출기로는 LAMPS 내부의 타겟에서 생성되는 총 하전 입자 정보의 약 40%를 연구에 활용하지 못 하게 된다. 이 전방 영역에 하전 입자 검출기를 설치하여 중이온-중이온 충돌 시 나오는 100%의 하전 입자 정보를 핵 대칭에너지 연구에 활용하는 게 본 연구의 주요 내용이다. 2) 유력한 검출기 후보들 중 결정된 전방 검출기를 제작 2-1) 전산모사를 통해 얻은 파라미터를 바탕으로 조건에 맞는 검출기 구조를 설계한다. 2-2) 검출기의 아날로그 정보를 처리하고 검출기를 제어하는 전자보드를 연구하여 제작한다. 2-3) 검출기 테스트 시스템을 구축하고 검출기 시제품을 제작한다. 2-4) 검출기 테스트 시스템을 활용하여 검출기 시제품 특성을 연구하고 성능 요구에 부합하는지 확인한다. 2-5) 빔 테스트를 통하여 전방 검출기의 최종 성능 요소를 확인한다. 2-6) 전방 검출기의 전자보드에서 나온 시그널 정보를 이용하여 하전 입자를 재구성 하는 프로그램을 제작하고 LAMPS의 재구성 프로그램 패키지에 이식한다. 3) 제작한 전방 검출기를 설치한다. 3-1) 1~3년차 동안 연구 개발하고 제작한 전방 검출기를 LAMPS 실험에 설치한다. 3-2) LAMPS 실험에 전방 검출기와 전방 검출기의 하전 입자 신호를 처리할 전자 보드를 LAMPS 실험에 설치한다. 3-3) 전방 검출기와 다른 LAMPS 검출기들의 동조 테스트를 진행하여 최종 설치를 완료한다. 4) LAMPS 실험의 핵심 목표인 핵물질의 대칭에너지 연구에 기여 본 연구의 후반기 연구는 LAMPS 실험에 설치한 전방 검출기를 활용하여 RAON의 LAMPS 실험에서 중이온-중이온 충돌 후 나오는 넓은 영역의 의사신속도 영역에서 하전 입자를 관측하여 집단 흐름 계수 측정을 진행한다. 집단 흐름 계수 측정을 통해 LAMPS 실험의 핵심 목표인 다양한 핵종에 대한 핵 대칭에너지를 관측한다. 집답 흐름 관측 결과는 밀도 의존 핵 대칭에너지 함수의 1차 및 2차 도함수를 이론적 예측과 비교하여, 핵 대칭에너지를 측정한다. ○ 1단계 ● 연구 목표 1단계 연구목표는 LAMPS 실험에 새로운 전방 검출기를 설치하여 현재 LAMPS의 TPC 검출기를 통해 관측할 수 없는 전방 영역을 통과하는 약 40%의 하전 입자를 온전하게 관측할 수 있게 하도록 하는 것이다. 즉, 새로운 검출기는 기존 TPC와 연계하여 넓은 의사신속도 영역에서 핵 물질의 집단 흐름 계수를 측정할 수 있도록 해주며 LAMPS 실험의 연구 목표인 다양한 핵 물질의 핵 대칭 에너지 연구에 이바지하게 된다. ● 연구 내용 1) 전방 검출기 후보 선택과 후보 전방 검출기의 개념디자인 채택 1단계에서는 전방 검출기 후보를 다음과 같이 고려하였다. 첫 번째 후보 검출기는 DC(Drift Chamber) 가스 검출기이다. DC 검출기는 TPC와 같은 방식으로 하전 입자를 관측한다. 두 번째 후보 검출기는 실리콘 검출기이다. 마지막으로 세 번째 후보 검출기는 섬광 검출기를 이용하는 것이다. 위의 세 가지 후보 검출기에 대한 장단점 비교하여 가용한 예산과 인력을 고려하여 시제품 연구 및 개발을 위한 후보로 섬광 검출기를 선택하였다. 섬광 검출기 기반 시제품은 다음과 같이 구상하였다. 1 mm² 전후의 정사각형 단면을 지닌 섬광 섬유를 수평 혹은 수직 방향으로 배열하여 최소 검출기 단위를 만들며, 하나의 검출기는 각각 한 쌍의 수평 및 수직 배열을 갖춰 2차원 위치를 특정할 수 있도록 하였다. 섬광 섬유에서 발생한 광자 신호를 읽기 위해서는 섬유의 끝 단면에 광학 케이블(optical cable)을 연결하여 광자가 신호 수집 보드(read-out board)까지 도달하도록 유도하고, 전체적인 크기를 가능한 줄이기 위해 다채널 픽셀포토카운터(Multi-Pixel Photo Counter, MPPC)를 광자 센서로 사용한다. 다시 하나의 검출기는 팔각형(TPC 및 FTOF 역시 유사하게 팔각형을 이어 붙인 형태로 제작되어 있다)으로 제작하여 빔 파이프를 중심으로 동일한 팔각형 8개를 이어 붙여 1개의 층을 구성하도록 하였다. 2) 견본품 제작 및 시제품 시뮬레이션 개발 전방 검출기 시제품을 제작하기 이전에 팔각형 형태의 구조를 정사각형 구조로 간단히 구현하여 성능을 시험할 수 있는 시제품 제작을 위한 견본품 설계를 시작하였으며, 시행착오를 줄이고 실험 결과를 분석할 수 있는 시뮬레이션 구현과 분석 시스템에 노력하였다. 검출기의 성능과 위치를 최적화하기 위해서는 검출기 시뮬레이션도 진행하였다. 전방 검출기의 시뮬레이션은 LAMPS의 전용 시뮬레이션 프로그램인 KEBI를 활용하였다. 3) 견본품 제작 및 시제품 시뮬레이션 시제품 제작에 앞서, 시행착오를 줄이기 위해 견본품을 제작하였다. 견본품은 섬광 섬유와 MPPC를 사용하여 우선적으로 제작하였으며, 섬광 섬유와 MPPC를 구성하는 활성 감지 영역(active volume)에 사용되는 재료의 기계적, 물리적 특성을 파악하고 실제 시제품(최종 제품)의 구조를 제작하기 전에 특성을 연구하기 위해 제작되었다. 동시에, 실제와 동일하게 구현된 시뮬레이션을 통해 입자의 검출효율(reconstruction efficiency), 운동량 분해능 등을 테스트하였다. ○ 2단계 ● 연구 목표 전방검출기 견본품의 빔테스트를 완료하여 예상 성능과 비교한 후 실제 크기의 시제품을 제작한다. 제작한 시제품/견본품과 다른 LAMPS 검출기와 동조하여 시운전을 실시하여 LAMPS의 검출 성능을 확장한다. RAON의 고에너지 가속기 구간 건설의 연기로 인한 본 목표인 핵물질 대칭에너지 연구는 고에너지 가속기 구간 건설 이후의 미래 계획으로 남겨두며 저에너지 RAON 빔을 활용한 LAMPS 활용 과제를 발굴하여 실험 및 연구하고 연구결과를 실적물로 가시화한다. ● 연구 내용 1) 제작한 견본품의 빔 테스트, 방사선소스 테스트, 우주선 테스트 경주양성자가속기에 빔 이용 신청을 차년도에 다시 진행한다. 또한 다양한 다른 빔 테스트 장소를 물색한다. 또한 RAON의 NDPS의 중성자 빔을 이용하여 빔 테스트를 하는 계획도 병행하고 방사선 소스를 구매하여 방사선 소스에 의한 견본품 테스트 및 우주선 테스트를 진행하여 다른 시설의 의존성을 낮추고 다각도로 검출기 테스트를 진행한다. 2) 제작한 전방 검출기 시제품을 제작 1~3년차 동안 연구 개발하고 제작한 견본품의 빔 테스트/방사선소스/우주선 테스트를 완료하여 시뮬레이션에서 예상한 성능과 비교한다. 견본품 성능이 예상 성능에 근접하면 시제품의 제작단계로 이행한다. 견본품 성능이 예상 성능을 벗어날 때는 원인을 파악하고 성능이 벗어난 정도가 실제 실험결과에 영향을 주는 정도를 예측하여 시제품 제작 단계로 이행한다. 3) 제작한 전방 검출기 시제품과 다른 LAMPS 검출기와 동조 테스트 전방 검출기 시제품을 LAMPS의 다른 검출기와 조합하여 이용한다. 현재 RAON의 고에너지 가속기 구간의 설치가 연기되어 부득이하게 LAMPS 실험의 실제 가동도 연기된 상태이나 LAMPS 실험은 고에너지 가속기 구간이 설치되기 전까지 LAMPS 검출기들의 성능 테스트 및 우주선 테스트, 그리고 동조 테스트를 계획하고 있다. 시제품과 LAMPS 검출기들과 동기화하고 시운전 및 성능 테스트에 같이 참여한다. 4) LAMPS 활용 과제를 발굴 고에너지 가속기 구간 건설 연기로 LAMPS 실험의 실제 가동이 연기된 상태이나 저에너지 빔을 활용한 연구 주제를 발굴하며 LAMPS 일부 다른 검출기와 같이 시제품을 외국 시설에 활용하는 방안을 발굴한다. □ 연구성과 1단계 기간 동안 LAMPS 실험에서 요구하는 전방 검출기의 성능 사양을 정리하며 전산모사를 구현하여 최적의 위치 및 운동량 분해능을 갖는 검출기의 주요 파라미터를 계산하였다. 계산된 주요 파라미터는 LAMPS 실험에서 최적의 견본품 및 시제품을 제작하고 결정하는 데 사용하였고 사용할 예정이다. 시제품 제작에 앞서, 시행착오를 줄이기 위해 시제품의 구조를 단순화한 견본품을 제작하였다. 견본품은 섬광 섬유와 MPPC를 사용하여 우선적으로 제작 완료하였고 판독 보드와 수집 장비(DAQ)까지 구비하여 본격적인 우주선 테스트와 빔테스트를 할 수 있도록 모든 준비를 완료하였다. 2단계 기간은 전방 검출기 견본품의 빔 테스트를 완료하여 예상 성능과 비교한 후 실제 크기의 시제품을 제작한다. 제작한 시제품(혹은 견본품)과 다른 LAMPS 검출기와 동조하여 시운전을 실시하여 LAMPS의 검출 성능을 확장한다. 저에너지 RAON 빔을 활용한 LAMPS 활용 과제를 발굴하여 실험 및 연구하고 연구 결과를 실적물로 가시화한다. 해당 과제로 이희동 학부 학생은 학위 논문을 제출하고 졸업하였으며 가을물리학회에서 참여연구원인 김총 박사는 전방 검출기 제작에 대한 구두 발표를 실시하였다. 2단계에서는 연구성과물로 검출기 시뮬레이션 스터디와 검출기 제작 및 빔테스트, 그리고 주제 발굴한 연구에 대해 최소 3 편 이상의 SCR 논문을 출판 계획이다. □ 연구성과의 활용 계획 및 기대효과 핵 대칭에너지는 RAON의 LAMPS 실험에서 가장 중요한 관측량이다. 그리고 중이온-중이온 충돌 후 나오는 양성자와 중성자를 모두 관측하여 산출하는 집단 흐름 계수 측정은 이 핵 대칭에너지를 관측하는 데 중요한 요소 중의 하나이다. 특히, 집단흐름 계수 측정은 중이온 충돌 후 나오는 양성자와 중성자를 넓은 의사신속도 영역에서 관측하는 게 중요하다. 본 연구는 LAMPS 실험에 새로운 전방 검출기를 설치하여 현재 LAMPS의 TPC 검출기를 통해 관측하지 못 하는 중이온-중이온 충돌 시 생성되어 전방 영역으로 통과하는 약 40%의 하전 입자를 온전하게 관측하게 해준다. 즉, 본 연구는 중이온 충돌 후 나오는 모든 하전 입자를 관측 가능하게 해주며 넓은 의사 신속도 영역에서 핵 물질의 집단 흐름 계수를 측정할 수 있게 하여 LAMPS 실험의 연구 목표인 다양한 핵 물질의 핵 대칭에너지 연구에 이바지하게 된다. (출처 : 요약문 2p)
• 주관연구기관 : 성균관대학교
• 발행년도 : 20240300
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Development of core technique based on elastic ultrasound for precise diagnosis of cataract

• 연구책임자 : □ 연구개요 • 본 연구에서는 백내장의 진단 지표인 수정체의 이상 정도를 조기에 체크하고, 백내장 치료 시점을 정확하게 예측하기 위해 초음파의 음향 방사력을 이용해서 수정체의 혼탁 및 경화 정도를 정밀 진단 할 수 있는 핵심 기술을 개발함. 이를 위해 조직의 탄성을 측정할 수 있는 초음파를 이용해서 수정체의 혼탁 및 경화 정도를 측정 할 수 있는 새로운 메커니즘을 개발하고, 본 연구팀이 확보한 분할 초점 초음파 프로브 기술을 수정체 탄성 진단에 적용 시켜 개발된 메커니즘의 성능최적화를 통해 백내장 진단시 실시간으로 수정체 상태 정보를 제공 하는 것을 목표로 함. □ 연구 목표대비 연구결과 • 초음파 탄성 기반 수정체 혼탁 및 경도 측정 메커니즘 개발을 위해 초음파 기반수정체 혼탁 기전 연구를 수행한 결과, 수정체의 혼탁 및 경화에 의한 변화를 일반적인 초음파 B-mode (brightness mode)로 검출하기 어려움을 확인함. 이에 탄성 영상의 일종인 음향방사력 기반 임펄스 (impulse) 초음파 영상 (acoustic radiation force impulse, ARFI) 영상을 구현해서 수정체의 경도 변화를 성공적으로 측정 했으며, 성능 최적화를 위해 분할 초점 초음파 변화자 기반 위상 반전 기술 및 컴파운딩 기술을 사용해서 화질을 크게 개선시킴. • 위상 반전 및 컴파운딩 기술 기반 수정체 혼탁 및 경도 측정용 초음파 프로브 개발을 위해 5 MHz 및 10 MHz의 분할 초점 초음파 프로브를 설계하고, 시작품을 제작함. 제작된 초음파 프로브를 사용해서 수정체의 혼탁 및 경도 측정을 위한 ARFI 영상을 성공적으로 획득했으며, 초음파 B-mode 영상이 제공 할 수 없는 수정체의 biomechanial 한 특성을 제공함을 확인함. 특히, 특수 설계된 fixture를 사용해서 분할 초점 초음파 프로브의 제작 공정을 최적화시킴. • 초음파 탄성 신호 향상을 위한 펄스 압축 신호처리 알고리즘 및 모듈 개발을 위해 분할 초점 초음파 프로브에 적합한 Chirp신호 및 비정합필터를 사용한 알고리즘을 개발함. LabVIEW 프로그램 기반으로 안구의 전체 영상을 구현함으로써, 수정체의 혼탁 및 경도 측정이 가능한 모듈을 구현함. 개발된 메커니즘, 프로브, 신호처리 알고리즘, 모듈 통합 후 연동 시험을 수행하고 유의미한 결과를 획득함. □ 연구개발성과의 활용 계획 및 기대효과(연구개발결과의 중요성) • 초음파 음향 방사력 기반 탄성영상을 이용한 수정체 혼탁 및 경도 측정 핵심 기술들은 초음파 기반 백내장 진단 시스템 개발의 가능성을 크게 높였기 때문에 추후 추가적인 정량적 수치화 연구, 안정성 연구, 그리고 in-vivo 실험등을 통해서 보다 진단의 신뢰성을 높일 필요가 있음. 이후, 기술 이전을 통한 신제품이 출시되면 기존 안질환 측정 의료기기 시장을 잠식 할 수 있으며, 새로운 시장 개척도 가능 할 것으로 사료됨. 환자의 불편함을 최소화 하고, 진단 시간을 획기적으로 줄이며, 정확도를 향상 시킬 수 있는 본 기술은 병원용 벤치 타입 뿐만 아니라 휴대용 의료기기에 응용되어 제품화가 가능함. • 압전소자 분할 초점 기법을 이용한 고성능 프로브 제작 기술은 안과 외에 일반적인 진단용 고주파수 초음파 프로브 및 고강도 집속 초음파 치료용 프로브 등과 같이 다양한 초음파 응용 분야에 적용될 수 있으므로 관련 산업 성장 및 초음파 프로브 산업의 기술적인 경쟁력 확보가 가능함. • 초음파 탄성을 이용한 수정체 혼탁 및 경도 측정 기술은 환자에게 통증이나 긴장감 같은 불편함을 덜어주고 진단 시간을 크게 줄여주며, 정확도를 높일 수 있기 때문에 효율적인 백내장 진단을 가능하게 해주고, 적절한 치료 시기 선정에 기여가능 하므로 국민 건강 증진에 이바지 할 수 있음. (출처 : 연구결과 요약문 2p)
• 주관연구기관 : 동국대학교
• 발행년도 : 20240300
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Studies on coordination of gene expression between chloroplast and nuclear genomes in plant leaf senescence and life history

• 연구책임자 : 비공개항목입니다.
• 주관연구기관 : 대구경북과학기술원
• 발행년도 : 20240300
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Mastering the surface chemistry of colloidal nanocrystals: from MAS NMR studies to optimized optoelectronic devices

• 연구책임자 : □ 연구개발 목표 및 내용 ◼ 최종 목표 기존 콜로이드 나노소재의 우수한 광학적, 전기적 특성을 고효율 광전자소자의 핵심층으로 구현함에 있어 나노소재의 합성 단계 및 공정 단계에서 역동적으로 변화하는 표면을 심도 있게 이해하는 것은 매우 중요함. 그러나, 나노 소재의 표면은 일반적으로 매우 복잡한 구조를 가지고 있으며 전문적인 분석기술이 요구됨. 이러한 표면 미세 분석의 어려움으로 인해, 나노소재 기반 고효율 소자 제작에 큰 걸림돌이 되어 옴. 성균관대 연구진은 표면 노출면이 제어된 콜로이드 나노 소재 합성 기술을 보고해 왔으며, 프랑스 INSA 연구진은 다양한 나노소재의 표면을 미세 분석할 수 있는 기술로 학계의 주목을 받고 있음. 이러한 배경에서 진행된 본 공동연구를 통해 성균관대의 면 구조 제어형 콜로이드 나노소재 합성 및 소자구현 기술과 프랑스 University of Toulouse의 NMR 기반 표면 미세 분석 기술을 결합하여 고효율 소자 구현을 위한 나노소재 물성을 이해하고자 함. ◼ 전체 내용 Magic angle spinning nuclear magnetic resonance (MAS NMR)는 고체상 핵자기공명분광기법의 한 종류로, 고체 시료를 특정한 각 도로 기울여 고속으로 회전시켜 원자핵 사이의 자기쌍극자 상호 작용을 평균화시켜 공명선을 날카롭게 하는 분석 기법임. MAS-NMR 은 특히 고체 물질의 구조적 특성 및 표면 화학을 연구하는데 강점이 있으며, 이를 통해 고체 시료에서 얻어지는 스펙트럼이 액체 상태 NMR에 가까운 해상도를 가지게 되어 고체의 복잡한 표면 특성과 내부 결합 상태를 더 명확히 분석할 수 있음. 일반적인 콜로이드 나노소재의 표면 분석에서 NMR을 이용한 연구들이 오랫동안 연구되어 왔음에도, 실제 콜로이드 양자점 표면과 리간드는 액체상에서 상호작용을 하여 관측되는 공명선이 넓게 퍼지거나, In, P, As와 같은 나노 입자 내부 원소의 분석이 어려워 정확한 정보를 제공할 수 없는 문제가 존재했음. 본 연구에서는 MAS-NMR 기법을 이용하여 기존에 연구하는데 어려움이 있었던 콜로이드 상 입자 표면 및 표면 리간드를 보다 정교하게 관찰하고, 이들로부터 영향을 받는 광학 및 전기적 특성을 분석하고 보다 향상된 소재 및 광전소자 특성을 도모하고자 함. 1. 표면 구조 제어형 콜로이드 나노소재합성. 이들의 표면이 (110), (-1-1-1) 및 (111) 등 결정학적으로 잘 정의된 모양을 가지고 있어 보다 정확한 표면 분석을 제공할 수 있는 기반 제공. - SKKU 2. 콜로이드 나노소재의 MAS-NMR 분석 – University of Toulouse 3. 콜로이드 나노소재 필름 제작 및 분석 – SKKU/University of Toulouse 4. 소자 설계/제작/평가 – SKKU (출처 : 요약문 2p)
• 주관연구기관 : 성균관대학교
• 발행년도 : 20241100
• Keyword : http://click.ndsl.kr/servlet/OpenAPIFullTextView?keyValue=05787966&dbt=TRKO&cn=TRKO202500013613

Studies on the hepatic FGF23 expression and function by orphan nuclear receptors

• 연구책임자 : □ 연구개요 고아핵수용체 ERRγ는 내분비와 대사 신호전달의 중요한 매개체로써 인슐린 저항성, 알코올성 간 손상 및 심장 비대와 같은 병리학적 상태에서 중요한 역할을 하는 전사조절인자임. 간세포에서 ERRγ의 신규 표적 유전자로 FGF23를 발굴함에 따라 ERRγ에 의한 FGF23 발현 및 분비 기전을 규명하고 FGF23가 간에서 생성되는 새로운 헤파토카인(hepatokine)임을 증명하고자 함. 또한, 분비된 FGF23가 간 대사 기능에 미치는 영향과 그의 신호 전달체계를 규명하여 현재까지 알려지지 않은 FGF23의 새로운 기능을 밝히고자 함. 이를 통하여 FGF23에 의해 발생하는 질환의 원인 규명과 항상성 조절 기전을 이해하고, FGF23를 이용하여 질병을 제어할 수 있는 원천기술 개발의 기초를 제공할 수 있을 것으로 기대함. □ 연구 목표대비 연구결과 1년차 목표 : 고아핵수용체 ERRγ에 의한 hepatic FGF23 분비 조절 규명, 내용 : 간세포에서 IL-6 수용체 및 CB1 수용체의 세포 신호전달로 증가한 ERRγ의 전사 조절에 의해 FGF23의 프로모터 활성이 증가함. 또한, FGF23의 유전자 발현 및 분비가 간세포에서 조절됨을 밝힘. 2년차 목표 : 마우스 모델에서 FGF23 기능 및 제어 검증 내용 : 급성 신장 손상 및 알코올에 의한 간 손상, CCl₄에 의한 급성 간 손상 모델에서 FGF23의 유전자 발현 및 분비 ERRγ에 의해 조절됨을 확인함. 또한, 이러한 증가는 간 특이적으로 ERRγ가 결실된 쥐에서는 억제됨을 밝힘. 3년차 목표 : FGF23의 간 기능 조절 기전 규명 내용 : 알코올에 의한 간 손상은 간 특이적 FGF23 결실 쥐에서 완화됨을 확인함. 또한, recombinant FGF23의 처리로 간세포에서 당 신생합성 유전자 발현이 증가하고, 산화스트레스 관련 유전자의 발현이 증가함. □ 연구개발성과의 활용 계획 및 기대효과(연구개발결과의 중요성) FGF23가 간에서 분비되는 기작과 함께, 자가 분비 신호전달을 통해 간 대사에 관여하는 효소들의 발현을 증가시킴으로써 간의 대사를 조절하는 신규 대사 조절자 기능을 규명함. 이는 FGF23의 새로운 생리적 기능을 밝히는 데 공헌하고 FGF23에 관한 새로운 연구 분야를 개척할 수 있을 것으로 기대함. FGF23가 간의 대사 기능 장애 유도와 관련이 있으며 제2형 당뇨병의 병리 발병에 이바지할 수 있으므로, FGF23를 표적으로 하는 새로운 진단 또는 치료 개발이 가능함. 본 과제의 성공적 수행은 국내 내분비 및 대사질환 연구 분야의 활성화를 가져올 뿐만 아니라 선진국과 동등하게 경쟁할 수 있는 FGF23의 독창적 기전을 제시하여 FGF23에 관한 특허권과 신약 개발의 지식재산권을 선점함으로써 선진국과의 경쟁에서 기술적으로 우위에 있을 수 있음. (출처 : 연구결과 요약문 2p)
• 주관연구기관 : 전남대학교
• 발행년도 : 20240900
• Keyword : http://click.ndsl.kr/servlet/OpenAPIFullTextView?keyValue=05787966&dbt=TRKO&cn=TRKO202500004167

Identification of the mechanism of Nuclear Factor I-C (NFI-C) in skeletal dysplasia

• 연구책임자 : □ 연구개요 골격 발생 과정 동안 연골세포 및 뼈모세포분화를 조절하는 NFI-C 유전자를 이용하여 1) NFI-C 과발현생쥐의 골격 이형성증 표현형을 분석하고, 2) 골격 이형성증을 유발하는 NFI-C 과발현생쥐를 이용하여 골격 발달 과정동안 NFI-C 유전자와 다양한 골격 이형성증 유발 전사인자 및 성장인자 사이의 상호작용 기전을 밝히며, 3) 중간엽세포에서 시기 특이적으로 NFI-C 발현을 조절할 수 있는 생쥐를 제작하여 뼈 및 연골 발생 동안 NFI-C에 의한 골격 이형성증 유발 기전을 규명하여 궁극적으로이연구 결과를 골격 이형성증 진단 및 치료제 개발에 응용하고자 함. □ 연구 목표대비 연구결과 1. 연구목표 ● NFI-C 과발현생쥐의 골격 이형성증 표현형 변화 분석 ● NFI-C 과발현생쥐의 골격 이형성증 유발 기전 연구 ● 중간엽세포에서 시기 특이적으로 NFI-C 발현을 조절할 수 있는 생쥐 제작 및 분석 2. 연구결과 ● NFI-C 과발현 생쥐는 사지 발달과 머리뼈 형성에 이상을 초래한 것이 사람의 페인골드(Feingold, 팔다리의 길이가 짧고, 손가락과 발가락의 길이가 짧아지고, 소두증을 가지는 유전병)) 증후군과 유사한 표현형을 보여주었음. ● NFI-C 과발현 생쥐의 넙다리뼈와 머리뼈는 정상 생쥐와 비교하여 뼈 밀도가 감소 되어 있었음. ● 또한 성장판의 크기가 감소 되어 있었으며 이는 성장판의 proliferating zone이 현저히 감소 되어 있었음. ● NFI-C 과발현 생쥐의 연골모세포와 뼈모세포에서 이들 두 세포의 분화 마커 유전자들은 정상과 비교하여 현저히 감소된 것을 확인하였음. ● NFI-C가 과발현된 생쥐의 연골세포에서 페인골드 증후군을 유발하는 Mycn1 유전의 발현이 현저히 감소되어 있었으며, 또한 골격 이형성증 유발에 관여하는 TGF-β, Fgf family 유전자 발현 또한 감소된 것을 확인함. ● TertR/NFI-C 생쥐는 NFI-C 유전자가 발현되지 않은 상태로 태아기와 출생 후 정상 생쥐와 같은 표현형을 나타내었으며, 관련 유전자 또한 변화를 나타내지 않았음. ● 그러나 임신 중인 TertR/NFI-C 생쥐에 타목시펜을 새끼가 태어날 때까지 처리하였을 때 태어난 생쥐는 NFI-C 과발현 생쥐와 같은 표현형을 나타내었음. □ 연구개발성과의 활용 계획 및 기대효과(연구개발결과의 중요성) ● 새로운 골격 이형성증 유발 유전자의 기전을 규명함으로써 임상, 기초, 및 중개 연구에 귀중한 리소스를 제공할 수 있음. ● 골격 이형성증 기전에 대한 의약학 관련 학문에 관련 지식을 제공 ● 골격 이형성증의 중요한 병태 생리 기전을 타겟으로 골격 이형성증 진단 방법 및 치료제의 타겟 개발에 활용 ● 골격 이형성증 진단 및 치료에 따른 개인적, 사회적 부담 절감 ● 환자와 그 가족에게 중대한 긍정적인 삶의 변화에 대한 진정한 희망을 제공 (출처 : 연구결과 요약문 2p)
• 주관연구기관 : 서울대학교
• 발행년도 : 20240300
• Keyword : http://click.ndsl.kr/servlet/OpenAPIFullTextView?keyValue=05787966&dbt=TRKO&cn=TRKO202400007611