□ 긴급 상황을 대비한 전사적 대응능력 강화 ㅇ 방사선비상진료 시설 및 인프라 확보(2건) ㅇ 긴급대응 물자 확보(6건) ㅇ 방사선비상진료 특성화 교육과정 운영(4건) ㅇ 방사선비상진료 분야별 자문위원회 개최(2건) ㅇ 방사선비상진료기관 LTE 무전통신훈련 실시(4건) ㅇ 방사선비상 의료상황관리 앱(K-REM) 유지 및 관리(10건) ㅇ 한국방사선비상의료지원단(K-REMAT) 교육훈련 운영(3건) ㅇ 재난 및 응급의료, 방사선비상진료 유관기관 교육·훈련·회의 지원(27건) ㅇ 방사선영향클리닉 진료(64건) ㅇ 특수재난 접점부서 워크숍 개최(1건) ㅇ 원내 재난대응 훈련 실시(2건) □ 선량평가 기반 확충 ㅇ 내·외부오염검사 및 생물학적선량평가(31건) ㅇ 국내외 교차분석프로그램 참가(6건) ㅇ 방사능 분석장비, 자동 염색체 분석 시스템 현미경 자체교정 및 정기성능평가(22건) ㅇ 피폭선량평가 분야 기술교류세미나 개최(5건) ㅇ 선량평가 분야 ISO 국제규격 지위 유지를 위한 QI 활동(13건) □ 국내외 선량평가 네트워크 교류사업 추진 ㅇ 본·분원 협력체계 회의 개최(8건) □ 방사선비상진료 분야 국제협력 ㅇ 국제기구 및 해외 유관기관 협력(3건) (출처 : 보고서 요약서 5p)

• 연구책임자 : 조민수
• 주관연구기관 : 한국원자력의학원
• 발행년도 : 20230200
• Keyword : 1. 방사선비상진료;방사선비상대응;방사선비상의료지원본부;한국방사선비상의료지원단;방사선비상진료 특성화 교육;방사선비상진료 국제공조;생물학적 선량평가;내외부 선량평가; 2. Radiation Emergency Medicine;Radiation Emergency Medical Response;REM Support Center;Korean REM Assistance Team;REM Specialized Education;REM International Cooperation;Biological Dosimetry;Internal External Dosimetry;

□ 연구개요 본 연구는 생활 속 방사선 노출 위험성을 종합적으로 평가할 수 있는 독성발현경로 (AOP) 응용 방사선 위험 정밀평가기술 개발을 위해 백혈병 모델동물 혈액, 조직, 세포외분비 나노입자체 변화 등 방사선 노출 주요 현상(KE, key event)과 백혈병 발생 악영향 (AO, adverse outcome) 사이의 관계를 규명하고, 방사선 노출 인체 혈액 시료를 활용한 방사선 분자독성표지자 (molecular bioindicator) 선도물질의 유효성 검증 등을 수행하여 개인 방사선 노출 잠재적 위험 판별 기술개발 원천지식을 제공함 □ 연구 목표대비 연구결과 ※ 본 연구과제 제안 당시의 목표에 대해 아래와 같이 모두 달성하였음 ◦모델 동물을 이용한 방사선 피폭 백혈병 위험성 평가 시스템 구축 및 운영 - 방사선 피폭 독성발현경로 선도그룹 조사정보 바탕의 방사선 피폭 백혈병 위험 평가 모델시스템을 구축 운영하였으며, 계획보다 많이 위험성 평가를 시행하였음 - 백혈병 진단 및 추적 검사에 필요한 혈액 및 조직 시료 분석을 독성발현경로 (AOP) 플랫폼 기준으로 분자 (DNA 손상), 세포 (혈구 세포, 세포소기관 변화), 조직 및 기관 (혈액, 비장, 흉선, 림프절 등 백혈병 관련 기관), 동물 개체 (체중, 생존율)에서 측정하여 자료를 수집하였음 - 최초 계획에 없던 신규 분석 실험 (이미지 유세포 분석, 전자현미경 분석, 나노 입자체 추적분석 등)을 도입하여 백혈병 진단 및 검증 데이터의 정확도를 높였음 ◦혈액 세포외분비 나노입자체를 이용한 방사선 피폭 흡수선량평가 생체지표 발굴 - 모델동물 혈액에서 확인한 세포외분비 나노입자체의 방사선 반응성 (doseresponse relationship)을 인체 혈액에서 검증하였으며, 100 mSv 이하 매우 낮은 수준의 방사선 흡수선량을 평가할 수 있는 지표개발 원천지식을 확보하였음 ◦BBDR (Biologically based dose response) 기반 피폭 위험 질환 평가 함수 모델 개발 - 방사선 피폭 백혈병 위험성 평가 모델 마우스에서 수집한 생물학적 시료 데이터를 근거로 방사선 노출 이후 백혈병 주요 진단 인자인 smudge cells 발생에 대한 함수 모델을 제시하였음 ◦분자독성표지자 활용 방사선 피폭 백혈병 위험 진단 실용화 가능 기술 검토 - 방사선 신호전달 매개체인 나노입자체 성분 분석을 통해 확보한 후보 miRNA의 희소성을 고려하여 검출 수용력 확대 마이크로 닷 기술을 적용한 바이오칩 생산 기술을 제안하여 실용화 가능 기술 검토 □ 연구개발성과의 활용 계획 및 기대효과 (연구개발결과의 중요성) - 본 연구개발성과 주요 결과는 OECD AOP-wiki DB (AOP432, Deposition of Energy by Ionizing Radiation leading to Acute Myeloid Leukemia)에 제공되어 종합적인 피폭 질환 위험성 평가에 활용될 것이며, UNSCEAR (유엔방사선영향과학위원회) 보고서에 등재되도록 추진하여 전 세계 연구자와 공유될 것임 - 동료 심사 논문 성과 발표 이후 후속 사업추진을 통해 도출된 선도물질의 질병 예측 유효성을 심화검토하고, 본 과제에서 제시한 검출역량 확장 마이크로칩 기술을 통해 피폭 질환 예측 진단 키트 상용화를 기대할 수 있음 - 혈액암 대상 방사선 피폭 위험예측 정보를 제공하는 것뿐만 아니라 암 이외의 질환(심혈관 질환, 면역질환, 백내장, 내분비계 질환 등)에 대해서도 방사선 피폭 위험성을 평가할 수 있는 정보를 제공할 수 있어 방사선 피폭에 대한 사회적 불안 경감과 안전한 방사선 이용의 목적에 이바지할 것임 (출처 : 연구결과 요약문 2p)

• 연구책임자 : 성기문
• 주관연구기관 : 한국원자력의학원
• 발행년도 : 20230300
• Keyword : 1. 방사선;위험성 평가;독성발현경로;세포신호전달;분자독성지표; 2. radiation;risk assessment;AOP;signal transduction;bio-marker;

연구개요 [정밀 암 진단 및 수술용 초음파 - 핵의학 휴대용 융합 영상기기 개발] - 기존 핵의학 영상장비의 한계점을 극복 할 수 있는 초음파- 핵의학 융합 영상기기 개발 - 초음파의 흡음재를 콜리메이터로 이용하여 핵의학 영상장비를 초음파 영상장비에 내재화 - 초음파 및 핵의학 신호 구분을 위한 회로부 연구 및 제작 - 싱글채널 초음파-핵의학 융합기기와 다채널 초음파-핵의학 융합 영상기기 개발 및 성능 지표 달성 성공 - 팬텀 실험을 통해 초음파-핵의학 융합 영상 획득 성공 연구 목표대비 연구결과 [단일채널 초음파 감마 융합 진단 프로브] - 콜리메이터 감마선 차폐율 99% 이상 (99.12% 달성) - 감마신호 계수율 50kcps 이상 (Co-57 신호 계수율 100kcp 달성) - 회로 잡음 5mV 이내 (회로 잡음 4mV 이내 달성) - 초음파 프로브 크기 약 10mm, 5-10MHz (약 12mm, 10MHz 제작 완료) - 감마센서 크기 2x2x15mm³ (2x2x15m³으로 제작 완료) - 핵의학 에너지 분해능 15%;140keV (에너지 분해능 15.68%;140keV) - 초음파 도달 깊이 5cm, 초음파 –6dB 대역폭 > 50% (도달깊이 5cm 및, 대역폭 52.2% 달성) [영상화 가능한 초음파 감마 융합 프로브] - 감마카메라 센서 크기 25x25mm² 이내 (24.3 x 24.3 mm² 감마 카메라 센서 제작 완료) - 핵의학 에너지 분해능 30%;140keV (에너지분해능 27.7%;140keV 달성) - 검출기 분해능 2mm 이내 (검출기 분해능 0.448mm 달성) - 초음파 탐촉자 어레이 크기 약 32 x 32 mm² (탐촉자 어레이 8mm x 32.28mm 제작 완료) - 주파수 5-10 MHz (중심 주파수 5MHz로 제작 완료) - -6dB 대역폭 > 50% (-6dB 대역폭 평균 58.16% 달성) - 분해능 < 1 mm (초음파 탐촉자 어레이 분해능 0.5mm~1.0mm 달성) - 초음파 도달 깊이 : 5 cm (타겟 7.5cm의 초음파 영상 획득) - 핵의학영상 refresh rate : 30s (refresh rate 30s 달성) - 초음파 axial/lateral 분해능: 1.0/1.0 mm (초음파 axial/lateral 분해능 0.5~1.0mm/0.5~1.0mm 달성) - 핵의학 공간분해능: 2 mm (Co57 기준 핵의학 공간 분해능 0.447mm, Cs137 기준 공간분해능 0.458mm 달성) 연구개발성과의 활용 계획 및 기대효과(연구개발결과의 중요성) [새로운 진단/치료 방법론 개발] - 본 연구를 통해 개발한 초음파 핵의학 융합 영상기기는 기존에는 불가능했던 융합 영상을 획득할 수 있어 정확한 진단이 가능하며 기존의 융합 영상기기인 SPECT/CT, PET/CT보다 적은 방사선 노출량으로 환자의 안전 확보 가능 - 기존에 없던 새로운 개념의 융합 영상기기를 통해 새로운 진단 및 치료 방법론의 개발까지 확장할 수 있어, 의료계 및 의료기기 산업에 새로운 방향을 제시 [선진국 첨단 진단기기 분야 기술 격차 해소] - 첨단 영상기기 분야는 오랜 기간 연구개발을 통해 높은 기술력을 확보한 외국 기업들의 기술 장벽을 뛰어넘기가 어려웠음. 초음파-핵의학 휴대용 융합 영상기기는 신개념 기기로 이러한 기술 장벽을 일시에 해소 및 국내 대형 첨단 의료기기 산업시장에 새로운 방향 제시 [융합 영상기기 분야 기술력 확보] - 개발된 융합 의료기기는 기존 의료기기에서는 존재하지 않았던 새로운 의료기기로, 본 과제를 통해 이에 대한 연구수준을 한층 발전시킬 수 있고 이에 따라 세계적으로 앞선 수준의 기술 수준을 확보할 수 있을 것으로 예상 - 연구를 통해 개발된 융합 영상기기는 진단 분야뿐만 아니라, 고강도집속형 초음파수술기(HIFU)등과의 융합을 통해 비침습 병변 치료 및 종양 제거 기술의 정확도 향상 및 안정성을 확보 (출처 : 연구결과 요약문 2p);

• 연구책임자 : 염정열
• 주관연구기관 : 고려대학교
• 발행년도 : 20230300
• Keyword : 1. 의료영상;융합영상기기;핵의학;초음파;전처리회로; 2. Medical imaging;Multi-modal imaging scanner;Nuclear medicine;Ultrasound;Front-end electronics;

□ 연구개요 뼈스캔은 임상에서 자주 시행하는 영상으로, 뼈전이가 의심되는 암 환자, 골종양 환자, 외상 병력이 있는 환자 등의 평가에 매우 유용한 검사이나, 뼈스캔 촬영을 위해서는 방사성의약품 주사 후 약 4 시간의 대기시간이 소요되어 환자가 겪는 불편함이 큼. 이 연구에서는 딥러닝 알고리즘을 뼈스캔에 활용하여 저화질의 초기영상을 고화질로 개선시키는 기술을 개발함. 따라서 영상의 질을 유지하면서 뼈스캔 소요시간을 단축시켜 뼈스캔 워크플로우를 개선함. □ 연구 목표대비 연구결과 1) 뼈스캔 리지스트리 구축 - 2019년 9월부터 2022년 7월까지 본원에서 시행한 총 25,662 건의 뼈스캔을 수집함. - 뼈스캔 영상 질을 평가할 수 있는 간단한 파라미터인 femur-to-thigh ratio를 빅데이터에서 수집하고, 평균, 표준편차 등을 분석함. - 뼈스캔 자료에서 주사 후 대기시간, 환자의 성별, 연령, 진단명, 외상력 등을 수집함. - 이러한 데이터는 향후 뼈스캔 활용 연구에 기본 자료로 사용할 수 있음. 2) 인공지능을 이용한 뼈스캔 화질 개선 기술 개발 - 뼈스캔에서 화질 개선을 위한 인공지능 연구는 현재까지 보고가 없음. - 초기 영상과 지연 영상의 방사성동위원소 분포 차이를 모델링하기 위해 적대적 생성 신경망(Generative Adversarial Network, GAN)을 사용함. - 여러 적대적 생성 신경망의 종류 중 최근 발표된 연구인 Contrastive learning Unpaired Translation (CUT)을 이용하여 초기 뼈스캔 영상에서 새롭게 생성된 뼈스캔 영상을 얻었음. - 생성된 뼈스캔 영상은 임상에서 사용할 수 있을 정도의 영상 질을 보여줌. □ 연구개발성과의 활용 계획 및 기대효과(연구개발결과의 중요성) - 뼈스캔에서 실제 초기영상을 얻어 영상의 질을 개선하는 딥러닝 연구는 현재까지 국내외에서 보고된 바가 없으므로 주요 상위 저널에 논문을 발표할 예정임. - 실제 임상에서 사용된다면 뼈스캔 대기 시간 단축으로 환자 만족도가 향상됨. - 핵의학과 감마카메라 회전율을 높여 뼈스캔 검사 건수를 증가시킬 수 있으며, 응급 검사 및 추가 검사를 진행할 수 있음. - 딥러닝으로 뼈스캔 영상 질이 개선되므로 환자에게 투여하는 방사성의약품의 용량을 줄일 수 있으므로 환자의 방사선 피폭량을 감소시키는 효과가 있음. - 다양한 핵의학 감마카메라 영상에 적용해볼 수 있음. (출처 : 연구결과 요약문 2p)

• 연구책임자 : 이수진
• 주관연구기관 : 아주대학교
• 발행년도 : 20230300
• Keyword : 1. 핵의학;뼈스캔;인공지능;딥러닝;화질; 2. Nuclear medicine;bone scan;artificial intelligence;deep learning;image resolution;

□ 연구개요 기능성 식이 성분(FDC: filbertone)에 의한 비만성/신경 퇴행성 뇌질환 Parkinson Diseases(PD) 예방 가능성을 규명하기 위해, 신경세포에서의 autophgy 활성화 효능 연구와 PD 원인이 되는 alpha-synuclein(alpha-syn)의 축적을 제어하는 기전을 in vitro (neural cell lines)와 in vivo (비만 혹은 MPTP에 의하여 유도된 mouse 모델)에서 연구함 □ 연구 목표대비 연구결과 ○ 1차년도: FDC에 의한 Autophagy활성화를 통한 alpha-synuclein (syn) 축적 분해 효능 및 기전 분석 ∎ Neuronal cells에서 FDC에 의한 autophagy 활성 분석 ∎ SH-SY5Y cells에 alpha-syn-A53T plasmid을 과 발현시킨 후 FDC에 의한 alpha-syn의 양 조절분석 ∎ Neuronal cells에서 FDC에 의한 TFEB 활성 및 autophagy-lysosome pathway (ALP) gene분석을 목표로 연구한 결과, -Filbertone은 PD의 병인성 물질의 한 종류인 alpha-syn의 축적을 감소시킴으로써 PD의 개선제로서의 가능성을 제시함. 즉, filbertone은 mtROS의 생성을 증가 시켜 PERK을 활성화시켜 TFEB의 nuclear translocation을 증가시킴으로써 TFEB의 target genes인 ALP의 유전자들을 증가시켜 ALP를 활성화시켜 축적된 alpha-syn을 감소시킴 ○ 2차년도:비만 혹은 MPTP에 의한 PD모델에서 FDC에 의한 PD억제 효능 및 기전 분석 ∎ 비만성 PD에서 FDC의 억제 기전 규명 ∎ MPTP에 의한 PD에서 FDC의 효능과 기능 규명 ∎ FDC효능과 FDC-TFEB nuclear translocation 의 연관성 규명을 목표로 연구한 결과, -Filbertone은 ALP관련 유전자의 발현을 증가시킴으로써 HFD 혹은 MPTP에 의하여 mid-brain에 축적된 alpha-syn을 감소시켜 PD을 개선시킬 수 있음 □ 연구개발성과의 활용 계획 및 기대효과(연구개발결과의 중요성) 1) 연구개발성과의 활용방안 ∎ PD는 alpha-syn 단백질의 misfolded protein축적에 의하여 일어나는 현상으로 현재까지 치료방법이 없으며, 뚜렷한 예방책도 제시되어 있지 못함 ∎ 본 연구는, FDC에 의한 autophagy 활성화 작용과 alpha-syn축적 억제 및 기전규명을 통해 PD 예방효능을 가진 새로운 기능성 식이성분 개발이 가능하며, 국민보건건강증진을 위한 중요한 기초정보를 제공해줌 ∎ FDC의 PERK활성 조절에 관한 연구는 전무한 상태이므로 이 기전의 증명은 PD예방용 기능성 식이성분 개발을 위한 중요한 기초 자료가 될 것이며, 국제수준의 학술적 연구 성과를 올리는 기회가 될 수 있음 ∎ 또한, FDC의 PD예방 효능을 세계 최초로 규명함으로써 신 기능성 식품소재 개발 활용 및 의료용 치료제 개발 등의 산업적 경제 효과를 기대할 수 있음 2) 연구개발성과의 기대효과 ∎ 비만성/신경 퇴행성질환인 PD의 효과적인 억제작용 및 기전을 규명하는 기초 정보 제공 ∎ FDC의 PD 억제 효능을 가진 새로운 PD 예방효능을 가진 기능성 성분 개발 가능성을 제시함 (출처 : 연구결과 요약문 2p)

• 연구책임자 : 유리나
• 주관연구기관 : 울산대학교
• 발행년도 : 20230300
• Keyword : 1. 기능성 식이 성분;파킨스병;신경퇴행성 질환;자가포식;비만; 2. Functional Dietary Component;Parkinson’s disease;Neurodegenerative disease;Autophagy;Obesity;

□ 연구개요 - 환자 중심의 통합적인 정보 분석을 통한 방사선 치료 반응 사전 예측 모델 구축 - 유전체 기반 방사선 치료 반응 예측 유전 경로 변이 발굴 - 환자 대상 유전 경로 변이에 따른 치료 반응 예측성 검증 - 특이 환자 대상 유전체 분석을 통한 독립적 변이 가능성 탐색 □ 연구 목표대비 연구결과 - Cancer Cell Line Encyclopedia (CCLE) 등재 암종 세포주에서 방사선 치료 반응 연관 유전 변이 목록 확보 : 국제 협력 네트워크를 통해 기존 발표된 부분 이외의 추가 암종 정보 확보하였음. : Yard BD, Adams DJ, Chie EK et al. Nat Commun. 2016;7:11428. - SNUH FIRST Cancer Panel 등재 환자군에서의 방사선 치료 반응 연관 유전 변이 분석을 통한 주요 대상 질환 발굴 : 방사선 치료 반응 연관 유전체 발굴 결과를 논문으로 발표하였음. : Jang BS, Chang JH, Jeon SH et al. Cancer Res Treat. 2022;54:383. - 환자군 대상 유전체 분석을 통한 치료 반응과 유전 변이 경로와의 연관성 검증 : 유전체 기반 치료 반응 예측 모델의 구성에 대한 논문을 발표하였음. : Jeon SH, Chie EK. Cancer Medicine. 2023 Jan 9 - 대상 환자의 인구학적 정보와 검체 및 영상 정보 등의 임상 정보와 유전체 정보의 통합적 분석을 통한 방사선 치료 반응 예측 모델 개발 : 임상 정보 기반의 예측 모델과 영상 정보 기반의 반응 연관 논문을 발표하였음. : Lim YJ, Song C, Jeon SH et al. Dis Colon Rectum. 2021;64:60. : Jeon SH, Lim YJ, Koh JM et al. Radiother Oncol. 2021;162:124. □ 연구개발성과의 활용 계획 및 기대효과 (연구개발결과의 중요성) - 방사선 치료의 역할이 확립된 질환에서는, 치료 전 반응 예측을 통하여, 진행하는 고령화 등으로 점차 늘어나고 있는 수행 능력이 불량한 환자 중 비수술적 치료의 적용이 가능한 환자의 사전 선발이나, 치료 반응 불량 예상 환자의 사전 치료 강화로 인한 치료 효과 최적화를 기대할 수 있음. - 방사선 치료의 대상이 되는 다양한 암종의 다양한 상황에서 환자군 전체를 대상으로 하는 치료 효과 증진 또는 삶의 질 개선이 아닌, 요구도가 높은 환자들에 선택적인 적용으로 직접적인 개선 및 영향 평가가 가능함. - 치료 적용 대상의 최적화로 개별 환자 치료 효과 최적화를 통한 실질적인 환자 개별 맞춤형 정밀 치료의 시작 기반 구축이 가능함. (출처 : 연구결과 요약문 2p)

• 연구책임자 : 지의규
• 주관연구기관 : 서울대학교
• 발행년도 : 20230300
• Keyword : 1. 방사선 치료;반응 예측;유전체 정보;통합 분석; 2. radiotherapy;response prediction;genomic information;integrative analysis;

비공개항목입니다.

• 연구책임자 : 최승홍
• 주관연구기관 : 현텍엔바이오
• 발행년도 : 20230800
• Keyword : 1. 방사선치료;방사선보호;나노입자;방사선피폭;장질환; 2. radiation therapy;radioprotection;nanoparticles;radiation exposure;enterophathy;

□ 연구개발 목표 및 내용 ◎ 최종 목표 ○ 산재되어 있는 미세먼지 데이터 수집/정제/분석/적재 - 공공과 민간에 산재된 미세먼지 관측 데이터를 수집하고 품질관리를 통해 고해상도·고품질의 미세먼지 관측자료 생산 - 미세먼지 관측 공백 해결을 위한 위성 기반 미세먼지 추정 알고리즘 개발 및 생산 - 미래의 대기질 예측을 위한 하이브리드 예측 시스템 구축 - 수집/분석된 미세먼지 관측/위성/수치모델 데이터의 분석 및 DB 적재 ○ 다양한 사용자에게 공유하기 위한 미세먼지 서비스 통합 플랫폼 구축 - 연구자, 교육현장, 산업군 등 다양한 사용자에게 데이터 제공하기 위한 API 및 사용자 분석도구 개발 - 미세먼지 관측/위성/수치모델 데이터의 다양한 분야 연구자 공유를 통한 미세먼지 예보 정확도 향상 - 지자체, 보건 및 다양한 산업군에 사용자 분석도구 제공을 통한 서비스 활용도 제고 ○ 리빙랩 운영을 통한 다양한 사용자 의견 수집 및 반영 - 정부와 민간의 공기질 정보 수집체계 연동을 통한 리빙랩 구성 - 사용자 의견 수집/분석/피드백을 통한 서비스 플랫폼 실증환경 구축 및 운영 - 리빙랩을 통해 조사된 다양한 사용자 피드백을 반영한 플랫폼 보완 ◎ 전체 내용 o 사용자 중심 미세먼지 서비스 통합 플랫폼 개발 - 기존의 공급자 중심의 체계에서 벗어난 사용자 중심의 양방향 통합 서비스 플랫폼 - 다양한 산업군의 사용자 니즈가 반영된 분석도구 제공 o 사용자·연구개발자·생산자 선순환 체계 정립 - 리빙랩 활동을 통한 사용자·연구개발자·생산자 모두가 주도하는 다방향 소통의 체계 정립 o 고품질 자료 생산을 위한 통계 기반 및 인공지능 기반 품질관리 알고리즘 및 프로그램 개발 o 위성기반 고해상도 미세먼지 데이터 추정알고리즘 및 자동생산 프로그램 개발 o 하이브리드 기반의 미세먼지 예측정보 제공 프로그램 개발 o End Product - 사용자 중심 미세먼지 서비스 통합 플랫폼(SYS) - 통계 및 인공지능 기반 품질관리 알고리즘(SW) - 위성 미세먼지 생산 알고리즘 및 자동생산 프로그램(SW) - 하이브리드 기반의 미세먼지 예측정보 제공 프로그램(SW) o 주요기능 - 기존의 공급자 중심의 체계에서 벗어난 사용자 중심의 양방향 통합 서비스 플랫폼 - 리빙랩 수행을 통한 사용자의 미세먼지 데이터에 대한 관심 및 이해도 향상 - 다양한 관측환경에서 발생하는 오류 데이터를 제거하여 고품질의 자료를 생산할 수 있는 품질관리 시스템 - 공간적 초고해상도 위성관측 자료 및 지상의 조밀한 센서 관측 자료를 활용한 고해상도 PM2.5 알고리즘 및 자동 산출시스템 - 다양한 사용자가 활용 가능한 하이브리드 기반의 미세먼지 예측 정보 제공 기능 o 적용범위 - 사용자의 의견 수렴을 통한 맞춤형 데이터 지원 및 혁신 플랫폼을 통한 미세먼지 사회문제 해결 연구 활성화 가능 - 보건, 행정, 산업 등 타 분야 데이터와의 융합 분석을 통한 다양한 분야의 미세먼지 관련 사회문제 진단 및 해결 방안 수립 시 활용 가능 □ 연구개발성과 1. 정성적 성과 ○ 산재되어 있는 미세먼지 데이터 수집/정제/분석/적재 - 환경부 에어코리아 대기오염정보, 서울시 S-DoT 환경정보, KT Airmap 관측정보, Observer 관측정보의 과거자료와, 환경부 에어코리아 대기오염정보, 서울시 S-DoT 환경정보의 실시간자료 확보 - 미세먼지 고해상도 격자 관측 데이터 생산 : 미세먼지 관측자료를 이용한 격자데이터 생성은 기존 관측자료의 시공간적 불균일성을 해소하여 보건환경을 비롯한 다양한 분야에서 활용도를 높일 수 있으며, 미세먼지 예보 정확도 향상을 위한 많은 연구의 기초자료로 활용 가능 - 수집/분석된 미세먼지 관측/위성/수치모델 데이터의 분석 및 DB 적재 ○ 통계 및 인공지능 기반 품질관리 알고리즘 및 소프트웨어 개발 - 고품질 자료 생산을 위한 통계기반 품질관리 알고리즘 및 인공지능기반 품질관리 알고리즘과 소프트웨어 개발 - 기존에 IoT 미세먼지 데이터는 공간적 튐값을 제대로 탐지 및 제거하려면 전문인력이 직접 모니터링해야 하는 한계가 있어 실시간 처리 및 서비스에 한계가 있었는데, 이번에 개발한 품질관리 알고리즘은 이러한 부분을 해결해 고품질의 데이터를 실시간 제공할 수 있는 기술적 우수성을 확보 - 특허출원 및 소프트웨어 등록 ○ 위성 미세먼지 생산 알고리즘 및 자동생산 프로그램 개발 - 위성 AOD기반 고해상도(0.5kmx0.5 km) 미세먼지 데이터 추정 알고리즘 및 자동생산 프로그램 개발 - 공간적 초고해상도 위성관측 자료 및 지상의 조밀한 센서 관측자료의 구축 및 고해상도 PM2.5 추정을 위한 머신러닝 시스템 구축 - 부산 지역 지표 관측망 250-300여개 자료 구축 및 머신러닝 적용 시스템 구축 - 고해상도 AOD (2 km 격자) 자료 준비 및 활용 - 머신러닝 (Random forest) 기반 PM2.5 추정 초기 결과 목표로 삼았던 기준 (관측값 대비 R^2 = 0.5) 상회 확인 - 부산 지역 행정 구,동별 미세먼지(PM2.5) 분포 특성 (2019년) 및 부산 지역 동별,학교별 미세먼지(PM2.5) 분포 특성 (2019년) 보고서 작성 및 배포 ○ 하이브리드 기반의 미세먼지 예측정보 제공 프로그램 개발 - 하이브리드 고해상도 미세먼지 에측 모델 및 소프트웨어 개발 - CMAQ, 통계모델, AI모델에 비하여 높은 정확도 - 특허 출원 및 소프트웨어 등록 ○ 다양한 사용자 중심 미세먼지 서비스 통합 플랫폼 개발 - 미세먼지 통합 서비스 플랫폼 설계 : 현장검증단 및 전문가 자문 내용을 반영하여 시나리오 구체화(어디서, 누구에게, 무엇을) - 미세먼지 서비스 통합 플랫폼에 현장검증단 및 전문가 자문 내용을 적극 반영하여 사용자 중심의 플랫폼으로 개발 - 다양한 미세먼지 관측정보, 예측정보(CMAQ, 통계모델, AI모델, 에어코리아 예보)를 데이터 및 시각화하여 제공하는 미세먼지 통합 서비스 플랫폼 구축 - 연구자, 교육현장, 산업군 등 다양한 사용자에게 데이터 제공하기 위한 API 개발 - 지자체, 보건 및 다양한 산업군에 사용자 분석도구 개발 및 제공 : 분석도구 기획설계 및 개발 후 현장검증단 및 리빙랩 의견을 보완하여 고도화 ○ 리빙랩 운영을 통한 다양한 사용자 의견 수집 및 반영 - 현장검증단 운영을 통한 성과물 품질 향상, 서비스 보완 사항 피드백 수집/분석, 서비스 고도화 - 미세먼지 연구 정보 교류 심포지움, 미세먼지 예측연구 기술회의 및 기술협의회 세미나를 통한 범부처 미세먼지 과제와의 협력 - 큰 리빙랩 운영 : 전문가 자문위원(연구자, 공공기관, 민간 산업 종사자 등)을 대상으로, 1차년도에 통합 서비스 플랫폼 내용에 대한 전문가 의견을 수집하고, 2차년도에 통합 서비스 플랫폼 개방 후 데이터 신뢰도, 기술적 제안 등 전문가 의견을 수집하여 플랫폼 개선에 반영 - 작은 리빙랩(PNU 리빙랩) 운영 : 1차년도에 부산대학교 미세먼지 관련학과 학부생 및 대학원생을 대상으로 설문조사를 실시하여 학생들의 미세먼지에 대한 인식 및 미세먼지 데이터에 대한 이해도 사전 파악, 2차년도에 교내 미세먼지 관측 수행 및 데이터 분석, 플랫폼 분석 도구 사용 실습을 통해 잠재적 플랫폼 사용자 육성 ○ 연구개발 결과물 실질 활용 - 대전광역시 스마트시티 챌린지 사업 미세먼지 조밀측정망 구축 자문 - 충청남도 마을대기 측정망 품질관리 알고리즘 활용 - 국립기상과학원 국내 황사 감시 및 예보 활용 - 부산광역시보건환경연구원 미세먼지 현황 모니터링과 관련 연구 활용 - 한국기상산업기술원 환경 빅데이터 플랫폼 개방 기상기후 민간데이터 유통 활용 - 대전광역시 미세먼지 통합 서비스 플랫폼 활용 및 데이터 연계 협의 - 추가 활용 협의 추진 · 부산광역시 미세먼지 통합 서비스 플랫폼 활용 · 국립수산과학원 해양 미세먼지 관측망 확대 및 대기-해양 미세먼지 상호작용 연구 추진 2. 정량적 성과 ○ 특허 출원 3건 - 미세먼지 농도 데이터를 예측하는 서버 및 방법 - IoT센서 오류 탐지 장치 및 방법 - 학습모델을 이용한 센서의 데이터 이상을 탐지하기 위한 장치 및 이를 위한 방법 ○ S/W등록 8건 - 미세먼지 고해상도 하이브리드 예측 시스템 - 미세먼지 고해상도 격자 관측 데이터 생산 소프트웨어 - 미세먼지 예측정보 생산시스템 - 미세먼지 데이터 관리 시스템 - 통계기반 미세먼지 데이터 이강삼지 SW - 인공지능 기반 품질관리 알고리즘 - 위성 기반 미세먼지 생산 시스템 - 인공지능 기반 공기질 예측 프로그램 ○ 논문(SCIE) 게재 1건 - Comparison of PM2.5 in Seoul, Korea estimated from the various ground-based and satellite AOD ○ 국내 및 국제 학회발표 9회 - 한국대기환경학회 2021년 제64회 정기 학술대회 - 2022년 한국기상학회 관측 및 예보/대기물리분과 봄학술대회 - 2022년 한국기상학회 봄 분과 학술대회 - AMS 16th Conference on Atmospheric Radiation - AMS 16th Conference on Cloud Physics - 제3회 한국지구과학연합회 연례학술대회 - 2022년 한국기상학회 정기학술대회 - 2022년 한국기상학회 정기총회 및 가을학술대회 - 2022년 한국대기환경학회 정기학술대회 ○ 성과홍보 20건 - 신문뉴스기사 20건 ○ 사회문제해결 연구성과에 따른 서비스 3건 - 미세먼지 통합 서비스 플랫폼 개발 - 미세먼지 이상감지 및 품질관리 솔루션 - 미세먼지 통합 서비스 플랫폼 활용 □ 연구개발성과 활용계획 및 기대 효과 ○ 활용방안 (1) 통계 및 인공지능 기반 품질관리 시스템 솔루션화 - 사용자 플랫폼의 수집 단계와 분석 단계 사이에 솔루션을 탑재하여 오류 데이터로 인한 분석 영향을 최소화하고 유의미한 분석결과 도출을 가능케 함 (2) 국책 연구원과의 기술 제휴 - 연구소와의 연구 사업 또는 기술제휴를 통해 본 사업에서 확보한 머신러닝 기반 PM2.5 표출 시스템을 정책 활용 기반으로 적용하는 방법 모색 - 자치단체 지역 미세먼지 환경 대책을 마련하는데 중요하게 활용 (3) 양방향 소통형태의 리빙랩 플랫폼 현장 적용 - 사용자 참여형·개방형 혁신 플랫폼으로 단방향이 아닌 양방향 협력활동을 통한 문제 해결 - 혁신활동을 사용자 주도 상향식(bottom-up) 방식의 R&D 프로세스로 사용자 참여 확대 - 사용자가 체감하는 수요 발굴과 기술개발을 통하여 사용자 주체의 역량 및 참여도 제고 ○ 기대효과 (1) 기술적 측면 - 한반도에서 지상 및 위성 자료를 활용한 머신러닝 기법 활용 중 현재까지 가장 높은 시공간 해상도를 대상으로 수행한 결과를 확보. - 연구자 간 편리한 자료공유 및 사용자와 생산자와의 양방향 소통 - 다양한 종류의 관측자료를 융합함으로써 신뢰도 높은 연구결과 도출 (2) 경제적, 산업적 측면 - 대기환경 감시를 목적으로 하는 위성 사업 추진 및 관련 위성자료 정보 활용 시장의 확대 - 미세먼지 오염이 미치는 경제적 영향을 업종별로 보다 상세하게 진단할 수 있는 시금석 마련 - 연구개발과정에 사용자가 직접 참여하므로, 최종 플랫폼 제공 후 발생하는 서비스 개선 비용 절감 (3) 사회적 측면 - 미세먼지가 건강에 미치는 영향을 살피는 보건 분야에서 코호트 연구 등에 본격적으로 활용 가능할 것으로 기대 - 코로나19와 같은 재난 상황 발생시 미세먼지 오염도 변화 진단을 구별 행정단위에서 살펴볼 수 있는 가능성 제시 - 발전된 미세먼지 데이터 융합플랫폼 서비스 제공으로 국가 미세먼지 정책 신뢰도 향상 (출처 : 요약문 4p)

• 연구책임자 : 김영도
• 주관연구기관 : (주)웨더아이
• 발행년도 : 20230100
• Keyword : 1. 미세먼지;서비스 플랫폼;사회문제해결;예보정확도; 2. Particulate Matter;Service Platform;Social Problem Solving;Forecast Accuracy;

□ 연구개요 Particle-in-cell (PIC) 시뮬레이션 코드를 개발하고 이를 활용하여 자기 재결합 과정에서 가속된 전하 입자들이 주변 플라즈마와 반응하며 생기는 복사 메커니즘을 규명하고 태양-지구 환경에서 관측되는 solar type III radio burst와 그 기원이 잘 알려져 있지 않은 고 에너지 천체물리 현상중의 하나인 fast radio burst (FRB)의 이해를 목표로 한다. 또한 자기 재결합과 충격파와 같은 불안정한 플라즈마 환경에서 가열 (heating), 가속(acceleration) 된 입자들은 주변 플라즈마와 다른 특성들은 갖게 되는데 특히 입자들의 표류(drift) 속도 차나 온도 차에 의해 다양한 불안정성이 야기된다. 본 연구에서는 가장 일반적인 플라즈마 시스템에서의 다양한 불안정성을 기술할 수 있는 이론적 수식 및 선형 안정성 분석(linear stability analysis) 코드를 개발하여 자기 재결합 환경 및 충격파(shock)에서 나타날 수 있는 불안정성 및 파동 그리고 파동과 입자들의 상호 작용을 연구한다. □ 연구 목표대비 연구결과 2D PIC 시뮬레이션과 선형 안정성 분석(linear stability analysis) 코드를 개발 완성하였다. 본 연구에서 개발된 PIC 코드는 다양한 우주 천체 플라즈마 환경에서 활용 가능하다. 또한 본 연구에서 개발된 선형 안정성 분석 코드는 입자들의 표류 속도 및 입자 온도 비등방성까지 고려하여 플라즈마 시스템에서의 다양한 불안정성을 기술할 수 있다. 자기 재결합에 의한 고에너지 전자의 분출이 plasma dipole oscillation (PDO)를 생성할 수 있는지를 확인하고 이것이 효과적으로 복사를 방출할 수 있는지를 연구하였지만 자기 재결합에서 PDO가 생성이 확인되지 않았고 이로 인해 coherent radiation이 방출 또한 확인하지 못했다. 하지만 본 연구에서는 bi-Maxwellian 분포를 갖는 background 전자와 양성자 그리고 전자 빔, 양성자 빔을 고려하여 가장 일반적인 플라즈마 시스템에서 적용 가능한 선형 안정성 분석을 위한 수식을 정립하고 코드를 개발하였다. 자기 재결합 및 충격파와 같은 플라즈마 시스템에서는 background와 빔의 표류 속도 차이 및 각 입자 성분들의 온도 차이로 인해 다양한 불안정성이 야기되는데 자기 재결합 과정에서 나타날 수 있는 ion acoustic, whistler, lower hybrid drift와 같은 다양한 불안정성을 분석하고 입자의 초기 가속을 이해하고자 하였다. 또한 ICM 충격파에서 나타나는 다양한 플라즈마 불안 정성들의 (electron firehose, Alfven ion cyclotron, mirror instabilities) 물리적 특성들을 파악하고 논문들을 출판하였다. □ 연구발성과의 활용 계획 및 기대효과(연구개발결과의 중요성) 본 연구 과제에서 개발된 PIC 코드와 선형 안정성 분석 코드는 비단 이 연구 과제에서만 활용 가능한 것이 아니라 다양한 플라즈마 시스템에 맞게 변형 및 수정이 가능하여 향후 다른 플라즈마 연구에서도 활용이 가능하다. 특히, kinetic scale에서의 난류(turbulence)의 소멸(dissipation), 입자의 가열(heating)과 가속(solar wind acceleration) 연구에 좋은 도구가 될 것이다. 이를 통해 태양-지구 우주 환경에서 나타나는 다양한 불안정성 연구, 태양풍의 전자나 양성자 분포의 비등방성(anisotropy)에 의한 입자들의 가속이나 태양풍 입자들과 전자기파 방출의 난류 평형 상태(turbulent equilibrium), 그리고 지구 dipolar field에 잡힌 고 에너지 입자들을 포함하는 지구 자기권에 관한 연구 등에도 적용 가능 할 것으로 판단된다. (출처 : 연구결과 요약문 2p)

• 연구책임자 : 김선정
• 주관연구기관 : 울산과학기술원
• 발행년도 : 20230300
• Keyword : 1. 자기재결합;플라즈마 복사;우주 전파 폭발;시뮬레이션;선형 안정성 분석; 2. magnetic reconnection;plasma radiation;fast rado burst;simulation;linear stability analysis;

□ 연구개요 o 진단 및 치료용 방사성동위원소를 이용하는 핵의학진료에 적용을 위한 개인선량계를 이용한 내부흡수선량의 정량평가 기술 개발 - 몬테카를로 전산실험 패키지를 이용한 방사성동위원소 사용 환경 구현 - 다양한 선량계를 이용한 선량측정 특성 평가 - 측정표면선량 기반 내부 방사능량 및 내부흡수선량 추정 알고리즘 개발 □ 연구 목표대비 연구결과 o 선량계 측정특성 평가 - 3종류의 상용 개인용 선량계에 대한 특성을 평가하였고, 개인 선량계들로 측정한 표면선량값들은 방사능량(물리적 반감기, 측정시간 고려)에 비례하였음. - 핵의학분야에서 사용이 확대되고 있는 섬광체-광센서 결합형 선량계 시작품의 특성 및 성능을 평가함. o 진단 및 치료용 방사성동위원소 표지 약물의 전신 유효 및 국소 선량 평가 - 전신 유효선량 및 국소장기의 선량평가에서 전신 유효선량 평가에 전신 방사능량 정보가 가장 중요한 역할을 하였음. - 내부흡수선량 평가를 위한 개인 선량계 부착위치가 중요하고, 방사성의약품의 특이 섭취부위에 대한 고려가 중요하였음. o 내부 방사능 및 흡수선량 추정을 위한 몬테카를로 시뮬레이션 및 프로그램 개발 - ML-EM알고리즘 기반의 내부 국소 방사능 추정법을 개발하였음. - NEMA body phantom 및 수학적 인체 팬텀에 선량계 부착을 구현한 PHITS시뮬레이션으로 내부 선원에서 방출되는 감마선의 방출량 추정이 가능함을 확인함. - 물리적 NEMA body phantom에 부착한 선량계와 동일한 위치에 선량계를 부착한 NEMA body phantom 조건을 구현한 PHITS 시뮬레이션으로 얻은 결과를 이용한 내부 방사능량의 추정값은 실제 사용한 방사능량과 유사한 값을 보였음. - 수학적 인체 팬텀 이용 시뮬레이션을 통한 인체 내 방사능량 추정결과도 설정한 방사능량과 높은 선형 관계를 보였음. o 표면 선량기반 내부 흡수선량분포 재구성 - 핵의학영상재구성법과 동등한 개념에 기반 한 반복적 재구성법으로 선량계의 측정값들을 이용하여 내부선량의 분포를 영상화가 가능하였음. - 재구성된 선량분포 영상의 공간적 분해능이 낮았으며, 선량계의 크기 및 위치 간격에 대한 의존성이 높았음. □ 연구개발성과의 활용 계획 및 기대효과 (연구개발결과의 중요성) o 기존의 선량계 기반의 국소선량평가 기술과 달리 선량분포 영상화까지 가능한 방법 제시는 의료뿐만 향후 국내 방사선 계측 및 의료기기 분야에서 응용이 가능함. o 핵의학진료의 측면에서 기존보다 진료환경 및 환자 편이적 측면에서 새로운 임상 진료 방법 개발 및 제안에 기여할 수 있는 방법이 될 수 있음. o 연구개발 성과는 후속 연구수행을 통해 개발된 기술의 완성도와 적용범위 확대를 추진하고 이를 기반으로 임상적용 가능성 확인 및 검증 방안을 추진. o 연구개발을 통해 확인한 새로운 검출부 기반 선량계 기술을 이용하여 내부선량 측정에 효율적인 선량계 개발 및 검증 연구 수행 방안을 모색. o 국내에서 관심과 필요성이 증가하고 있는 치료용 방사성의약품 연구개발 및 임상 적용 연구에 접목 가능성을 모색. (출처 : 연구결과 요약문 2p)

• 연구책임자 : 김경민
• 주관연구기관 : 한국원자력의학원
• 발행년도 : 20230300
• Keyword : 1. 개인용선량계;내부흡수선량;몬테카를로 시뮬레이션;방사성의약품;핵의학치료; 2. personal dosimeter;internal absorbed dosimetry;Monte-Carlo simulation;radiopharmaceuticals;nuclear medicine therapy;