제한된 인력 및 자원을 효율적으로 활용하고 연구 시설의 운영 및 관리를 최적화하기 위해서 지능화 기술 개발의 필요성이 증가하고 있다. 이러한 지능화 기술은 데이터를 중심으로한 딥러닝/기계학습 등의 학습 기반 방법론을 적용함으로써 달성할 수 있다. 본 연구에서는 크게 원자력 분야 및 시설의 지능화를 위한 기초 기술 연구 및 지능화 기술 개발을 위한 플랫폼 설계 및 구축을 포함하고 있다. 지능화 기술 측면에서는 하나로에서 생성되는 데이터를 활용한 이상탐지, 운전예측, 영상감시 모델 등에 대한 연구를 수행하였으며, 센서데이터 이상탐지 모델, 냉각계통 운전모드 예측 모델, 영상기반 기포탐지 딥러닝 모델을 연구하였다. 또한 지능화 기술 개발을 위한 플랫폼 설계 및 구축 과정에서 인공지능 연구를 위한 통합 플랫폼을 설계하였으며, 이를 바탕으로 원내 인공지능 연구 활성화를 위한 협업 등을 함께 수행하였다. 본 과제 수행을 통해 원자력 데이터를 활용한 인공지능 기반 지능화 기술 개발을 위한 기초 연구, 개발 프로세스 파이프라인 구축, 컴퓨팅 플랫폼 프로토타입 구축 등을 수행하였으며, 이를 바탕으로 보다 고도화된 기술 개발 및 연구 수행이 가능하다. (출처 : 서지정보양식 85p)

• 연구책임자 : 유용균
• 주관연구기관 : 한국원자력연구원
• 발행년도 : 20230800
• Keyword : 1. 인공지능;딥러닝;이상탐지;컴퓨터비전;설명가능한 인공지능;영상 감시;하나로;연구용원자로; 2. Artificial Intelligence;Deep learning;Anomaly Detection;Computer Vision;Explainable AI;Video Surveillance;HANARO;Reserach Reactor;

Ⅳ. 사업수행결과 1. 피폭 선량평가 기술 개발 1-1. 인체표준 팬텀모델이용 선량평가 검증 및 인체표준 물리팬텀 내 장기 선량 평가 구축 방사선 피폭 사고 시 선량평가는 환자의 치료방침을 결정하고 예후를 판단하기 위해 필수적이며, 인체표준 팬텀을 이용한 선량평가 시스템은 피폭환자의 선량평가에 유용하게 활용될 수 있음. 이에 본 연구과제에서는 성인 남녀 크기의 인체 물리팬텀 제작 및 유리선량계를 활용한 장기선량 시스템을 기반으로 인체 물리팬텀 기반 선량평가 시스템을 구축하였음. 또한, 인체 물리팬텀 및 인체표준 전산팬텀을 이용한 종합 선량평가 시스템의 검증을 위해 단순 및 복잡한 방사선장을 가정한 방사선 조사실험을 실시 하였으며, 인체 팬텀 기반 종합 선량평가 시스템은 외부피폭 상황에서 선량을 평가하는데 적용할 수 있을 것이라 예상됨. 1-2. 피폭진단키트 제작위한 바이오마커 발굴 및 유효성 확보 피폭환자가 받은 방사선량을 조속한 시일 내에 정확히 파악하는 것은 환자의 치료방침을 결정하고 예후를 판단하는데 필수적이며, 향후 발생할 수 있는 방사선의 만성효과에 대한 예측과 방사선 피폭이 원인일 가능성이 있는 질환의 원인 규명에 중요한 역할을 할 것임. 그러므로 방사선 피폭을 보다 편리하고 정확하게 진단할 수 있는 방사선 피폭손상 진단 바이오마커 개발이 필요함. 본 연구에서는 방사선 피폭 마우스림프구 세포를 이용하여 선별된 유전자군을 피폭 손상 진단마커로 사용하기 위해서 방사선 치료를 받는 환자의 방사선 치료 전/후 혈액을 채혈하여 생체 내 발현 변화를 분석하고, 피폭 전/후 유전자 발현량 및 FDXR과의 관련성 분석을 통해 진단마커로써의 유효성을 평가함. 2. 피폭 치료 기술 개발 2-1. 피폭치료 후보 약물 생체적용 가능성 검증 및 데이터 베이스 구축 방사선위장관증후군은 피폭 시 주요 사망 원인의 하나이며 피폭에 의한 소화기 장애, 미세혈관 순환 장애 및 지속적인 출혈 등 생명을 위협하는 심각한 임상적 문제를 동반하지만 아직까지 임상적으로 적용 가능한 치료제는 없는 실정이므로, 이를 위한 기전 연구 및 치료법 개발 연구가 지속적으로 필요한 실정임. 고선량 방사선이 위장관에 조사되면 장상피세포와 혈관내피세포의 세포사멸이 유도되는데, 이 중장상피세포의 사멸이 방사선위장관증후군의 주요 요인으로 인식되고 있다. 이전 단계에서 장상피세포주를 이용한 in vitro 2D 세포 배양 모델은 생체 반응과 달리 강한 방사선저항성을 보여, 방사선 피폭 손상 모델로서 부적합함을 보였다. 이의 극복을 위해 생체와 유사한 환경을 가지는 ex vivo 장상피 모델인 3차원 오가노이드 (organoid) 배양시스템을 확립하였으며, 방사선에 의한 세포사멸, 손상 등에 대한 기본 분석 데이터를 구축함으로써 인체 유사 방사선 위장관 ex vivo모델을 정립하였음. 이를 기반으로 장 미니장기 (오가노이드) 모델을 활용하여 다양한 off-label used drug (허가외 사용 의약품)을 이용하여 장 미니장기 (오가노이드) 기반 피폭방어/치료 약물 효능 분석하여 StemRegenin 1, SR1 (피폭치료 효능) 약물을 선별하여 피폭치료 후보약물의 생체적용 가능성을 장오가노이드 모델과 피폭동물모델에서 확인하였음. SR1 약물작용관련 데이터베이스 구축을 위해 단일세포 RNA (scRNAseq) 전사체 프로파일링 수행을 하였음. 이러한 SR1 약물의 효능과 관련 전사체 분석은 방사선 장 손상에 대한 차세대 치료제 데이터베이스 기반 구축에 활용 가능할 것으로 기대함. 3. 신약 재창출을 통한 피폭 치료제 개발 3-1. 인체유사 중동물 피폭모델에서 선별된 off-label use drug 치료 효능 평가 급성 방사선 위장관 증후군은 방사선 피폭시 빠른시간 내에 진행되는 손상이며, 소화기 장애에 따른 탈수, 설사 등을 동반하며, 장벽 손상에 의한 세균의 침입으로 염증 반응 뿐만 아니라 심할 경우 sepsis에 의한 사망까지 이르게 된다. 하지만 급성 방사선 위장관 손상에 대한 적절한 치료법이 없어 이를 위한 기전, 치료연구가 필요한 상황이다. 따라서 본 과제에서는 off label use drug를 치료제로 적용함으로서 인체 안전성과 경제성을 함께 얻고자 하였다. 고지혈증 치료제인 pravastatin의 급성뿐만 아니라 만성 방사선 위장관 손상에 대한 치료 효과를 나타냈으며, 특히 방사선에 의한 epithelial cell 손상에 큰 효과를 보였다. 하지만 15 Gy 이상의 고선량 노출에서 pravastatin 단독 적용은 생존률 회복에 영향을 주지 못했고, 직접적으로 장 줄기세포에 영향을 주지 않는 것으로 보아 치료 한계성이 관찰되었다. 본 연구에서는 이러한 pravastatin의 제한점을 보완 할 수 있는 다약제 복합 적용을 하고자 하였으며, 우리들은 pravastatin과 metformin 복합약제를 적용하여 그 효과를 검토하였다. Pravastatin과 metformin 복합약제 적용은 마우스 모델에서 방사선 위장관 손상에 의한 사망율보다 유의적으로 감소시켰으며 조직학적 회복을 나타내었다. 또한 인체유사 중동물 모델인 미니피그 모델을 이용하여 방사선 위장관 손상에 대한 치료효과를 검토하였다. Pravastatin과 metformin 복합적용은 체중에는 큰 변화가 없었지만, 부검시 위 팽창 감소, 소장, 대장의 육안적 손상 완화, 그리고 비장 크기의 증가 등으로 복부 장기의 육안적 손상이 완화됨을 확인하였다. 이와 더불어 소장과 대장의 조직학적, 유전학적 분석 결과 pravastatin과 metformin 복합약제 적용은 단독약제 적용보다 위장관 손상을 완화시킴을 확인하였다. 이로써 마우스 모델 뿐만 아니라 미니피그 모델에서도 pravastatin과 metformin 합제가 급성 방사선 위장관 손상을 완화시킴을 알 수 있었다. (출처 : 요약문 6p)

• 연구책임자 : 장원일
• 주관연구기관 : 한국원자력의학원
• 발행년도 : 20230200
• Keyword : 1. 급성방사선증후군;물리팬텀;바이오마커;허가외 사용 의약품;줄기세포;미니돼지; 2. Acute Radiatio Syndrome;Physical Phantom;Biomarker;off-label use drug;Stem cells;Mini-pig;

Ⅳ. 연구개발결과 - 연구용 Varian iX 장비의 FLASH 방사선조사 안정적 운용 - Varian iX 장비의 FLASH 방사선 발생을 위한 최적조건 연구, 보조장치 개발 - FLASH 방사선의 정상/암 세포에 대한 생물학적 영향 분석 (뇌, 두경부, 간) - FLASH 방사선의 정상/암 조직에 대한 생물학적 영향 분석 (뇌, 두경부, 간) - 방사선치료 가능한 암 진료를 하는 동물 병원 및 기관에 대해 연계시스템 마련 - FLASH 전자빔 정성적 선량평가 및 섬광체 dosimetry 장치개발 - FLASH 전자빔 선량측정 절차서 개발 - 전자빔 발생장치(e-gun) 제작 완료 및 성능시험 수행 - 고주파 증폭장치(Klystron) 제작 완료 및 성능시험 수행 - 증폭전원장치(Modulator) 제작 완료 및 성능시험 수행 - 장치제작 및 제작공정을 위한 제작 진도와 공정률 점검업무 수행 (출처 : 요약문 5p)

• 연구책임자 : 최상현
• 주관연구기관 : 한국원자력의학원
• 발행년도 : 20230200
• Keyword : 1. FLASH 방사선치료;초고선량률;초고속 전자빔;방사선치료기;50 MeV 전자빔; 2. FLASH radiation therapy;Ultra high dose rate;Very high elergy electrons;Radiation therapy machine;50 MeV electron beam;

Ⅳ. 연구개발결과 악화군과 대조군에서 나이, 성별에서 차이가 없었다. 또한 비만, 고혈증, 당뇨, 고지혈증 여부도 차이가 없었다. 방사선량에도 차이가 없었다. 방사선 치료전 대뇌소혈관 질환의 여부에서 악화군은 12명중 9명(75.0%)인 반면 대조군은 28명중 9명 (32.1%)로 확인되어 두 군간 통계적으로 유의한 차이가 확인되었다.(p=0.018) 대뇌 소혈관 질환 악화에 영향을 주는 변수들과 방사선 치료전 대뇌 소혈관 질환여부를 포함하여 다변량 로지스틱 회귀 분석을 시행한 결과 대뇌 소혈관 질환 여부의 우도비가 6.33 이었으며 통계적으로 유의하였다 (p=0.018) (출처 : 요약문 4p)

• 연구책임자 : 김정수
• 주관연구기관 : 동남권원자력의학원
• 발행년도 : 20230100
• Keyword : 1. 대뇌 소혈관 질환;방사선 치료;경도 인지 장애;대뇌 미세 출혈;대뇌 미세 뇌경색; 2. Small vessel disease;Cranial radiotherapy;Mild cognitive impairment;Cerebral micro-bleeds;Cerebral micro-infarction;

대덕 원자력이용시설과 서울 연구용원자로시설 부지 및 주변 지역에 대해 공간감마선량률 측정과 환경시료에 대한 방사능 분석을 실시하였다. 대덕 원자력이용시설과 서울 연구용원자로시설 주변의 공간감마선량률과 집적선량은 전년도와 비슷한 수준을 보였다. 전알파, 전베타, U 및 ⁹⁰Sr 등 환경방사능 농도는 모든 시료에 있어서 전년도와 유사한 준위를 유지하고 있었다. ³H의 경우 대덕 부지의 공기중 수분 및 빗물, 지표수에서 검출되어 일시증가 보고가 있었으며, 그 외에는 평상시 변동범위 이내였다. 감마동위원소의 경우 자연방사성핵종인 ⁴⁰K 또는 ⁷Be을 제외한 대부분의 인공방사성핵종의 농도가 최소검출가능농도 미만으로 나타났다. 서울 연구용원자로시설의 경우 지표수 시료에서 ¹³¹I이, 표층토양 시료에서 ¹³⁷Cs가 평상시변동범위 이내이거나 약간 높게 검출되었다. 검출된 ¹³⁷Cs의 방사능 준위는 1960 ∼ 1970년대 실시된 대기권 핵실험에 의한 전 지구적인 오염에 의한 것으로 판단된다. 한편, 원자력이용시설 운영으로 주변 주민에 대한 최대 유효선량은 0.00367 mSv/yr로 평가되었는데 이는 일반인에 대한 법적선량한도 (1mSv/yr) 및 부지 기준치 (0.25 mSv/yr) 보다 낮은 값으로 주변 주민의 방사선에 의한 영향이 거의 없는 것으로 판단된다. 본 연구의 환경방사선 평가 결과 조사기간 동안 원자력이용시설의 운영으로 인한 부지 및 주변환경에 대한 변화는 일어나지 않은 것으로 판단된다. (출처 : 서지정보양식 201p)

• 연구책임자 : 임종명
• 주관연구기관 : 한국원자력연구원
• 발행년도 : 20230300
• Keyword : 1. 환경방사선량률;전알파;전베타;감마동위원소;환경방사능분석;원자력시설;기상관측;주민선량평가; 2. 3H;U;90Sr;Environmental radiation;gross alpha;gross beta;tritium;uranium;strontium-90;gamma radionuclide;environmental radioactivity analysis;nuclear facility;meteorology;dose assessment;

본 과제의 목표는 방사선기기팹 공정장비 표준화 및 의료진단기기 전략제품 기반 한국형 강소 방사선기기 기업 육성 지원을 통한 방사선기기 지역 클러스터 조성이다. 과제 달성을 위해 한국형 방사선의료기기 기업육성 지원, 방사선기기 산업생태계 조성을 위한 클러스터 구축/운영, 방사선기기팹 연구장비 이용서비스 및 성능개선을 수행하였다. 그 결과 나노반도체/방사선 센서 공정기반 구축, 단결정 소재 성장 표준공정 확립, 반도체센서 표준공정 확립, 기술지원 26회, 실무교육 2회, 융복합 클러스터 협의체 운영 4회, 기업연계 기술사업화 R&D 아이템 발굴 1건, 기술사업화 지원 1건, 이용실적 239건, 단결정 소재 성장 장비 모니터링 시스템 구축, 연구장비 점검 및 검교정 15건, 연구장비 업그레이드 2건을 수행하였다. 본 연구에서는 기술사업화 지원을 통해 방사선의료진단기기용 방사선계측 소재 기술사업화, 방사선기기 인프라 조성 및 산업 생태계 조성에 기여하였다. 또한 지속적이고 안정적인 방사선기기팹 시설/장비 지원을 통해 국가 방사선기기 기업 육성에 기여할 계획이다. (출처 : 서지정보양식 59p)

• 연구책임자 : 강창구
• 주관연구기관 : 한국원자력연구원
• 발행년도 : 20230800
• Keyword : 1. 방사선기기;사업화 지원;반도체 공정;화합물 반도체; 2. Radiation Equipment;Commercialization Support;Semiconductor Fabrication Process;Compound Semiconductor;

본 연구는 나노소재를 이용하여 어레이형 플렉서블 방사선 검출센서를 구현하고 성능을 검증하는 것을 목표로 한다. 목표를 달성하기 위해 방사선 검출용 나노소재 합성 및 제조기술 개발, 코팅/전사 기술 및 나노소재간 적층·접합 기술 개발, 플렉서블 방사선 검출센서 개발 및 성능평가를 수행하였다. 그 결과 CsPbBr3 나노크리스탈 합성, 제조기술 개발 및 UV 발광 특성 확인, PbS 퀀텀닷 합성 및 제조기술 개발, Pr 도핑 나노포스퍼 합성 및 조성에 따른 광학적 특성 분석, 형태 및 결정성 TEM 분석, 광학적 특성 UV 조사 및 PL 측정, DLS 사이즈 분석 등의 다양한 나노소재 측정 및 분석 기술 확보 , Graphene 일반 습식전사 및 vacuum 기반 전사 기술 2종 확보, LBL (layer-by-layer) 나노소재 코팅기술 개발 및 코팅 균일도 확보, 플렉서블 복합체 필름화 공정조건 확보, 다양한 나노물질 코팅 및 발광 특성 확인 , 이온빔을 활용한 flexible 기판 (polyimid)의 표면개질 기술 확보, 나노포스퍼-폴리머 복합체 필름 결합 광검출기 X-선 반응성 특성확보, Multilayer graphene 전극 형성 기술, Flexible PCB (F-PCB) 기반 소자 제작기술 개발, ALD 기반 봉지재층 형성 공정 개발 등의 연구 성과를 확보하였다. 본 연구결과를 바탕으로 성능이 개선된 어레이형 플렉서블 방사선 검출센서를 구현을 할 계획이다. (출처 : 서지정보양식 101p)

• 연구책임자 : 강창구
• 주관연구기관 : 한국원자력연구원
• 발행년도 : 20230800
• Keyword : 1. 나노소재;플렉서블;방사선 검출센서; 2. NAno-materials;Flexible;Radiation detector;

본 연구는 원자력 연구시설 지능화를 위한 플랫폼 및 기초 기술 연구를 목표로 한다. 지능화 기술을 개발함에 있어서 데이터 기반의 학습 방법론을 적용하였으며, 하나로 운영 데이터를 바탕으로 센서 데이터 이상탐지 기술, 냉각계통 운영 보조 기술, 인공지능 기반 영상 감시 기술 연구 등을 진행하였다. 각 어플리케이션에 대한 연구는 인공지능 모델을 개발과 프로토타입 시스템을 설계 또는 구축을 포함한다. 또한 원자력 분야 지능화 기술 개발을 위한 통합 플랫폼에 대한 설계 및 프로토타입 구축을 수행하였다. 통합 플랫폼은 원자력 분야 인공지능 기술 개발을 위한 소프트웨어/하드웨어 컴퓨팅 자원을 포함한다. 허브-스포크 방식의 연구 체계를 통해 통합 플랫폼을 활용하여 원자력 분야 인공지능 적용을 위한 활용연구들을 수행하였으며, 원내 인공지능 연구를 위한 연구지원/데이터분석/컨설팅 등을 진행하였다. 본 연구과제의 활동을 통해서 원자력 인공지능 연구를 위한 기반 마련 및 활성화 등 긍정적인 영향을 줄 것으로 기대된다. (출처 : 서지정보양식 175p)

• 연구책임자 : 유용균
• 주관연구기관 : 한국원자력연구원
• 발행년도 : 20230100
• Keyword : 1. 인공지능;딥러닝;이상탐지;컴퓨터비전;설명가능한 인공지능;영상 감시;하나로;연구용원자로.; 2. Artificial Intelligence;Deep learning;Anomaly Detection;Computer Vision;Explainable AI;Video Surveillance;HANARO;Reserach Reactor;

비공개항목입니다.

• 연구책임자 : 최정열
• 주관연구기관 : 한국항공우주연구원
• 발행년도 : 20230100
• Keyword :

□ 연구개요 방사선은 면역-종양미세환경을 변화시키는 것으로 알려져 있다. 방사선 조사후 종양부위는 저산소화가 진행되고 저산소화된 암세포는 방사선에 저항성을 갖고 있다. 또한 방사선이후 neoantigen을 증가시켜 이후 면역관문억제제 사용시 효과가 증대될 것으로 기대하고 있다. 본 연구에서는 전통적인 종양조직의 획득을 통한 단백질의 면역형광화학염색, 채혈을 통한 일반혈액검사, 단백질표지자, 그리고 CT, MRI 같은 영상 검사의 소견이 환자의 치료반응정도, 재발, 생존과의 연관성이 있는지를 살펴보고 특정유전자와의 연관성을 살펴보고 이러한 마커들을 전통적인 통계학적인 방법 뿐 아니라 딥러닝을 이용하여 연관성이 있는지를 알아보고 자 하였다. □ 연구 목표대비 연구결과 1. 영상학적 마커와 혈액마커의 비교: 두 방법의 상관정도를 알아보았고, 비교해 보았음. 둘을 더하는 것은 영상학적 마커만 획득하는 것에 큰 이득이 없음. 2. 종양구획화를 하지 않고 반응성 예측: 구획화없이 MRI영상을 그림으로 인식 하여 기계학습을 하였고 인간전문가보다 우월함을 관찰하였다. 3. 영상소견으로 특정유전자 돌연변이 예측: 방사선치료 계획용 CT를 이용하여 기존의 CTV를 라벨링으로 사용하였고 기계학습과 라디오믹스 분석을 하였고, 어 느 정도는 예측할 수 있었음을 확인하였다. 4. 수술후 hypoxia마커의 발현이 2-3기 직장암 환자의 재발과 연관이 있는지: GLUT-1 면역형광화학염색을 방사선치료 전 조직검사 검체에서 시행하고, 치료 이후 수술로 절제된 검체에서 시행하고, 이것과 재발유무를 알아봄. 5. 기존의 MRI영상의 extramural vascular invasion와 혈액 종양마커인 CEA를 이용하여 이른 전이가 발생할 확률을 예측하였다. 6. 수술후 RT받는 NSCLC환자에서 lymphocyte, albumin의 예후와의 연관성: 97명의 환자에서 단변랑, 다변량 분석을 한 결과 재발과는 무관하였으나, 림프구, 알부민이 낮지 않으면 더 오래 사는 것을 확인하였다. □ 연구개발성과의 활용 계획 및 기대효과(연구개발결과의 중요성) 항암치료와 달리 방사선치료는 특정한 타겟에 선택적으로 영향을 미치지 않고 전반적으로 영향을 주는 것으로 그동안 보여왔다. 그러나 그것이 정말로 그러한 것인지 인간이타겟을 발견하지 못하여서 그런 것인지는 알 수 없다. 또한 수 많은 연구자들이 궁극적인 타겟인 유전자나 단백질을 찾아내려고 노력하였으나, 어떠한 타겟도 재현이 되어 입증된 것이 없다. 따라서 본 연구와 같이 현실적으로 적용가능한 실험을 통해 방사선에 대한 반응성을 예측하는 것이 타당하고 실제 환자와 의사들에게 도움이 되고 적용이 될 수 있는 방법이라고 생각한다. 아직까지는 요원한 일이겠으나 범용성을 갖게 된다면, 다른 연구자들도 조직기반 또는 혈액기반 면역학적 마커들의 변화를 실제로 확인해보고, 치료 전 또는 후 영상을 통해 라디오믹스나 딥러닝으로 이 마커들과의 상관관계를 간접적으로 예측하거나, 바로 예후를 예측할 수 있다면 조금 더 개인별 맞춤치료가 가능해질 수도 있다. (출처 : 연구결과 요약문 2p)

• 연구책임자 : 송창훈
• 주관연구기관 : 서울대학교
• 발행년도 : 20230300
• Keyword : 1. 직장암;종양미세환경;방사선치료;바이오마커;저산소증; 2. rectal cancer;tumor microenvironment;radiation therapy;biomarker;hypoxia;