연구개요 본 연구는 딥러닝을 이용하여 방사선치료 시 정확한 전자밀도에 의한 선량계산에 영향을 줄 수 있는 금속영상왜곡 저감을 위한 기술을 개발하고 맞춤형 팬톰을 제작하여 적응형 방사선치료에 개발된 기술의 임상적용 가능성을 평가하고자 함. 결론적으로 기존 상용화된 알고리듬 대비하여 딥러닝 기술을 접목한 경우 선량학적 측면에서 더욱 정확한 결과를 확인할 수 있었으며, 추가적으로 영상왜곡에 의해 정상조직 및 종양의 컨투어링 정확성 향상을 기대할 수 있음. 연구 목표대비 연구결과 본 연구에서는 방사선치료 적용을 위한 인공지능 기반 금속 영상왜곡 저감 알고리듬 및 검증 기술을 개발하고, 이를 위해 방사선량 측정을 통한 검증을 위해 금속 영상왜곡을 발생 시킬 수 있는 인체모사 팬톰을 제작하여 개발된 알고리듬의 방사선치료 적용 시 우수성을 평가함. 인공지능 기반 금속 영상왜곡 저감기술을 이용한 방사선치료 적용기술은 다양한 연구에서 제시되었으나, 감소된 금속영상왜곡에 의한 선량계산의 정확도를 측정을 통해 검증한 연구는 전무한 실정임. 1차년도에서 딥러닝 알고리듬 중 가장 범용적으로 활용되는 fully convolutional network기반 알고리듬을 개선한 U-net 기반의 알고리듬을 구축하였고, 이러한 알고리듬을 이용하여 데이터 보간 및 재생에 따른 해부학적 구조의 왜곡 및 흐림 현상을 해결할 수 있었음. 딥러닝 기반 알고리듬을 이용한 영상 분석을 위해 normalized root mean square error (NRMSE)를 측정한 결과 금속영상왜곡을 적용하지 않은 영상 대비 58.29%, 기존 상용화된 금속영상왜곡기술저감 기술 대비 12.03%로 금속영상물에 의한 오차 감소를 확인함. 2차년도의 경우, 최근 임플란트 및 치아보형물에 의해 발생되는 환자 수 증가에 따라 두경부를 모사하는 팬톰 제작을 완료 하였으며, 금속 영상왜곡을 발생 시킬 수 있는 금속 치아 및 정상 치아를 따로 설계하여 원하는 위치에 금속영상왜곡이 발생시킬 수 있는 환경을 조성함. 더불어 실제 방사선량 측정이 가능하도록 필름과 유리선량계가 삽입 가능하도록 만들어져 실제 치료 계획된 선량을 측정을 통해 비교가 가능함. 재구성된 알고리듬의 평가를 위해 실제 측정된 선량평가를 위해, 선량분포에 대해 계산된 값과 측정된 값의 감마분석을 이용하여 비교하였음. 치료 계획은 현재 방사선종양학과에서 가장 주로 사용되는 volumetric modulated arc therapy (VMAT)을 이용하여 치료계획을 수립하였고, 감마 분석을 위해 2%, 2mm의 tolerance와 10% threshold를 적용하여 비교를 수행함. 제안한 방법과 MAR이 적용되지 않은 영상에서의 passing rate 값은 99.5%, 상용화된 O-MAR 방법과 MAR이 적용되지 않은 영상의 passing rate는 99.6%, 제안된 MAR 방법과 OMAR사이의 gamma passing rate는 99.9%로 거의 유사한 선량분포를 확인하였음. 그러나 금속으로 인해 planning target volume (PTV) 내 선량 차이가 있음을 확인하였고, Gamma image 내에서도 그 차이를 최대 7.9%까지 확인할 수 있었고, 제안된 방법을 사용한 경우 최대 약 3%의 차이를 확인하여 약 50%의 개선효과를 확인함. 연구발성과의 활용 계획 및 기대효과 (연구개발결과의 중요성) 제안된 금속영상왜곡 저감 기술은 영상에서의 개선뿐만 아니라 선량학적 관점에서도 상용화된 금속영상왜곡 방법과 비교하여 거의 유사하거나 우수한 성능을 보여주었으며, 추후 임상 적용에 충분한 가치가 있다고 판단됨. 특히 영상에서의 개선을 통해 정확한 PTV와 주변 정상조직의 컨투어를 이룰 수 있으며, 개선된 전자밀도 정확성을 통해 선량계산의 정확성 역시 향상되는 결과를 확인할 수 있었음. 더불어, 제안된 선량측정용 팬톰은 선량분포 및 절대선량 측정이 가능하도록 설계되어 직접적인 선량측정이 가능한 장점을 바탕으로 앞으로 제시될 금속영상왜곡 저감기술의 성능 검증을 위한 객관적인 지표를 제시할 수 있음. 결론적으로 방사선치료의 정확성과 안정성에 기여할 수 있어 환자에게 신뢰성 있고 질 높은 의료서비스 제공이 가능함. (출처 : 요약문 2p)

• 연구책임자 : 강성희
• 주관연구기관 : 서울대학교
• 발행년도 : 20230300
• Keyword : 1. 금속영상왜곡 저감;딥러닝;방사선치료;치료계획;방사선량 측정; 2. metal artifact reduction;Deep learning;radiation therapy;treatment planning;Dose measurement;

□ 연구개발 목표 및 내용 ◼ 최종 목표 ○ 열유동 해석코드를 활용한 가동중시험 분야 현안 평가 기술 개발을 통한 가동원전 안전성 증진 ○ 원전 가동중시험을 위한 펌프 및 밸브의 성능‧상태‧열화 진단방법론 개발 ◼ 전체 내용 ○ 가동중시험 분야 규제검증 평가를 위한 열유동 해석코드 적용성 평가 ○ 열유동 해석코드를 활용한 가동중시험 현안 분석방법론 및 최적해석 지침 개발 ○ 모터구동밸브/공기구동밸브의 상태‧열화 진단 방법 개발 ○ 유압구동밸브의 성능‧상태‧열화 진단 방법 개발 ○ 펌프의 성능‧상태‧열화 진단 방법 개발 ○ 머신러닝 기술을 이용한 펌프 및 밸브의 상태기반 인공지능 진단 방법 개발 ◼ 1단계 ❏ 목표 ○ [1차년도] - 열유동 해석코드의 가동중시험 분야 적용성 평가 기반 구축 - 안전관련 기기의 현장 성능시험 측정 자료 분석 및 고장이력 조사 - 모터구동밸브/공기구동밸브 특성시험 설비 설계 및 제작 - 모터구동밸브 상태 진단 방법 개발 기반 구축 ○ [2차년도] - 가동중시험 분야 규제검증 평가를 위한 열유동 해석코드 적용성 평가 - 모터구동밸브 상태 진단 방법 개발 - 공기구동밸브 상태 진단 방법 개발 - 펌프 특성시험 설비 설계 및 제작 ○ [3차년도] - 가동중시험 분야 현안 분석을 위한 최적해석방법론 개발 - 모터구동밸브 상태기반 열화 진단 방법 개발 - 공기구동밸브 상태기반 열화 진단 방법 개발 - 유압구동밸브 성능 진단 방법 개발 기반 구축 - 펌프 성능‧상태 진단 방법 개발 ❏ 내용 ○ [1차년도] - 가동중시험 이행 및 안전관련 기기 성능평가에 대한 현안 수집 - 가동중시험 분야 규제검증 평가에 필요한 주요 열유동 현상 정의 및 분류 - 가동중시험 분야 주요 열유동 현상 예비계산 - 성능시험 현장 측정 자료 분석 - 고장이력 DB 구축 및 고장 메커니즘 분석 - 모터구동밸브/공기구동밸브 진단 신호 측정을 위한 실험 장치 구성 - 상태 진단 변수 도출을 위한 실험 방법론 개발 - 모터구동밸브 진단 신호 측정 및 분석 ○ [2차년도] - 열유동 해석코드의 가동중시험 분야 적용성 평가 방안 수립 - 가동중시험 분야 규제검증 평가를 위한 주요 열유동 현상 분석 - 가동중시험 관련 기기/계통에서 발생하는 주요 열유동 현상에 대한 해석코드 적용성 평가 - 1차원 열수력 계통해석코드에 포함된 가동중시험 관련 기기 모델링 비교/분석 - 측정 신호 노이즈 제거 기술 개발 - 모터구동밸브 진단 신호 측정 및 분석 - 특성 시험 결과를 이용한 모터구동밸브 상태 진단 모델 개발 - 공기구동밸브 진단 신호 측정 및 분석 - 특성 시험 결과를 이용한 공기구동밸브 상태 진단 모델 개발 - 펌프 시험 설비 설계 및 제작 ○ [3차년도] - 가동중시험 관련 기기/계통 대상 열유동 해석코드 최적해석방법론 개발 - 가동중시험 관련 기기/계통 대상 열유동 해석코드 예측 결과 검증 - 1차원 열수력 계통해석코드에 포함된 가동중시험 관련 기기 모델링 개선 필요 사항 도출 - 기기의 결함과 스트레서 관계 조사 및 경향성 변화 조사 - 모터구동밸브의 진단 변수 도출 및 상태기반 열화 진단 모델 개발 - 공기구동밸브의 진단 변수 도출 및 상태기반 열화 진단 모델 개발 - 유압구동밸브 진단 신호 측정 및 분석 - 펌프 진동 신호 분석 방법 개발, 노이즈 제거 기술 개발 - 펌프 진단 신호 측정 및 분석 - 특성시험 결과를 이용한 펌프 성능‧상태 진단 모델 개발 ◼ 2단계 ❏ 목표 ○ [1차년도] - 열유동 해석코드를 활용한 가동중시험 분야 현안 분석 - 머신러닝 기술을 이용한 모터구동밸브/공기구동밸브 상태‧열화 진단 방법 개발 - 유압구동밸브 성능‧상태 진단 방법 개발 - 펌프 상태기반 열화 진단 방법 개발 ○ [2차년도] - 가동중시험 분야 규제검증 평가를 위한 최적해석 지침 개발 - 유압구동밸브 열화 진단 방법 개발 - 유압구동밸브 인공지능 진단 방법 개발 - 펌프 인공지능 진단 방법 개발 - 데모 장치 제작 및 진단 방법 검증 ❏ 내용 ○ [1차년도] - 가동중시험 대상 기기 성능 및 이행 관련 현안에 대한 열유동 해석 - 가동중시험 관련 기기/계통 대상 열유동 해석코드 예측 결과의 불확도 평가 방법론 수립 및 예비평가 - 1차원 열수력 계통해석코드에 포함된 가동중시험 관련 기기 모델링 개선을 위한 열유동 해석 수행 및 해석 결과 활용 - 측정 신호 노이즈 제거 기술 개발 - 유압구동밸브 진단 변수 도출 - 특성시험 결과를 이용한 유압구동밸브 성능‧상태 진단 모델 개발 - 펌프 진단 신호 측정 및 분석 - 특성시험 결과를 이용한 펌프 상태기반 열화 진단 모델 개발 - 머신러닝 기술을 이용한 모터구동밸브/공기구동밸브 인공지능 진단 방법 개발 - 상태‧열화 진단 머신러닝 알고리즘 개발 - 진단 모델의 검증을 위한 테스트 데이터 확보 ○ [2차년도] - 열유동 해석코드를 활용한 가동중시험 대상 기기 성능 및 이행 관련 현안 분석을 위한 지침 개발 - 가동중시험 관련 기기/계통 대상 열유동 해석코드 예측 결과의 불확도 평가 - 1차원 열수력 계통해석코드에 포함된 가동중시험 관련 기기 모델링 개선안 제시 - 유압구동밸브 상태에 따른 열화 분석 및 모델 개발 - 유압구동밸브 상태에 따른 열화 진단 방법 개발 - 머신러닝 기술 기반 유압구동밸브 성능‧상태‧열화 진단 방법 개발 - 머신러닝 기술 기반 펌프 성능‧상태‧열화 진단 방법 개발 - 현장 데이터 및 실험 데이터를 이용한 개발된 진단 방법 검증 - 진단 방법 검증을 위한 데모 장치 제작 및 검증 □ 연구개발성과 1단계 총 3년(2020~2022년) 동안 다음과 같은 연구개발성과를 도출하였음. ○ 안전기술보고서(N-STAR) : 16건 - 가동중시험 분야의 규제현안 조사 및 전산코드를 활용한 예비분석 - 비상노심냉각수 주입에 따른 비정상 단상 열성층 해석을 위한 난류모델 예측성능 비교 연구(우수보고서) - 역지밸브의 닫힘거동 분석을 위한 CFD 동적격자 방법론 비교 - 전산유체역학 소프트웨어 적용성에 관한 규제 지침 개발을 위한 오리피스 내부 캐비테이션 유동 수치해석 - 보조급수계통 다단오리피스 용접부 건전성 예비평가 - 모터구동밸브 주기적 성능확인 지침 개선 방안 - 공기구동밸브 주기적 성능확인 지침 개선 방안 등 ※ 안전기술보고서 16건 중 유형②(방법론/장비 등 개발 및 비교검토) 11건, 유형③(규제화를 위한 분석,검증 결과) 5건 모두 규제 활용성을 제고한 연구 결과로 판단됨. ○ 논문 게재 : 11건 - 국내/국외 SCIE : 1건/1건 - 국내/국외 비SCIE : 8건/1건 ○ 학술대회 발표 : 52건 - 국내 학술대회 : 34건 - 국외 학술대회 : 18건 ○ 연구보고서 : 2건 - 시스템코드 펌프 및 밸브 모델 현황 - 고리 2호기 다단오리피스 구조 해석 2단계 총 2년(2021~2022년) 동안 다음과 같은 연구개발성과를 도출하였음. ○ 안전기술보고서(N-STAR) : 15건 - KEPIC MPT-19.5에서 권고한 벤투리 유량계 상류측 직관 길이의 적합성 검토 : 직경비 영향 - 캐비테이팅 벤투리의 확산부 형상에 따른 유동 및 진동해석 결과 비교 연구 - 가변적인 입구 유동분포에서 오리피스 유량계에 대한 CFD 기반 불확실도 정량화 등 - 열화 특성을 고려한 모터구동밸브 주기적 성능확인 주기 결정 방법론 - 원전 유압구동밸브 성능평가 방법론 개발 등 ※ 안전기술보고서 15건 중 유형②(방법론/장비 등 개발 및 비교검토) 12건, 유형③(규제화를 위한 분석,검증 결과) 3건 모두 규제 활용성을 제고한 연구 결과로 판단됨. ○ 규제정책 활용 : 제안 3건, 반영 2건 - 동력구동밸브(MOV, AOV) 성능확인시험에 관한 규제지침 제정 (제안/반영) - 원자력발전소 안전관련 열교환기 성능관리 규제지침 개정 (제안/반영) - 전산유체역학 프로그램을 활용한 가동중시험 분야 해석 결과물에 대한 적절성 검토 규제지침 제정 (제안) ○ 논문 게재 : 14건 - 국내/국외 SCIE : 1건/8건 - 국내 비SCIE : 5건 ○ 학술대회 발표 : 42건 - 국내 학술대회 : 32건 - 국외 학술대회 : 10건 ○ 소프트웨어(프로그램) 등록 : 2건 - 전산유동해석 불확실성 정량화를 위한 순방향 문제용 GUI 프로그램 등 ○ 포상 및 수상 : 3건 - 한국에너지학회 우수논문상(2022년) - 한국압력기기공학회 최우수논문상(2021년) 등 ○ OECD/NEA 보고서 개정본 작성 참여 - 보고서명: Best Practice Guidelines for the Use of CFD in Nuclear Reactor Safety Applications - 보고서 개정본 반영 내용: 열유동 해석코드를 활용한 가동중시험 대상 기기 성능 및 이행 관련 현안 분석과 관련된 연구 결과 ○ 위탁연구보고서 : 4건 - 가동중시험 분야에 대한 CFD 코드 해석 결과의 불확도 평가 - 판형 열교환기에서 발생하는 열성층 현상 수치해석 등 □ 연구개발성과 활용계획 및 기대 효과 ○ 본 연구를 통해 개발되는 열유동 해석코드를 활용한 가동중시험 분야 현안 평가 기술은 기기 열화/손상에 의한 성능저하 및 안전관련 능동기기의 성능관리를 위한 가동중시험 이행 관련 현안 발생 시, 이를 정량적/정성적으로 평가하는데 활용될 수 있음. ○ 평가 결과는 원전 운영자의 가동중시험 분야 현안 발생 원인분석과 재발방지 대책의 적절성에 대한 규제자의 합리적이고 타당한 규제 의사 결정에 상당한 도움이 될 것으로 기대됨. 최종적으로는 가동원전 안전성 향상에 기여할 것으로 예상됨. ○ 안전관련 펌프 및 밸브의 상태기반 진단방법론은 기기의 성능 변화 또는 비정상 상태에 대한 예측 진단을 통해 규제 여부의 판단을 가능하게 하며, 원전 안전관련 기기의 성능신뢰도 유지관리에 대한 규제방향 제시를 통해 원전 안전성 증대에 기여함. ○ 머신러닝 기법을 이용한 진단방법의 도입을 통해 현장 측정 데이터 분석의 정확성과 객관성을 높이고, 원자력 안전규제기술에 4차 산업혁명을 이끌어가는 인공지능 기술의 접목을 통해 국내외 안전규제 분야를 선도함. (출처 : 요약문 2p)

• 연구책임자 : 이공희
• 주관연구기관 : 한국원자력안전기술원
• 발행년도 : 20230100
• Keyword : 1. 가동중시험;해석코드;진단;열화;머신러닝; 2. In-Service Test;Analysis Code;Diagnosis;Aging;Machine Learning;

□ 연구개발 목표 및 내용 ◼ 최종 목표 ○ 습식저장-운반-건식저장을 아우르는 처분전 사용후핵연료의 관리단계별 핵심 안전위협 요소를 평가하여 규제허용치를 도출하고, 이를 기반으로 사용후핵연료의 종합 구조안전성에 대한 안전규제체계를 개발 ◼ 전체 내용 ① 수소화물 장입 총량 및 석출량에 따른 정량적 습식저장 피복관의 연성평가 - 피복관에 수소를 장입시켜 연소도 효과를 모사 - 온도조절을 통하여 피복관내에 석출되는 수소량을 제어하며 고리압축 연성평가 - 허용가능 수소장입총량(연소도) 도출 ② 사용후핵연료 피복관 충격파괴 평가 - 사용후 핵연료 모사 충격파괴 실험장치를 설계 및 구축 - 피복관 시편 내부를 가압하고 온도를 제어하며 충격파괴실험 수행 - 수소장입총량(연소도) 에 따른 허용가능 연료봉 온도 및 충격량 도출 ③ 다축응력 사용후핵연료 피복관의 수소화물 재배열 조건 평가 - 수소 장입량 및 응력분포에 따른 수소화물 재배열 문턱치를 실험적으로 평가 - 고해상도 화상관련법 (DIC) 장치를 활용하여 국부적으로 측정된 인장응력에 기인한 수소화물의 재배열 관측 - 수소장입총량(연소도)에 따른 수소화물 재배열 문턱 피복관 응력 및 온도 도출 ④ 사용후핵연료의 처분전 안전규제 체계개발 - ①-③에서 도출된 개별인자들을 종합하여 사용후핵연료의 처분전 안전규제체계를 구축하고 규제인자를 제안 ◼ 1단계 ❏ 목표 ○ 기초 실험장치 구축 및 기초실험 수행 ❏ 내용 ○ 습식저장 피복관의 연성평가 - 수소장입 및 석출량(온도)에 따른 고리압축 실험 수행 - 경수로 정상상태 부식모사 Autoclave 실험장치 구축 ○ 피복관 충격인성 평가 - 충격파괴 실험 장치 설계 및 구축 ○ 단축응력 및 다축응력에 의한 수소화물 재배열 조건 평가 - 단축응력 수소화물 재배열 실험장치 설계 및 구축, 수행 - 피복관 다축응력 실험장치 설계 및 구축 ◼ 2차년도 ❏ 목표 ○ 1차년도 기초실험결과 분석 및 보완, 심층연구 수행 ❏ 내용 ○ 습식저장 피복관의 연성평가 - 허용가능 최대 연소도 (수소장입총량) 및 피복관 온도 도출 ○ 피복관 충격인성 평가 - 연료봉내압과 수소 장입 및 석출량에 따른 최대허용 충격량 평가수행 ○ 수소화물 재배열 조건 평가 - 수소 장입량 및 다축 응력분포에 따른 수소화물 재배열 문턱치 탐사 ◼ 3차년도 ❏ 목표 ○ 기초 및 심층연구결과 종합분석을 통한 안전규제체계 발전방안 제안 ❏ 내용 ○ 피복관 충격인성 평가 - 연소도에 따른 허용가능 연료봉 최대온도 및 충격량 도출 ○ 수소화물 재배열 조건 평가 - 수소화물 재배열 문턱 피복관응력/봉내압 및 온도 도출 ○ 1~3차년도 수행 연구결과를 종합하여 사용후핵연료 전주기적 (영구처분전까지) 안전체계 및 규제인자 제안 - 습식저장-운반-장기 건식저장의 전주기 안전관리 체계 제안 - 사용후핵연료 안전규제 관점에서 정상상태 운전 평가 및 제안 □ 연구개발성과 ○ 본 과제의 연구개발 성과는 다음과 같음: - 수소화물 장입 총량 및 석출량에 따른 정량적 습식저장 안전규제 허용치 - 다축응력 수소화물 재배열 실험을 통한 봉내압 기반 건식저장 안전규제 허용치 - 종합적 사용후핵연료의 처분전 핵심 안전위협요소 안전규제 허용치 - 다축응력 수소화물 재배열, 핵연료 충격파괴 실험장치, 경수로환경 모사부식 실험장치 구축 ○ 본 과제의 정량적 연구개발 목표 성과는 다음과 같음: - SCI 논문 6편, 비SCI 논문 7편, 안전기술보고서 5편, 국내외 학회발표 15회 - 석사급이상 인력 배출 2명, 학사급 인력 배출 5명 □ 연구개발성과 활용계획 및 기대 효과 ○ 사용후핵연료의 처분전 핵심 안전위협요소 허용치의 활용방안: - 안전규제 데이터베이스 구축 및 국산화 - 국내외 사용후핵연료의 습식, 운반, 건식저장 안전기준 선진화 ○ 사용후핵연료의 처분전 안전규제체계의 활용방안: - 습식-운반-건식저장의 규제 합리화 - 경수로 건식저장 도입의 종합적 구조안전성 평가 및 규제 국산화 지원 ○ 핵연료 충격파괴 및 경수로환경 모사부식 실험장치의 활용방안: - 핵연료 구조안전성 평가 사업에 지속적 활용 - 규제 연구인력 교육 및 배출에 활용 ○ 기대효과 - 증진된 합리성을 바탕으로 국내 사용후핵연료 규제선진화에 즉각적 기여 - 건식저장 안전규제 현안해결을 위한 국산 실험데이터 확보 - 선진국의 기술이전 기피현상 극복 - 사용후핵연료 관리의 핵심 원천기술 확보 - 전주기 원자력안전규제 기술 증진 (출처 : 요약문 3p)

• 연구책임자 : 이유호
• 주관연구기관 : 서울대학교
• 발행년도 : 20230100
• Keyword : 1. 사용후핵연료;건식저장;습식저장;사용후핵연료 운반;수소화물 재배열; 2. Spent nuclear fuel;Dry storage;Wet storage;Spent fuel Transportation;Hydride reorientation;

연구개요 본 연구과제를 통해 고주파수(~MHz) 표면탄성파에서 기인한 마이크로스케일 음향흐름유동과 음향방사력을 기반으로 차세대 헬스케어 산업에서 중요한 역할을 차지하는 바이오미세유체플랫폼을 개발하고 응용하였다. 연구 목표대비 연구결과 분산상 유체와 서로 섞이지 않는 연속상 유체와의 교차유동으로 미세유체칩 내 나노/피코리터급 액적의 화학적 농도를 온칩(on-chip) 방식으로 제어할 수 있는 음향미세유체역학 기술을 개발하였다. 에너지효율적인 음향방사현상 유도를 위한 마이크로입자와 인가 표면탄성파의 주파수의 관계를 규명하였다. 미세유체 채널에서 선형 항생제 농도 구배를 형성하여 항생제의 반복적인 희석을 수행하지 않고 항생제의 적정용량을 구하는 방식을 개발하였다. 주파수를 제어하여 원하는 크기의 기능성 입자를 선택적으로 분리함으로써 표적 생체분자를 분리하였다. 고착되어있는 미세 액적 내부에 표면탄성파를 전파하여 원발성 암세포 환경을 간단히 모사하였다. 음향흐름유동을 이용하여 표적 방향만으로의 기능적 변화를 유도하여 효과적인 세포독성 반응을 나타나게 하였다. 연구개발성과의 활용 계획 및 기대효과 (연구개발결과의 중요성) 4차 산업혁명 도래에 발맞춰 개인맞춤형 의료서비스의 중요성이 높아지는 가운데, 음향 미세유체역학의 원천기술을 응용하여 바이오미세유체플랫폼을 개발해 기존의 비동적·비정밀 플랫폼과는 차별화된 방식으로 개인맞춤형 차세대 헬스케어 산업의 기술경쟁력 확보. 숙련된 전문가나 고가의 장비 없이 생체 샘플을 분석 가능하며 효율적이고 정밀한 바이오미세유체플랫폼의 개발을 통해, 산업 친화적 생태계 구축이 미비한 국내 헬스케어 분야에 새로운 성장동력을 제공함으로써, 미래 성장 가능성이 높은 글로벌 4차산업 헬스케어 분야의 국제적 수준에 도달. (출처 : 요약문 2p)

• 연구책임자 : 성형진
• 주관연구기관 : 한국과학기술원
• 발행년도 : 20230300
• Keyword : 1. 표면탄성파;바이오미세유체 플랫폼;음향흐름유동;음향방사력; 2. surface acoustic waves;biomicrofluidic platform;acoustic streaming flow;acoustic radiation force;

□ 연구개요 본 연구는 현재 비세포성폐암(NSCLC) 환자에게 적용되고 있는 방사선치료를 시행함에 있어 방사선치료 효과 증대를 위한 일환으로 유산소운동을 병행하고자 하였다. 방사선치료 효과 상승의 근본적인 방법으로 종양 세포내의 산소농도를 증대시키는 방법이 가장 일반적이다. 이에 본 연구진은 폐암 환자에게 유산소운동을 병행함으로써 종양세포 내의 재산소화를 유도하여 방사선치료 효과에 미치는 영향을 확인하고자 하였다. 해당 내용을 동물모델을 활용하여 유산소운동이 폐암 방사선치료 효과에 미치는 영향을 확인한 이후에 3년차에 방사선치료를 받는 폐암 환자를 대상으로 임상연구를 진행하여 그 효과를 검증하고자 한다. □ 연구 목표대비 연구결과 본 연구의 1,2년차 연구결과는 목표 대비하여 계획대로 연구를 진행하여 연구결과를 도출하였다. NSCLC 세포주(A549)를 활용하여 NSCLC-orthotopic 마우스 모델을 구축하였다. 구축한 마우스 모델을 활용하여 단독 방사선 치료그룹, 단독 유산소운동그룹, 유산소운동과 방사선치료를 병행한 그룹으로 구분하여 In vivo 실험을 진행하였다. 마우스용 트레드밀을 활용하여 방사선 처리 전에 유산소운동을 실시하였고 모든 동물실험 일정을 종료 후 마우스에서 종양 조직을 확보하여 폐암 세포 종양 크기의 변화 및 종양세포 내의 세포 사멸 정도를 확인하였다. 또한 유산소운동을 병행하였을 때 종양세포 내의 산소농도 변화 및 활성산소(ROS) 변화를 면역조직화학염색법을 활용하여 분석하였다. 추가적으로 동물모델을 통해 확보한 종양 조직을 이용하여 전사체(NGS)분석을 실시하였다. 이는 유산소운동을 방사선치료와 병행하였을 때 종양세포 내의 재산소화 및 ROS 증대에 미치는 핵심인자를 발굴하기 위함으로 본 연구진은 4개의 핵심인자를 분석하여 제시하였다. 본 연구의 3년차 연구결과는 목표치에 대비하여 연구진행이 많은 부분에서 미미하다. 현재 본 기관의 기관생명윤리위원회에 임상시험 승인을 위한 논의단계에 있으며 유산소운동이 가능한 폐암 환자의 코호트 분류 및 안전한 재활치료의 프로세스 구축에 대한 논의 후 임상시험을 진행하기 위한 단계에 있다. □ 연구개발성과의 활용 계획 및 기대효과 (연구개발결과의 중요성) 본 과제의 최종 목적은 폐암 방사선치료 효과의 증대를 위한 병용치료 파트너를 찾기 위함이다. 앞서 언급하였듯이 방사선치료 효과 상승의 근본적인 방법은 저산소성 종양세포 내에 재산소화 과정을 통하여 그 치료효과를 상승함에 있다. 이에 많은 연구진들이 고압산소탱크 및 나노입자를 활용한 종양세포 내의 직접적인 산소 전달을 위한 연구들이 진행되고 있다. 하지만 장비 설치에 많은 비용과 임상 적용에 있어 한계점이 따른다. 본 연구진은 비교적 접근이 용이한 유산소운동을 병행하였을 때 폐암세포 내의 재산소화를 유도하고 이를 통해 방사선치료 효과 상승을 유발할 수 있다는 연구가설을 세우고 동물모델을 통해 이를 검증하고 유산소운동이 방사선치료 효과 상승의 역할 가능성을 제시하였다. 또한 전사체분석을 통하여 치료효과 증대의 핵심인자를 제시하였다. 본 연구진은 연구결과를 바탕으로 추후에 핵심인자를 조절하여 유산소운동과 방사선치료를 병행하였을 때 확실한 치료효과 증대에 대한 검증을 동물모델에서 진행함과 동시에 현재 보류상태에 있는 폐암 환자를 대상으로 임상시험을 진행하기 위하여 노력할 것이다. (출처 : 연구결과 요약문 2p)

• 연구책임자 : 조선미
• 주관연구기관 : 인제대학교
• 발행년도 : 20230300
• Keyword : 1. 비세포성폐암;방사선치료;유산소운동;재산소화;전사체분석; 2. Non-small cell lung cancer;Radiotherapy;aerobic exercise;reoxygenation;Transcriptome analysis;

□ 연구개발 목표 및 내용 ◼ 최종 목표 페로브스카이트 구조를 갖는 유기-무기 융합화합물 단결정 성장과 물리적 특성 연구로 새로운 물질 개발 ◼ 전체 내용 유기와 무기 물질의 단점을 보완하고 장점을 유지하는 새로운 방식의 유-무기 물질이 필요하여 유-무기 소재는 제조비용이 저렴하고, 제조 및 소자 제작 공정이 간단하며, 광학적, 전기적 성질을 조절하기 쉬운 유기 소재의 장점과 높은 전하 이동도 및 기계적, 열적 안정성을 가지는 무기 소재의 장점을 모두 가질 수 있는 친환경적인 물질 개발 결과적으로 열에 안정적이고 친환경적인 유기-무기 융합 화합물로 구성된 페로브스카이트 타입의 물질을 개발하여 solar cell 물질에 이용하는데 기여함 □ 연구개발성과 1. 광학 소자 물질에 이용할 수 있는 페로브스카이트 구조를 갖는 유-무기 융합 화합물 단결정 성장 2. 페로브스카이트 구조를 갖는 유-무기 융합 화합물인 단결정계에서 우수한 물리적 특성을 나타내는 구조연구 3. 강탄성 특성에 의한 twin domain 연구 4. 광학 특성이 좋은 혼합 단결정의 구조적, 역학적 특성연구 5. 기초 연구로 연구 인력 양성 효과 □ 연구개발성과 활용계획 및 기대 효과 ● 단결정 성장: 페로브스카이트 구조를 갖는 유-무기 융합 화합물을 산업체에 이용가능 (무기물인 금속물질의 여러가지 종류인 단결정 성장) ● 구조적인 특성 연구: 단결정계에서 static NMR과 MAS NMR, 그리고 spin-lattice relaxation time 실험으로 solar cell에 이용가능 기대 ● 열역학적인 특성 연구로 습기에 강한 perovskite 연구 결과 얻음 ● 결과적으로 열에 안정적이고 친환경적인 유기-무기 융합 화합물로 구성된 페로브스카이트 타입의 물질을 개발하여 solar cell 물질로 응용기대 (출처 : 요약문 2p)

• 연구책임자 : 임애란
• 주관연구기관 : 전주대학교
• 발행년도 : 20230600
• Keyword : 1. 페로브스카이트;단결정 성장;구조연구;핵자기공명;열적특성; 2. perovskite;single crystal growth;x-ray diffraction;nuclear magnetic resonance;thermal property;

비공개항목입니다.

• 연구책임자 : 신호식
• 주관연구기관 : 주식회사더자연
• 발행년도 : 20230600
• Keyword : 1. 바이오플라스틱;친환경플라스틱;축분유기자원;방사선;전자선; 2. bio plastic;eco friendly plastic;Livestock Organic;radiation;electron beam;

□ 연구개요 췌장형성이 억제된 PDX1 유전자 결손 복제돼지 수정란 또는 태아에 각각 인간 유도만능줄기세포 또는 췌장전구세포를 이식하고 체내분화를 통하여 인간 췌장을 생산한다. □ 연구 목표대비 연구결과 ◯ 연구목표 - PDX1 유전자 결손 돼지 복제수정란 또는 태아에 인간 유도만능줄기세포 또는 췌장전구세포를 이식하고 체내분화를 통하여 인간 췌장을 생산 (생명윤리법에 의한 제약으로 인한 윤리적 논란을 피하기 위해 본 연구에서 포배상보의 경우에는 인간 대신 영장류의 유도만능줄기세포를 사용하였음) ◯ 연구결과 - PDX1 유전자 결손 복제돼지를 생산하고 췌장형성이 억제됨을 확인 - PDX1 유전자 결손 돼지 복제수정란에 영장류 유도만능줄기세포를 이식하였을 때 췌장세포로 분화되지 않았음 - 인간 섬유아세포의 직접교차분화에 의하여 췌장전구세포 생산 - 인간 췌장전구세포를 자궁내의 마우스 태아에 이식하였을 때 인간 췌장세포포 분화가 가능 - 포배상보에 의해 돼지에서 영장류 췌장 생산이 실패함에 따라 BTK 유전자 결손 복제돼지에서 영장류 B cell을 생산하는 연구를 추가로 진행 - BTK 유전자 결손 복제돼지를 생산하고 B cell 형성이 억제됨을 확인 - BTK 유전자 결손 복제수정란에 영장류 유도만능줄기세포를 이식하였으나 B cell로 분화를 확인할 수 없었음 □ 연구개발성과의 활용 계획 및 기대효과(연구개발결과의 중요성) - 현재까지의 연구결과 특정 유전자(PDX1 및 BTK)의 결손에 의해 특정 장기(췌장)나 세포(B cell) 발생의 억제가 가능 - 그러나 유전자 결손 복제수정란에 영장류 유도만능줄기세포를 이식하였을 때 특정 장기나 세포로의 발생을 확인할 수 없었음 - 이는 돼지와 영장류 간 초기발생의 차이점과 더불어 배반포기 수정란과 전분화능 줄기세포간의 분화 양상과 타이밍의 불일치에 기인한 것으로 추정됨 - 다만 인간 췌장전구세포를 자궁내의 마우스 태아에 이식하였을 때 인간 췌장세포포의 분화가 가능함을 확인 - 전분화능 줄기세포를 배반포기 수정란에 이식(포배상보)하는 것보다 전구세포를 착상후 태아에 이식(태아상보)하는 것이 돼지 체내에서 인간 장기의 생산 가능성을 높일 것으로 생각됨 (출처 : 연구결과 요약문 2p)

• 연구책임자 : 심호섭
• 주관연구기관 : 단국대학교
• 발행년도 : 20230300
• Keyword : 1. 유전체 편집;체세포핵이식;태아상보;포배상보;직접교차분화; 2. genome editing;somatic cell nuclear transfer;blastocyst complementation;conceptus complementation;direct conversion;

□ 연구개발 목표 및 내용 ◼ 최종 목표 반응도삽입사고 핵연료거동 모사 실험 장치 개발 및 이를 활용한 고연소도 피복관 규제지원 방안 연구 ○ 반응도삽입사고 핵연료거동 모사 장치 설계 및 구축 ○ 피복관 변형 실험 및 핵연료 해석 코드를 이용한 피복관 특성 변화 분석 ○ 구축된 장치를 활용한 향후 규제지원 활용방안 제시 ◼ 전체 내용 1차년도 ○ 가압 실험 장치 구축 - RIA 모사 실험을 하기 위한 선행연구 조사 및 분석 - RIA 압력 모사 실험에 필요한 가압 장치 설계 및 제작 - 가압 실험 장치 성능 평가 - 플라즈마 펄스를 이용한 고압 생성 및 제어 기술 확보 ○ RIA 모사 실험 피복관 해석 코드 구축 - 수소취화 피복관 변형 실험을 위한 피복관 해석 코드 구축 - 수소취화 실험을 위한 피복관 제작 2차년도 ○ 국소 가압 및 가열 실험 장치 구축 - RIA 모사 실험에 필요한 국소 가압 장치 설계 및 제작 - 고전류 인가를 통한 피복관 가열 기술 확보 - 가열 실험 장치 성능 평가 ○ 수소취화 피복관 실험수행 및 특성 분석 핵연료 코드를 이용한 실험 결과 해석 수소취화 피복관 실험수행 및 결과(강도, 미세조직 등) 분석 3차년도 ○ 압력, 온도, 피복관 연소도 통합 모사 실험 - 가압 및 가열 실험 장치 연동 시스템 구축 및 통합 실험 - RIA 통합 모사 실험 장치의 전기적 특성 해석 ○ 안전규제 지원방안 제안 - 향후 장비 활용방안 제안 - 실험 결과를 기반으로 한 안전규제 지원방안 제안 ◼ 1단계 ❏ 목표 플라즈마 펄스를 이용한 PCMI 모사 실험 장치 구축 및 피복관 해석 코드 구축 및 수소취화 특성 분석 ❏ 내용 1차년도 ○ 가압 실험 장치 구축 - RIA 모사 실험을 하기 위한 선행연구 조사 및 분석 - RIA 압력 모사 실험에 필요한 가압 장치 설계 및 제작 - 가압 실험 장치 성능 평가 - 플라즈마 펄스를 이용한 고압 생성 및 제어 기술 확보 ○ RIA 모사 실험 피복관 해석 코드 구축 - 수소취화 피복관 변형 실험을 위한 피복관 해석 코드 구축 - 수소취화 실험을 위한 피복관 제작 2차년도 ○ 국소 가압 및 가열 실험 장치 구축 - RIA 모사 실험에 필요한 국소 가압 장치 설계 및 제작 - 고전류 인가를 통한 피복관 가열 기술 확보 - 가열 실험 장치 성능 평가 ○ 수소취화 피복관 실험수행 및 특성 분석 - 핵연료 코드를 이용한 실험 결과 해석 - 수소취화 피복관 실험수행 및 결과(강도, 미세조직 등) 분석 ◼ 2단계 ❏ 목표 RIA 통합 모사 실험 및 안전규제 지원방안 제안 ❏ 내용 ○ 압력, 온도, 피복관 연소도 통합 모사 실험 - 가압 및 가열 실험 장치 연동 시스템 구축 및 통합 실험 - RIA 통합 모사 실험 장치의 전기적 특성 해석 ○ 안전규제 지원방안 제안 - 향후 장비 활용방안 제안 - 실험 결과를 기반으로 한 안전규제 지원방안 제안 □ 연구개발성과 정성적 성과: 플라즈마 펄스를 이용하는 RIA 사고 모사 실험 장치를 개발 및 활용하여 피복관 파괴실험을 수행하고, 고연소도 피복관 규제지원을 위한 데이터를 제시함. 정량적 성과: SCI급 논문 3편 및 안전기술보고서 5건 출간 □ 연구개발성과 활용계획 및 기대 효과 ○ 플라즈마 펄스를 이용하는 RIA 사고 모사 실험 장치 활용 - 노내실증실험에 들어가는 비용을 절감하고 사고저항성 핵연료의 RIA 성능 평가를 할 수 있음. - 국내 핵연료안전 연구진들과의 공동 연구에 활용할 뿐만 아니라 미국(TREAT), 프랑스(CABRI), 일본(NSRR)과의 국제 공동 RIA 안전연구를 추진할 수 있음. ○ 장입수소량(연소도)에 따른 피복관 파괴조건 문턱치 실험데이터 - 고연소도 핵연료 안전규제 대응 방안 전략 수립하고 현재의 안전규제 기준을 재조명함. - 독자적 설계기준사고 안전규제 평가능력 확보하여 세계 수준의 RIA 평가능력을 구축함. (출처 : 요약문 2p)

• 연구책임자 : 정경재
• 주관연구기관 : 서울대학교
• 발행년도 : 20230400
• Keyword : 1. 반응도삽입사고;고전압 펄스;펄스 플라즈마;핵연료 피복관;수소취화; 2. Reactivity Initiated Accident;High voltage pulse;Pulse plasma;Nuclear fuel cladding;Hydrogen embrittlement;

□ 연구개발 목표 및 내용 ◼ 최종 목표 ○ 실효성 있는 주민보호조치를 위한 원자력시설 비상계획 규제체계 개선안 개발 ○ 복합재난 대응 단계별 광역주민보호조치 최적화기준 개발 ○ 기류확산 통계분석을 통한 비상시 주민보호조치 고도화 ◼ 전체 내용 ○ 후쿠시마 원전사고 대응 교훈을 반영한 원자력시설 비상계획 개선을 위한 규제기술 개발 ○ 복합재난 대응강화와 주민보호조치를 위한 동향 및 기술기준 분석 ○ 복합재난 대응단계별 광역주민보호조치 및 방사능방재체계 재정립방안 구축 ○ 비상의 종료와 복구단계를 위한 방재체계 개선방향 제시 ○ 국내 원전에 대한 신속․정확한 선원항 예측시스템 방법론 도출 ○ 장기간의 기류확산 모델 수행 및 군집분석 기술을 개발하여 피복 및 지형 효과를 반영한 기상 자료의 초고해상도 상세화 기류확산 기법으로 계절별/시간별 확산영향평가지도를 산출 ◼ 1단계 ❏ 목표 ○ 원자력시설 비상계획 규제요건 개선안 개발 ○ 원전 복합재난 대응강화를 위한 국가방사능방재체계 재정립 방안 개발 ○ 원전의 중대사고 시나리오에 대한 선원항 계산방법론 개발 ○ 원전부지의 기류확산 모델 수행 및 군집분석 기술 개발 ❏ 내용 ○ 원자력시설 비상계획 규제현안 대응책 개발 ○ 후쿠시마 원전사고 이후 국제기구 및 원자력주요국 ○ 비상계획 규제요건 비교검토 및 개선안 반영 ○ 방사능방재법 및 재난안전기본법 개선안 도출 ○ 광역주민보호조치를 위한 시설운영 개선안 마련 ○ 방사능방재 대응 단계별 주민보호조치 의사결정 기준 마련 ○ NRC의 RASCAL 프로그램 상세내용 및 활용현황 도출 ○ 기류확산 군집분석 방법론 개발 및 모델링 수행 ○ 기류군집분석 및 확산영향평가지도 구축 ○ 지형 특성이 반영된 원전영역의 기상 자료의 상세화 기법 개발 ○ 상세 국지 기상장을 이용한 기류확산 모델링 기법 개발 ○ 원전부지별 확산영향분포도 고도화 ◼ 2단계 ❏ 목표 ○ 원자력시설 비상계획서 심사 및 방재검사 지침 개정안 개발 ○ 방사능재난 全주기의 국가적 대응역량 강화를 위한 비상단계에서 복구단계로의 전환체계 수립 ○ 복합재난 대비 선원항 예측기술을 개발 및 방사능재난관리 의사결정 정보시스템의 성능개선 방안 도출 ○ 원전 인근 확산영향평가지도 구축 및 활용 방안 제시 ❏ 내용 ○ 국제수준의 규제요건 반영한 심사지침 개발 ○ 복합재난 대응능력 강화를 위한 방재검사 지침 개정안 개발 ○ 비상계획 수립기준과 심/검사 지침 비교분석 ○ 복합재난 시나리오에 따른 단계별 비상대응계획 점검 ○ 비상대응에서 복구대응으로의 전환 대책 개발 ○ 비상종료와 재난복구를 위한 방사능방재체계 개선안 도출 ○ 중대사고 상황 파악 딥러닝 모델 개발 ○ 중대사고 상황 기반 선원항 예측모델 개발 ○ 고리/월성 원전 인근의 초고해상도 상세확산분포도 DB 구축 ○ 원전 인근 초고해상도 기류확산 자료의 활용 방안 기반 구축 ○ 한빛/한울 원전 인근의 초고해상도 상세확산분포도 DB 구축 ○ 원전 인근 확산영향평가지도 구축 및 활용 방안 제시 □ 연구개발성과 ○ 주민소개시간추정의 효과성 제고를 위한 연구제도 개선(안) ○ 방사선비상발령 개선 및 보완 ○ 방사능방재 검사지침 개선(안) ○ 방사능방재 대응 위한 의사결정 기준 개선안 개발 ○ 원자력 비상종료 요건에 기초한 전환단계의 분야별 대책 수립 ○ 중대사고 상황정보 및 AtomCARE 특성 기반 주요변수 도출 ○ 중대사고 대표 시나리오 선정 및 선원항 예측 딥러닝 학습용 DB 구축 ○ 원전 광역복합 재난 시, 주민보호조치 수행을 위한 원전부지별 확산영향평가지도 구축으로 원자력 비상대응에 필요한 전략 강화 ○ 관련 분야(방사능방재, 재난관리 등) 전문가 및 정부·지자체·유관 기관 등 이해관계자 대상 연구결과 발표회와 워크숍 개최를 통한 기술교류 및 의견 수렴 □ 연구개발성과 활용계획 및 기대 효과 ○ 주민소개시간추정 관련 기준 마련 활용 ○ 원자력시설 분류 체계 개선 ○ 방사선 비상계획 및 방재분야 심.검사 지침 개선 ○ 방사능방재 법령 체계 개선 ○ 국가 방사능방재 역량강화를 위한 정책안 제공, 제도개선, 규제기술 개발에 활용 ○ 방사능재난 全주기의 국가전략 도출로 지역사회의 신속한 사회경제적 회복 ○ 방사능재난시 관계기관의 책임과 역할분담을 통한 조직적/인적/물적 자원 활용의 극대화 ○ 원전부지별 기류확산 군집분석을 통해 원전 방사성물질 누출 사고 시 광역비상대응체계 수립 및 주민보호조치 수행전략을 마련하기 위한 객관적인 기초 정보로 활용 ○ 주민보호조치 수행전략 수립시 원전 부지별 통계적 특성이 반영된 기상 시나리오별 대피장소 확인 및 비상용품 준비 등의 사고초기단계 대응 능력 강화 (출처 : 요약문 2p)

• 연구책임자 : 신형기
• 주관연구기관 : 한국원자력안전기술원
• 발행년도 : 20230100
• Keyword : 1. 원자력시설 비상계획;규제요건;복구대책;확산분포도;확산영향평가지도; 2. Licensee Emergency Plan;Regulation Requirement;Recovery Preparedness;diffusion distribution diagram;diffusion impact assessment map;