□ 연구개요 재생의학에 있어서 줄기세포를 세포치료제로 이용하기 위해서는 면역 적합성의 극복이 필요함. 이를 위해 환자의 세포를 추출하여 체세포 핵치환 또는 유도만능줄기세포를 제작하여 다시 환자에게 이식하는 방법이 가장 보편적으로 알려져 있으나, 이는 자신의 세포를 이용해야하기 때문에 세포치료제로서 일부 제한점이 있음. 본 연구의 목표는 기존의 만능공여자 세포주 구축에 따르는 여러 약점을 보완하기 위해 체세포 핵치환 기술을 이용한 만능공여자 세포주를 구축하여, 분화된 면역세포의 면역회피 기전 및 세포치료제로서의 안전성 검증을 통해 체세포복제 만능공여자세포의 전임상 단계 연구적 가치를 입증하고자 함 □ 연구 목표대비 연구결과 본 연구에서는 B2M 유전자를 표적으로하여 HLA class I 분자의 넉아웃을 통해 동종 T세포의 반응을 유도하지 않는 ‘Off-the-shelf’개념의 면역거부회피를 통해 저면역세포치료제를 개발하고자 연구를 진행하였음. 본 연구는 저면역원성 체세포복제 배아줄기세포를 수립하여 NK세포와 γδ T 세포로 분화를 유도하여 B2M 유전자가 소실되어도 정상적인 면역세포로의 분화 가능성을 제시함. 나아가서, 저면역 만능공여자 체세포복제 배아줄기세포주 수립을 위해 B2M 유전자를 표적으로 하여 HLA class I 분자를 넉아웃하고, 이어서 CIITA유전자를 표적으로 하는 HLA class II transcription factor를 넉아웃 하여, 항생제 처리를 통한 세포주 선발을 진행하였음. 기존의 면역관련 유전자 편집세포주의 체세포복제 배아줄기세포주 수립의 가능성을 높이고자 NMN을 체세포복제배아에 처리하여 배아줄기세포주 수립을 위해 배반포 품질을 향상시키는 연구에 도입하였음. 체세포복제 후 난자에 NMN을 처리하여 각 그룹별로 배반포 갯수, 생성된 배반포의 전체 세포수 및 내부세포괴 갯수의 분석을 통해 체세포복제 배반포 품질을 향상시키는 결과를 획득하였음. 나아가서 기확립된 Class I/II 넉아웃 유전자 편집 세포주를 사용하여 체세포복제시 CD47을 주입하여 다중 유전자 편집 체세포복제 배아줄기세포주 수립을 목표로 연구를 진행하였음. 하지만 의외의 결과로 CD47을 overexpression 시킬 경우 체세포복제 배반포 생성이 높은 효율로 증가되는 것을 확인함. 또한 본 연구의 연장선으로 6주령의 human fetus skin fibroblast cells 분리하여 대량 배양하였으며, 공여자 적합성 평가 완료하였음. 목표대비 결과를 끌어내는 게 순조롭지 않았으나 연구과정 중 의도치 않은 여러 발견을 통해 특허출원을 하고 목표에 가까운 결과를 도출하였음. □ 연구발성과의 활용 계획 및 기대효과(연구개발결과의 중요성) 면역결핍 체세포복제 배아줄기세포주 수립 기술은 그동안 만능공여자 배아줄기세포주 구축에 따르는 여러약점들을 보완할 수 있으며, 그 외의 많은 유전자 편집 체세포 복제 배아줄기세포 치료제를 개발하는 데 있어 활용가능성을 기대할 수 있음. 기존의 체세포복제 배아줄기세포주 수립의 장애를 극복하기 위해 발굴한 고품질 체세포복제 배반포 생산 효율인자는 각종 체세포복제 배아줄기세포주 세포치료제 개발에 도입하여 낮은 복제배아 효율을 극복할 수 있는 원천기술 개발로의 활용 가능 (출처 : 연구결과 요약문 2p)

• 연구책임자 : 이아름
• 주관연구기관 : 차의과학대학교
• 발행년도 : 20240300
• Keyword : 1. 체세포복제;만능공여자세포;배아줄기세포;면역세포분화;면역세포치료제; 2. Somatic Cell Nuclear Transfer;Universal Donor Cells;HLA class I;HLA class II;Immune Cells;

□ 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)

• 연구책임자 : 김범규
• 주관연구기관 : 성균관대학교
• 발행년도 : 20240300
• Keyword : 1. 전방검출기;한국형중이온 가속기;대수용다목적 핵분광장치;집단 흐름;핵대칭에너지; 2. Forward Detector;RAON;LAMPS;Collective Flow;Nuclear symmetry energy;

□ 연구개요 우주탐사선 및 인공위성 전력시스템에서의 핵심부품인 전력반도체는 우주환경에서의 강건함을 보장하기 위해서 매우 높은 수준의 내방사선 신뢰성이 요구된다. 특히, 전력반도체는 우주환경에서의 발전, 에너지 저장, 전력 분산, 전력 제어 및 시스템 보호 역할을 하기 때문에 전력반도체의 우수한 내방사선 특성을 확보하고 수명을 정확히 예측하는 것이 중요하다. 본 연구에서는 내방사선 특성이 우수한 SiC MOSFET을 활용하여 우주급 내방사선 검사와 함께 전기적특성의 열화현상을 모델링하고 신뢰성을 개선하기 위한 소자 구조 및 공정에 대한 연구를 수행하고자 한다. TCAD 시뮬레이션에서 우주환경을 전산 모사하여 SiC MOSFET의 TID (Total ionizing dose), SEE (Single event effects) 및 DDD (Displacement Damage Dose)를 분석하고 전기적 특성 열화 메커니즘을 해석한다. 또한, 실제 양성자 및 중이온 가속기를 활용하여 SiC MOSFET 개별소자에 조사하고 개발된 수명예측 모델을 검증 및 보완한다. 최종적으로는 규명된 열화 메커니즘을 완화할 수 있는 SiC MOSFET의 구조 및 공정을 연구·개발하는 것이 목표이다. □ 연구 목표대비 연구결과 실제 SiC MOSFET 소자에 감마선 및 양성자 등의 방사선을 조사하여, 전기적 특성을 측정하고 특성 변화에 관한 열화 메커니즘을 규명하였다. 실제 실험 결과를 TCAD 시뮬레이션에 대입하여 감마선 조사 전산 모사를 완료하였다. 감마선 조사 후 MOS capacitor를 통해 산화막 특성을 추출한 결과, ε_ox의 감소를 통해서 감마선 조사에 의한 물질의 결합구조 변화를 확인하였다. 감마선 조사 도즈에 따라 QF가 증가하는 것으로 총 이온화 선량 효과의 발생을 검증하였다. 또한, 감마선과 양성자를 조사하였을 때, BV가 6 % 정도 감소하였다. 이는 감마선 조사 영향으로 인해 Edge Termination에 위치한 두꺼운 field 산화막 내부 고정 전하량이 증가해 공핍 영역 의 곡률이 감소하게 되어 이 영역에 전계가 집중되면서 항복특성이 열화 된다. 이를 검증하기 위해 TCAD 시뮬레이션을 이용하여 SZ-JTE 구조 의 edge termination에 실험을 통해 추출한 산화막 내부 고정전하 값을 대입하였고, 전계 분포 분석으로 열화 메커니즘을 검증하였다. 아울러, 실제 우주환경과 유사하게 켜진 상태의 방사선 조사 영향을 분석하기 위해서 감마선 환경에서 SiC MOSFET에 인가된 게이트 바이어스에 따른 영향을 분석하고, 전기적 특성 측정 및 TCAD 시뮬레이션을 수행하여 열화 메커니즘을 검증했다. □ 연구개발성과의 활용 계획 및 기대효과(연구개발결과의 중요성) 전력반도체 감마선 및 양성자 조사 영향에 대한 분석과 내방사선 설계 및 검증 연구는 국내에서는 활발하게 진행되지 않은 부분이기 때문에 우주급 전력반도체 연구 활성화에 기여할 수 있을 것으로 판단된다. 이러한 연구결과는 향후 고신뢰성 전기자동차용 전력 반도체의 개발에도 적용 가능하여 활용분야가 확대될 것이라고 예상된다. 향후 위 연구결과를 기반으로 내방사선 SiC 전력반도체의 설계 및 공정에 대해서 후속 연구를 진행하고자 한다. (출처 : 연구결과 요약문 2p)

• 연구책임자 : 석오균
• 주관연구기관 : 국립금오공과대학교
• 발행년도 : 20240300
• Keyword : 1. 전력반도체;감마선;양성자;방사선;총 이온화 선량 효과; 2. Power Device;Gamma-Ray;Proton;Radiation;TID Effect (Total Ionizing Dose Effect);

◻ 연구개요 환자의 호흡에 의한 체표면의 변화에 따른 움직임에 대한 평가를 위한 작업으로 1차년도에는 실시간 체표면 추적 방사선 치료 장치의 모션 팬톰 개발하고 2차년에도는 개발된 팬텀을 기반으로 TOF 센서 카메라를 사용하여 호흡패턴을 얻어내었고 팬톰을 통한 단층영상(CT) 촬영 데이터를 가지고 체표면 추적 방사선 치료장치의 인공지능 학습 구현을 하는 작업을 수행했다. 3차년도에는 실제 환자의 호흡패턴을 포함하는 4차원 환자 데이터를 기반으로 체표면 추적 인공지능 학습 평가를 수행하였다. ◻ 연구 목표대비 연구결과 1차년도의 목표는 실시간 체표면 추적 방사선 치료 장치의 모션 팬톰 개발하는 작업이였고 이에 대해 CAD도면 작업을 통해 3D 프린팅 작업을 이용하여 모션 팬텀개발을 하였다. 2차년도에는 TOF 센서 카메라를 이용해 1차년도에 구현한 체표면 팬텀을 사용하여 호흡패턴 데이터를 얻고 단층촬영을 통한 아크릴로 제작된 종양부위의 움직임과 체표면 모사에서 얻어진 호흡 패턴과 기존의 상용화되어있는 적외선 마커를 이용하여 호흡패턴의 추이를 비교하였다.모션팬톰의 CT데이터를 가지고 인공지능(딥러닝)학습을 통해 호흡에 기반한 4차원 CT영상을 학습시켰다. 3차년도에는 실제 환자의 4차원 CT자료를 인공지능학습을 시켰다. 호흡패턴에 따른 위상에 변화와 이에 따른 CT영상을 예상을 구현하였다. 몬테카를로를 사용한 CT영상 구현에는 1차년도 이내에 작업이 가능한 범위를 넘어서는 작업으로 3차년도 연구에 적용하기는 어려움이 있었다. 시간에 따른 콘빔단층촬영(CBCT)를 사용한 영상을 각 시간 10개의 프레임으로 구성해 이를 기반으로 CBCT 합성 영상에 대한 구현으로 대체하였다. 1차년도의 경우 체표면 모션 팬텀 구성에 대한 목표 달성을 이루었고 2차년도에는 개발된 체표면 팬텀을 가지고 호흡패턴을 얻고 팬텀의 영상을 통한 인공지능학습을 구현하였다. 다만 너무 규칙적인 면이 있어서 실제 인공지능 학습에 대한 결과값이 예상치와 동일한 부분은 추후에 수정해야 될 부분이 있을 것을 생각된다. 3차년도의 경우 실제 환자의 호흡자료와 CT영상 자료를 통해 인공지능학습이 수행되었고 학습에 대한 결과가 상대적으로 부족한 영상자료의 영향으로 학습에 대한 정확도에 대한 개선이 필요할 것으로 보인다. ◻ 연구개발성과의 활용 계획 및 기대효과(연구개발결과의 중요성) 정확한 환자 치료를 위한 영상 촬영 시 추가적으로 조사되는 방사선의 위험이 없이도 환자 체표면 추적기술을 이용해 환자 맞춤형 치료가 외국에서는 널리 활성화되고 있는 상황이다. 기존 시장에 큰 점유률을 가지고 있는 글로벌 기업에 대해 팬톰 개발은 체표면 추적기술의 요소 기술로서 상용화가 가능해서 시장 진입이 용이하게 할 수 있고 국내의 높은 IT기술을 기반으로 추후 보다 진보된 체표면 추적 시스템을 독자적으로 구축할 수 있는 발판이 될 수 있다고 본다. 특히 인공지능 및 TOF 센서 기술 을 활용하여 기존의 글로벌 기업에서 아직 점유하지 못한 기술에 대한 상대적인 우위를 가질 수 있을 것으로 생각되어진다. 방사선치료와 관련한 의료산업 분야의 수입대체 효과와 기술 고부가가치화, 의료기술 국제 경쟁력 강화 등을 기대할 수 있고, 병원 및 의료산업 분야의 활성화에 따른 인력양성과 고용의 증가도 기대할 수 있을 것으로 여겨진다. (출처 : 연구결과 요약문 2p)

• 연구책임자 : 박소아
• 주관연구기관 : 한림대학교
• 발행년도 : 20240300
• Keyword : 1. 체표면 추적;팬텀;인공지능;호흡패턴;비행시간; 2. Surface guided;Phantom;Artificial Intelligence;Respiration Pattern;Time of Flight;

□ 연구개요 중성자 과잉이나 양성자 과잉, 또는 찌그러진 핵등 특이한 성질을 가지는 핵을 포함하는 핵반응에 대한 모델을 연구하고 실험 결의 분석을 진행한다. 그 결과를 현재 사용하고 있는 초중핵 생성 핵반응 모델에 반영 및 그 모델의 개선을 목표로 한다. □ 연구 목표대비 연구결과 1. 중성자 과잉핵 뿐 아니라 양성자 과잉핵을 입사핵으로 하는 실험 결과들이 발표되기 시작함에 따라, 양성자 과잉핵인 17F+208 208Pb 탄성 산란 실험 결과를 확장된 광학 모형을 이용하여 분석을 시도하였다. 양성자 과잉핵의 경우는 중성자 과잉핵과 비교했을 때, 좀 더 높은 각도 다른 채널이 열리는 양상을 보여주었다. 그로 인해 상대적으로 작은 깨짐 반응을 가지게 되는데, 이는 약한 결합을 가지고 있는 핵임을 생각하면 특이한 결과라고 볼 수 있다. 아울러 실험적으로는 제시되지 않은 비탄선 산란반응의 크기에 대해서도 예측해 보았다. 2. 실험적으로 잘 알려진 이론 모형보다 더 큰 산란 단면적이 발표된 9Li+ 70Zn 에 대한 핵융합 반응에 대한 분석을 시도하였다. 이를 위해 실험에서 산출된 각 핵들의 밀도를 이용하여 겹침 포텐셜을 새롭게 구성하였고, 많이 사용하는 범용 포텐셜과 그 변화를 비교해보았다. 이 경우는 핵의 들뜸의 영향이 별로 크지 않기 때문에, 전이 반응을 포함한 결합 채널 방법으로의 해석을 시도하였다. 3. 특이핵의 경우는 약한 결합으로 인하여 쉽게 들뜨며, 또 깨어잔다는 것이 실험을 통해 잘 알려져 있다. 이러한 실험 분석 과정에서 쿨롱 쌍극자 강도 분포를 계산하기 위해서는 광자수 계산이 필수적인데, 이러한 광자수를 결정짓는 방법에 대해 고찰하고, 실험결과와 비교 하였다. 4. 2023년에 양성자 과잉핵인 17Ne을 포함하는 17Ne+208Pb의 탄성 산란과 깨짐 반응에 대한 실험 결과가 발표되었고, 그에 따라 확장된 광학 모형을 이용, 실험 결과에 대한 분석을 시도하였다. 확장된 광학 모형의 장점에 따라 탄성과 비탄성, 깨짐과 융합 반응에 대한 결과도 함께 얻을 수 있었다. □ 연구개발성과의 활용 계획 및 기대효과(연구개발결과의 중요성) 이번 연구를 통하여, 특이핵을 포함하는 경우에 대한 확장된 광학 모형을 이용한 분석 방법에 대한 개선과, 핵융합 반응의 해석 방법에 대한 확장을 가져올 수 있었다. 특히, 이 시기에 양성자 과잉 핵을 포함하는 핵융합 반응의 실험 결과 발표가 많이 이루어졌으며, 그 결과는 중성자 과잉 핵을 포함하는 핵반응의 결과와는 전혀 다른 결과였으므로 그 해석에 있어 의미가 있다고 볼 수 있다. 이를 위해, 밀도를 이용한 겹칩 포텐셜 구성, 편광 포텐셜을 이용한 포텐셜 모형의 확장, 비탄성 산란등의 다른 채널을 고려하기 위한 결합 채널 방법의 적용등 핵반응을 좀 더 잘 이해하기 위한 여러 방법들을 활용하는 기회가 되었다. 이를 이용하여 차후 RI 시설들에서 제공되는 여러 실험 결과들을 분석하는데 큰 도움이 될 것으로 생각된다. 아울러 같은 질량을 가지는 중성자 과잉핵과 양성자 과잉핵의 실험들이 앞으로 진행될 것으로 생각되는데, 그 결과는 이번 연구의 결과로 서로 큰 차이를 보일 것으로 예상된다. 이러한 질량수는 같으나 양성자 수가 다른 핵인 거울핵(mirror nuclei)에 대한 실험 결과의 해석 및 이해에도 도움을 줄 것으로 기대된다. (출처 : 연구결과 요약문 2p)

• 연구책임자 : 최기석
• 주관연구기관 : 한국항공대학교
• 발행년도 : 20240300
• Keyword : 1. 핵융합 반응;특이핵;양성자 과잉핵;광학 모형;결합채널 방법; 2. fusion reaction;exotic nuclei;proton rich nuclei;optical model;coupled channel method;

□ 연구개요 정밀한 방사선치료를 위해 환자의 거동과 호흡 움직임을 실시간으로 감시하는 점 레이저 스캔 기반의 시스템을 이용하여 전임상·임상 실험을 수행하고 호흡 감시 시스템을 구축하고 들숨일시정지 오차에 의한 선량분포를 분석함. 또한, 이를 기반으로 레이저 프로파일 기반의 호흡 감시 시스템을 개발하여 실제 방사선치료에 활용 가능성을 확인함 □ 연구 목표대비 연구결과 ￭ 점 스캔 레이저를 이용한 호흡 감시 시스템 개발 ◦ 점 스캔 레이저와 자가 모니터링을 위한 호흡 감시 시스템을 결합하고 고정용 프레임과 호흡 감시를 위한 UI를 개발하여 임상에 적용할 수 있도록 개발 ◦ 들숨일시정지 오차를 이용하여 호흡 감시 시스템 여부에 따른 치료부위 및 주요 장기의 선량분포 획득 및 분석 ◦ 점 스캔 레이저를 이용한 호흡 감시 시스템의 임상 적용을 통한 활용 가능성 및 시스템의 유용성 확인 ◦ 임상 실험을 통한 호흡 감시 시스템으로부터 정량적 들숨일시정지의 오차 감소을 확인하고 방사선치료 오차의 감소 확인 ￭ 레이저 프로파일 스캐너를 이용한 호흡 감시 시스템 개발 ◦ 인체에 사용할 수 있는 2M 등급, 들숨일시정지를 측정할 수 있는 해상도, 실시간 감시를 위한 시간 분해능 등을 고려한 레이퍼 프로파일 스캐너 선정 ◦ 레이저 프로파일 스캐너 기반 호흡 감시 시스템을 구현하기 위한 소프트웨어 설계 및 시스템 UI 개발 ◦ 임상에 적용할 수 있도록 실시간 데이터를 모니터로 송출하고 환자 정보 및 호흡에 관한 누적 데이터를 저장 및 기록하는 구조로 제작됨 ◦ 점 스캔 레이저의 임상 실험을 기반으로 레이저 프로파일 스캐너의 전임상 실험 수행 및 복부/흉부의 호흡 및 들숨일시정지 측정 및 분석 □ 연구개발성과의 활용 계획 및 기대효과(연구개발결과의 중요성) ◦ 레이저 프로파일 스캐너를 이용한 호흡 감시 시스템은 방사선치료 시 자유호흡 및 호흡 멈춤 상태를 모두 지원하고 설치가 용이하여 임상 현장에서 적극적으로 사용될 수 있음 ◦ 정량적인 절대 위치를 기술하기 때문에 환자 셋업을 지원하고 절대 호흡 위치의 변화를 감시하여 치료 오차를 크게 줄여줄 수 있음 ◦ 기존 호흡 감시 시스템보다 적은 도입 비용과 간단한 설치로 운용의 효율성이 높으며, 현재 임상에서 CT 촬영 및 방사선치료에 적용하여 적극적으로 운용할 수 있을 것으로 기대됨 ◦ 선량분포 분석 결과를 통해 들숨일시정지 오차에 따른 치료오차를 유추 가능하며, 환자 치료 결과를 개선할 수 있을 것으로 판단됨 (출처 : 연구결과 요약문 2p)

• 연구책임자 : 기용간
• 주관연구기관 : 부산대학교
• 발행년도 : 20240300
• Keyword : 1. 호흡 감시;호흡 멈춤;방사선치료;레이저 프로파일; 2. Respiratory monitoring;Breath-hold;Radiation therapy;Laser profile;

□ 연구개요 자율주행차의 복잡성 증가로 인해 결함 발생 가능성이 높아지고 있으며, 통신 네트워크가 개방된 아키텍쳐로 전환됨에 따라, 악의적인 공격에 노출될 가능성 또한 증가하고 있음. 자율주행차의 고가용성이란 차량의 자체 결함이나 외부 공격이 발생하더라도 시스템의 성능을 지속적으로 유지시킴으로써 사고로부터 인명의 손실을 막기 위한 자율주행차의 필수 요건임. 이에, 본 연구에서는, 시스템의 중복 탑재를 통해 고가용성을 확보할 수 있는 중복성 시스템온칩 (SoC) 아키텍쳐 및 CAN-HSR 기반 고가용성 차량용 네트워크 아키텍쳐를 설계하고 구현하고자 함. □ 연구 목표대비 연구결과 ● 정량적 연구결과: 본 과제 사사로 총 4편의 SCI 저널 논문을 출판하여 매년 평균 1.33편의 SCI 논문을 출판하였음. 또한, 총 7편의 특허를 출원 하여, 매년 평균 2.3편의 특허를 출원하였고, 이외 2편의 국제학회 논문과 2편의 국내학회 논문을 발표함. 본 과제의 정량적 목표를 초과 달성함. ● TMR 구조에 근거한 RISC-V 기반 하드웨어 중복성 아키텍쳐의 새로운 구조를 제안함. 특히, industrial CAN에 대해 partial redundancy 방법을 적용한 새로운 구조에 대해 연구를 수행함. 그 결과로서, 프로세서 처리 속도는 네트워크의 지연시간 보다 훨씬 빠르며, 차량의 2ms 이내 지연시간을 만족시킴. ● 차세대 In-Vehicle Network 전환 기간동환 HSR의 이중화 메커니즘을 CAN에 적용하는 Seamless CAN이라는 새로운 내결함성 알고리즘을 연구하였으며, 기존의 CAN 기반의 네트워크에 비해 10배 낮은 BER performance를 획득함. ● 하드웨어 중복성에 활용 가능한 딥러닝 알고리즘의 고속 하드웨어 구조를 제안함. 결과물로 합성가능한 Verilog-HDL 소스 코드를 얻음. ● 새로운 Fault-Tolerant 알고리즘에 대한 분석적 연구와 이것에 기반한 네트워크 시뮬레이션 모델을 통해 기존 연구에 비해 향상된 결과를 얻을 수 있었으며 이를 증명하기 위한 OMNET++ 소스 코드를 얻음. ● 현재 상용화되고 있는 이중화 기술 현황 분석을 통해, 실제 환경과 유사한 파라미터를 이용하여 시뮬레이션을 실시하고 결과를 얻을 수 있었음. □ 연구개발성과의 활용 계획 및 기대효과(연구개발결과의 중요성) ● 본 과제를 통해 개발된 중복성 시스템은 고장 발생으로 인해 인명이나 재산에 피해를 초래하는 안전-필수(safety-critical) 시스템에 사용 가능함. ● 특히, 차량용 반도체 뿐 아니라, 우주/항공 분야의 내방사선(Radiation-Resistant) 프로세서, 원자력발전의 디지털 원자로 (Reactor) 보호시스템, 군사 응용, 무인 차량 및 산업/의료 장비 등 방사선 및 고장 등 고가용성 유지가 필수적인 분야에 제안하는 내결함성 프로세서가 활용될 수 있음. ● 자율주행차의 인지, 처리, 판단을 위한 신호처리 알고리즘, 구현 IP, 칩셋, 구동 SW 환경을 위시한 시스템온칩 플랫폼이 국산 자율주행차의 제어 플랫폼으로 활용 가능하며, 향후 Level-5를 위한 궁극의 중복성 기술에 활용 가능할 것으로 기대함. (출처 : 연구결과 요약문 2p)

• 연구책임자 : 박상윤
• 주관연구기관 : 명지대학교
• 발행년도 : 20240300
• Keyword : 1. 자율주행차;고가용성;중복성;시스템온칩;차량내부 네트워크; 2. Autonomous Vehicle;High-Availability;Redundancy;System-on-Chip;In-Vehicle Network;

□ 연구 목표 및 내용 ◼ 최종 목표 본 연구과제의 최종 목표는 인간 활동에 따른 북극 증폭 및 연관된 기후 시스템의 과거 변화 및 미래 전망을 종합적으로 이해하는 것이다. 지속적인 온실가스 배출에 따른 관측된 과거 수십 년간의 북극 증폭 및 기후시스템 변화를 이해한다. 또한, 다양한 미래 온실가스 배출 경로/전 지구 온난화 강도에 따른 북극 증폭 및 관련된 기후 시스템의 미래 변화를 전망하고, 동반되는 불확실성의 원인을 이해하고 감소시킨다. 기후 대응 시나리오 (대기중 온실가스 제거, 태양복사 강제력 감소 등)을 고려한 기후 모델 실험에서 나타나는 미래 북극 증폭 및 연관된 기후 시스템의 변화를 전망하고 특성을 이해한다. ◼ 전체 내용 본 연구과제는 과거에 나타난, 또한 미래에 나타날 북극 증폭 및 연관된 북극 기후 시스템의 변화 및 메커니즘을 통합적으로 이해하는 것을 목표로 한다. 먼저 관측 및 재분석 자료를 활용해 과거 (20세기 중반부터 현재까지) 북극 증폭의 장기 변동을 분석한다. 관측된 변화에 대한 Coupled Model Intercomparison Project Phase 6 (CMIP6) 다중 기후 모델의 성능을 분석하고 기후 모델에서 나타나는 변화를 연구한다. 또한 개별 외부 강제력(온실가스, 화산 활동 등)이 북극 증폭 및 연관된 기후 시스템 변화에 미치는 영향을 연구한다. 기후 모델 실험 자료를 활용하여 미래 전망에서 나타나는 북극 증폭 및 관련 물리 과정의 변화를 연구한다. 공통사회경제경로 시나리오에서 나타나는 미래 변화를 이해한다. 또한, 파리기후변화협약에 따른 목표 전지구 온난화 달성 시 나타나는 북극 증폭을 이해한다. 더욱이, 기후 모델 실험에서 나타나는 북극 기후 미래 전망의 불확실성 원인을 이해하고 emergent constraint와 같은 최신 통계 기법을 활용하여 이를 감소시킨다. 더 나아가, 대기 중 온실가스 제거, 태양 복사 강제력 감소 등 다양한 기후 변화 대응(기후공학) 전략을 도입한 기후 모델 실험에서 나타나는 북극 증폭 및 관련 기후 시스템의 변화를 전망하고 이의 물리 과정을 이해한다. ◼ 1단계 ❏ 연구 목표 본 연구과제의 1단계 연구 목표는 과거 및 미래 북극 증폭 및 관련된 기후 시스템의 변화 이해하는 것이다. 과거 나타난 북극 증폭을 연구하고, 기후 모델 실험의 모의 성능을 평가한다. 이와 함게, 과거 나타난 북극 증폭 현상에 대한 온실가스 등 각 외부강제력의 영향을 파악한다. 더 나아가, 기후 모델 시뮬레이션의 미래 전망을 활용하여 미래 나타날 북극 증폭 및 관련된 기후 시스템 변화, 그리고 물리 과정을 이해한다. 미래 전망에 동반되는 불확실성의 원인을 이해하고 이를 감소시킨다. 21세기 공통사회경제경로 시나리오에서 나타나는 미래 전망을 위주로 연구하며, 파리기후변화협약에 따른 목표 전 지구 온난화 수준 달성 시 나타나는 북극 증폭을 함께 연구한다. Emergent constraint와 같은 통계 기법을 통해 미래 전망이 갖는 기후 전망 불확실성을 감소시켜 보다 신뢰도 높은 미래 기후 전망 결과를 제시한다. ❏ 연구 내용 과거 수십 년간 관측에서 나타난 북극 증폭 현상을 이해하고 장기 변동을 연구하였다. 장기 추세를 위주로 연구했으며, 이에 대한 Coupled Model Intercomparison Project Phase 6 (CMIP6) 다중 기후 모델 실험의 성능을 평가했다. 또한, 기후 모델 실험 결과를 활용하여 온실가스, 에어로졸과 같은 개별 외부 강제력의 과거 관측된 북극 증폭 현상에 대한 영향을 이해했다. 또한, 과거 대형 화산 폭발이 북극 기후 시스템에 미친 영향을 연구하였다. 다양한 사회적 기후변화 적응 및 완화 경로를 고려한 공통사회경제 경로 시나리오 실험에서 나타나는 북극 증폭을 전망했으며, 관련된 물리 과정(대기-해양-빙권 상호작용)을 이해했다. 또한, 파리기후변화협약에 따른 목표 온난화 (1.5°C, 2.0°C) 달성 시 나타나는 미래 북극 증폭 및 관련 기후 시스템 변화를 이해했다. 기후 모델 실험 결과를 통해 얻은 미래 전망의 불확실성 요인을 이해하는 연구를 수행했다. 특히, Emergent constraint와 같은 보다 최신 통계 기법을 활용해, 불확실성을 감소시키는 연구를 수행하여 보다 신뢰도 높은 미래 전망 결과를 생산하였다. 특히, 다변수를 통한 emergent constraint 분석 방법론을 개선 및 활용하여 보다 신뢰도 높은 결과를 제시했다. 이러한 통계적 방법론을 개발하고, 기후 대응 시나리오 실험에 대한 공동연구를 위해 University of Melbourne에 2,3차년도에 총 5개월 정도 방문 연구를 했으며, 이를 통해 공동 및 협력 연구들을 수행하였다. 2단계 연구 계획인 기후대응 시나리오에 따른 북극 증폭 현상 및 연관된 기후 시스템 변화에 대해 일부 1단계에서 연구하였다. ◼ 2단계 ❏ 연구 목표 본 연구과제의 2단계 연구 목표는 기후위기를 완화시키기 위한 기후대응 시나리오를 고려한 미래 북극 증폭 및 관련된 기후 시스템 변화를 전망하는 것이다. 특히 (1) 대기 중 온실가스 제거 (carbon dioxide removal), (2) 태양복사 강제력 감소 (solar radiation management) 방법론을 기반으로 한 기후대응 실현 시 북극 증폭 및 북극 지역에서 나타나는 기후변화를 이해한다. ❏ 연구 내용 기후 대응 시나리오 (net-zero 배출 탄소 배출량 감소, 태양 복사 강제력 감소)을 고려한 기후 모델 실험에서 나타나는 북극 증폭 및 관련된 기후 시스템 변화를 연구한다. 첫 번째로, 온실가스의 급격한 증가 후 급진적 감소를 보이는 시나리오 실험에서 나타나는 변화를 연구한다. 이는 Community Earth System Model version 1 기후 모델의 다중 앙상블 실험 결과를 활용하여 연구한다. 또한, Carbon Dioxide Removal Model Intercomparison Project에서 제공하는 다중 기후 모델 결과를 활용한다. 또한, 온실가스의 급격한 증가 후 탄소 중립을 달성하는 시나리오에서 나타나는 미래 변화를 연구한다. 두 번째로, 태양복사 강제력 감소를 통한 지구 공학 수행에 따른 북극 증폭/기후 시스템 변화를 연구한다. Geoengineering Model Intercomparison Project의 기후 모델 자료를 활용하여 연구를 수행한다. 특히 기후 대응 방법론에 따른 북극 증폭 및 기후 시스템에서 나타나는 부작용 및 비선형적 반응을 연구한다. □ 연구성과 본 연구자는 1단계 기간 동안 연구과제의 계획 및 목표에 따른 연구를 수행하였다. 북극 증폭 및 기후 시스템의 과거 변화를 이해하고, 미래 전망을 연구했으며, 미래 전망에서 동반되는 불확실성의 원인을 밝혔다. 개선된 최신 통계 분석 방법론을 활용해 미래 전망 불확실성을 감소시켰다. 또한 온실가스, 화산 폭발 등 외부 강제력에 따른 북극 증폭/기후 시스템의 변화를 연구하였다. 더 나아가, 2단계에서 계획된 탄소 배출량을 감소시키는 기후 대응 시나리오 모델 실험을 활용해 북극 증폭을 연구하였다. 북극 증폭의 시간에 따른 변화를 연구하였으며, 또한, 북극 증폭을 일으키는 주요 원인 중 하나인 atmospheric river의 탄소 배출량 감소에 따른 변화를 연구하였다. 이러한 연구 활동들을 통해 1단계 기간에 총 3편의 연구 논문을 해당 연구과제 사사를 포함하여 출판하였다. 향후 2단계 기간 동안 탄소중립 등을 고려한 탄소 배출량 감소, 태양복사 강제력 감소 등 기후위기 대응 시나리오를 고려한 기후 모델 실험에서 나타나는 북극 증폭 및 관련된 기후 시스템 변화의 미래 전망을 연구할 것이며 3편의 연구 논문을 해외 상위 저널에 추가로 출판하고자 한다. □ 연구성과의 활용 계획 및 기대 효과 본 연구과제 수행을 통해 북극 전망 및 연관된 기후 시스템의 변화에 대한 이해를 한층 더 도약시킬 것이다. 특히 체계적인 과거 및 미래 전망, 그리고 동반되는 미래 불확실성에 대한 연구는 통합적인 통찰력을 증진시키고, 미래 기후 시스템 변화 전망에 대한 중요 지표로 쓰일 것이다. 미래 전망의 불확실성을 감소시킴으로써 미래 전망 신뢰도를 증가시키며, 향후 기후변화 적응 및 완화를 위한 정책 수립에 큰 기여를 할 것이다. 이와 함께 다양한 기후 대응 시나리오에 따른 북극 기후 시스템 변화에 대한 종합적 이해를 기반으로 미래 기후변화 전망에 대한 다양한 지표를 제공하고 중요 정책 수립에 활용할 수 있다. 2단계 연구를 통해 기후위기를 극복하기 위한 기후 대응 시나리오에 따른 미래 전망을 분석함으로써 북극 증폭/기후 시스템의 미래 변화를 종합적으로 이해할 수 있을 것으로 기대한다. 다양한 시나리오에 따른 변화를 연구하여 기후 대응 시나리오(탄소 배출량 감소, 지구공학 등) 정책 수립의 기초 자료로 사용될 수 있을 것으로 기대한다. (출처 : 요약문 2p)

• 연구책임자 : 백승목
• 주관연구기관 : 연세대학교
• 발행년도 : 20240300
• Keyword : 1. 북극 증폭;북극 온난화;지구 온난화;기후변화;미래 전망; 2. Arctic amplification;Arctic warming;Global warming;Climate change;Future projection;

□ 연구개요 본 연구의 목표는 토모테라피 치료계획에 사용되는 여러 매개변수와 DQA 결과의 상관관계 분석 및 Dosiomics를 통한 선량분포와 DQA 결과의 상관관계를 분석하고 이에 따른 feature들로 복합적인 머신러닝을 구성하여 DQA 결과를 예측하고 치료계획 시 조정이 필요한 매개변수를 제시하는 인공지능기반 시스템을 구축하는 것임. 최종적으로 토모테라피 치료 정확도 및 안정성 향상을 위한 인공지능 기반 방사선 치료계획 보조 시스템(RTP assistant system)을 구현하고자 함. □ 연구 목표대비 연구결과 - 가톨릭 중앙의료원 산하 병원에서 수집한 다양한 토모테라피 시스템 기반 암환자의 치료계획 및 DQA 결과 데이터를 기반으로 다양한 환자 집단의 데이터를 확보함. - 수집된 데이터를 기반으로 방사선 치료계획과 DQA 결과 간의 상관관계를 분석하고 특정 치료계획 매개변수가 DQA 결과에 미치는 영향을 확인함. - 연구에서 개발된 다양한 회귀, 분류, 앙상블 모델을 비교 분석한 결과 Voting Classifier와 Stacking Classifier가 가장 높은 성능을 보임. - 토모테라피 치료계획의 매개변수 조정과 선량분포의 변화가 DQA 결과에 미치는 영향을 정량적으로 예측할 수 있는 인공지능 모델 성능 향상 및 최적화 - 모든 모델에 최적화 된 하이퍼 파라미터들을 적용하여 임상 현장 활용을 위한 예측 성능 평가를 수행함. - 도출된 파라미터들을 재계획에 반영 후, Pass rate 평가를 통해 인공지능 기반 토모테라피 방사선 치료계획 보조 시스템을 구축함. □ 연구개발성과의 활용 계획 및 기대효과(연구개발결과의 중요성) [연구과제의 활용계획] － 본 연구를 통해 토모테라피 DQA 결과를 예측하는 모델을 개발함으로써 DQA 측정 전에 실패할 가능성이 있는 치료계획을 미리 확인할 수 있음. 이는 임상 적용 시 DQA 시간과 비용을 줄일 수 있으며 치료계획의 정확도를 보장할 수 있음 － 가톨릭 중앙의료원 산하 병원 데이터를 이용함으로 Tomotherapy Hi-art, Radixact X7, Radixact X9 등 모든 토모테라피 시스템에 적용할 수 있음. － 개발한 시스템을 기반으로 토모테라피 포함 다양한 방사선치료 장비를 이용한 IMRT, SBRT, SRS 등의 다양한 치료기법의 방사선 치료계획 데이터를 수집 및 연구하여 인공지능 기반 통합 DQA 분석 프로그램을 개발할 수 있으며, 인공지능 기반 방사선치료 보조 시스템으로써 고정밀 방사선치료의 정확도를 향상시킬 수 있음. [기대효과] 1. 기술적 측면 - 본 연구기관에서는 다양한 토모테라피 장비(Hi-Art, TomoHD, Radixact X7, Radixact X9)와 치료방식(Tomo-helical & Direct)이 가능하여 광범위한 환자 데이터 수집 가능함. 이러한 환자 데이터들을 학습시킴으로써 한 가지 조건에 국한하지 않고 범용적으로 토모테라피 치료에 적용 가능함. - 본 기관에서는 상기 내용과 같이 다량의 축적된 데이터를 수집 및 학습시킬 수 있는 환경이 조성되어 있기 때문에 결과 예측 모델에 대한 높은 정확성을 기대할 수 있음. 2. 경제적 ․ 산업적 측면 - DQA를 실시했을 때 결과를 기준으로 허용범위 이내면 치료를 진행하지만, 벗어나는 경우 재치료 계획을 시행해야 함. 본 연구를 통해 결과에 영향을 미치는 치료계획 매개변수를 미리 파악하고 이를 고려한 치료계획을 진행한다면 방사선치료를 위한 준비 시간이 단축될 것이며, 단축된 시간만큼 치료 시간을 확보할 수 있음. - 방사선치료 수요가 증가함에 따라 방사선치료 기술에 대한 시장성이 큰 현단계에서 개발한 시스템에 대한 전략을 세워 독보적인 위치를 확보한다면, 시장 선점에 따른 수입대체 및 수출로 인한 국부 증대가 기대됨. (출처 : 연구결과 요약문 2p)

• 연구책임자 : 강영남
• 주관연구기관 : 가톨릭대학교
• 발행년도 : 20240300
• Keyword : 1. 토모테라피;환자별 선량전달 정도관리;인공지능;방사선치료계획 매개변수;정도관리 통과율 결과 예측; 2. Tomotherapy;Patient-specific Delivery Quality Assurance;Artificial Intelligence;Radiation Treatment Plan Parameter;Prediction of Quality Assurance Passing Rate;

□ 연구개요 본 연구에서는 위험물 시설의 화재 방호 성능 극대화를 위한 복사열 감쇠 미세물분무 미립화기의 최적화에 대한 연구를 수행하였음. 1차년도에는 자료 및 연구 동향 조사, 미세물분무 미립화기의 분사 특성 측정, 복사열 감쇠 성능 평가를 위한 실험장치 구축과 선행 실험 및 선행 전산시뮬레이션을 수행하였음. 2차년도에는 단일 미세물분무 미립화기를 이용하여 복사열 감쇠 성능 평가 실험 및 전산시뮬레이션을 수행하였고, 이를 통해 분사 특성과 복사열 감쇠 간 상관관계 및 복사열 감쇠 성능 극대화를 위한 최적 조건을 도출하였음. 3차년도에는 미세물분무 미립화기 간 상호작용이 복사열 감쇠에 미치는 영향 파악을 위해 다중 미세물분무 미립화기를 이용한 복사열 감쇠 성능 평가 실험 및 전산시뮬레이션을 수행하였고, 최적 조건을 도출하였음. 이후 본 연구에서 도출한 최적 조건들을 적용하여 실규모 위험물 시설 화재 방호 전산시뮬레이션을 수행하였고, 미세물분무 미립화기에 의한 위험물 시설의 화재 방호 극대화 방안을 제안하였음. □ 연구 목표대비 연구결과 ○ 1차년도 - 미세물분무 미립화기 및 복사열 감쇠 성능 관련 자료 및 연구 동향 조사 - 단일(1개) 및 다중(2개 이상) 미세물분무 미립화기의 분사 특성 측정 실험 장치 구축 및 실험 - 복사열 감쇠 성능 평가를 위한 미세물문부 미립화기의 후보군 선정 - 단일 및 다중 미세물분무 미립화기의 복사열 감쇠 성능 평가를 위한 실험 장치 구축 및 선행 실험 - 미세물분무 미립화기의 복사열 감쇠 성능 평가를 위한 전산시뮬레이션 구축 및 선행 해석 ○ 2차년도 - 단일 미세물분무 미립화기를 이용한 복사열 감쇠 성능 평가 실험 - 단일 미세물분무 미립화기의 복사열 감쇠 성능에 대한 전산시뮬레이션 - 실험 및 전산시뮬레이션 결과를 토대로 미세물분무가 복사열 감쇠 효과에 미치는 영향 검토 - 실험 및 전산시뮬레이션 결과를 토대로 복사열 감쇠 성능 극대화를 위한 미세물분무 최적 조건 도출 ○ 3차년도 - 다중 미세물분무 미립화기를 이용한 미세물분무의 상호작용에 따른 복사열 감쇠성능 평가 실험 - 다중 미세물분무 미립화기의 복사열 감쇠 성능에 대한 전산시뮬레이션 - 실험 및 전산시뮬레이션 결과를 토대로 복사열 감쇠 성능 극대화를 위한 다중 미세물분무 미립화기의 최적 조건 도출 - 도출한 미세물분무 미립화기의 최적 조건을 적용한 실규모 위험물 시설 화재 방호 전산시뮬레이션 □ 연구개발성과의 활용 계획 및 기대효과(연구개발결과의 중요성) ○ 미세물분무 특성과 복사열 감쇠 간 상관관계 및 최적 조건 도출 결과는 위험물 시설을 위한 미세물분무 화재 방호 설비의 설계 시 기초 자료로 활용 가능함. ○ 위험물 시설 화재 방호 설비의 화재 및 안전 관련 기준의 개선 및 보완을 위한 자료로 활용 가능함. ○ 전산시뮬레이션 기법의 신뢰성을 확보하고 이를 통해 화재 및 소방 관련 다양한 현상에 대한 정확한 예측이 가능함. ○ 본 연구 결과는 위험물 시설 이외에 선박, 문화재, 박물관, ESS(energy storage system), 지하주차장, 산불 등 화재 확산 방지를 위해 미세물분무 설비를 적용할 수 있는 다양한 대상물에 활용 가능함. (출처 : 연구결과 요약문 2p)

• 연구책임자 : 이치영
• 주관연구기관 : 부경대학교
• 발행년도 : 20240300
• Keyword : 1. 미세물분무;복사열 감쇠;위험물 시설;화재 방호;실규모 화재시뮬레이션; 2. Water mist;Thermal radiation attenuation;Hazardous material facilities;Fire protection;Full-scale fire simulation;