ㅇ 연구개요 유방암 환자의 치료부위 (target)과 손상위험장기 (organ at risk, OAR)의 Contour 생성 자동화를 위한 인공지능 모델 설계 및 학습을 통해 최적화된 모델 구현하고 방사선치료계획용 Contour 파일 생성 프로그램 개발하고 유용성 검증하였다. 유방암 환자 맞춤형 최적의 방사선치료계획 기법과 선량분포를 예측하는 인공지능 프로그램 개발하고 평가하였다. CT 데이터만을 이용하여 auto-contouring과 치료계획기법 예측, 선량분포 예측이 모두 한번에 자동으로 가능한 시스템을 개발하였다. ㅇ 연구 목표대비 연구결과 방대한 양의 영상 데이터를 빠르게 처리하기 위한 GPU 4대와 고용량 HDD로 구성된 고성능의 서버 시스템을 구축하였다. Automatic machine learning (AutoML) 방법론을 통해 도출된 SCNAS-Net 구조를 접목하여 Dice coefficient 계산 결과가 우수한 auto-contouring 성능을 갖는 모델을 개발하였다. auto-contouring 결과의 uncertainty map을 통해 차이가 나는 부분을 인지하여 의료진이 contour를 수정할지 여부를 결정하는데 도움을 줄 수 있도록 하였다. 유방암 환자의 CT 영상을 이용해 4가지 treatment plan 시 획득될 dose map을 예측하는 모델을 개발하였고, 평균적으로 PSMR 28.6, SSIM 0.893의 높은 일치도를 보였으며 dosimetric parameter는 평균적으로 3% 이내의 오차를 갖는 결과를 나타내었다. CT 영상과 3D contour map을 이용해 4가지 치료기법들 (2D tangential beams, forward IMRT, inverse IMRT, VMAT) 중 최적의 플랜 기법을 찾는 모델을 개발하였다. 76%의 1순위 플랜 예측 정확도를 보였고, 1순위와 2순위를 포함한 플랜 예측의 경우 94%의 정확도를 보였다. dataset imbalance로 인하여 Inverse IMRT와 VMAT 케이스에 대한 예측 정확도가 상대적으로 낮게 나타났다. CT 영상을 input으로 이용하여 auto-contouring 및 dose map과 최적의 플랜 기법을 예측해주는 통합 자동화시스템와 파일 연동을 위한 브라우저 기반의 사용자인터 페이스를 개발하였다. ㅇ 연구개발성과의 활용 계획 및 기대효과 (연구개발결과의 중요성) 본 연구에서 개발된 인공지능을 기반으로 하는 유방암에 특화된 자동화시스템은 CT 영상만을 가지고 Auto-contouring과 최적의 치료계획기법 예측 및 Dose map 예측이 동시에 자동으로 가능하기때문에 contouring의 오차와 소요시간을 줄일 수 있으며, 치료계획 수립 시간도 단축할 수 있을 것으로 예상된다. 향후 적절한 임상 적용성 평가 및 검증을 거치면 상용화도 가능할 것으로 예상되며, 유방암 환자에게 IMRT와 VMAT과 같은 정밀, 정확한 방사선치료를 적용할 수 있어 유방암 환자의 부작용을 줄이면서 방사선치료효과를 높이는데 기여할 수 있을 것으로 기대된다. 본 연구개발성과를 관련 국제 학술대회에서 발표하고 전문학술지에 논문으로 게재할 계획이고, 구축한 서버는 주관연구기관에서 사용 및 관리하며 과거 방사선치료계획들에 대한 후향적 연구에 활용할 예정이다. (출처 : 연구결과 요약문 2p)

• 연구책임자 : 김희정
• 주관연구기관 : 삼성서울병원
• 발행년도 : 20210900
• Keyword : 1. 유방암 방사선치료;인공지능 기반 윤곽화 자동화시스템;환자 맞춤형 방사선치료계획;선량분포예측;방사선치료계획예측; 2. Breast Radiotherapy;AI-based auto-contouring;Patient-specific radiation treatment planning;Dose distribution prediction;Treatment plan prediction;

한미 양국의 원자력 정책이 변화함에 따라 전략적 차원의 원자력 R&D 협력 관계 강화를 위한 원자력 R&D 협력 다변화가 요구됨. 이를 위해 본 과제는 한미 간 지금까지 추진되어온 연구개발 협력을 평가하고 미래사회 대비를 위한 원자력 기술협력 수요를 파악하여 R&D 협력 아이템을 발굴 및 제안을 목표로 함. 우선 미국의 에너지정책 및 추진 사업, 민간 분야의 원자력 R&D 최신 동향을 분석하여 협력 가능한 12개 분야를 선정함. 그리고 양국의 원자력 기술·정책 전문가들을 대상으로 12개 분야 중 선호하는 3개 분야의 협력 주제, 협력 형태, 협력 장애물 등에 관한 설문조사를 실시하였음. 그 결과 양국 간 4개 선호 분야 및 9개 협력 주제가 도출됨. 협력 주제의 시급성, 확장성 및 기술 편익성에 대한 내부 평가 결과, △ SFR-용융염 열저장 시스템 연구개발, △ 경수로 기반 SMR 공급망 및 개발협력, △ 사고저항성 및 신형원자로/SMR용 차세대 핵연료 개발이 우선 협력주제로 선정됨. 해당 주제의 선정 타당성 확인 및 구체화를 위해 국내 전문가로부터 해당 주제 관련 과제제안서를 확보함. 양국 전문가 설문 및 내부평가를 통해 도출한 협력 선호 분야와 협력 주제, 확보된 과제제안서는 정부의 한미 원자력 협력 다변화 전략 수립 및 사업 발굴에 기초자료로서 기여할 것으로 평가함. (출처 : 보고서 요약서 4p)

• 연구책임자 : 이영우
• 주관연구기관 : 한국원자력연구원
• 발행년도 : 20210800
• Keyword : 1. 한미 원자력협력;원자력 연구개발 협력;협력 다변화;미국 원자력정책;신규 연구개발 주제 도출; 2. ROK-US Nuclear Cooperation;Nuclear R&D Cooperation;Diversification of Cooperation;Nuclear Energy Policy in the US;Derivation of new R&D topics;

본 단계(2018 ~ 2020년) 연구개발의 목적은 핵물질공정시험기반시설 설비유지 및 기술 개발을 통해 시설의 안전을 유지하고 성능을 개선하는 것이다. 이를 통하여 핵물질을 이용한 대형 시험기반을 제공하고 지원하는 성과를 달성할 수 있었다. PRIDE 아르곤셀은 성공적인 공정시험을 위하여 산소 및 수분이 엄격하게 제어되어야 한다. 또한 아르곤셀은 원격으로 운전하거나 유지보수를 위한 원격수단이 요구되며, PRIDE에 설치된 원격수단에는 원격조작기, 장비이송시스템, 특수크레인, 피드쓰루 등이 있다. PRIDE 시설에서 시설운영설비 일상점검을 실시해 아르곤셀 내부 환경을 유지관리하고, 문제점 발생 시 해당 장비 유지보수를 실시하였다. 시설 운전설비에 대하여 예방 및 안전점검 활동으로 시설 운전설비 예방점검 실시, 시설 설비 점검 및 유지보수를 수행하여, 실험실 안전, 방사선 안전 및 화재등의 법적요건을 준수하였다. 핵주기실험연구동에서는 배기팬 인터버 증설 연결, 온도·차압·배기풍량 측정 장치 설치, 틈새막이 커버설치, 누유 받침 트레이 설치, 배기팬 유지보수 등 시설 개선 및 안전관리 강화를 위해 노력했다. 핵물질과 방사선폐기물관리를 안전하게 관리하기 위해 시설의 안전관리책임자 선임 및 관리기록부(NM 사용시설관리기록부) 운영 체계를 구축하였다. 핵물질관리 및 안전조치이행을 위하여 연구원 시설 간 핵물질 이동 시 핵물질의 형태 및 양의 측정·관리하였으며, 이를 통해 국가 및 IAEA의 사찰 수검 시 정확한 안전조치 이행 정보를 제공하였다. (출처 : 서지정보양식 77p)

• 연구책임자 : 조일제
• 주관연구기관 : 한국원자력연구원
• 발행년도 : 20210100
• Keyword : 1. 핵물질;시설운영;대형아르곤셀;원격운영장치;안전조치이행; 2. Nuclear Materials;Facility Operation;Large Argon Cell;Remote Handling Equipment;Safeguards Implementation;

연구개요 항암 방사선치료는 최근 가속화된 치료기기 및 치료계획의 기술적인 발달으로 적용범위 및 치료 효율이 크게 향상되었으나 일부 암환자에서의 방사선 치료 저항성과 치료 후 재발 및 전이는 방사선 치료에 있어서의 큰 제한요인임. 본 연구진은 방사선 치료 저항성의 가장 큰 요인인 종양저산소증 및 이로 인한 종양미세환경 변화를 개선하고 항암면역반응 증가를 통한 암의 완치율 향상을 위하여 최근 주목받고 있는 나노기술 기반 방사선 병행치료제를 디자인 하였으며 이를 통하여 방사선치료의 효용성을 개선하고, 방사선 유도 항암면역반응의 기전을 이해하여 새로운 면역-방사선 치료의 가능성을 제시하고자 함. 연구 목표대비 연구결과 연구의 최종 목표 달성을 위해 다음과 같은 세부 목표를 설정하였고 연구 결과를 얻었음. 1. 실험모델/조건 확립 및 최적화 - 종양성장 및 abscopal effect 확인을 위한 면역적격 Hepa1-6 간암 종양 마우스 모델 확립 - 실험을 위한 최적의 방사선량 확인 및 저산소 방사선 조사 실험 셋업 2. 종양 저산소증감소 복합 나노입자의 획득 및 방사선 감작 효과 확인 - MnFe2O4 나노입자(MFN) 제작 및 Hepa1-6간암세포주에서의 방사선감작효과 in vitro와 in vivo에서 확인 3. 면역방사선치료 관련 실험조건 확립 - Abscopal effect 확인을 위한 2-tumor 동물모델 및 유세포 분석 조건 확립 4. Hypoxia 감소 기능성 나노입자에 의한 방사선 감작 효과 확인 - MFN 및 방사선 조사에 의한 종양성장억제와 hypoxia 감소 관련성을 in vitro와 in vivo에서 확인 5. 항원포촉 나노입자(AC-NPs)를 이용한 면역방사선 치료 - 항원포촉 나노입자(MSN)에 의한 방사선 치료 증진 효과 in vivo 확인 6. 저산소증감소 나노입자에 의한 종양 면역 치료 효과 변화 확인 - MFN 처리에 의한 종양세포의 PD-L1 감소 및 종양 조직 내 T-cell 활성 변화 확인 7. 인공면역 나노입자를 이용한 면역-방사선 치료 효과 확인 - MFN-MSN 복합 나노입자 제작 및 성능 평가 확인 연구발성과의 활용 계획 및 기대효과(연구개발결과의 중요성) 면역관문억제제를 이용한 면역치료는 암치료의 패러다임을 크게 변화시키고 있으나 반응률이 낮기 때문에 방사선 치료 등이 병용 요법으로 각광받고 있음. 본 연구 과제의 결과물은 항암방사선치료의 가장 큰 장애요인 중 하나인 종양저산소증을 효과적으로 극복하고 정상조직의 영향을 최소화하면서 방사선치료효과를 극대화할 수 있는 새로운 방사선 병행치료제 개발의 중요한 이론적 근거를 제시함. 면역의 인위적인 활성과 종양 저산소증감소가 동시에 가능한 나노입자와 방사선의 병행치료는 기존의 화학-방사선요법이 가진 부작용을 억제하고 항암제의 용량 및 방사선 선량의 자유도를 높여 암환자의 완치 및 생존율을 높일 수 있는 새로운 대안이 될 수 있을 것으로 기대됨. 개발된 플랫폼은 향후 다양한 암종에서 개발중인 면역항암제 또는 방사선감작제의 방사선-면역 치료 효능 검증을 위해 적극 활용될 것으로 기대됨. (출처 : 요약문 2p)

• 연구책임자 : 박희철
• 주관연구기관 : 성균관대학교
• 발행년도 : 20210300
• Keyword : 1. 면역-방사선치료;종양저산소증;면역엔지니어링 나노입자;항암면역반응;종양미세환경; 2. Radio-immunotherapy;Tumor hypoxia;Immune-enginering nanoparticle;Antitumor immune response;Tumor microenvironment;

비공개항목입니다.

• 연구책임자 : 허진목
• 주관연구기관 : 한국원자력연구원
• 발행년도 : 20210100
• Keyword : 1. 파이로;사용후핵연료;타당성;핵심요소기술;원자력; 2. Pyroprocessing;Spent fuel;Feasibility;Core elemental technology;Nuclear energy;

연구의 목적 및 내용 • 본 연구의 최종 목표는 다양한 만성 간 손상 시 간장에 존재하는 간 성상세포 및 대식세포에 영향을 미치는 Srxn1 및 cyp1b1의 역할을 규명하여 최종적으로 간 손상에 대한 치료제 개발에 대한 귀중한 기초자료 확보 및 치료 방안을 강구하는 데 있음. 연구개발성과 • 세포 특이적 마우스 모델 확립 - 간 성상세포 특이적 Srxn1 결핍 마우스 제작 - 대식세포 특이적 cyp1b1 결핍 마우스 제작 • Srxn1이 간 성상세포 활성화 및 간 섬유화에 미치는 영향 확인 - Srxn1 siRNA, Cre-LoxP 시스템을 활용한 gene knockdown 기법을 활용하여 Srxn1이 knockdown된 간 성상세포에서 세포 활성화 및 섬유화 반응이 감소되는 결과를 확인함. - 간 성상세포 특이저 siRNA 전달 시스템을 활용, 간 성상세포의 Srxn1의 발현이 감소된 경우 간 섬유화의 중증도가 증가하는 결과를 확인함. • Srxn1의 타깃 단백질 탐색 및 이를 통한 분자적 기전 파악 - 기존 보고된 Srxn1 타깃 단백질을 활용하여 분자적 기전을 증명 - IP assay를 통하여 새로운 Srxn1 타깃 단백질을 탐색 • Cyp1b1이 대식세포 M1/M2 polarization 및 관련 대사작용에 미치는 영향 확인 - Cyp1b1이 결핍된 대식세포에서 M2 polarization이 감소하는 결과를 확인함. - M2 polarization 관련된 미토콘드리아 산화적 인산화 역시 cyp1b1이 결핍된 마우스에서 감소한 결과를 확인함. • 대식세포 cyp1b1이 비알콜성지방간염의 발병 및 진행에 미치는 영향 확인 - in vitro 비알콜성지방간염 모델에서 간세포와 대식세포를 공동배양한 결과 cyp1b1이 결핍된 대식세포와 공동배양한 그룹에서 팔미트산 처리에 의한 세포 손상이 현저히 증가하는 결과를 확인함. 연구개발성과의 활용계획(기대효과) • 동물 실험에 기반을 둔 실제적인 결과는 임상 응용이 용이한 연구로 향후 치료에 적용 - 다양한 실험동물 모델 및 유전자 변형 동물 모델은 국내 관련 연구 발전에 적용 가능하며 동물 실험에 기반을 둔 결과들은 실제적인 결과로 임상 응용이 용이한 결과이기 때문에 향후 현장 적용에 유리함. • 세포 특이적 역할 규명을 바탕으로 질환 제어 기술 및 치료 기술 도출 - Srxn1 및 cyp1b1의 간 질환에서 세포 특이적 역할 규명을 바탕으로 이러한 인자들의 상용화된 조절물질들(저해제 혹은 촉진제)의 적용 영역을 넓히고, 최종적으로 다양한 간 질환을 제어할 수 있는 치료제로 repositioning함. (출처 : 요약문 4p)

• 연구책임자 : 김종원
• 주관연구기관 : 전북대학교
• 발행년도 : 20211200
• Keyword : 1. 간 성상세포;대식세포;간질환; 2. Srxn1;Cyp1b1;Hepatic stellate cell;Macrophage;Liver disease;

비공개항목입니다.

• 연구책임자 : 김현종
• 주관연구기관 : 라온넥스텝
• 발행년도 : 20210300
• Keyword :

비공개항목입니다.

• 연구책임자 : 김병혁
• 주관연구기관 : 서울특별시 보라매병원
• 발행년도 : 20211100
• Keyword : 1. 퇴행성관절염;저선량방사선치료;연골세포; 2. osteoarthritis;low-dose radiotherapy;chondrocyte;mmp13;gdf15;

□ 연구개발 목표 본 연구의 목표는 원전 이종금속용접부, 니켈기 합금 용접재에 대한 환경피로시험을 수행하고, 이를 바탕으로 확률론적 환경피로 수명평가 예측모델을 개발하는 것이다. □ 연구개발 내용 1. 니켈기 합금 용접재 환경피로시험 수행 - 환경피로시험을 위한 이종금속용접시편 제작 및 시험장치 구축 - 이종금속용접시편 미세조직분석 및 환경피로시험 수행 - 환경피로시험 수행 및 시험편 파단기구 분석 2. 확률론적 수명평가 예측모델 개발 - 기존 니켈기 합금 용접재 환경피로 관련 선행연구문헌조사를 통한 end-of-life 데이터 기반 모델 추정 - 본 연구에서 생산한 피로시험 데이터를 활용한 각 시험조건별 time-series 데이터 기반 모델링 - 본 연구에서 생산한 피로시험데이터를 모두 종합적으로 고려한 damage-index 기반 모델링 □ 활용계획 및 기대효과 (응용분야 및 활용범위 포함) 본 연구를 통해 생산된 니켈기 합금 용접재의 피로시험 데이터는 원전 규제지침 및 설계를 위한 기초 데이터로 활용가능하다. 또한, 가동 중인 원전의 용접부 피로수명 마진 정량화 및 best-estimate 예측을 위한 데이터로 활용이 가능하다. 지금까지 니켈기 합금 모재에 비해 용접재에 대해 수행되었던 환경피로 데이터가 상대적으로 부족했던 만큼, 본 연구에서 생산된 52M/152 용접재 피로수명 데이터가 중요하게 쓰일 수 있으리라 판단된다. 본 연구에서 개발된 피로수명 관련 모델들의 경우에는, 직접적으로 규제지침 및 설계에 반영되기 보다는 기존 환경피로수명 모델(즉, ASME 피로설계곡선과 environmental correction factor)의 보수성을 정량화하여 확인하는 용도 및 실제 발전소 운전 이력을 통한 피로수명의 best-estimate을 구하는데 활용가능할 것이다. 특히, LSTM network 모델 방법론은 금속 구조재료의 종류와 관계없이 적용 가능하므로 원자력 분야뿐만이 아니라 일반적인 재료의 피로 연구 분야에서도 활용될수 있을 것이다. (출처 : 요약문 3p)

• 연구책임자 : 반치범
• 주관연구기관 : 부산대학교
• 발행년도 : 20211200
• Keyword : 1. 이종금속용접부;니켈기합금용접재;합금 52M/152;환경피로;수명예측;Weibull 분포;손상 지수; 2. Dissimilar metal weld;Ni-base alloy welds;Alloy 52M/152;Environmental fatigue;Life estimation;Weibull distribution;Damage index;LSTM;

□ 연구개발 목표 □ 다양한 원자력 분야에 적용되는 충전층의 주요 변수에 따른 자연/강제대류 열전달 상관식 개발 및 압력강하 예측 모델 연구 - 충전층 높이, 입자 크기, 유동 및 가열 조건에 따른 대류열전달계수 측정 - 가열 충전층 내 자연대류/강제대류 열전달 상관식 개발 - 충전층 구조에 적용 가능한 Colburn J-factor 상관식 개발 □ 연구개발 내용 □ 1단계(1~2차년도) - 문헌조사 수행 및 Test matrix 결정 - 양극 면적과 위치 영향 등을 확인하기 위한 예비실험 수행 - 충전층 자연대류 열전달 측정 실험장치 구축 - 충전층 특성 및 가열 조건에 따른 자연대류 열전달 측정 실험 수행 - 충전층 강제대류 열전달 측정 실험장치 구축 - 충전층 특성, 가열 조건, 유속, 유동 방향에 따른 강제대류 열전달 및 압력강하 측정 실험 수행 □ 2단계(3~5차년도) - 주요 변수(D/d, H, Red 등)의 범위 확장을 위한 전력 제한 평가 - 확장 범위에 대한 충전층 자연대류 및 강제대류 열전달 측정 실험 수행 - 가열 충전층 자연대류 열전달 상관식 개발 및 고도화 - 가열 충전층 강제대류(Upward, downward) 열전달 상관식 개발 및 고도화 - 충전층 구조에 적용 가능한 Colburn J-factor 상관식 개발 및 고도화 □ 활용계획 및 기대효과 (응용분야 및 활용범위 포함) 본 연구는 원자력 침체기의 기초/기반 연구로써 원자력 부문에서 다양하게 활용되는 충전층 내에서 발생하는 자연대류 및 강제대류 열전달 현상을 실험적, 이론적으로 고찰하고자 한다. 개발한 충전층 내 열전달 상관식은 페블 연료를 사용하는 미래형 원자로, 중대사고 파편잔해층 냉각 평가, CFVS의 Sand bed filter 등 다양한 원자력 분야에 적용될 것이다. 물질전달 실험기법을 통하여 입자의 자체가열을 현실적으로 구현하고 기존 연구들보다 확장된 범위의 연구를 수행함으로써 실험데이터 축적에 기여하며 충전층 기하구조가 반영된 Colburn J-factor 상관식을 개발함으로써 충전층 압력강하의 새로운 예측 방법론을 시도할 것이다. (출처 : 요약문 3p)

• 연구책임자 : 정범진
• 주관연구기관 : 경희대학교
• 발행년도 : 20211200
• Keyword : 1. 충전층;페블 베드 원자로;자연대류;강제대류;열전달 상관식;콜번 J 인자;자체가열;물질전달; 2. Packed bed;Pebble bed reactor;Natural convection;Forced convection;Heat transfer correlation;Colburn J-factor;Self-heating;Mass transfer;