[논문]방사성의약품 합성 프로세스 검증을 위한 네트워크 모델링

이철수; 허은영; 김종민; 김동수

doi:10.7232/ieif.2011.24.3.187

방사성의약품 합성 프로세스 검증을 위한 네트워크 모델링
Development of A Validation System For Automatic Radiopharmaceutical Synthesis Process Using Network Modeling 원문보기

산업공학 = IE Interfaces, v.24 no.3, 2011년, pp.187 - 195

이철수 (서강대학교 기계공학과) , 허은영 (서강대학교 미래기술연구원) , 김종민 (서강대학교 미래기술연구원) , 김동수 (씨에스캠(주))

Abstract ▼ AI-Helper

The automatic radiopharmaceutical module consists of several 2-way valves, couple of syringes, gas supply unit, heating(cooling) unit and sensors to control the chemical reagents as well as to help the chemical reaction. In order to control the actuators of radiopharmaceutical module, the process is tabulated using spread sheet as like excel. Unlike the common program, a trivial error is too critical to allowed in the process because the error can lead to leak the radioactive reagent and to cause the synthesis equipment failure during synthesizing. Hence, the synthesis process has been validated using graphic simulation while the operator checks the whole process visually and undergoes trial and error. The verification of the synthesis process takes a long time and has a difficulty in finding the error. This study presents a methodology to verify the process algebraically while the radiopharmaceutical module is converted to the network model. The proposed method is validated using actual synthesis process.

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

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문제 정의

순차적으로 프로세스 라인를 읽고, 현재 밸브 상태 및 위치에 따라서 흐름 네트워크를 구성한다. 다음으로 가스 공급 장치와 연결된 밸브의 변화가 있는지 또는 시린지의 위치가 변화 있는지 검사한다. 만약 주사기의 위치가변화하였으며, 현재의 시린지를 기점으로 네트워크상에서 도달 가능한 콘테이너 노드들을 찾는다.
따라서 본 연구에서는 수리적으로 프로세스 맵을 검증할 수 있도록 합성 모듈을 네트워크로 표현하는 방법과 네트워크 기반의 프로세스 검증 방법을 제시하였다. 본 연구에서 제안한 방법의 유효성을 위해 합성 장비와 모듈을 구성하였고, 실제 PET 방사성 의약품의 하나인 FDG 합성 프로세스 맵을 적용하여 검증하였다.
따라서 많은 시간과 집중을 필요로 하며, 프로세스 맵의 오류를 찾기 위해 효율이 낮은 시행착오적 방법을 사용한다. 따라서 본 연구에서는 시각적 시뮬레이션이 아닌 수리적 시뮬레이션을 통하여 작성된 프로세스의 오류를 차단하여 장비 오작동에 의한 방사성물질의 누출이나 장비의 고장을 사전에 방지할 수 있는 방법을 제안한다.
본 연구에서는 1회용 카세트(disposable cassette) 타입의 PET용 방사성의약품 합성장비의 구성요소들을 네트워크로 표현하고 잘못된 프로세스에 의한 합성장비 구동에 오류를 제거할 수 있는 방안을 제안한다. 합성용액의 흐름관점에서 용액의 저장을 위한 용기(vial, reservoir, syringe, waste bottle 등), 흐름을 제어하는 요소, 화학적 반응을 위한 장비 및 장비 외부적인 요소로 표현하고 수리적으로 프로세스를 검증할 수 있는 네트워크 기반의 합성 프로세스 검증 시스템을 제안한다.
프로세스 검증 절차는 각 라인별로 압력조절 노드의 변화가 있는지 확인하여, 흐름 네트워크상에서 시작 노드와 연결된 콘테이너 노드가 존재하는지를 검사한다. 연결된 콘테이너 노드를 찾는 네트워크 이론을 이용하여 쉽게 구할 수 있는 바 본 연구에서는 자세히 다루지 않는다. 연결된 콘테이너 노드가 없는 경우 오류 라인(error step)을 저장한다.

제안 방법

합성 장치는 크게 1회용 카세트(disposable cassette)를 사용하는 방법과 세척을 통한 다회 사용이 가능한 카세트(non-disposable cassette) 타입의 장비로 구분할 수 있다. PET용 방사성의약품의 합성 절차는 [Figure 1]에서 보는 바와 같이 합성절차를 설계하고, 장비구동을 위한 프로세스를 작성하여 장비를 통한 합성을 한다. PET용 방사성의약품 합성의 고순도, 고수율 및 안정성은 합성과정인 프로세스상의 많은 파라미터들의 조합과 장비의 정확한 작동 여부에 따라서 달라진다.
기존 프로세스 맵 검증은 라인별로 [Figure 3]에 보는 바와 같은 그래픽 시뮬레이션으로 검증한다. 매 프로세스 라인마다 작업자가 밸브의 상태 및 위치 등을 시각적으로 확인하고, 용액의 흐름이 가능한지 또는, 용액의 흐름이 적절한 이동경로를 통해 이송되는지를 검증한다. 따라서 많은 시간과 집중을 필요로 하며, 프로세스 맵의 오류를 찾기 위해 효율이 낮은 시행착오적 방법을 사용한다.
따라서 본 연구에서는 수리적으로 프로세스 맵을 검증할 수 있도록 합성 모듈을 네트워크로 표현하는 방법과 네트워크 기반의 프로세스 검증 방법을 제시하였다. 본 연구에서 제안한 방법의 유효성을 위해 합성 장비와 모듈을 구성하였고, 실제 PET 방사성 의약품의 하나인 FDG 합성 프로세스 맵을 적용하여 검증하였다. 추후연구로서는 본 연구의 네트워크 표현을 바탕으로 합성 비용의 절감을 위한 합성 모듈 구성 및 합성 파라미터들의 최적화에 대한 연구가 가능하다.
프로세스 맵 검증은 용액의 흐름이 이전 이동경로 및 다음 프로세스의 이동경로에 독립적이라 할 때, 현재의 프로세스에 의한 용액 이동경로와 이를 위한 밸브들의 상태 및 위치가 정확한지를 검증한다. 즉, 작성된 프로세스에 의해 장비가 구동될 때 밸브의 상태와 위치에 의해 용액의 흐름이 가능한지 검증한다.
프로세스 검증 절차는 각 라인별로 압력조절 노드의 변화가 있는지 확인하여, 흐름 네트워크상에서 시작 노드와 연결된 콘테이너 노드가 존재하는지를 검사한다. 연결된 콘테이너 노드를 찾는 네트워크 이론을 이용하여 쉽게 구할 수 있는 바 본 연구에서는 자세히 다루지 않는다.
화학약품의 흐름은 콘테이너 노드에서 다른 콘테이너 노드로 이동되고, 이동경로 상의 제어 점(흐름제어 노드)를 거치게 된다. 프로세스 맵은 용액의 흐름을 지시하는 명령과 가열/냉각의 화학적 반응을 위한 명령, 밸브들의 제어명령의 혼합으로 구성되며, 시뮬레이션의 검증은 장비의 제어가 아니 용액의 흐름에 초점을 맞추어 검증한다. 즉, 매 프로세스는 독립된 용액의 흐름을 지시하는바 네트워크상의 이동 경로 및 밸브의 상태 및 위치를 검증한다.
인체에 직접 투여하는 의약품인 관계로 고순도의 품질을 요구하며, 값비싼 원료로 인하여 고수율의 합성과정을 필요로 한다. 합성 프로세스는 수백라인의 절차로 구성되며, 합성과정 중 방사능물질 및 시약의 누수를 방지하고 프로세스에 대한 신뢰성을 보장하기 위해 시뮬레이션으로 프로세스를 검증한다. 기존의 그래픽 시뮬레이션은 시각적 검증 방법으로 시행착오적 방법이며, 검증에 많은 시간과 노력이 필요 하였다.
본 연구에서는 1회용 카세트(disposable cassette) 타입의 PET용 방사성의약품 합성장비의 구성요소들을 네트워크로 표현하고 잘못된 프로세스에 의한 합성장비 구동에 오류를 제거할 수 있는 방안을 제안한다. 합성용액의 흐름관점에서 용액의 저장을 위한 용기(vial, reservoir, syringe, waste bottle 등), 흐름을 제어하는 요소, 화학적 반응을 위한 장비 및 장비 외부적인 요소로 표현하고 수리적으로 프로세스를 검증할 수 있는 네트워크 기반의 합성 프로세스 검증 시스템을 제안한다.

후속연구

본 연구에서 제안한 방법의 유효성을 위해 합성 장비와 모듈을 구성하였고, 실제 PET 방사성 의약품의 하나인 FDG 합성 프로세스 맵을 적용하여 검증하였다. 추후연구로서는 본 연구의 네트워크 표현을 바탕으로 합성 비용의 절감을 위한 합성 모듈 구성 및 합성 파라미터들의 최적화에 대한 연구가 가능하다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	방사성의약품이란?	특히 방사성의약품의 대량 합성과정은 반드시 차폐가 이루어진 좁은 공간에서 자동화로 생산이 되어야 하는 작업이다. 또한, 방사성의약품은 환자에게 직접 주사되는 의약품으로서 고순도의 조제가 필요하다. PET(positron emission tomography)용 방사성의약품을 이용한 검사는 방사성의약품의 특성상 짧은 반감기(F-18; 110분)를 가지고 있기 때문에 빠른 시간 내에 고수율로 생산하는 장비가 필수적으로 필요하다.
	작성된 프로세스 맵은 시각적인 검증이 어렵고, 시뮬레이션의 의한 방법이 사용되는 이유는?	[Figure 4]는 종양 진단용 방사성의약품인 F-18 FDG 합성 절차로서 싸이클로트론(cyclotron)에서 F-18 F를 생산한 뒤 최종 제제까지 여러 단계의 화학적 합성 절차를 갖는다. F-18 분리 건조, 불소화 반응, 가수분해, 유기용매 여과, 정제 등 세부 단계로 구분되어지며, 합성 장치에서 화학적 반응을 처리하기 위해서는 다시 장비 엑츄에이터의 상태 및 위치를 정의한 수백 라인의 프로세스 맵으로 구성된다. 따라서 작성된 프로세스 맵은 시각적인 검증이 어렵고, 시뮬레이션의 의한 방법이 사용된다.
	PET용 방사성의약품 합성의 고순도, 고수율 및 안정성은 무엇에 따라서 달라지는가?	PET용 방사성의약품의 합성 절차는 [Figure 1]에서 보는 바와 같이 합성절차를 설계하고, 장비구동을 위한 프로세스를 작성하여 장비를 통한 합성을 한다. PET용 방사성의약품 합성의 고순도, 고수율 및 안정성은 합성과정인 프로세스상의 많은 파라미터들의 조합과 장비의 정확한 작동 여부에 따라서 달라진다.

참고문헌 (9)

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저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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