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• 연구 주제
• 연구 방법
• 연구 결과

문제 정의

• 현재 euHeart에서는 상용화를 위해 파일럿 규모(120명) 가량의 실제 인체 프로토타입을 토대로 검증 중에있으며, 추후 국제 인코딩 표준인 CellML과 FieldML을 사용하여 심장과 대동맥에 관련된 멀티 스케일 모델을 통합할 예정이다. 또한 특정환자의 상태를 반영하기 위하여 해부학 및 기능정보에 대한 모델 매개변수 적용 전략을 구체화 하고 있고 있으며, 임상환경에 활성화하기 위한 멀티 모달 임상이미지의 일관성 해석 방법과 자동화 방안에 대하여 연구하고 있다.
• 본 글에서는 EU 주관으로 실시된 대규모/대용량의 인체 생리정보 획득 프로젝트 중 인체 혈류 모델 시뮬레이션에 관련된 내용을 간략히 소개하였다. 현재 미국, 유럽에서는 혈류의 3D 모델링 정보로부터 환자에 특화된 혈류 예비력을 계산하는 방법이 2005년부터 지속적으로 개발되고 있으며, 각각 질병에 따른 전용 시스템이 상용화 되고 있다.
• 특히 선진국을 중심으로, BT/IT/생체역학 기술의 융복합 및 전산수치 모델링 기법을 통해 인체 생리학적 현상을 이해하고 질병 치료를 도모하기 위한 인간 생체역학 시뮬레이션 프로젝트들이 추진되고 있다. 본 글에서는 이러한 맥락에서 EU에서 진행되고 있는 VPH (Virtual Physiological Human) 프로젝트의 일부를 소개하고자 한다.
• 현재 유럽에서는 50만 명 이상의 말기 신장 질환 환자가 간헐적 혈액 투석 치료를 받고 있으며, 특히 이들 중 50세 이상의 유럽인은 사전 치료 단계로써 MRI와 심장 상부의 초음파 검사가 수행되어 국가적 만성혈액 투석치료 프로그램에 임상적 자료를 등록하도록 되어있다. 이렇게 획득된 임상데이터를 기초로 ARCH 프로젝트에서는 보다 성공적인 치료가 되기 위하여 인공신장에 올바른 혈액을 투여해 줄 수 있는 최적의 arterio-venous shunt 치료방법을 개발 중에 있으며, 이에 따른 혈관의 형태 및 혈액의 흐름 분포를 조사하여 수술의 결과를 미리 시뮬레이션 하고 시술 계획을 획득하고자 하는 과제이다. ARCH project의 주요 목적은 다음과 같다.

제안 방법

• 본 글에서는 Biomedical 응용분야 중 환자의 혈관 관련 의료 데이터를 통해 시뮬레이션을 수행하고, 결과를 실제 임상 진단 및 시술에 적용하는 “인체 장기 혈류 시뮬레이션 및 응용”을 중심으로 소개 한다.

후속연구

• 실험된 임상 정보 및 시술 계획은 자동적으로 데이터베이스에 저장되어 모델링 도구 외에 시술에 대한 계획 전략 및 결과예측에 따른 임상 시술방식 설정 등의 내용을 함께 결정할 수 있으며, 추후 빅데이터(big data)로써 활용에 큰 도움이 될 것으로 기대되고 있다.
• 국내에서는 몇몇 연구소 및 학계에서 독립된 기술 형태로 연구들이 수행되고 있지만, 생체 모델 전용 통합 시스템에 관련된 연구는 심도 있게 진행되고 있지 못한 상황으로 사료된다. 이러한 측면에서 한국인의 특성에 맞는 대규모의 의료정보를 획득하고 이를 응용할 수 있는 융복합형 연구 프로젝트들이 많이 시도되기를 기대하며, CAD/CAM 분야 연구자들의 활약을 기대하는 바이다.
• 또한 실제 임상 시술과의 비교를 통해 획득된 임상정보는 ARCH 프로젝트와 마찬가지로 이기종 대용량 데이터로써 기존모델에 축적되게 되며, 이는 데이터마이닝을 통해 환자별 특정 모델에 대한 예측능력을 향상 시킬 수 있게 된다. 추후 ARTreat에서는 분자 및 유전자 수준으로 세포와 장기에 대한 지식을 결합하는 내용을 진행하고 있다.
• 현재 euHeart에서는 상용화를 위해 파일럿 규모(120명) 가량의 실제 인체 프로토타입을 토대로 검증 중에있으며, 추후 국제 인코딩 표준인 CellML과 FieldML을 사용하여 심장과 대동맥에 관련된 멀티 스케일 모델을 통합할 예정이다. 또한 특정환자의 상태를 반영하기 위하여 해부학 및 기능정보에 대한 모델 매개변수 적용 전략을 구체화 하고 있고 있으며, 임상환경에 활성화하기 위한 멀티 모달 임상이미지의 일관성 해석 방법과 자동화 방안에 대하여 연구하고 있다.

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질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
VPH 프로젝트	VPH 프로젝트는 무엇인가?	VPH 프로젝트는 유전자 분야부터 가상 질병 시술에 이르기까지 인간 생체 모델에 관련된 많은 분야를 시뮬레이션 하고자 하는 대규모 프로젝트이다. VPH 의 핵심은 인체의 모든 기능들을 멀티 스케일 컴퓨터 모델들로 전환하여 이를 유기적으로 활용하자는 것인데, 전신(whole body)에서부터 세포 및 단백질까지 다룬다.
FP6	FP6에선 어떠한 작업들을 다루는가?	FP6에서는 주로 의학 및 생물학을 기초로 생명정보학 분야에 기반한 과제이며, 주요 임무로는 게놈학, 단백질체학(proteomics), 임상연구와 역학(epidemiology) 등 매우 다양한 인간의 건강에 관한 의학지식들을 통합/개발/공유하는 과제이다. 이 과제는 다양한 수준의 건강 관련 데이터(분자, 세포, 조직, 기관)의 통합뿐만 아니라 데이터마이닝, 모델링, 시뮬레이션, 시각화 관련한 계산을 요하는 작업들을 다룬다. 특히 STEP 과제의 경우 12개의 프로젝트의 로드맵 및 공유 프레임 워크 역할을 제공한다.
VPH 의 핵심	VPH 의 핵심은 무엇인가?	VPH 프로젝트는 유전자 분야부터 가상 질병 시술에 이르기까지 인간 생체 모델에 관련된 많은 분야를 시뮬레이션 하고자 하는 대규모 프로젝트이다. VPH 의 핵심은 인체의 모든 기능들을 멀티 스케일 컴퓨터 모델들로 전환하여 이를 유기적으로 활용하자는 것인데, 전신(whole body)에서부터 세포 및 단백질까지 다룬다. VPH는 맞춤화되고 예측성이 있는 건강관리를 위해 환자데이터를 이용한 환자 맞춤형 컴퓨터 모델을 개발하고, 이를 활용한 시뮬레이션을 수행하는 도구들을 제공할 계획이다.

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