초록 ▼

본 연구의 목표는 전염성 질병의 수학적모델에 최적제어이론을 적용하여 최적의 대처법이나 치료법을 찾는 것을 구체적인 연구목표로 삼고 있다. 본 연구과제의 최고의 성과는 “한국형 결핵에 대한 수학적모델의 개발 및 최적의 치료법 제시”에 대한 우수한 연구결과를 내었다는 것이다. 실제 데이터를 사용한 결핵모델의 개발은 우리나라 뿐 아니라 국제적으로도 거의 드문 연구결과이다. 국제적으로 결핵에 대한 연구는 많지만, 가상의 parameter로 결핵모델에 reproductive number 등을 사용한 결과분석이 대부분이다. 본 연구과제의 수행

본 연구의 목표는 전염성 질병의 수학적모델에 최적제어이론을 적용하여 최적의 대처법이나 치료법을 찾는 것을 구체적인 연구목표로 삼고 있다. 본 연구과제의 최고의 성과는 “한국형 결핵에 대한 수학적모델의 개발 및 최적의 치료법 제시”에 대한 우수한 연구결과를 내었다는 것이다. 실제 데이터를 사용한 결핵모델의 개발은 우리나라 뿐 아니라 국제적으로도 거의 드문 연구결과이다. 국제적으로 결핵에 대한 연구는 많지만, 가상의 parameter로 결핵모델에 reproductive number 등을 사용한 결과분석이 대부분이다. 본 연구과제의 수행으로 한국형 결핵모델을 처음으로 개발하여 생물수학의 TOP 저널인 J.Theoretical Biology에 석사학생 및 박사후과정과 함께 논문을 게재하였다. 또한 처음 개발한 모델을 수정 보안하여 최적제어이론을 사용하여 최적의 정책제안을 실제 우리나라 2011년 결핵예산과 비교 분석한 결과와 2030 결핵조기퇴치 정책 등을 수학적모델로 제시하는 연구를 수행하였다. 본 연구는 현 정부의 결핵정책에 근거를 마련할 수 있는 중요한 도구로 사용될 수 있다. 본 연구를 위해 결핵연구원의 김희진원장(대통령상 수상자)과 질병관리본부의 연구원, 한양대 예방의학과의 최보율교수팀 등과의 계속적인 세미나, 자문회의를 지속적으로 개최하였다. 또한 두 번째 연구결과도 생물수학의 TOP 저널인Bulletin of Mathematical Biology에 조만간 투고할 계획이다.
또 다른 중요한 업적은 최적제어이론을 적용하여 몸무게에 따라 최적의 심폐소생술 방법을 제시하는 연구결과 를 내었다는 것이다. 수학적모델을 사용하여 body size에 따른 최적의 심폐소생술을 제시한경우는 본 논문이 처음이며, 논문의 독창성과 우수성을 인정받았다. 연구결과는 A pplied M athematics and Computation 저널에 2012년 1월에 단독논문으로 게재되었다.
본 연구결과 중 아직 게재 되지는 않았지만 중요한 연구결과 몇 가지가 더 있다: 첫째는 전염성독감 중 Chowell의 “Spanish Influenza"에 대한 수학적모델에 최적제어이론을 사용하여 1918년 스위스 제네바에서 독감을 막을 수 있었을 최적의 책략방법을 제시하는 연구이다. 둘째는 Castillo-Chavez의 외인성 재감염 결핵모델에 최적제어이론을 적용하여 최적의 치료법을 제시하는 연구이다. Castillo-Chavez와 Chowell은 전염성질병에 대한 연구에서는 저명한 학자들이고, 두 연구결과 모두 우수하게 수행되어 투고 직전에 있다. 외국에 있는 연구자와의 공동연구 진행으로 논문투고에 시간이 걸리는 단점이 있지만 우수한 논문이 조만간 게재 될 것으로 기대된다.
본 연구결과는 국내외의 생물수학 관련 학회 및 기관에서 다음과 같이 발표되었다:
① 2009.07 Mathematical and Theoretical Biology Institute (MTBI) Seminar 초청강연
② 2010.05 Mathematical Optimization and Applications in Biomedical Sciences, University of Graz 초청강연
③ 2010. 07 SIAM conference on Life Sciences의 Optimal Control Applied to Biological Systems-Minisymposium 구두발표
④ 2011.04 9th symposium between The Korean Academy of Science and Technology and The Royal Swedish Academy of Sciences 초청연사
⑤ 2011.07 NIMBioS에서 개최한 Modeling Johne’s Disease Investigative Workshop에 초대
⑥ 국내에서도 기후변화건강포럼, 한국산업응용수학회(KSIAM), 한국수리생물학회(KSMB)에서 주요 연구결과를 발표하였다.
본 연구결과는 고급인력양성에도 주도적인 역할을 하였다. 예를 들어, 당시 석사 학생이었던 최선화 연구보조원과 함께 JTB저널에 논문을 내었고, ASU의 Chavez-Castillo 교수와의 외인성결핵에 대한 공동연구를 위해 최선화학생을 MTBI 프로그램에 두 달을 보내었다.

목차 Contents

• 일반연구자지원사업 최종(결과)보고서 ... 1
• 목차 ... 3
• Ⅰ. 연구결과 요약문 ... 4
• Ⅱ. 연구내용 및 결과 ... 5
• 1. 연구과제의 개요 ... 5
• 2. 국내·외 기술개발 현황 ... 5
• 3. 연구수행 내용 및 결과 ... 5
• 4. 목표 달성도 및 관련 분야에의 기여도 ... 7
• 5. 연구결과의 활용 계획 ... 7
• 6. 연구과정에서 수집한 해외과학기술정보 ... 7
• Ⅲ. 연구성과 ... 8