보고서 정보
주관연구기관 |
울산대학교 University of Ulsan |
연구책임자 |
임채헌
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보고서유형 | 최종보고서 |
발행국가 | 대한민국 |
언어 |
한국어
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발행년월 | 2021-08 |
과제시작연도 |
2021 |
주관부처 |
과학기술정보통신부 Ministry of Science and ICT |
등록번호 |
TRKO202200012571 |
과제고유번호 |
1711128420 |
사업명 |
STEAM연구(R&D) |
DB 구축일자 |
2022-10-13
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키워드 |
생체 기능.교육·연구·산업용 시뮬레이션.동영상 교육 콘텐츠.대화형 교육 매체.동물실습 시뮬레이션.의공학 교육 컨텐츠.3차원 심장 전기 생리학 모델.3차원 심장 역학적 수축모델.bio-function(physiology).simulation software for education research and industry.educational movie clip contents.interactive educational media.virtual animal experiment.Biomedical Education contents.3D Cardiac electro-physiology model.3D cardiac mechanical contraction model.
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초록
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ㅇ 연구개발 목표
▷ 본 연구는 1) 생체 기능을 통합적으로 이해하고 각종 임상표현의 병태생리 기전을 생체 기능에 근거하여 설명 가능하며, 향후 임상적 치료 전략에도 이를 응용할 수 있는 전문 의료인력 양성, 2) 고도화 된 연구기법을 갖춘 대학원생 양성 등을 개발목표로 한다. 이러한 목표 달성을 위해 텍스트나 그림만으로는 설명 불가능한 내용을 쉽게 이해할 수 있는 동영상 교육 콘텐츠 개발, 핵심적인 개념을 사용자의 개입에 따라 대화형으로 가르치는 대화형 교육 매체 개발, 학습과 연구 목적으로 활용 가능한 교육·연구·산업용 생
ㅇ 연구개발 목표
▷ 본 연구는 1) 생체 기능을 통합적으로 이해하고 각종 임상표현의 병태생리 기전을 생체 기능에 근거하여 설명 가능하며, 향후 임상적 치료 전략에도 이를 응용할 수 있는 전문 의료인력 양성, 2) 고도화 된 연구기법을 갖춘 대학원생 양성 등을 개발목표로 한다. 이러한 목표 달성을 위해 텍스트나 그림만으로는 설명 불가능한 내용을 쉽게 이해할 수 있는 동영상 교육 콘텐츠 개발, 핵심적인 개념을 사용자의 개입에 따라 대화형으로 가르치는 대화형 교육 매체 개발, 학습과 연구 목적으로 활용 가능한 교육·연구·산업용 생체 기능 시뮬레이션 프로그램 개발 등을 수행하고자 한다.
▷ 비선형 다중물리기반의 수치해석기술을 통해 의공학 또는 생명공학 학생 및 연구자 교육을 위한 생체 시스템 및 의료기기 설계용 시뮬레이터를 개발하고 보급함. 이를 통하여 의공학 최신기술로의 적응력 제고 및 효율적인 교육환경으로 개선하고, 전문 연구인력 양성을 연구개발 목표로 두었음.
▷ 본 과제는 기초/임상약리학 분야를 그 대상으로 하여, 교육·연구·산업 현장에의 활용을 목적으로 하는 시뮬레이션 소프트웨어를 16종 이상 개발하고, 이를 이용한 교육 모듈 혹은 소프트웨어 사용법 교육을 9종 이상 확립함을 그 목표로 한다. 또한, 단순한 개발의 차원을 넘어 실제 수요 기관 및 수강생을 확보하여, 5년 간 2,500명 이상이 개발 소프트웨어를 이용할 수 있도록 하며, 실제 산업 수요에 4건 이상 소프트웨어 시뮬레이션을 적용한다. 5년간의 연구 결과를 기술 이전 등의 형태로 사업화하며, 지속 가능한 서비스가 이루어질 수 있도록 하고자 한다.
ㅇ 연구개발 내용
생체기능분야
1) 통합호흡순환생리
- 심장순환기의 혈류역학 모델: 시간에 따른 심실내압, 심방내압, 동맥혈압, 정맥혈압 등을 재현하는 심장순환기의 혈류역학모델 개발
- 호흡기계 모델: ① 호흡시의 폐, 흉벽, 전체 호흡기의 압력-용적 곡선 재현, ② 폐포환기량, 이산화탄소 소모량, 산소 소모량, 폐포 이산화탄소분압, 폐포 산소분압 관계를 재현, ③ 산소분압, pH, 2,3-DPG 등의 변화에 의한 혈색소 산호 해리곡선의 변화를 재현하는 모델 등을 개발
- 체열조절생리
인체 열용량기반 열입출입에 의한 체온변화 모델, 환경변화에 의한 체열발산모델, 피부순환 및 의류착용을 반영한 통합체온조절모델 개발
- 심근세포모델의 신약개발 활용교육 플랫폼 구축
약물반응을 위한 이온통로별 펄스 프로토콜 개발, 약물에 의한 이온통로 반응을 수학적 모델로 자동 산출하는 알고리즘 개발, 심근세포모델을 통해 약물의 위험도를 판정하는 알고리즘 개발
의공학분야
심혈관질환에게 활용되는 혈류역학적 의료기기 설계 교육 및 설계보조를 소프트웨어 개발
- 인공심장/심실보조장치의 설계교육 및 설계보조를 위한 소프트웨어 개발
- 여러 관상동맥 질환을 모사하고 치료법으로 시행되는 스텐트 삽입방법 교육 및 분석용 프로그램 개발
- 대동맥풍선펌프 (IABP)의 작동기전 교육 및 최적치료법 고안을 위한 소프트웨어 개발
- 체외생명구조장치 (ECLS)의 작동기전 교육 및 최적치료법 고안을 위한 소프트웨어 개발
- 체내물질전달 현상 교육을 위한 인체 체액모델 (3 compartment model) 개발
심장의 전기적-역학적 연성 구현을 통해 다양한 심혈관계 특성 교육을 위한 소프트웨어 개발
- 부정맥과 심혈관시스템의 혈류역학적 응답 사이의 인과성 교육을 위한 모델 개발
- CRT/ICD/Pacemaker 치료시 유발되는 심혈관시스템의 혈류역학적 변화에 대한 교육용 모델 개발
- 가상 심전도 생성 소프트웨어 개발
- 체액모델을 통해 혈액투석 치료시에 유발되는 인체내의 체액 분포변화 및 혈류역학적 응답변화 교육을 위한 모델 개발
기초/임상약리학분야
2단계 개발 소프트웨어를 검증하고, 실제 산업 수요를 반영하여 산업 적용을 1차적 목적으로 하는 소프트웨어를 2건 이상 개발한다. 이전 단계에서부터 수행하던 교육을 지속 수행함과 동시에 강좌 개설 기관을 확대하고, 3단계에서 개발된 소프트웨어 활용법 교육을 개발하여, 산업체 인력에 대한 교육을 수행한다. 소프트웨어 개발 업체 등과의 접촉을 통해 기술이전 방안을 모색하며, 연구 종료 후에도 개발된 소프트웨어가 지속 가능한 형태로 유지·보수·추가 개발될 수 있는 기반을 마련한다.
ㅇ 활용계획 및 기대효과 (응용분야 및 활용범위 포함)
생체기능분야
- 생체 기능 교육의 보조 도구: 실험/학습 동영상자료 개발로 강의를 대체, 독립 소프트웨어를 이용한 생체기능의 핵심적인 작동원리 학습, 시뮬레이션 프로그램을 통한 복잡한 생체 기능의 통합적인 이해, 대학원생의 연구능력 제고
- 동물실습의 대체: 여러 다양한 조건을 반복적으로 시행할 수 있어 그 병태생리적 기전을 고찰 가능하고, 교육 목적을 달성하는데 필요한 비용과 시간을 절감 가능
- 보건의료분야: 병태생리 기반의 새로운 치료법 개발, 신약 개발
기대효과
가) MOOC (massive open online courses)와 거꾸로 학습(flipped learning) 등 교육 분야에서의 국제 경쟁력, 시장 경쟁력 확보 및 외국의 기술이전 기피 현상 극복
나) 개발된 소프트웨어의 기술이전을 통한 사업화 및 새로운 산업/시장 창출
다) 개발된 기술을 스마트폰 앱의 형태로 공개하여 국민 보건 증진에 기여
의공학분야
의공학 교육/실험/연구 보조 프로그램은 의공학 및 의학 전공자의 교과목 교육 시 생체의 내부환경 변화에 따른 반응과 생체와 외부환경의 영향에 대한 반응, 의료기기를 통한 생체신호의 획득과정 등을 그래픽 요소를 이용한 사용자 친화적 환경으로 구축되어, 사용자와 교육수여자의 해당 과목에 대한 이해와 심화 과정에 대한 접근이 용이하도록 구성되어 교육의 질을 재고하고, 해당 분야의 연구능력 향상에 기여할 것으로 예상한다.
또한, 기존에 제안된 많은 생체모델 및 생체시뮬레이터, 가상 기기(virtual device)들의 컨텐츠를 융합하여 사용자의 직관적인 이해를 유도할 수 있으며, 이를 통하여 새로운 연구 방향의 접근 및 해석이 증가할 것이며 또한, 많은 수의 지적 재산권 및 논문 등의 성과가 도출될 것으로 전망한다.
기초/임상약리학분야
본 연구의 결과 중 교육용 소프트웨어 및 교육 모듈 등은 추후 임상시험종사자 교육 등 교육기관을 통한 사업화가 가능할 것으로 보이며, 산업 활용 소프트웨어는 라이센스 관리 등을 통해, 수요자가 정기적으로 이를 갱신하는 형태의 사업화를 추진할 수 있을 것으로 예상한다. 또한, 기술이전을 통한 지속가능성 확보와 부가가치 창출을 추진할 예정이며, 이러한 과정 중 수요자 등의 피드백을 통해 미충족 수요를 지속적으로 발굴해 본 연구로부터 확립된 플랫폼을 이용한 추가 소프트웨어 개발 등에 대한 후속과제를 창출할 수 있을 것으로 기대한다. 이를 통해 신약개발 관련 인력에게 보다 나은 교육 기회를 제공하고, 최신지식을 효율적으로 습득할 수 있도록 하여, 다양한 기초/임상약리학적 지식에 대한 이해도를 증진함으로써 우리나라 신약개발 역량을 강화함과 동시에 관련 산업의 생산성과 효율성 제고에 기여하고자 한다
(출처 : 요약문 2p)
목차 Contents
- 표지 ... 1
- 요 약 문 ... 2
- 목차 ... 5
- 1. 연구개발 목표 및 평가항목별 성과 ... 6
- 1-1. 연구개발 목표 ... 6
- 1-2. 평가항목별 성과 ... 10
- 1-3. 목표 미달 시 원인 분석 ... 18
- 1-4. 연구개발 목표 및 주요내용 변경사항 ... 18
- 1-5. 선정/단계/연차점검의견 ... 19
- 2. 추진내용 및 연구개발결과 ... 24
- 2-1. 추진내용 및 연구개발결과 ... 24
- 2-2. 추진 일정 실적 ... 93
- 2-3. 연구개발성과의 관련 분야에 대한 기여정도 ... 98
- 2-4. 연구개발성과의 관리 및 활용 계획 ... 99
- 2-5. 계획하지 않은 성과 및 관련 분야 기여사항 ... 101
- 3. 당초 연구계획 대비 주요 변경사항 ... 101
- 끝페이지 ... 102
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