암 환자의 생존률을 높이기 위해서는 조기진단과 치료가 필수입니다.
하지만, 대부분의 암종은 진행 초기에 진단이 매우 어렵습니다.
의료기기분야에서는 신기술의 융복합에 따른 진단 및 치료의 정밀도를 향상시킬 수 있는 영상진단 및 영상유도 치료에 대한 관심이 크게 증가하고 있습니다.
융합영상 기술은 구조영상이 제공하는 고해상도 해부학적인 정보와 기능영상의 분자생물학적인 정보를 융합하여 주요 질병에 대한 진단 정확성을 크게 향상시킬 수 있을 것으로 기대되고 있습니다.
따라서, 이러한 기술개발 추세에 맞추어 국립암센터 연구소의 융합진단치료기술연구과는 다양한 기술의 융합을 통하여 진단과 치료 효과를 극대화하는 것을 목표로 하고 있습니다.

국립암센터 연구소의 융합진단치료기술연구과는 정밀한 암 진단 및 치료 기술을 개발하기 위하여 나노기술(NT), 바이오기술(BT), 정보기술(IT)의 기술들을 융합하여 연구 시너지를 높이고자 다음과 같은 연구를 하고 있습니다.

• 나노진단기술을 활용한 암의 진단에 관한 연구

  

• 초음파진단기술을 활용한 암의 진단에 관한 연구

  

• 초음파진단기술을 활용한 생체유동측정에 관한 연구

  

• 전자파진단기술 등 암의 진단기술에 관한 연구
• 광역동치료를 통한 암 치료 연구
• 초음파 연구를 통한 암 치료 연구
• 고주파치료, 첨단재생의료를 활용한 연구
• 전통대체요법 치료 등을 활용한 암의 치료기술에 관한 연구
• 빅데이터 의료 AI 연구

  

  • 데이터 수집 및 전처리
  • L3 영역의 복횡근 측정(초음파 영상, RF 신호)
  • RF 신호를 복소 신호로 변환
  • 신호처리 : 잡음 및 장비의존성 제거

  • 데이터 수집 및 전처리 → 입력 → 딥러닝 수행

  • 딥러닝 수행
  • 주차수 영역 변환 : 감쇄/산란 탐지
  • 피하지방 및 근육층 탐비
  • 피하지방 및 근육층 면적계산
  • ↑↓오차최소화
  • 영상의학과에서 판독

융합영상장치 및 융합기술의 발전을 통하여 새로운 진단 및 치료기술들을 개발할 계획입니다.
대표적으로 고집속된 초음파를 종양에 선택적으로 집중 조사하여 종양조직을 정확하게 괴사시키는 HIFU(High-intensity focus ultrasound) 등의 영상유도 융합치료기 등에 대한 연구를 계획하고 있습니다.
또한, ICT, 유전공학, 나노기술등의 접목으로 극미세량의 생체물질을 검출하는 융합영상진단기술도 개발할 계획입니다.
뿐만 아니라, 구조영상 및 기능영상을 제공할 수 있는 PET-MRI 기술, 광음향 기술 및 OCT(optical coherence tomography)-NIRF(near infrared fluorescence) 기술들도 개발할 계획입니다.

• 암 관련 진단 치료 기능회복을 위한 의공학적 개발
• 의료 및 암 연구에 활용되는 다양한 기기 및 장비의 개발
• 3D 프린팅 기술을 이용한 임플란트 개발 및 임상적용
• AR/VR/XR 등의 디지털 기술을 활용하는 헬스케어
• 수술/내시경등 임상에 필요한 의료기기/의료로봇 시스템 개발
• 희귀난치암, 골전이암의 혁신적 수술법을 개발
• 수동 산란 양성자 빔 치료에서 체표면 방사선량에 대한 bolus의 영향을 평가

3D 프린팅 기술을 이용한 임플란트 개발 및 임상적용 연구

• 환자의 하중, 인공 뼈 구조, 재료 미세구조 등을 분석해 안정적으로 오래 쓸 수 있는 3D 프린팅 임플란트 개발
• 수술 전 유한요소해석(FEA)를 통해 3D 프린팅 임플란트의 디자인과 형태를 평가
• 수술 전후 관성 측정 장비를 활용해 실시간 다각적 사지 기능 분석
• 3D 프린팅 임플란트를 다양한 정형외과 수술도구와 혼용하여 효과를 높이는 새로운 수술법 개발

[그림1] 유한요소해석(FEA)을 통해 임플란트의 설계 및 제작을 위해 필요한 강도 검증

[그림2] 인공 임플란트의 주요 요구 사항을 고려한 임플란트 개발과 실제 수술의 개략도

[그림3] 참고 사진

암환자 정밀치료용 의료로봇 개발

• 시술자의 수술기법 트레이닝을 위한 VR 수술시뮬레이터 개발
• 대장내시경용 형광 표지자 개발
• 경항문 최소침습 수술법(NOTES)을 위한 수술 로봇 및 수술도구 개발
• 전임상 동물실험 및 임상시험 수행
• 인공지능 분야 연구를 위한 의료 임상 데이터 셋 구축

[그림4] VR 수술시뮬레이터 개발
: 최신 수술기법인 직장 최소침습 수술 기법(TAMIS : Transanal Minimally Invasive Surgery)의 시술자 수술법 교육을
위한 VR 수술 시뮬레이터

[그림5] 형광 클립
: 병변의 위치를 형광으로 표지할 수 있는 표지자, 내시경으로 병변 부위에 형광클립으로 병변의 위치를 표지하고 형광을
관측 가능한 복강경으로 병변의 위치를 확인한 후에 병변 부위만 최소 절개 할 수 있는 새로운 수술기법에 적용 가능한
형광 클립

[그림6] NOTES 로봇 플랫폼 시스템
: 자연개구무흉터 대장내시경 수술 (NOTES : Natural Orifice Transluminal Endoscopic Surgery)을 위한
로봇 플랫폼 시스템

• 암 진단 치료 기능 회복을 위한 혁신적 의료기술 확보
• Bolus의 이용으로 양성자 치료 시 불필요한 체표면 선량을 줄이고 독성 완화
• 의료진과 연구진 그리고 산업과의 융합적 시스템 구축
• 암 total care에서 의공학적 역할에 대한 국가적 기반 구축

방사선에 의한 인체 영향과 종양 치료 효과 연구 및 새로운 방사선 암 치료기술의 개발

방사선치료는 신체에 방사선을 조사하여 암을 소멸시켜 내부의 암을 치료하는 방법으로 수술, 항암화학치료와 더불어 현대 암치료에 있어 주요한 부분을 담당하고 있다. 방사선의학연구과는 방사선의 암 치료효율을 높임과 동시에 치료기간 및 치료비용을 절감하는 치료법을 연구하여, 암 환자 본인뿐만 아니라 주변 사람들의 삶의 질 및 행복을 높일 수 있도록 할 것이다.

방사선의 인체 영향과 종양 치료 효과에 관한 연구

암치료에 있어 방사선의 효과는 암세포의 치료 저항성 및 주위 조직의 민감성으로 인하여 제한되게 된다. 그렇기에 방사선치료로 최선의 암치료 효과를 거두기 위해서는 방사선의 인체 영향 및 종양 치료 효과에 관한 지속적인 연구가 필요하다. 현재 의료용으로 사용되고 있는 방사선으로는 치료용 X선 방사선과 양성자선으로 대표되는 입자방사선이 있으며, 방사선의 종류에 따라 물리적 특성이나 생물학적 성질이 다르다. 특히 양성자선과 같은 입자방사선치료는 치료용 X선 방사선에 비하여 의료용으로 사용된 역사가 짧고 임상경험이 적기 때문에 인체 영향과 종양 치료 효과 측면에서 계속해서 활발한 연구가 진행되고 있다. 또한 방사선 치료효율을 높일 수 있는 약제의 개발은 종양 치료 효능 증진에 있어서 매우 중요하며 이를 방사능에 의한 종양억제를 시킬 수 있는 방사선 민감제와 종양주변 정상세포를 방사선으로부터 보호해주고 방사능에 의한 부작용을 감소시켜 방사선 치료용량을 증가시켜줄 수 있는 방사선 보호제로 나누어 개발 연구를 수행하고 있다. 더 나아가 분자생물학적 규명을 통해 작용기전을 밝힌 후 임상실험을 통해 치료효과 증대에 기여하고자 한다.

방사선을 이용한 암 치료기술 개발 및 이용 연구

방사선치료의 방법은 종양의 크기, 침윤 정도, 종류, 그리고 조직학적 분화 정도, 방사선 선량, 종양의 방사선 반응성에 의존하며, 종양의 종류와 상태에 따라 방사선치료를 단독으로 시행하거나 약물치료 및 수술요법을 병행하여 시행할 수 있다. 방사선의학연구과에서는 이러한 방사선 치료의 암 치료효율을 높이기 위하여, 양성자선으로 대표되는 입자방사선치료의 차세대 치료기술 개발, 빔정확도 향상과 미세환경에 대한 연구, 최료 최적화를 위한 근거 창출을 목표로 하고 있으며, 이를 위해 동물 종양 모델을 이용한 시뮬레이션 및 환자 대상 임상 연구를 진행하고 있다.

입자방사선(양성자선)의 생물학적 효과에 대한 연구

• 입자방사선 (양성자선)의 상대적 생물학적 효과도 측정
• 암 억제 유전자 변이에 따른 상대적 생물학적 효과도의 변화 여부 측정

입자방사선(양성자선)의 물리학적 특성과 장점

입자방사선(양성자선)의 매질 통과 깊이에 따른 효과도 측정 방법

마우스를 이용한 입자방사선(양성자선)의 생물학적 효과의 분석

방사선의 효과 변화 물질의 발굴과 기전 연구

• 방사선의 효과 변화 물질은 종양 치료 효능 증진에 있어서 매우 중요
• 방사선에 의한 종양을 억제하는 민감제 와 주변 정상세포를 보호하여 보호제가 있음
• 분자생물학적 규명을 통해 작용기전을 밝혀 후 임상실험을 통해 치료효과 증대에 기여

후보물질의 도출과 이 후보물질들의 작용기전 연구

방사선 치료 효과의 예측을 위한 예후인자의 발굴

• 개개인의 특성에 맞는 맞춤형 치료

  
  HPV의 발현에 따른 자궁암의 방사선 치료효과의 분석

• 사전에 예후인자의 검사를 통해 치료효과의 예측가능

발암모델 마우스의 개발 및 동정과 발암기전의 연구

• 암억제유전자들의 돌연변이에 의한 발암모델 마우스의 개발
• 암억제유전자의 돌연변이 마우스의 표현형 발굴
• 암모델 마우스를 이용한 발암기전의 연구

ELF유전자의 결실에 따른 간암발생에서 신생혈관형성의 효과 분석

입자방사선 (양성자선)의 물리학적 특성에 대한 연구

입자방사선 (양성자선)의 피부표면선량의 물리학적 특성연구

입자방사선의 차세대 치료기술 개발

• 입자방사선치료 장비의 소형화와 스캐닝 속도 향상
• 양성자치료를 위한 콘빔 CT의 의료 영상 분석 및 임상적용 시스템 개발
• 초고선량률 입자방사선치료 빔 (FLASH-particle)을 이용한 치료법 개발

Head & neck humanoid phantom의 CT 결과 영상

CT의 3차원 볼륨 렌더링한 영상과 비교대상 CT의 sagittal, coronal, axial 단층 영상

초고선량률 입자방사선치료 빔 (FLASH-particle)에 대한 연구

초소형 유리선량계를 이용한 의료용 입자가속기 빔의 선량평가 시스템 개발

• 초소형 유리선량계를 이용한 의료용 입자가속기의 선량평가 표준초기모델 개발
• 초소형 유리선량계를 이용한 의료용 입자가속기의 선량평가 시스템 개발

환자 맞춤형 방사선치료 (personalized radiotherapy)

• 방사선의 미세환경 연구
• 방사선치료기법의 최적화와 근거창출 연구

소아청소년 암환자의 방사선치료(입자방사선치료) 관련 연구

• 신개념 분자영상 의약품, 분자영상법의 연구/개발
• 의료영상법을 기반으로 암중개연구/정밀의학을 위한 전임상모델 연구 및 비침습적 치료반응 평가 플랫폼 개발
• 임상적용을 목표로 종양 영상진단법 및 치료기술을 연구/개발하여 표준치료 불응성 난치성 질환의 진단 및 치료에 기여하고자 함 

• 의료영상을 이용한 신약 후보물질 평가플랫폼의 연구 및 개발
• 영상기반의 신약후보물질 효능 및 mode of action 메커니즘 규명
• 암중개연구를 위한 전임상모델 및 분자영상 모니터링법 개발
• 분자영상을 접목한 유전자/핵산 치료제 개발
• 의료영상법과 결합한 신개념 첨단 종양 치료기술에 관한 연구와 개발
• 질환 표적형 방사성의약품 선도물질 개발 및 방사성동위원소 표적치료 기술 개발.
  Multi-nuclear MRI 영상법을 구현, 개발하여 진단 및 치료과정 모니터링에 응용
• 영상유도 집속형 초음파를 이용한 질병 치료법 연구 및 개발
• 설명가능한 인공지능(XAI, Explainable Artificial Intelligence)을 이용한 신뢰성(Trustworthy) 높은 영상획득 가속화 및 초고해상도 영상법 연구

그림) 분자영상 연구의 개략도. 분자영상 연구는 다양한 영상기술을 활용하여 생체내의 생물학적 현상을 비침습적으로 영상화함으로 질환의 진단을 목표로 한다. 분자영상에 사용하는 영상법들은 PET(Positron Emission Tomography, 양전자 방출 단층 촬영), SPECT(Single Photon Emission Computed Tomography, 단일 광자 방출 컴퓨터 단층 촬영), MRI(Magnetic Resonance Imaging, 자기공명영상법), CT(Computed Tomography, 컴퓨터 단층 촬영), 초음파 영상, 광학영상법 등이 있다.