수리연, 소아 고관절 이형성증 조기진단 기술 개발

- X-선 영상으로 소아 고관절 질환유무 자동 판별 기술 개발 성공, 대한영상의학회지 4월호 표지논문 게재 -

□ 국가수리과학연구소(소장 김현민, 이하 수리연) 의료영상연구팀이 서울대학교병원(원장 김연수) 소아영상의학과와 공동 연구를 통해 소아 발달성 고관절 이형성증 조기진단 기술 개발에 성공해 대한영상의학회지(Korean Journal of Radiology, IF 3.179) 4월호 표지논문으로 게재됐다. 

□ 소아 고관절 이형성증(소아 엉덩이 관절 탈구)은 1000명당 2~3명에서 발생하는 흔한 질환으로, 소아의 정상적인 고관절 발달을 위해서는 조기진단이 매우 중요하다.
 

◎ 그러나 소아의 연령대마다 진단방법이 다르고, 무엇보다 전문의의 숙련도에 따라 진단의 정확도에 영향을 미칠 수 있기 때문에, 전체 소아 연령에 대해 일관성 있는 정확도를 보장할 수 있는 진단기술이 필요한 상황이었다.

□ 수리연 연구진은 수학적 알고리즘과 딥러닝 기술을 접목하여 X-선 영상을 이용한 다양한 연령대의 소아를 진단할 수 있는 선별기술을 개발하는데 성공했다.

 ◎ 연구진은 누운자세로 촬영한 하복부 X-선 영상에서 대퇴골두를 중심으로 한 영상패치(영상조각)를 수학적인 알고리즘으로 추출하고, 추출된 영상패치로부터 질환유무를 진단하도록 인공 신경망을 학습시키는 영상패치 기반 진단 알고리즘을 디자인했다.

 ◎ 이를 통해 계산 효율성과 진단 정확도를 높히고, X-선 영상에서 질환 유무에 대한 자동 판별이 가능하게 되었다.

□ 또한 해당 알고리즘은 높은 진단 정확도를 갖고 있는 숙련된 전문의와의 진단 성능 비교에서도 통계적으로 유의미한 차이가 없는 것으로 확인되었다.

 ◎ 특히, 소아 방사선과의 경험이 없는 의료진과의 진단 성능 비교에서는 수리연이 개발한 알고리즘이 민감도, 특이도, 양성예측도가 더 우수한 것으로 확인되었다.

□ 이번 수리연이 개발한 기술은 전체 연령대의 소아 진단이 가능하고, X-선 영상을 이용하기 때문에 저렴한 검사비용과 일반 병원에서도 접근성이 용이해졌다는 장점을 갖고 있다.

□ 조연진 서울대학교병원 소아영상의학과 교수는 “수학적 방법을 통해 개발된 진단기술이 의료진의 진단정확도를 높일 수 있음을 확인했으며, 특히 소아영상의학과가 턱없이 부족한 지방의 의료환경에서 의료의 질을 획기적으로 높일 수 있는 진단소프트웨어로 발전할 수 있을 것으로 기대한다”고 밝혔다.

□ 박형석 수리연 의료영상연구팀장은 “이번 연구는 의료진과의 협력을 통해 수리연의 의료수학 분야 역량을 발휘하여 의료현장에서 필요한 기술을 수학적인 방법을 통해 해결한 좋은 사례가 될 것이다”라고 밝혔다.

□ 이번 연구결과는 대한영상의학회지 4월호에 ‘Diagnostic Performance of a New Convolutional Neural Network Algorithm for Detecting Developmental Dysplasia of the Hip on Anteroposterior Radiographs’의 제목으로 게재되었다.

수리연, 과기부 부패방지 시책평가 2년 연속 우수 등급 달성

□ 국가수리과학연구소(직무대행 조도상, 이하 수리연)는 과학기술정보통신부가 실시한 ‘2020년도 부패방지 시책평가’에서 2년 연속 2등급(우수등급)을 달성했다.

□ 부패방지 시책평가는 공공기관이 추진하는 반부패 활동과 성과를 평가하는 제도로 과기부는 총 5개의 등급 중 2등급 이상을 획득한 기관을 우수기관으로 분류하고 있다.

□ 수리연은 국가연구개발 전담기관에서 발생할 수 있는 부패발생 요인을 사전에 전략적으로 진단ㆍ분석하고, 2019년부터 청렴시민감사관 및 외부 감사인과의 적극적인 협조체제를 구축해 핵심과제 선정 및 청렴시책을 추진해왔다.

□ 또한 연구특성화기관 청렴클러스터 활동, 지역 기업과 연계한 차별화된 청렴캠페인 활동 등을 통한 대내외 청렴조직문화를 정착시킨 점 등을 우수 성과로 인정받았다.

□ 김대영 수리연 경영관리부장은 “앞으로도 공정하고 청렴한 조직문화 조성을 통해 신뢰받는 연구기관이 될 수 있도록 지속적으로 노력해 나갈 것”이라고 밝혔다.

국가수리과학연구소, 2020년 가족친화 우수기관 신규 인증

- 소통 교육 제도 운영, 리더십 강화 등 가족친화 직장문화 조성 노력 인정 받아 -

□ 국가수리과학연구소(NIMS, 이하 수리연, 소장 정순영)가 여성가족부 주관 2020 가족친화인증 신규 우수기관으로 선정됐다.

□ ‘가족친화인증’은 자녀출산과 양육지원, 유연근무제도 및 가족친화 직장문화 조성 등 근로자의 일？생활 균형을 지원하는 모범적인 가족친화기관을 심사를 통해 여성가족부가 인증하는 제도이다.

□ 수리연은 금년도 진행된 심사에서 성별 이해 기반 소통 교육 실시, 여성휴게 및 모성보호실 리모델링 등의 가족친화적 제도 운영과 직장문화 조성을 위해 노력한 점을 인정받아 총점 95.4점의 높은 점수를 획득하며 처음으로 우수기업 인증을 받았다.

 ◎ 수리연은 이번 가족친화 인증 심사에서 △ 가족친화경영에 대한 기관장의 관심과 의지 △ 남녀 근로자 3년 육아휴직 제도 활용 및 육아휴직 대체인력 운영 △ 육아기 및 임신기 근로시간 단축제도의 활용률 △ 유연근무제 활용률 △ 직원 만족도 부문에서 높은 평가를 받았으며, 특히 최고경영층의 리더십 부문에서는 15점 만점을 받기도 했다.

□ 정순영 소장은 “구성원들이 일과 가정의 균형을 위해 서로 배려하고 존중하는 직장 문화를 만들기 위한 그간의 노력을 인정받게 되어 기쁘게 생각한다”며 “앞으로도 즐겁게 연구 및 업무에 몰입할 수 있는 근무환경을 만들기 위한 노력을 계속할 것”이라고 밝혔다.

수학 통해 연구시설장비 활용 연구성과 관리 효율성 높힌다

- 수리연, NFEC 의뢰 ‘연구시설장비 연구성과 가치표현 모델 개발’ 산업수학 문제 해결 -

□ 국가수리과학연구소(소장 정순영, 이하 수리연)는 국가연구시설장비진흥센터(이하 NFEC)의 ‘연구시설장비 표준분류 체계’를 기준으로 논문 내 연구장비 정보 추출 알고리즘과 기계학습 기반 논문 분야 분류 모델을 개발했다.

□ 수리연은 금년 2월 NFEC으로부터 ‘연구시설장비의 연구성과 가치표현 모델 개발’ 산업수학 문제를 의뢰받았다.

 ◎ 범부처 연구시설장비 총괄전담기관인 NFEC은 국가 R&D 예산으로 구축된 연구시설장비를 기준으로 산출된 연구성과의 체계적 관리와 효율성을 검증할 수 있는 기반을 마련하기 위해 해당 문제를 의뢰했다.

□ 수리연 연구진은 문제해결을 위해서는 NFEC의 ‘연구시설장비 표준분류체계’를 기반으로 각 논문의 분야를 특정하고 해당 논문에서 활용된 연구장비 정보를 추출할 수 있는 모델이 필요하다고 판단하고 연구를 진행해왔다.

□ 먼저 연구진은 일대다(1:n) 패턴 매칭 알고리즘을 활용해 수만 건의 논문 데이터로부터 1,000개 이상의 키워드를 효율적으로 검색할 수 있는 키워드 추출 알고리즘과 연구장비 정보 추출 모델을 개발했다.

□ 이후 최근 5년간의 선도 학술지 논문 데이터를 직접 수집하여, 기존의 저널에서 제시된 분야가 아닌, 논문 내에서 빈도가 높은 단어를 추출하여 실제 논문의 분야를 유추할 수 있는 기계학습 기반의 분류모델을 제작했다.

□ 또한 연구진은 연구시설장비를 활용해 생산된 연구 결과물의 가치를 수치화하여 국가연구시설장비 표준분류별 구축 우선순위를 도출하고, 노후화 연구장비 지원의 타당성을 검증하기 위한 수학적 모델 개발도 함께 수행했다.

 ◎ 연구진은 학술지의 분야별 영향력 지수 분포를 고려하여 개별 연구장비를 활용한 결과물의 상대적 가치를 비교할 수 있는 새로운 영향력 지수를 NFEC 측에 제안했다.

□ NFEC 측은 수리연의 이번 문제해결 결과를, 논문 내 연구장비 활용 빈도 분석 데이터를 기반으로 한 분야별 통계 분석과 성과 효율성 검증을 통해, 국내 연구시설장비 우선 구축 분야 제안 등에 활용할 수 있을 것으로 기대하고 있다.

□ 권오규 수리연 산업수학전략연구부장은 “이번 문제해결 과정은 모델링 및 기계학습 기법을 활용한 텍스트 분석 등 다양한 수학적 접근을 통해 연구시설장비의 활용 분야와 효율성을 살펴볼 수 있었던 첫 번째 연구로서 의미가 깊다”고 밝혔다.

수리연, 지능형 공장 불량 검출 최적화 알고리즘 개발

- 불량 생산품 실시간 검출을 위한 이상감지 알고리즘 최적화 산업문제 해결 -

□ 국가수리과학연구소(소장 정순영, 이하 수리연)는 지능형 공장(스마트 팩토리)의 제조 공정에서 발생하는 불량 생산품 검출을 위한 이상감지 알고리즘 최적화 산업문제를 해결했다.

□ 산업수학을 통해 기업 등의 다양한 산업 문제 해결을 수행하고 있는 수리연은 지난 1월 지능형 공장 관련 솔루션 개발 기업으로부터 ‘로봇 상태 모니터링을 위한 센서 데이터 분석’ 산업문제를 의뢰받았다.

 ◎ 해당 기업은 지능형 공장 제조 공정의 센서 데이터 분석을 통해 생산품 불량을 감지하고 기계의 상태 이상을 실시간으로 모니터링하는 솔루션을 개발ㆍ운영 중에 있다.

 ◎ 실제 공장에서 수집 가능한 데이터의 특성상 많은 양의 불량 데이터를 확보하기 어렵기 때문에, 해당 기업에서는 제조 공정 센터 데이터의 정상 생산품 데이터만을 활용하여 이상을 감지하는 OCC(One Class Classificaion) 문제를 수리연에 의뢰했다.

□ 이에 수리연 연구진은 RCF(Random Cut Forest) 알고리즘*을 센서 데이터 OCC 문제에 적용하는 것을 제안했으며, 이를 최적화하기 위한 연구를 진행해왔다.
     * 2016년 ICML(International Conference on Machine Learning)에서 발표된 랜덤트리 기반 앙상블 모델

 ◎ 기존 RCF 알고리즘은 느린 구동 속도와 모델 사이즈가 공정별 기가 단위 이상으로 너무 크다는 문제를 갖고 있었기 때문에 수백개가 넘는 다양한 공정에 적용하기에 한계를 갖고 있었다.

□ 수리연 연구진은 먼저 해당 알고리즘의 수학적 분석을 통해 이상 스코어링에 필요한 연산 과정을 최적화했다. 

 ◎ 새로운 생산품 샘플 데이터의 이상 스코어링을 얻기 위해서는 새로운 데이터를 반영한 변형된 새로운 트리를 만들어야 하고 연산 시간이 소요되는데, 이 트리 생성 과정을 생략하여 이상 스코어를 구할 수 있는 방법을 찾아 제시했다.

□ 또한, 데이터 특징 샘플링을 적용한 이상감지 방법을 제시하여 성능이 개선된 빠르고 가벼운 이상감지 모델을 개발했다. 

 ◎ 데이터 특징에 대한 임의적 샘플링을 통해 데이터 사이즈를 줄이고 랜덤 트리를 만드는 방식으로 7배 이상의 속도 향상과 모델의 크기를 줄이는데 성공했다. 가상 데이터 적용 테스트를 통해 해당 데이터 특성 샘플링 방법이 스케일이 작은 차원에서 발생하는 이상을 감지하는데 더 정확도가 높다는 것을 확인했다.

□ 중소벤처기업부가 구축 중인 AI 중소벤처 제조 플랫폼(KAMP) 시스템에 제조 AI 빅데이터 분석 알고리즘 탑재 추진을 목표로 하고 있는 해당 의뢰 기업은 수리연이 제공한 알고리즘을 `21년 상반기 내 이상감지 솔루션에 도입 완료할 계획이다.

□ 김민중 수리연 산업수학혁신센터장은 “이번에 연구개발한 알고리즘은 생산 공정뿐만 아니라 다양한 산업분야의 이상감지 문제에도 적용 가능한 기술로서 향후 범용적으로 활용될 수 있을 것으로 기대된다”고 밝혔다.

수리연, ‘2020년 하반기 산업수학 문제해결 워크숍’ 개최

- 기업, 대학병원에서 의뢰받은 산업ㆍ의료기술 문제 해결위해 전문가들 온라인 통해 모여 -

□ 국가수리과학연구소(소장 정순영, 이하 수리연)는 부산시(권한대행 변성완)와 함께 12월 9일(수)부터 11일(금)까지 3일간 2020년 하반기 산업수학 문제해결 워크숍을 수리연 대전 본원 및 부산의료수학센터에서 개최한다.

□ 수리연은 기업, 기관 등이 의뢰한 산업문제를 수학자, 공학자 등 수리과학 분야 연구자들을 모아 수학적 모델링, 최적화, 데이터 분석 등을 통해 해결 방법을 제시하기 위해 정기적으로 산업수학 문제해결 워크숍 행사를 개최하고 있다.

□ 이번 행사에서는 수리연이 의뢰받은 산업문제 중 △ 온라인 커머스(숙박) 플랫폼의 고객특성별 쿠폰혜택 제공 최적화 모형 개발 △ 외상환자 치료 효과 향상을 위한 CT 기반 폐손상 예측 등 2가지 문제를 선정하여 다루게 될 예정이다.

□ 선정된 문제는 수리연 연구진, 산업수학 전문가 그룹, 교수, 대학(원)생 등이 참여하여 분야별 전문성을 바탕으로 수학적 분석과 모델링을 통한 최적화된 해결방안을 제시하고 그 결과를 의뢰기업에 제공하게 된다.

□ 또한 이번 행사는 코로나19 확산에 따라 내외부 참가자들의 집합을 최소화하기 위해 대전 본원과 부산의료수학센터로 장소를 이원화하여 온라인 화상회의를 통해 진행하며, 그 외 개인별 온라인 참여도 가능하도록 운영할 계획이다.

□ 정순영 수리연 소장은 “코로나19로 인한 제약에도 불구하고 온라인 시스템을 활용한 내외부의 다양한 전문가들의 의견 공유를 통해 산업문제들이 성공적으로 해결될 수 있도록 효율적이고 안전한 행사 운영에 최선을 다하겠다”라고 밝혔다.

국가수리과학연구소 등 연구특성화기관 청렴클러스터 5개 기관, 지역사회 청렴문화 확산 캠페인 전개

- 민간기업과 협력 통해 지역상품 보조라벨 활용한 청렴슬로건 전파 -

□ 국가수리과학연구소(소장 정순영, 이하 수리연), 대전테크노파크(원장 최수만), 연구개발특구진흥재단(이사장 양성광), 한국연구재단(이사장 노정혜), 한국한의학연구원(원장 김종열) 등 연구특성화기관 청렴클러스터 5개 기관은 지역사회 청렴문화 확산을 위한 캠페인을 전개한다.

 ◎ 수리연 등은 대전지역 민간기업과 협력하여, 해당기업이 생산ㆍ유통 중인 지역상품 보조라벨을 활용해 기관별 청렴슬로건을 담아 대전 지역 청렴문화 확산 홍보를 진행할 예정이다.

□ 정순영 수리연 소장은 “지역사회 청렴문화 조성을 위해 공공기관과 민간기업이 협력한 좋은 사례가 될 것으로 기대한다.”며 “앞으로도 정부의 반부패ㆍ청렴 정책에 발맞춰, 청렴 클러스터를 통한 적극적인 청렴 확산 활동을 지속적으로 전개해 나갈 수 있도록 노력하겠다.”고 밝혔다.

코로나19 방역정책, 수학적 분석을 통해 제시한다

- 코로나19 수리모델링 TF, ‘수리모델을 통한 코로나19 방역정책 분석’ 온라인 워크숍 개최 -

□ 국가수리과학연구소(소장 정순영, 이하 수리연)와 대한수학회(회장 금종해)가 공동 운영하는 코로나19 수리모델링 TF(위원장 정은옥)는 ‘수리모델을 통한 코로나19 방역정책 분석’을 주제로 두 번째 정기 온라인 워크숍을 8월 14일 16시 수리연에서 개최한다.

 ◎ 코로나19 수리모델링 TF는 수리연과 대한수학회가 수학계의 역량을 모아 코로나19 바이러스 확산 예측 수리모델링과 방제 정책 제안 등 공동 대응을 위해 지난 7월 발족되었다.

□ TF는 수학계, 의학계 등 다양한 분야의 전문가들과 함께 매월 정기적으로 수리모델을 통한 코로나19 대응 방안 논의를 위해 온라인 워크숍을 개최하고 있다.

 ◎ 방역정책에 관해 다루게 될 이번 워크숍에서는 먼저 1부 강연을 통해 이종구 서울대학교 의과대학 교수의 ‘감염성 질환의 관리 전략’, 이선미 경희대학교 응용수학과 교수의 ‘수리모델링을 통한 코로나19 접촉자 추적과 격리 효과 분석’, 이지현 연세대학교 수학과 교수의 ‘접촉 양상을 반영하는 수학적 모델링’에 대한 주제 발표가 진행된다.

 ◎ 2부 토론에서는 손우식 수리연 감염병연구팀장의 주재로 조성일 서울대학교 보건대학원 교수, 정일효 부산대학교 수학과 교수, 기모란 국립암센터 교수, 주재신 질병관리본부 보건연구관이 패널로 참여하여 ‘수리모델을 통한 코로나19 방역정책 분석’을 발제로 한 논의가 진행될 예정이다.

□ 정은옥 TF 위원장은 ‘이번 워크숍을 통해 국가 방역 정책의 방향 결정을 위한 과학적 근거 제시와 함께, 국민들께 코로나19 극복을 위한 수학의 새로운 역량을 보여드릴 수 있는 계기가 될 것으로 기대한다’고 밝혔다.

□ 이번 온라인 워크숍은 유튜브를 통해 생중계 될 예정이다.

국가수리과학연구소, ‘민관 합동 화재진압 훈련’ 실시

- 수리연ㆍKT융합기술원ㆍ대전 유성소방서 전민119안전센터 10일(월) 모의 화재 상황 대응 합동 훈련 실시 -

□ 국가수리과학연구소(소장 정순영, 이하 수리연)는 8월 10일(월) KT융합기술원, 대전 유성소방서 전민119안전센터와 함께 ‘민관 합동 비상대피 및 화재진압 훈련’을 실시했다.

□ 2020 재난대응 안전한국훈련의 일환으로 실시한 이번 합동 훈련에서는 연구소 시설물에서 발생할 수 있는 안전사고에 대비하기 위해, 모의 비상 상황에서의 신속한 비상대피로 확보 및 화재진압 초동조치 대응을 수리연 전직원 등이 참여한 가운데 진행했다.

□ 또한 실제 화재발생 시 초기 대응능력을 높이기 위한 비상대응 요령과 소화장비 사용 교육도 함께 실시했다.

□ 수리연은 지속적인 연구실 안전 관리 강화 노력을 통해 2019년 과학기술정보통신부 산하기관 중 국가안전대진단 우수기관으로 선정된 바 있다. 이후 9월에는 지진 대피 및 감염병 위기대응 훈련, 사이버 위기상황 단계별 대응훈련 등 재난 대응 자체 훈련을 추가로 실시할 계획이다.

□ 정순영 수리연 소장은 “안전한 연구환경을 조성할 수 있도록 정기적인 체험형 재난안전훈련 프로그램 운영을 통해, 재난 및 비상 상황에서의 철저한 안전 확보와 대응 역량을 더욱 강화해 나갈 계획이다”라고 밝혔다.

수리연, ‘2020년 산업수학 문제해결 워크숍’ 개최

- 전문가 그룹 모여 대학병원, 기업의 산업ㆍ의료기술 문제 해결 -

□ 국가수리과학연구소(소장 정순영, 이하 수리연)는 부산시(권한대행 변성완)와 함께 8월 5일(수)부터 7일(금)까지 3일간 2020년 산업수학 문제해결 워크숍을 부산 벡스코 컨벤션홀에서 개최한다.

□ 산업수학 문제해결 워크숍은 기업, 기관 등이 의뢰한 산업문제를 수학자, 공학자 등 수리과학 분야 연구자들이 모여 수학적 모델링, 최적화, 데이터 분석 등을 통해 해결 방법을 제시하기 위한 행사이다.

 ◎ 이번 워크숍에 앞서 수리연은 지난 6월 부산 소재 대학병원 및 기업에 대한 개별 방문을 통해 기술적 애로사항을 접수 후, 이를 산업ㆍ의료수학 문제로 구체화하는 과정을 진행했다.

 ◎ 접수된 산업문제 중 △ 환자 검사 시간 단축을 위한 PET 동적데이터 분석 △ 안과질환 진단을 위한 안저 사진 여부 판독 △ 배터리 노화 상태 예측 시뮬레이션 등 3가지 문제를 선정하여 이번 워크숍에서 다루게 될 예정이다.

 ◎ 선정된 문제는 수리연 연구진, 산업수학 전문가 그룹, 대학원생 등 70여명이 참여하여 분야별 전문성을 바탕으로 수학적 분석과 모델링을 통한 최적화된 해결방안을 제시하고 그 결과를 의뢰기업에 제공할 계획이다. 

 ◎ 또한 이번 행사는 코로나19 확산에 따라 수리연 연구진 등 일부 참가자들은 워크숍 현장과의 실시간 온라인 화상회의를 통해 문제해결 과정에 참여한다.

□ 수리연은 현재 인공지능(AI), 빅데이터 기술의 바탕이 되는 수학적 해석과 모델링의 수학 이론을 통합적으로 이용하여 의료현장에서 발생하는 문제를 해결하는 연구 분야인 의료수학 연구를 중점적으로 수행하고 있으며, 지난 4월부터 부산 및 동남권 의료ㆍ산업계의 수학적 문제해결과 공동 R&D 수행을 위한 부산의료수학센터를 운영 중에 있다.

□ 정순영 수리연 소장은 “코로나19 확산에도 불구하고 지역 의료 분야 기술 발전을 위해 내외부 전문가들이 적극적으로 참여 한만큼, 철저한 예방조치 시행과 함께 산업문제가 효율적으로 해결될 수 있도록 행사 운영에 만전을 기할 계획이다”라고 밝혔다.