‘암 치료용 X-Band급 선형가속기’ 기술 개발
[기계신문] 암 치료는 인류의 영원한 난제라고 불릴 정도로 의료분야에서 가장 주목 받는 분야다. 최근 암을 치료하기 위해 다양한 치료법이 등장하고 있는데, 그 중에서도 방사선 암 치료법이 많은 각광을 받고 있다.
방사선 치료는 인체 깊은 곳까지 투과가 가능한 고에너지 방사선을 이용하는 방법으로, 다른 치료법에 비해 환자의 고통이 극히 적어 치료 후에도 일상생활이 가능하다는 장점이 있다.
현재 선진국에서는 전체 암 환자의 약 60%, 국내에서는 약 30% 정도가 방사선으로 암 치료를 받고 있으며, 그 비율은 지속적으로 증가하고 있다. 하지만 현재 국내에서 사용하고 있는 방사선 암 치료기는 전량 해외수입에 의존하고 있어 국산화 개발이 시급한 상황이다.
이에 한국전기연구원(KERI) 전기의료기기연구센터 김정일·김근주 박사팀이 세계 3번째로 ‘암 치료용 엑스-밴드(X-Band)급 선형가속기’ 기술을 개발했다.
선형가속기는 전자빔 가속을 통해 높은 에너지의 전자빔을 금속막에 충돌시켜 X선을 만들고, 이를 암세포에 조사(照射, 광선 따위를 쬐다)하여 괴사를 유도하는 방법이다.
KERI의 X-Band급(IEEE에서 정의한 8GHz부터 12GHz에 해당하는 전자기파 주파수 대역) 선형가속기는 표면선원거리 80cm에서 1분당 800센티그레이(cGy, 물질 1㎏당 0.01J의 에너지가 흡수될 때의 선량) 이상의 X선 선량을 갖는 높은 출력을 기반으로, 기존 제품보다 구동 주파수가 3배나 높아 작고 가볍기 때문에 방사선 치료실 설치비용을 절감해준다.
또한, 고정밀 영상유도 장치(MRI, CT 등)나 정밀 로봇 시스템과의 융합 용이성을 높일 수 있어 치료의 정확성을 더욱 높일 수 있다. 연구팀이 자체적으로 개발한 ‘3차원 다중물리 설계기술’ 적용을 통해 선형가속기의 개발 기간 및 비용을 줄일 수 있다는 것도 큰 강점이다.
이 밖에도 KERI의 선형가속기는 ▲안정적이고 정밀하게 방사선량을 제어할 수 있는 ‘3극관 전자총 제어기술’ 활용 ▲Side Coupling 구조를 통한 전자빔 가속 효율 향상 ▲공진기 부품을 최소화한 고효율 공학 구조 등의 장점을 보유하고 있다.
X-Band급 선형가속기는 가톨릭대 서울성모병원 강영남 교수팀이 국내 자체기술로 개발한 ‘3차원 Lateral Water Phantom(인체 내부 연구를 위해 대체물로 사용되는 모형)’에 적용되어 임상적 유용성 평가를 성공적으로 마쳤다.
KERI 김정일 박사는 “방사선 암 치료기 분야는 고부가가치의 미래 핵심기술임에도 불구하고, 미국과 스웨덴을 비롯한 선진국 업체들이 시장의 90% 이상을 장악하고 있어 해외 의존도가 매우 높다”며 “KERI의 고출력 X-Band 선형가속기 기술 개발을 통해 그동안 전량 수입하여 해외 의존도가 높았던 선형가속기 기반 방사선 암 치료기 분야에서의 기술 독립을 실현할 수 있을 것으로 기대한다”고 전했다.
연구팀은 개발 기술이 암 치료뿐만 아니라 반려동물용 암 치료, 전자빔 멸균장치, 고에너지 전자빔 및 X선 기반 산업용 가공장치, Cargo 비파괴 검사장치 등 전기에너지 기술을 기반으로 하는 다양한 고부가가치 산업에 활용될 것으로 보고 기술사업화를 추진하고 있다.
한편, 세계 방사선 암 치료기 시장은 2022년 90억 달러에 이를 것으로 전망되며, 연평균 6.8%의 성장률을 보이고 있다.
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