전량 수입 해외 의존도 탈피, 기존 기술보다 월등한 성능으로 정밀한 암 치료 실현
소형 경량화로 MRI 및 CT 영상과의 연계성 강화, 서울성모병원 임상적 유용성 평가 수행 중

한국전기연구원(KERI·원장 최규하) 전기의료기기연구센터 김정일·김근주 박사팀이 세계 3번째로 ‘암 치료용 엑스-밴드(X-Band)급 선형가속기’ 기술을 개발했다.

방사선 치료는 인체 깊은 곳까지 투과가 가능한 고에너지 방사선을 이용하는 방법으로, 다른 치료법에 비해 환자의 고통이 극히 적어 치료 후에도 일상생활이 가능한 장점이 있다.

선진국에서는 전체 암 환자의 약 60%, 국내에서는 약 30%가 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.

선형가속기는 전자빔 가속을 통해 높은 에너지의 전자빔을 금속막에 충돌시켜 X선을 만들고, 이를 암세포에 비춰 괴사를 유도한다.

전기연구원의 X-Band급 선형가속기는 표면선원거리 80cm에서 1분당 800cGy(센티그레이) 이상의 X선 선량을 갖는 높은 출력을 기반으로, 기존 제품보다 구동 주파수가 3배나 높아 작고 가볍기 때문에 방사선 치료실 설치비용을 절감해 준다. 또 고정밀 영상유도 장치(MRI, CT 등)나 정밀 로봇 시스템과의 융합 용이성을 높일 수 있어 치료의 정확성을 더욱 높여 준다. 연구팀이 자체적으로 개발한 ‘3차원 다중물리 설계기술’ 적용을 통해 선형가속기의 개발 기간 및 비용을 줄일 수 있다는 것도 큰 강점이다.

이번에 개발한 선형가속기는 ▲안정적이고 정밀하게 방사선량을 제어할 수 있는 ‘3극관 전자총 제어기술’ 활용 ▲사이드 커플링 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 적용돼 임상적 유용성 평가를 성공적으로 마쳤다.

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 수입해 해외 의존도가 높았던 선형가속기 기반 방사선 암 치료기 분야에서의 기술 독립을 실현할 수 있을 것으로 기대한다”고 전했다.

연구팀은 이번 기술이 암 치료뿐만 아니라 반려동물용 암 치료, 전자빔 멸균장치, 고에너지 전자빔 및 X선 기반 산업용 가공장치, 카고 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.