전기硏 김종욱 박사, 30일 ‘금요일에 과학터치’ 강연
고령화, 웰빙문화의 확산과 의료기기 및 IT기술의 융합으로 인해 첨단 전자의료기기에 대한 관심이 높아지고 있는 가운데 한국전기연구원이 개발하고 있는 “암 치료용 나노기반 엑스선 근접치료 기술”이 소개돼 방사선 관련 기술 및 탄소나노튜브에 관한 일반인들의 이해를 높일 수 있는 기회가 마련됐다.
한국전기연구원(원장 유태환 / www.keri.re.kr) 김종욱 박사(첨단의용물릭연구센터장)는 30일 대전 교육과학연구원 강당에서 진행되는 ‘금요일에 과학터치'에서 일반인 참석자들을 대상으로 “(난치)암 치료용 나노기반 엑스선(X-선) 근접치료 기술"을 주제로 강연한다.
김종욱 박사팀은 생체 및 인체의 의료진단, 암 등의 치료에 적용하기 위한 목적으로 탄소나노튜브를 소재로 신개념 엑스선 광원을 개발한 바 있으며, 현재 이를 기반으로 근접치료 기술을 개발하고 있다.
의료진단 및 암 등의 치료기기로 사용되는 엑스선 응용시스템에서 엑스선 광원을 발생하는 엑스선관(X-선관)은 시스템의 핵심부이자 고난도 기술의 집약체로서 적용대상에 따라 에너지, 초점의 크기, 엑스선 강도가 다양하게 적용될 수 있다. 현재 일부 엑스선 응용장비는 국내에서 제작을 하고 있으나 엑스선관은 전량 수입에 의존하고 있는 실정이다.
김종욱 박사팀이 지난 2005년 개발한 ‘탄소나노튜브(Carbon Nanotube: CNT) 기반의 신개념 엑스선관’은 2천도 이상의 고온을 가해야 전자를 방출하는 기존의 전자방출원인 텅스텐 필라멘트 음극 대신에 상온에서 전자를 방출하는 고효율의 전자방출원인 탄소나노튜브를 음극으로 사용한 것으로서, 전자빔 집속이 용이하고 엑스선관을 구동하기 위한 전력이 기존 방식과 비교해 낮다는 장점을 갖고 있다. 특히 전자방출원으로 CNT를 이용함으로써 분해 능력이 우수한 영상을 획득할 수 있다. 현재 미국의 관련기업에서도 CNT를 이용한 밀봉형 엑스선관을 개발하고 있지만, 전자방출원인 CNT 음극이 고장날 경우 고가의 엑스선관 전체를 사용하지 못하는 단점이 있다. 반면, 김종욱 박사팀이 개발한 엑스선관은 CNT 음극이 고장날 경우 엑스선관에서 손쉽게 CNT 음극만 교체해 1-2분 내에 재사용이 가능하므로 엑스선관의 반영구적 사용이 가능하다. 기존 장치에 비해 가격 경쟁력이 높고 소형화, 저전력화를 이룬 세계 최고 수준 기술로서 기존 엑스선관 시장을 대체하는 것은 물론, 새로운 의료진단 및 암 치료 분야의 시장 개척이 가능할 것으로 판단된다.
김종욱 박사팀이 현재 연구중인 “암 치료용 나노기반 엑스선 근접치료 기술”은 기존에 수행한 탄소나노튜브기반의 엑스선 광원 연구개발의 결과를 더욱 발전시킨 것이다. 마이크로 형태의 소형 CNT 엑스선관을 개발하여 체내 삽입이 가능한 근접치료기(brachytherapy)를 구현함으로써 유방암, 자궁경부암, 위암 등의 질병치료에 활용하게 된다.
김종욱 박사는 “이 기술을 적용하면 기존 방법의 문제점으로 제기되고 있는 정상조직의 방사선 과다노출로 인한 부작용 및 이차 암 발생의 문제점을 극복, 최적량의 방사선을 효과적으로 암 부위에만 집중 투여함으로써 치료효율을 향상시키고 치료기간을 절반가량 단축시킬 수 있다”고 설명했다.
한편, ‘금요일에 과학터치’는 알기 쉬운 과학기술을 주제로 국민들을 찾아가기 위해 교육과학기술부가 운영하고 있는 지식확산 프로그램으로 서울역에서 처음 시작돼 대전과 부산, 대전, 광주, 대구 등으로 확대돼 운영되고 있다. 대전 교육과학연구원 강당에서 6시부터 진행되는 이번 강연에는 과학에 관심 있는 사람이라면 누구나 자유롭게 참여할 수 있으며, 과학전문 케이블채널인 사이언스 TV가 이날 강연을 촬영을 해 방영할 예정이다.
·암 치료용 나노기반 엑스선 근접치료 기술 : 그동안 유방암, 자궁경부암 및 위암 등 각종 난치 암 치료를 위해서는 방사선 동위원소 및 전자빔, 열음극 엑스선 치료시스템 등이 활용돼 왔다. 그러나 이들 방법은 인체 내/외부 정상조직에서 흡수되는 엑스선의 양을 고려하여 암을 치료할 때 실제 요구되는 방사선 양보다 더 많은 양을 투여하거나(열음극 기반 X-ray 소스를 이용한 포톤치료방법), 시술자인 의사가 환부에 바늘모양의 방사선 물질을 직접 삽입(Interstitial 방법)하기 때문에 많은 시간이 소요되면서 동시에 환자의 정상조직에 대한 방사선 노출이 상당히 높거나 방사선 물질의 관리 및 기계 오작동 등 사고 위험이 항상 존재해 안전에 대한 문제가 항상 제기되어 왔다. 아울러 높은 비용, 복잡한 구동 방식, 방사선 피폭의 우려 등 여러 가지 단점 때문에 환자나 의사 모두가 꺼려하는 치료법이었다.
그러나 한국전기연구원 김종욱 박사팀이 개발하고 있는 “암 치료용 나노기반 엑스선 근접치료 기술”의 경우 기존에 수행한 탄소나노튜브기반의 엑스선 광원 연구개발의 결과를 더욱 발전시켜 마이크로 형태의 소형 CNT 엑스선관을 개발, 치료기간 동안 환부 내에 직접 삽입(embedded)이 가능한 근접치료기(brachytherapy)를 구현하여 유방암, 자궁경부암, 위암 등의 질병치료에 활용하는 신개념의 기술이다.
즉, 작은 못 크기만한 초소형 나노기반 인체삽입형 엑스선관을 치료 부위에 직접 삽입하여 최적의 방사선을 효과적으로 암 부위에 집중 투여함으로써 기존 방법의 문제점으로 제기되고 있는 정상조직의 방사선 과다노출로 인한 부작용 및 이차 암 발생의 문제점을 극복, 치료효율을 높이는 한편 치료기간을 절반 수준으로 단축시킬 수 있다. 특히 방사선을 끊임없이 지속적으로 방출하는 일반적인 방사선 동위원소와는 달리, 치료 시에만 전원을 공급하여 방사선 발생 시간을 조절할 수 있는 엑스선 소스의 특성을 이용하기 때문에 의사나 환자 모두에게 효과적이면서도 효율적인 근접치료기술이다.
이 시스템이 개발되면 경제적인 비용으로 최대의 효과를 낼 수 있으며, 특히 유방암 치료시 안정성 및 편리성이 향상된 근접치료기로의 응용이 가능하여 국내 유방보전술 치료 환자의 치료율을 높이는데 기여할 것으로 예상된다. 아우러 유방치료 외에 위암, 자궁경부암 등의 치료에 활용 가능하여 미국 및 유럽 등에 수출이 기대되는 등 암 치료 분야의 획기적인 기술 발전을 도모하는 것이 가능하다.
·방사선 기술 : 방사선 기술은 현재 국민건강과 삶의 질 향상에 밀접한 의학 분야에서 폭넓게 활용되고 있으며 특히, 컴퓨터단층촬영(CT), 양전자단층촬영(PET) 등의 첨단 진단영상장비는 골밀도측정, 위궤양진단, 암진단 등에 널리 사용되고 있다.
교육과학기술부와 한국방사성동위원소협회에 의하면, 방사선 기반 의료기술은 전국 134개 병원에서 X-ray, CT, PET 등을 이용해 1,200만 건의 검사와 1만 2천 건의 치료에 활용하는 등 난치성 질병의 검진과 암 치료에 방사선기술이 결정적으로 활용되어 국민 보건과 삶의 질 향상에 크게 기여하고 있는 것으로 나타났다.
특히, 유방암은 세계적으로 여성에게 발생하는 암중 1, 2 위를 차지하고 있으며 진단기술이 발전함에 따라 조기 진단이 점차 증가하고 있고, 치료 시 완치율이 다른 암에 비해 상당히 높은 특성을 가지고 있다.
유방암의 경우 유방 전체를 절제하는 치료법에서 종양 부위만 절제하는 유방복원수술 후 방사선 치료가 표준 치료법으로 규정되어 있음을 고려할 때, 안전성 및 치료효율성, 편리성을 향상시켜 의사나 환자 모두에게 유리한 치료법으로서 국민건강과 복지 향상에 크게 기여 할 것은 물론 고부가가치 의료산업으로 크게 발전할 것으로 기대된다.
한국전기연구원 개요
한국전기연구원(KERI)은 과학기술정보통신부 국가과학기술연구회 산하 정부출연연구기관이다. 1976년 국가공인시험기관으로서 첫 출발한 이후 2017년 기관평가에서 우수 등급을 획득하는 등 최고 수준의 전기전문연구기관이자 과학기술계 대표 정부출연연구기관으로 성장했다. 현재 경남 창원에 소재한 본원 외에 2개의 분원(안산, 의왕)이 있으며, 전체 직원수는 620여명에 달한다. KERI는 실현 가능하면서도 대규모 파급효과가 기대되는 연구과제를 집중 선정하여 국가사회에 기여하는 대형 성과창출을 위해 연구개발에 매진하고 있다. 주요 업무분야는 차세대전력망 및 신재생에너지, 초고압직류송전(HVDC), 전기추진 및 산업응용 기술, 나노신소재 및 배터리, 전기기술 기반 융합형 의료기기, 중전기기 시험인증 등이 있다.
웹사이트: http://www.keri.re.kr
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한국전기연구원 융합기술연구본부 첨단의용물리연구센터 김종욱 박사(센터장) (031) 8040-4103.4180
