국내 연구진 세계 최초 엑스선 소스 개발, 상용화 성공

ETRI, 120년 쓰던 아날로그 엑스선소스, 디지털화 ,방사선 노출 50%로 줄이고 1만배 빠른 초고속 촬영 가능

▲ 연구에 참여한 ETRI 연구진이 기념 촬영을 하고있다ⓒ ETRI

한국전자통신연구원(ETRI) 연구진이 120년간 사용해왔던 엑스선(X-ray) 소스(Source)의 작동 방식을 획기적으로 바꾸었다.

일명, 디지털 엑스선 소스다로 그동안 아날로그였던 방식을 디지털로 개발, 방사선 노출을 획기적으로 줄이고 영상 화질도 높여 의료 영상장비 산업에 새로운 전기가 될 전망이다.

ETRI는 탄소 나노튜브(CNT) 기반 디지털 엑스선 소스를 개발, 세계 최초로 상용화에 성공했다고 밝히며 본 기술은 미국 응용물리학회(APL), 나노 테크놀로지 등 저명 학술지에 게재되었고, 국내 여러 기업에 기술이전 계약을 체결하며 그 우수성을 인정받았다.

엑스선은 의료진단과 산업용 제품 검사 등에 쓰이는 전자기파로 엑스선을 만드는 소스는 주로 진공도가 높은 공간에서 높은 에너지를 지닌 전자빔을 금속과 충돌시켜 만들며 이때 전자빔을 발생시키는 방법에 따라 엑스선 소스의 작동 방식이 결정된다.

기존에는 필라멘트를 2000℃의 고온으로 가열, 전자를 발생하는 방식을 사용하였지만 이 방식은 불필요한 방사선 피폭에 노출될 위험이 있고 영상의 선명도나 검사 시간을 개선하는데도 한계가 있었다.

ETRI가 개발해 상용화에 성공한 본 기술의 핵심은 ▲탄소 나노튜브 전계방출 전자원(源) 제작기술 ▲진공 밀봉 엑스선 튜브 설계 및 제작기술 ▲전계방출 디지털 엑스선 소스 구동을 위한 능동 전류 제어 기술 등이다.

특히 연구진은 탄소 나노튜브 전자빔의 수명을 결정짓는 근원적인 메커니즘을 규명함과 동시에 특화된 고온 진공 밀봉 기술을 통해 세계 최초로 상용 수준의 엑스선 튜브를 개발하며 탄소 나노튜브가 밀집된 전자원 외부 자극에 의해 전자를 방출하는 소자에 일정 값 이상 전기를 걸면 즉각적으로 전자가 발생하는 현상에 착안, 엑스선 소스에 적용한 것이다.

또한 기존 가열 방식은 온도 조절을 통해 전자가 발생되어 엑스선이 방출되기 때문에 정량적인 작동이 어렵고, 즉각적 제어가 불가능해 검사 시간 외에도 방사선 노출이 있었고 연구진은 전기 신호로 전자가 방출되는 정도를 직접 제어하기 때문에 필요한 순간에만 전기를 걸어 엑스선을 방출하며 방사선이 나오도록 제어하면서 노출 수준을 기존 대비 50%로 낮출 수 있고 또 피사체의 움직임을 고려한 전기신호 제어 시 최대 10% 수준으로 낮출 수 있다.

특히, 기술이전받은 치과용 진단 장비업체는 그동안 일본 대기업으로부터 전량 수입하던 휴대 촬영용 엑스선 부품을 대체, 국산화에 성공했고 또 다른 업체는 산업용 생산 라인에서 정전기를 없애주는 장비인 이온 나이저(ionizer)를 디지털 튜브로 대체, 디스플레이 업체로부터 호평받았다.

▲etri 연구진이 개발한 디지털 엑스선소스 기술의 장점을 설명한 CG 이다ⓒ ETRI

과제책임자인 ETRI 송윤호 소재부품 원천연구본부장은 “오랜 기간 수입에 의존하던 핵심 부품을 혁신적인 신기술로 대체함으로써 단순 국산화를 넘어 글로벌 기술 리더십을 확보하는 모범적인 사례가 되었다”라고 말했다.

연세대학교 의과대학 방사선종양학과/의료기기 산업학과 김진성 교수도 “ETRI의 기술로 엑스선의 정밀한 제어가 가능해 방사선 노출 걱정을 줄이면서 영상 특성을 향상할 수 있는 기술 전환점이 될 것이다”라고 밝혔다.

한편 디지털 엑스선 소스는 미국, 일본, 유럽을 포함한 여러 선진 연구그룹이 20여 년간 연구해왔으나 가시적인 성과를 이루지 못했지만 ETRI 연구진은 15년 전부터 연구해온 전계방출 디스플레이(FED) 원천기술 보유로 본 기술 개발이 가능했다고 밝혔다.