[초점] 전기연, 전기기술과 의료기술 융합… 첨단 기기 개발 선도
[초점] 전기연, 전기기술과 의료기술 융합… 첨단 기기 개발 선도
  • 송병훈 기자
  • hornet@energydaily.co.kr
  • 승인 2018.05.23 05:05
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국내 의료기기 산업 국제 경쟁력 확보·국민 삶의 질 향상 목표
'스마트 보청기, 형광 전자내시경, 펨토초 레이저' 등 개발 박차

[에너지데일리 송병훈 기자] 고령화 사회 진입, 그리고 평균수명 증가라는 사회적 요인은 필연적으로 의료 서비스 수요를 증가하게 한다.
의료 부문에서는 진단 및 치료의 일체화 등 의료기술의 융·복합 추세가 두드러지고 있으며, 고부가가치 산업으로도 주목받고 있다. 하지만 세계 의료기기 시장(3360억달러)에서 우리나라가 차지하는 비중은 1.7%(58억달러)에 불과하다. 신제품 개발 등을 통한 세계 시장으로의 진출이 꼭 필요한 상황인 것이다.
이같은 상황에서 한국전기연구원(KERI)는 정부출연연구기관으로서는 드물게 의료기기 분야 연구를 중점추진 전략사업으로 추진하고 있어 주목받고 있다.
의료기술의 혁신을 통한 국내 의료기기 산업의 국제 경쟁력 확보와 국민의 삶의 질 향상을 목표로, 전기기술과 의료기술을 융합한 첨단의료기기 기술 개발을 선도하고 있는 KERI의 활약상을 지면에 담았다.

지난해 3월 진행된 스마트 의지(義肢) 개발 협약식 모습
지난해 3월 진행된 스마트 의지(義肢) 개발 협약식 모습

연계개발 체계 확립… 관계기관 협력도 지속

KERI는 그동안 축적해온 첨단 전기기술과 ICT, BT, NT 기술을 융합, 융·복합 의료기기 연구개발 체계를 확립했다. 이를 바탕으로 세계 최고 수준의 첨단 디지털 광학영상 진단기기와 치료기기, 전기에너지 암치료기기, 스마트 청각보조 의료기기 및 IT기술 융합 모바일 헬스 기술 등을 중점 개발하고 있다.

고령화 시대에 선제적으로 대응하고, 지자체 실정에 맞는 맞춤형 의료기기 산업의 성장 동력을 확보하기 위해 지방자치단체, 대학, 병원과 적극적으로 협력하고 있다. 2017년 6월 의료기기산업을 포함한 ‘항노화산업’을 집중·육성해 온 경남도를 비롯해 인제대, 삼성창원병원, (재)경남테크노파크와 ‘경남 의료기기 산업 경쟁력 강화’ 협약을 체결한 것이 대표적이다. 고령화 시대에 따른 수요자 맞춤형 의료기기 및 보조기구의 개발·보급ㅍ확산을 통해, 경남지역의 의료기기 산업을 육성한다는 목표다.

같은해 3월에는 중앙보훈병원, 한국과학기술연구원, 서울대학교병원 등 4개 기관과 ‘스마트 의지 개발을 위한 협약’을 체결, 똑똑한(스마트) 로봇을 통해 절단 장애인들의 손과 발이 돼주는 의지(義肢) 기술의 상용화를 위해 협력하고 있다.

이외에도 KERI는 실제 의료현장에서 적용될 수 있는 의료기기 개발을 위해  국내 기업 및 해외 유수 기관과의 공동연구를 비롯해 국내 주요 대형병원들과도 적극 협력하고 있다. 서울대병원, 중앙보훈병원, 카톨릭중앙의료원, 서울성모병원 등 14개 의료기관과 공동연구 및 협력 협약을 맺어 개발 단계에서부터 의료진의 의견을 반영, 공동 임상 연구를 통해 검증하고 있다.

KERI 의료기기 주요 연구분야
KERI 의료기기 주요 연구분야

계속되는 우수 연구성과들

가시적인 성과도 나타나고 있다. 사용자 친화형 스마트 보청기, 세계 최고 수준의 스마트 보청기와 전임상 전자내시경, 초정밀 수술용 펨토초 레이저 기술 개발 성과가 대표적이다.

◎ 사용자 친화형 스마트 보청기 = 스마트 보청기는 기존의 보청기에 무선 통신 및 충전기술을 접목, 더 편리하게 만든 기술이다. 이 기술은 최근 착수기술료(정액기술료) 11억원에 음향제품 전문기업인 ㈜이엠텍에 기술 이전됐다.

현재 전세계 청각보조의료기기 시장은 외국 6개 선도업체가 96%를 장악하고 있다. 국내 제품인 경우에도 핵심 부품의 대외 의존도가 90% 이상으로 해를 거듭할수록 의존도가 심화되고 있는 상황이다.

KERI가 개발하는 스마트 보청기는 단순한 보청 기능을 뛰어넘어 저전력 무선통신 기술, 생체센서 기술, 적응형 음향신호처리 기술 등을 융합하여 일반인-난청인 모두를 대상으로 청각 기능을 보조하는 새로운 패러다임의 보청기다. 인간의 청각기관과 같이 잡음없이 깨끗하고, 분명한 음원 전달, 그리고 오래 사용할 수 있는 사용자 중심의 세계 최고 스마트 보청기 개발이 목표다.

스마트 보청기는 ‘환경 잡음 제거 알고리즘 기술’을 기반으로 복잡한 외부환경에도 아주 작은 전력만으로도 소리를 또렷하게 들을 수 있고, 무선충전 기술로 배터리를 교환하는 어려움 없이 사용자의 비용 부담을 줄일 수 있어, 국내 난청 환자들의 복지향상에 기여할 것으로 기대된다.

과제가 성공적으로 종료되면 기술이전 국내 기업들이 3년 이내에 세계 시장 3%, 5년 이내 6% 확보를 통해 연 7000억원의 수출효과를 거둘 수 있을 것으로 추정된다.

◎ 유방암 조기 진단용 3차원 DBT/DOT 융합영상 및 자동병변 검출시스템 기술 = 이 기술은 기존의 촬영기술과 달리 유방을 방사선과 근적외선을 사용한 3차원 융합단층영상으로 관찰할 수 있어 진단 효율을 더 높일 수 있다.

이 기술은 최근 국가과학기술연구회 ‘2017년 출연(연) 10대 우수 연구성과’에 선정됐다. 아울러 투시된 엑스레이를 눈에 보이는 디지털 영상정보로 바꿔주는 역할을 하는 3차원 유방암 조기 진단기기의 핵심 부품 디텍터(detector)를 국내 최초로 개발, 기술이전하기도 했다.

KERI가 개발한 사용자 친화형 스마트 보청기
KERI가 개발한 사용자 친화형 스마트 보청기

◎ 의료용 형광 전자내시경 = KERI는 반도체 기술 기반의 진단용 PET/CT 융합시스템 개발, 전자빔·레이저 등 전자기파 광원을 응용한 연구를 수행하고 있다. 특히 광학의료기기 연구 분야에서는 세계 최고의 광학기술을 보유한 러시아의 연구소 및 기업과 국제공동연구를 수행하고 있다.

내시경은 미래성장 가능성 및 확장성이 매우 높은 의료기기다. 2018년 세계 시장규모는 약 60억달러 이상으로 예상된다. 현재 국내 내시경 시장은 96% 이상이 수입제품이며, 소화기용 연성 전자내시경은 전량 수입에 의존하고 있다.

KERI는 일본 기업이 독점하고 있는 현 국내 의료상황에서 전량 수입하고 있는 내시경의 핵심 기술을 선도적으로 개발, 내시경 산업의 국산화를 지원하고 국제적 기술 경쟁력을 확보하기 위해 노력하고 있다. 이를 위해 사전 기획과정에서 도출된 의료진의 요구사항과 세계적 기술 동향 등을 반영해 ‘의료용 형광 전자내시경 시스템 개발’을 목표로 연구를 진행하고 있다.

병원 전문가들과의 협력 연구를 통해 동물 실험, 임상 자문 등을 진행하여 신속한 상용화가 가능한 시스템 기술을 확보하고 있으며, 신속 정밀 진단을 위한 영상 진단 기술 및 ICT 기술과의 접목으로 내시경의 차별화 된 기술을 확보해 가고 있다. 연구팀은 고부가가치 기술 집약형 첨단의료기기의 핵심기술을 확보, 신속한 시장진입 및 선진국형 의료사업시장 진입이 가능할 것으로 기대하고 있다.

◎ 의료용 펨토초 레이저 = 펨토초 레이저는 1000조분의 1초라는 극히 짧은 펄스폭을 갖는 레이저를 의미한다. 기존 나노초 레이저나 연속파 레이저에 비해 펄스폭이 짧고 첨두출력(peak power)이 세다. 광범위한 분야에 대한 적용이 가능한 미래 산업 기본 기술이다.

KERI는 모든 재료의 비열 가공과 선택적 가공이 가능한 극초단 레이저 광원의 원천기술을 확보함으로써 반도체, 디스플레이, 태양전지 등 다양한 산업 분야에서 차세대 초미세 레이저 가공 응용성도 확보했다.

펨토초(10-15초) 레이저를 일종의 수술용 칼로 사용하면 주변 조직에 열적으로 손상을 주지 않고 수술 부위만 정밀하게 절개가 가능하다. 생체 조직 및 유기재료 기반의 물질은, 가공 시에 물질 특성 상 열적 변성에 취약하기 때문에, 열적 변성 없는 고품질의 초정밀 절개 및 가공이 가능하다.

KERI는 의료용 펨토초 레이저를 개발, 생체조직의 미세 수술뿐만 아니라 OLED, 유연디스플레이를 포함하는 유기재료와 전기전자 소재 등 다양한 형태의 물질을 정밀하게 절개 및 가공할 수 있는 차세대 기술로 활용하기 위한 연구에 매진하고 있다. 특히 펨토초 레이저는 관련 의료기기에서 가격 뿐만 아니라 기술적으로 가장 높은 비중을 차지한다.

KERI 연구팀은 100% 수입에 의존하고 있는 펨토초 레이저 광원을 국산화를 통해 기술 및 가격 경쟁력 확보하고 초정밀 수술용 의료기 산업의 원천기반기술을 확보, 국산화함으로써 국내업체의 해외시장 진출 경쟁력을 확보한다는 목표다.

이와 함께 KERI는 올해 ▶수요자 맞춤형 인공지능 청각보조의료기기 ▶암치료기용 레이저 가속기반 다중입자빔 발생을 위한 핵심원천기술 ▶신경 및 조직관류 순환장애 수술가이드용 조직기능 검진기술 ▶의료용 형광 전자내시경 시스템 개발 등의 성과를 거둘 수 있을 것으로 예상하고 있다.