ETRI 연구진이 디지털 엑스선 소스로 촬영한 결과물을 점검하고 있다. (사진=ETRI 제공)
국내 연구진이 엑스선(X-ray)을 생성하는 전자원(소스)을 디지털로 바꿔 방사선 노출을 대폭 줄이는 데 성공했다.
한국전자통신연구원(ETRI)은 탄소나노튜브(CNT) 기반 디지털 엑스선 소스를 개발해 세계 최초로 상용화에 성공했다고 15일 밝혔다.
엑스선은 의료진단과 산업용 제품 검사 등에 쓰이는 전자기파로 엑스선을 만드는 소스는 주로 진공도가 높은 공간에서 높은 에너지를 지닌 전자빔을 금속과 충돌 시켜 만든다.
이때 전자빔을 발생시키는 방법에 따라 엑스선 소스의 작동 방식이 결정된다. 기존에는 필라멘트를 2000도의 고온으로 가열해 전자를 발생하는 방식을 사용해왔다.
하지만 이 방식은 불필요한 방사선 피폭에 노출될 위험이 있고 영상의 선명도나 검사 시간을 개선하는 데도 한계가 있었다.
연구진은 특화된 고온 진공밀봉 기술을 통해 세계 최초로 상용 수준의 엑스선 튜브를 개발했다. 열을 이용한 기존 전자빔 발생 방식 대신 전기 신호를 이용했다.
탄소나노튜브가 밀집된 전자원 외부 자극에 의해 전자를 방출하는 소자에 일정 값 이상 전기를 걸면 즉각적으로 전자가 발생하는 현상에 착안해 엑스선 소스에 적용한 것이다.
기존 가열 방식은 온도 조절을 통해 전자가 발생하면서 엑스선이 방출되기 때문에 정량적인 작동이 어렵고 즉각적 제어가 불가능해 검사 시간 외에도 방사선 노출이 있었다.
연구진 기술은 전기 신호로 전자가 방출되는 정도를 직접 제어하기 때문에 필요한 순간에만 전기를 걸어 엑스선을 방출한다.
방사선이 나오도록 제어하면서 노출 수준을 기존 대비 50%로 낮출 수 있고 피사체의 움직임을 고려한 전기신호 제어 시 최대 10% 수준으로 낮출 수 있다는 게 연구진의 설명이다.
ETRI 연구진이 개발한 디지털 엑스선 소스 기술. (사진=ETRI 제공)
또한 연구진의 디지털 방식은 수백 나노초(ns) 수준으로 전류 제어가 가능해 수십 밀리초(ms) 수준으로 제어하는 기존 아날로그 방식보다 최대 1만 배 이상 빠른 속도로 정밀한 촬영이 가능하다.
물체의 움직임에 따라 촬영 속도도 유연하게 조절할 수 있어 혈관 수술 시 엑스선 영상 촬영의 잔상을 줄이고 보다 선명한 영상을 얻을 수 있다.
연구진 기술은 가열이 불필요해 건전지(AA) 크기의 장비 경량화로 제품화가 가능하다. 휴대하기 쉽게 작게 만들고 엑스선을 정밀하게 조절할 수 있다는 장점 덕분에 현재 중견기업 2곳을 포함해 7개 관련 업체에 기술을 이전했다.
연구진은 향후 해당 기술을 3차원 컴퓨터단층촬영(CT) 시스템에 적용할 수 있도록 출력을 높이고 관련 시스템을 개발할 계획이다.