전기연구원이 의료기기 분야 연구를 중점 전략사업으로 추진하면서 가시적인 성과를 내고 있다. 사진은 첨단의료기기 연구 장면.

한국전기연구원(KERI)이 전기기술과 의료기술을 융합한 첨단의료기기 신기술을 연거푸 쏟아내면서 주목받고 있다. KERI가 정부출연연구기관으로서는 드물게 의료기기 분야 연구를 중점 전략사업으로 추진하고 있는 것도 눈길을 끈다.

의료기술의 혁신을 통해 국내 의료기기 산업의 국제 경쟁력을 확보하고 국민의 삶의 질을 향상시키는 게 KERI가 추구하는 목표다.

전 세계적으로 고령화 사회 진입이 빨라지고 평균수명이 늘어나면서 의료기기 수요가 폭발적으로 성장하고 있다. 고부가가치 산업으로 떠오른 세계 의료시장 규모는 3,360억 달러에 달한다.

하지만 우리나라가 차지하는 비중은 1.7%(58억 달러)에 불과해 대다수 고가의 의료기기를 수입에 의존하는 실정이다. 다양한 신개념 의료기기 연구와 산업화를 위한 기술 개발 목소리가 높은 것도 이 때문이다.

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·IT기술 융합 모바일 헬스 기술 등을 집중 개발 중이다.

수요자 맞춤형 의료기기와 보조기구의 개발ㆍ보급ㆍ확산을 위해 지방자치단체·대학·병원과도 적극 협력하고 있다. 지난해 6월 ‘항노화산업’을 집중·육성해 온 경남도를 비롯해, 인제대· 삼성창원병원·경남테크노파크와 MOU를 체결하고 경남지역 의료기기 산업 육성에 나선 것이 대표적인 예이다.

같은 해 3월에는 중앙보훈병원·과학기술연구원·서울대병원 등 4개 기관과 ‘스마트 의지 개발을 위한 협약’을 맺었다. 똑똑한(스마트) 로봇으로 절단 장애인들의 손과 발이 돼주는 의지(義肢) 기술의 상용화에 본격적으로 나섰다

실제 의료현장에서 적용 가능한 의료기기 개발을 위해 주요 대형병원들과도 손을 맞잡았다. 서울대병원·중앙보훈병원·카톨릭중앙의료원·서울성모병원 등 14개 의료기관과 공동연구·협력 협약을 맺고 개발 단계에서부터 의료진의 의견을 반영하는 한편, 공동 임상 연구를 통해 검증하고 있다.

사진은 첨단의료기기 연구 장면

가시적인 성과도 속속 나오고 있다. 사용자 친화형 스마트 보청기·세계 최고 수준의 스마트 보청기와 전임상 전자내시경·초정밀 수술용 펨토초 레이저 기술 개발 성과가 대표적이다.  ‘사용자 친화형 스마트 보청기’는 기존 보청기에 무선 통신·충전기술을 접목했다.

‘환경 잡음 제거 알고리즘 기술’을 기반으로 복잡한 외부환경에도 아주 작은 전력만으로도 소리를 또렷하게 들을 수 있다. 무선충전 기술로 배터리를 교환하는 어려움 없이 사용자의 비용 부담을 줄였다.

이 기술은 지난 해 9월 착수기술료(정액기술료) 11억 원에 음향제품 전문기업인 ㈜이엠텍에 기술 이전됐다. 제품 상용화를 통해 고성능 스마트 보청기를 합리적 가격으로 공급하고, 다양한 청각 보조 의료기기 제품에도 적용할 수 있어 국내 난청 환자들의 복지향상에 기여할 전망이다.

유방암 진단 효율을 획기적으로 높인 ‘유방암 조기 진단용 3차원 DBT/DOT 융합영상 및 자동병변 검출시스템 기술’도 KERI의 작품이다. 기존 촬영기술과 달리 유방을 방사선과 근적외선을 사용한 3차원 융합단층영상으로 관찰할 수 있다. 이 기술은 국가과학기술연구회 ‘2017년 출연(연) 10대 우수 연구성과’로 뽑혔다.

아울러 투시된 엑스레이를 눈에 보이는 디지털 영상정보로 바꿔주는 역할을 하는 3차원 유방암 조기 진단기기의 핵심 부품 디텍터(detector)를 국내 최초로 개발, 기술 이전했다.

‘암치료기용 레이저 가속기반 다중 입자빔 발생을 위한 핵심원천기술 개발’·‘O-arm CT 융합 방사선치료기 개발’ 등에도 참여하고 있다.

앞서 개발한 ‘암 조기 진단용 스펙트럴 CT 및 생체형광 융합 영상진단시스템’ 기술은 우수성과 혁신성을 인정받아 지난해 5월 ‘국제 기술공모전(NI EIA 2017) 선행연구’ 분야 준우승을 차지했다.

KERI는 올해도 많은 성과물을 예고했다. △수요자 맞춤형 인공지능 청각보조의료기기 △암치료기용 레이저 가속기반 다중입자빔 발생을 위한 핵심원천기술 △신경 및 조직관류 순환장애 수술가이드용 조직기능 검진기술 △의료용 형광 전자내시경 시스템 분야에서 의미있는 성과가 나타날 것으로 내다봤다.

▲ 스마트 보청기 
KERI는 스마트 보청기 개발을 탑다운 과제로 선정, 집중 연구하고 있다. 고령 난청 인구의 증가에 따른 보청기 수요 증가에도 높은 제품 가격과 사용상의 불편함으로 인해 활성화되지 못하는 상황을 타계할 방침이다.

KERI가 개발하는 스마트 보청기는 단순한 보청 기능을 뛰어넘어 저전력 무선통신 기술·생체센서 기술·적응형 음향신호처리 기술 등을 융합해 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.

연구팀은 사물인터넷 등 새로운 기술의 융합을 통해 보청기 국산화율을 크게 개선하고, 스마트 기기와 연동한 다양한 서비스를 제공, 보청기 산업의 국가 경쟁력 확보를 지원한다는 계획이다.

저가격 고급형 국산 보청기 개발과 보급이 타깃이다. 국민의 의료비 지출 감소와 증가하고 있는 노령 난청 환자 및 청년 난청자들의 사회 적응 애로점을 해결해 삶의 질 향상에 기여할 것으로 기대하고 있다.

과제가 성공적으로 종료되면 기술이전 국내 기업들이 3년 이내에 세계 시장 3%, 5년 이내 6% 확보가 가능해져 연 7,000억원의 수출효과를 거둘 것으로 추정된다.

▲ 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 러시아 연구소·기업과도 국제공동연구를 진행 중이다.

내시경은 미래성장 가능성과 확장성이 매우 높은 의료기기다. 2018년 세계 시장규모는 약 60억달러 이상으로 예상된다. 현재 국내 내시경 시장은 96% 이상이 수입제품이다. 소화기용 연성 전자내시경은 전량 수입에 의존하는 실정이다. KERI는 일본 기업이 독점하고 있는 내시경의 핵심 기술을 선도적으로 개발해 내시경 산업 국산화를 지원하고 글로벌 기술 경쟁력을 확보할 계획이다.

이를 위해 사전 기획과정에서 도출된 의료진의 요구사항과 세계적 기술 동향 등을 반영해 ‘의료용 형광 전자내시경 시스템 개발’을 목표로 연구를 진행하고 있다.

병원 전문가들과 함께 협력 연구에 나서 동물 실험·임상 자문 등을 진행해 신속한 상용화가 가능한 시스템 기술을 확보하고 있다. 신속 정밀 진단을 위한 영상 진단 기술과 ICT 기술을 접목시켜 차별화된 내시경 기술로 진화시킨다.

연구팀은 고부가가치 기술 집약형 첨단의료기기의 핵심기술 확보로 신속한 시장진입 및 선진국형 의료사업 시장 진입이 가능할 것으로 기대하고 있다.

▲ 의료용 펨토초 레이저
펨토초 레이저는 1000조분의 1초라는 극히 짧은 펄스폭을 갖는 레이저를 말한다. 기존 나노초 레이저나 연속파 레이저에 비해 펄스폭이 짧고 첨두출력(peak power)이 세다. 광범위한 분야 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 구현해냈다.

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

KERI는 생체조직의 미세 수술뿐만 아니라 OLED, 유연디스플레이를 포함하는 유기재료와 전기전자 소재 등 다양한 형태의 물질을 정밀하게 절개하고 가공할 수 있는 차세대 기술로 활용하고자 연구에 매진하고 있다.

노령인구 증가에 따라 백내장·녹내장 등 안과 수술이 매년 급증하는 데다, 건강한 삶에 대한 관심이 높아진 국민의 보건 향상을 위해 더 정밀하고 안정적인 초정밀 수술용 의료기기 개발과 이를 위한 의료용 펨토초 레이저 개발이 필요하다. 그러나 펨토초 레이저 광원은 전량 수입에 의존하고 있어 국내 기업의 초정밀 수술용 의료기기 시장진입이 불가능한 상황이다.

의료용 펨토초 레이저는 의료용 수술기 뿐만 아니라 이광자 현미경·OCT(빛간섭단층촬영) 등 바이오/의료 영상진단장비 등에 응용될 수 있는 요소기술이다. 고출력 펨토초 레이저는 반도체·디스플레이·태양전지·발광반도체 등 다양한 산업분야에서 차세대 초미세 레이저 가공 응용성을 갖고 있는 핵심 기술이다.

KERI 연구팀은 100% 수입에 의존하고 있는 펨토초 레이저 광원을 국산화함으로써 국내업체의 해외시장 진출 경쟁력을 배가키로 했다. 기술·가격 경쟁력과 초정밀 수술용 의료기 산업의 원천 기반기술 확보가 목표다.