지난해부터 개 구충제가 암 치료에 효과가 있다는 주장이 등장하며 암 환자들 및 일반 국민들에게도 크게 이슈가 되고 있습니다. 해당 의견에 대한 진실 유무를 떠나 이러한 주장이 사람들의 관심을 받는 이유는 우리나라에 많은 암 환자들이 존재할 뿐만 아니라 암이라는 병이 생각보다 먼 이야기가 아니라는 것을 알고 있기 때문이 아닐까 싶습니다. 그렇기 때문에 치료에 대한 열망도 크다는 뜻으로 볼 수 있는데요.
국가암관리위원회의 자료에 따르면 우리나라 국민이 기대수명인 83세까지 생존할 경우, 암 발생 확률이 35.5%에 달하고, 암 확진 후 현재 치료 중이거나 완치된 암 유병자 수는 약 187만 명, 국민 전체의 3.6%를 차지한다고 합니다. 암종별 생존율로는 갑상선암, 전립선암, 유방암 등의 생존율이 높은 것으로 나타났는데요. 여기서 전립선암과 유방암, 그리고 폐암은 방사선 치료 이용률이 높은 질환이기도 합니다. (*건강보험심사평가원 자료 참고)
암 치료는 질병의 상태와 진행 정도에 따라 치료 방식이 결정되는데, 치료 기술 중 하나인 방사선 암 치료 기술은 방사선을 암세포 영역에 조사, 세포의 생존에 필수적인 DNA(Deoxyribo Nucleotic Acid)와 세포막에 직접 혹은 간접적인 방식으로 손상을 주어 암세포를 치료하는 기술입니다. 신체 내부 종양 부위에 직접 방사성 동위 원소를 주입하는 '근접 조사 방식'과 신체 외부에서 종양 부위에 방사선을 조사하는 '외부 방사선 조사 방식'으로 분류됩니다.
▲ 선형가속기 기반 방사선 암 치료기 구조
외부 방사선 조사 방식의 경우, 방사선 발생 장치로써 선형가속기(LINAC, Linear Accelerator)가 사용되며 선형가속기는 MW 급 고출력 전자기파 에너지를 이용하여 전자빔 에너지는 MeV까지 가속시키고, 가속된 전자빔으로부터 MV 급 고에너지 X선을 발생시키는 원리를 활용합니다. 그리고 LINAC Head, 고출력 RF 시스템, 영상 유도 장치, Gantry 시스템, 카우치(Couch), 방사선 치료 계획(RTP, Radiation Treatment Planning) 시스템, 통합 제어 시스템 등으로 구성돼요.
선형가속기 기반 방사선 암 치료 기술 발전 현황
최신 방사선 치료 기술의 트렌드는 주변 정상조직의 방사선 피폭을 최소화하면서 암세포 부위에 고선량의 방사선을 조사시키기 위한 고정밀 방사선 치료 기술입니다. 고정밀 방사선 치료를 위해 다양한 방식의 방사선 치료 기술들이 개발되어 왔으며, 현재도 연구 중에 있습니다.
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- 3차원 입체조형 방사선 치료(3DCRT) : 종양 부위와 정상 장기의 위치를 입체적으로 분석하여 치료
- 세기조절 방사선 치료(IMRT) : 방사선 세기조절을 통한 정밀 치료
- 영상 유도 방사선 치료 (IGRT) : CT 또는 MRI 진단영상기기와 융합하여 치료 시, 종양 부위를 확인하면서 치료
- 로봇 융합 암 치료 : 다양한 방향에서의 방사선 조사를 통한 고정밀 치료
- 호흡동조방사선 치료(RGRT) : 호흡에 따른 장기와 종양의 위치 변화를 보정하며 치료
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▲ 선형가속기 기반 방사선 암 치료 기술 개발 현황
선형가속기 기반 암 치료기 시장 현황
국내 신규 암 환자 발생은 2013년 기준 22.5만여 건으로 암 발생률이 10만 명당 285.7명으로 연평균 3.4% 증가하였고, 세계 암 환자 발생은 2012년 1,400만 명에서 2030명 2,100만 명으로 신규 암 환자가 54% 증가할 것으로 예측되고 있습니다. 미국 암 환자의 60% 정도가 방사선 치료를 받고 있고, 국내에서도 전체 암 환자의 30% 정도가 방사선 치료를 받고 있는데요. 아시아에서 암 발병률이 가장 큰데 반해, 100만 명당 방사선 치료 기기 보급률은 미국이나 유럽에 비해 매우 미흡해 향후 방사선 치료 기기 시장이 빠르게 성장할 것으로 전망됩니다. 현재 방사선 암 치료기 세계 시장의 약 90%가량을 미국의 Varian Medical Systems, 스웨덴의 Elekta 등의 4개 사가 점유하고 있고 국내의 경우 현재 대당 50억~100억 원인 선형가속기 기반 방사선 암 치료기를 100% 수입에 의존하고 있는 상황입니다.
▲ 지역별 암 발생률 및 인구 대비 방사선 치료 기기 보급 비율
2017년 기준 세계 방사선 치료 기기 시장의 연평균 성장률은 6.8%이며, 2022년 시장 규모는 94.8억 달러, 외부 방사선 조사 방식의 방사선 치료 기기 시장 규모는 77.1억 달러로 예측됩니다. 방사선 치료 기기 품목별 시장 규모는 LINAC 치료기가 연평균 성장률 7.0%로 가장 큰 비중을 차지하고 있고, 사이버나이프(Cyberknife) 치료기는 연평균 6.2%의 성장률을 보이고 있습니다.
▲ 지역 및 치료 방식에 따른 방사선 치료 기기 시장 규모
선형가속기 기반 암 치료기 기술 동향
최신 정밀 치료 및 수술 기법의 발전은 정밀 영상 기술을 기반으로 하고 있어 선형가속기 기반 방사선 암 치료기도 영상진단기기와 치료 기기가 융복합화되는 추세입니다. 선형가속기 기반 방사선 암 치료기를 위한 영상 유도 기술은 MV-CT(Megavoltage-CT) 기술로부터 3D KV-CT(Kilovoltage-CT)로 발전하였으며, 최근에는 4D KV-CT를 적용하여 호흡에 의한 장기의 움직임을 예측하고 종양 추적 및 치료가 동시에 이루어지는 기술적 단계에 도달하였습니다. 연부조직(Soft Tissue)에 대한 해상도가 높고 영상용 방사선 피폭에 대한 위험성이 적은 MRI 영상에 의한 영상 유도 기술 또한 적용되고 있으며, 인공지능 기술의 발달로 방사선 암 치료 계획, 선량 제어, 암 치료기 구동제어 등에 인공지능 기술을 적용하기 위한 연구개발을 수행하고 있습니다. 방사선 암치료기용 선형가속기 구동 주파수 및 구동에 필요한 고출력 전자기파 출력에 따른 암 치료기 기술은 아래의 그림처럼 개발되었고, 암 치료기의 소형화 및 고선량 고속 치료 기술에 대한 개발 요구가 지속적으로 증가할 것으로 예상됩니다.
▲ 선형가속기 구동 주파수에 따른 암 치료기 기술
영상 유도 방사선 치료 기술은 영상 진단 기기와의 융합을 통해 체내 종양 위치를 실시간으로 추적하고, 정상 조직과의 정확한 구별을 통해 최적의 선량을 종양 조직에 조사하는 방식으로써 정밀한 방사선 치료가 가능합니다. 대표적인 영상 유도 방사선 치료기는 Varian Medical Systems(미국)의 TrueBeam과 Elecka(스웨덴)의 Versa HD가 있으며 Varian Medical Systems에서는 최근 성능이 보다 좋아진 Halcyon을 출시하기도 했습니다. 국내에서는 2012년부터 2017년까지 한국생산기술연구원, 한국전기연구원, 한국전자통신연구원, 가톨릭대학교 서울성모병원, (주)쎄크 연구컨소시엄이 수행한 '4D 영상 유도 기반 방사선 암 치료기 개발 연구는 세계 최초의 '4D CBCT(Conebeam CT) 시스템과 9.3GHz X-Band RF 기술 기반의 6MV 급 선형가속기 시스템이 융복합된 영상 유도 방사선 암 치료기'이며, 성균관대학교, 한국원자력연구원, 한국원자력의학원 연구컨소시엄이 2012년부터 2018년까지 수행한 선형 가속기 2개를 활용한 Dual Head Gantry LNONAC 암 치료기 개발 연구는 세계 최초의 '이중 헤드 방사선 암 치료기' 기술이기도 합니다.
▲ Varian Medical Systems의 TrueBeam / Elekta의 Versa HD <출처 : 각 제조사 홈페이지>
▲ Dual Head Gantry LINAC 암 치료기 (국내 기술) <출처 : 성균관대학교>
MRI 영상 유도 암 치료기 기술은 뛰어난 연조직 대비 특성과 영상 획득 과정에서 방사선 피폭이 없는 MRI 영상의 장점을 활용한 것입니다. 고해상도 영상진단기기인 MRI와 선형가속기의 융합은 자기장 간섭 문제로 인해 기술적인 난이도가 매우 높아 제품화까지 거의 20년이 소요되는데요. 2017년 ViewRay가 FDA 승인을 받아 최초로 제품화에 성공했고, Elekta는 2018년 7월에 CE, 같은 해 12월에 FDA 승인을 받아 상용제품화에 성공했습니다.
▲ ViewRay의 MRIdian LINAC <출처 : ViewRay 홈페이지>
영상 유도 암 치료기 외에도 정밀 로봇과 융합한 암 치료기 기술도 활용되고 있는데요. 대표적인 정밀 로봇 융합 방사선 암 치료기는 사이버나이프(Cyberknife)를 들 수 있습니다. 사이버나이프의 경우 선형가속기를 첨단 로봇의 팔에 장착하여 다양한 각도에서 자유자재로 종양 부위에 방사선 조사가 가능합니다. 그 외에 고선량의 방사선을 매우 짧은 시간 내에 작은 크기의 병변에 집중적으로 조사하여 치료 효과를 향상시키고 치료 시간은 줄이는 방식의 방사선 치료 기술이 현재 연구되고 있습니다.
▲ Accuray의 Cyberknife <출처 : Accuray 홈페이지>
선형가속기 기반 암 치료기 표준 현황
방사선 암 치료기의 국제표준은 IEC(International Electrotechnical Commission, 국제전기기술위원회) TC62C에서 개발하고 있으며, TC62C는 방사선 요법, 핵의학 및 방사선량 측정기기에 관한 표준을 담당하고 있습니다. 선형가속기 기반 방사선 암 치료기의 표준은 전 세계 시장을 지배하고 있는 미국, 스웨덴 등의 기술 선진국이 주도하고 있으며, 국내의 경우 국제 표준에 부합하여 대응되도록 국내 표준(KS)을 제정하여 활용하고 있으며, 고정밀 암 치료를 위한 영상 유도 기술의 발전을 반영하여 X선 기반 영상 유도 방사선 치료의 기본 안전 및 필수 성능에 대한 개별 요구 사항 표준인 IEC 60601-2-68 표준이 제정되었습니다.
▲ 선형가속기 기반 암 치료기 주요 국제표준
▶ ‘선형가속기 기반 암 치료기 기술 동향과 산업 현황’에 대한
자세한 내용은 <KEIT PD 이슈리포트> 2019년 12월 호에서 확인하실 수 있습니다.
선형가속기 기반 암 치료기 분야는 고부가가치 산업 기술임에도 불구하고, 국내의 경우 전량 수입하는 해외 의존도가 매우 높은 기술 분야입니다. 또한 산업적․국가 전략적인 이유로 기술 보유국과의 기술협력이 어렵고, 국내 산업체 중심의 기술 개발이 용이하지 않아 국가 주도의 기술 육성 및 확보가 필요한 기술 분야이기도 합니다. 또한 세계시장에 국내 기업이 진출하기 위해서는 기술 개발 단계에서부터 국제표준과의 부합성을 고려하고, 암 치료기 산업화를 위해 사용자 적합성, 국제표준 부합성, 임상시험 및 의료기기 인허가를 위한 사전 준비가 기술 개발과 병행해서 준비되어야 합니다. 암 치료기의 국제 경쟁력 확보를 위해 소형 경량화 기술, 고선량 고속화 기술, 실시간 영상 유도 기술, 고속 고정밀 치료 계획 기술 개발이 지속적으로 필요한 만큼 우리나라의 암 치료기 분야의 연구개발과 지원 등에 적극적인 자세를 기대해 봅니다.
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