Ⅳ. 연구개발 결과 ◯ 2023년 5월 기준 세계적으로 109기의 양성자 치료기, 15기의 중입자 치료기 그리고 3기의 붕소 중성자 포획 치료기가 운영되고 있으며, 건설 중이거나 임상 중인 양성자 치료기는 33기, 중입자 치료기는 4기 그리고 붕소 중성자 포획 치료기는 12기임 ◯ 양성자 치료기의 경우 초기에는 싱크로트론이 양성자 치료에 적합한 가속기 형태라고 여겨졌으나, IBA에서 양성자 치료기 전용 사이클로트론을 개발한 이후에는, 운영 중인 양성자 치료기의 70% 정도를 사이클로트론 형태의 가속기가 차지하고 있음. 최근에는 초전도 기술을 바탕으로 한 싱크로사이클로트론을 개발하여 장치를 소형화, 경량화하는 방향으로 기술이 발전하고 있으며, 이를 기반으로 한 single room 치료기의 수요가 증가하고, 갠트리에 사이클로트론을 탑재한 치료기도 등장하고 있으며, 기존의 passive scanning 방식에서 pencil beam을 이용한 active scanning 방식으로 바뀌고 있음 ◯ 중입자 치료기의 경우에는 초기부터 싱크로트론이 사용되었으며, 다가 이온원 개선, 선형가속기 (RFQ, DTL) 개선이 이루어졌음. 중입자 치료기는 탄소 빔의 magnetic rigidity가 크기 때문에 1994년 치료를 시작한 이후 계속 받침대 치료를 하다가, 2012년에 비로소 상전도 갠트리를 개발하여 치료에 사용하였음. 이후 초전도 갠트리를 개발하여 2017년도에 치료에 사용하였고, 이후 초전도 갠트리가 중입자 치료에 보편적으로 사용되고 있으며, 중입자 치료기의 경우에는 가속기 자체보다도 갠트리가 치료기의 발전을 이끌었다고 볼 수 있음. 또한 싱크로트론의 특성상 에너지 조절이 가능하므로 voxel 단위로 빔을 조사하는 active scanning 방식을 사용하고 있음 ◯ 붕소 중성자 포획 치료기의 경우 고출력 양성자가속기 기술 개발과 표적 물질 및 설계기술의 발전에 따라 초기 30 MeV 에너지의 양성자를 베릴륨 표적에 충돌시켜 많은 중성자를 발생시키는 방법으로부터, 고출력 양성자가속기를 이용하여 가속한 8 MeV 정도의 양성자를 베릴륨 표적에 충돌시키고, 이로부터 발생하는 고에너지 중성자를 효율적으로 감속시켜 치료에 적합한 에너지 범위의 중성자를 얻는 방법으로의 기술 전환이 일어났음. 최근에는 2.5 MeV 양성자를 리튬 표적에 충돌시켜 중성자를 얻는 기술도 개발되고 있으며, 에너지가 낮으므로 기존의 고주파 선형가속기 이외에 정전형 가속기도 사용할 수 있어 그 다양성이 증가하고 있음. 또한, 장치의 효율성을 높이기 위하여 안정적인 가속기 운영 기술 이외에 표적설계 및 중성자 수송 기술 그리고 약물 개발이 중요함 ◯ 국내에서 양성자 치료기에 관한 연구는 많이 되어 왔음. 국립암센터, 서울삼성병원에서 양성자 치료기를 성공적으로 운영하고 있고, 이를 바탕으로 장치 특성 파악, 운영 기술 그리고 치료계획시스템 운영에 대해서는 많은 경험이 있음. 사이클 로트론과 관련해서는 13 MeV 사이클로트론, 30 MeV 사이클로트론을 국내기술로 개발한 경험이 있기 때문에, 전통적인 사이클로트론에 대해서도 기술력을 갖고 있음. 그러나 소형화, 경량화를 목표로 발전하고 있는 초전도 싱크로사이클로트론에 대한 국내 기술력 정도는 낮은 수준이라고 판단됨. 다만 초전도 기술, 사이클로트론 설계기술 등 개별 기술력은 보유하고 있으므로 조건이 갖추어진다면 기술력 확보는 무리가 없을 것으로 판단됨. 갠트리에 대해서는 구조물, 전자석 등 개별 부품에 대한 제작 기술은 갖추고 있는 것으로 알려져 있으나, 갠트리 통합 기술은 확보해야 함 ◯ 국내에서 중입자 치료기 연구는 산발적으로 되어 왔으며, 그 양적인 면에서 양성자 치료기 연구에 비해서 적었음. 다가 이온원 기술, 선형가속기 기술은 국내 대형 가속기 건설 시 확보하였음. 중입자 싱크로트론 기술은 전자석 기술, 전원 기술 등의 부품 기술은 확보하였으나, 주파수 가변 가속관, 빔 입사, 인출 기술은 확보해야 할 기술임. 양성자 치료기와 마찬가지로 갠트리 기술은 확보해야 하며, 특히 중입자 치료기에 필요한 초전도 갠트리 기술은 상전도 갠트리 기술보다 난이도가 높은 것으로 평가됨 ◯ 붕소 중성자 포획 치료기는 전 시스템을 국내기업인 다원 메닥스에서 개발하여 임상 시험 중에 있으며 입자방사선치료기의 국산화를 이룬 첫 번째 사례라고 볼 수 있음. 개발자들의 헌신적인 노력과 더불어 국내 대형 가속기 건설 시 확보한 이온원, 선형가속기 (RFQ, DTL) 기술 경험, 원자로 설계 운영에 사용되었던 표적 설계, 중성자 수송, 방사선 차폐 기술, 그리고 국외 시설개발자들의 경험 등이 어우러져 이룬 결과라고 판단됨. 치료계획시스템 역시 자체 개발함으로써 치료기에 대한 전반적인 기술 국산화를 이루었음. 임상 시험을 통하여 치료기의 안정성, 치료효과 등을 실증하는 것이 중요한 과제임 ◯ 양성자 치료기, 중입자 치료기에 사용되는 치료계획시스템은 상용 시스템을 구매하여 사용하고 있음. X선 치료기의 경우 국산화한 것으로 알려져 있으나, 이들 시스템에 대해서는 아직 시도되지 않고 있고, 기술력과 더불어 사용자의 기호에 의존도가 높은 부분이기 때문에 기술력 이외의 요소가 큰 부분이라고 판단됨 ◯ 이와 같은 국내기술현황 분석을 통하여 볼 때 국내에서의 치료기 관련 기반 기술은 많은 부분 확보하고 있으며, 치료계획, 검출기 등 기초연구도 되어 왔으나, 이것들이 개별적, 단편적인 것에 그치고 지속적인 연구가 이루어지지 않아 치료기 기술이라는 통합 기술로서 열매를 맺지 못하고, 선진국과의 기술 격차는 시간이 지날수록 커지고 있음. 또한, 기술 개발을 하더라도 식약처 허가를 거쳐 의료현장에 적용되기에는 1) 긴 시간 소요, 2) 그 기간 동안 지속적인 예산 투입, 3) 익숙한 장비 선호, 4) 국산 의료기기에 대한 인식 등 넘어야 할 현실적인 장벽이 많음 ◯ 입자 방사선 치료기의 핵심기술을 확보하는 것이 의미가 있으려면, 확보한 기술이 의료 현장에 적용되고, 사용되고, 개선을 이루어 기술 선진국과의 기술 격차를 줄이고, 더 나아가 미래 첨단 치료 기술 분야에서 기술을 선점할 수 있는 영역을 확보하는 것임. 확보한 기술을 의료 현장에 적용하기 위해서는 현실적인 장벽을 제거해야 하며, 1) 국내에서 보유하고 있는 개별 기술을 통합시켜 입자 방사선 치료기 기반 기술로 승화시키기 위한 추진력 필요, 2) 긴 시간 동안 지속적으로 예산 투입 필요, 3) 의료진 혹은 의료 관련 연구자들의 국내 개발 장비 사용에 대한 익숙함과 국산 장비 안전성에 대한 인식 전환이 필요함 ◯ 이를 위하여 다음의 두 가지 방안을 제안함. 1) 현재까지 다양한 경로로 확보한 기반 기술을, 치료기 개발을 목표로 한 방향성 있는 기술로 지속성을 가지고 연구할 수 있는 시스템 마련, 2) 치료기 기반 기술을 통합한 통합 기술 개발 및 첨단치료 기술 개발 그리고 국내 의학 연구자들이 직접 참여하여 치료기 개발의 방향을 제시할 수 있는 구심점 마련이 그것임 ◯ 첫 번째 방향의 경우 현재 보유하고 있는 각종 가속기 기반 기술을 이용하여 치료기 요소 기술 개발이라는 명확한 목표를 설정하고 지속적으로 지원하는 시스템이 필요하며, 이것은 보유기술의 지속적인 유지 및 기술 향상 그리고 개발인력의 유지 측면에서도 매우 중요함. 이때 개발 방향은 cost down과 compact size가 되어야 함 ◯ 두 번째 방향의 경우 국가 주도로 입자 방사선 치료 기술개발의 구심점 역할을 할 수 있는 거점을 만들고, 이곳에 양성자, 중입자, 중성자 치료기술을 개발할 수 있는 복합 입자방사선치료연구시설을 설치하여 의학 관련 연구자들이 충분한 연구를 할 수 있도록 종합 연구 환경을 구축하는 것이며, 이 시설의 목적은 상업용 치료기 자체를 개발하는 것이 아니라, 연구용 시설을 개발함으로써 치료기 통합기술 확보 (가속장치의 안정적 운영, 빔 조절기술, 제어 기술, 검출기 기술, 치료 기술, 치료계획 개발 등)를 위한 것과 첨단 치료 기술 연구를 위한 것임 ◯ 이를 통하여 국제적으로 첨단 치료기술 분야의 최신 기술용역을 선점을 할 수 있는 기반을 마련할 수 있으며, 장치, 치료관련 기술 개발 및 인력 양성뿐만 아니라 의학 연구자들의 국산 장치에 대한 인식 변화를 통하여 국내 치료기가 의료 현장에 투입되어 사용됨으로써 국민의 삶의 질 향상에 이바지할 것으로 기대함 (출처 : 요약문 4p)
- 연구책임자 : 권혁중
- 주관연구기관 : 한국원자력연구원
- 발행년도 : 20230600
- Keyword : 1. 입자방사선치료;양성자 치료;중입자 치료;붕소 중성자 치료;입자 가속기;갠트리;치료계획시스템; 2. Particle radiation therapy;Proton therapy;Heavy ion therapy;Boron neutron capture therapy (BNCT);Particle accelerator;Gantry;Treatment planning system;
