표준연, '고출력 초음파' 측정 기술 개발... 해외 보급까지

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한국표준과학연구원(원장 박상열)이 고출력 초음파 측정을 위한 표준 기술을 개발했다. 일부 기술은 외국에 제공했다. 앞으로 고출력 초음파를 다루는 의료 기기 분야의 글로벌 경쟁력 확보에 큰 도움이 될 것으로 보인다.

표준연은 의료융합측정표준센터 연구팀이 고출력 초음파 측정 성능을 혁신시킨 고성능 표적 물질, 초음파 변환기를 개발했다고 18일 밝혔다.

한국표준과학연구원이 개발한 고출력 초음파 측정용 표적물질.
<한국표준과학연구원이 개발한 고출력 초음파 측정용 표적물질.>

고출력 초음파는 체외에서 체내 암 세포나 종양을 제거할 때 주로 쓰인다. 파장을 한 부분에 집중시켜서 이상 세포를 태워 소멸시키는 '집속 초음파 치료'에 활용된다. 목표 지점 외에는 전혀 영향을 미치지 않으며, 피부를 절개할 필요도 없다.

그러나 강도가 센 표적 물질은 개발하기 어려워서 기기별 초음파 출력을 정확하게 측정할 수 없었다. 표적 물질이 고출력 초음파에 녹아내리기 때문이다. 기존의 표적 물질이 일부 초음파를 반사하는 것도 문제였다. 초음파가 반사되면 정확한 측정값을 얻을 수 없다.

연구팀은 고출력 초음파를 견뎌 내면서 초음파 반사율도 줄인 표적 물질을 개발했다. 기존의 고무 소재에 열용량(물체의 온도를 1도 올리는데 필요한 열량)이 높은 '음향 산란제'를 첨가, 두 마리 토끼를 잡았다. 열용량이 높은 음향 산란제는 표적 물질의 온도가 높아지는 것을 막아 주면서 초음파를 물질 안에 가두는 역할을 한다.

개선된 표적 물질은 300와트(W) 고출력 초음파를 맞으면서도 60도 정도의 내부 온도를 유지했다. 외부 초음파는 0.002%만 반사했다. 기존의 표적 물질 반사율은 0.1%다.

연구팀은 260W의 고출력을 내면서 출력 오차를 최소화한 초음파 변환기도 개발했다. 초음파 변환기는 출력이 높아질수록 오차도 커진다.

김용태 한국표준과학연구원 의료융합측정표준센터 센터장이 초음파 표준변환기를 살피고 있다.
<김용태 한국표준과학연구원 의료융합측정표준센터 센터장이 초음파 표준변환기를 살피고 있다.>

연구팀은 초음파 변환기 구조를 단순 및 효율화해서 고성능, 고기능성을 확보했다. 변환기 내부 부가 요소를 제거하면서 재설계 및 실험 과정을 거듭했다. 이 결과 2014년 20W 미만이던 자체 개발 기기의 초음파 출력을 현재 260W까지 끌어올렸다. 출력 오차는 3%대다. 상용 제품의 출력 오차는 6~7% 수준이다.

이 기술은 외국에도 보급했다. 지난달 초에는 자체 개발한 초음파 변환기를 이집트 표준기관에 기증했다.

김용태 센터장은 “많은 시행착오를 거치면서 고출력 초음파 출력 분야에서 높은 성과를 거뒀다”면서 “이들 기술을 외국에 보급하면서 표준연의 위상도 높아 가고 있다”고 말했다.

대전=김영준기자 kyj85@etnews.com