"무게 6kg, 보조배터리로 구동"… 中, 세계 최소형 '손바닥 CT 스캐너' 개발

병원 진단실이나 대형 산업 현장에서 수 톤에 달하는 거대한 챔버 형태로만 쓰이던 컴퓨터 단층촬영(CT) 장비의 소형화 한계를 깨고, 중국 연구진이 데스크톱 스피커 크기에 무게가 단 6kg에 불과한 세계 최소형 휴대용 CT 스캐너를 개발하는 데 성공했다.

중국 산둥성 지난(濟南)에 본사를 둔 정밀 비파괴 검사 전문 기업 루이잉(Rayim·Ruiying Detection Technology)이 독자 개발한 ‘엑스토모 큐브(Xtomo-Cube)’는 한 손으로 들고 이동할 수 있을 정도로 작아 학계에서 ‘손바닥 크기의 CT 스캐너(Palm-sized CT)’라는 별칭을 얻었다.

특히 소비전력이 200W 수준에 불과해 일반 휴대용 보조 배터리나 소형 파워뱅크만으로 야외 구동이 가능하며, 유적 발굴 현장이나 오지에서 소형 화석과 고고학 유물, 생물 표본, 의약품 캡슐 등을 손상 없이 즉석에서 고정밀 3차원(3D)으로 들여다볼 수 있는 혁신적 비파괴 검사 솔루션으로 주목받고 있다.

9월 16일(현지시각) 홍콩 영자 일간지 사우스차이나모닝포스트(SCMP) 보도에 따르면, 중국과학원(CAS) 수석 엔지니어이자 루이잉의 총괄 매니저인 류바오둥(Liu Baodong)은 관영 과학기술일보(Science and Technology Daily)와의 인터뷰를 통해 엑스토모 큐브의 상용 개발 성공을 공식 발표했다.

이번 개발로 중국은 기존 독일 연구진이 보유하고 있던 종전 세계 최소형 CT 장비 무게 기록(19kg)을 3분의 1 이하 수준으로 대폭 경신했다.

CT(Computed Tomography)는 피사체를 회전시키며 여러 각도에서 투과시킨 X선 흡수 데이터를 컴퓨터 알고리즘으로 합성해 내부 구조를 정밀한 3차원 단층 영상으로 구현하는 기술이다.

1971년 영국 엔지니어 고드프리 하운스필드(Godfrey Hounsfield)가 개발한 인류 최초의 임상용 CT는 길이가 3미터에 달했고 머리 부위 2D 단층 사진 2장을 얻는 데만 5분이 소요됐다.

오늘날 병원용 전신 스캐너는 높이와 너비가 2미터, 무게가 2톤에 이르며, 첨단 부품용 산업용 CT는 수 톤에 달하는 거대한 방사선 차폐실을 요구한다.
엑스토모 큐브는 이러한 거대 설비를 가로 140mm, 세로 132mm, 높이 220mm의 초소형 폼팩터(부피 약 4리터) 안에 완벽하게 응축했다.

류바오둥 총괄 매니저는 "가장 큰 기술적 난제는 마이크로포커스 X선 광원, 정밀 회전 스테이지(플랫폼), 고감도 평판 검출기(Detector)라는 세 가지 핵심 하드웨어를 4리터 남짓한 소형 챔버 안에 밀집시키면서도 영상의 미세 해상도를 유지하는 것이었다"고 설명했다.

이어 "X선 발생 튜브부터 센서, 구동 모듈과 3D 재구성 소프트웨어에 이르는 전 핵심 부품을 100% 중국 독자 기술로 국산화해 설계·제작했다"고 강조했다.


초소형 크기에도 불구하고 내부 투시 능력은 정밀 연구용 장비에 뒤지지 않는다.

장비의 공간 해상도는 80마이크로미터(㎛·0.08mm) 수준으로, 사람의 머리카락 굵기에 맞먹는 미세 내부 균열과 격자 구조를 선명하게 식별할 수 있다.

달팽이 껍데기 같은 미소 생물 화석, 닭 뼈의 골밀도 구조, 제약 캡슐의 코팅 두께 및 내부 분말 충진 상태 등을 완벽하게 3차원 렌더링으로 추출해 낸다.

특히 전력 소비가 일반 가정용 전구 서너 개 수준인 200W에 그쳐, 전력망이 연결되지 않은 야외 고고학 발굴 현장이나 지질 조사 캠프에서도 휴대용 대용량 배터리팩 하나로 수십 회의 스캔을 연속 수행할 수 있다.

연구실로 화석 표본을 이송하는 과정에서 발생할 수 있는 훼손 위험을 원천 차단하고, 발굴 현장에서 즉시 3D 단층 데이터를 확보할 수 있는 기동성을 확보한 셈이다.


개발진은 이 기기가 전신 검사용 병원 스캐너를 대체하려는 목적이 아니라, 특화된 미세 표본 검사를 위한 '초소형 특수 목적 차량'이라고 정의했다.

류 매니저는 "자동차 시장에 스포츠카, 대형 트럭, 패밀리 세단이 있듯 CT 스캐너의 세계도 다양화되어야 한다"며 "엑스토모 큐브는 CT 세계의 '경차'로서, 모든 것을 다 찍는 것이 아니라 작고 정밀한 물체 내부를 현장에서 들여다보는 데 최적화된 도구"라고 비유했다.

아울러 비교적 낮은 에너지의 X선(관전압 50kVp 수준)을 사용해 방사선 안전성이 높고 차폐 부담이 적어 대학 강의실과 연구실 교육용으로도 각광받고 있다.

기존의 상용 고가 CT 장비들이 자체 알고리즘을 폐쇄형(블랙박스)으로 운용하는 것과 달리, 엑스토모 큐브는 투영(Projection) 데이터 수집 설정과 원시(Raw) 영상 데이터를 사용자에게 전면 개방했다.

이를 통해 컴퓨터공학 및 물리학 전공 학생과 연구자들이 독자적인 인공지능(AI) 영상 재구성 알고리즘을 직접 코딩하고 필터링 성능을 실험할 수 있는 개방형 R&D 플랫폼 역할을 겸한다.

중국 연구진의 6kg 손바닥 CT 스캐너 개발은, 향후 ‘수억 원대에 달하는 거대 고정형 장비에 묶여 있던 첨단 X선 3D 단층 검사 기술을 야외 필드와 소규모 실험실 단위로 완벽히 민주화(대중화)한 획기적인 하드웨어 혁신’인 동시에 ‘초소형 방사선원 및 검출기 기술의 국산화 수직계열화를 통해 글로벌 정밀 계측·비파괴 검사(NDT) 시장에서 중국의 독자적 제조 경쟁력을 각인시킨 중요한 이정표’로 작용할 전망이다.


신경원 글로벌이코노믹 기자 shincm@g-enews.com