KR100251423B1 - 채강 내면에 예상선속량을 공급하기 위한 x-선장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 체강을 형성하는 면에 조사하기 위한 X-선소오스(10)에 관한 것이다. 이 소오스는 하우징(12), 기다란 관상 프로우브(14), 타킷트조립체(26)와 팽창형 기낭(410)으로 구성된다. 하우징(12)에는 전자빔소오스(22)가 내장되어 있으며 빔진로를 따라 전자빔을 발생하기 위한 요소(23)를 포함한다. 관상프로우브(14)는 빔진로의 둘레에서 하우징(12)으로부터 중심축선을 따라 연장된다. 타킷트조립체(26)는 이에 투사되는 전자에 응답하여 X-선을 방출하는 타킷트요소(26A), (26B)를 포함한다. 프로우브팁조립체와 이에 결합된 제어전자장치는 빔진로내에 타킷트요소를 배치시키기 위한 요소를 포함하고 X-선이 투과할 수 있게 되어 있다. 말단부에 고정된 기낭(410)은 체강을 확장시키도록 팽창되어 체강을 형성하는 면에 균일한 방사선의 조사가 이루어질 수 있도록 팽창가능하게 되어 있다.

Description

체강내면에 예상선속량을 공급하기 위한 X-선 장치

본 발명은 특정영역에 일정한 레벨 또는 간헐레벨이 X-선을 공급하는데 사용하기 위한 소형 저전압 프로그램가능한 X-선 소오스에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 체강(體腔)의 내부면에 균일한 X-선 선속을 공급하기 위한 장치와 방법에 관한 것이다.

대부분 통상적인 의료용 X-선 소오스는 대형이고 위치를 옮길 수 없는 기계이다. 일반적으로 X-선 튜우브의 헤드는 한 장소에 설치되고 콘트롤 콘솔은 보호벽이 있고 투시창이 있는 별도의 인접한 영역에 설치된다. 전형적으로 X-선 튜우브는 길이가 20-35㎝이고 직경은 15㎝이다. X-선 튜우브가 설치된 방의 한 모서리에 배치된 용기내에 고압전원이 장치된다. 환자는 이 기계에 옮겨져 진다. 치료 또는 완화치료를 받게된다.

전형적으로 진단용 X-선 장치는 150킬로볼트이하의 전압과 약 25-1200밀리암페어(㎃)의 전류로 작동된다. 이에 반하여 치료용장치에서는 전류가 20㎃를 넘지 아니하고 전압은 150㎸이상이다. X-선장치가 공칭전압 10-140㎸에서 작동될 때에 방사된 X-선은 제한된 범위의 조직에 침투하여 피부상해를 치료하는데 유용하다. 고압(약 250㎸)에서는 X-선이 깊게 침투하므로 주요신체종양의 치료에 유용하다. 4-8메가볼트(MV)영역에서 작동가능한 초고압장치는 표피상해를 제외하고 모든 형태의 종양을 녹이거나 파괴하는데 이용된다.

통상적인 X-선 튜우브는 애노우드, 그리드 및 캐소우드 조립체를 포함한다. 캐소우드조립체는 앤우드와 그리드에 의하여 형성된 전기장에 의하여 타킷트로 향하는 전자빔을 발생한다. 타킷트는 다시 투사전자빔에 응답하여 X-선 방사상을 방사한다. 일반적으로 환자에 의하여 흡수되는 방사선은 튜우브의 윈도우를 통하여 X-선 튜우브내의 타킷트로부터 전달되는 것이므로 전달손실을 고려한다. 전형적으로 이러한 윈도우는 베릴륨이나 기타 적당한 물질로 된 얇은 부분으로 되어 있다. 전형적인 X-선 장치에서, 캐소우드 조립체는 4암페어(A)이상의 전류로 저항가열될때에 열이온적으로 전자를 방출하는 직경이 약 2㎜이고 길이가 1-2㎝인 규화텅스텐코일로 구성된다. 이 코일은 타킷트로서 작용하는 대향측 애노우드에 전자빔을 작은 점으로 집속하는 금속제 집속컵으로 둘러싸여 있다. 그리드를 갖는 형태에 있어서는 그리드가 전자빔의 진로를 제어하고 이들을 집속한다.

캐소우드로부터 애노우드로의 전자빔의 전달은 1A이상의 전류에서는 통상적인 X-선장치에서 현저하게 되는 경향이 있는 전자공간전하력에 의하여 영향을 받는다. 이러한 통상적인 장치에 있어서, 빔은 어느 경우에나 직경이 0.3-2.5㎜인 점으로 애노우드에 집속된다. 대부분의 경우에 있어서, 전자빔으로부터 대부분의 에너지는 애노우드에서 열로 전환된다. 이러한 열에 적응토록 의료용 고압 X-선 소오스는 액체냉각 및 신속회전형 애노우드를 이용하므로서 유효타킷트면적을 넓히고 집속점이 작도록하여 국부가열효과를 최소화한다. 열전도성과 열분산성을 양호하게 하기 위하여 전형적으로 애노우드는 구리로 제작된다. 아울러, 전자빔이 투사되는 애노우드의 영역은 효과적인 X-선 발생을 위하여 고원자가의 물질을 필요로 한다. 열전도성, 효과적인 열분산성 및 효과적인 X-선 발생의 조건에 부합토록 구리내부에는 전형적으로 텅스텐 합금이 매입된다.

실제로, X-선 소오스로부터의 총노출양은 전자빔의 시간적분에 비례한다. 노출시간이 비교적 긴 경우(예를 들어 1-3초간), 애노우드온도가 현저히 상승하여 애노우드가 작열하게 되므로서 일부표면이 녹아들어가서 방사선출력을 떨어뜨린다. 그러나, 튜우브의 코일형 캐소우드 필라멘트의 열증발은 통상적인 튜우브이상에 대부분의 원인이 된다.

X-선 발생의 효율은 전자빔 전류와는 전자빔 전류와는 관계가 없으나 가속적압에는 크게관계가 있다. 60㎸이하에서는 전자로부터 1％ 운동에너지의 수십분의 일만이 X-선으로 전환되는 반면에 20MV에서는 전환율이 70％까지 상승한다. 방사된 X-선 스펙트럼은 타킷트원소의 경계전자에너지 레벨사이의 불연속에너지전이 특성의 일부를 구성한다. 또한 이 스펙트럼은 전자빔이 타킷트핵부근을 통과할 때에 이들 전자빔의 가속에 의하여 나타나는 제동복사라 알려진 X-선 에너지연속체를 포함한다. X-선의 최대에너지는 빔의 피크전자에너지를 초과할 수는 없다. 더우기 제동복사 방사곡선의 피크는 전자에너지의 약⅓에서 나타난다.

전자전류를 증가시키므로서 모든 에너지에서 X-선 방사의 직접적인 비례증가를 가져올 수 있다. 그러나, 빔전압의 변화는 전압의 제곱과 거의 같은 총 X-선 출력변화를 가져오고 X-선 피크광자에너지의 변화를 가져온다. 제동복사방사선발생의 효율은 타킷트원소의 원자가와 함께 증가한다. 제동복사곡선과 스펙트럼 특성라인에서의 피크출력은 타킷트원자가 증가함에 따라서 높은 에너지 쪽으로 이동한다. 비록 텅스텐(Z=74)이 근래의 튜우브에 사용된 대부분의 타킷트 물질에 사용되고 있으나 금(Z=79)과 몰리브덴(Z=42)이 일부 특정튜우브에 사용될 수 있다.

대부분 치료용으로 사용되는 X-선 장치의 한가지 결점은 고압이라는 점이며 이로써 골격내의 연조직 또는 골격하측의 연조직을 조사시에 높은 에너지의 방사선이 요구된다. 한 예로서는 골격으로 둘러싸인 인간의 뇌에 X-선을 조사하는 경우가 있다. 높은 에너지의 X-선이 골격을 투과하는데 요구되나 대개는 방사선 주입부분과 종양사이의 표피 및 뇌조직에 손상을 준다. 방사선치료의 다른 예로서는 X-선을 체강내에 위치하거나 다른 연조적내에 놓여 있거나 또는 탄산석회조직내에 있는 연조직에 조사하는 경우를 들 수 있다. 현재의 고압 X-선장치는 이러한 영역에 요구된 X-선 방사선을 선택적으로 제공하는 능력에 한계가 있다.

통상적인 고압 X-선 소오스의 다른 결점은 영향을 받는 기관이나 조직의 외부 표피가 손상될 수 있는 점이다. 따라서 종래기술의 고압 X-선 소오스는 타킷트영역이나 조직뿐만아니라 특히 사람의 종양치료에 사용될 때에 주입위치, 타킷트영역 및 출구영역사이의 모든 조직에 현저한 상해를 입힐 수 있다. 그러나, 현재의 장치는 외부소오스로부터 타킷트영역으로 환자외부의 타킷트영역에 X-선을 방사하므로 이러한 투사부위의 조직상해를 실질적으로 피할 수 없다.

방광, 질 및 경부, 요도, 자궁, 결장 및 직장과 같이 체강내피를 이루는 연조직의 통상적인 방사선치료에서는 특수체내소오스로부터 X-선을 가하여 되어 있다. 따라서, 이러한 방사선 치료기술은 이들이 방사선 주입위치, 타킷트조직과 출구위치사이의 환자의 영역을 방사하게 되므로 이러한 조직에 상해를 입히게 되는 결점을 갖는다.

또한 통상적인 체강의 방사선치료방법은 타킷트조직에 일정한 방사선조사량을 조사할 수 없는 결점을 갖는다. 일부의 경우에 있어서, 체강표피조직의 방사선치료는 조직의 여러부분에 대하여 일정한, 즉 균일한 조사량 또는 기타 요구된 조사량을 공급하는 것이 바람직하다. 다른 경우에 있어서, 특히 불균일 조사량의 공급이 요구되기도 한다. 종래기술의 X-선 소오스는 내부체강에 대하여 이를 수행할 수 없다. 본문에 사용된 "균일 조사량"이라는 용어는 등조사량형태, 즉 선속밀도가 일정한 것을 의미한다.

이들결점중의 일부는 미국특허 제5 153 900호(Nomikos 외)에 기술된 것과 같은 소형 저전력 X-선 소오스의 사용을 통하여 해결될 수 있다. 이들 소오스는 환자의 몸에 삽입되어 내부로부터 작동될 수 있다. 이와 같이 이들 소오스는 타킷트조직에 국부적으로 X-선을 발생한다. 이러한 X-선 소오스가 체강내피조직을 치료하는데 사용될 때에 X-선은 타킷트조직에 이르기전에 환자의 피부, 골격 및 기타 조직을 통하여 통과할 필요는 없다. 그러나 이들 소오스를 이용한다하여도 특히 타킷트영역의 구조가 일정치 않은 경우, 예를 들어 정형화되지 않은 유연성 내벽을 갖는 방광과 같이 타킷트영역의 구조가 일정치 않은 경우 타킷트 조직에 균일하거나 달리 요구된 방사선 조사량을 제공하는 방법이 알려져 있지는 않다.

예를 들어 미국특허 제5 153 900호에 기술된 형태의 일부소형 소오스가 X-선 방사선의 포인트소오스로서 사용된다. 따라서, 방사계의 강도는 공기중에서 소오스로 부터 거리의 제곱으로 감소된다(즉, 1/R2)체강은 일반적으로 구형상의 대칭이 아니므로 체강내의 포인트소오스는 체강내피조직에 대하여 균일한 방사선조사량을 공급할 수 없을 것이다.

따라서, 본 발명의 목적은 체강내피조직에 대하여 균일한 방사선 조사량을 공급하기 위한 방법과 장치를 제공하는데 있다.

본 발명의 다른 목적은 소형 저전력 X-선 소오스를 포함하는 장치로서 체강내피조직에 대하여 균일한 또는 달리요구된 조사량의 방사선을 공급하기 위한 장치를 제공하는데 있다.

본 발명의 다른 목적과 이점들이 첨부도면과 그 설명에 의하여 명백할 것이다.

한 실시형태에 있어서, 본 발명은 체강내에 삽입할 수 있게된 X-선 소오스와, 팽창형 기낭조립체를 포함하는 것으로 체강의 내면에 사전에 결정된 X-선 선속을 공급하기 위한 킷트이다.

X-선 소오스는 관상부재, 빔소오스와, 제어기를 포함한다. 관상부재는 전자활성형 X-선 소오스를 수용하는 타킷트단부를 갖는다. 빔 소오스는 관상 부재의 빔 소오스단부에 근접하여 배치되고 전자빔을 발생토록 작동된다, 제어기는 선택적으로 빔소오스를 작동시켜 전자빔이 타킷트 단부에 투사되게 한다. X-선 소오스의 타킷트 단부가 조사될 체강내에 배치된다.

기낭조립체는 X-선 소오스의 관상부재의 타킷트단부에 배치된 팽창형 기낭을 포함한다. 팽창될때에 기낭을 타킷트 단부에 인젖ㅂ하여 내부영역을 형성한다.

이러한 구조로, 기낭이 팽창되어 기낭이 체강의 내면에 접촉하여 테강이 그 내면의 요구된 형상을 이루도록 변형된다. 타킷트 단부는 팽창된 기낭으로 형성된 내부여역내에 배치된다. 예를 들어 기낭을 환자의 방광내에 배치될 수 있으며, 팽창시 구상내부영역을 형성하고 타킷트가 구체의 중심에 배치될 수 있다. 또한 이러한 관점에 따라서, 전자작동형 X-선 소오스는 팽창된 기낭의 표면에 일치하는 등조사량 윤곽을 갖는 X-선계를 발생하여 방광내면에 균일한 조사량을 공급한다.

본 발명으로, 체강의 표면은 사전에 결정된 형태를 이루어 X-선 소오스가 이러한 표면에 조사량이 공급되도록 조절된다(즉, 선속밀도가 일정한 등조사량 형태). 선속밀도는 소오스로부터 체강내피측으로 갈수록 그 거리에 반비례하여 감소사여 내피면의 치료가 이루어지도록 하는 한편 이러한 내피면밖의 조직에는 영향이 적도록 한다.

본 발명을 첨부도면에 의거하여 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.

제1도는 본 발명을 구형하는 키트의 사시도.

제2도는 제1도에서 보인 X-선 소오스의 블럭다이아그램.

제3도는 안정되고 재현가능한 X-선 소오스를 구성하기 위한 X-선 시일드와 X-선 타킷트를 포함하는 다른 타킷트조립체를 갖는 프로우브의 단부를 보인 단면도.

제4a도-제4f도는 본 발명으로 얻을 수 있는 여러 등 조사량 형태의 예시도.

제5도는 수축된 상태에 있는 제1도 킷트의 프로우브와 기낭조립체를 보인 사시도.

제6도는 기낭이 팽창된 상태에 있는 본 발명 킷트의 프로우브와 기낭조립체의 다른 실시형태를 보인 단면도.

제7도는 X-선 프로우브가 기낭의 벽에 기부측으로 삽입되어 있는 것을 보인 본 발명 다른 실시형태의 단면도.

제8a도와 제8b도는 타킷트조립체내에 배치되는 포토에미터가 결합된 가요성 프로우브의 단면도.

본 발명은 비교적 소형이고 전자빔활성형이며 저전력형인 X-선 키트와 이러한 키트의 이용방법에 관한 것이다. 이 키트는 방광 또는 기타 체강과 같은 체강내피연조직의 방사선치료와 같이 의료용으로 사용될 수 있다.

일반적으로, 본 발명의 장치는 비교적 낮은 전압, 즉 약 10㎸-90㎸범위의 전압과 비교적 적은 전자빔전류, 즉 약 1nA-1mA범위의 전류로 작동하는 전자빔(e-빔)활성형 X-선 소오스를 포함한다. 이러한 작동전압과 전류에서, X-선 소오스는 소형화할 수 있으며 치료용으로 이식할 수 있다. 적당한 조직침투와 조사량은 조사될 영역에 인접하거나 이러한 영역내에 X-선 소오스를 배치하므로서 얻을 수 있다. 이와 같이 X-선은 조사될 영역내부 또는 이러한 영역내에 인접하여 배치된 소형 소오스로 부터 방사된다.

제1도는 본 발명을 구현하는 X-선 키트를 보이고 있다. 이러한 키트는 X-선 소오스(10)와 기낭조립체(400)를 포함한다. 적당한 X-선 소오스(10)가 미국특허 제5 153 900호 "소형저전력형 X-선소오스"에 상세히 기술되어 있다. 기낭조립체(400)는 제5도, 제6도 및 제7도에 상세히 설명한다.

X-선 소오스(10) 하우징(12)과, 기준축선(16)을 따라 하우징(12)으로부터 연장되고 말단부에 타킷트 조립체(26)를 갖는 기다란 원통형 프로우브(14)를 포함한다. 하우징(12)에는 고압전원(12A)이 내장되어 있다. 프로우브(14)는 고압전원(12A)에 인접하여 전자빔발생기(캐소우드)(22)를 갖는 중공형 투우브로 되어 있다. 캐소우드(22)는 이 캐소우드(22)와 전위가 거의 같은 환상집속전극(23)에 근접하여 배치된다. 환상애노우드(24)는 환상집속전극(23)으로부터 0.5㎝ 또는 그 이상의 거리에 배치된다. 중공형의 관상프로우브(14)는 캐소우드, 그리드, 그리고 애노우드의 통공과 동일 축선상에 연장된다. 프로우브(14)는 하우징(12)과 일체로되어 있으며 타킷트조립체(26)를 향하여 연장되어 있다. 여러실시형태에서, 프로우브(14)의 일부가 X-선의 공간분포를 제어토록 선택적으로 가려진다. 아울러 프로우브(14)는 외부자계가 타킷트로부터 빔이 편향되게 하는 것을 방지하기 위하여 자기적으로 차폐된다.

전자빔발생기(22)는 열이온에미터(부동전압전원으로 구동됨)또는 포토캐소우드(LED 또는 레이저 소오스에 의하여 조사됨)를 포함한다. 고압전원이 발생기(22)의 캐소우드와 접지애노우드(24)사이에 가속전위치를 만들어 전자빔이 기준축선(16)을 따라 애노우드의 중앙통공을 통해 타킷트 조립체(26)측으로 향하도록하며, 애노우드(24)와 타킷트조립체(26)사이의 영역은 무자계이다. 빔발생 및 가속구성요소는 일반적으로 직선상의 축선(16)을 따라 프로우브(14)내에 가는(예를 들어 1㎜이하의 직경)전자빔이 형성되게 한다.

구체화된 실시형태에서, 프로우브(14)는 베릴륨(Be)캡과 몰리브덴레늄(Mo-Re), 몰리브덴(Mo) 또는 뮤-메탄 동체 및 스텐레스-스틸의 베이스연장부로 된 중공형의 진공실린더이다. 이 실린더는 치료도리 체강에 따라 결정되는 길이를 갖는다. 예를 들어 방광에 사용하기 위하여 프로우브는 길이가 40㎝이고 내경이 4㎜이며 외경은 5㎜이다. 다른 체강에 사용하기 위하여 크기는 달라질 수 있다.

타킷트조립체(26)는 투사전자빔에 노출되는 측에 텅스텐(W), 우라늄(U) 또는 금(Au)과 같은 고-Z원소의 박막 또는 층(26B)이 피복된 소형 베릴륨(Be)윈도우(26A)로 구성된 방사요소를 포함한다. 예를 들어, 전자가 30kev-까지 가속되는 경우, 2.2미크론 두께의 텅스텐 필름은 모든 투사전자를 흡수하는 반면에 30kev-에서는 이러한 층에서 발생된 X-선의 95％, 20kev-에서는 88％, 그리고 10kev-에서는 83％를 전잘한다. 구체화된 실시형태에서 베릴륨윈도우(26A)는 두께가 0.5㎜로서 층(26B)에서 발생된 이들 X-선의 95％가 윈도우를 향하여 이에 수직인 방향으로 진행하여 텡스텐 타킷트층(26B)을 통과하며 베릴륨윈도우(26A)를 통하여 프로우브(14)의 말단부에서 외부로 전달된다.

통상적으로 제1도의 장치는 프로우브(14)만의 환자몸에 삽입되고 하우징은 환자몸 밖에 놓이는 방식으로 사용된다. 이러한 형태에서, 하우징(12)내에 봉린 일부 또는 모든 여러요소들은 날리 원격한 위치에 배치될 수도 있다.

제1도에서 보인 바와 같은 장치의 한 실시형태에서, 프로우브(14)의 주동체는 뮤-메탈과 같은 자기차폐물질로 만들어질 수 있다. 이러한 물질의 예로서는 몰리브덴, 레늄 또는 이들 물질의 합금을 들 수 있다. 그리고 프로우브(14)의 내외면이 차기차폐효과를 제공토록 니켈-철합금(니켈 약 80％와 철20％)과 같은 투자율이 높은 자성체 합금으로 피복될 수 있다. 또한 프로우브(14)의 전체 또는 내부에 뮤-금속의 얇은 슬리이브가 씌워질 수 있다. X-선 장치(10)는 전력, 지구자계 또는 프로우브로부터 전자빔을 편향시킬 수 있는 다른 자회체에 의한 dc 및 ac 자계의 레벨이 낮은 환경에서 사용될 수 있다.

상기 언급된 실시형태에서, 타킷트조립체(26)의 X-선 방사요소는 조사될 환자의 영역에 인접하거나 이러한 영역내에 놓일 수 있도록 되어 있다. 타킷트영역, 예를 들어 체강에 방사요소를 근접배치하므로서 체벽을 통하여 체강으로 X-선을 만족스럽게 침투시키기 위하여 현재 사용되고 있는 고압형 장치의 이용을 배제한다. 저전압은 타킷트조직에 방사선을 집중시킬 수 있으며 진입점에서 주위조직과 표면에 대한 위험을 줄여 준다.

일반적으로 체강을 방사선 치료할 때에 등조사량형태가 체강의 표면과 일치하도록 체강내피연조직의 전면을 균일하게 조사하는 것이 바람직하다. 등조사량 형태는 흡수된 방사선에너지가 모든 점에서 동일한 면이다.

환자의 방광과 같은 체강을 균일하게 조사하는 방법으로서는 먼저 체강을 구형으로 확장시키고 체강의 중심에 전방향 X-선 발생 프로우브 팀(즉 포인트소오스)을 배치토록 장치를 이용하는 것이 있다. 이러한 구조로 체강의 표면과 일치하는 등조사량면이 이루어질 수 있다. 체강을 구형체로 확장시키는데 유용한 장치로서는 비탄성 기낭이 있다.

제2도는 제1도에서 보인 X-선소오스장치(10)의 블럭다이아그램을 보인 것이다. 이러한 구조에서, 하우징(12)은 제1부분(12')과 제2부분(12")으로 나누어진다. 제1하우징부분(12')내에는 재충전형 배터리(12B)의 재충전회로(12D)와, 이후 상세히 설명되는 바와 같이 외부원격계측장치(52)에 응답할 수 있게 된 원격계측회로(12E)가 내장되어 있다. 이 부분(12')은 제2하우징부분(12")에 케이블로 결합된다. 제2하우징부분(12")은 고압전원(12A), 제어기(12C), 프로우브(14)와, 전자빔발생요소(22)를 포함한다. 예시된 실시형태에서, 전자빔발생기는 광원(56)에 의하여 조사되며 드라이버(55)에 의해 구동되는 다이오드레이저나 LED와 같은 포토에미터(22)를 포함한다.

광선을 집속렌즈(58)에 의하여 포토에미터(22)에 집속된다.

예시된 실시형태에서, 장치(52)와 회로(12E)는 협동하여 전원(12A)과 일시파라메타를 외부에서 제어(아이나믹제어 또는 예상제어)할 수 있도록 한다. 제어기(12C)는 회로(12E)를 필요로하지 않는 경우에 작동을 제어하는데 직접사용된다.

다른 형태에서, 빌 발생기는 전원(12A)에 의하여 구동되는 열이온 방출기(22)를 포함한다. 이 형태의 작동에 있어서, 전원(12A)이 열이온방출기(22)를 가열시키고 이는 애노우드(24)를 향하여 가속되는 전자를 발생한다. 애노우드(24)는 전자를 끌어당겨 그 중앙공을 통과하여 타킷트조립체(26)로 향하도록 한다. 제어기(12C)는 캐소우드 전압, 전자빔전류 및 일시파라메타를 역동적으로 조절하거나 사전에 선택된 전압, 빔전류 및 일시파라메타를 제공토록 전원(12A)을 제어한다. 다른 적당한 전원으로서는 미국특허 제 5,513,900호와 미국특허출원제955494호에 기술되어 있다.

투사되는 전자는 타킷트(26)가 X-선 포이트소오스로서 작용토록 한다. 그러나, 체강내면을 치료하는 특수성과 이러한 표면에 있거나 근접하여 있는 종양의 특성은 방사위치에서 타킷트와 시일드 구조 및 재료를 짜 맞추어 성취될 수 있다. 이러한 짜맞춤을 타킷트체강을 통한 보다 균일한 방사선 분포가 이루어지도록 에너지의 제어와 X-선공간형태의 제어가 용이하도록 한다. 이러한 것이 미국특허출원 제 08/084,271호 "정형방사패턴을 갖는 X-선 소오스"에 상세히 기술되어 있다.

또한 X-선 공간분포는 가변두께특성을 갖는 X-선 전달시일드와 협동하여 타킷트조립체(26)로 정형화될 수 있다. 제3도는 이러한 시일드와 협동하는 제1도에서 보인 X-선장치(10)에 사용하기 위한 다른 타킷트조립체(126)를 갖는 프로우브(14)를 보이고 있다. 예시된 실시형태에서, 프로우브(14)는 타킷트조립체(126)를 제외하고는 제1도에서 보인 프로우브(14)와 유사하다. 타킷트조립체(126)는 X-선에 대하여 거의 투명한 물질(예를 들어 Be)로 된 프로우브 팁(126A)와, 캐소우드(22)와 애노우드(24)의 말단부에서 프로우브 축선(16)을 따라 프로우브(14)에 취부되어 전자빔으로 조사시 X-선을 발생하기 위한 X-선 타킷트(126B)를 포함한다(제1도에서 보임). 우선실시형태에서, 프로우브 팁(126A)의 외면을 도시된 바와 같이 반구형으로 볼록형의 형태이나 다른 볼록형태일 수도 있다. 타킷트 조립체(126)는 푸로우브 팀(126A)의 외경이 프로우브(14)의 외경보다 작게 되어 있다. 가변두께 X-선 시일드(또는 새도우 마스크, 당해 기술분야에서는 이렇게 불리기도함)(128)과 그 하부층의 시일드 캐리어(128A)가 타킷트조립체(126)의 프로우브 팁(126A)상에 배치된다. 타킷트조립체(126)와 프로우브(14)의 접속부에서, 타킷트조립체(126)의 외경은 프로우브(14)의 외경과 일치한다.

X-선 시일드(128)는 X-선을 완전히 투과시키지 않는 물질(즉, 적어도 일부의 X-선은 흡수하는 중금속과 같은 물질)로 되어 있으며 시일드 캐리어(128A)에 의하여 지지된다. 타킷트조립체(126)의 어느점으로부터의 X-선선속은 타킷트(126B)로부터 연장되고 이 점을 통과하는 축선을 따라 X-선 시일드(128)의 두께에 따라서 부분적으로 좌우된다. 이와 같이, 본 발명에 따라서, X-선 시일드(128)의 두께를 선택적으로 제한하여 공간가변형 X-선 조사량분포를 얻는데 이용된다.

제4a도-제4f도는 본 발명에 따라 얻을 수 있는 여러 등조사량등 고선의 예를 보인 것이다. 특히 제4a도는 프로우브 팁(126)에 중심을 둔 방사선(300)의 구상형태를 이루는 등조사량 등고선을 제공토록된 프로우브(14)를 보이고 있다. 제4b도는 프로우브 팁(126)이 구상체(302)의 중심으로부터 치우쳐 있는 구상형태의 방사선(302)를 제공하는 프로우브(12)를 보이고 있다. 제4c도는 부호(304A)로 서는 사시도로 보이고 부호(304B)에서 축선(305)를 따라 보인 평타원형(즉, "팬케이크"형)의방사선계를 제공토록 되어 있는 팁(126)을 갖는 프로우브(14)를 보이고 있다. 제4d도는 부호(306A)에서 사시도로 보이고 부호(306B)에서 축선(307)을 따라 보인 바와 같이 장타원형(즉, "시거"형)의 방사선계를 제공하도록 되어 있는 팁(126)을 갖는 프로우브(14)를 보이고 있다. 제4d도에서 보인 바와 같이, 프로우브(14)는 그 단축을 따라 타원체(306A)로 진입한다. 제4e도는 장타원형의 방사선계를 제공하는 팁(126)을 보이고 있다. 이 타원체는 부호(308A)에서 사시도로 보이고 부호(308B)에서 축선(309)을 따라 보이고 있다. 도시된 바와 같이, 프로우브(14)는 그 장축을 따라 타원체(308A)로 진입한다. 제4f도는 부호(310A)로 사시도로 보이고 부호(310B)에서 축선(311)을 따라 보인 비대칭형의 방사선계를 제공하는 프로우브팁(126)을 보이고 있다.

광역방사선을 프로우브(14)의 타킷트조립체(26)를 조사될 면으로부터 거리를 두고 배치하면 쉽게 얻을 수 있다. 타킷트조립체(26)로부터 전진방사선의 각도는 상기 인용된 특허출원에 언급된 바와 같이 X-선 시일드로 제어될 수 있다. 각 점에서 시일드의 두께는 균일한 방사패턴을 얻도록 결정된다.

이러한 광역 X-선 소오스의 다른 적용으로서는 방광내부와 같은 체내의 내강방사선이 있다. 이러한 경우에 있어서, 조직과 광역 X-선 소오스사이의 경계만을 프로우브(14)에서 하향연장된 기낭이 될 수 있어 타킷트조립체(26)가 기낭의 중심에 놓일 수 있다.

가끔 체강을 방사선치료시에 체강내피연조직의 전체면이 균일하게 조사되는 것이 바람직하다. 환언컨데, 등조사량 등고선이 체강의 표면과 일치하도록 하는 것이 바람직하다. 한가지 균일조사방법으로서는 통상적인 방법(예를 들어 카테터, 또는 CT스캔 또는 자기공명영상화와 같은 진단방법을 통한 관찰에 의하여)체강의 3차원 형상을 결정하고 체강의 형상 맞는 등조사량 등고선을 제공할 프로우브 팁(126)을 제작하는 것이 있다. 균일방사선이 프로우브를 체강내에 삽입하여 이 체강내부에서 이를 작동시키므로서 체강에 공급된다. 이 방법은 체강이 거의 균일한 형성을 갖지 아니하고 더우기 체강은 개인마다 다르므로 실시하기 어렵다.

체강을 균일하게 조사하는 우선적인 방법으로서는 체강을 알려진 균일한 형상으로 먼저 확장시키는 장치를 이용하는 것이 있다. 방광의 치료에 있어서 우선형태에서는 체강이 구형으로 확작된다. 그리고 프로우브킷트의 전방향 X-선 발생팁(즉, 포인트소오스)가 이와 같이 구형을 이루는 체강의 중심에 배치된다. 이러한 구성으로 등조사량등고선이 체강내면과 일치하게 된다. 체강을 알려진 구형의 형태로 확장시키는데 유용한 장치로서는 프로우브(14)의 타킷트 단부에 배치된 의료용 기낭이 있다.

제5도는 제1도의 X-선 소오스의 프로우브(14)를 보인 것으로, 기낭조립체(400)는 타킷트조립체(26)의 둘레에 배치된 기낭(410)을 포함한다. 제5도에서 보인 바와 같이 기낭(410)은 팽창되지 않은 상태엣 프로우브(14)의 타킷트단사부사에 완전히 겹쳐있다.

제6도는 프로우브(14)와, 중심축선을 따라 연장된 기다란 소오스안내 튜우브(402)를 포함하고 기부단부(404)와 말단부(406)를 갖는 기낭조립체(400)를 갖는 실시 형태를 보이고 있다. 소오스안내튜우브(402)는 중심축선을 따라 연장된 내부채널 (408)을 갖는다. 팽창형 기낭(410)이 튜우브(402)의 말단부(406)의 외측에 고정된다. 프로우브는 튜우브(402)내에 활동가능학 배치되어 프로우브(14)의 타킷트 단부는 기낭이 팽창될 때에 이 기낭(410)의 내부영역내에 위치한다. 기낭(410)을 팽창시켜 구형영역(404)를 형성하였을때에 제6도에서 보인바와 같이 타킷트조립체(26)는 기낭(410)의 중심에 위치한다.

기낭(410)의 팽창 및 수축은 이후 상세히 설명되는 바와 같이 프로우브(14)의 기부단부(404)로부터 제어될 수 있다. 기낭과 카테터의 조합은 미국특허 제4 209 725호에 기술되어 있는 공지된 것이다.

제5도의 실시형태에서, 실제로 기낭(410)은 처음에는 수축된 상태로 제5도에서 보인 바와 같이 프로우브(14)의 말단부 둘레에 밀착되어 있다. 기낭(410)이 접혀 있는 프로우브(14)의 말단부(406)는 체강내에 삽입되어 이 말단부가 치료될 체강내에 놓이게 된다. 치료과정에서 기부단부(404)는 환자의 몸밖에 남아 있는다. 말단부(406)가 체강내에 삽입된 후 기낭(410)이 팽창되어 체강이 구형의 형태로 확장된다.

상기 언급된 바와 같이, 제6도는 체강(420)(점선으로보임)내에 놓인 기낭(410)을 보이고 있다. 체강(420)은 예를 들어 방광일 수 있다. 처음에 체강(420)은 불균일 형상을 이루고 있으나 팽창된 기낭(410)이 체강(420)의 내부를 구형의 형상으로 확장시키며 방광은 이러한 팽창에 대하여 비교적 저항이 적다. 좋기로는 팽창후에 기낭의 모든 외면이 체강(420)의 내면에 접촉하는 것이 좋다.

제6도는 프로우브(14)를 따라 연장되고 환자의 몸밖으로부터 기낭(410)을 팽창시킬 수 있도록 하는 가스유로를 형성하는 채널(408)을 보이고 있다. 우선실시형태에서, 프로우브(14)는 타킷트조립체(26)가 기낭(410)의 중심에 놓이도록 삽입된다. 기낭(410)은 체강(410)이 구형의 형상이 되도록 확장되므로 기낭(410)의 중심은 체강(420)의 중심에 일치한다. 따라서 팽창된 기낭(400)의 중심에 타킷트조립체(26)를 배치하므로서 타킷트조립체(26)가 체강의 중심에 놓이게 된다.

타킷트조립체(26)가 중심에 놓였을 때에 전자빔발생기가 작동하여 전자빔을 타킷트조립체(26)로 투사하고 팽창된 기낭과 변형된 체강내면에 일치하는 등조사량 등고선으로 X-선의 방사가 이루어진다.

제7도는 종양이 있는 영역과 같은 체강(420)의 한 부분을 치료하는데 유용한 본 발명의 다른 실시형태를 보인 것이다. 제7도에서, 타킷트조립체(26)는 화살표(422)로 보인 바와 같이 전방각도의 방향으로 이동하는 X-선만이 타킷트조립체(26)로 부터 방출되도록 차폐된다. 이 실시형태에서는 체강(420)의 영역(24)만이 조사된다.

이상의 설명은 구형의 기낭에 관련하여 본 발명을 기술한 것이다. 그러나 당해 분야의 전문가라면 본 발명이 예를 들어 결장, 또는 요도, 질 및 경부, 자궁, 결장 또는 직장과 같은 다른 내부체강을 치료하는데 사용할 수 있는 타원형 및 원통형의 형상을 포함하여 여러 형상의 기낭이 사용됨을 알 수 있을 것이다.

제1도에 대하여 상기 언급된 바와 같이, 장치(10)는 프로우브(14)로 전자가 진입하기 전에 전자를 발생하고 가속시키는 빔 발생 및 가속요소를 포함한다. 발생된 전자빔을 프로우브(14)를 지나 타킷트(26)에 충돌하므로서 X-선을 발생한다. 자계가 없다면 프로우브(14)를 지나는 전자는 직선궤도를 따라 이동할 것이다. 따라서, 프로우브(14)는 만곡부가 없는 전형적인 직선의 견고한 형태이다.

그러나, 일부의 의료분야에서는 유연성 프로우브를 이용하는 것이 유리할 때가 있다. 이러한 분야의 하나는 호흡기관과 같은 기존통로로 X-선소오스를 삽입하는 경우를 들 수 있다. 다른 경우로서는 신경이나 혈관과 같은 제한적인 조직의 둘레에서 X-선 소오스를 다루는 경우가 있을 수 있다.

제8a도는 유연성 프로우브(214)를 포함하는 장치(200)의 다이아그램을 보이고 있다. 장치(200)는 고압회로(218), 레이저소오스(220), 프로우조립체(214)와 타킷트조립체(226)를 포함한다. 본 발명의 한 관점에 따라서, 이 장치(200)는 타킷트조립체(226)에 전자발생 및 가속요소를 배치하므로서 강한 자계를 이용하지 아니하고 요구된 유연성을 제공한다. 프로우브조립체(214)는 타킷트조립체(226)에 레이저소오스(220)와 고압회로(218)를 결합한다. 프로우브조립체는 소경의 가요성금속튜우브(204)에 내장되는 가요성 광섬유케이블(202)를 포함한다.

예를 들어 길이가 1-2㎝인 타킷트조립체(226)가 프로우브조립체(214)의 단부로부터 연장되고 타킷트(228)를 감싸는 외갑체를 포함한다. 한 실시형태에 따라서, 타킷트조립체(226)는 경질이고 형상은 원통형이다. 이 실시형태에서, 타킷트조립체를 감싸 원통형 외갑체는 전자빔소오스의 하우징과 이 하우징으로부터 전자빔진로를 따라 연장된 관상프로우브를 제공토록 고려될 수 있다. 조립체(226)의 내면(226A)은 절연체로 내장되는 반면에 조립체(226)의 외면(226B)는 전도체이다. 우선실시형태에 따라서, 타킷트조립체는 프로우브조립체(214)의 단부에서 밀봉되고 진공처리된다. 다른실시형태에 따라서, 전체프로우브조립체(214)가 진공처리된다.

광섬유케이블(202)의 단부(202A)는 일부영역이 Ag-O-Cs와 같은 반투명광전자 방출물질로 피복되어 포토캐소우드(216)를 형성토록하는 것이좋다. 광섬유케이블(202)내에 매입된 고압전도체(208)는 고압회로(218)로부터 캐소우드(216)측으로 전자를 전도한다. 마찬가지로 가요성튜우브(204)가 타킷트(228)로부터 복귀된 접지단자를 고압회로(218)에 연결하여 캐소우드(216)와 타킷트(228)사이에 고압전계를 형성토록 한다. 광섬유케이블(202)은 고압전도체(208)와 접지된 가요성튜우브(204)사이에 절연유전체로서 작용한다.

한 실시형태에서, 고압와이어(208)로 광섬유케이블(202)내에서 광선이 분산되는 것을 방지하기 위하여 광섬유케이블(202)은 제8b도에서 단면으로 보인 바와 같이 환상의 구조를 가질 수 있다. 레이저(220)로부터의 광선은 광섬유케이블(202)의 환상코아(250)로 이동한다. 이 코아(250)의 각 면에 있는 외장체(260)는 경계면으로 투사된 광선빔이 코아(250)측으로 굴절되도록 하는 굴절율을 갖는다. 접지된 가요성 금속튜우브(204)가 외부외장체(260)를 둘러싸고 있다.

이미 언급된 실시형태와 같이, 타킷트(228)는 예를 들어 일측면이 텅스턴(W) 또는 금(Au)과 같은 임피던스가 높은 원소의 박막 또는 층(228 A)으로 피복된 베릴륨(Be)일 수 있다.

작동에 있어서, 광섬유케이블(202)을 비치는 소형반도체레이져(220)가 자유전자(222)를 발생하는 전달 포토캐소우드(216)를 작동시킨다. 캐소우드(216)와 타킷트(228)사이의 고압전계가 이들 전자를 가속시켜 이들이 타킷트(228)의 면(228A)에 부딪치어 X-선을 발생토록한다. 예를 들어 레잊(220)가 0.8 A의 전류를 발생하기 위하여 이러한 파장에 대한 이 포토캐소우드(216)의 0.4％의 양자효율은 레이저(220)가 7.5mW의 광전력을 방출하는 것을 요구한다. 이러한 다이오드레이저는 상업적으로 용이하게 입수할 수 있는 본 발명에 따라서, 캐소우드(216)를 형성하는 광전자방출면은 실제로 매우 작을 수 있다. 예를 들어 캐소우드(216)에서의 전류밀도가 1A/㎠인 경우에 포토에미터의 직경은 약 50 m정도이면 된다.

본 발명에서 제조상 어려운점 한가지는 실제로 10^-3이상의 양자효율에서 진공으로 수행되어야 하는 포토캐소우드(216)의 제조이다. 이 과정은 예를 들어 Ag-O-Cs 광전자방출면이 통상적인 방법으로 제조되는 경우에 광섬유케이블(202)이 벨자아(bell jar)내에 배치되어 수행될 수 있다. 공기에 노출됨이 없이 광케이블(202)이 튜우브(204)내에 삽입될 수 있다. 단부(202B)는 가요성튜우브(204)에 대하여 진공밀봉될 수 있다.

이상의 본 발명은 본 발명의 기술사상이나 근본적인 특징으로 부터 벗어남이 없이 다른 특정형태로 구현될 수 있다. 따라서 본 발명의 실시형태들은 단순히 예시적으로 설명된 것일 뿐이며 본 발명의 범위는 상기 설명내용 보다는 첨부된 청구범위로 한정되어야 하고 이러한 청구범위의 범위나 정의에 부합되는 모든 변경형태는 본 발명에 속한다고 보아야 할 것이다.

Claims (15)

1. 체강의 내면에 X-선을 공급하기 위한 장치에 있어서, 이 장치가 빔소오스단부와 타킷트단부를 가지고 상기 소오스단부와 상기 타킷트단부사이의 소오스축선을 따라 연장된 내부영역을 형성하는 관상요소, 상기 소오스축선을 따라 상기 타킷트단부를 향하여 통과하는 전자빔을 발생하기 위하여 상기 빔소오스단부부근에 배치된 빔소오스수단, 상기 전자빔이 투사되는 것에 응답하여 X-선을 발생하기 위하여 상기 타킷트단부에 근접배치된 타킷트수단과, 상기 전자빔이 상기 타킷트수단에 투사되도록 상기 빔소오스수단을 선택적으로 작동시키기 위한 제어수단을 포함하는 X-선 소오스와 상기 관상요소의 상기 타킷트단부부근에 배치가능하고 팽창시에 상기 타킷트단부에 인접하여 배치되는 내부영역을 형성하는 팽창형 기낭을 포함하는 기낭조립체로 구성됨을 특징으로 하는 체강내면에 예상선속량을 공급하기 위한 X-선 장치.
2. 청구범위 1항에 있어서, 상기 기낭이 팽창시에 구형내부영역을 형성하고 상기 타킷트단부가 팽창된 상기 기낭의 내부영역의 중심에 위치함을 특징으로 하는 장치.
3. 청구범위 1항에 있어서, 상기 X-선 소오스수단이 상기 기낭이 팽창될 때에 상기 기낭의 표면등고선과 일치하는 등조사량등고선을 발생함을 특징으로 하는 장치.
4. 청구범위 1항에 있어서, 중심축선을 따라 연장되고 기부단부와 말단부를 갖는 기다란 소오스안내튜우브가 구성되어 있으며, 상기 소오스안내튜우브가 상기 중심축선을 따라 연장된 제1내부채널을 형성하고, 여기에서 상기 기낭이 상기 소오스안내튜우브의 상기 말단부의 외부에 고정되며, 상기 X-선소오스의 상기 관상요소가 상기 소오스안내 튜우브의 상기 제1내부채널내에 활동가능하게 배치될 수 있어 상기 관상요소의 상기 타킷트 단부가 상기 기낭의 팽창시에 상기 기낭의 상기 내부영역내에 배치가능함을 특징으로 하는 장치.
5. 청구범위 1항에 있어서, 상기 기낭이 팽창시에 구형외면형태를 이룸을 특징으로 하는 장치.
6. 청구범위 1항에 있어서, 상기 제어수단이 상기 빔이 상기 타킷트단부에 투사되게 상기 전자빔을 조향하는 조향수단으로 구성됨을 특징으로 하는 장치.
7. 청구범위 1항에 있어서, 상기 제어수단이 상기 빔소오스수단을 선택적으로 작동중지시키기 위한 수단으로 구성됨을 특징으로 하는 장치.
8. 청구범위 1항에 있어서, 상기 기낭을 선택적으로 팽창 및 수축시키기 위한 팽창수단이 구성되어 있음을 특징으로 하는 장치.
9. 청구범위 1항에 있어서, 상기 팽창수단이 상기 관상요소내에 배치되고 상기 빔 소오스단부로부터 상기 타킷트단부에 근접한 점으로 연장된 내부채널을 포함하고, 상기 내부채널이 상기 기낭의 내부영역과 연통됨을 특징으로 하는 장치.
10. 청구범위 9항에 있어서, 상기 팽창수단이 상기 단부에 근접배치되고 상기 내부채널에 결합된 선택작동형 펌프로 구성됨을 특징으로 하는 장치.
11. 체강내면에 X-선을 공급하기 위한 방법에 있어서, 상기 방법이 빔소오스단부와 타킷트단부를 가지고 상기 소오스단부와 상기 타킷트 단부사이에서 소오스축선을 따라 연장된 내부영역을 형성하는 관상요소, 상기 타킷트 단부를 향하여 상기 소오스축선을 따라 통과하는 전자빔을 발생하기 위하여 상기 빔 소오스에 근접배치된 빔소오스수단, 상기 전자빔에 투사되는 것에 응답하여 X-선을 발생하기 위하여 상기 타킷트단부에 근접배치된 타킷트수단과, 상기 전자빔이 상기 타킷트수단에 투사되게 상기 빔소오스수단을 선택적으로 작동시키기 위한 제어수단을 포함하는 X-선소오스를 제공하는 단계, 상기 관상요소의 상기 타킷트단부부근에 배치가능하고 팽창시에 상기 타킷트단부에 인접하여 내부영역을 형성하는 팽창형 기낭을 포함하는 기낭조립체를 제공하는 단계, 상기 타킷트단부가 상기 체강내의 사전에 결정된 장소를 점유토록 체강내로 상기 관상요소를 삽입하는 단계 상기기낭을 팽창시키는 단계와, 상기 전자빔이 상기 타킷트에 투사되어 상기 X-선을 발생토록 상기 제어수단을 작동시키는 단계로 구성됨을 특징으로 하는 체강 내면에 X-선을 공급하는 방법.
12. 청구범위 11항에 있어서, 상기 기낭이 팽창시에 구형내부영역을 형성하고, 상기 관상요소를 삽입하는 상기 단계와 상기 기낭내부영역의 중심에 상기 타킷트다부를 배치하는 단계를 포함함을 특징으로 하는 방법.
13. 청구범위 11항에 있어서, 상기 팽창단계가 상기 기낭의 모든 면이 체강의 내부에 접촉토록 상기 기낭을 팽창시키는 단계를 포함함을 특징으로 하는 방법.
14. 청구범위 13항에 있어서, 상기 팽창단계가 체강의 내면을 균일한 형태로 확장시키는 단계를 포함함을 특징으로 하는 방법.
15. 청구범위 13항에 있어서, 상기 팽창단계가 체강의 내면을 구형의 형태로 확장시키는 단계를 포함함을 특징으로 하는 방법.

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