KR101250305B1 - 인체삽입/근접치료용 초소형 엑스선관 - Google Patents

Abstract

본 발명은 나노에미터(nanoemitter)를 이용한 인체 삽입/근접치료용 초소형 X 선관에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 나노에미터가 미세 형성된 음극부와, 상기 음극부의 상부에 배치되어 전자방출을 유도하며 전자빔을 집속시키는 게이트부와, 상기 전자방출부의 상부에 배치되어 상기 음극부로부터 방출된 전자를 가속시켜 전자의 충돌로 X 선을 발생시키는 양극부 및 상기 양극부 외부에 형성되어 인체와 접촉하는 외곽 몸체로 구성하여, 극히 제한된 초소형 구조 내에서 냉각시스템 및 진공유지기능을 자체적으로 내장하며 진공봉착지점을 최소화할 수 있는 삼극형 구조를 가진 초소형 X 선관에 관한 것이다.

Description

인체삽입/근접치료용 초소형 엑스선관{Ultra slim X-ray tube for Brachytherapy}

본 발명은 나노에미터(nanoemitter)를 이용한 인체삽입/근접치료용 초소형 X 선관에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 극히 제한된 초소형 구조 내에서 냉각시스템 및 진공유지기능을 자체적으로 내장하며 진공봉착지점을 최소화할 수 있는 삼극형 구조를 가진 초소형 X 선관에 관한 것이다.

통상 유방암, 전립선암 및 위암 등 각종 난치암 치료에 사용되고 있는 포톤테라피치료 방법은 인체 외부에서 방사선을 조사하는 구조로 되어 있어서 암치료에 필요한 엑스선 선량을 충족시키기 위해서는 인체 내/외부 정상조직에서 흡수되는 엑스선의 양을 고려하여 보다 높은 선량을 투여하고 있으며 이로 인해 정상조직에서의 변형, 2차암 발생 및 괴사 등 부작용이 항상 제기되어 왔다.

이를 보완하기 위하여 최근 방사선동위원소를 환부에 근접시켜 직접 조사하는 근접치료기법(Brachytherapy)이 활발히 이용되고 있으나 의사가 환부에 바늘모양의 방사선물질을 직접 삽입함으로 인하여 치료시간의 증가와 피폭량이 매우 높은 단점이 존재하게 되었다. 통상 각종 암의 치료에 사용되는 근접치료 기술(Brachytherapy)은 Ir-192 등 방사선물질을 사용하고 있으며, 이를 밀봉하여 환부에만 조사토록 하기 위한 기술은 아직 미진한 상태이다. 다시 말하면 치료중이 아닌 상황에서도 방사선 방호 측면에서 안전에 각별한 주의를 기울여야 하는 어려움이 있으며 정상조직으로의 방사선 노출 또한 여전히 존재하고 있다. 좀 더 개선된 방법의 제안으로 환부에 방사선물질이 들어갈 다수의 플랫폼을 삽입하고 의사가 환자와 격리된 공간에서 원격조정 함으로써 시술자의 피폭을 저감할 수 있는 방법이 있으나, 정상조직에 대한 환자의 방사선 노출 및 원격조정의 불확실성 그리고 방사선 물질의 관리적 측면에서 많은 문제점을 보이고 있다.

이에 대한 대안으로 미국을 중심으로 근접치료에 적합한 초소형 X선관이 제안되었다. 통상 열전자를 기반으로 한 X 선관이 제안 및 개발되고 있으며, 일부의 경우 냉음극을 이용한 X 선관이 제안되기도 하였다. 인체삽입 근접치료에 쓰이는 X 선관의 경우, 가장 크게 제한되는 요소는 X 선관의 크기이며, 이에 따라 극히 제한된 크기 내에서의 기능성 확보가 관건이 되고 있다.

통상의 열전자 기반 초소형 X 선관은 음극부의 핀이 수직 설치된 스템(Stem, 진공 튜브라고도 함)부와 하면에타겟 금속이 증착된출사창을 밸브로 지지하여 서로 봉착하고, 집속 전극을 상기 밸브의 내주면을 따라서 배치하는 동시에 집속 전극의 하단부를 스템부와 밸브로 끼우는 구성이다. 이때 크기의 제한에 기반하여 열전자원을 MEMS 공정에 의한 텅스텐 코일 등으로 구현하고 집속전극 및 타켓 또한 박막으로 구현되므로 취급에 주의가 필요하다. 또한 출사창 측과 밸브의 봉착 공정이 텅스텐 코일(음극 필라멘트)을 캐소드에 설치하는 공정보다도 이후가 된다. 그로 인해 텅스텐 코일 및 텅스텐 코일을 고정한 캐소드 핀을 고온에 노출시키게 되고, 텅스텐 핀과 캐소드 핀의 고정부가 가열되는 문제점이 있다. 결과적으로 텅스텐 코일과 캐소드핀의 고정이 느슨해지는 현상이 나타나며, 이는 필라멘트의 특성 및 수명 열화의 문제로 나타나 신뢰성이 결여될 우려가 있게 된다.

한편, 종래의 필라멘트를 이용한 열전자방출 초소형 X 선관의 경우 일반적으로 음극부와 양극부의 2극형 구조(다이오드 구조)를 채택하고 있다. 좀 더 자세히 설명하면, 음극부에서 전자가 방출되면 양극부에 고전압을 인가하여 가속시키는 방식을 사용하기 때문에 전자 집속 및 제어가 어려운 구조를 취하고 있다. 뿐만 아니라 필라멘트에서의 열전자 방출은 전방위(360°) 방출이 나타나므로 실제 양극부에 도달하는 전자량의 효율은 극히 떨어질 수 밖에 없다.

이와 함께 또 다른 중요 요소는 X 선관의 냉각을 위한 조치이다. 인체 내에서 환부의 효율적인 치료를 위하여 충분한 선량의 X 선량이 도출되야 함은 주지의 사실이며, 이를 위하여 상당량의 전자를 매우 높은 가속에너지를 지닌 채 타겟으로 향하게끔 하여야 한다. 즉, 극히 제한된 영역 내에서 고전압 고전류 밀도의 환경이 주어지므로 이때 발생되는 열의 효과적인 방출이 매우 중요한 인자가 된다. 종래의 열전자 초소형 X 선관의 경우, 상기 원인에 의한 열발생외에 전자를 방출시키기 위한 고열이 추가적으로 요구되므로 냉각 기능이 더욱 높은 수준으로 이루어져야 하며 이로 인해 X 선관과는 별개의 장치로써 X 선관의 외곽을 수냉시스템에 의하여 또다시 구조화시키는 방법을 채택하고 있다. 그러나 이와 같은 구조는 인체삽입 후 근접치료에 요구되는 초소형 크기 내에서 실제 X 선관의 크기를 더욱 제한시키는 요소로 작용하므로 구현성의 저하를 가져오게 된다. 좀 더 자세히 설명하면 근접치료에 사용되는 카테터(Catheter)의 크기는 극히 초소형으로 제한되어 있는데, 이 제한된 크기 내에서 또다시 냉각에 필요한 외부 시스템이 추가되므로 실제 X 선관이 구현될 공간은 극히 작아지는 단점을 가지게 되는 것이다.

종래의 방사선을 지속적으로 방출하는 방사선동위원소를 이용한 근접치료의 문제점을 해결하고자 상기와 같은 초소형 X 선관이 제안되어, 치료 시에만 방사선이 공급될 수 있도록 하고자 하였으나, 열전자 방출에 기인할 경우 전자방출의 안정화를 위한 필라멘트의 워밍업 시간이 추가로 요구되며 전원 On/Off에 대한 X 선 도출의 신속한 응답이 이루어지기 힘든 단점 또한 존재하게 된다.

열전자방출의 상기와 같은 문제를 해결하기 위하여 냉음극(Cold cathode)에 의한 전계방출이 대안으로 제시되고 있다. 전계방출(Field emission)의 경우 매우 빠른 응답속도를 지니며 전자방출의 온도 의존성이 매우 낮으므로 원하는 시간과 필요한 량의 X 선량 도출에 효과적인 방안이 될 수 있는 장점이 있다. 최근의 나노기술의 발달로 인해 매우 효과적인 전자방출이 가능한 여러 종류의 나노전자방출원(나노에미터)이 제시되고 있으며, 예를 들어 이중 최근 들어 각광받고 있는 물질은 탄소 나노 튜브(CNT: carbon nano tube)이다. CNT는 진공 중에서 끝이 뾰족한 도전성 에미터에 전기장이 인가되었을 때 전자가 방출되는 전계 방출 원리를 이용하는 에미터로 가장 우수한 성능과 더불어 전자방출의 단방향직진성을 가지므로 매우 높은 효율을 제공한다.

통상 CNT를 비롯한 나노에미터를 이용하여 X 선관을 구현할 때, 전자 방출량을 조절하여 X 선량을 효과적으로 조절하기 위해 열전자 기반과는 달리 삼극형 구조를 채택한다.

하지만, 종래의 CNT 에미터를 이용한 X 선관에 있어서, 전자빔집속은 별도의 집속용 전극에 인가되는 전압에 따라 조절되기 때문에, 전자빔집속을 얻어내거나 향상시키기 위해서는 이를 위한 또 다른 별도의 집속용 전극이 필수적으로 구비되어야 하며, 이로 인해 구조가 복잡해지고 제작이 어려운 문제점이 있다.

게다가, CNT 에미터로부터 방출된 전자가 게이트부로 누설되면, 이로 인해 누설전류에 의한 열변형 등의 이유로 인해 게이트부가 변형되어 전자방출의 신뢰성이 저하되는 문제도 극복해야 할 난제 중의 하나로 여겨지고 있다. 그리고, 전자를 가속시키기 위한 양극부에 50kV 정도의 고전압이 인가되면, 원치 않는 아킹(arcing) 등에 의하여 구조가 손상될 수 있으므로 이에 대한 대응이 요구된다.

인체삽입 근접치료용 초소형 X 선관의 앞서 언급한 가장 큰 제약인 극히 제한된 크기는 열전자 방출 기반 뿐만 아니라 전계방출 기반의 X 선관 구현에 있어서도 매우 큰 장벽이 된다. 전계방출에 의한 X 선관 또한 방출된 전자가 높은 전류밀도와 함께 초고전압의 가속에너지를 안고 양극부의 타겟에 충돌하게 되므로, 이때 발생되는 열을 효과적으로 배출시켜야 하는 문제가 있으며, 10-3torr정도에서 동작 가능한 열전자 X 선관과는 다르게 전계방출은 최소 10-5~6torr의 고진공이 확보되어야 안정적 동작이 가능하므로 진공봉착 및 유지에 대한 효과적인 방법도 고안되어야 할 것이다. 이와 함께 근접치료 중 수명이 다한 X 선관의 교체가 신속하고 용이하게 이루어질 수 있는 구조 또한 확보되어야 할 것이다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로서, 본 발명의 목적은 나노에미터를 이용하여 인체삽입/근접치료용 전계방출 초소형 X 선관을 구현할 수 있도록 하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 나노에미터를 이용한 X 선관에 있어서 높은 전기적 특성과 신뢰성 및 구조적 안정성이 확보되도록 하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 추가적인 냉각시스템이 필요 없이 X 선관의 양극부에 냉각기능을 일체화하여 제한된 크기 내의 활용도를 최대화 할 수 있도록 하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 나노에미터를 이용한 X 선관의 고진공도 유지를 위하여 양극부 및 게이트부의 전류에 의해 발생되는 열로 자체적인 활성화가 가능한 게터를 구비할 수 있다는 데 있으며, 동시에 전자의 원치 않은 대전 방지효과까지 확보할 수 있도록 하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 나노에미터를 이용한 X 선관의 구현을 위해 아노딕본딩 및 매개물 본딩을 이용하여 구현 용이성 및 고진공도의 신뢰성을 확보하고 진공봉착지점을 최소화 할 수 있도록 하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 나노에미터를 이용한 X 선관에 있어서 별도의 집속용 전극 없이 게이트부를 이용하여 전자빔집속을 도모할 수 있으며, 게이트부로의 누설전류를 게터 활성화에 이용할 수 있도록 하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 X 선관 구조에 따라 전류 스위칭을 적용하여 나노에미터를 이용한 X 선관으로부터 출력되는 X 선량을 효과적으로 제어할 수 있도록 하는 것이다.

상기한 종래 문제점을 해결하고 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시 예에 따른 인체삽입/근접치료용 초소형 X 선관은 나노에미터가 미세 형성된 음극부와; 상기 음극부의 상부에 배치되어 전자방출을 유도하며 전자빔을 집속시키는 게이트부와; 상기 전자방출부의 상부에 배치되어 상기 음극부로부터 방출된 전자를 가속시켜 전자의 충돌로 X 선을 발생시키는 양극부; 및 상기 양극부 외부에 형성되어 인체와 접촉하는 외곽 몸체;로 구성하되, 상기 양극부는 냉각기능이 내재되어 있는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 일 실시 예에 따른 인체삽입/근접치료용 초소형 X 선관에 있어서, 상기 나노에미터는 직접 성장 혹은 스크린 프린팅 혹은 추가적으로 노광과 현상을 통해 상기 음극부 상에 미세 패터닝된 것을 특징으로 한다.

본 발명의 일 실시 예에 따른 인체삽입/근접치료용 초소형 X 선관에 있어서, 상기 나노에미터는 직접 성장시 기판과 화학적 결합을 통해 강한 접착력을갖도록 하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 일 실시 예에 따른 인체삽입/근접치료용 초소형 X 선관에 있어서, 상기 나노에미터는 CNT 외에 ZnO를 비롯한 산화물 나노 와이어, 금속 나노 와이어 또는 카본 나노 와이어 중전도성을 가지고 있는 나노 와이어 및 그래핀과 같은 나노 플레이트가 적용될 수 있음을 특징으로 한다.

본 발명의 일 실시 예에 따른 인체삽입/근접치료용 초소형 X 선관에 있어서, 상기 음극부는 원형 타입으로써 Si 웨이퍼또는 금속류(Ag, Cu, Ru, Ti, Pd, Zn, Fe 또는 Au와 같이 전도성이 높은 금속 및 합금류)로 적용되어 있는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 일 실시 예에 따른 인체삽입/근접치료용 초소형 X 선관에 있어서, 상기 게이트부는 고전도성 금속계로 이루어진 원통 형태로 제작되며, 부가적으로 나노에미터와 동일한 피치를 갖는 다수의 게이트홀이 형성될 수 있음을 특징으로 한다.

본 발명의 일 실시 예에 따른 인체삽입/근접치료용 초소형 X 선관에 있어서, 상기 게이트홀은 X 선의 방출 분포에 따라 상기 나노에미터로부터 방출된 전자빔이 상기 양극부에 집속되도록 소정의 각도로 경사진 형태의 경사 개구 구조를 갖는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 일 실시 예에 따른 인체삽입/근접치료용 초소형 X 선관에 있어서, 상기 음극부와 게이트부 사이의 전기적 절연성을 확보하기 위하여 원통형 절연체를 구비함을 특징으로 한다.

본 발명의 일 실시 예에 따른 인체삽입/근접치료용 초소형 X 선관에 있어서, 상기 원통형 절연체는 절연내력이 1kV/mil 이상이며, 통상의 파이렉스(Pyrex glass)를 비롯한 유리계 절연체가 적용 가능함을 특징으로 한다.

본 발명의 일 실시 예에 따른 인체삽입/근접치료용 초소형 X 선관에 있어서, 상기 양극부는 냉각기능을 포함하며, 상단이 막힌 원통형 구조로 되어 있으며, 타겟 주위에서 발생되는 열을 상기 양극부 몸체 전체로 빠르게 분산시킴과 동시에 외부로 연결된 고전압 배선을 통하여 열을 배출시킬 수 있는 구조를 특징으로 한다.

본 발명의 일 실시 예에 따른 인체삽입/근접치료용 초소형 X 선관에 있어서, 상기 양극부는 고 열전도성 물질인 Ag, Cu와 같은 금속 또는 합금, 더 나아가 CNT 복합금속 중 어느 하나로 이루어 질 수 있음을 특징으로 한다.

본 발명의 일 실시 예에 따른 인체삽입/근접치료용 초소형 X 선관에 있어서, 상기 양극부는 힛파이프 기능이 첨부된 고 열전도성 물질로 이루어지며, 이때의 힛파이프 기능은 냉매로써 감압된 물 혹은 통상의 기화가 용이한 냉매가 적용 가능함을 특징으로 한다.

본 발명의 일 실시 예에 따른 인체삽입/근접치료용 초소형 X 선관에 있어서, 상기 양극부 하부 끝단은 스크류 연결을 위한 나사선 형태의 연결부를 구비하여, 카테터 내에서 X 선관만을 교체할 수 있는 모듈로써 적용 가능함을 특징으로 한다.

본 발명의 일 실시 예에 따른 인체삽입/근접치료용 초소형 X 선관에 있어서, 상기 양극부는 근접치료의 요구조건 및 X 선의 방출분포에 따라 자유로운 형태로 제작 가능함을 특징으로 한다.

본 발명의 일 실시 예에 따른 인체삽입/근접치료용 초소형 X 선관에 있어서, 상기 양극부에 형성되는 X 선 타겟은 근접치료의 종류 및 방법에 따라 투과형/반사형이 모두 적용될 수 있으며, 증착과 코팅을 통해 형성됨을 특징으로 한다.

본 발명의 일 실시 예에 따른 인체삽입/근접치료용 초소형 X 선관에 있어서, 상기 게이트부 및 상기 양극부는 전기적 절연을 위하여 절연내력이 7kV/mil 이상급의 폴리이미드계 혹은 테프론계가 적용되며, 원통형으로 이루어짐을 특징으로 한다.

본 발명의 일 실시 예에 따른 인체삽입/근접치료용 초소형 X 선관에 있어서, 상기 양극부 내의 진공도는 전계방출에 적합한 10-6torr이상이며, 진공도 유지를 위해 자체적으로 활성화 되는 게터가 적용됨을 특징으로 한다.

본 발명의 일 실시 예에 따른 인체삽입/근접치료용 초소형 X 선관에 있어서, 상기 게터는 열에 의해 활성화는 비증발성게터가 적당하며, 증착 혹은 펠릿형태로 구현 가능함을 특징으로 한다.

본 발명의 일 실시 예에 따른 인체삽입/근접치료용 초소형 X 선관에 있어서, 상기 게터는 양극부 및 게이트부에 형성되며, 양극부의 타겟에서 발생되는 열 및 게이트부의 누설전류에 의한 열에 의해 자체적으로 활성화되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 일 실시 예에 따른 인체삽입/근접치료용 초소형 X 선관에 있어서, 상기 게터는 양극부 및 게이트부의 전극 및 절연체부위까지 형성될 수 있는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 일 실시 예에 따른 인체삽입/근접치료용 초소형 X 선관에 있어서, 상기 게터는 Ti, Zr 또는 얼로이가 통상적으로 사용 가능하며, 나노급게터의 적용도 광범위하게 이용될 수 있음을 특징으로 한다.

본 발명의 일 실시 예에 따른 인체삽입/근접치료용 초소형 X 선관에 있어서, 상기 음극부 및 게이트부, 양극부는 동일 단계에서 진공봉착됨을 특징으로 한다.

본 발명의 일 실시 예에 따른 인체삽입/근접치료용 초소형 X 선관에 있어서, 상기 음극부 및 게이트부는 절연체와 매개물이 필요 없는 아노딕본딩이 가능함을 특징으로 한다.

본 발명의 일 실시 예에 따른 인체삽입/근접치료용 초소형 X 선관에 있어서, 상기 양극부는 고전압 절연체와 아노딕본딩 외에 매개물을 이용한 진공봉착을 특징으로 한다.

본 발명의 일 실시 예에 따른 인체삽입/근접치료용 초소형 X 선관에 있어서, 상기 매개물을 이용한 진공봉착은 브레이징, 유테틱본딩 및 프릿본딩이 적용될 수 있음을 특징으로 한다.

본 발명의 일 실시 예에 따른 인체삽입/근접치료용 초소형 X 선관에 있어서, 상기 진공봉착을 위한 지점을 최소화 하여 구조적 신뢰성을 향상시킬 수 있음을 특징으로 한다.

본 발명의 일 실시 예에 따른 인체삽입/근접치료용 초소형 X 선관에 있어서, 상기 음극부, 게이트부 및 양극부는 하나의 모듈로써 구현되어 콘트롤러 및 고전압 배선과 스크류연결부를 통해 연결되며, 이때 스크류연결부와 연결되는 고전압 배선은 전극들이 원통형으로 제작됨에 기초하여 통상의 동축케이블이 적용될 수 있음을 특징으로 한다.

본 발명의 일 실시 예에 따른 인체삽입/근접치료용 초소형 X 선관에 있어서, 상기 동축케이블은 고정렬 연결을 위하여 고전압 전극용 와이어와 게이트부 전극을 서로 다른 위치에 고정렬을 포진시키는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 일 실시 예에 따른 인체삽입/근접치료용 초소형 X 선관에 있어서, 상기 고전압 전극용 와이어 및 게이트부 전극에서 중최외곽에 위치하는 전극은 항상 접지 전위를 가짐을 특징으로 한다.

본 발명의 일 실시 예에 따른 인체삽입/근접치료용 초소형 X 선관에 있어서, 상기 최외곽에 위치하는 전극이 양극부일 경우 게이트부의 전위를 네거티브 초고전압으로 인가하고, 상기 최외곽에 위치하는 전극이 음극부일 경우양극부의 전위를 포지티브 초고전압으로 인가함을 특징으로 한다.

본 발명의 일 실시 예에 따른 인체삽입/근접치료용 초소형 X 선관에 있어서, 상기 최외곽에 위치하는 전극이 음극부일 경우, 음극부상에 고전압 트랜지스터를 연결하여 전류스위칭을 통해 펄스 구동화가 가능함을 특징으로 한다.

본 발명의 일 실시 예에 따른 인체삽입/근접치료용 초소형 X 선관에 있어서, 상기 외곽 몸체는 단열 및 절연 기능을 모두 가지고 있어야 하며, 통상의 Hydro-NM-Oxide 및 이에 상응하는 물질이 사용 가능함을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 인체삽입 근접치료용 초소형 X 선관은 다음과 같은 효과를 가진다.

첫 번째로, 초소형 X 선관 자체적으로, 좀 더 자세히 언급하자면 양극부가 자체적으로 냉각기능을 갖추고 있으므로 극히 제한된 크기 내에서의 활용도를 최대화할 수 있는 효과가 있다.

두 번째로, 냉각을 위한 추가적인 시스템이 요구되지 않으므로 상기 초소형 X 선관과 연결되는 콘트롤러 및 배선의 구조 단순화가 가능해지며, 교체성이 용이한 X 선관을 구현할 수 있는 효과가 있다.

세 번째로, 양극부 및 게이트부에서 발생되는 열을 기반으로 한 게터의 자체 활성화가 가능해 지므로 초소형 X 선관 내의 진공도가 지속적으로 유지될 수 있는 효과가 있다.

네 번째로, 진공봉착지점을 최소화하여 구조적 안정성 및 구현 용이성을 확보할 수 있는 효과가 있다.

다섯 번째로, 별도의 구조 변경 없이 현재 인체삽입 근접치료에 사용되고 있는 어플리케이터(Applicator)에 바로 적용할 수 있으므로 비용적, 사용적 측면에서 유리한 효과가 있다.

여섯 번째로, 전류 스위칭에 따라 출력되는 X 선 출력량을 원하는 데로 제어할 수 있으며, X 선관의 수명을 증가시킬 수 있는 효과가 있다.

마지막으로, 본 발명의 초소형 X 선관은 냉음극인전계방출효과를 이용하므로 인체삽입 근접치료시 수반될 수 있는 방사선의 과다 피폭 및 시술시간의 증가를 최소화할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 인체삽입/근접치료용 초소형 X 선관을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 2a는 본 발명에 따른 양극부 및 힛파이프냉각기능이 첨가된 양극부를 나타낸 도면이다.
도 2b는 본 발명에 따른 양극부의 다양한 실시 형상을 나타낸 도면이다.
도 3a는 본 발명에 따른 자체 활성화가 가능한 게터를나타낸 도면이다.
도 3b는 도 3a에서 양극부에 형성되는 게터를 나타낸 도면이다.
도 3c는 도 3a에서 게이트부에 형성되는 게터를나타낸 도면이다.
도 4a는 본 발명에 따른 최소화 된 진공봉착된 X 선관을 나타낸 도면이다.
도 4b는 도 4a에서음극부 및 게이트부와 절연체와의 아노딕본딩을 나타낸 도면이다.
도 4c는 도 4a에서양극부와 고전압 절연체와의 매개물 본딩을 나타낸 도면이다.
도 5a는 본 발명에 따른 초소형 X 선관에서 최외곽 전극이 양극부인 경우를 나타낸 도면이다.
도 5b는 본 발명에 따른 초소형 X 선관에서 최외곽 전극이 음극부인 경우를 나타낸 도면이다.

이하, 본 발명에 따른 인체삽입/근접치료용 초소형 X 선관에 대하여 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명에 따른 인체 삽입/근접치료용 초소형 X 선관을 개략적으로 나타낸 도면이다. 도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 인체삽입/근접치료용 초소형 X 선관은, 음극부(200)에 형성되어 있는 나노에미터(202)로부터 게이트부(210)로 조절되어 방출되는 전자가 양극부(100)에 도달하여 X 선을 방출시키는 구조이다.

이때, 상기 음극부(200)는 Si 웨이퍼 및 금속(Ag, Cu, Ru, Ti, Pd, Zn, Fe 또는 Au 와 같이 전도성이 높은 금속 및 합금 포함)류와 같은 물질을 적용하는 것이 바람직하다. 상기 음극부(200)위에 실제 전자를 방출시키는 나노에미터(202)를 구현하며, 더 자세히 설명하면 다음과 같다.

첫 번째 실시예로써 CNT와 같은 나노에미터를 음극부(200)위에 직접 성장시켜 전자방출을 담당토록 하는 것이다. 이때 나노에미터(202)로부터 방출되는 전자량이 매우 크므로 나노에미터(202)의 신뢰성이 충분할 수 있도록, 음극부(200)와의 접착력이 우수하게끔 화학적 본딩으로 되어 있는 것이 바람직하다.

두 번째 실시예로는, 음극부(200) 상부에 CNT와 같은 나노에미터(202)를 미세 패터닝하는 방법으로서, 다음과 같은 방법을 사용할 수 있다.

우선, CNT 파우더, 유기 바인더, 감광물질, 모노머 및 나노 크기의 금속입자를 용매에 분산시켜 CNT 페이스트를 제조한 후, 상기 제조된 CNT 페이스트를 기판 상부에 형성된 전극 상에 도포한다. 이어서, 전극 상에 도포된 CNT 페이스트를 노광하여 미세 패터닝한 후, 상기 미세 패터닝된 CNT 페이스트를 소성하여, 상기 소성된 CNT 페이스트의 표면이 활성화되도록 CNT 페이스트의 표면을 처리한다. 여기에서, 상기 음극부(200)의 상부에는 노광과 현상을 통한 미세 패터닝이 가능하도록 미리 기판을 패터닝해 놓는 것이 바람직하다.

상기 나노에미터(202)로는 대표적인 CNT외에 ZnO을 비롯한 산화물 나노 와이어, 금속 나노 와이어, 카본 나노 와이어 등 전도성을 가지고 있는 대부분의 나노와이어류 및 그래핀(Graphene) 등을 포함할 수 있다.

도 1의 게이트부(210)은 고전도성 금속계(합금 포함)로 이루어지며, 원통형태로 제작된다. 이때 상기 게이트부(210)의 상단은 하단 음극부(200)에 형성된 나노에미터(202)와 동일한 피치를 갖는 다수의 게이트홀이 형성될 수 있다.

상기 게이트부(210)와 상기 음극부(200)사이의 전기적 절연성을 확보하고 매크로한 전자방출 효과를 얻기 위하여 원통형 절연체(302)를 구비한다. 상기 게이트부(210)와 상기 음극부(200)사이의 전위차는 매우 높지 않으므로 절연내력 상의 여유가 크며(1kV/mil) 통상의 유리계 정도면 충분하다. 특히 파이렉스(Pyrex)와 같은 유리를 적용할 경우 상기 음극부(200)와 상기 절연체(302)사이의 진공봉착 시 매개물이 필요 없는 아노딕본딩(anodic bonding)이 가능하므로 매우 효과적인 공간 효과를 획득할 수 있다.

좀 더 자세히 설명하면, 인체삽입/근접치료용 초소형 X 선관의 통상적인 허용 크기가 높이 약 10mm, 폭 약 2mm정도의 원통구조로 되어 있으므로, 이와 같이 극히 제한된 공간 내에서 매개물을 이용한 진공봉착을 최소화하여야만 전계방출소자로서의 기능성을 최대화할 수 있게 된다.

상기 진공봉착에 있어서 상기 절연체(302)와 상기 게이트부(210) 또한 동일한 방법의 아노딕본딩을 적용하여 진공봉착이 가능하다. 이와 관련된 좀 더 자세한 설명은 도 4에서 이루어질 것이다.

도 1에서 도시된 바와 같이 상기 양극부(100)는 전체 X 선관을 둘러싸는 단열 및 절연기능의 외곽몸체(300)를 제외하고 전극의 입장에서 인체와 가장 가까운 최외곽에 위치하게 된다. 그러므로 환부 치료시 인체내의 고전압 안전성 확보를 위하여 상기 양극부(100)의 전위를 접지로 가져가는 방법이 가장 바람직하다. 즉, 상기 양극부(100)를 접지로 하고, 상기 게이트부(210) 및 상기 음극부(200)를 네거티브 초고전압으로 형성시켜 전자의 방출과 원할한 전자의 가속 및 이에 기인한 X 선 도출을 얻어낼 수 있도록 하는 것이다.

상기 음극부(200) 및 나노에미터(202)로부터 방출된 전자가 상기 양극부(100)에 도달하여 X 선을 방출하기 위해서는 반드시 X 선용 타겟(400)이 구비되어야 한다. 이때 상기 X 선용 타겟(400)은 박막 등의 방법으로 구현될 수 있으며 근접치료 목적과 방법에 따라 반사형 및 투과형의 타겟을 임의로 지정하여 사용할 수 있다.

한편, 상기 양극부(100)는 도1에서 나타낸 것처럼, 최외곽을 둘러싼 원통형 구조로 되어 있다. 앞서 언급한 것처럼 인체삽입/근접치료용 초소형 X 선관에서 가장 중요한 이슈 중 하나는 양극부에서 발생하는 열을 어떻게 배출시키는 가 하는 것이다. 통상의 양극부는 양극부 어셈블리가 별개로 형성되어 열방출의 제한이 뒤따르고, 이에 따라 X 선관 이외의 추가적인 냉각시스템이 카테터 안에 포함될 수밖에 없었지만, 본 발명에 따르면 상기 양극부(100)가 X 선관 전체를 둘러싸는 것과 동시에 열이 집중적으로 발생하는 타겟(400)주위의 열을 X 선관 전체로 분산시킬 수 있는 효과가 있는 것이다. 또한 양극부(100)의 끝단은 스크류 연결 형태의 스크류 연결부(101)로 되어 있으므로 배선과의 연결 시 추가적인 열 전달 및 냉각효과도 얻을 수 있는 장점이 있게 된다.

상기 양극부(100)는 열전달 성능이 아주 높은 금속류가 적당하며, CNT와 같은 물질과의 합금형태 또한 바람직하게 적용할 수 있다.

상기 양극부(100)의 또 다른 구현방법으로는 양극부 자체를 힛파이프(Heat Pipe)로 만들어 열전달 효과를 극대화하는 것이다. 이에 대한 내용은 도 2에서 보다 자세히 설명될 것이다.

한편, 상기 양극부(100)와 상기 게이트부(210) 및 음극부(200)는 전자의 원할한 가속에너지를 얻기 위하여 매우 높은 고전압으로 전위가 분리되어 있게 된다. 통상 근접치료 방사선량을 얻기 위해서 약 50kV이상의 전위차가 확보되어야 한다. 이와 같은 초고전압차를 안정적으로 유지하기 위하여 특히 양극부(100)와 접촉하는 절연체(301)의 절연내력은 매우 높은 물질을 적용하여야 한다. 통상 폴리이미드(Polyimide)계의 절연내력이 약 7kV/mil(최대 허용온도 260℃)을 가지고 있으므로 본 발명의 초소형 X 선관의 제한된 공간 내에서 적절한 절연성을 확보할 수 있을 것이다. 이와 더불어 테프론(TEFLON)계를 내부에 코팅하여 고진공에서의 아웃게싱(Out-gassing)을 방지할 수도 있다.

도 1에서 도시된 초소형 X 선관의 내부 공간(600)은 약 10-6torr정도의 고진공이 유지되어야 하며 이를 위해 진공봉착의 중요성을 앞서 언급했었다. 또한 앞서 상기 게이트부(210) 및 상기 음극부(200) 그리고 상기 두전극 사이의 상기 절연체(302)는 매개물이 필요 없는 아노딕본딩으로 진공봉착 할 수 있음을 설명했었다. 도1에서 도시된 바와 같이 원통형의 상기 게이트부(210)와 원통형의 고전압용 절연체(301)는 상기 절연체(301)의 융기된 부분과 상기 게이트부(210)의 윗면 사이에 아노딕본딩을 통하여 진공봉착이 가능하다.

상기 양극부(100)와 상기 절연체(301)사이의 진공봉착의 경우 아노딕본딩도 가능할 것이나, 근접치료의 종류 및 카테터의 모양에 따라 두 물질간 접촉면이 아노딕본딩에 적절치 못할 수 있으므로 매개물을 이용한 진공봉착이 적용될 수 있다. 상기 진공봉착에 대한 부분은 도 4에서 좀 더 자세히 설명될 것이다.

한편 도 1에서 도시된 바와 같이 상기 양극부(100)와 상기 게이트부(210)에는 초소형 X 선관 내에서 자체적으로 발생하는 열에 의하여 자동으로 활성화될 수 있는 게터(500)가 구비되어 있다. 상기 게터(500)는 전계방출에 요구되는 고진공의 유지에 반드시 필요할 뿐만 아니라, 게터 자체가 전도성을 가지고 있으므로 전자의 원치 않은 대전방지 효과도 더불어 가지게 된다.

상기 게터(500)는 상기 양극부(100)의 열과 상기 게이트부(210)에 흐르는 누설전류에 의한 열에 의하여 스스로 활성화되며, 이에 따라 열에 의해 활성화 될 수 있는 비증발성게터를 적용하는 것이 바람직하다. 본 발명의 게터에 대한 내용은 도 3에서 보다 자세히 설명될 것이다.

도 1에서 도시된 초소형 X 선관은 그 자체가 하나의 모듈로써 작동하게 되며 콘트롤러 및 고전압 와이어와 스크류 연결부(101)를 통해 매우 간단히 교체할 수 있게 되어 있다. 고전압 와이어는 도 1에서 도시된 X 선관의 전극 구조가 원통형으로 구현될 수 있음에 기초하여 통상적인 동축케이블(Coaxial cable) 형태로 제작할 수 있다. 이때 동축으로 사용되는 전극이 가장 높은 전위를 갖게 되며 도1의 초소형 X 선관의 음극부와 연결된 고전압 와이어(201)과 직접적으로 접촉된다. 고전압 와이어와 상기 초소형 X 선관의 연결 시 주의해야 할 점은 극히 제한된 크기 내에서 정렬의 오차가 발생하면 고전압에 의해 절연성이 파괴될 수 있다는 데 있다. 따라서 본 발명에서는 도1에서 도시된 바와 같이 고전압 와이어(201) 및 게이트부 전극(210)을 서로 다른 위치에 포진시켜 동축케이블과의 연결시 자체적인 정렬이 더 향상되게끔 고안되어 있다.

한편, 도 1에서 도시된 초소형 X 선관의 최종 구현단계는 최외곽양극부(100) 내부에 위에서 언급된 절연체(303, 302, 301)를 비롯하여 각 전극들이 봉착됨으로써 이루어지게 되며, 인체와 직접적으로 접촉하는 부위의 안전성을 확보하기 위하여 열에 대한 단열 및 전기적 절연성을 갖는 보호물질 즉 최외곽 몸체(300)을 추가적으로 형성해야 한다.

상기 최외곽 몸체(300)은 통상 Hydro-NM-Oxide 및 이에 상응하는 단열 및 절연체로 구현되는 것이 바람직하며, 절연내력의 허용범위는 크게 중요하진 않다.

도 2a에서는 도 1에서 도시된 냉각기능이 첨가된 양극부(100)에 대하여 좀 더 자세히 설명하기 위해 표현되어 있다. 상기 양극부(100)는 앞서 언급된 것처럼 상단이 막힌 원통형으로 형성되어 있으며 구현방법에 따라 크게 2가지로 나눌 수 있다.

먼저, 도면번호 102 : 고 열전도성 금속형 양극부는 상기 양극부(100)를 고 열전도성 물질로 구현한 경우로써, 타겟(400)주위에서 발생되는 강력한 열을 빠르게 양극부(100)몸체 전체로 분산시키고, 외부로 연결된 고전압 와이어의 금속을 통해 열을 배출시킬 수 있는 구조이다. 이때 상기 고 열전도성 물질로써, Ag, Cu와 같은 금속 및 합금 더 나아가 CNT 복합금속 등이 가장 바람직할 것이다.

그리고, 도면번호 103 : 힛파이프 양극부는 상기 양극부(100)의 열전달 효과를 더욱 극대화시키기 위하여 힛파이프를 양극부(100)로써 사용할 수도 있다. 상기 힛파이프(103)의 재질은 Ag, Cu와 같은 금속 및 합금 더 나아가 CNT 복합금속 등이 사용될 수 있으며 열전달을 위한 냉매(104)는 감압된 물을 비롯해 통상의 기화가 용이한 냉매가 적용가능하다. 상기 힛파이프(103)을 양극부(100)로 이용할 경우 X 선관과 연결되는 고압 케이블의 접지 전극을 X 선관과 동일하게 힛파이프 구조로 구현할 수도 있으며, 냉각성능을 향상키기기 위하여 고압케이블 상에서 강제적인 수냉시스템이 적용될 수도 있다. 본 발명에서는 위에서 언급한 강제적인 추가 수냉시스템이 적용된다고 하여도, X 선관 자체에는 적용되지 않고 X 선관의 스크류 연결부(도1의 101)를 통해 열을 빼앗아 가는 구조이므로 X 선관의 교체 및 구현 용이성에 전혀 부담을 주지 않을 수 있게 된다.

한편, 상기 양극부(100)는 인체삽입 근접치료의 요구조건에 따라 다양한 X 선 방출분포를 얻기 위하여 자유로운 구조 설계가 가능하다(도2b). 앞서 언급한 것처럼 X 선의 방출은 타겟의 종류와 방법에 따라 투과형/반사형 모두 적용될 수 있으며 미세크기의 초소형 양극부를 구현함에 있어서 공정 용이성에 따라 도 2b의 도면번호 105~108등의 형상으로 다양하고 자유로운 구조가 가능하다.

한편, 도 3a 내지 3c에서 도시된 바와 같이 전계방출을 이용하는 초소형 X 선관에서 중요한 요소 중 하나인 고진공의 유지를 위하여 자체적으로 활성화될 수 있도록 게터(Getter : 500)를 양극부분(501) 및 게이트부분(502)에 형성시킨다.

도 3a 내지 3c에서 나타낸 바와 같이 양극부분(501)에 형성된 게터(500)는 다음과 같은 기능을 가진다.

가속된 전자의 충돌 및 전류에 의하여 타겟(400) 및 양극부(100)에 발생되는 열로 게터(500)가 자체적으로 활성화 될 수 있으며, 도3a에 도시된 것처럼 게터(500)를 전극(100) 및 절연체(301)에도 동시에 형성시켜 유전체에 발생할 수 있는 대전을 피하고 아킹을 방지할 수 있는 기능이다. 본 발명에서와 같이 인체삽입 근접치료용 초소형 X 선관은 매우 제한된 공간을 활용해야 하므로 전계방출을 위한 각종 기능 부품들이 집적되어 제작되게 된다. 뿐만 아니라 충분한 X 선량을 얻기 위하여 초고전압(50kV 이상)이 인가되어야 하는데, 원치 않은 전자의 대전현상이 유전체(절연체)에 나타날 경우 전자방전에 기인한 아킹이 나타날 수 있으며 이로 인해 X 선관의 내부 구조가 심각히 손상될 수 있는 우려가 존재하게 된다. 따라서, 본 발명에서 제시한 게터(500)의 위치는 진공도 확보 및 유지를 위한 열원 부분뿐만 아니라 대전 방지를 위해 절연체 부위에도 동시에 적용되어야 함이 특징이다.

도3c에서 도시된 게이트부분(502)의 게터(500)는 게이트부(210) 및 절연체(301)의 내주면에 형성된다. 통상 음극부에서 방출된 전자의 일부는 게이트부(210)으로 누설될 수 밖에 없으며, 이로 인하여 금속계로 이루어진 게이트부(210)에는 전류에 의한 열이 발생하게 된다. 따라서 본 발명에서는 게이트부(210)에서 발생하는 열을 게터(500)의 활성화에 적용시킬 수 있도록 하였으며, 양극부분(501)에서와 마찬가지로 절연체(301)부분에도 게터(500)를 형성시켜 아킹을 방지할 수 있도록 하였다. 이로 인하여 초소형 X 선관의 구동 안정성을 확보할 수 있음은 분명한 사실이다.

상기 게터(500)는 비증발성계가 가장 적합하며, Ti, Zr 등 및 얼로이(Alloy)가 통상적으로 사용될 수 있다. 또한 최근 들어 사용되고 있는 나노급게터 및 이의 증착기술도 충분히 적용할 수 있다.

상기 게터(500)는 증착에 의한 방법과 펠릿(Pellet)을 적용시키는 방법 모두 광범위하게 적용 가능하다.

본 발명에 따르면, 인체삽입 근접치료용 초소형 X 선관의 전계방출을 위한 고진공도 유지에 매우 효과적인 자체 활성화된 게터를 얻을 수 있을 것이다.

한편, 고진공도를 안정적으로 유지하고 구조적 신뢰성을 확보하기 위하여 도 4a 내지 4c에 도시된 바와 같이 진공봉착지점을 최소화하고, 매개물의 사용을 최대한 억제할 수 있는 방법을 나타내었다. 앞서 언급했던 것처럼, 음극부 및 게이트부는 아노딕본딩(701)으로 봉착하고, 양극부는 매개물을 이용한 봉착(702)이 이루어 진다. 도 4b에 도시된 것처럼 예를 들어 음극부(200)의 경우 앞서 언급했던 것처럼 Si 및 금속기판이 적용될 수 있으며, 절연체(301 혹은 302)가 유리계인 경우 도 4b와 같이 아노딕본딩이 가능하게 된다. 음극부(200)의 경우 디스크판상으로 형성되어 있으므로 원통형의 절연체(301 혹은 302)의 상/하단의 끝단이 음극부(200)의 윗면과 아노딕본딩되며, 만일 절연체(301 혹은 302)와 음극부(200)의 접촉면이 부족할 경우 절연체(301 혹은 302)의 중간에 융기(Ridge)구조를 구현하여 접촉면을 증대시킬 수 있다. 상기의 아노딕본딩은 상기 게이트부에도 동일하게 적용됨을 물론이다.

상기 아노딕본딩은 고열이 인가된 상황에서 양 기판사이에 전압을 인가하여 구현할 수 있는데, 최근 비교적 저온인 300℃ 이하의 온도에서 본딩 가능한 기술이 사용되고 있으므로 상기 음극부(200) 및 절연체(301 혹은 302)의 구조적 안정성에 전혀 문제가 발생하지 않는다.

한편, 도 4c에서와 같이 절연체(301)와 양극부(100)의 진공봉착에 있어서는 도 4b와 같은 아노딕본딩이 쉽게 적용되지 않을 수 있다. 이는 앞서 언급한 양극부(100)의 구조 다양성에 기인하며 양극부(100)의 내면형태가 절연체(301)와의 접촉 시 아노딕본딩에 부적합할 수 있는 경우가 나타날 수 있기 때문이다. 따라서 도 4c에 도시된 것처럼, 양극부분(702)의 진공봉착 시에는 아노딕본딩 이외에 매개물(700)을 이용한 진공봉착이 이루어질 수 있다. 통상 매개물에 의한 본딩(Intermediate bonding)은 크게 2가지가 있으며, 금속 매개물을 이용하는 유테틱(Eutectic)본딩 및 프릿계 유리를 이용하는 프릿(Frit)본딩의 방법이 있다.

본 발명에서는 매개물(700)을 이용한 진공봉착 시 위에서 언급한 유테틱 및 프릿본딩 모두 사용할 수 있는 구조를 택하고 있으므로 구현성이 용이하게 나타날 수 있을 것이다.

또한, 도 4a에서 도시된 바와 같이 본 발명의 초소형 X 선관은 진공봉착지점이 위에서 언급한 것처럼 총 4지점이면 충분하다. 통상의 근접치료용 초소형 X 선관의 경우 음극부, 게이트부, 양극부, 절연부 등 각 구성요소를 별개로 제작한 뒤 각 요소의 연결 및 봉착을 매개물을 이용하여 다수의 지점을 통해 행하므로 구조적 안정성이 결여되어 왔었다. 그러나 본 발명에서는 도4a에 도시된 바 및 앞서 언급했던 것처럼 전계방출 및 X 선 도출을 담당하는 각 구성요소들이 동일단계에서 최소화된 봉착지점을 가지고 구현되므로 매우 안정적이고 신뢰성이 높은 초소형 X 선관을 구현할 수 있게 되는 것이다.

지금까지 언급된 인체삽입 근접치료용 초소형 X 선관은 도 5a에서처럼 양극부를 최외곽 전극으로 형성하여 구현된 경우였었다. 통상의 근접치료 시 방사선의 방출량(Dosage)는 전체 X 선량과 피폭시간에 비례하므로 X 선을 연속적으로 방출시킨다고 하여도 방출에 대한 On/Off를 빠르게 조절할 수 있으면 아무 문제가 나타나지 않는다. 또한 도5a에서 도시된 바와 같은 구조에서는 초고전압이 음극부에 네거티브로 공급되므로, 전계방출의 펄스 기능화를 얻기는 쉽지 않다. 따라서 도 5a와 같이 양극부가 최외곽으로 형성된 구조에서는 방사선 치료 시 X 선관을 "On"시키고 치료기간 동안 DC적으로 연속적인 방사선을 방출시킨 뒤 치료 완료 시 X 선관을 "Off"하는 구동방법을 택하게 된다.

한편, 도 5b에서 도시된 바와 같이 음극부(200) 및 고전압 와이어(201)가 초소형 X 선관의 최외곽에 형성되고 접지의 전위를 가질 경우 도 5a에서와는 다르게 펄스구동이 가능하게 된다. 즉, 음극부(200) 및 고전압 와이어(201)에 고전압 트랜지스터(800)의 소스가 연결되어 있고, 트랜지스터(800)의 게이트에는 펄스 전압이 인가되며, 드레인에는 접지를 연결한다.

양극부(100)와 게이트부(210)에 DC 전압이 인가되는 상태에서, 음극부(200)로부터 전자가 방출되면, 방출된 전자는 게이트부(210)의 게이트홀을 거쳐 양극부(100)로 도달되며, 양극부(100)에서 전자가 충돌되어 X 선이 발생된다. 이 때, 상기 음극부(200)로부터 방출되는 전자량은 상기 트랜지스터(800)의 게이트에 인가되는 펄스 전압에 따라 게이트 채널의 On/Off 기능에 의하여 전류스위칭과 같이 조정될 수 있다.

이와 같은 구조를 이용할 경우 X 선 방출에 요구되는 전자 방출을 펄스구동화 할 수 있으므로, 나노에미터(202)의 수명을 좀 더 향상시킬 수 있는 동시에 근접치료 방법에 따라 여러 개의 카테터가 적용될 경우 각 초소형 X 선관당 방출되는 X 선량을 임의로 조정하기 쉬운 장점을 지니게 된다.

다만, 도5b에서와 같이 양극부(100) 및 타겟(400)이 초소형 X 선관의 가장 안쪽에 위치하게 되므로 X 선의 방출은 반사형의 구조만이 가능하기 될 것이다.

통상의 전계방출소자에서는 위와 같은 펄스구동이 전자원의 수명연장과 효율을 위하여 반드시 요구되나, 본 발명의 적용분야와 같은 방사선 치료에서는 반드시 필요한 충분조건은 아니다. 따라서 근접치료 시 요구되는 치료환경에 따라 본 발명에서 제시된 자유로운 구조 선택 및 구동방법을 선택하여 초소형 X 선관을 구현하면 될 것이다.

이제까지 본 발명에 대하여 그 바람직한 실시예들을 중심으로 살펴보았으며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.

100 : 양극부 101 : 스크류연결부
102 : 고열전도성금속형양극부 103 : 힛파이프형양극부
104 : 냉매 105~108 : 양극부 형상
200 : 음극부 201 : 고전압 와이어
202 : 나노에미터 210 : 게이트부
300 : 외곽 몸체 301 : 절연체
302~303 : 절연체 400 : X 선 타겟
500 : 게터 501 : 양극부 형성 게터
502 : 게이트부 형성 게터 600 : X 선관 내부 공간
700 : 매개물 701 : 아노딕본딩
702 : 매개물 진공봉착 800 : 고전압 트랜지스터

Claims (32)

1. 나노에미터가 형성되어 있고 전자를 방출하는 음극부,
   상기 음극부 위에 위치하여 상기 전자의 방출을 유도하며, 전자빔을 집속시키는 게이트부,
   상기 게이트부 위에 배치되어 상기 음극부로부터 방출된 상기 전자를 가속시켜 상기 전자의 충돌로 X 선을 발생시키는 양극부,
   상기 양극부 외부에 형성되어 인체와 접촉하는 외곽 몸체, 그리고
   상기 양극부 하부에 위치하며, 스크류 연결 형태를 갖고 있고 상기 X선관을 교체하기 위한 스크류 연결부
   를 포함하고,
   상기 양극부는 상기 외곽 몸체와 접하게 위치하고,
   상기 양극부는 상기 양극부와 접해 있는 상기 외곽 몸체의 면 전체를 둘러싸게 위치하여 상단이 막힌 원통형 구조를 갖고 있거나, 상기 외곽 몸체의 상기 면 전체를 둘러싸게 위치하여 상단이 막힌 원통형 구조를 갖고 그 내부에 냉매를 구비한 힛파이프(heat pipe)로 형성된
   인체삽입/근접치료용 초소형 X 선관.
2. 제 1항에서,
   상기 나노에미터는 상기 음극부 위에 성장시키거나 스크린 프린팅 또는 노광과 현상을 통해 상기 음극부 상에 형성되는 인체삽입/근접치료용 초소형 X 선관.
3. 제1항 또는 제2항에서,
   상기 나노에미터가 상기 성장에 의해 형성될 때, 상기 나노에미터는 상기 음극부와의 화학적 결합을 통해 상기 음극부와 접착되는 인체삽입/근접치료용 초소형 X 선관.
4. 제1항에서,
   상기 나노에미터는 탄소 나노 튜브(CNT), 나노 와이어, 또는그래핀(graphene)으로 이루어져 있는인체삽입/근접치료용 초소형 X 선관.
5. 제1항에서,
   상기 음극부는 실리콘 또는 금속류로 이루어진인체삽입/근접치료용 초소형 X 선관.
6. 제1항에서,
   상기 게이트부는 전도성 금속계로 이루어지고, 상기 나노에미터와 동일한 피치를 갖는 복수의 게이트홀을 구비한인체삽입/근접치료용 초소형 X 선관.
7. 삭제
8. 제1항에서,
   상기 음극부와 상기 게이트부 사이에 원통형 절연체를 더 포함하는 인체 삽입/근접치료용 초소형 X 선관.
9. 제8항에서,
   상기 원통형 절연체는 1kV/mil 이상의 절연내력을 갖고 있고, 유리계 절연체로 이루어진인체 삽입/근접치료용 초소형 X 선관.
10. 제1항에서,
    상기 음극부와 연결되고 외부와 연결된 고전압 와이어를 더 포함하여, 상기 고전압 와이어를 통하여 열을 배출시키는 인체 삽입/근접치료용 초소형 X 선관.
11. 제1항에서,
    상기 양극부는 금속, 금속 합금 및 탄소 나노 튜브 복합금속 중 하나로 이루어지는 인체 삽입/근접치료용 초소형 X 선관.
12. 삭제
13. 삭제
14. 삭제
15. 제1항에서,
    상기 양극부에 위치한 X 선 타겟을 더 포함하는 인체 삽입/근접치료용 초소형 X 선관.
16. 제1항에서,
    상기 게이트부 및 상기 양극부는 7kV/mil 이상의 절연내력을 갖고 있고 폴리이미드계나 테프론계로 이루어진인체 삽입/근접치료용 초소형 X 선관.
17. 제1항에서,
    상기 양극부로 에워싸여진 상기 X선관의 내부 공간 내의 진공도는 10-6torr이상이며, 상기 내부 공간에 위치하는 게터를 더 포함하는 인체 삽입/근접치료용 초소형 X 선관.
18. 제17항에서,
    상기 게터는 열에 의해 활성화는 비증발성게터인 인체 삽입/근접치료용 초소형 X 선관.
19. 제17항에서,
    상기 게터는 상기 양극부와 상기 게이트부에 위치하며, 상기 양극부에서 발생되는 열과 상기 게이트부의 누설전류에 의한 열에 의해 활성화되는 인체 삽입/근접치료용 초소형 X 선관.
20. 제17항에서,
    상기 양극부와 접촉하는 절연체를 더 포함하고,
    상기 게터는 상기 양극부와 접촉하는 상기 절연체에 추가로 위치하는 인체 삽입/근접치료용 초소형 X 선관.
21. 제17항에서,
    상기 게터는 티타늄(Ti), 지르코늄(Zr) 또는 이들의 합금으로 이루어지는 인체 삽입/근접치료용 초소형 X 선관.
22. 제1항에서,
    상기 음극부, 상기 게이트부 및 상기 양극부는 진공 봉착된 인체 삽입/근접치료용 초소형 X 선관.
23. 제22항에서,
    상기 음극부와 상기 게이트부는 아노딕본딩(anodic bonding)으로 진공 봉착된 인체 삽입/근접치료용 초소형 X 선관.
24. 제22항에서,
    상기 양극부와 접촉하는 절연체를 더 포함하고,
    상기 양극부는 상기 양극부와 접촉하는 상기 절연체와 아노딕본딩 외에 매개물을 이용하여 진공 봉착된 인체 삽입/근접치료용 초소형 X 선관.
25. 제24항에서,
    상기 매개물을 이용한 진공 봉착은 유테틱본딩(Eutectic bonding) 및 프릿본딩(frit bonding)이 적용된 인체 삽입/근접치료용 초소형 X 선관.
26. 삭제
27. 삭제
28. 제1항에서,
    상기 스크류 연결부는 고전압 와이어에 연결되어 있고, 상기 고전압 와이어와 상기 게이트부는 서로 다른 위치에 위치하는 인체 삽입/근접치료용 초소형 X 선관.
29. 제1항에서,
    상기 양극부는 접지 전위를 갖고, 상기 게이트부와 상기 음극부는 네거티브 전압을 인가받는 인체 삽입/근접치료용 초소형 X 선관.
30. 삭제
31. 삭제
32. 제1항에서,
    상기 외곽 몸체는 Hydro-NM-Oxide로 이루어진 인체 삽입/근접치료용 초소형 X 선관.

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