KR101971653B1 - 환부 삽입용 x-선 튜브 시스템 및 이를 포함하는 x-선 근접 치료 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 환부 삽입용 X-선 튜브 시스템 및 이를 포함하는 X-선 근접 치료 시스템에 관한 것으로, 본 발명의 실시 예를 따르는 삽입용 X-선 튜브 시스템은, X-선을 방출하는 X-선 타겟을 포함하는 X-선 튜브; 상기 X-선 튜브와 연결된 전원 연결부; 및 상기 X-선 튜브를 둘러싸고, 상기 X-선 튜브에서 방출된 X-선을 외부로 방출하는 어플리케이터;를 포함하고, 상기 어플리케이터는 상기 X-선 튜브에서 방출된 X-선이 외부로 방출되는 X-선의 양을 감소시키거나 차단하는 제1부 및 상기 제1부를 지지하는 제2부를 포함한다.

Description

환부 삽입용 X-선 튜브 시스템 및 이를 포함하는 X-선 근접 치료 시스템{X-ray Tube System for insertion into affected parts and X-ray Brachytherapy System comprising the same}

본 발명은 환부 삽입용 X-선 튜브 시스템 및 이를 포함하는 X-선 근접 치료 시스템에 관한 것이다.

X-선 튜브는, 음극(Cathode)과 양극(Anode) 사이에 고전압이 인가되면 필라멘트로 이루어진 음극에서 발생한 열전자(thermal electron)가 금속물질인 양극에 부딪치게 되어, 금속 내 전자와의 충돌로 X-선을 발생시키는 원리를 이용한다.

X-선 튜브 안은 전자가 타겟으로 날아가는 동안 분자와의 충돌에 의한 운동에너지 감소와 편향(defection)을 줄이기 위해 진공상태를 유지한다. 타겟은 얇은 금속막으로 되어 있으며 그 두께는 전자의 투과 깊이와 타겟에 서 발생하는 열의 흡수 능력을 고려하여 결정된다.

X-선 튜브는 양극의 동작 방식에 따라 고정형 X-선 튜브와 회전형 X-선튜브로 나뉜다. 회전형 X-선 튜브는 양극이 회전하여 타겟에서 발생하는 열을 분산시키는 기능 외에는 고정형 X-선 튜브와 대체로 동일하다.

이와 같은 기존 X-선 튜브의 경우에는, 타겟에서 발생한 X-선이 중심선으로부터 음극 쪽으로 갈수록 강도가 강해져서 실효초점치수(effective focal spot size)가 커지고 반대로 양극 쪽으로 갈수록 X-선 강도가 약하여져서 실효초점치수 가 작아지는 양극효과(anode heel effect)가 발생하게 된다.

이로 인해, 실제로 방사선 기사들이 X-선 촬영 장치를 운용할 때, 두꺼운 부위를 측정할 때는 음극 쪽으로, 얇은 부위를 찍을 때는 양극 쪽으로 이동하면서 촬영한다. 이러한 불균일한 X-선 강도 분포는 양극의 경사각도 때문에 발생하게 된다.

소형 X-선 튜브는 지름 10mm 이하의 소형 X-선 발생 장치이다. 협소한 공간에 설치가 용이하고, 전기적인 X-선 제어가 가능하기 때문에 소형 X-선 튜브는 방사성 동위원소를 대체하여 X-선 비파괴 검사와 휴대용 X-선 분광기, 전기적 근접암치료, 강내 삽입형 방사선 치료 혹은 의료 영상에 쓰일 수 있다.

소형 X-선 튜브는 지금까지 열전자 에미터와 이차 X-선원 등을 통해 개발되어 왔다.

또한, 열전자빔원에 비해 다양한 장점을 가진 탄소나노튜브 전자빔원을 이용한 X-선 튜브가 활발히 개발되고 있다. 첫째로 전자빔 인출에 열이 거의 발생하지 않고, 둘째로 간략한 에미터 구조와 펄스 구동제어의 편리성, 셋째 고해상도 X-선관에 있어서 높은 전자빔 휘도를 사용할 수 있는 장점이 있다.

지금까지 탄소나노튜브 기반의 다양한 X-선 튜브가 개발되었지만, 그 중에 소형 X-선 튜브는 진공 밀봉되어 있지 않은 채 외부 진공 펌프와 연결되거나, 진공 챔버 안에서 구동되는 것이었다. 게다가 최대 관전압이 30kV로 현실적으로 타 분야에 응용되지 않았다.

기존의 암 치료기술은 외과적 수술(물리적 선택성)과 화학요법(생물학적 선택성)의 두가지 방향으로 전개되어 왔다.

상기 외과적 수술의 경우 목적부위의 암을 성공적으로 제거할 수 있지만, 시술 도중에 생긴 커다란 물리적 상처와 기능성 장기의 손실로 인한 신체의 침해가 불가결하며, 기계적으로 제거되지 못한 잔여 암에 의한 재발 가능성이 높다.

상기 화학요법은 암세포에만 치사적으로 작용하는 물질을 투여하여 암을 제거하는 방법이자만 대체적으로 암의 성장과 전이를 일시간 지연시킬 뿐 환자 신체에 부작용이 나타나고 완치가 어렵다는 단점이 있다.

방사선을 이용한 암 치료기술은 방사선 에너지를 체내의 목적부위에 집중시켜 정상세포보다 세포분열 주기가 빠른 암세포 치사를 유도하는 것이다.

기존 임상결과에 의하면 외과수술로 접근할 수 없는 신체부위에 적용되어 그 치료효과가 가시적으로 나타나고 있으며, 동시에 인체 침해가 최소화되고 장기의 손실이 없어 신체 기능을 보전할 수 있다는 장점이 있다.

상기 방사선 암치료 방법으로는 환자 외부에 설치된 비교적 대형의 가속기나 방사성 동위원소에서 발생된 방사선을 인체 내부로 조사시키는 외부 치료법(external radiotherapy; teletherapy)과 암 주위에 방사선 발생원을 설치하여 치료하는 근접치료법(brachytherapy)으로 구분된다.

상기 외부 치료법은 암 주위의 정상조직에도 방사선이 조사되므로, 정상세포에 대한 손상을 피할 수가 없으나, 근접치료의 경우에는 정상세포에 대한 손상을 최소화할 수 있는 이점이 있다.

또한, 상기 근접치료의 경우, 상대적으로 높은 선량률을 조사할 수 있어 치료기간이 짧다는 이점도 있다.

상기 근접치료법을 위한 방사선원으로 대개 방사선 동위원소를 사용하여 왔다. 상기 동위원소는 소형화에 유리하지만, i) 방사선이 항상 발생하므로 시술자도 방사선에 피폭될 위험성이 항상 존재하며, ii) 짧은 반감기로 인한 방사선원의 정기적인 공급, 동위원소 보관 및 관리, 사용 후 방사선 폐기물 처리 등의 까다로운 작업이 필요하며, iii) 발생하는 방서선의 에너지와 선량 조절이 어려워 암 주위의 선량분포를 조절하기 어렵다는 단점이 있다.

상기와 같은 단점들을 극복하기 위하여 인체 내부에 삽입할 수 있는 정도의 크기를 가진 소형 X-선관이 개발되어 상용화되고 있다. 아래의 선행기술문헌 중 한국공개특허 제10-2012-0066317호에는 나노에미터를 이용한 인체 삽입용 초소형 X-선 튜브를 개시한다.

한국등록특허 제10-1026863호 한국공개특허 제10-2012-0066317호

본 발명은 치료를 위해 삽입이 요구되는 환부에 적용 가능한 X-선 근접 치료 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.

또한, 치료가 요구되는 부위만 선별적으로 X-선을 조사함으로써 X-선 치료에 따른 부작용을 최소화할 수 있고, 다양한 신체부위에 접목할 수 있는 X-선 튜브 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.

또한, 사용이 용이하고, 제조가 용이하며, 안정성이 높은 X-선 튜브 시스템을 제공할 수 있다.

본 발명의 실시 예를 따르는 삽입용 X-선 튜브 시스템은, X-선을 방출하는 X-선 타겟을 포함하는 X-선 튜브; 상기 X-선 튜브와 연결된 전원 연결부; 및 상기 X-선 튜브를 둘러싸고, 상기 X-선 튜브에서 방출된 X-선을 외부로 방출하는 어플리케이터;를 포함하고, 상기 어플리케이터는 상기 X-선 튜브에서 방출된 X-선이 외부로 방출되는 X-선의 양을 감소시키거나 차단하는 제1부 및 상기 제1부를 지지하는 제2부를 포함한다.

상기 제1부는 상기 제2부를 투과하는 홈에 배치될 수 있다.

상기 제1부는 납, 텅스텐 및 알루미늄 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.

상기 어플리케이터는 유선형일 수 있다.

상기 어플리케이터 중 X-선 튜브의 측면을 감싸는 부분은 원통형이고, 상기 어플리케이터 중 상기 X-선 타겟을 감싸는 부분이 돔 형상으로 상기 원통형 부분을 덮고 있는 형상일 수 있다.

상기 어플리케이터와 연결되어 배치된 프로브를 더 포함할 수 있다.

상기 프로브 및 어플리케이터 사이에 배치되어 상기 어플리케이터가 상기 프로브에 대하여 상대적으로 회전하도록 하는 회전부를 더 포함할 수 있다.

상기 제1부는 상기 제2부 중 적어도 일부를 감싸도록 배치될 수 있다.

상기 제1부는 상기 제2부의 내부면 또는 외부면 상에 배치된 함몰부 내에 배치될 수 있다.

상기 어플리케이터는 상기 제1부를 상기 제2부에 탈착할 수 있도록 상기 제1부를 고정하는 고정부를 더 포함할 수 있다.

상기 어플리케이터는 상기 제1부가 상기 제2부에 대하여 상대적으로 이동할 수 있도록 하는 이동경로를 제공하는 제1부 경로부를 더 포함할 수 있다.

상기 제1부가 상기 제1부 경로부를 따라 이동할 수 있도록 상기 제1부를 이동하는 제1부 구동부를 더 포함할 수 있다.

상기 제1부는 상기 X-선 타겟을 중심으로 동심원 형상으로 배치될 수 있다.

본 발명의 실시 예를 따르는 X-선 근접 치료 시스템은, X-선을 방출하는 X-선 타겟을 포함하는 X-선 튜브, 상기 X-선 튜브와 연결된 전원 연결부 및 상기 X-선 튜브를 둘러싸고 상기 X-선 튜브에서 방출된 X-선이 외부로 방출되는 X-선의 양을 감소시키거나 차단하는 제1부 및 상기 제1부를 지지하는 제2부를 포함하는 어플리케이터;를 포함하는 삽입용 X-선 튜브 시스템; 상기 X-선 튜브 시스템에서 발생하는 X-선을 제어하는 제어 장치; 및 상기 X-선 튜브 시스템에 전원을 공급하는 전원 장치;를 포함한다.

본 발명의 실시 예를 따르는 삽입용 X-선 튜브 시스템의 작동방법은, X-선을 방출하는 X-선 타겟을 포함하는 X-선 튜브, 상기 X-선 튜브를 둘러싸고 상기 X-선 튜브에서 방출된 X-선이 외부로 방출되는 X-선의 양을 감소시키거나 차단하는 제1부 및 상기 제1부를 지지하는 제2부를 포함하는 어플리케이터; 및 상기 제1부를 상기 제2부에 대하여 상대적으로 이동할 수 있도록 상기 제1부를 이동하는 제1부 구동부를 포함하는 삽입용 X-선 튜브 시스템의 작동방법에 관한 것으로서, 상기 어플리케이터를 환부에 삽입하는 단계; 상기 제1부 구동부를 구동하여 상기 제1부를 이동하는 단계; 및 상기 X-선 튜브에서 X-선을 방출하여 상기 환부를 치료하는 단계;를 포함한다.

상기 어플리케이터를 환부에 삽입하는 단계 이전에, 상기 제1부를 상기 어플리케이터에 배치하거나 상기 어플리케이터로부터 상기 제1부를 제거함으로써 상기 제1부를 재배치하는 단계를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 실시 예를 따르는 X-선 튜브 시스템은 환부에 삽입이 용이다. 또한, 치료가 요구되는 부위만 선별적으로 X-선을 조사함으로써 X-선 치료에 따른 부작용을 최소화할 수 있다.

또한, 사용이 용이하고, 제조가 용이하며, 안정성이 높다.

또한, 자궁내막암 및 직장암의 삽입형 근접치료 기술 개발로 국민의료 복지 증진, 새로운 첨단 방사선 의료기기 개발 및 상용화를 통한 부가가치 창출, 방사선원의 국산화를 통해 수입대체/수출증대 및 방사선 의료산업의 선진화, 대형, 고가의 선형가속기를 대체할 수 있는 소형 저가의 치료장비 보급가능 등의 효과를 도모할 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시 예를 따르는 삽입용 X-선 튜브 시스템을 도시한 것이다.
도 2는 도 1의 단면도이다.
도 3은 X-선 튜브를 도시한 것이다.
도 4 내지 도 8은 발명의 다른 실시 예를 따르는 삽입용 X-선 튜브 시스템을 도시한 것이다.
도 9는 도 8의 단면도이다.
도 10 내지 도 13은 발명의 다른 실시 예를 따르는 삽입용 X-선 튜브 시스템을 도시한 것이다.
도 14는 도 13의 실시 예를 따르는 삽입용 X-선 튜브 시스템을 이용하여 치료를 수행하는 예를 도시한 것이다.
도 15는 본 발명의 실시 예를 따르는 삽입용 X-선 근접 치료 시스템을 도시한 것이다.
도 16은 본 발명의 다른 실시 예를 따르는 삽입용 X-선 근접 치료 시스템을 도시한 것이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 형태들을 다음과 같이 설명한다. 그러나, 본 발명의 실시 형태는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시 형태로 한정되는 것은 아니다.　 또한, 본 발명의 실시 형태는 당해 기술분야에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다.　 따라서, 도면에서의 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있으며, 도면 상의 동일한 부호로 표시되는 요소는 동일한 요소이다. 또한, 유사한 기능 및 작용을 하는 부분에 대해서는 도면 전체에 걸쳐 동일한 부호를 사용한다. 덧붙여, 명세서 전체에서 어떤 구성요소를 "포함"한다는 것은 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있다는 것을 의미한다.

도 1은 본 발명의 실시 예를 따르는 삽입용 X-선 튜브 시스템(100)을 도시한 것이고, 도 2는 도 1의 단면도이다.

본 발명의 실시 예를 따르는 삽입용 X-선 튜브 시스템(100)은, X-선을 방출하는 X-선 타겟을 포함하는 X-선 튜브(110); 상기 X-선 튜브(110)와 연결된 전원 연결부(140); 및 상기 X-선 튜브(110)를 둘러싸고, 상기 X-선 튜브(110)에서 방출된 X-선을 외부로 방출하는 어플리케이터(120);를 포함하고, 상기 어플리케이터(120)는 상기 X-선 튜브(110)에서 방출된 X-선이 외부로 방출되는 X-선의 양을 감소시키거나 차단하는 제1부(121) 및 상기 제1부(121)를 지지하는 제2부(122)를 포함한다.

어플리케이터(120)는 X-선 튜브(110)를 둘러싸도록 배치되어 X-선 튜브(110)를 보호하고, 상기 X-선 튜브(110)에서 방출된 X-선이 외부로 방출되는 경로를 제공한다. 상기 어플리케이터(120)는 상기 X-선 튜브(110)에서 방출된 X-선이 외부로 방출되는 X-선의 양을 감소시키거나 차단하는 제1부(121) 및 상기 제1부(121)를 지지하는 제2부(122)를 포함함으로써, 치료를 위해 요구되는 특정 영역에만 X-선이 조사될 수 있도록 제어할 수 있으며, 상기 방출되는 X-선이 치료에 적합한 파장 또는 강도가 되도록 제어할 수 있다.

상기 어플리케이터(120)는 유선형일 수 있다. 상기 어플리케이터(120)는 이러한 형상을 가짐으로써 자궁 등 인체 내부로 삽입이 용이하고, 삽입 후 치료 시 발생하는 통증을 최소화할 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 어플리케이터(120) 중 X-선 튜브(110)의 측면을 감싸는 부분은 원통형이고, 상기 어플리케이터(120) 중 상기 X-선 타겟을 감싸는 부분이 돔 형상으로 상기 원통형 부분을 덮고 있는 형상일 수 있다. 제1부(121) 및 제2부(122)는 어플리케이터(120)의 유선형 표면에 대응하도록 유선형의 표면을 가질 수 있다.

상기 제1부(121)는 상기 어플리케이터(120)의 일부에 포함될 수 있다. 상기 제1부(121)는 필요에 따라 단수 또는 복수로 배치될 수 있으며, 도 1 및 도 2를 참조하면, 상기 제1부(121)는 제2부(122)의 특정 영역에 끼워짐으로써 배치될 수 있으나, 본 발명이 여기에 한정되지 않는다. 상기 제1부(121) 및 제2부(122)는 다양한 조립구조를 포함함으로써 상호 결합될 수 있다. 일 예로, 상기 제1부(121) 및 제2부(122)는 나사선 결합을 통해 결합할 수 있고, 암수 커넥터 구조를 통해 결합할 수 있다. 사용자는 필요에 따라 다양한 재질 및 형상의 제1부(121)를 선택하여 제2부(122)에 결합함으로써 치료를 효율적으로 수행할 수 있다.

도 1을 참조하면, 제2부(122)는 상기 제2부(122)를 관통하는 홈을 포함하고, 상기 홈에 제1부(121)가 배치될 수 있다.

상기 제1부(121)는 X-선 튜브(110)에서 발생한 X-선의 적어도 일부를 차단하거나 일정한 강도로 조절하는 콜리메이터 또는 필터를 포함할 수 있다. 상기 제1부(121)는 X-선 튜브(110)에서 발생한 X-선이 환부에 도달하는 영역을 제한하거나, X-선의 강도를 제어할 수 있다. 이를 통해 치료의 목적에 적합하도록 X-선을 조사할 수 있다. 상기 제1부(121)는 몸체 전체가 콜리메이터 또는 필터로 이루어질 수 있고, 콜리메이터 또는 필터, 및 이를 둘러싸는 프레임으로 구성될 수 있다.

상기 필터는 X-선이 상기 제1부(121)를 통과하여 조사되는 영역에 일정한 강도로 조사되도록 하는 역할을 할 수 있다. 또한, X-선의 파장 및 방향을 제어할 수 있다. 구체적으로, 상기 필터는 저에너지의 X-선은 차단하고 고에너지의 X-선을 투과하여 유효 에너지가 높아지도록 하는 낮은 원자번호의 물질을 포함하는 윈도우일 수 있다. 상기 필터의 재질은 특별히 한정되지 않으며, 알루미늄, 베릴륨 및 지르코늄 등의 금속 물질 또는 흑연을 포함할 수 있다. 상기 필터는 흑연을 포함하여 형성됨으로써, 필터를 통과한 X-선의 강도의 감소를 줄일 수 있고, 얇게 제작할 수 있으며, 다양한 어플리케이터(120)의 형상에 맞추어 제작할 수 있는 이점이 있다. 상기 필터는 다양한 재질의 층이 적층되어 형성될 수 있고, 목적에 따라 다양한 형태로 제작될 수 있다.

상기 콜리메이터는 X-선이 투과하지 않거나 X-선을 흡수하는 물질로 이루어질 수 있다. 상기 콜리메이터는 납, 텅스텐 및 알루미늄 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 상기 콜리메이터는 다양한 재질의 층이 적층되어 형성될 수 있고, 목적에 따라 다양한 형태로 제작될 수 있다.

제2부(122)는 X-선 튜브(110)에서 발생한 X-선이 외부로 방출되는 경로를 제공한다. 상기 제2부(122)는 X-선이 투과할 수 있는 재질로 이루어질 수 있다. 또한, 상기 어플리케이터(120)는 환부와 직접적으로 접촉하고, 자궁 등의 인체 내부로 삽입되기 적합한 재질로 이루어질 수 있다. 따라서, 상기 어플리케이터(120)는 인체에 무해한 폴리머, 실리콘 등의 재질로 이루어질 수 있으나, 본 발명이 여기에 한정하는 것은 아니다. 상기 X-선 튜브(110)는 상기 어플리케이터(120)로부터 연장된 부재 등에 의해 상기 어플리케이터(120) 내부에 고정될 수 있다.

X-선 튜브(110)는 X-선을 발생하는 기능을 수행하는 것으로 특별히 한정하지 않는다. 다만, 도 3을 기초로 본 발명의 실시 예에 적용될 수 있는 X-선 튜브(110)를 보다 상세하게 설명한다.

도 3은 X-선 튜브(110)를 도시한 것이다. 도 3을 참조하면, X-선 튜브(110)는 전자빔 발생부(20), 세라믹 튜브(16), X-선 타겟(18) 및 연결 양극(17)을 포함한다. 상기 전자빔 발생부(20)는 원통형 형상으로 형성된 집속 전극(13)을 구비하며, 상기 집속 전극(13) 중심부에 삽입된 탄소나노튜브 전자빔 에미터(11)를 통해 전자빔을 인출할 수 있다.

탄소나노튜브 전자빔 에미터(11)는 단일벽 탄소나노튜브와 은나노입자를 섞은 탄소나노튜브 페이스트를 코팅시켜 제작될 수 있다. 예컨대, 지름 0.8mm 의 끝이 평평한 텅스텐 와이어를 고온에서 소결하여 제작할 수 있다. 상기 탄소나노튜브 전자빔 에미터(11)는 일단의 끝에 편평한 와이어 형태의 금속 팁을 더 포함하며, 상기 팁 끝에는 탄소나노튜브와 금속나노분말이 조밀하게 혼합되며, 상기 에미터 팁을 가열시킴으로써 탄소나노튜브 냉전계방출 전자빔원을 생성할 수 있다. 상기 에미터 팁은 지름 0.01 내지 수 mm의 금속 와이어(Wire) 끝을 기계적 연마 혹은 화학적으로 에칭하여 형성할 수 있다. 재질로는 금속재인 텅스텐(W), 철(Fe), 니켈(Ni), 티타늄(Ti), 은(Ag), 구리(Cu) 중 어느 하나일 수 있다. 이때, 상기 에미터 팁은 지름이 1 내지 100nm, 길이 0.5 내지 100μm의 탄소나노튜브를 가열시켜 상기 탄소나노튜브의 산화기와 화학적, 물리적 접착이 가능한 1 nm 내지 1 μm의 지름을 갖는 비자성 또는 자성 나노 금속 분말을 통해 형성할 수 있다. 상기 탄소나노튜브 전자빔 에미터(11)는 상기 집속 전극(13)의 중공 원통의 중앙에 고정되어 설치되며, 상기 탄소나노튜브 전자빔 에미터(11)의 외곽을 둘러싸는 내측 원통면과 원통의 끝 단면의 경사가 굴곡되어, 외부로 향한 돌출각이 제거되어 있고, 상기 탄소나노튜브 전자빔 에미터(11)가 중공 원통 끝 단면의 하단에 설치됨으로써, 전자빔 인출 시, 전자빔 인출 전기장을 집속시키는 기능을 수행한다.

이때, 집속 전극(13)의 형상은 상기 탄소나노튜브 전자빔 에미터(11)에서 발생된 전자빔이 세라믹 절연체(예컨대, 세라믹 튜브(16))와 충돌 및 손실 없이 X-선 타겟(18)에 도달할 수 있도록 전자빔광학코드를 이용하여 설계할 수 있다. 이러한 전자빔광학코드를 이용하는 이유는 세라믹 절연체에서 소량의 전자빔 충돌이 고전압 방전을 야기할 수 있으므로, 전자빔 광학계는 빔손실 여부에 주의하여야 하기 때문이다. 따라서, 탄소나노튜브 전자빔 에미터(11)의 집속 전극(13) 내부 위치는 인출되는 전자빔 전류와 전자빔 궤적에 영향을 주기 때문에 이 역시 전자빔계산코드와 전자빔 인출 실험을 통해 조건이 결정될 수 있다. 또한, 상기 집속 전극(13)은 비휘발성 진공 게터 필름(12)을 구비하며, 상기 진공 게터 필름(12)은 상기 집속 전극(13)에 접착되어 밀봉된 X-선 튜브(110) 내부의 잔여 기체를 흡착하는 기능을 수행할 수 있다.

상기 세라믹 튜브(16)는 상기 전자빔 발생부(20)의 일면과 삽입되어, 상기 집속 전극(13)을 감싸도록 형성되며, 알루미나(Al₂O₃) 재질로 형성되어 내부에서 발생되는 고전압을 차단하기 위한 절연체로서의 기능을 수행할 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 세라믹 튜브(16)는 외구경이 1 내지 30 mm, 내구경 0.5 내지 25 mm 길이가 5 내지 100 mm, 순도 90 내지 99.99%인 알루미나로 이루어진 중공 원통형의 고전압 절연체일 수 있으며, 금속재질의 초소형 전극과 진공 밀봉 접합이 가능하도록 양 끝단이 망간/몰리브데눔 혼합체 10 내지 70 μm, 니켈 0.5 내지 5 μm가 증착되도록 설계될 수 있다.

상기 X-선 타겟(18)은 상기 전자빔(예컨대, X-ray)이 인출되는 방향에 구비될 수 있다. 상기 X-선 타겟(18)은 X-선 투과창(15), X-선 타겟층(14)을 구비할 수 있다. 상기 X-선 투과창(15)은 상기 전자빔이 충돌하여 치료 및 진단용 방사선을 발생시켜 전리 방사선을 대기중으로 방사하는 기능을 수행하며, 모양으로는 원통형, 원뿔형, 원뿔통형, 갓형 중 어느 하나로 형성될 수 있다. 상기 X-선 타겟층(14)은 상기 X-선 투과창(15) 내측면에 얇은 박막으로 형성되며, 그 재질로는 텅스텐(W), 이트륨(Y), 몰리브데눔(Mo), 탄탈륨(Ta), 은(Ag) 중 어느 하나일 수 있다. 예컨대, 상기 X-선 타겟(18)의 X-선 윈도우(15)가 원뿔형 구조일 경우, 경사면 사이각이 5도 내지 60도, X-선 타겟층(14)의 두께는 0.1 내지 10㎛일 수 있다. 또한, 상기 X-선 투과창(15)은 베릴륨(Be), 알루미늄(Al), 마그네슘(Mg), 알루니늄 나이트라이드(AlN), 알루미늄베릴륨 합금(AlBe), 산화 규소(SixOy), 티타늄(Ti) 중 어느 하나의 재질 또는 결합을 통한 합금일 수 있다.

상기 X-선 타겟(18)과 상기 세라믹 튜브(16)는 연결 양극을 통해 연결되며, 상기 연결 양극은 상기 원뿔형상의 투과형 X-선 투과창(15)과 X-선 타겟층(14)에 의해 360도 입체각 방향으로 균일한 X-선 발생선을 얻을 수 있다. 상기 집속 전극(13)을 통해 전계방출형 전자빔 에미터(11)에 구비된 탄소나노튜브 냉전계방출 전자빔원은 0 내지 -70 kV의 고전압으로 대전되고, X-선 타겟(18)을 구성하는 X-선 타겟층(14)과 X-선 투과창(15)는 연결 양극(17)을 통해 전기적으로 접지되어 집속 이극관 전계방출형 구조로 초소형 X-선 튜브(110)의 전자빔의 인출, 가속을 동시에 이루어 낼 수 있다.

상기 X-선 타겟(18)의 구조는 몬테카를로 전산모사를 통해 발생되는 X-선이 균일한 공간분포를 가지도록 설계된 구조로서, 상기 X-선 타겟(18)은 기계적으로 가공된 베릴륨 X-선 투과창(14) 내측에 마그네트론 스퍼터를 이용하여 X-선 타겟층(14)을 증착한 것일 수 있다. 예컨대, 두께 1.5㎛ 의 텅스텐(W) 박막을 증착하고, 본 X-선 튜브(110)의 전자빔 조건에서 발생되는 X-선을 최대화하도록 최적화된 것일 수 있다. 상기 연결 양극(17)은 전원공급을 받기 위해 외부표면과 연결된 리드선(미도시)이 개별적으로 구비될 수 있다.

모든 접합 부위는 단단하게 진공 밀봉되어 있을 수 있는데, 양측이 개봉된 알루미나 재질의 세라믹 튜브(16)는 전자빔 발생부(20)와 연결 양극(17)으로 접합될 수 있다. 양쪽 전극은 알루미나 재질의 세라믹과 유사한 열팽창 계수를 가진 코바로 제작될 수 있다. 상기 연결 양극(17)은 열팽창 계수가 다른 베릴륨 재질의 X-선 투과창과 세라믹 튜브를 접합하기 위한 중간 구조물로 사용될 수 있다. 보다 구체적으로, X-선 튜브(110)에 포함된 부품은 550 ℃에서 10 시간 동안 가열하여 표면 탈가스를 시행하였고, 곧바로 680℃에서 30분간 가열하여 브레이징 접합을 통해 형성될 수 있다. 또한, 진공 브레이징 접합 이전에 진공 챔버 속에서 전자빔 인출을 테스트하고 탄소나노튜브 전자빔 에미터(11)와 집속 전극(13)의 위치를 조정하여 형성될 수 있다.

이와 같은 구성을 통해, 본 발명의 실시 예를 따르는 삽입용 X-선 튜브 시스템(100)는 별도의 냉각 장치가 필요하지 않을 수 있다. 종래의 텅스텐 필라멘트를 이용한 X-선 튜브(110)의 경우 전자빔 방출을 위해 텅스텐 필라멘트를 가열하여야 하며, 이에 따라 별도의 냉각 장치를 필요로 한다. 본 발명의 실시 예를 따르는 삽입용 X-선 튜브 시스템(100)는 상기 텅스텐 필라멘트를 사용하는 기술과 달리 전자빔 생성 및 방출을 위해 가열을 하지 않기 때문에 별도의 냉각 장치를 필요로 하지 않는다.

상기 X-선 튜브(110)는 탄소나노튜브에서 인출된 전자빔을 이용하여 X-선을 생성하여 방출할 수 있다. 이 때, 탄소나토튜브에서 생성된 전자빔이 가속되어 X-선 타겟과 충돌하여 X-선 타겟에서 열이 발생할 수 있으나, 치료 시 안전한 온도 범위에서 제어 가능하다.

전원 연결부(140)는 X-선 튜브(110)와 전원장치를 연결하여, X-선 튜브(110)에서 X-선을 생성 및 방출할 수 있도록 하는 역할을 한다. 상기 전원장치는 2차 전지 등의 내부의 전원장치 또는 외부의 전원장치일 수 있다. 상기 전원 연결부(140)의 일단은 X-선 튜브(110)에 연결되고, 타단은 전선을 통해 커넥터(160)와 연결될 수 있다. 즉, 본 발명의 실시 예를 따르는 삽입용 X-선 튜브 시스템(100)은 일반적으로 외부의 전원을 사용하지만, 2차 전지 등의 충방전이 가능한 내부 전원장치를 포함할 수 있으며, 상기 내부 전원장치는 상기 전원 연결부(140)에 연결되어 X-선 튜브(110)로 전원을 공급할 수 있다. 또한, 내부 전원 장치는 아래에 설명되는 커넥터(160)를 통해 전원 연결부(140)에 연결되어 X-선 튜브(110)로 전원을 공급할 수 있다.

X-선 튜브(110)를 상기 커넥터(160)에 연결함으로써 다양한 전원장치를 연결하여 사용할 수 있기 때문에 X-선 튜브 시스템(100)에 다양한 전원장치를 연결할 수 있으므로 다양한 전원 공급 환경에서 사용할 수 있고, X-선 튜브(110)의 수명이 다한 경우에도 상기 X-선 튜브(110)의 교체를 용이하게 할 수 있다.

상기 커넥터(160)는 X-선 튜브(110)의 집속 전극(13)에 접하는 제1 전극을 포함할 수 있으며, 상기 제1 전극을 통해 X-선 튜브(110)에 전원을 공급할 수 있다. 또한, X-선 튜브(110)의 X-선 타겟(18)에 전기적으로 연결되는 제2 전극을 포함할 수 있다. 상기 제2 전극은 양극 전극(17)을 통해 X-선 타겟(18)에 전기적으로 연결될 수 있으며, 상기 제2 전극 및 양극 전극(17)은 추가적인 배선을 통해 전기적으로 연결될 수 있다. 상기 커넥터(160)는 리셉터클을 포함할 수 있다. 이 때, 상기 제1 전극 및 제2 전극은 리셉터클에 포함될 수 있다. 리셉터클을 포함함으로써 외부의 전원 및 X-선 튜브(110)의 연결을 용이하게 할 수 있다.

상기 커넥터(160)의 제1 전극은 외부의 전원장치와 연결되어 상기 X-선 튜브(110)로 전압을 인가하는 통로 역할을 할 수 있고, 상기 커넥터(160)의 제2 전극은 외부의 접지와 연결되어 X-선 타겟이 외부의 접지와 연결되도록 할 수 있다. 이를 통해, 외부의 전원장치에서 전압을 인가함으로써 상기 X-선 튜브(110)에는 수십 kV의 음전압이 걸릴 수 있고, 본 발명의 실시 예를 따르는 삽입용 X-선 튜브 시스템(100)은 안정적이고 안전하게 X-선을 생성하여 방출할 수 있다.

본 발명의 실시 예를 따르는 삽입용 X-선 튜브 시스템(100)은 어플리케이터(120)와 연결되어 배치된 프로브(130)를 더 포함할 수 있다. 상기 프로브(130)는 상기 어플리케이터(120)를 지지하는 역할을 하며, 인체 내에 삽입된 어플리케이터(120)를 적절한 위치로 이동하기 위해 사용자가 파지하는 손잡이 역할을 할 수 있다. 도 1을 참조하면, 상기 프로브(130)는 전원 연결부(140)에서 연장된 전선(141)이 통과하는 통로역할을 할 수 있다. 상기 프로브(130)는 고분자 물질, 세라믹 등으로 이루어질 수 있으며 특별히 제한되지 않는다. 또한, 상기 프로브(130)는 어플리케이터(120)의 삽입 및 삽입 후 위치 이동을 용이하게 하기 위해 탄성을 가진 물질로 이루어질 수 있다.

본 발명의 실시 예를 따르는 삽입용 X-선 튜브 시스템(100)은 상기 프로브 및 어플리케이터(120) 사이에 배치되어 상기 어플리케이터(120)가 상기 프로브(130)에 대하여 상대적으로 회전하도록 하는 회전부(150)를 더 포함할 수 있다. 상기 회전부(150)의 구성 및 형태는 특별히 제한되지 않으며, 일 예로 짐벌 구조일 수 있고, 베어링을 포함할 수 있다. 상기 프로브(130)는 어플리케이터(120)의 삽입 및 삽입 후 위치 이동을 용이하게 하기 위해, 상기 프로브(130)는 상기 어플리케이터(120)의 길이 방향 축에 대하여 0 내지 90도 각도로 회전할 수 있다.

도 4는 본 발명의 실시 예를 따르는 삽입용 X-선 튜브 시스템(100)을 도시한 것이다.

도 4를 참조하면, 상기 제1부(121)는 상기 제2부(122) 중 적어도 일부를 감싸도록 배치될 수 있다. 상기 제1부(121)는 제2부(122)의 표면에 접착제를 이용하여 접착하여 고정할 수 있고, 클립 등의 고정부재를 이용하여 제2부(122)의 표면에 고정하여 배치할 수 있다. 이를 통해 사용자는 치료 시마다 제1부(121)를 다양한 형태로 배치할 수 있다.

도 5 및 도 6은 본 발명의 실시 예를 따르는 삽입용 X-선 튜브 시스템(100)을 도시한 것이다.

도 5 및 도 6을 참조하면, 상기 제1부(121)는 상기 제2부(122)의 내부면 또는 외부면 상에 배치된 함몰부 내에 배치될 수 있다.

상기 제2부(122)는 일정한 깊이의 홈을 포함할 수 있고, 제1부(121)는 상기 홈에 대응하는 형상을 가질 수 있다. 상기 제1부(121)는 상기 홈에 끼워 결합될 수 있다. 상기 홈이 제2부(122)의 내부면에 배치되는 경우, 환부와 접촉하는 어플리케이터(120)의 외부면에 돌출된 부분이나 틈새가 없기 때문에, 어플리케이터(120)의 삽입이 용이하고 치료 시 고통을 경감할 수 있다. 상기 홈이 제2부(122)의 외부면에 배치되는 경우, 사용자는 제1부(121)를 원하는 홈에 배치함으로써 치료 시마다 제1부(121)를 다양한 형태로 배치할 수 있다. 또한, 제1부(121)를 요구하지 않는 경우에는 상기 홈에 제2부(122)와 동일한 물질로 이루어진 부재를 배치함으로써, 어플리케이터(120)의 삽입 및 치료를 위한 이동 시 환자의 고통을 경감하도록 할 수 있다.

도 7은 본 발명의 실시 예를 따르는 삽입용 X-선 튜브 시스템(100)을 도시한 것이다.

도 7을 참조하면, 상기 어플리케이터(120)는 상기 제1부(121)를 상기 제2부(122)에 탈착할 수 있도록 상기 제1부(121)를 고정하는 고정부(170)를 더 포함할 수 있다. 상기 고정부(170)는 제1부(121)를 고정하기 위한 것이면 되고, 형상이나 재질을 특별히 한정하지 않는다. 다만, 어플리케이터(120)의 삽입 및 치료를 위한 이동 시 환자의 고통을 경감하도록 하기 위해 어플리케이터(120)의 외부면 형상에 부합하는 형상을 가질 수 있으며, 제2부(122)와 동일한 재질로 이루어질 수 있다.

일 실시 예에서, 상기 고정부(170)는 도 7에 도시된 바와 같이, 제1부(121)를 제2부(122)와의 사이에 배치한 후 제2부(122)에 끼워 결합됨으로써 제1부(121)를 고정할 수 있다. 다른 실시 예에서, 고정부(170)는 제2부(122)에 부착되거나 제2부(122)의 일부가 연장하여 형성된 클립 형상의 부재 또는 돌출된 형상의 부재일 수 있다.

도 8은 본 발명의 실시 예를 따르는 삽입용 X-선 튜브 시스템(100)을 도시한 것이고, 도 9는 도 8의 단면도이다.

도 8 및 도 9를 참조하면, 상기 어플리케이터(120)는 상기 제1부(121)가 상기 제2부(122)에 대하여 상대적으로 이동할 수 있도록 하는 이동경로를 제공하는 제1부 경로부(180)를 더 포함할 수 있다. 또한, 상기 제1부(121)가 상기 제1부 경로부(180)를 따라 이동할 수 있도록 상기 제1부(121)를 이동하는 제1부 구동부(190)를 더 포함할 수 있다.

상기 제1부 경로부(180) 및 제1부 구동부(190)를 이용하여 제1부(121)가 제2부(122)에 결합된 상태에서 상기 제1부(121)의 위치를 변경할 수 있다. 이를 통해 사용자는 치료의 목적에 부합하도록 제1부(121)를 용이하게 위치 변경할 수 있으며, 어플리케이터(120)가 인체 내부에 삽입되어 치료를 수행하는 중에도 필요에 따라 상기 제1부(121)의 위치를 변경할 수 있다.

상기 제1부 경로부(180)는 제2부(122)의 내부면 또는 외부면의 일부가 함몰되어 형성된 홈일 수 있으며, 제2부(122)를 관통하는 홈일 수 있다. 상기 제1부 경로부(180)는 도 8에 도시된 바와 같이, 어플리케이터(120)의 길이 방향 축을 따라 회전하는 방향으로 배치될 수 있으며, 상기 어플리케이터(120)의 길이 방향 축과 동일한 방향으로 연장하여 배치될 수 있다.

상기 제1부 구동부(190)는 사용자가 제1부(121)를 직접 접촉하지 않은 상태에서 상기 제1부(121)의 위치를 이동할 수 있도록 하는 역할을 수행한다. 상기 제1부 구동부(190)는 도 8에 도시된 바와 같이 프로브(130) 상에 배치될 수 있다. 상기 제1부 구동부(190)는 상기 제1부(121)와 와이어(191)를 통해 연결될 수 있다. 사용자가 제1부 구동부(190)를 움직이는 경우 와이어(191)를 통해 제1부(121)에 구동력이 전달되고, 상기 제1부(121)는 제1부 경로부(180)의 경로를 따라 이동할 수 있다.

도 10은 본 발명의 다른 실시 예를 따르는 삽입용 X-선 튜브 시스템(100)을 도시한 것이다.

도 10을 참조하면, 어플리케이터(120)는 내부에 배치되어 상기 X-선 튜브(110)가 상기 어플리케이터(120)에 대하여 상대적으로 이동할 수 있도록 하는 이동경로를 제공하는 X-선 튜브 경로부(123)을 포함할 수 있다.

상기 X-선 튜브 경로부(123)는 어플리케이터(120)의 일부, 구체적으로는 제2부(122)가 연장되어 형성된 것이거나, 상기 어플리케이터(120)의 일부, 구체적으로는 제2부(122)에 연결되어 배치될 수 있다. 상기 X-선 튜브 경로부(123)는 X-선 튜브의 적어도 일부와 접하여 X-선 튜브(110)가 X-선 튜브 경로부(123)를 따라 이동할 수 있도록 경로를 제공할 수 있다. 도 10을 참조하면, X-선 튜브(110)는 X-선 튜브 경로부(123)를 따라 어플리케이터(120)의 길이방향으로 수평이동을 할 수 있다. 이를 위해 상기 X-선 튜브 경로부(123)는 어플리케이터(120)의 길이방향에 평행한 방향으로 배치된 가이드를 포함할 수 있고, 특정 위치에서 X-선 튜브(110)를 고정하여 안정적인 X-선 방출이 가능하도록 하는 X-선 튜브 고정부재 또는 X-선 튜브 걸림턱을 포함할 수 있다. 이를 위해 상기 X-선 튜브 경로부(123)의 일부에 홈 또는 걸림턱을 배치하고, 상기 홈 또는 걸림턱에서 위치고정이 가능하도록 X-선 튜브의 외부면에 상기 X-선 튜브 경로부(123)의 상기 홈 또는 걸림턱에 대응하는 걸림턱 또는 홈을 배치할 수 있다.

도 11은 본 발명의 다른 실시 예를 따르는 삽입용 X-선 튜브 시스템(100)을 도시한 것이다.

도 11을 참조하면, 상기 X-선 튜브(110)가 상기 X-선 튜브 경로부(123)를 따라 이동할 수 있도록 상기X-선 튜브(110)를 이동하는 X-선 튜브 구동부(124)를 더 포함할 수 있다.

상기 X-선 튜브 구동부(124) 및 X-선 튜브 경로부(123)를 이용하여 사용자는 삽입용 X-선 튜브 시스템(100)을 환부에 삽입한 상태에서 X-선 튜브(110)의 위치를 조절할 수 있고, X-선이 조사되어 치료되는 위치를 조절할 수 있다. 치료의 대상이 되는 종양 등은 다양한 형태로 넓은 범위에 분포되어 발생할 수 있다. 본 발명의 실시 예를 따르는 삽입용 X-선 튜브 시스템은 이러한 다양한 형태의 종양에 대응하여 치료를 수행할 수 있다.

상기 X-선 튜브 구동부(124)는 사용자가 X-선 튜브(110)를 직접 접촉하지 않은 상태에서 상기 X-선 튜브(110)의 위치를 이동할 수 있도록 하는 역할을 수행한다. 상기 X-선 튜브 구동부(124)는 도 에 도시된 바와 같이 프로브(130) 상에 배치될 수 있다. 상기 X-선 튜브 구동부(124)는 상기 X-선 튜브(110)와 와이어(125)를 통해 연결될 수 있다. 사용자가 X-선 튜브 구동부(124)를 움직이는 경우 X-선 구동 와이어(125)를 통해 X-선 튜브(110)에 구동력이 전달되고, 상기 X-선 튜브(110)는 X-선 튜브 경로부(123)의 경로를 따라 이동할 수 있다.

도 12는 본 발명의 다른 실시 예를 따르는 삽입용 X-선 튜브 시스템(100)을 도시한 것이다.

도 12를 참조하면, 제1부(121)는 X-선 타겟을 중심으로 동심원 형상으로 배치될 수 있다. 상기 제1부(121)는 단수 또는 복수의 동심원 형상으로 배치될 수 있으며, 제2부(122)에 탈착 가능한 형태로 배치될 수 있다. 사용자는 필요에 따라, 제1부(121)의 위치 및 개수를 선택할 수 있으며, 제1부(121)가 생략되는 부분에는 상기 제1부(121) 형상에 대응하는 형상의 제2부(122)가 배치될 수 있다.

도 13은 본 발명의 다른 실시 예를 따르는 삽입용 X-선 튜브 시스템(100)을 도시한 것이다.

도 13을 참조하면, 어플리케이터(120) 중 X-선 튜브(110)를 둘러싸는 측면에 제1부(121) 및 제2부(122)가 교번하여 배치될 수 있다. 상기 제1부(121) 및 제2부(122)는 상호 탈착 및 부착이 가능하여 조립 가능한 형태로 배치될 수 있다. 일 예로 상기 제1부(121) 및 제2부(122)는 상호 결합되는 위치에 각각 나사선을 포함함으로써 용이하게 탈착 및 부착이 가능할 수 있다.

상기 제1부(121) 및 제2부(122)는 필요에 따라 배치되는 위치를 변경할 수 있다. 특정 위치에만 제1부가 배치됨으로써 X-선이 방출되는 부분을 조절할 수 있다. X-선이 방출되는 위치를 제어하기 위해, X-선의 방출이 필요한 부분은 제1부(121)를 배치하거나 비워둘 수 있다.

본 실시 예에서, X-선 튜브(110)는 어플리케이터(120) 내부에서 이동할 수 있다. 이는 앞서 설명한 X-선 튜브 경로부(123), X-선 튜브 구동부(124) 및 X-선 구동 와이어(125)의 구성을 필요에 따라 조합함으로써 수행될 수 있다. 이러한 구성을 통하여, 본 발명의 실시 예를 따르는 삽입용 X-선 튜브 시스템(100)은 필요에 따라 제1부(121) 및 X-선 튜브(110)의 위치를 변경함으로써 X-선이 방출되는 위치를 조절할 수 있다. 이를 통해 치료 효과를 극대화하고, X-선 조사가 불필요한 인체의 다른 부위에 X-선이 노출되는 것을 방지할 수 있다.

도 14는 도 13의 실시 예를 따르는 삽입용 X-선 튜브 시스템을 이용하여 치료를 수행하는 예를 도시한 것이다.

도 14를 참조하면, 사용자는 치료 목적에 따라 제1부(121) 및 제2부(122)의 조합을 변경할 수 있다. 또한, 필요한 경우 X-선 튜브의 위치를 변경할 수 있다. 도 14(a)에 도시된 바와 같이, 제1부(121) 및 제2부(122)의 위치를 조절할 수 있을 뿐 아니라, 도 14(b)에 도시된 바와 같이, 다양한 크기의 제1부(121) 및 제2부(122)를 적용함으로써 다양한 환부에 대응하여 치료가 가능하다. 앞서 설명한 바와 같이, 치료의 대상이 되는 종양 등은 다양한 형태로 넓은 범위에 분포되어 발생할 수 있다. 본 발명의 실시 예를 따르는 삽입용 X-선 튜브 시스템은 이러한 다양한 형태의 종양에 대응하여 치료를 수행할 수 있다.

도 15는 본 발명의 실시 예를 따르는 X-선 근접 치료 시스템(1000)을 도시한 것이다.

도 15를 참조하면, 본 발명의 실시 예를 따르는 X-선 근접 치료 시스템(1000)은, X-선 튜브 시스템(100); 상기 X-선 튜브 시스템에서 발생하는 X-선을 제어하는 제어 장치(1200); 및 상기 X-선 튜브 시스템에 전원을 공급하는 전원 장치(1300);를 포함한다.

상기 삽입용 X-선 튜브 시스템(100)은 앞서 설명한 실시 예 중 어느 하나일 수 있다. 일 예로, 상기 삽입용 X-선 튜브 시스템(100)은 X-선을 방출하는 X-선 타겟을 포함하는 X-선 튜브(110), 상기 X-선 튜브(110)와 연결된 전원 연결부(140) 및 상기 X-선 튜브(110)를 둘러싸고 상기 X-선 튜브(110)에서 방출된 X-선이 외부로 방출되는 X-선의 양을 감소시키거나 차단하는 제1부(121) 및 상기 제1부(121)를 지지하는 제2부(122)를 포함하는 어플리케이터(120);를 포함할 수 있다.

제어 장치(1200)는, 삽입용 X-선 튜브 시스템(100) 또는 전원 장치(1300)의 작동을 제어하는 역할을 수행할 수 있다. 상기 제어 장치(1200)는 내부에 X-선 튜브 시스템 또는 전원 장치의 작동을 제어하는 프로그램이 기록된 프로세서를 포함할 수 있다.

상기 제어 장치(1200)는 삽입용 X-선 튜브 시스템(100)의 X-선 튜브(110)의 X-선 발생 및 중단을 제어할 수 있다. 상기 제어 장치(1200)는 삽입용 X-선 튜브 시스템(100)에 명령을 송신함으로써 X-선 발생 및 중단을 제어할 수 있고, 상기 X-선 튜브(110)에 전원을 공급하는 전원 장치(1300)에 전원 공급 또는 차단 명령을 송신함으로써 상기 X-선 튜브(110)의 X-선 발생 여부를 제어할 수 있다. 제어 장치(1200)는 전원 장치(1300)에 연결되어 삽입용 X-선 튜브 시스템(100)에 공급하는 전압을 조절할 수 있다. 이를 통해 제어 장치(1200)는 삽입용 X-선 튜브 시스템(100)에서 발생하는 X-선의 강도, 조사 시간, 조사 간격 등을 제어할 수 있다. 이로써 치료 부위, 치료 목적 등에 적합한 X-선이 방출되도록 할 수 있다.

전원 장치(1300)는 삽입용 X-선 튜브 시스템(100)에 전압을 공급하는 장치이다. 삽입용 X-선 튜브 시스템(100)의 커넥터(160)에 전기적으로 연결되어 X-선 튜브(110)의 일단으로 전압을 공급할 수 있다. 또는, 전원 장치(1300)는 커넥터(160)에 연결되고 상기 커넥터(160)가 전원 연결부(140)에 전기적으로 연결됨으로써 X-선 튜브(110)에 전압을 공급할 수 있다.

본 발명의 일 실시 예에서 전원 장치(1300)는 외부의 전원(예를 들면 가정용 또는 산업용 전원 단자)으로부터 삽입용 X-선 튜브 시스템(100)으로 적절한 전원이 공급될 수 있도록 전압, 전류 등을 변환시키는 장치일 수 있다.

본 발명의 다른 실시 예에서 전원 장치(1300)는 1차 전지, 2차 전지 또는 연료 전지로 구성된 베터리를 포함하여 스스로 전원을 발생시키는 장치일 수 있다. 전원 장치(1300)가 베터리를 포함하는 경우 전원 장치(1300)가 X-선 튜브 시스템(100)와 일체화되도록 형성할 수 있다. 이 경우, 외부의 전원 공급 환경에 영향을 받지 않고 X-선 튜브 시스템(100)를 이용한 치료가 가능하다.

도 16은 본 발명의 다른 실시 예를 따르는 X-선 근접 치료 시스템(1000)을 도시한 것이다.

도 16을 참조하면, 상기 제어 장치는 분석부(1210), 저장부(1220), 신호 출력부(1230) 및 신호 입력부(1240)를 포함한다.

상기 제어 장치(1200)는 전원 장치(1300) 및 삽입용 X-선 튜브 시스템(100) 등에 설정 값 등의 신호를 출력하는 신호 출력부(1230), 상기 설정 값을 저장하는 저장부(1220), 전원 장치(1300) 및 삽입용 X-선 튜브 시스템(100)로부터 신호를 받아들이는 신호 입력부(1240) 및 전원 장치(1300) 및 삽입용 X-선 튜브 시스템(100)로부터 받은 신호를 분석하는 분석부(1210)를 포함할 수 있다.

분석부(1210)는 전원 장치(1300)에서 공급하는 전압의 변화, 삽입용 X-선 튜브 시스템(100)에서 발생되는 X-선의 강도, 삽입용 X-선 튜브 시스템(100)의 온도 등의 패턴을 분석함으로써 이상 여부를 감지할 수 있다.

저장부(1220)는 전원 장치의 전원을 차단할 지 여부를 판단하기 위한 기준값 등을 저장할 수 있다. 상기 저장부는 컴퓨터 등에서 정보 저장을 위해 일반적으로 사용하는 저장매체일 수 있으며 특별히 제한되지 않는다.

신호 출력부(1230)는 전원 장치(1300) 및 삽입용 X-선 튜브 시스템(100) 등에 설정 값 등의 신호를 출력한다. 상기 신호 출력부(1230) PLC 통신 등의 전력선 통신을 이용할 수 있으며, 또한 무선 신호를 출력할 수 있다. 무선 신호의 출력을 위해 신호 출력부(1230) 는 통상의 무선 통신 모듈을 포함할 수 있으며, 무선 통신 모듈의 방식은 특별히 제한되지 않는다.

신호 입력부(1240)는 전원 장치(1300) 및 삽입용 X-선 튜브 시스템(100)로부터 신호를 수신한다. 상기 신호 입력부(1240) PLC 통신 등의 전력선 통신을 이용할 수 있으며, 또한 무선 신호를 입력할 수 있다. 무선 신호의 입력을 위해 신호 입력부(1240) 는 통상의 무선 통신 모듈을 포함할 수 있으며, 무선 통신 모듈의 방식은 특별히 제한되지 않는다.

사용자는 신호 입력 장치를 이용하여 제어 장치(1200)에 설정 값을 설정할 수 있다. 또한, 전원 장치(1300)에서 근접 치료 장치로 공급하는 전압을 조절함으로써 치료 부위, 치료 목적 등에 적합한 X-선이 방출되도록 할 수 있다. 또한, 전원 장치(1300) 및 X-선 튜브 시스템(1100)로부터 입력된 분석하여 전원 장치(1300) 및 X-선 튜브 시스템(1100)을 제어하기 위한 설정 값을 조정할 수 있으며, 분석 값을 외부의 사용자가 인식할 수 있도록 모니터링 장치(1400)로 출력할 수 있다.

도 16을 참조하면, 본 발명의 실시 예를 따르는 X-선을 제어하는 제어 시스템은 상기 제어 장치(1200)에서 출력하는 신호를 표시하는 모니터링 장치(1400)를 더 포함할 수 있다.

모니터링 장치(1400)는 삽입용 X-선 튜브 시스템(100)에 공급되는 전원 및 전압에 대한 정보, 삽입용 X-선 튜브 시스템(100)의 정상 동작 여부, 삽입용 X-선 튜브 시스템(100)에서 발생하는 X-선에 대한 정보, X-선 튜브 시스템(1100)의 운영 정보를 외부의 사용자가 인식할 수 있도록 표시하는 역할을 한다.

본 발명의 실시 예에서, 모니터링 장치(1400)는 제어 장치(1200)에 연결되고, 제어 장치(1200)로부터 전원 장치(1300) 및 삽입용 X-선 튜브 시스템(100)에 대한 정보를 입력 받아 상기 입력 받은 정보를 표시할 수 있다. 모니터링 장치(1400)는 스마트폰일 수 있으며 이에 제한되지 않는다.

본 발명의 실시 예를 따르는 X-선을 제어하는 제어 시스템은 입력 장치를 더 포함할 수 있다.

입력 장치는 제어 장치(1200)에 저장된 설정 값 등을 입력하는 역할을 할 수 있다. 본 발명의 실시 예에서, 입력 장치는 모니터링 장치(1400)에 연결되거나 모니터링 장치(1400)와 일체로 배치됨으로써, 사용자가 입력하는 내용을 실시간으로 확인할 수 있다.

본 발명의 실시 예를 따르는 삽입용 X-선 튜브 시스템의 작동방법은, X-선을 방출하는 X-선 타겟을 포함하는 X-선 튜브, 상기 X-선 튜브를 둘러싸고 상기 X-선 튜브에서 방출된 X-선이 외부로 방출되는 X-선의 양을 감소시키거나 차단하는 제1부 및 상기 제1부를 지지하는 제2부를 포함하는 어플리케이터; 및 상기 제1부를 상기 제2부에 대하여 상대적으로 이동할 수 있도록 상기 제1부를 이동하는 제1부 구동부를 포함하는 삽입용 X-선 튜브 시스템의 작동방법에 관한 것으로서, 상기 어플리케이터를 환부에 삽입하는 단계; 상기 제1부 구동부를 구동하여 상기 제1부를 이동하는 단계; 및 상기 X-선 튜브에서 X-선을 방출하여 상기 환부를 치료하는 단계;를 포함한다.

상기 삽입용 X-선 튜브 시스템은 앞서 기재한 실시 예의 삽입용 X-선 튜브 시스템에 해당하는 것일 수 있다. 특히, 상기 삽입용 X-선 튜브 시스템은 제1부 경로부 및 제1부 구동부를 포함하는 것일 수 있다.

상기 제1부 구동부를 구동하여 상기 제1부를 이동하는 단계에서, 사용자는 제1부 구동부를 이용하여 제1부의 위치를 변경할 수 있다. 상기 제1부는 제2부 상에 배치된 제1부 경로부의 경로를 따라 이동하여 위치가 변경될 수 있다.

상기 제1부 구동부를 구동하여 상기 제1부를 이동하는 단계 이전에, X-선 튜브에서 X-선을 발생하지 않도록 전원을 차단하는 단계를 더 포함할 수 있다. 사용자는 X-선 튜브에 연결된 제어 장치를 이용하여 X-선 튜브에 전원을 공급하는 전원 장치에 전원 인가를 차단하도록 명령을 송신할 수 있다. 이를 통해 X-선 조사가 필요하지 않는 부위에 X-선이 조사되는 것을 방지할 수 있다.

치료에 적합한 위치로 제1부의 위치를 변경한 후, 상기 X-선 튜브에서 X-선을 방출하여 상기 환부를 치료하는 단계를 수행한다. 사용자는 X-선 튜브에 연결된 제어 장치를 이용하여 X-선 튜브가 X-선을 발생하도록 신호를 송신할 수 있고, 전원 장치에 연결된 제어 장치를 이용하여 X-선 튜브로 전원을 인가하여 상기 X-선 튜브가 X-선을 발생하도록 할 수 있다.

본 발명의 다른 실시 예를 따르는 삽입용 X-선 튜브 시스템의 작동방법에 있어서, 상기 어플리케이터를 환부에 삽입하는 단계 이전에, 상기 제1부를 상기 어플리케이터에 배치하거나 상기 어플리케이터로부터 상기 제1부를 제거함으로써 상기 제1부를 재배치하는 단계를 더 포함할 수 있다. 상기 제1부는 제2부의 홈에 탈부착 가능하다. 사용자는 환부의 위치 및 형상, 치료의 정도에 따라 제1부를 배치할 수 있다. 사용자는 어플리케이터를 인체 내부에 삽입하기 전에 1차적으로 제1부를 배치할 수 있고, 상기 어플리케이터를 인체 내부에 삽입한 후 2차적으로 상기 제1부의 위치를 변경함으로써 정확한 위치에 X-선을 조사하여, 치료의 효율을 높이고 불필요한 X-선 조사에 따른 부작용을 최소화할 수 있다. 또한, 인체 내부에 삽입된 어플리케이터를 이동하는 대신 제1부의 위치를 이동함으로써 환자의 고통을 경감할 수 있다.

본 발명은 상술한 실시 형태 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니며 첨부된 청구범위에 의해 한정하고자 한다. 따라서, 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 형태의 치환, 변형 및 변경이 가능할 것이며, 이 또한 본 발명의 범위에 속한다고 할 것이다.

100: 삽입용 X-선 튜브 시스템
110: X-선 튜브
120: 어플리케이터
121: 제1부
122: 제2부
123: X-선 튜브 경로부
124: X-선 튜브 구동부
125: X-선 구동 와이어
130: 프로브
140: 전원 연결부
141: 전선
150: 회전부
160: 커넥터
170: 고정부
180: 제1부 경로부
190: 제1부 구동부
191: 와이어
11: 전자빔 에미터
12: 진공 게터 필름
13: 집속 전극
14: X-선 타겟층
15: X-선 투과창
16: 세라믹 튜브
17: 양극 전극
18: X-선 타겟
20: 전자빔 발생부
1000: X-선 근접 치료 시스템
1200: 제어부
1210: 분석부
1220: 저장부
1230: 신호 출력부
1240: 신호 입력부
1300: 전원 장치
1400: 모니터링 장치

Claims (18)

1. X-선을 방출하는 X-선 타겟을 포함하는 X-선 튜브;
   상기 X-선 튜브와 연결된 전원 연결부; 및
   상기 X-선 튜브를 둘러싸고, 상기 X-선 튜브에서 방출된 X-선을 외부로 방출하는 어플리케이터;를 포함하고,
   상기 어플리케이터는 상기 X-선 튜브에서 방출된 X-선이 외부로 방출되는 X-선의 양을 감소시키거나 차단하는 제1부 및 상기 제1부를 지지하는 제2부를 포함하며, 상기 어플리케이터 내부에 배치되고, 상기 X-선 튜브가 상기 어플리케이터에 대하여 상대적으로 이동할 수 있도록 하는 이동경로를 제공하는 X-선 튜브 경로부를 포함하는 삽입용 X-선 튜브 시스템.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 제1부는 상기 제2부를 투과하는 홈에 배치된 삽입용 X-선 튜브 시스템.
   
3. 제1항에 있어서,
   상기 제1부는 상기 제2부 중 적어도 일부를 감싸도록 배치된 삽입용 X-선 튜브 시스템.
   
4. 제1항에 있어서,
   상기 제1부는 상기 제2부의 내부면 또는 외부면 상에 배치된 함몰부 내에 배치된 삽입용 X-선 튜브 시스템.
   
5. 제1항에 있어서,
   상기 어플리케이터는 상기 제1부를 상기 제2부에 탈착할 수 있도록 상기 제1부를 고정하는 고정부를 더 포함하는 삽입용 X-선 튜브 시스템.
   
6. 제1항에 있어서,
   상기 어플리케이터는 상기 제1부가 상기 제2부에 대하여 상대적으로 이동할 수 있도록 하는 이동경로를 제공하는 제1부 경로부를 더 포함하는 삽입용 X-선 튜브 시스템.
   
7. 제6항에 있어서,
   상기 제1부가 상기 제1부 경로부를 따라 이동할 수 있도록 상기 제1부를 이동하는 제1부 구동부를 더 포함하는 삽입용 X-선 튜브 시스템.
   
8. 제1항에 있어서,
   상기 제1부는 상기 X-선 타겟을 중심으로 동심원 형상으로 배치된 삽입용 X-선 튜브 시스템.
   
9. 제1항에 있어서,
   상기 제1부는 납, 텅스텐 및 알루미늄 중 적어도 하나를 포함하는 삽입용 X-선 튜브 시스템.
   
10. 제1항에 있어서,
    상기 어플리케이터는 유선형인 삽입용 X-선 튜브 시스템.
    
11. 제1항에 있어서,
    상기 어플리케이터 중 X-선 튜브의 측면을 감싸는 부분은 원통형이고, 상기 어플리케이터 중 상기 X-선 타겟을 감싸는 부분이 돔 형상으로 상기 원통형 부분을 덮고 있는 형상인 삽입용 X-선 튜브 시스템.
    
12. 제1항에 있어서,
    상기 어플리케이터와 연결되어 배치된 프로브를 더 포함하는 삽입용 X-선 튜브 시스템.
    
13. 제12항에 있어서,
    상기 프로브 및 어플리케이터 사이에 배치되어 상기 어플리케이터가 상기 프로브에 대하여 상대적으로 회전하도록 하는 회전부를 더 포함하는 삽입용 X-선 튜브 시스템.
    
14. 삭제
15. 제1항에 있어서,
    상기 X-선 튜브가 상기 X-선 튜브 경로부를 따라 이동할 수 있도록 상기X-선 튜브를 이동하는 X-선 튜브 구동부를 더 포함하는 삽입용 X-선 튜브 시스템.
    
16. X-선을 방출하는 X-선 타겟을 포함하는 X-선 튜브, 상기 X-선 튜브와 연결된 전원 연결부 및 상기 X-선 튜브를 둘러싸고 상기 X-선 튜브에서 방출된 X-선이 외부로 방출되는 X-선의 양을 감소시키거나 차단하는 제1부 및 상기 제1부를 지지하는 제2부를 포함하는 어플리케이터;를 포함하는 삽입용 제1항에 기재된 X-선 튜브 시스템;
    상기 X-선 튜브 시스템에서 발생하는 X-선을 제어하는 제어 장치; 및
    상기 X-선 튜브 시스템에 전원을 공급하는 전원 장치;를 포함하는 X-선 근접 치료 시스템.
    
17. X-선을 방출하는 X-선 타겟을 포함하는 X-선 튜브, 상기 X-선 튜브를 둘러싸고 상기 X-선 튜브에서 방출된 X-선이 외부로 방출되는 X-선의 양을 감소시키거나 차단하는 제1부 및 상기 제1부를 지지하는 제2부를 포함하는 어플리케이터; 및 상기 제1부를 상기 제2부에 대하여 상대적으로 이동할 수 있도록 상기 제1부를 이동하는 제1부 구동부를 포함하는 삽입용 제1항에 기재된 X-선 튜브 시스템의 작동방법에 있어서,
    상기 어플리케이터를 환부에 삽입하는 단계;
    상기 제1부 구동부를 구동하여 상기 제1부를 이동하는 단계; 및
    상기 X-선 튜브에서 X-선을 방출하여 상기 환부를 치료하는 단계;를 포함하는 삽입용 X-선 튜브 시스템의 작동방법.
    
18. 제17항에 있어서,
    상기 어플리케이터를 환부에 삽입하는 단계 이전에, 상기 제1부를 상기 어플리케이터에 배치하거나 상기 어플리케이터로부터 상기 제1부를 제거함으로써 상기 제1부를 재배치하는 단계를 더 포함하는 삽입용 X-선 튜브 시스템의 작동방법.
    
    

Images