KR101984813B1 - 광센서를 포함하는 탄소나노튜브 기반의 x-선 튜브를 이용한 켈로이드 및 피부암 치료용 x-선 근접 치료 장치에 사용되는 초소형 x-선 튜브 시스템 및 이를 포함하는 x-선 근접 치료 시스템 - Google Patents
광센서를 포함하는 탄소나노튜브 기반의 x-선 튜브를 이용한 켈로이드 및 피부암 치료용 x-선 근접 치료 장치에 사용되는 초소형 x-선 튜브 시스템 및 이를 포함하는 x-선 근접 치료 시스템 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명은 광센서를 포함하는 탄소나노튜브 기반의 X-선 튜브를 이용한 켈로이드 및 피부암 치료용 X-선 근접 치료 장치에 사용되는 초소형 X-선 튜브 시스템에 관한 것으로, 본 발명의 실시 예를 따르는 X-선 튜브 시스템은, 고전압 연결부; 상기 고전압 연결부에 연결된 X-선 튜브; 상기 X-선 튜브의 적어도 일부를 둘러싸고, 일단이 상기 X-선 튜브 보다 외부로 연장되어 배치되어, 사용자가 치료 시 상기 X-선 튜브에서 발생한 X-선이 이동하는 공간을 형성하는 어플리케이터; 및 감지영역이 상기 어플리케이터에 의해 형성된 공간을 향하도록 배치되어, 상기 어플리케이터에 의해 형성된 공간의 광신호를 측정하는 광센서;를 포함한다.
Description
본 발명은 광센서를 포함하는 탄소나노튜브 기반의 X-선 튜브를 이용한 켈로이드 및 피부암 치료용 X-선 근접 치료 장치에 사용되는 초소형 X-선 튜브 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.
이와중에, 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 크기는 가진 소형 X-선관이 개발되어 상용화되고 있다.
본 발명은 접촉불량으로 인한 위험을 방지할 수 있는 X-선 튜브 시스템 및 이를 포함하는 X-선 근접 치료 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.
또한, 탄소나노튜브 전계방출원을 이용하여 종래의 열전자 방출구조가 지니고 있는 발생 전자빔의 선질 저하로 인한 X-선 출력 한계를 해소할 수 있다.
또한, 다양한 신체부위에 접목할 수 있는 X-선 튜브 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.
또한, 사용이 용이하고, 제조가 용이하며, 안정성이 높은 X-선 튜브 시스템을 제공함에 목적이 있다.
본 발명의 실시 예를 따르는 X-선 튜브 시스템은, 고전압 연결부; 상기 고전압 연결부에 연결된 X-선 튜브; 상기 X-선 튜브의 적어도 일부를 둘러싸고, 일단이 상기 X-선 튜브 보다 외부로 연장되어 배치되어, 사용자가 치료 시 상기 X-선 튜브에서 발생한 X-선이 이동하는 공간을 형성하는 어플리케이터; 및 감지영역이 상기 어플리케이터에 의해 형성된 공간을 향하도록 배치되어, 상기 어플리케이터에 의해 형성된 공간의 광신호를 측정하는 광센서;를 포함한다.
상기 광센서는 상기 어플리케이터 중 상기 X-선 튜브 보다 외부로 연장된 부분에 배치될 수 있다.
상기 광센서는 상기 어플리케이터에 의해 형성된 공간의 빛의 양, 진동수 및 파장 중 적어도 하나를 측정할 수 있다.
상기 광센서는 사용자가 치료 시 상기 어플리케이터에 의해 형성된 공간으로 유입되는 외부의 빛을 감지할 수 있다.
상기 광센서는 400 내지 800 nm 파장의 빛을 감지할 수 있다.
상기 광센서는 포토 다이오드(Photo diode), 포토 다이오드 어레이(Photo diode array) 및 CCD(Charge coupled device) 중 어느 하나일 수 있다.
본 발명의 실시 예를 따르는 X-선 근접 치료 시스템은, 고전압 연결부, 상기 고전압 연결부에 연결된 X-선 튜브, 상기 X-선 튜브의 적어도 일부를 둘러싸고, 일단이 상기 X-선 튜브 보다 외부로 연장되어 배치되어, 사용자가 치료 시 상기 X-선 튜브에서 발생한 X-선이 이동하는 공간을 형성하는 어플리케이터, 및 상기 어플리케이터에 의해 형성된 공간의 광신호를 측정하는 광센서를 포함하는 X-선 튜브 시스템; 상기 광센서에서 측정된 광신호를 전달받고, 상기 X-선 튜브 시스템에서 발생하는 X-선을 제어하는 제어 장치; 및 상기 X-선 튜브 시스템에 전원을 공급하는 전원 장치;를 포함한다.
상기 제어 장치는, 상기 광센서로부터 전달된 광신호를 기초로 상기 X-선 튜브 시스템에서 발생하는 X-선을 제어할 수 있다.
상기 제어 장치는, 상기 광센서로부터 전달된 광신호에 포함된 정보 중 빛의 양, 진동수 및 파장 중 어느 하나가 기설정된 기준값에 도달하거나 이를 초과하는 경우, 상기 X-선 튜브 시스템에서 X-선이 발생하는 것을 차단할 수 있다.
상기 제어 장치는, 상기 광센서로부터 400 내지 800 nm 파장의 빛이 감지되었다는 정보를 전달받은 경우, 상기 X-선 튜브 시스템에서 X-선이 발생하는 것을 차단할 수 있다.
본 발명의 실시 예를 따르는 X-선 튜브 시스템 및 이를 포함하는 X-선 근접 치료 시스템은 치료 시 환부와의 접촉불량으로 인한 사고를 예방할 수 있다.
또한, 사용이 용이하고, 제조가 용이하며, 안정성이 높다.
또한, 난치성 피부암 및 켈로이드 치료 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 X-선 튜브 시스템의 사시도이다.
도 2는 본 발명의 실시 예를 따르는 X-선 튜브 시스템의 단면도이다.
도 3은 X-선 튜브를 도시한 것이다.
도 4는 X-선 튜브에서 방출되는 X-선을 도시한 것이다.
도 5 내지 도 7은 본 발명의 다른 실시 예를 따르는 X-선 튜브 시스템의 사시도이다.
도 8은 본 발명의 실시 예를 따르는 X-선 근접 치료 시스템을 도시한 것이다.
도 9 및 도 10은 본 발명의 실시 예를 따르는 X-선 튜브 시스템의 사용 예를 도시한 것이다.
도 11은 본 발명의 다른 실시 예를 따르는 X-선 근접 치료 시스템을 도시한 것이다.
도 2는 본 발명의 실시 예를 따르는 X-선 튜브 시스템의 단면도이다.
도 3은 X-선 튜브를 도시한 것이다.
도 4는 X-선 튜브에서 방출되는 X-선을 도시한 것이다.
도 5 내지 도 7은 본 발명의 다른 실시 예를 따르는 X-선 튜브 시스템의 사시도이다.
도 8은 본 발명의 실시 예를 따르는 X-선 근접 치료 시스템을 도시한 것이다.
도 9 및 도 10은 본 발명의 실시 예를 따르는 X-선 튜브 시스템의 사용 예를 도시한 것이다.
도 11은 본 발명의 다른 실시 예를 따르는 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 X-선 튜브(120) 시스템(100)의 사시도이고, 도 2는 본 발명의 실시 예를 따르는 X-선 튜브(120) 시스템(100)의 단면도이다.
도 1 및 2를 참조하면, 본 발명의 실시 예를 따르는 X-선 튜브(120) 시스템(100)은, 고전압 연결부(110); 상기 고전압 연결부(110)에 연결된 X-선 튜브(120); 상기 X-선 튜브(120)의 적어도 일부를 둘러싸고, 일단이 상기 X-선 튜브(120) 보다 외부로 연장되어 배치되어, 사용자가 치료 시 상기 X-선 튜브(120)에서 발생한 X-선이 이동하는 공간을 형성하는 어플리케이터(140); 및 감지영역이 상기 어플리케이터(140)에 의해 형성된 공간을 향하도록 배치되어, 상기 어플리케이터(140)에 의해 형성된 공간의 광신호를 측정하는 광센서(170);를 포함한다.
X-선 튜브(120) 시스템(100)은 X-선 튜브(120)에서 발생하는 X-선을 이용하여 환자의 피부 등을 치료하는 데 사용된다. 이 때, 상기 X-선이 환부를 벗어나 방출되어 환자 또는 치료자가 상기 X-선에 노출되는 경우 건강에 유해한 문제가 발생할 수 있다. 어플리케이터(140)에 의해 X-선이 외부로 노출되는 것을 방지할 수 있지만, 상기 어플리케이터(140)가 환부로부터 이격된 것을 환자 또는 치료자 등의 사용자가 인지하지 못한 경우에는 X-선에 노출될 수 있다. 본 발명의 실시 예를 따르는 X-선 튜브(120) 시스템(100)은 X-선 튜브(120) 시스템(100)에서 발생한 X-선이 외부로 노출되는 지 여부를 감지하는 광센서(170)를 포함하기 때문에, X-선이 외부로 노출되었음을 사용자에게 알려주거나 X-선 발생을 중단하는 기능을 수행함으로써, 사용자가 X-선에 노출되는 문제점을 해결할 수 있다.
상기 광센서(170)는 X-선 튜브(120) 시스템(100)을 이용하여 피부의 환부 등에 치료를 수행할 때, 어플리케이터(140)의 외부의 빛이 어플리케이터(140) 내부로 유입되는 지 여부를 감지할 수 있다.
상기 광센서(170)는 상기 어플리케이터(140)에 의해 형성된 공간의 광신호를 측정하기 위해, 빛을 감지하는 영역이 상기 어플리케이터(140)에 의해 형성된 공간을 향하도록 배치될 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 광센서(170)는 상기 어플리케이터(140) 중 상기 X-선 튜브(120) 보다 외부로 연장된 부분에 배치될 수 있다. 이와 같은 구성을 통해, 어플리케이터(140) 및 환부 사이의 틈으로 유입되는 외부의 빛을 빠르고 정확하게 감지할 수 있다. 도 1에 도시된 바와 같이, 상기 광센서(170)는 어플리케이터(140)를 관통하여 배치될 수 있을 뿐 아니라, 외부에서 관찰되지 않도록 어플리케이터(140)의 내부에 배치될 수 있다. 이 때, 고분자 접착제 등으로 상기 광센서(170)를 고정할 수 있으며, 상기 광센서(170)에서 발생하는 신호를 외부의 제어 장치 등으로 전달하기 위한 전선 또는 통신선을 상기 광센서(170)에 연결하여 배치할 수 있다. 또한, 상기 X-선 튜브(120)에서 발생하는 X-선의 간섭을 방지하기 위해 X-선 튜브(120) 및 광센서(170)의 감지영역 사이에 차단막을 배치할 수 있다. 상기 차단막은 X-선을 이용한 치료에 방해를 주지 않는 범위에서 다양한 재질 및 형태로 배치될 수 있다. 구체적으로, 상기 차단막은 광센서(170) 및 X-선 튜브(120) 사이를 차단하고, 어플리케이터(140)의 입구로부터 유입되는 외부의 빛을 감지할 수 있도록 배치될 수 있다.
상기 광센서(170)는 상기 어플리케이터(140)에 의해 형성된 공간의 빛의 양, 진동수 및 파장 중 적어도 하나를 측정할 수 있다. 빛의 양을 감지함으로써, 정상적인 치료 중에 감지되는 빛에 대하여는 알람을 울리거나 X-선 발생을 중단하지 않고 상기 빛의 양이 일정한 수치를 넘는 경우 알람을 울리거나 X-선 발생을 중단할 수 있다.
또한, 상기 광센서(170)는 파장을 감지함으로써 외부로부터 유입된 빛 및 X-선 튜브(120)에 의해 발생한 X-선을 구별할 수 있다. 상기 광센서(170)는 가시광선, 적외선 및 자외선을 감지할 수 있다. 외부에서 어플리케이터(140) 내부로 유입되는 빛은 가시광선인 경우가 많다. 따라서, 상기 광센서(170)는 400 내지 800 nm 파장의 빛을 감지할 수 있다. 구체적으로, X-선 이외의 파장, 예를 들면 가시광선 영역의 파장이 일정 수치 이상으로 감지되는 경우 알람을 울리거나 X-선 발생을 중단할 수 있다.
상기 광센서(170)는 외부의 빛을 감지하여 이를 X-선 근접 치료 시스템의 제어 장치로 신호를 보낼 수 있는 것이면 특별히 제한되지 않는다. 구체적으로, 상기 광센서(170)는 포토 다이오드(Photo diode), 포토 다이오드 어레이(Photo diode array) 및 CCD(Charge coupled device) 중 어느 하나일 수 있다. 상기 광센서(170)는 수광부로 부터 빛을 감지하여, 이를 통신선 등을 통해 제어 장치로 전류 등의 신호를 송신할 수 있다.
상기 광센서(170)는 감지된 정보를 전류 등의 아날로그 신호 또는 디지털 신호로 외부로 송신할 수 있다. 이를 위해 아날로그 통신 모듈 또는 디지털 통신 모듈을 더 포함할 수 있다. 일 예로, 상기 광센서(170)가 감지된 정보를 외부로 송신하기 위해 전류를 이용하는 경우, 별도의 통신 모듈을 필요로 하지 않으며, 외부의 제어 장치와 전선을 이용하여 연결하는 것으로 신호를 송신할 수 있다.
상기 X-선 튜브(120)는 외부로부터 전원을 인가 받아 X-선을 생성하여 방출하는 역할을 한다. 상기 X-선 튜브(120)는 컴퓨터 등으로 구성된 제어장치를 통하여 생성되는 X-선의 에너지 및 동작 시간 등이 제어될 수 있다. 이와 같이 X-선의 생성을 제어함으로써 켈로이드 및 피부암 등의 치료에 적합하도록 X-선이 발생하게 할 수 있다.
상기 X-선 튜브(120)는 고전압 연결부(110)와 연결되며, 상기 X-선 튜브(120)의 다른 부분에는 X-선 타겟이 배치될 수 있다. 고전압 연결부(110)는 외부의 전원장치와 연결되어 상기 X-선 튜브(120)로 전압을 인가하는 통로 역할을 할 수 있다. 상기 X-선 튜브(120)의 X-선 타겟은 접지와 연결될 수 있다. 외부의 전원장치에서 전압을 인가함으로써 상기 X-선 튜브(120)에는 수십 kV의 음전압이 걸릴 수 있다. 이와 같은 구성을 통해, 본 발명의 실시 예를 따르는 X-선 튜브 시스템(100)는 안정적이고 안전하게 X-선을 생성하여 방출할 수 있다.
도 3은 X-선 튜브(120)를 도시한 것이다. 도 3을 참조하면, X-선 튜브(120)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(120) 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(120)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(120)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(120)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 X-선 튜브 시스템(100)는 별도의 냉각 장치가 필요하지 않을 수 있다. 종래의 텅스텐 필라멘트를 이용한 X-선 튜브(120)의 경우 전자빔 방출을 위해 텅스텐 필라멘트를 가열하여야 하며, 이에 따라 별도의 냉각 장치를 필요로 한다. 본 발명의 실시 예를 따르는 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(120)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.
상기 고전압 연결부(110)는 X-선 튜브(120)와 외부의 전원장치를 연결하여, X-선 튜브(120)에서 X-선을 생성 및 방출할 수 있도록 하는 역할을 한다. X-선 튜브(120)에 고전압 연결부(110)를 연결하도록 배치함으로써 다양한 전원장치를 연결하여 사용할 수 있기 때문에 X-선 튜브 시스템(100)의 사용 접근성을 높일 수 있다. X-선 튜브 시스템(100)에 다양한 전원장치를 연결할 수 있으므로 다양한 전원 공급 환경에서 사용할 수 있고, X-선 튜브(120)의 수명이 다한 경우에도 상기 X-선 튜브(120)의 교체를 용이하게 할 수 있다. 또한, X-선 튜브(120)의 집속 전극(13) 및 X-선 타겟에 각각 전압 공급 및 접지 연결을 용이하게 수행할 수 있어 안정적인 X-선 생성이 가능하도록 할 수 있다.
상기 고전압 연결부(110)는 X-선 튜브(120)의 집속 전극(13)에 접하는 제1 전극(111)을 포함할 수 있으며, 상기 제1 전극(111)을 통해 X-선 튜브(120)에 전원을 공급할 수 있다. 또한, X-선 튜브(120)의 X-선 타겟(18)에 전기적으로 연결되는 제2 전극(112)을 포함할 수 있다. 상기 제2 전극(112)은 양극 전극(17)을 통해 X-선 타겟(18)에 전기적으로 연결될 수 있으며, 상기 제2 전극(112) 및 양극 전극(17)은 추가적인 배선을 통해 전기적으로 연결될 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에서, 고전압 연결부(110)는 리셉터클을 포함할 수 있다. 이 때, 상기 제1 전극(111) 및 제2 전극(112)은 리셉터클에 포함될 수 있다. 리셉터클을 포함함으로써 외부의 전원 및 X-선 튜브(120)의 연결을 용이하게 할 수 있다.
이 때, 상기 고전압 연결부(110)의 제1 전극(111)은 외부의 전원장치와 연결되어 상기 X-선 튜브(120)로 전압을 인가하는 통로 역할을 할 수 있고, 상기 고전압 연결부(110)의 제2 전극(112)은 외부의 접지와 연결되어 X-선 타겟이 외부의 접지와 연결되도록 할 수 있다. 이를 통해, 외부의 전원장치에서 전압을 인가함으로써 상기 X-선 튜브(120)에는 수십 kV의 음전압이 걸릴 수 있고, 본 발명의 실시 예를 따르는 X-선 튜브 시스템(100)는 안정적이고 안전하게 X-선을 생성하여 방출할 수 있다.
상기 보호부(130)는 상기 고전압 연결부(110)의 적어도 일부 및 X-선 튜브(120)의 적어도 일부를 둘러싼다. 상기 보호부(130)는 상기 X-선 튜브(120)에서 음전압이 생성 및 방출될 수 있도록 하며, 사용자 또는 환자에 대한 위해 요소를 방지하는 역할을 할 수 있다.
외부의 전원장치로부터 고전압 연결부(110)에 전압을 인가하면 X-선 튜브(120) 및 고전압 연결부(110)의 연결부위를 중심으로 수십 kV의 음전압이 공기 중으로 방출될 수 있다. X-선 튜브(120) 및 고전압 연결부(110)의 연결부위를 중심으로 방출되는 음전압은 X-선 튜브(120)에서의 음전압 방출을 방해하여, X-선 튜브(120)가 50 kV 이상의 고전압을 생성하지 못하는 문제점이 발생할 수 있다. 또한, X-선 튜브(120) 및 고전압 연결부(110)의 연결부위를 중심으로 방출되는 음전압은 사용자 또는 환자에게 위해가 될 수 있다.
X-선 튜브 시스템(100)는 고전압 연결부(110)의 필요에 따라 적어도 일부 및 X-선 튜브(120)의 적어도 일부를 둘러싸는 보호부(130)를 포함함으로써 X-선 튜브(120)의 X-선 타겟을 통해 X-선이 방출되도록 할 수 있고, 상기 설명한 문제를 방지할 수 있다.
또한, 상기 보호부(130)는 상기 고전압 연결부(110)의 적어도 일부 및 X-선 튜브(120)의 적어도 일부를 둘러싸도록 배치됨으로써, 고전압 연결부(110) 및 X-선 튜브(120)가 일체화될 수 있다. X-선 튜브(120)를 X-선 튜브 시스템(100)로부터 제거하는 경우, 고전압 연결부(110)와 X-선 튜브(120)가 일체화됨으로써 X-선 튜브(120)의 제거가 용이하다.
상기 보호부(130)는 폴리머 등의 절연성 물질을 포함할 수 있으며, 본 발명이 여기에 한정하는 것은 아니다. 보호부(130)는 고전압 연결부(110) 및 X-선 튜브(120)의 적어도 일부를 감싸도록 절연성 필름을 부착하거나, 액상 또는 반고상의 절연물질을 분사 또는 칠하여 피복함으로써 형성할 수 있다. 상기 보호부(130)는 고전압 연결부(110) 및 X-선 튜브(120)의 측면 전체를 감싸도록 형성할 수 있다. 상기 보호부(130)의 두께는 특별히 한정되지 않는다. 상기 보호부(130)의 두께는 고전압 연결부(110) 및 X-선 튜브(120)가 일체화하고, X-선이 고전압 연결부(110) 및 X-선 튜브(120)의 측면쪽으로 방출되지 않도록 X-선을 차단할 수 있는 범위에서 정해질 수 있다.
상기 어플리케이터(140)는 X-선 튜브(120)에서 생성된 X-선이 치료 부위로 방출되도록 X-선의 방출 경로를 형성하는 역할을 할 수 있다. 또한, 광센서(170)를 안정적으로 지지하는 역할을 수행할 수 있다.
도 4는 X-선 튜브(120)에서 방출되는 X-선을 도시한 것이다. 도 4를 참조하면, X-선 튜브(120)에서 생성된 X-선은 방향성 없이 전 방향으로 방출된다. 이와 같은 X-선을 치료 부위가 있는 방향으로만 방출되도록 함으로써, 치료 효과를 높일 수 있고 X-선 노출에 의한 부작용 발생을 방지할 수 있다.
상기 어플리케이터(140)는 보호부(130)의 적어도 일부를 둘러싸도록 배치된다. 이를 통해 X-선 튜브(120)에 고정하여 배치될 수 있다. 또한, 상기 어플리케이터(140)의 일단이 상기 X-선 튜브(120) 보다 외부로 연장되어 배치될 수 있다. 이를 통해 X-선 튜브(120)에서 생성된 X-선이 어플리케이터(140)의 내면에 형성된 통로를 따라 치료 부위로 향하여 방출되도록 할 수 있다.
어플리케이터(140)는 X-선이 목적하는 방향으로 방출되도록 하기 위해 상기 어플리케이터(140) 중 상기 X-선 튜브(120)를 둘러싸는 부분의 지름이 상기 어플리케이터(140)의 끝 단의 지름 보다 크게 형성될 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 어플리케이터(140)는 상기 어플리케이터(140)의 타단으로 갈수록 지름이 커지는 나팔관 형상일 수 있다.
또한, X-선이 방출되는 상기 어플리케이터(140)의 끝 부분은 X-선의 방출을 용이하게 하기 위하거나, 치료 부위의 형태 및 치료 목적에 따라 나팔관의 크기, 끝 부분의 지름 및 너비, 끝 부분의 형상을 다양한 형태로 변형할 수 있다.
상기 어플리케이터(140)를 안정적으로 고정하기 위하여, 상기 어플리케이터(140)는 고전압 연결부(110)가 배치된 부분까지 연장되어 배치될 수 있다. 또한, 다른 실시 예에 있어서, 전압 커넥터(260)가 배치된 부분까지 연장되어 배치될 수 있다. 이 때, 어플리케이터(140)의 모양이 고전압 보호부(130)의 외형에 대응하는 형상일 수 있다.
상기 어플리케이터(140)는 상기 어플리케이터(140)의 일단에 배치되고, 치료받는 부위에 접하여 상기 어플리케이터(140)를 지지하는 지지부를 포함할 수 있다. 상기 지지부는 어플리케이터(140)의 끝 부분을 감싸는 형태로 형성될 수 있으며, 치료 부위에 안정적으로 접할 수 있도록, 어플리케이터(140)의 다른 부분의 두께보다 두껍게 형성될 수 있다. 상기 지지부는 어플리케이터(140)와 동일한 재질로 이루어질 수 있다. 또한, X-선 튜브 시스템(100)가 치료 부위에 안정적으로 지지될 수 있도록 하기 위해 폴리머 등의 신축성 있는 재질로 이루어질 수 있다. 또한, 광센서(170)를 안정적으로 지지하기 위해 상기 어플리케이터(140)는 서로 다른 이종의 재료를 이용하여 제작될 수 있다. 상기 광센서(170)가 배치되는 곳은 신축성이 적은 재질로 이루어질 수 있고, 환부와 닫는 부분은 신축성 있는 재질로 이루어질 수 있다.
상기 어플리케이터(140)는 X-선이 어플리케이터(140)를 투과하여 방출되는 것을 방지하고, X-선이 원하는 방향으로 방출되도록 하기 위해 적절한 두께를 갖도록 형성될 수 있다. 상기 어플리케이터(140)의 두께는 50 keV의 에너지를 갖는 X-선을 100% 차단할 수 있는 조건으로 형성될 수 있다. 또한, 상기 어플리케이터(140)는 X-선이 어플리케이터(140)를 투과하여 방출되는 것을 방지하고, X-선이 원하는 방향으로 방출되도록 하기 위해 금속을 포함하여 형성될 수 있다.
도 5는 본 발명의 다른 실시 예를 따르는 X-선 튜브 시스템(200)의 사시도이고, 도 6은 본 발명의 다른 실시 예를 따르는 X-선 튜브 시스템(200)의 단면도이다.
도 5 및 도 6을 참조하면, 본 발명의 다른 실시 예를 따르는 X-선 튜브 시스템(200)는, 상기 고전압 연결부(210)에 연결된 전압 커넥터(260)를 포함할 수 있다.
상기 전압 커넥터(260)는 X-선 튜브(220)와 연결된 고전압 연결부(210)와 연결되고, 또한 외부의 전원장치에 연결됨으로써, X-선 튜브(220)에서 X-선을 생성 및 방출할 수 있도록 하는 역할을 할 수 있다. 상기 전압 커넥터(260) 및 고전압 연결부(210)는 X-선 튜브 시스템(200)로부터 용이하게 탈착되도록 구성될 수 있다.
전압 커넥터(260)는 외부의 전원 및 고전압 연결부(210)의 제1 전극(211)과 전기적으로 연결되는 제3 전극(261)을 포함할 수 있고, 이를 통해 X-선 튜브(220)로 전압을 공급할 수 있다. 또한, 전압 커넥터(260)는 외부의 접지 및 고전압 연결부(210)의 제2 전극(212)과 전기적으로 연결되는 제4 전극(262)을 포함할 수 있고, 이를 통해 X-선 타겟을 접지시킬 수 있다.
본 발명의 다른 실시 예에서는, 전압 커넥터(260)의 제4 전극(262)은 고전압 연결부(210)를 거치지 않고 X-선 타겟과 전기적으로 연결될 수 있다. 즉, 고전압 연결부(210)는 X-선 타겟과 전기적으로 연결되는 제2 전극(212)을 포함하지 않을 수 있고, 이 때, X-선 타겟과 연결된 배선을 통해 전압 커넥터(260)의 제4 전극(262)이 X-선 타겟과 연결될 수 있다.
앞서 설명한 바와 같이, 고전압 연결부(210)는 리셉터클을 포함할 수 있다. 이 때, 상기 제1 전극(211) 및 제2 전극(212)은 리셉터클에 포함될 수 있다. 리셉터클을 포함함으로써 상기 제1 전극(211) 및 제2 전극(212)을 각각 전압 커넥터(260)의 제3 전극(261) 및 제4 전극(262)과 용이하게 연결할 수 있으며, X-선 튜브(220)와의 연결을 용이하게 할 수 있다.
또한, 상기 리셉터클은 광센서(270)에 연결된 전선 또는 통신선과 연결된 단자를 더 포함할 수 있으며, 상기 단자가 외부의 제어 장치 등과 연결됨으로써 상기 광센서(270)의 신호를 외부로 송신할 수 있다.
이와 같이 전압 커넥터(260) 및 고전압 연결부(210)를 배치함으로써 다양한 전원장치를 연결하여 사용할 수 있기 때문에 X-선 튜브 시스템(200)의 사용 접근성을 높일 수 있다. X-선 튜브 시스템(200)에 다양한 전원장치를 연결할 수 있으므로 다양한 전원 공급 환경에서 사용할 수 있고, X-선 튜브(220)의 수명이 다한 경우에도 상기 X-선 튜브(220)의 교체를 용이하게 할 수 있다.
도 7은 본 발명의 실시 예를 따르는 X-선 튜브 시스템(200)의 사용 예를 도시한 것이다.
도 7를 참조하면, 고전압 연결부(210)에 전압 커넥터(260)가 연결되고, 상기 전압 커넥터(260)에 전압 케이블이 연결되어 외부의 전원장치로부터 X-선 튜브 시스템(200)로 전원이 공급되도록 형성됨을 알 수 있다. 또한, 외부의 접지가 전압 케이블, 전압 커넥터(260), 고전압 연결부(210)를 통해 X-선 타겟으로 연결됨을 알 수 있다.
도 8은 본 발명의 실시 예를 따르는 X-선 근접 치료 시스템을 도시한 것이다.
도 8을 참조하면, 본 발명의 실시 예를 따르는 X-선 근접 치료 시스템은, 고전압 연결부(110), 상기 고전압 연결부(110)에 연결된 X-선 튜브(120), 상기 X-선 튜브(120)의 적어도 일부를 둘러싸고, 일단이 상기 X-선 튜브(120) 보다 외부로 연장되어 배치되어, 사용자가 치료 시 상기 X-선 튜브(120)에서 발생한 X-선이 이동하는 공간을 형성하는 어플리케이터(140), 및 상기 어플리케이터(140)에 의해 형성된 공간의 광신호를 측정하는 광센서(170)를 포함하는 X-선 튜브 시스템; 상기 광센서(170)에서 측정된 광신호를 전달받고, 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.
제어 장치(1200)는, X-선 튜브 시스템 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 X-선 튜브 시스템의 X-선 튜브(120)의 X-선 발생 및 중단을 제어할 수 있다. 상기 제어 장치(1200)는 X-선 튜브 시스템에 명령을 송신함으로써 X-선 발생 및 중단을 제어할 수 있고, 상기 X-선 튜브(120)에 전원을 공급하는 전원 장치(1300)에 전원 공급 또는 차단 명령을 송신함으로써 상기 X-선 튜브(120)의 X-선 발생 여부를 제어할 수 있다. 제어 장치(1200)는 전원 장치(1300)에 연결되어 X-선 튜브 시스템에 공급하는 전압을 조절할 수 있다. 이를 통해 제어 장치(1200)는 X-선 튜브 시스템에서 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.
상기 제어 장치(1200)는 X-선 튜브 시스템의 광센서(170)로부터 신호를 전달받고 이를 연산할 수 있다. 상기 신호는 상기 광센서(170)가 감지한 신호로서, 아날로그 신호 또는 디지털 신호의 형태로 전달된 것일 수 있다. 상기 제어 장치는 상기 아날로그 신호 또는 디지털 신호를 수신하기 위한 통신 모듈을 더 포함할 수 있다.
상기 제어 장치(1200)가 수행하는 연산은 정보의 분류, 가공 및 명령 생성 중 어느 하나일 수 있다. 상기 제어 장치(1200)는 는 상기 광센서(170)로부터 수신한 신호를 분류할 수 있다. 이 때, X-선 튜브(120)에서 발생한 X-선에 의한 신호, 노이즈 및 어플리케이터(140)의 외부에서 유입된 빛에 의한 신호를 분류할 수 있다. 또한, 상기 신호를 강도, 진동수 및 파장으로 분류할 수 있다. 또한, 상기 제어 장치는 상기 광센서(170)로부터 송신한 신호 또는 상기 분류된 신호를 적절한 형태로 변환할 수 있다. 예를 들어, 일정한 시간 동안 입력된 신호의 평균값을 산출함으로써 노이즈를 제거할 수 있다.
상기 제어 장치(1200)는 강도, 진동수 및 파장에 대하여 기설정된 기준값을 저장하고 있을 수 있다. 광센서(170)로부터 송신한 신호 또는 상기 분류된 신호가 상기 기준값에 해당하거나 이를 초과하는 경우, 사용자에게 알리거나 전원 장치(1300)에서 X-선 튜브(120)로 공급되는 전원을 차단할 수 있다. 광센서(170)로부터 송신한 신호 또는 상기 분류된 신호가 기준값에서 벗어난 경우에는 사용자에게 알리거나 전원 장치(1300)에서 X-선 튜브(120)로 공급되는 전원을 다시 공급할 수 있다. 이를 위해 상기 제어 장치(1200)는 사용자에게 정보를 전달하기 위한 명령 또는 신호의 생성, 전원 장치(1300)의 전원을 차단 또는 공급하기 위한 명령의 생성을 수행할 수 있다.
전원 장치(1300)는 X-선 튜브 시스템(100)에 전압을 공급하는 장치이다. X-선 튜브 시스템(100)의 고전압 연결부(110)에 전기적으로 연결되어 X-선 튜브(120)의 일단으로 전압을 공급할 수 있다. 또는, 전원 장치(1300)는 전압 커넥터(260)에 연결되고 상기 전압 커넥터(260)가 고전압 연결부(110)에 전기적으로 연결됨으로써 X-선 튜브(120)에 전압을 공급할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에서 전원 장치(1300)는 외부의 전원(예를 들면 가정용 또는 산업용 전원 단자)으로부터 X-선 튜브 시스템(100)로 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 9 및 도 10은 본 발명의 실시 예를 따르는 X-선 튜브 시스템의 사용 예를 도시한 것이다.
도 9에서 어플리케이터(140)가 안정적으로 환부를 감싼 상태로 치료가 수행되고 있다. 또한, 제어 장치(1200)는 광센서(170)로부터 지속적으로 신호를 수신함으로써 치료가 안정적으로 수행되고 있음을 알 수 있다. 도 10에서 치료 중 어플리케이터(140)의 입구 부분 중 일부가 환부로부터 이격하여 외부의 빛이 어플리케이터(140) 내부로 유입된 경우, 광센서(170)가 외부에서 유입된 빛을 감지하여 이에 대한 신호를 제어 장치(1200)로 송신한다. 제어 장치(1200)는 수신한 신호를 분석하여 전원 장치(1300)의 전원 공급을 차단하도록 명령한다.
도 9 및 도 10의 예에서 알 수 있듯이, 치료 중 환자의 움직임 또는 X-선 튜브 시스템의 움직임에 의해 어플리케이터(140)가 피부로부터 이탈할 수 있으며, 이로인하여 X-선이 치료를 요하지 않는 피부 등으로 노출되는 사고가 발생할 수 있다. 본 발명의 실시 예를 따르는 X-선 근접 치료 시스템은 광센서(170)에서 외부의 빛을 감지함으로써, X-선이 외부로 노출되는 사고를 방지할 수 있다.
도 11은 본 발명의 다른 실시 예를 따르는 X-선 근접 치료 시스템을 도시한 것이다.
도 11을 참조하면, 본 발명의 실시 예를 따른 X-선 근접 치료 시스템은, X-선 튜브 시스템(1100); 상기 X-선 튜브 시스템(1100)에서 발생하는 X-선을 제어하는 제어 장치(1200); 및 상기 X-선 튜브 시스템에 전원을 공급하는 전원 장치(1300);를 포함한다. 또한, 상기 제어 장치는 분석부(1210), 저장부(1220), 신호 출력부(1230) 및 신호 입력부(1240)를 포함한다.
제어 장치(1200)는 전원 장치(1300) 및 X-선 튜브 시스템(1100) 등에 설정 값 등의 신호를 출력하는 신호 출력부(1230), 상기 설정 값을 저장하는 저장부(1220), 전원 장치(1300) 및 X-선 튜브 시스템(1100)로부터 신호를 받아들이는 신호 입력부(1240) 및 전원 장치(1300) 및 X-선 튜브 시스템(1100)로부터 받은 신호를 분석하는 분석부(1210)를 포함할 수 있다.
분석부(1210)는 전원 장치(1300)에서 공급하는 전압의 변화, X-선 튜브 시스템(1100)에서 발생되는 X-선의 강도, X-선 튜브 시스템(1100)의 온도 등의 패턴을 분석함으로써 이상 여부를 감지할 수 있다. 또한, 상기 분석부(1210)는 광센서(170)에서 수신된 신호를 연산하는 기능을 수행할 수 있다. 상기 분석부(1210)는 앞서 설명한 기능을 수행하는 프로그램이 기록된 프로세서일 수 있다.
저장부(1220)는 광센서(170)로부터 수신된 신호와 연계하여 사용자에게 신호를 전달할 지 여부 또는 전원 장치의 전원을 차단할 지 여부를 판단하기 위한 기준값 등을 저장하거나, 광센서(170) 등으로부터 수신한 신호 및 이를 연산한 정보를 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 X-선 튜브 시스템(1100) 등에 설정 값 등의 신호를 출력한다. 상기 신호 출력부(1230)를 통해 광센서(170)에서 외부에서 유입된 빛이 검출된 경우 분석부에서 전원 장치로 전원을 차단하라는 명령을 송신할 수 있다. 상기 신호 출력부(1230) PLC 통신 등의 전력선 통신을 이용할 수 있으며, 또한 무선 신호를 출력 및 입력할 수 있다. 무선 신호의 출력 및 입력을 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 X-선 튜브 시스템(1100)로부터 신호를 수신한다. 광센서(170)에서 수집된 신호는 상기 신호 입력부(1240)를 통해 제어 장치로 수신될 수 있다. 상기 신호 입력부(1240) PLC 통신 등의 전력선 통신을 이용할 수 있으며, 또한 무선 신호를 출력 및 입력할 수 있다. 무선 신호의 출력 및 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. 광센서(170)로부터 수신된 신호와 연계하여 사용자에게 신호를 전달할 지 여부 또는 전원 장치의 전원을 차단할 지 여부를 판단하기 위한 기준값을 조정할 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 11을 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 X-선 튜브 시스템(1100)에 공급되는 전원 및 전압에 대한 정보, X-선 튜브 시스템(1100)의 정상 동작 여부, X-선 튜브 시스템(1100)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 X-선 튜브 시스템(1100)에 대한 정보를 입력 받아 상기 입력 받은 정보를 표시할 수 있다. 본 발명의 다른 실시 예에서, X-선 튜브 시스템(1100)는 전원 장치(1300), X-선 튜브 시스템(1100) 및 제어 장치(1200) 중 적어도 하나에 연결되어, 전원 장치(1300), X-선 튜브 시스템(1100) 및 제어 장치(1200)로부터 각각의 전원에 대한 정보, X-선에 대한 정보, X-선 튜브 시스템(1100)의 운영 및 제어에 대한 정보를 입력 받을 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. 또한, 상기 광센서(170)에서 제어 장치가 수신한 신호를 실시간으로 확인할 수 있으며, 상기 광센서(170)에서 수신된 신호에 따라 상기 제어 장치가 X-선 튜브 시스템 또는 전원 장치를 제어한 이력을 검토할 수 있다. 본 발명의 다른 실시 예에서 입력 장치는 제어 장치(1200)에 연결될 수 있고, 제어 장치(1200)에 연결된 모니터링 장치(1400)를 통해 사용자가 입력하는 내용을 실시간으로 확인할 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, 200, 1100: X-선 튜브 시스템
110, 210: 고전압 연결부
111, 211: 제1 전극
112, 212: 제2 전극
120, 220: X-선 튜브
130, 230: 보호부
140, 240: 어플리케이터
150, 250: X-선 필터
170, 270: 광센서
260: 전압 커넥터
261: 제3 전극
262: 제4 전극
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
1200: 제어 장치
1210: 분석부
1220: 저장부
1230: 신호 출력부
1240: 신호 입력부
1300: 전원 장치
1400: 모니터링 장치
110, 210: 고전압 연결부
111, 211: 제1 전극
112, 212: 제2 전극
120, 220: X-선 튜브
130, 230: 보호부
140, 240: 어플리케이터
150, 250: X-선 필터
170, 270: 광센서
260: 전압 커넥터
261: 제3 전극
262: 제4 전극
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
1200: 제어 장치
1210: 분석부
1220: 저장부
1230: 신호 출력부
1240: 신호 입력부
1300: 전원 장치
1400: 모니터링 장치
Claims (11)
- 고전압 연결부;
상기 고전압 연결부에 연결된 X-선 튜브;
상기 X-선 튜브의 적어도 일부를 둘러싸고, 일단이 상기 X-선 튜브 보다 외부로 연장되어 배치되어, 사용자가 치료 시 상기 X-선 튜브에서 발생한 X-선이 이동하는 공간을 형성하는 어플리케이터; 및
감지영역이 상기 어플리케이터에 의해 형성된 공간을 향하도록 배치되어, 상기 어플리케이터에 의해 형성된 공간의 광신호를 측정하는 광센서;를 포함하며,
상기 광센서는 상기 어플리케이터에 의해 형성된 빛의 양, 진동수 및 파장 중 적어도 하나를 측정하고, 상기 어플리케이터에 의해 형성된 공간으로 유입되는 외부의 빛을 감지하는 X-선 튜브 시스템.
- 제1항에 있어서,
상기 광센서는 상기 어플리케이터 중 상기 X-선 튜브 보다 외부로 연장된 부분에 배치된 X-선 튜브 시스템.
- 삭제
- 삭제
- 제1항에 있어서,
상기 광센서는 400 내지 800 nm 파장의 빛을 감지하는 X-선 튜브 시스템.
- 제1항에 있어서,
상기 광센서는 포토 다이오드(Photo diode), 포토 다이오드 어레이(Photo diode array) 및 CCD(Charge coupled device) 중 어느 하나인 X-선 튜브 시스템.
- 고전압 연결부, 상기 고전압 연결부에 연결된 X-선 튜브, 상기 X-선 튜브의 적어도 일부를 둘러싸고, 일단이 상기 X-선 튜브 보다 외부로 연장되어 배치되어, 사용자가 치료 시 상기 X-선 튜브에서 발생한 X-선이 이동하는 공간을 형성하는 어플리케이터, 및 상기 어플리케이터에 의해 형성된 공간의 광신호를 측정하는 광센서를 포함하는 제1항에 기재된 X-선 튜브 시스템;
상기 광센서에서 측정된 광신호를 전달받고, 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.
- 제7항에 있어서,
상기 제어 장치는, 상기 광센서로부터 전달된 광신호를 기초로 상기 X-선 튜브 시스템에서 발생하는 X-선을 제어하는 X-선 근접 치료 시스템.
- 제7항에 있어서,
상기 제어 장치는, 상기 광센서로부터 전달된 광신호에 포함된 정보 중 빛의 양, 진동수 및 파장 중 어느 하나가 기설정된 기준값에 도달하거나 이를 초과하는 경우, 상기 X-선 튜브 시스템에서 X-선이 발생하는 것을 차단하는 X-선 근접 치료 시스템.
- 제9항에 있어서,
상기 제어 장치가 상기 X-선 튜브 시스템에서 X-선이 발생하는 것을 차단하는 방법은, 상기 전원 장치가 X-선 튜브로 공급하는 전원을 차단하도록 상기 전원 장치를 제어하여 수행하는 X-선 근접 치료 시스템.
- 제7항에 있어서,
상기 제어 장치는, 상기 광센서로부터 400 내지 800 nm 파장의 빛이 감지되었다는 정보를 전달받은 경우, 상기 X-선 튜브 시스템에서 X-선이 발생하는 것을 차단하는 X-선 근접 치료 시스템.
Applications Claiming Priority (2)
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|---|---|---|---|
| KR20170078434 | 2017-06-21 | ||
| KR1020170078434 | 2017-06-21 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20180138512A KR20180138512A (ko) | 2018-12-31 |
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Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020170103254A KR101984813B1 (ko) | 2017-06-21 | 2017-08-14 | 광센서를 포함하는 탄소나노튜브 기반의 x-선 튜브를 이용한 켈로이드 및 피부암 치료용 x-선 근접 치료 장치에 사용되는 초소형 x-선 튜브 시스템 및 이를 포함하는 x-선 근접 치료 시스템 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR101984813B1 (ko) |
Family Cites Families (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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-
2017
- 2017-08-14 KR KR1020170103254A patent/KR101984813B1/ko active IP Right Grant
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| Han Beom Park 외 4인, ‘Fabrication of applicator system of miniature X-ray tube based on carbon nanotubes for a skin cancer therapy’ In: Transactions of the Korean Nuclear Society Spring Meeting, 2016년.* |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| KR20180138512A (ko) | 2018-12-31 |
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| E902 | Notification of reason for refusal | ||
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| GRNT | Written decision to grant |