KR20130081631A - Target for generating ion and treatment apparatus using the same - Google Patents

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KR20130081631A
KR20130081631A KR1020120103021A KR20120103021A KR20130081631A KR 20130081631 A KR20130081631 A KR 20130081631A KR 1020120103021 A KR1020120103021 A KR 1020120103021A KR 20120103021 A KR20120103021 A KR 20120103021A KR 20130081631 A KR20130081631 A KR 20130081631A
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Abstract

PURPOSE: A target for generating ion is provided to increase the strength of a laser beam which is emitted to a target. CONSTITUTION: A target for generating ion includes a substrate (10) which has a first surface and a second surface which faces the first surface, becomes narrow from the first surface to the second surface, and has a corn shape hole which is comprised of a metal in an inner wall; and an ion-generating thin film (30) which generates ion by a reinforced laser beam (20) which is emitted into the inside of the corn shape hole of the first surface of the substrate. The substrate includes a metal material. The metal material includes silver, copper, gold, or aluminum. The substrate includes an insulating material.

Description

이온 발생용 타깃 및 이를 이용한 치료 장치{Target for Generating Ion and Treatment Apparatus Using the Same}Target for Generating Ion and Treatment Apparatus Using the Same}

본 발명은 이온 발생용 타깃 및 이를 이용한 치료 장치에 관한 것으로, 더 구체적으로 양성자 또는 탄소 이온 발생용 타깃 및 이를 이용한 이온 빔 치료 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a target for generating ions and a treatment device using the same, and more particularly to a target for generating protons or carbon ions and an ion beam treatment device using the same.

방사선 치료 방법들에는 엑스선(X-ray), 전자선(electron beam) 및 이온 빔(ion beam) 치료법들이 있다. 엑스선 치료법은 가장 간단한 장치를 이용하여 구현될 수 있는 가장 저렴한 방법이기 때문에, 방사선 치료법들 중에서 현재 가장 보편적으로 사용되고 있다. 전자를 가속기로 가속하여 종양(tumor)에 주입할 경우 종양을 치료할 수 있음이 1950년대에 증명되었지만, 전자선 치료는 1980년대에 전자 가속기의 소형화가 실현됨으로써, 본격적으로 방사선 치료의 한 방법으로 자리를 잡게 되었다. 한편, 엑스선 치료 또는 전자선 치료는 암 세포 내의 수소 결합을 끊음으로써, 암의 디엔에이(DNA)를 파괴하지만, 진행 경로 상에 존재하는 건강한 세포들을 심각하게 손상시키는 부작용을 수반하였다. 이러한 정상 세포에 대한 피폭의 문제를 줄이기 위한 방법으로 아이엠알티(Intensity-Modulated Radiation Therapy : IMRT) 또는 단층 치료기(Tomo Therapy), 사이버 나이프(Cyber Knife) 등의 기술이 개발되었지만, 이들은 상술한 부작용을 완전하게 해결하지 못하였다.There are X-ray, electron beam and ion beam therapies in radiation treatment methods. X-ray therapy is currently the most commonly used radiotherapy method because it is the cheapest method that can be implemented using the simplest devices. Although electron accelerating accelerators have been shown to be able to treat tumors when injected into tumors in the 1950s, electron beam therapy has become one of the methods of radiation therapy in earnest by realizing miniaturization of electron accelerators in the 1980s. I was caught. On the other hand, X-ray therapy or electron beam therapy has disrupted hydrogen bonds in cancer cells by breaking hydrogen bonds in cancer cells, but it has accompanied side effects that seriously damage healthy cells present in the pathway. Techniques such as Intensity-Modulated Radiation Therapy (IMRT) or tomotherapy (Tomo Therapy) and Cyber Knife have been developed as methods for reducing the exposure problem to these normal cells. However, It was not completely resolved.

이온 빔 치료법은 엑스선 치료 또는 전자선 치료에서의 부작용을 경감시킬 수 있는 치료 수단으로 주목받고 있다. 이온 빔이 물질을 투과하기 위해서는 전자와 마찬가지로 가속되어 빠른 속도를 가져야 한다. 비록 이온 빔이 어떤 물질을 투과하게 될 경우 점차 속도가 감소하게 되지만, 이온 빔은 정지하기 직전에 가장 많은 전리 에너지 손실(energy loss of ionizing radiation)을 경험한다. 이러한 현상은, 1903년에 이를 발견한 윌리엄 헨리 브래그(William Henry Bragg)의 이름을 따, 브래그 피크(Bragg Peak)라고 불린다. 따라서, 이온 빔 치료법의 경우, 이온들의 속도를 정확하게 제어할 경우, 악성 종양들에 대한 선택적이면서 국소적인 치료가 가능하다. 몸속 깊은 곳에 종양이 위치할 경우 몸 밖에서 매우 큰 에너지의 양성자 혹은 이온을 가속시켜야 한다. 이러한 양성자 혹은 이온을 가속시키는 방법 중에 레이저 유도 이온 가속(laser driven ion acceleration) 방법이 있다. 고출력 레이저 빔을 박막에 조사하면 타깃 정상 쉬스 가속 모델(Target Normal Sheath Acceleration model : TNSA model) 혹은 방사압 가속 모델(Radiation Pressure Acceleration model : RPA model) 등에 의해 박막 중의 이온 혹은 양성자가 가속 에너지를 가지고 박막 밖으로 탈출하게 된다. 탈출한 이온들은 각각 가지고 있는 에너지만큼 환자의 몸을 투과하여 종양이 위치한 일정한 깊이에서 정지하게 되고, 정지된 영역에서 활성 산소(free oxygen radical)가 다량 발생하면서 종양 세포가 괴사하게 되는 것이 일반적인 이온 빔 치료의 원리가 된다.Ion beam therapy is attracting attention as a treatment tool to alleviate side effects in x-ray therapy or electron beam therapy. In order for the ion beam to penetrate the material, it must accelerate as fast as the electrons and have a high speed. Although the ion beam will gradually decrease in speed when it passes through certain materials, the ion beam experiences the most energy loss of ionizing radiation just before stopping. This phenomenon is called Bragg Peak, in the name of William Henry Bragg, who discovered it in 1903. Therefore, in the case of ion beam therapy, selective and local treatment of malignant tumors is possible when the velocity of ions is precisely controlled. When the tumor is located deep in the body, it is necessary to accelerate proton or ions of very large energy outside the body. One of the methods of accelerating such protons or ions is laser driven ion acceleration. When a high-power laser beam is irradiated onto a thin film, ions or protons in the thin film are accelerated by a target normal sheath acceleration model (TNSA model) or a radiation pressure acceleration model (RPA model) And escape out. The escaped ions pass through the patient's body as much energy as they have and stop at a certain depth at which the tumor is located. It is known that a large amount of free oxygen radicals are generated in the stationary region, It becomes the principle of treatment.

레이저 유도 이온 가속 방법을 이용한 이온 빔 치료법에 있어서, 이온들이 가져야 할 성질은 크게 두 가지이다. 몸속 깊이 이온을 주입하기 위해서는 고에너지 상태의 이온일 것 그리고 대부분의 이온들이 같은 에너지를 가지고 있어야 한다. 양성자의 경우 250 MeV의 에너지에서 인체의 20 cm를 투과한다. 안구암 치료의 경우 70 MeV 정도의 고에너지의 이온들이, 그리고 몸속 깊은 곳의 암 치료에는 200 MeV 이상의 고에너지 이온들이 필요하다.In ion beam therapy using laser induced ion acceleration method, ions have two properties. In order to inject deeper ions into the body, it must be a high energy ion and most of the ions must have the same energy. Proton penetrates 20 cm of the body at an energy of 250 MeV. High energy ions, such as 70 MeV, are required for treatment of cancer of the organs, and high energy ions of more than 200 MeV are needed for treatment of deep cancer.

또한, 펨토(femto) 초 레이저에 의해 유도되는 대부분의 양성자 혹은 이온들의 에너지가 균일해야 한다. 균일하지 않으면 종양의 위치에만 이온들이 집적되지 못하여, 정상 조직이 이온들에 의해 피폭될 가능성이 있기 때문이다.Also, the energy of most proton or ions induced by the femto second laser must be uniform. If it is not uniform, ions can not accumulate only at the tumor site, and normal tissues may be exposed to ions.

이러한 두 가지의 이유들을 만족하기 위해서는 이온의 원천(source)으로서의 타깃의 두께가 매우 작아야 한다. 따라서, 타깃은 초박막(ultra thin film)이어야 한다.In order to satisfy these two reasons, the thickness of the target as a source of ions must be very small. Therefore, the target should be an ultra thin film.

위와 같은 이온들을 가속시키기 위한 레이저의 에너지는 1019 ~ 1021 W/cm2의 매우 큰 에너지를 가져야 한다. 이는 매우 큰 레이저 시스템을 의미하며 큰 예산이 소요됨을 의미한다.The energy of the laser to accelerate these ions must have a very large energy of 10 19 ~ 10 21 W / cm 2 . This means a very large laser system and means a large budget.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 고에너지의 양성자 혹은 탄소 이온을 생성할 수 있는 이온 발생용 타깃 및 이를 이용한 이온 빔 치료 장치를 제공하는 데 있다.An object of the present invention is to provide a target for generating ions capable of generating high energy protons or carbon ions and an ion beam treatment apparatus using the same.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급한 과제들에 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The problems to be solved by the present invention are not limited to the above-mentioned problems, and other matters not mentioned can be clearly understood by those skilled in the art from the following description.

상기한 과제를 달성하기 위하여, 본 발명은 이온 발생용 타깃을 제공한다. 이 타깃은 제 1 면 및 제 1 면에 대향하는 제 2 면을 가지되, 그를 관통하도록 제 1 면으로부터 제 2 면을 향해 좁아지는 콘형 구멍을 갖는 기판, 콘형 구멍에 의해 노출된 기판의 내면 상에 제공된 콘형 금속 박막, 및 기판의 제 2 면에 부착되되, 기판의 제 1 면의 콘형 금속 박막의 내부로 입사되어 증강된 레이저 빔에 의해 이온을 발생시키는 이온 발생용 박막을 포함할 수 있다.In order to achieve the above object, the present invention provides a target for ion generation. The target has a first face and a second face opposite the first face, the substrate having a cone-shaped aperture narrowing from the first face toward the second face to penetrate therethrough, on the inner surface of the substrate exposed by the cone-shaped aperture. And a thin film for generating an ion, which is attached to the cone-shaped metal thin film provided on the substrate, and which generates ions by an augmented laser beam that enters into the cone-shaped metal thin film of the first surface of the substrate.

콘형 금속 박막은 은, 구리, 금 또는 알루미늄을 포함할 수 있다.The cone metal thin film may include silver, copper, gold or aluminum.

콘형 금속 박막의 내주면은 경면 처리될 수 있다.The inner circumferential surface of the cone-shaped metal thin film may be mirror-polished.

기판은 절연 물질을 포함할 수 있다.The substrate may comprise an insulating material.

콘형 금속 박막의 내부에 제공되는 불활성 가스를 더 포함할 수 있다.It may further include an inert gas provided inside the cone-shaped metal thin film.

기판의 제 1 면 측의 콘형 금속 박막의 내직경은 수십 μm이고, 그리고 기판의 제 2 면 측의 콘형 금속 박막의 내직경은 수십 nm ~ 수 μm 범위일 수 있다.The inner diameter of the cone-shaped metal thin film on the side of the first side of the substrate may be several tens of micrometers, and the inner diameter of the cone-shaped metal thin film on the second side of the substrate may range from several tens of nm to several μm.

이온은 양성자 또는 탄소 이온일 수 있다.The ions can be protons or carbon ions.

이온은 양성자이고, 이온 발생용 박막은 수소를 함유하는 물질일 수 있다. 수소를 함유하는 물질은 실리콘 질화물, 실리콘 산화물 또는 금속일 수 있다.Ions are protons, and the ion generating thin film may be a material containing hydrogen. The material containing hydrogen may be silicon nitride, silicon oxide or metal.

이온은 탄소 이온이고, 이온 발생용 박막은 그래핀, 탄소 원자들이 구형 또는 기둥형으로 연결된 플러린, 또는 탄소 나뉴튜브를 포함하는 물질일 수 있다.Ions are carbon ions, and the ion generating thin film may be a material including graphene, fullerenes in which carbon atoms are spherical or columnar, or carbon nanotubes.

기판은 복수의 콘형 구멍들을 가지되, 복수의 콘형 구멍들을 정렬된 배열을 가질 수 있다.The substrate may have a plurality of cone-shaped holes, but have an aligned arrangement of the plurality of cone-shaped holes.

또한, 상기한 과제를 달성하기 위하여, 본 발명은 다른 이온 발생용 타깃을 제공한다. 이 타깃은 제 1 면 및 제 1 면에 대향하는 제 2 면을 가지되, 그를 관통하도록 제 1 면으로부터 제 2 면을 향해 좁아지는 콘형 구멍을 갖는 금속 기판, 및 기판의 제 2 면에 부착되되, 기판의 제 1 면의 콘형 구멍의 내부로 입사되어 증강된 레이저 빔에 의해 이온을 발생시키는 이온 발생용 박막을 포함할 수 있다.Moreover, in order to achieve the said subject, this invention provides the other ion generation target. The target has a first side and a second side opposite to the first side, the metal substrate having a cone-shaped aperture narrowing from the first side toward the second side to penetrate therethrough, and attached to the second side of the substrate. The thin film for generating ions may be included in the cone-shaped hole of the first surface of the substrate to generate ions by the enhanced laser beam.

콘형 구멍에 의해 노출된 금속 기판의 표면은 경면 처리될 수 있다.The surface of the metal substrate exposed by the cone-shaped holes can be mirrored.

금속 기판은 은, 구리, 금 또는 알루미늄을 포함할 수 있다.The metal substrate may comprise silver, copper, gold or aluminum.

콘형 구멍의 내부에 제공되는 불활성 가스를 더 포함할 수 있다.It may further include an inert gas provided inside the cone-shaped hole.

기판의 제 1 면 측의 콘형 구멍의 직경은 수십 μm이고, 그리고 기판의 제 2 면 측의 콘형 구멍의 직경은 수십 nm ~ 수 μm 범위일 수 있다.The diameter of the cone-shaped hole on the side of the first side of the substrate is several tens of micrometers, and the diameter of the cone-shaped hole on the side of the second side of the substrate may range from several tens of nm to several μm.

이온은 양성자 또는 탄소 이온일 수 있다.The ions can be protons or carbon ions.

이온은 양성자이고, 이온 발생용 박막은 수소를 함유하는 물질일 수 있다. 수소를 함유하는 물질은 실리콘 질화물, 실리콘 산화물 또는 금속일 수 있다.Ions are protons, and the ion generating thin film may be a material containing hydrogen. The material containing hydrogen may be silicon nitride, silicon oxide or metal.

이온은 탄소 이온이고, 이온 발생용 박막은 그래핀, 탄소 원자들이 구형 또는 기둥형으로 연결된 플러린, 또는 탄소 나노튜브를 포함하는 물질일 수 있다.Ions are carbon ions, and the ion generating thin film may be a material including graphene, fullerenes in which carbon atoms are spherical or columnar, or carbon nanotubes.

금속 기판은 복수의 콘형 구멍들을 가지되, 복수의 콘형 구멍들을 정렬된 배열을 가질 수 있다.The metal substrate may have a plurality of cone-shaped holes, but may have an aligned arrangement of the plurality of cone-shaped holes.

또한, 상기한 과제를 달성하기 위하여, 본 발명은 이온 빔 치료 장치를 제공한다. 이 치료 장치는 앞서 서술된 이온 발생용 타깃 및 이온 발생용 박막으로부터 이온을 발생시켜 환자의 종양 부위로 투사하기 위해, 기판의 제 1 면의 콘형 구멍의 내부로 레이저 빔을 입사시키기 위한 레이저를 포함할 수 있다. 콘형 구멍의 내부로 입사된 레이저 빔은 콘형 구멍에 의한 집속에 의해 그 세기가 증강되고, 증강된 레이저 빔에 의해 이온 발생용 박막으로부터 이온이 방출될 수 있다.Moreover, in order to achieve the said subject, this invention provides an ion beam therapy apparatus. The treatment apparatus includes a laser for injecting a laser beam into the cone-shaped hole of the first side of the substrate for generating ions from the ion generating target and the ion generating thin film and projecting the tumor to the patient's tumor site. can do. The intensity of the laser beam incident into the cone-shaped hole is enhanced by focusing by the cone-shaped hole, and ions may be emitted from the thin film for ion generation by the enhanced laser beam.

콘형 구멍에 의해 노출된 기판의 표면은 경면 처리될 수 있다.The surface of the substrate exposed by the cone hole can be mirrored.

콘형 구멍의 내부에 제공되는 불활성 가스를 더 포함할 수 있다.It may further include an inert gas provided inside the cone-shaped hole.

레이저는 기판의 제 1 면 측에 배치될 수 있다.The laser may be disposed on the first side of the substrate.

레이저 빔은 펨토 초 레이저 빔일 수 있다.The laser beam may be a femtosecond laser beam.

상술한 바와 같이, 본 발명의 과제의 해결 수단에 따르면 이온 발생용 타깃이 콘형 구멍을 가짐으로써, 이온 발생용 타깃에 입사된 레이저 빔의 세기가 증강될 수 있다. 이에 따라, 레이저의 출력을 증가시키지 않으면서 고에너지의 양성자 또는 탄소 이온을 발생시킬 수 있는 이온 발생용 타깃이 제공될 수 있다.As described above, according to the problem solving means of the present invention, the ion generating target has a cone-shaped hole, the intensity of the laser beam incident on the ion generating target can be increased. Accordingly, a target for ion generation that can generate high energy protons or carbon ions without increasing the output of the laser can be provided.

또한, 본 발명의 과제의 해결 수단에 따르면 이온 빔 치료 장치가 콘형 구멍을 갖는 이온 발생용 타깃을 이용함으로써, 고에너지의 양성자 또는 탄소 이온을 환자의 종양 부위로 투사할 수 있다. 이에 따라, 낮은 비용으로 환자의 종양을 치료할 수 있는 이온 빔 치료 장치가 제공될 수 있다.Moreover, according to the solution of the subject of this invention, a high energy proton or carbon ion can be projected to the tumor site of a patient by using the ion generating target which has a cone-shaped hole. Thus, an ion beam therapy apparatus capable of treating a patient's tumor at a low cost can be provided.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 이온 빔 치료 장치에 이용되는 이온 발생용 타깃을 설명하기 위한 입체도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 이온 빔 치료 장치에 이용되는 이온 발생용 타깃에서 일어나는 현상을 설명하기 위한 절단 입체도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 이온 빔 치료 장치에 이용되는 이온 발생용 타깃에서 일어나는 다른 현상을 설명하기 위한 절단 입체도이다.
도 4a는 본 발명의 다른 실시예에 따른 이온 빔 치료 장치에 이용되는 이온 발생용 타깃을 설명하기 위한 입체도이다.
도 4b는 도 4a의 Ⅰ-Ⅰ' 선을 따라 절단한 단면도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 이온 빔 치료 장치를 설명하기 위한 개념도이다.
1 is a three-dimensional view for explaining the ion generating target used in the ion beam treatment apparatus according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a cut stereoscopic view for explaining a phenomenon occurring in a target for generating an ion used in an ion beam treatment apparatus according to an embodiment of the present invention.
3 is a cut-away perspective view for explaining another phenomenon occurring in the ion generating target used in the ion beam treatment apparatus according to the embodiment of the present invention.
Figure 4a is a three-dimensional view for explaining the ion generating target used in the ion beam treatment apparatus according to another embodiment of the present invention.
4B is a cross-sectional view taken along the line II ′ of FIG. 4A.
5 is a conceptual diagram for explaining an ion beam treatment apparatus according to an embodiment of the present invention.

이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면들과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예를 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 여기서 설명되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예는 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전문에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The advantages and features of the present invention and the manner of achieving them will become apparent with reference to the embodiments described in detail below with reference to the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments described herein but may be embodied in different forms. Rather, the embodiments disclosed herein are provided so that the disclosure can be thorough and complete, and will fully convey the concept of the invention to those skilled in the art, and the invention is only defined by the scope of the claims. Like reference numerals refer to like elements throughout the specification.

본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 '포함한다(comprises)' 및/또는 '포함하는(comprising)'은 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자는 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다. 또한, 바람직한 실시예에 따른 것이기 때문에, 설명의 순서에 따라 제시되는 참조 부호는 그 순서에 반드시 한정되지는 않는다. 이에 더하여, 본 명세서에서, 어떤 막이 다른 막 또는 기판 상에 있다고 언급되는 경우에 그것은 다른 막 또는 기판 상에 직접 형성될 수 있거나 또는 그들 사이에 제 3의 막이 개재될 수도 있다는 것을 의미한다.The terminology used herein is for the purpose of describing particular embodiments only and is not intended to be limiting of the invention. In the present specification, the singular form includes plural forms unless otherwise specified in the specification. As used herein, the terms 'comprises' and / or 'comprising' mean that the stated element, step, operation and / or element does not imply the presence of one or more other elements, steps, operations and / Or additions. In addition, since they are in accordance with the preferred embodiment, the reference numerals presented in the order of description are not necessarily limited to the order. In addition, in this specification, when it is mentioned that a film is on another film or substrate, it means that it may be formed directly on another film or substrate, or a third film may be interposed therebetween.

또한, 본 명세서에서 기술하는 실시예들은 본 발명의 이상적인 예시도인 단면도 및/또는 평면도들을 참고하여 설명될 것이다. 도면들에 있어서, 막 및 영역들의 두께는 기술적 내용의 효과적인 설명을 위해 과장된 것이다. 따라서, 제조 기술 및/또는 허용 오차 등에 의해 예시도의 형태가 변형될 수 있다. 따라서, 본 발명의 실시예들은 도시된 특정 형태로 제한되는 것이 아니라 제조 공정에 따라 생성되는 형태의 변화도 포함하는 것이다. 예를 들면, 직각으로 도시된 식각 영역은 라운드지거나 소정 곡률을 가지는 형태일 수 있다. 따라서, 도면에서 예시된 영역들은 개략적인 속성을 가지며, 도면에서 예시된 영역들의 모양은 소자의 영역의 특정 형태를 예시하기 위한 것이며 발명의 범주를 제한하기 위한 것이 아니다.In addition, the embodiments described herein will be described with reference to cross-sectional views and / or plan views, which are ideal illustrations of the present invention. In the drawings, the thicknesses of films and regions are exaggerated for effective explanation of technical content. Thus, the shape of the illustrations may be modified by manufacturing techniques and / or tolerances. Accordingly, the embodiments of the present invention are not limited to the specific forms shown, but also include variations in forms generated by the manufacturing process. For example, the etched area shown at right angles may be rounded or may have a shape with a certain curvature. Thus, the regions illustrated in the figures have schematic attributes, and the shapes of the regions illustrated in the figures are intended to illustrate specific types of regions of the elements and are not intended to limit the scope of the invention.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 이온 빔 치료 장치에 이용되는 이온 발생용 타깃을 설명하기 위한 입체도이다.1 is a three-dimensional view for explaining the ion generating target used in the ion beam treatment apparatus according to an embodiment of the present invention.

도 1을 참조하면, 이온 발생용 타깃은 콘형 구멍(cone type hole, 12)을 갖는 기판(10) 및 기판(10)의 일 면 상에 부착된 이온 발생용 박막(30)을 포함한다.Referring to FIG. 1, the ion generating target includes a substrate 10 having a cone type hole 12 and an ion generating thin film 30 attached to one surface of the substrate 10.

기판(10)은 제 1 면 및 제 1 면에 대향하는 제 2 면을 가질 수 있다. 콘형 구멍(12)은 기판(10)을 관통하도록 제 1 면으로부터 제 2 면을 향해 좁아지는 구조를 가질 수 있다. 즉, 콘형 구멍(12)은 기판(10)의 제 1 면에서의 직경이 제 2 면에서의 직경보다 큰 형태를 갖는 경사진(tapered) 구조를 가질 수 있다. 기판(10)의 제 1 면 측 콘형 구멍(12)의 직경은 수십 μm 정도이고, 그리고 기판(20)의 제 2 면 측 콘형 구멍(12)의 직경은 수십 nm ~ 수 μm 범위일 수 있다. 여기서, 기판(10)의 제 1 면 측 콘형 구멍(12)의 일 단은 레이저 빔(도 2 의 20 참조)이 들어오는 입사구(11)이고, 그리고 기판(10)의 제 2 면 측 콘형 구멍(12)의 타 단은 레이저 빔이 나오는 출사구(13)이다.The substrate 10 may have a first side and a second side opposite to the first side. The cone-shaped hole 12 may have a structure that narrows from the first surface to the second surface so as to penetrate the substrate 10. That is, the cone-shaped hole 12 may have a tapered structure in which the diameter at the first side of the substrate 10 is larger than the diameter at the second side. The diameter of the first surface-side cone-shaped hole 12 of the substrate 10 may be about several tens of micrometers, and the diameter of the second surface-side cone-shaped hole 12 of the substrate 20 may range from several tens of nm to several μm. Here, one end of the first surface side cone hole 12 of the substrate 10 is an entrance hole 11 to which a laser beam (see 20 in FIG. 2) enters, and a second surface side cone hole of the substrate 10 is present. The other end of 12 is the exit port 13 from which the laser beam comes out.

기판(10)은 전기 전도도가 매우 큰 금속 물질을 포함할 수 있다. 금속 물질은 은(Ag), 구리(Cu), 금(Au) 또는 알루미늄(Al)을 포함할 수 있다. 콘형 구멍(12)에 의해 노출된 기판(10)의 표면은 경면 처리(mirror-like finishing)될 수 있다. 이는 콘형 구멍(12)은 들어온 레이저 빔을 집속(focusing)함으로써, 레이저 빔의 에너지, 즉 세기를 증강시키는 역할을 하는 것으로, 콘형 구멍(12)에 의한 레이저 빔의 반사율이 높을수록 레이저 빔의 세기가 증강되는 정도가 크기 때문이다. 또한, 콘형 구멍(12)은 경사진 구조를 갖기 때문에, 볼록 렌즈와 같이 레이저 빔을 집속하는 효과를 가질 수 있다. 즉, 콘형 구멍(12)은 레이저 캐비티(cavity)와 같은 역할을 한다. 이에 따라, 레이저 빔은 레이저 빔의 진행 방향으로 좁아지는 콘형 구멍(12)에 의해 집속되면서, 그 세기가 증강될 수 있다.The substrate 10 may include a metal material having a very high electrical conductivity. The metal material may include silver (Ag), copper (Cu), gold (Au) or aluminum (Al). The surface of the substrate 10 exposed by the cone-shaped hole 12 may be mirror-like finishing. The cone-shaped hole 12 serves to enhance the energy, that is, the intensity of the laser beam by focusing the incoming laser beam. The higher the reflectance of the laser beam by the cone-shaped hole 12, the higher the intensity of the laser beam. This is because the degree to which is enhanced. In addition, since the cone-shaped hole 12 has an inclined structure, it can have the effect of focusing the laser beam like a convex lens. In other words, the cone-shaped hole 12 serves as a laser cavity. Accordingly, the laser beam is focused by the cone-shaped hole 12 narrowing in the direction of travel of the laser beam, so that its intensity can be increased.

기판(10)은 절연 물질을 포함할 수 있다. 절연 물질은 유리(glass), 실리콘(silicon), 폴리머(polymer) 등을 포함할 수 있다. 기판(10)이 절연 물질을 포함할 경우, 콘형 구멍(12)에 의해 노출된 기판(10)의 내면 상에 제공된 콘형 금속 박막(도 2의 15 참조)을 더 포함할 수 있다. 콘형 금속 박막은 전기 전도도가 매우 큰 금속 물질인 은, 구리, 금 또는 알루미늄을 가질 수 있다. 기판(10)의 제 1 면 측 콘형 금속 박막의 내직경은 수십 μm 정도이고, 그리고 기판(10)의 제 2 면 측 콘형 금속 박막의 내직경은 수십 nm ~ 수 μm 범위일 수 있다. 콘형 금속 박막의 내주면은 경면 처리될 수 있다. 이는 앞에서 설명한 콘형 구멍(12)과 같은 동일한 효과를 콘형 금속 박막에 부여하기 위한 것일 수 있다. 즉, 콘형 금속 박막은 레이저 캐비티와 같은 역할을 한다. 이에 따라, 레이저 빔은 레이저 빔의 진행 방향으로 좁아지는 콘형 금속 박막에 의해 집속되면서, 그 세기가 증강될 수 있다.The substrate 10 may include an insulating material. The insulating material may include glass, silicon, polymer, or the like. When the substrate 10 includes an insulating material, the substrate 10 may further include a cone metal thin film (see 15 of FIG. 2) provided on the inner surface of the substrate 10 exposed by the cone hole 12. The cone-shaped metal thin film may have silver, copper, gold or aluminum, which is a metal material having a very high electrical conductivity. The inner diameter of the first surface side cone-shaped metal thin film of the substrate 10 may be about several tens of micrometers, and the inner diameter of the second surface side cone-shaped metal thin film of the substrate 10 may range from several tens of nm to several μm. The inner circumferential surface of the cone-shaped metal thin film may be mirror-polished. This may be for imparting the same effect to the cone metal thin film as the cone hole 12 described above. In other words, the cone-shaped metal thin film acts as a laser cavity. Accordingly, while the laser beam is focused by the cone-shaped metal thin film narrowing in the direction of travel of the laser beam, its intensity can be enhanced.

이온 발생용 박막(30)은 기판(10)의 제 2 면 상에 부착된 형태일 수 있다. 입사된 레이저 빔(도 3의 20 참조)은 콘형 구멍(12) 또는 콘형 금속 박막에 의해 그 세기가 증강되고, 이온 발생용 박막(30)은 증간된 레이저 빔에 의해 이온(도 3의 32 참조)을 발생시킬 수 있다. 이온은 양성자 또는 탄소 이온일 수 있다.The ion generating thin film 30 may be attached to the second surface of the substrate 10. The incident laser beam (see 20 in FIG. 3) is enhanced in intensity by a cone-shaped hole 12 or a cone-shaped metal thin film, and the ion generating thin film 30 is ionized by an increased laser beam (see 32 in FIG. 3). ) Can be generated. The ions can be protons or carbon ions.

이온이 양성자일 경우, 이온 발생용 박막(30)은 수소(H)를 함유하는 물질일 수 있다. 수소를 함유하는 물질은 실리콘 질화물(silicon nitride), 실리콘 산화물(silicon oxide) 또는 금속일 수 있다. 또한, 이온이 탄소 이온일 경우, 이온 발생용 박막(120)은 그래핀(graphene), 탄소 원자들이 구형 또는 기둥형으로 연결된 플러린(fullerenes), 또는 탄소 나노튜브(nanotube)를 포함할 수 있다.When the ions are protons, the ion generating thin film 30 may be a material containing hydrogen (H). The material containing hydrogen may be silicon nitride, silicon oxide or metal. In addition, when the ions are carbon ions, the ion generating thin film 120 may include graphene, fullerenes in which carbon atoms are spherical or columnar, or carbon nanotubes. .

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 이온 빔 치료 장치에 이용되는 이온 발생용 타깃에서 일어나는 현상을 설명하기 위한 절단 입체도이다.FIG. 2 is a cut stereoscopic view for explaining a phenomenon occurring in a target for generating an ion used in an ion beam treatment apparatus according to an embodiment of the present invention.

도 2를 참조하면, 레이저 빔(20)이 이온 발생용 타깃의 기판(10)의 콘형 구멍(12)의 입사구(11)로 들어가면, 레이저 캐비티와 같은 역할을 하는 콘형 구멍(12)에 의해 그 세기가 증강될 수 있다. 증강된 레이저 빔(21)은 출사구(13) 측에 부착된 이온 발생용 박막(30)에 에너지를 전달할 수 있다. 도시된 것과 같이, 기판(10)이 절연 물질을 포함할 경우, 앞서 설명된 콘형 금속 박막(15)이 콘형 구멍(12)에 의해 노출된 기판(10)의 내면 상에 제공될 수 있다. 이에 따라, 이온 발생용 박막(30)으로부터 이온(도 3의 32 참조)이 발생할 수 있다. 이때, 증강된 레이저 빔(21)의 세기는 입사구(11)로 들어오는 레이저 빔(20)의 세기보다 수 ~ 수백 배일 수 있다.Referring to FIG. 2, when the laser beam 20 enters the entrance hole 11 of the cone-shaped hole 12 of the substrate 10 of the target for ion generation, the cone-shaped hole 12 serving as a laser cavity is provided. Its strength can be increased. The enhanced laser beam 21 may transfer energy to the ion generating thin film 30 attached to the exit port 13 side. As shown, when the substrate 10 includes an insulating material, the above-described cone-shaped metal thin film 15 may be provided on the inner surface of the substrate 10 exposed by the cone-shaped hole 12. Accordingly, ions (see 32 in FIG. 3) may be generated from the ion generation thin film 30. In this case, the intensity of the augmented laser beam 21 may be several to several hundred times greater than the intensity of the laser beam 20 entering the inlet 11.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 이온 빔 치료 장치에 이용되는 이온 발생용 타깃에서 일어나는 다른 현상을 설명하기 위한 절단 입체도이다.3 is a cut-away perspective view for explaining another phenomenon occurring in the ion generating target used in the ion beam treatment apparatus according to the embodiment of the present invention.

도 3을 참조하면, 도 2와 다른 점은 이온 발생용 타깃의 기판(10)의 콘형 구멍(12) 내부에 불활성 가스(He, Ne, Ar, Kr, Xe 등, 33)가 일정한 압력으로 제공될 수 있다는 것이다.Referring to FIG. 3, a difference from FIG. 2 is that an inert gas (He, Ne, Ar, Kr, Xe, etc.) 33 is provided at a constant pressure inside the cone-shaped hole 12 of the substrate 10 of the ion generating target. Can be.

불활성 가스(33)는 콘형 구멍(12)으로 들어오는 레이저 빔(20)의 에너지에 의해 여기(exciting)된 후, 방출하는 광자들에 의해 주파수가 증배된 고차 조화파(higher order harmonic wave, 31)를 발생시킬 수 있다. 증각 및 고차 조화된 레이저 빔(31)에 의해 이온 발생용 박막(30)에 함유된 원자들은 이온화 과정을 겪으면서 이온들(32)이 되고, 이온들(32)은 이러한 고차 조화파에 의해 매우 큰 에너지로 가속되어 인체 내의 종양 부위(도 5의 54 참조)에 투사될 수 있다.The inert gas 33 is excited by the energy of the laser beam 20 entering the cone-shaped hole 12 and then the higher order harmonic wave 31 whose frequency is multiplied by the emitting photons. Can be generated. Atoms contained in the ion generating thin film 30 by the incremental and higher order harmonized laser beam 31 become ions 32 while undergoing an ionization process, and the ions 32 are formed by such higher order harmonic waves. It can be accelerated with great energy and projected onto a tumor site in the human body (see 54 in FIG. 5).

도 4a는 본 발명의 다른 실시예에 따른 이온 빔 치료 장치에 이용되는 이온 발생용 타깃을 설명하기 위한 입체도이고, 그리고 도 4b는 도 4a의 Ⅰ-Ⅰ' 선을 따라 절단한 단면도이다.4A is a three-dimensional view illustrating an ion generation target used in an ion beam therapy apparatus according to another embodiment of the present invention, and FIG. 4B is a cross-sectional view taken along the line II ′ of FIG. 4A.

도 4a 및 도 4b를 참조하면, 이온 발생용 타깃의 기판(10)은 복수의 콘형 구멍들(12)을 가질 수 있다. 즉, 복수의 콘형 구멍들(12)은 기판(10)의 전체에 골고루 분포될 수 있다. 복수의 콘형 구멍들(12)은 일정한 형태로 정렬된 배열을 가질 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다.4A and 4B, the substrate 10 of the ion generating target may have a plurality of cone-shaped holes 12. That is, the plurality of cone-shaped holes 12 may be evenly distributed throughout the substrate 10. The plurality of cone-shaped holes 12 may have an arrangement arranged in a predetermined shape, but is not limited thereto.

레이저 빔(20)이 어느 하나의 콘형 구멍(12)으로 들어가 집속되면, 이온 발생용 박막(30)의 일 지점에서 이온들(32)이 가속될 수 있다. 이때, 레이저 빔(20)이 다른 하나의 콘형 구멍(12)으로 들어가 집속되면, 이온 발생용 박막(30)의 타 지점에서 이온들(32)이 가속될 수 있다. 이러한 방법으로 레이저 빔(20)이 복수의 콘형 구멍들(12)에 순차적으로 들어가 집속되면, 인체 내의 종양 부위(도 5의 54 참조)에 연속적으로 이온들(32)을 투사될 수 있다. 이와는 달리, 레이저 빔(20)이 복수의 콘형 구멍들(12)에 동시에 들어가 집속되면, 인체 내의 종양 부위에 넓은 면적으로 이온들(32)이 투사될 수 있다.When the laser beam 20 enters and condenses into one of the cone-shaped holes 12, the ions 32 may be accelerated at one point of the ion generation thin film 30. At this time, when the laser beam 20 enters the other cone-shaped hole 12 and focuses, ions 32 may be accelerated at another point of the ion generation thin film 30. In this way, when the laser beam 20 sequentially enters and focuses on the plurality of cone-shaped holes 12, the ions 32 may be continuously projected onto a tumor site (see 54 in FIG. 5) in the human body. Alternatively, when the laser beam 20 enters and focuses on the plurality of cone-shaped holes 12 simultaneously, the ions 32 may be projected to a large area on the tumor site in the human body.

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 이온 빔 치료 장치를 설명하기 위한 개념도이다.5 is a conceptual diagram for explaining an ion beam treatment apparatus according to an embodiment of the present invention.

도 5를 참조하면, 이온 빔 치료 장치는 레이저(40) 및 이온 발생용 타깃을 포함한다.Referring to FIG. 5, the ion beam treatment apparatus includes a laser 40 and an ion generating target.

레이저(40)는 이온 발생용 타깃으로부터 이온(32)을 발생시켜 환자의 종양 부위(54)로 투사하기 위한 것일 수 있다. 레이저(40)는 이온 발생용 타깃으로 레이저 빔(20)을 제공할 수 있다. 레이저(40)는 이온 발생용 타깃의 이온 발생용 박막(30)에 대향하는 기판(10)의 제 1 면의 타 측에 배치될 수 있다. 레이저 빔(20)은 펨토 초 레이저 빔일 수 있다.The laser 40 may be for generating ions 32 from the target for generating ions and projecting them to the tumor site 54 of the patient. The laser 40 may provide the laser beam 20 as a target for generating ions. The laser 40 may be disposed on the other side of the first surface of the substrate 10 opposite to the ion generation thin film 30 of the target for ion generation. The laser beam 20 may be a femtosecond laser beam.

이온 발생용 타깃은 레이저(40)로부터 레이저 빔(20)을 제공받아 이온(32)을 발생시킬 수 있다. 이온 발생용 타깃은 콘형 구멍들(12)을 갖는 기판(10) 및 기판(10)의 일 면상에 부착된 이온 발생용 박막(30)을 포함할 수 있다.The ion generating target may receive the laser beam 20 from the laser 40 to generate ions 32. The ion generating target may include a substrate 10 having cone-shaped holes 12 and an ion generating thin film 30 attached to one surface of the substrate 10.

기판(10)은 제 1 면 및 제 1 면에 대향하는 제 2 면을 가질 수 있다. 콘형 구멍들(12)은 기판(10)을 관통하도록 제 1 면으로부터 제 2 면을 향해 일정한 내리막 경사를 갖는 구조를 가질 수 있다. 즉, 콘형 구멍(12)은 기판(10)의 제 1 면에서의 직경이 제 2 면에서의 직경보다 큰 형태를 갖는 경사진 구조를 가질 수 있다. 기판(10)의 제 1 면 측 콘형 구멍(12)의 직경은 수십 μm 정도이고, 그리고 기판(20)의 제 2 면 측 콘형 구멍(12)의 직경은 수십 nm ~ 수 μm 범위일 수 있다. 여기서, 기판(10)의 제 1 면 측 콘형 구멍(12)의 일 단은 레이저 빔(20)이 들어오는 입사구(도 1의 11 참조)이고, 그리고 기판(10)의 제 2 면 측 콘형 구멍(12)의 타 단은 레이저 빔이 나오는 출사구(도 1의 13 참조)이다.The substrate 10 may have a first side and a second side opposite to the first side. The cone-shaped holes 12 may have a structure having a constant downhill slope from the first surface to the second surface so as to penetrate the substrate 10. That is, the cone-shaped hole 12 may have an inclined structure in which the diameter at the first side of the substrate 10 is larger than the diameter at the second side. The diameter of the first surface-side cone-shaped hole 12 of the substrate 10 may be about several tens of micrometers, and the diameter of the second surface-side cone-shaped hole 12 of the substrate 20 may range from several tens of nm to several μm. Here, one end of the first surface side cone hole 12 of the substrate 10 is an entrance hole (see 11 in FIG. 1) through which the laser beam 20 enters, and a second surface side cone hole of the substrate 10 is present. The other end of 12 is an exit port (see 13 in FIG. 1) from which a laser beam is emitted.

기판(10)은 전기 전도도가 매우 큰 금속 물질을 포함할 수 있다. 금속 물질은 은, 구리, 금 또는 알루미늄을 포함할 수 있다. 콘형 구멍들(12)에 의해 노출된 기판(10)의 표면들은 경면 처리될 수 있다. 이는 콘형 구멍들(12)은 들어온 레이저 빔을 집속함으로써, 레이저 빔의 에너지, 즉 세기를 증강시키는 역할을 하는 것으로, 콘형 구멍(12)에 의한 레이저 빔의 반사율이 높을수록 레이저 빔의 세기가 증강되는 정도가 크기 때문이다. 또한, 콘형 구멍(12)은 경사진 구조를 갖기 때문에, 볼록 렌즈와 같이 레이저 빔을 집속하는 효과를 가질 수 있다. 즉, 콘형 구멍(12)은 레이저 캐비티와 같은 역할을 한다. 이에 따라, 레이저 빔은 레이저 빔의 진행 방향으로 좁아지는 콘형 구멍(12)에 의해 집속되면서, 그 세기가 증강될 수 있다.The substrate 10 may include a metal material having a very high electrical conductivity. The metal material may include silver, copper, gold or aluminum. Surfaces of the substrate 10 exposed by the cone holes 12 may be mirrored. The cone-shaped holes 12 serve to enhance the energy, that is, the intensity of the laser beam by concentrating the laser beam, and the higher the reflectance of the laser beam by the cone-shaped hole 12, the higher the intensity of the laser beam. This is because the degree is large. In addition, since the cone-shaped hole 12 has an inclined structure, it can have the effect of focusing the laser beam like a convex lens. In other words, the cone-shaped hole 12 serves as a laser cavity. Accordingly, the laser beam is focused by the cone-shaped hole 12 narrowing in the direction of travel of the laser beam, so that its intensity can be increased.

기판(10)은 절연 물질을 포함할 수 있다. 절연 물질은 유리, 실리콘, 폴리머 등을 포함할 수 있다. 기판(10)이 절연 물질을 포함할 경우, 콘형 구멍들(12)에 의해 노출된 기판(10)의 내면들 상에 제공된 콘형 금속 박막들(도 2의 15 참조)을 더 포함할 수 있다. 콘형 금속 박막은 전기 전도도가 매우 큰 금속 물질인 은, 구리, 금 또는 알루미늄을 가질 수 있다. 기판(10)의 제 1 면 측 콘형 금속 박막의 내직경은 수십 μm 정도이고, 그리고 기판(20)의 제 2 면 측 콘형 금속 박막의 내직경은 수십 nm ~ 수 μm 범위일 수 있다. 콘형 금속 박막들의 내주면들은 경면 처리될 수 있다. 이는 앞에서 설명한 콘형 구멍(12)과 같은 동일한 효과를 콘형 금속 박막에 부여하기 위한 것일 수 있다. 즉, 콘형 금속 박막은 레이저 캐비티와 같은 역할을 한다. 이에 따라, 레이저 빔(20)은 레이저 빔(20)의 진행 방향으로 좁아지는 콘형 금속 박막에 의해 집속되면서, 그 세기가 증강될 수 있다.The substrate 10 may include an insulating material. Insulating materials may include glass, silicone, polymers, and the like. When the substrate 10 includes an insulating material, the substrate 10 may further include cone-shaped metal thin films (see 15 of FIG. 2) provided on inner surfaces of the substrate 10 exposed by the cone-shaped holes 12. The cone-shaped metal thin film may have silver, copper, gold or aluminum, which is a metal material having a very high electrical conductivity. The inner diameter of the first surface side cone-shaped metal thin film of the substrate 10 may be about several tens of micrometers, and the inner diameter of the second surface side cone-shaped metal thin film of the substrate 20 may range from several tens of nm to several μm. The inner circumferential surfaces of the cone-shaped metal thin films may be mirrored. This may be for imparting the same effect to the cone metal thin film as the cone hole 12 described above. In other words, the cone-shaped metal thin film acts as a laser cavity. Accordingly, the laser beam 20 is focused by the cone-shaped metal thin film narrowing in the advancing direction of the laser beam 20, the intensity can be increased.

입사된 레이저 빔(20)이 콘형 구멍(12) 또는 콘형 금속 박막에 의해 그 세기가 증강되고, 이온 발생용 박막(30)은 증간된 레이저 빔에 의해 이온(32)을 발생시킬 수 있다. 이온(32)은 양성자 또는 탄소 이온일 수 있다. 이온(32)은 양성자 또는 탄소 이온일 수 있다.The incident laser beam 20 is enhanced in intensity by the cone-shaped hole 12 or the cone-shaped metal thin film, and the ion generating thin film 30 may generate ions 32 by the increased laser beam. Ions 32 may be protons or carbon ions. Ions 32 may be protons or carbon ions.

이온(32)이 양성자일 경우, 이온 발생용 박막(30)은 수소를 함유하는 물질일 수 있다. 수소를 함유하는 물질은 실리콘 질화물, 실리콘 산화물 또는 금속일 수 있다. 또한, 이온(32)이 탄소 이온일 경우, 이온 발생용 박막(30)은 그래핀, 탄소 원자들이 구형 또는 기둥형으로 연결된 플러린, 또는 탄소 나노튜브를 포함할 수 있다.When the ions 32 are protons, the ion generating thin film 30 may be a material containing hydrogen. The material containing hydrogen may be silicon nitride, silicon oxide or metal. In addition, when the ions 32 are carbon ions, the ion generating thin film 30 may include graphene, fullerenes in which carbon atoms are spherical or columnar, or carbon nanotubes.

기판(10)의 콘형 구멍(12)은 이온 발생용 박막(30)으로 레이저 빔(20)을 집속하여 그 세기를 증강시킬 수 있다. 콘형 구멍(12)에 의해 세기가 증강된 레이저 빔(도 2의 21 참조)이 이온 발생용 박막(30)으로 에너지를 전달할 수 있다. 이에 따라, 이온 발생용 타깃의 이온 발생용 박막(30)으로부터 발생하는 이온(32)은 수십 ~ 수백 MeV의 고에너지를 갖는 양성자 또는 탄소 이온일 수 있다. 즉, 이온 발생용 타깃의 이온 발생용 박막(30)으로부터 발생하는 이온(32)은 콘형 구멍들(12)의 형태에 의해 조절된 에너지를 가질 수 있으므로, 환자의 체내에 있는 종양 부위(54)에서 정지되고, 그리고 이와 충돌할 수 있다.The cone-shaped hole 12 of the substrate 10 may focus the laser beam 20 on the ion generation thin film 30 to increase its intensity. The laser beam (see 21 in FIG. 2) whose intensity is enhanced by the cone-shaped hole 12 may transfer energy to the ion generation thin film 30. Accordingly, the ions 32 generated from the ion generating thin film 30 of the ion generating target may be protons or carbon ions having high energy of tens to hundreds of MeV. That is, since the ions 32 generated from the ion generating thin film 30 of the ion generating target may have energy controlled by the shape of the cone-shaped holes 12, the tumor site 54 in the body of the patient. Can be stopped and collide with it.

이온(32)은 환자의 종양 부위(54)를 진단하는데 사용되는 장비인 자기공명영상 촬영장치(Magnetic Resonance Imaging : MRI), 컴퓨터 단층촬영장치(Computer Tomography : CT), 양전자 방출 단층촬영장치(Positron Emission Tomography : PET), 초음파(ultrasonics wave) 기기 등과 같은 영상진단기기로부터 얻어진 종양 부위(54)의 위치에 설정되어 투사될 수 있다.The ion 32 is a magnetic resonance imaging apparatus (MRI), a computer tomography apparatus (CT), a positron emission tomography apparatus (Positron) that is used to diagnose a patient's tumor site 54 Emission Tomography (PET) can be set and projected at the location of the tumor site 54 obtained from an imaging device such as an ultrasound (ultrasonics wave) device.

이온 빔 치료 장치의 치료 원리는 레이저(40)로부터 제공되는 레이저 빔(20)이 이온 발생용 타깃의 기판(10)의 콘형 구멍(12)으로 들어오고, 콘형 구멍(12) 내에서 증강된 레이저 빔에 의해 이온 발생용 박막(30)으로부터 이온(32)이 발생하여 환자의 체내를 향하여 투사되고, 환자의 체내로 투사된 이온(32)은, 도시된 것과 같이, 브래그 피크의 원리에 의해 환자의 체내에 있는 종양 부위(54)에서 정지되고, 그리고 이와 충돌함으로써, 이온(32)은 활성 산소들을 발생시켜 종양 부위(54)의 종양 세포들을 교란시키는 것일 수 있다.The therapeutic principle of the ion beam treatment device is that the laser beam 20 provided from the laser 40 enters the cone-shaped hole 12 of the substrate 10 of the ion generating target, and the laser is enhanced in the cone-shaped hole 12. The ions 32 are generated from the ion generating thin film 30 by the beam and projected toward the patient's body, and the ions 32 projected into the patient's body are, as shown, by the principle of Bragg peak. By stopping at, and colliding with, the tumor site 54 in the body, the ions 32 may be to generate free radicals to disturb the tumor cells at the tumor site 54.

즉, 이온(32)이 종양 부위(54)와 충돌하여, 활성 산소들을 발생시켜 종양 부위(54)의 종양 세포들을 교란시킴으로써, 종양 세포들의 성장을 저해하거나, 또는 종양 세포들을 괴사시키는 것일 수 있다. 이온(32)이 종양 부위(54)의 종양 세포들을 교란시키는 것은 종양 세포의 DNA 이중 나선을 교란하거나, 또는 종양 세포의 핵 내의 대사 과정을 교란하는 것일 수 있다.That is, the ions 32 may collide with the tumor site 54 to generate free radicals to disrupt tumor cells at the tumor site 54, thereby inhibiting the growth of tumor cells or necrosing the tumor cells. . Disturbing the tumor cells of the tumor site 54 by the ions 32 may be to disturb the DNA double helix of the tumor cells or to disrupt metabolic processes in the nucleus of the tumor cells.

이온(32)의 발생 및 투사 과정들은 이온 발생용 타깃의 기판(10)의 콘형 구멍(30) 내부로 레이저 빔(20)이 입사되면, 콘형 구멍(12) 내에서 증간된 레이저 빔에 의해 이온 발생용 박막(30)에 포함된 수소 원자들 또는 탄소 이온들이 증간된 레이저 빔의 에너지에 의해 양이온들(32)과 음이온들(미도시)로 분리되는 플라즈마 상태로 변화하고, 이 과정에서 음이온들이 이온 발생용 박막(30)으로부터 양이온들(32)보다 더 멀리 떨어져 나감으로써, 양이온들(32)과 음이온들 사이의 커패시터(capacitor) 효과에 의해 전기장이 발생하고, 그리고 이 전기장에 의해 양이온들(32)은 음이온들 쪽으로 가속됨으로써, 양이온들(32)이 환자의 체외에서 체내의 종양 부위(54)로 투사될 수 있을 만큼의 충분한 에너지를 갖도록 가속될 수 있다.The generation and projection processes of the ions 32 are performed by the laser beam extended in the cone-shaped hole 12 when the laser beam 20 is incident into the cone-shaped hole 30 of the substrate 10 of the ion generating target. Hydrogen atoms or carbon ions included in the generating thin film 30 are changed into a plasma state in which the cations 32 and the anions (not shown) are separated by the energy of the laser beam, which is increased. By moving farther than the cations 32 from the ion generating thin film 30, an electric field is generated by a capacitor effect between the cations 32 and the anions, and by the electric field the cations ( 32) can be accelerated towards the negative ions so that the cations 32 have enough energy to be projected from the patient's body to the tumor site 54 in the body.

가속된 양이온들(32)은 환자의 체내에 있는 종양 부위(54)와 충돌하여, 활성 산소를 발생시켜 종양 부위(54)의 종양 세포들을 교란시킴으로써, 종양 세포들의 성장을 저해하거나, 또는 종양 세포들을 괴사시키는 것일 수 있다. 이에 따라, 환자의 체내에 있는 종양 부위(54)가 치료되는 효과가 나타날 수 있다.The accelerated cations 32 impinge on the tumor site 54 in the patient's body and generate free radicals to disrupt tumor cells at the tumor site 54, thereby inhibiting the growth of tumor cells, or Necrosis can be. Accordingly, the tumor area 54 in the patient's body may be treated.

상기한 본 발명의 실시예에 따른 이온 발생용 타깃은 콘형 구멍을 가짐으로써, 이온 발생용 타깃에 입사된 레이저 빔의 세기가 증강될 수 있다. 이에 따라, 레이저의 출력을 증가시키지 않으면서 고에너지의 양성자 또는 탄소 이온을 발생시킬 수 있는 이온 발생용 타깃이 제공될 수 있다.Since the ion generating target according to the embodiment of the present invention has a cone-shaped hole, the intensity of the laser beam incident on the ion generating target may be enhanced. Accordingly, a target for ion generation that can generate high energy protons or carbon ions without increasing the output of the laser can be provided.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 이온 빔 치료 장치는 콘형 구멍을 갖는 이온 발생용 타깃을 이용함으로써, 고에너지의 양성자 또는 탄소 이온을 환자의 종양 부위로 투사할 수 있다. 이에 따라, 낮은 비용으로 환자의 종양을 치료할 수 있는 이온 빔 치료 장치가 제공될 수 있다.In addition, the ion beam treatment apparatus according to the embodiment of the present invention can project high-energy protons or carbon ions to a tumor site of a patient by using a target for generating an ion having a cone-shaped hole. Thus, an ion beam therapy apparatus capable of treating a patient's tumor at a low cost can be provided.

이상, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예들을 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들에는 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.While the present invention has been described in connection with what is presently considered to be practical exemplary embodiments, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed embodiments, but, on the contrary, It will be understood. It is therefore to be understood that the above-described embodiments are illustrative and non-restrictive in every respect.

10 : 기판
11 : 입사구
12 : 콘형 구멍
13 : 출사구
15 : 금속 박막
20 : 레이저 빔
21 : 증강된 레이저 빔
30 : 이온 발생용 박막
31 : 증강 및 고차 조화된 레이저 빔
32 : 이온
33 : 불활성 가스
40 : 레이저
54 : 종양 부위
10: substrate
11: entrance
12: cone hole
13 exit door
15: metal thin film
20: laser beam
21: enhanced laser beam
30: thin film for ion generation
31: Augmented and Higher Harmonized Laser Beam
32: ion
33: inert gas
40: laser
54 tumor site

Claims (20)

제 1 면 및 상기 제 1 면에 대향하는 제 2 면을 가지되, 그를 관통하도록 상기 제 1 면으로부터 상기 제 2 면을 향해 좁아지고, 그의 내벽이 금속으로 구성된 콘형 구멍을 갖는 기판; 및
상기 기판의 상기 제 2 면에 부착되되, 상기 기판의 상기 제 1 면의 상기 콘형 구멍의 내부로 입사되어 증강된 레이저 빔에 의해 이온을 발생시키는 이온 발생용 박막을 포함하는 이온 발생용 타깃.
A substrate having a first face and a second face opposite the first face, the substrate having a cone-shaped hole narrowed from the first face toward the second face to penetrate therethrough, the inner wall of which is made of metal; And
And a thin film for generating ions attached to the second surface of the substrate and generating ions by an augmented laser beam that enters into the cone-shaped hole of the first surface of the substrate.
제 1항에 있어서,
상기 기판은 금속 물질을 포함하는 이온 발생용 타깃.
The method of claim 1,
The substrate is a target for generating ions comprising a metal material.
제 2항에 있어서,
상기 금속 물질은 은, 구리, 금 또는 알루미늄을 포함하는 이온 발생용 타깃.
The method of claim 2,
The metal material target for generating ions comprising silver, copper, gold or aluminum.
제 1항에 있어서,
상기 기판은 절연 물질을 포함하는 이온 발생용 타깃.
The method of claim 1,
The substrate is an ion generating target containing an insulating material.
제 4항에 있어서,
상기 콘형 구멍에 의해 노출된 상기 기판의 내면 상에 제공된 콘형 금속 박막을 더 포함하는 이온 발생용 타깃.
5. The method of claim 4,
And a cone-shaped metal thin film provided on an inner surface of the substrate exposed by the cone-shaped hole.
제 5항에 있어서,
상기 콘형 금속 박막은 은, 구리, 금 또는 알루미늄을 포함하는 이온 발생용 타깃.
6. The method of claim 5,
The cone-shaped metal thin film is a target for generating ions containing silver, copper, gold or aluminum.
제 5항에 있어서,
상기 콘형 금속 박막의 내주면은 경면 처리된 이온 발생용 타깃.
6. The method of claim 5,
An inner circumferential surface of the cone-shaped metal thin film is a mirror-treated target for generating ions.
제 1항에 있어서,
상기 콘형 구멍에 의해 노출된 상기 기판의 내벽은 경면 처리된 이온 발생용 타깃.
The method of claim 1,
The inner wall of the substrate exposed by the cone-shaped holes is mirror-treated ion generation target.
제 1항에 있어서,
상기 콘형 구멍의 내부에 제공되는 불활성 가스를 더 포함하는 이온 발생용 타깃.
The method of claim 1,
An ion generating target further comprising an inert gas provided inside the cone-shaped hole.
제 1항에 있어서,
상기 기판의 상기 제 1 면 측의 상기 콘형 구멍의 직경은 수십 μm이고, 그리고
상기 기판의 상기 제 2 면 측의 상기 콘형 구멍의 직경은 수십 nm ~ 수 μm 범위인 이온 발생용 타깃.
The method of claim 1,
The diameter of the cone-shaped hole on the side of the first surface of the substrate is several tens of micrometers, and
The diameter of the cone-shaped hole on the side of the second surface of the substrate is a target for ion generation in the range of several tens nm to several μm.
제 1항에 있어서,
상기 이온은 양성자 또는 탄소 이온인 이온 발생용 타깃.
The method of claim 1,
The ion is a target for generating ions that are protons or carbon ions.
제 11항에 있어서,
상기 이온은 양성자이고, 상기 이온 발생용 박막은 수소를 함유하는 물질인 이온 발생용 타깃.
12. The method of claim 11,
The ion is a proton, the ion generating thin film is a target for generating ions is hydrogen-containing material.
제 12항에 있어서,
상기 수소를 함유하는 물질은 실리콘 질화물, 실리콘 산화물 또는 금속인 이온 발생용 타깃.
13. The method of claim 12,
The hydrogen-containing material is silicon nitride, silicon oxide or a metal ion generating target.
제 11항에 있어서,
상기 이온은 탄소 이온이고, 상기 이온 발생용 박막은 그래핀, 탄소 원자들이 구형 또는 기둥형으로 연결된 플러린, 또는 탄소 나노튜브를 포함하는 물질인 이온 발생용 타깃.
12. The method of claim 11,
The ion is a carbon ion, the ion generating thin film is a graphene, ion generation target that is a material containing a fullerine, or carbon nanotubes in which spherical or columnar carbon atoms are connected.
제 1항에 있어서,
상기 기판은 복수의 콘형 구멍들을 가지되, 상기 복수의 콘형 구멍들을 정렬된 배열을 갖는 이온 발생용 타깃.
The method of claim 1,
And the substrate has a plurality of cone-shaped holes, wherein the plurality of cone-shaped holes have an aligned arrangement.
제 1항의 이온 발생용 타깃; 및
상기 이온 발생용 박막으로부터 이온을 발생시켜 환자의 종양 부위로 투사하기 위해, 상기 기판의 상기 제 1 면의 상기 콘형 구멍의 내부로 레이저 빔을 입사시키기 위한 레이저를 포함하되,
상기 콘형 구멍의 내부로 입사된 상기 레이저 빔은 콘형 구멍에 의한 집속에 의해 그 세기가 증강되고, 증강된 레이저 빔에 의해 상기 이온 발생용 박막으로부터 상기 이온이 방출되는 이온 빔 치료 장치.
Claim 1 ion generation target; And
A laser for injecting a laser beam into the cone-shaped hole of the first surface of the substrate for generating ions from the ion generating thin film and projecting them to a tumor site of the patient,
And an intensity of the laser beam incident to the inside of the cone-shaped hole is increased by focusing by the cone-shaped hole, and the ion is emitted from the thin film for ion generation by the enhanced laser beam.
제 16항에 있어서,
상기 콘형 구멍에 의해 노출된 상기 기판의 내벽은 경면 처리된 이온 빔 치료 장치.
17. The method of claim 16,
And an inner wall of the substrate exposed by the cone hole is mirror-treated.
제 16항에 있어서,
상기 콘형 구멍의 내부에 제공되는 불활성 가스를 더 포함하는 이온 빔 치료 장치.
17. The method of claim 16,
And an inert gas provided inside the cone-shaped hole.
제 16항에 있어서,
상기 레이저는 상기 기판의 상기 제 1 면 측에 배치되는 이온 빔 치료 장치.
17. The method of claim 16,
And the laser is disposed on the first side of the substrate.
제 16항에 있어서,
상기 레이저 빔은 펨토 초 레이저 빔인 이온 빔 치료 장치.
17. The method of claim 16,
Wherein the laser beam is a femtosecond laser beam.
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