KR20150129961A - 방사선 발생 장치 - Google Patents

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Abstract

다종의 고에너지 방사선을 동시에 발생시킬 수 있는 방사선 발생 장치에 관한 기술이 개시된다. 방사선 발생 장치는 기판 및 기판 상에 위치하고, 탄소를 함유하는 물질 및 수소를 함유하는 물질을 포함하는 박막 타깃을 포함한다. 박막 타깃에 조사되는 레이저 빔에 기초하여 발생하는 폰더모티브력 (Ponderomotive Force)에 의해 적어도 두 종류 이상의 방사선이 발생한다.

Description

방사선 발생 장치{APPARATUS FOR GENERATING RADIATION}
본 발명은 의료 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 방사선 발생 장치에 관한 것이다.
복잡해진 사회를 살아가는 현대인들은 많은 스트레스와 불규칙한 식사 등으로 건강을 유지하기 힘들어졌다. 특히, 이런 현대인들은 악성 종양(Malignant Tumor) 즉, 암(Cancer 또는 Tumor)에 의한 사망원인 확률이 가장 높다. 사회적으로 암의 발병률 또한 증가하는 추세에 있으며, 국가적인 대책이 시급히 요구되고 있다. 이에 따라, 암에 대한 치료 방법도 주요한 관심의 대상이 되고 있다.
암 치료 방법에는 방사선을 이용한 치료, 외과적 수술 또는 항암 화학 요법, 자기장 치료, 열 치료 등 다양한 치료 방법들이 있다.
특히, 방사선을 이용한 암 치료는 외과적 수술, 항암 화학 요법과 함께 3대 암 치료 방법 중의 하나로서, 엑스선 치료(X-ray Therapy), 전자선 치료(Electron Beam Therapy) 또는 양성자 빔 치료(Proton Beam Therapy) 등 다양한 치료 방법들이 있다.
엑스선 치료는 가장 간단한 장치를 이용하여 구현될 수 있는 가장 저렴한 방법으로서, 방사선을 이용한 암 치료 방법 중에서 가장 보편적으로 사용되고 있다. 또한, 전자선 치료는 1980년대에 전자 가속기의 소형화가 실현됨으로써 본격적으로 방사선을 이용한 암 치료의 한 방법으로 자리를 잡게 되었다. 또한, 최근에는 수소 원자핵을 가속하여 얻은 분리된 양성자를 이용한 양성자 빔 치료가 부각되고 있다. 이러한 양성자 빔 치료는 양성자들의 속도가 정확하게 제어될 경우, 악성 종양들에 대한 선택적이면서 국소적인 치료가 가능하다는 장점이 있다.
그러나, 종래에 방사선을 이용한 암 치료는 상술한 치료 방법 중에서 어느 하나의 방법을 선택하여 암을 치료한 후, 적절한 시간이 흐른 후 다른 치료 방법을 선택하여 다시 암을 치료하였다. 즉, 종래에는 동시에 두 개 이상의 치료 방법을 적용하여 암을 치료할 수 없다는 문제점이 있다.
이는 방사선을 이용한 암 치료 장치에 있어서 엑스선, 전자선 또는 양성자 빔 등 고에너지 방사선을 발생시키는 방사선 발생 장치가 각각 독립형(Stand-Alone Type)으로 존재하여 두 가지 이상의 방사선을 발생시킬 수 없었기 때문이다.
따라서, 암을 효과적으로 치료하기 위하여 방사선 발생 장치에 대한 연구가 필요한 실정이다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은, 다종(多種)의 고에너지 방사선을 동시에 발생시킬 수 있는 방사선 발생 장치를 제공하는데 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 방사선 발생 장치는 기판 및 기판 상에 위치하고, 탄소를 함유하는 물질 및 수소를 함유하는 물질을 포함하는 박막 타깃을 포함한다. 상기 박막 타깃에 조사되는 레이저 빔에 기초하여 발생하는 폰더모티브력 (Ponderomotive Force)에 의해 적어도 두 종류 이상의 방사선이 발생한다.
여기에서, 상기 기판은 상부면 내에 트렌치(Trench)를 갖고, 상기 박막 타깃은 관통된 상기 트렌치의 바닥면에 위치할 수 있다.
여기에서, 상기 적어도 두 종류 이상의 방사선은 엑스선, 전자선, 탄소 이온 빔 및 양성자 빔 중에서 어느 하나를 포함할 수 있다.
여기에서, 상기 박막 타깃은 상기 탄소를 함유하는 물질을 포함하는 제1 박막 타깃 및 상기 수소를 함유하는 물질을 포함하는 제2 박막 타깃을 포함할 수 있다.
여기에서, 상기 제1 박막 타깃은 상기 조사되는 레이저 빔에 기초하여 발생하는 폰더모티브력 (Ponderomotive Force)에 의해 엑스선, 전자선 및 탄소 이온 빔이 발생할 수 있다.
여기에서, 상기 제2 박막 타깃은 상기 조사되는 레이저 빔에 기초하여 발생하는 폰더모티브력 (Ponderomotive Force)에 의해 엑스선, 전자선 및 양성자 빔이 발생할 수 있다.
동시에 다종(多種)의 고에너지 방사선을 발생시켜 암 조직에 동시에 다중으로 투사함으로써 암을 효과적으로 치료할 수 있다는 효과가 제공된다.
또한, 다종의 방사선을 동시에 발생시킬 수 있으므로 종류가 다른 방사선을 번갈아가며 암을 치료할 필요가 있는 경우에 매우 효율적으로 사용할 수 있다는 효과가 제공된다. 특히, 양성자 빔 치료를 하는 경우, 엑스선 치료 및 전자선 치료를 동시에 진행할 수 있다는 효과가 제공된다.
더 나아가, 독립형으로 존재하는 방사선 발생 장치를 하나로 통합시킴으로써 치료 비용을 더욱 감소시킬 수 있다는 효과가 제공된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 방사선 발생 장치를 포함하는 전체 시스템에 대한 구성을 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 방사선 발생 장치에서 발생된 다종(多種)의 방사선들을 인체의 암 조직에 투사하는 과정을 설명하기 위한 도면이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다.
제1, 제2, A, B 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하에서는, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 방사선 발생 장치를 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 방사선 발생 장치를 포함하는 전체 시스템에 대한 구성을 나타내는 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 방사선 발생 장치를 포함하는 전체 시스템은 광원 장치(100) 및 방사선 발생 장치(200)를 포함한다.
광원 장치(100)는 레이저 빔(1)을 발생시키고, 발생된 레이저 빔(1)을 후술할 방사선 발생 장치(200)에 제공할 수 있다. 또한, 광원 장치(100)는 적어도 하나의 광원(미도시)을 포함할 수 있다.
광원(미도시)은 고에너지의 레이저 빔(1)을 발생시킬 수 있다. 또한, 광원(미도시)은 발생된 레이저 빔(1)을 후술할 방사선 발생 장치(200)의 박막 타깃(220)에 조사시킬 수 있다. 또한, 광원(미도시)은 레이저를 포함할 수 있다.
여기에서, 레이저 빔(1)은 약 800nm 내지 약 1,000nm 정도의 파장과 약 1 내지 약 3THz 정도의 주파수를 갖을 수 있다.
여기에서, 레이저는 나노초(Nanosecond) 레이저, 피코초(Picosecond) 레이저 및 펨토초(Femtosecond) 레이저 중에서 어느 하나의 레이저를 포함할 수 있다.
여기에서, 레이저는 헬륨-네온 레이저, 아르곤 레이저, 헬륨-카드뮴 레이저, 이산화탄소 레이저, 탄산 가스 레이저, 루비(Ruby) 레이저, 유리(Glass) 레이저, YAG(Yttrium Aluminum Garnet) 레이저, YLF(Yttrium Lithium Fluoride) 레이저, 색소(Dye) 레이저, 헤테로 접합(Hetero-Junction) 레이저, 양자 우물(Quantum Well) 레이저, 양자점(Quantum Dot) 레이저 중에서 어느 하나의 레이저를 포함할 수 있다.
여기에서, 레이저는 상술한 레이저에 한정 되는 것은 아니고 고에너지의 레이저 빔을 발생시킬 수 있다면 어떠한 레이저도 사용 가능하다.
또한, 광원 장치(100)는 집광부(미도시)를 더 포함할 수 있다.
집광부(미도시)는 광원(미도시)과 후술할 방사선 발생 장치(200) 사이에 위치할 수 있다. 또한, 집광부(미도시)는 광원(미도시)으로부터 레이저 빔(1)을 제공받을 수 있다. 또한, 집광부(미도시)는 제공받은 레이저 빔(1)의 경로를 변경시킬 수 있다. 또한, 집광부(미도시)는 제공받은 레이저 빔(1)을 방사선 발생 장치(200)의 박막 타깃(220)에 포커싱(Focusing)시킬 수 있다.
방사선 발생 장치(200)는 광원 장치(100)로부터 레이저 빔(1)을 제공받을 수 있다. 또한, 방사선 발생 장치(200)는 조사되는 레이저 빔(1)에 기초하여 발생하는 폰더모티브력 (Ponderomotive Force)에 의해 다종(多種)의 방사선이 발생할 수 있다.
여기에서, 다종의 방사선은 적어도 두 종류 이상의 방사선을 포함할 수 있다.
여기에서, 적어도 두 종류 이상의 방사선은 전자선(3), 엑스선(4), 양성자 빔(5) 및 탄소 이온 빔(6) 중에서 어느 하나을 포함할 수 있다.
또한, 방사선 발생 장치(200)는 기판(210) 및 박막 타깃(220)을 포함할 수 있다.
기판(210)은 Si, GaAs, GaP 또는 ImP와 같은 반도체 기판, 또는 Cu 또는 W과 같은 금속 기판을 포함할 수 있다. 또한, 기판(210)의 두께는 조절될 수 있다.
또한, 기판(210)은 상부면 내에 트렌치(Trench)를 갖는다. 여기에서, 트렌치의 바닥면은 관통될 수 있고, 관통된 트렌치의 바닥면에 후술할 박막 타깃(220)이 위치할 수 있다. 따라서, 기판(210)은 박막 타깃(220)을 지지하는 지지층일 수 있다.
여기에서, 트렌치의 단면 형상은 도 1에 도시된 바와 같이 사다리꼴형으로 도시되나, 이에 한정되는 것은 아니고 박막 타깃(220)에 레이저 빔(1)이 조사될 수 있고, 박막 타깃(220)이 적어도 두 종류 이상의 방사선이 발생할 수 있다면 어떠한 단면 형상을 가져도 무방하다. 또한, 트렌치는 긴 도랑 형상을 가질 수 있다.
박막 타깃(220)은 광원 장치(100)로부터 레이저 빔(1)을 제공받을 수 있다. 또한, 박막 타깃(220)은 탄소를 함유하는 물질 및 수소를 함유하는 물질을 포함할 수 있다. 또한, 박막 타깃(220)은 광원 장치(100)의 레이저 빔(1)이 조사되면, 조사되는 레이저 빔(1)에 기초하여 발생하는 폰더모티브력 (Ponderomotive Force)에 의해 적어도 두 종류 이상의 방사선이 발생할 수 있다.
또한, 박막 타깃(220)은 상술하였듯이 기판(210)에 형성된 트렌치에 위치할 수 있다. 구체적으로, 박막 타깃(220)은 관통된 트렌치의 바닥면에 위치할 수 있다. 또한, 박막 타깃(220)의 두께는 수 ㎛ ~ 수백 ㎜일 수 있다.
또한, 박막 타깃(220)은 제1 박막 타깃(222) 및 제2 박막 타깃(224)을 포함할 수 있다.
제1 박막 타깃(222)은 탄소를 함유하는 물질을 포함할 수 있다. 여기에서, 탄소를 함유하는 물질은 그래핀(Graphene), 탄소 원자들이 구형 또는 기둥형으로 연결된 플러린(Fullerenes) 및 탄소 나노튜브(Nanotube) 중에서 어느 하나의 물질을 포함할 수 있다.
또한, 제1 박막 타깃(222)은 조사되는 레이저 빔(1)에 기초하여 발생하는 폰더모티브력 (Ponderomotive Force)에 의해 전자선(3), 엑스선(4) 및 탄소 이온 빔(6)이 발생할 수 있다. 즉, 제1 박막 타깃(222)은 광원 장치(100)로부터 레이저 빔(1)이 포커싱되면, 폰더모티브력 (Ponderomotive Force)에 의해 전자선(3), 엑스선(4) 및 탄소 이온 빔(6)이 발생할 수 있다.
제2 박막 타깃(224)은 수소를 함유하는 물질을 포함할 수 있다. 여기에서, 수소를 함유하는 물질은 실리콘 질화물(Silicon Nitride), 실리콘 산화물(Silicon Oxide) 및 금속 중에서 어느 하나의 물질을 포함할 수 있다.
또한, 제2 박막 타깃(224)은 조사되는 레이저 빔(1)에 기초하여 발생하는 폰더모티브력 (Ponderomotive Force)에 의해 전자선(3), 엑스선(4), 양성자 빔(5)이 발생할 수 있다. 즉, 제2 박막 타깃(224)은 광원 장치(100)로부터 레이저 빔(1)이 포커싱(Focucing) 되면, 폰더모티브력 (Ponderomotive Force)에 의해 전자선(3), 엑스선(4), 양성자 빔(5)을 발생시킬 수 있다.
또한, 제1 박막 타깃(222)과 제2 박막 타깃(224)은 접속되고, 기판(210) 상에 형성된 트렌치에 위치할 수 있다.
일 예에서, 도 1에 도시된 바와 같이 제1 박막 타깃(222)은 광원 장치(100)와 인접하여 위치할 수 있다, 또한, 제2 박막 타깃(224)은 제1 박막 타깃(222)에 접속되고, 제1 박막 타깃(222)을 중심으로 광원 장치(100)와 대향하여 위치할 수 있다.
다른 예에서, 제2 박막 타깃(224)은 광원 장치(100)와 인접하여 위치할 수 있다, 또한, 제1 박막 타깃(222)은 제2 박막 타깃(224)에 접속되고, 제2 박막 타깃(224)을 중심으로 광원 장치(100)와 대향하여 위치할 수 있다.
계속해서 도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 방사선 발생 장치에서 다종의 방사선이 발생되는 과정을 설명하면 아래와 같다.
먼저, 광원 장치(100)로부터 제공되는 고에너지 레이저 빔(1)이 박막 타깃(220)에 포함된 물질에 포커싱되면, 박막 타깃(220) 내의 전자들은 가속될 수 있다. 여기에서, 박막 타깃(220)은 탄소를 함유하는 물질을 포함하는 제1 박막 타깃(222) 및 수소를 함유하는 물질을 포함하는 제2 박막 타깃(224)을 포함할 수 있다.
이에 따라, 박막 타깃(220)은 박막 타깃(220) 내의 전자들이 가속되면서 전자선(3)발생시킬 수 있다. 또한, 박막 타깃(220)은 박막 타깃(220) 내의 전자들이 가속 운동을 하면서 엑스선(4)을 발생시킬 수 있다.
또한, 박막 타깃(220)은 박막 타깃(220) 내의 가속된 전자들이 박막 타깃(220)의 후면에 모이는 전자 구름(Electron Cloud) 현상이 발생될 수 있다. 또한, 박막 타깃(220)의 후면에 형성된 전자 구름 현상으로 인해, 박막 타깃(220) 내에는 양이온(탄소 이온) 및 양성자들이 자연스럽게 형성될 수 있다.
또한, 박막 타깃(220) 내의 양이온(탄소 이온) 및 양성자, 와 전자 구름 사이에는 매우 큰 전기장이 형성되고, 형성된 전기장으로 인해 양이온(탄소 이온) 및 양성자는 박막 타깃(220) 밖으로 가속되어 양성자 빔(5) 및 양이온(탄소 이온)(6) 빔을 형성할 수 있다.
한편, 상술한 다종의 방사선이 발생되는 과정을 달리 설명하면, 광원 장치(100)로부터 제공되는 고에너지 레이저 빔(1)이 박막 타깃(220)에 포함된 물질에 포커싱되면, 박막 타깃(220) 내의 전자들은 폰더모티브력(Ponderomotive Force)에 의해 레이저 빔(1)의 진행 방향으로 밀려나고, 박막 타깃(220) 내의 이온들은 1012 V/cm 이상의 매우 큰 전기장 하에서 박막 타깃(220) 밖으로 탈출할 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 방사선 발생 장치에서 발생된 다종(多種)의 방사선들을 인체의 암 조직에 투사하는 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 방사선 발생 장치(200)는 다종의 방사선을 동시에 발생시킬 수 있다.
여기에서, 다종의 방사선은 전자선(3), 엑스선(4), 양성자 빔(5) 및 탄소 이온 빔(6)일 수 있다.
발생된 다종의 방사선은 인체의 장기 및 조직을 투과하여 암 조직까지 도달하여 암 조직에 고농도로 집적될 수 있다. 즉, 발생된 다종의 방사선은 도 2의 그래프에서 나타난 브래그 피크(Bragg Peak)에 상응하는 농도로 암 조직에 집적될 수 있다.
도 2의 그래프는 브래그 피크를 나타낸다. 브래그 피크는 고 에너지 상태의 전하를 띤 입자가 물질을 통과할 때 물질 속의 반대 전하에 의해 에너지를 잃고 속도가 0이 되는 지점을 의미한다. 여기에서, 그래프의 가로축은 인체 조직에서의 깊이(Depth In Tissue)를 의미하고, 세로축은 다종의 방사선이 전달되는 선량(Dose Delivered)을 의미한다.
따라서, 진단 장치에 의해 암 조직의 위치가 진단되면, 도 2에 도시된 바와 같이 다종의 방사선은 암 조직에 집적될 수 있도록 사전에 에너지가 조절될 수 있다. 즉, 다종의 방사선은 암 조직의 깊이에 맞추어 에너지를 조절해 주면 암 조직에만 다종의 방사선을 집적할 수 있다.
여기에서, 진단 장치는 엑스선 이미지, 자기공명 영상 (Magnetic Resonance Imaging: MRI) 촬영 장치, 컴퓨터 단층 촬영(Computer Tomography: CT) 장치, 양전자 방출 단층 촬영(Positron Emission Tomography: PET) 장치 및 초음파(Ultrasonics Wave) 장치 중에서 어느 하나의 장치를 포함할 수 있다.
상술한 바와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 방사선 발생 장치는 레이저 빔에 상응하여 다종의 고에너지 방사선을 동시에 발생시킬 수 있다.
따라서, 방사선을 발생시키는 방사선 발생 장치가 각각 독립형(Stand-Alone Type)으로 존재하여 두 가지 이상의 방사선을 발생시킬 수 없는 종래의 구조보다 본 발명의 일 실시예에 따른 방사선 발생 장치는 동시에 다종의 고에너지 방사선을 발생시켜 암 조직에 동시에 다중으로 투사함으로써 암을 효과적으로 치료할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 방사선 발생 장치는 다종의 방사선을 동시에 발생시킬 수 있으므로 종류가 다른 방사선을 번갈아가며 암을 치료할 필요가 있는 경우에 매우 효율적으로 사용할 수 있다. 특히, 양성자 빔 치료를 하는 경우, 엑스선 치료 및 전자선 치료를 동시에 진행할 수 있다.
또한, 독립형으로 존재하는 방사선 발생 장치를 하나로 통합시킴으로써 치료 비용을 더욱 감소시킬 수 있다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
100: 광원 장치 200: 방사선 발생 장치
210: 기판 220: 박막 타깃
222: 제1 박막 타깃 224: 제2 박막 타깃

Claims (1)

  1. 기판; 및
    기판 상에 위치하고, 탄소를 함유하는 물질 및 수소를 함유하는 물질을 포함하는 박막 타깃을 포함하는 방사선 발생 장치로서,
    상기 박막 타깃에 조사되는 레이저 빔에 기초하여 발생하는 폰더모티브력 (Ponderomotive Force)에 의해 적어도 두 종류 이상의 방사선이 발생하는, 방사선 발생 장치.
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