KR20160133793A - 하전입자 발생용 타깃 및 하전입자 발생 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명의 실시예들에 따른 하전입자 발생용 타깃은, 입사된 레이저 빔에 의해 하전 입자들을 발생시키는 타깃 및 상기 타깃을 통해 발생된 상기 하전 입자들 중 양성자들만을 투과시키는 필터부를 포함할 수 있다.

Description

하전입자 발생용 타깃 및 하전입자 발생 장치{Target for Generating Charged Particle and Apparatus for Generating Charged Particle}

본 발명은 하전입자 발생용 타깃 및 이를 이용한 하전입자 발생 장치에 관한 것이다.

방사선 치료 방법들에는 엑스선(X-ray), 전자선(electron beam) 및 이온 빔(ion beam) 치료법 등이 있다. 엑스선 치료법은 간단한 장치를 이용하여 구현할 수 있는 저렴한 방법이기 때문에, 방사선 치료법들 중에서 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.

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 겪는다. 이러한 현상은, 1903년에 이를 발견한 윌리엄 헨리 브래그(William Henry Bragg)의 이름을 따서, 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.

레이저 유도 이온 가속 방법을 이용한 이온 빔 치료법에 있어서, 이온들이 가져야 할 성질은 크게 두 가지이다. 몸속 깊이 이온을 주입하기 위해서는 고에너지 상태의 하전입자일 것 그리고 대부분의 하전입자들이 같은 에너지를 가지고 있어야 할 것이 요구된다. 일 예로, 250 MeV의 에너지를 갖는 양성자의 경우 인체의 약 20 cm를 투과할 수 있다. 안구암 치료의 경우 70 MeV 정도의 고에너지의 하전입자들이, 그리고 몸속 깊은 곳의 암 치료에는 200 MeV 이상의 고에너지 하전입자들이 필요하다. 이 때, 레이저에 의해 유도되는 양성자들과 이온들은 그 에너지가 균일해야 한다.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 양성자만을 분리하여 제공할 수 있는 하전입자 발생용 타깃 및 하전입자 발생 장치를 제공하는 데 있다.

본 발명이 해결하고자 하는 다른 과제는 균일한 브래그 피크를 가져, 효율적인 이온 빔 치료가 가능한 하전입자 발생용 타깃 및 하전입자 발생 장치를 제공하는 데 있다.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급한 과제들에 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상기 해결하고자 하는 과제를 달성하기 위하여 본 발명의 실시예들에 따른 하전입자 발생용 타깃은, 입사된 레이저 빔에 의해 하전 입자를 발생시키는 타깃 및 상기 타깃을 통해 발생된 상기 하전 입자 중 양성자만을 투과시키는 필터부를 포함할 수 있다.

일 실시예에 따르면, 상기 필터부는 그래핀을 포함할 수 있다.

일 실시예에 따르면, 상기 필터부는, 상기 타깃에서 발생된 상기 하전 입자의 진행 방향에 대해 상기 타깃의 후방에 배치될 수 있다.

일 실시예에 따르면, 상기 그래핀의 두께는 20 나노미터(nm) 내지 2000 나노미터(nm)일 수 있다.

일 실시예에 따르면, 상기 하전 입자는 이온 및 양성자를 포함하고, 상기 타깃은 수소를 포함하는 물질일 수 있다.

일 실시예에 따르면, 상기 그래핀은, 상기 진행 방향을 따라 복수 개 배치될 수 있다.

일 실시예에 따르면, 상기 하전입자 발생용 타깃은, 상기 타깃부 및 상기 필터부와 결합되고, 상기 타깃부로부터의 상기 필터부의 거리를 조절하는 조절부를 더 포함할 수 있다.

일 실시예에 따르면, 상기 타깃은 실리콘 질화물, 실리콘 산화물, 플라스틱, 또는 금속 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.

상기 해결하고자 하는 과제를 달성하기 위하여 본 발명의 실시예들에 따른 하전입자 발생 장치는, 레이저 및 상기 레이저로 입사된 빔에 의해 하전입자를 발생시키는 하전입자 발생용 타깃을 갖되, 상기 하전입자 발생용 타깃은, 입사된 레이저 빔에 의해 상기 하전 입자를 발생시키는 타깃을 갖는 타깃부 및 상기 타깃을 통해 발생된 상기 하전 입자 중 양성자만을 투과시키는 필터부를 포함할 수 있다.

일 실시예에 따르면, 상기 필터부는 그래핀을 포함할 수 있다.

일 실시예에 따르면, 상기 필터부는, 상기 타깃에서 발생된 상기 하전 입자의 진행 방향에 대해 상기 타깃의 후방에 배치될 수 있다.

일 실시예에 따르면, 상기 그래핀의 두께는 20 나노미터(nm) 내지 2000 나노미터(nm)일 수 있다.

일 실시예에 따르면, 상기 하전 입자는 이온 및 양성자를 포함하고, 상기 타깃은 수소를 포함하는 물질일 수 있다.

기타 실시예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.

본 발명의 실시예들에 따르면, 다양한 에너지를 갖는 이온들과 양성자들 중 양성자들만을 분리하여, 균일한 브래그 피크를 가져 원하는 부위의 효율적인 이온 빔 치료가 가능한 하전입자 발생용 타깃 및 하전입자 발생 장치를 제공할 수 있다.

도 1은 일반적인 하전입자 발생 장치를 개략적으로 보여주는 도면이다.
도 2는 도 1의 하전입자 발생 장치를 이용하여, 하전입자들을 발생시켜 치료하는 과정을 보여주는 도면이다.
도 3은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 하전입자 발생 장치를 보여주는 도면이다.
도 4는 도 3의 하전입자 발생 장치를 이용하여, 하전입자들을 발생시켜 치료하는 과정을 보여주는 도면이다.
도 5는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 하전입자 발생 장치를 보여주는 도면이다.
도 6은 본 발명의 제 3 실시예에 따른 하전입자 발생 장치를 보여주는 도면이다.
도 7은 도 4의 A의 확대 상면도이다.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예를 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전문에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.

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, 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. 따라서, 도면에서 예시된 영역들은 개략적인 속성을 가지며, 도면에서 예시된 영역들의 모양은 소자의 영역의 특정 형태를 예시하기 위한 것이며 발명의 범주를 제한하기 위한 것이 아니다.

도 1은 일반적인 하전입자 발생 장치(10)를 개략적으로 보여주는 도면이다. 도 2는 도 1의 하전입자 발생 장치(10)를 이용하여, 하전입자들을 발생시켜 치료하는 과정을 보여주는 도면이다. 하전입자 발생 장치(10)는 타깃(4)으로 레이저 빔(7)을 입사시켜 하전입자들(12,14)을 발생시키고, 타깃(4)에서 발생된 하전입자들(12,14)을 환자의 종양 부위(18)로 투사하여 치료하는 치료 장치일 수 있다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 하전입자 발생 장치(10)는 타깃부(2), 레이저(6), 그리고 광학부(8)를 가질 수 있다. 레이저(6)는 타깃부(2)의 타깃(4)으로 레이저 빔(7)을 입사시킨다. 레이저 빔(7)은 펨토 초 레이저 빔일 수 있다. 레이저 빔(7)은 피코 초 레이저 빔일 수 있다. 레이저(6)는 타깃(4)으로부터 하전입자들(12,14)을 발생시킬 수 있다. 타깃부(2)는 지지부(3)와 타깃(4)을 포함할 수 있다. 지지부(3)는 타깃(4)을 지지한다. 타깃(4)은 박막을 포함할 수 있다. 일 예로, 타깃(4)은 1 nm ~ 1 mm 범위의 두께를 가질 수 있다. 타깃(4)은 얇은 필름(film) 형태의 박막으로, 화학적 기상 증착(Chemical Vapor Deposition : CVD), 물리적 기상 증착(Physical Vapor Deposiotion : PVD) 또는 전기 도금 등의 방법을 이용하여 형성될 수 있다. 이와 달리, 타깃(4)은 가스 상태일 수 있다. 광학부(8)는 레이저 빔(7)을 집약(focusing)할 수 있다. 일 예로, 광학부(8)는 비축 포물면 반사경(off-axis parabola mirror)일 수 있다.

타깃(4)은 수소를 포함하는 물질일 수 있다. 타깃(4)은 실리콘 질화물, 실리콘 산화물, 플라스틱, 또는 금속 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다. 보다 상세하게는, 타깃(4)은 실리콘(Si), 실리콘 산화물(SiO2), 실리콘 질화물(SixNy), 실리콘 탄화물(SixCy), 티타늄 산화물(TixOy), 알루미늄 산화물(AlxOy), 갈륨 질화물(GaN) 등과 같은 세라믹(ceramic) 물질들, 금(Au), 은(Ag), 구리(Cu), 알루미늄(Al) 등과 같은 금속 물질들, 또는 폴리메틸 메타크릴레이트(PolyMethylMethAcrylate : PMMA), 폴리디메틸실록산(PolyDiMethylSiloxane : PDMS), 폴리이미드(polyimide), 탄소층 등과 같은 유기 물질을 포함할 수 있다. 따라서, 레이저 빔(7)이 입사되면, 타깃(4)에서 하전입자들(12,14)이 발생될 수 있다. 타깃(4)에서 발생된 하전입자들(12,14)은 종양 부위(18)에 투사되어, 종양 부위(18)를 치료할 수 있다. 일 예로, 하전입자들(12,14)이 종양 부위(18)와 충돌하여, 활성 산소들을 발생시켜 종양 부위(18)의 종양 세포들을 교란시킴으로써, 종양 세포들의 성장을 저해하거나, 또는 종양 세포들을 괴사시키는 것일 수 있다. 또한, 하전입자들(12,14)이 종양 부위(18)의 종양 세포들을 교란시키는 것은 종양 세포의 DNA 이중 나선을 교란하거나, 또는 종양 세포의 핵 내의 대사 과정을 교란하는 것일 수 있다.

하전입자들(12,14)은 양성자들(12)과 이온들(14)을 포함할 수 있다. 이온들(14)은 탄소 이온, 산소 이온, 질소 이온 등을 포함할 수 있다. 타깃(4)으로부터 발생된 양성자들(12)과 이온들(14)은 그 에너지 및 크기가 서로 다르다. 일반적으로, 이온(14)의 질량이 양성자(12)에 비해 무겁다. 따라서, 이온들(14)의 가속 에너지는 양성자들(12)의 가속 에너지에 비해 작다. 에너지 및 크기가 다르므로, 양성자들(12)와 이온들(14)의 브래그 피크(Bragg Peak)의 위치 또한 서로 달라질 수 있다. 따라서, 양성자들(12)과 이온들(14)이 환자의 체내로 함께 공급될 경우, 2개 이상의 브래그 피크를 형성할 수 있다. 복수 개의 브래그 피크가 형성되면, 보다 퍼진 형태의 통합된 브래그 피크를 형성하고, 종양 부위(18)와 브래그 피크의 위치가 다르게 형성될 가능성이 높아질 수 있다. 브래그 피크가 서로 상이하게 형성되면, 환자의 인체 내로 하전입자들(12,14)이 도달되는 깊이가 서로 상이할 수 있다. 이로 인해, 양성자들(12)과 이온들(14)이 함께 종양 부위(18)로 공급될 경우, 종양 부위(18) 외의 주변 정상 조직들이 방사선 피폭될 수 있다. 특히, 반치폭(d1)이 넓어져 치료에 부적합할 수 있다.

도 3은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 하전입자 발생 장치(100)를 보여주는 도면이다. 도 4는 도 3의 하전입자 발생 장치(100)를 이용하여, 하전입자들을 발생시켜 치료하는 과정을 보여주는 도면이다. 도 7은 도 4의 A의 확대 상면도이다. 하전입자 발생 장치(100)는 타깃(40)으로 레이저 빔(70)을 입사시켜 하전입자들(12,14)을 발생시키고, 타깃(40)에서 발생된 하전입자들(12,14) 중 양성자들(12)만을 환자의 종양 부위(18)로 투사하여 치료하는 치료 장치일 수 있다.

도 3 및 도 4를 참조하면, 하전입자 발생 장치(100)는 타깃부(20), 레이저(60), 광학부(80), 그리고 조절부(90)를 가질 수 있다. 레이저(60)는 타깃부(20)의 타깃(40)으로 레이저 빔(70)을 입사시킨다. 레이저 빔(70)은 펨토 초 레이저 빔일 수 있다. 레이저 빔(70)은 피코 초 레이저 빔일 수 있다. 레이저(60)는 타깃(40)으로부터 하전입자들(12,14)을 발생시킬 수 있다. 레이저 빔(70)의 파장은 800nm 내지 1000nm 사이일 수 있다.

타깃부(20)는 지지부(30)와 타깃(40)을 포함할 수 있다. 지지부(30)는 타깃(40)을 지지한다. 타깃(40)은 박막을 포함할 수 있다. 일 예로, 타깃(4)은 1 nm ~ 1 mm 범위의 두께를 가질 수 있다. 타깃(4)은 얇은 필름(film) 형태의 박막으로, 화학적 기상 증착(Chemical Vapor Deposition : CVD), 물리적 기상 증착(Physical Vapor Deposiotion : PVD) 또는 전기 도금 등의 방법을 이용하여 형성될 수 있다. 하지만, 본 발명의 기술적 사상은 타깃(4)을 형성하는 방법에 한정되지 않는다. 이와 달리, 타깃(40)은 가스 상태일 수 있다.

타깃(40)은 수소를 포함하는 물질로 형성될 수 있다. 타깃(40)은 실리콘 질화물, 실리콘 산화물, 플라스틱, 또는 금속 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다. 보다 상세하게는, 타깃(4)은 실리콘(Si), 실리콘 산화물(SiO2), 실리콘 질화물(SixNy), 실리콘 탄화물(SixCy), 티타늄 산화물(TixOy), 알루미늄 산화물(AlxOy), 갈륨 질화물(GaN) 등과 같은 세라믹(ceramic) 물질들, 금(Au), 은(Ag), 구리(Cu), 알루미늄(Al) 등과 같은 금속 물질들, 또는 폴리메틸 메타크릴레이트(PolyMethylMethAcrylate: PMMA), 폴리디메틸실록산(PolyDi-MethylSiloxane : PDMS), 폴리이미드(polyimide), 탄소층 등과 같은 유기 물질을 포함할 수 있다. 따라서, 레이저 빔(70)이 입사되면, 타깃(40)에서 하전입자들(12,14)이 발생될 수 있다.

타깃(40)에 레이저 빔(70)이 입사되면, 타깃(40)에 포함된 수소 또는 탄소 등과 같은 원소들이 레이저 빔(70)에 의해 양이온들과 음이온들로 분리되는 플라즈마 상태로 변할 수 있다. 이 과정에서 타깃(40)으로부터 양이온들보다 음이온들이 더 멀리 떨어질 수 있다. 이로 인해, 양이온들과 음이온들 사이에 발생되는 커패시터(capacitor)효과에 의해 전기장이 발생되고 이 전기장에 의해 양이온들은 음이온들 쪽으로 가속됨으로써, 양이온들이 환자의 체외에서 체내의 종양 부위(18)로 투사될 수 있을 만큼의 충분한 에너지를 갖도록 가속될 수 있다. 따라서, 하전입자들(12,14)은 수십~수백 MeV의 고에너지를 갖는 양성자들(12)과 이온들(14)을 포함할 수 있다. 이온들(14)은 탄소 이온, 산소 이온, 질소 이온 등을 포함할 수 있다. 광학부(80)는 레이저 빔(70)을 집약(focusing)할 수 있다. 일 예로, 광학부(80)는 비축 포물면 반사경(off-axis parabola mirror)일 수 있다. 광학부(80)는 레이저 빔(70)이 타깃(40)에 대해 수직하게 입사되도록 방향을 조절할 수 있다.

도 3, 도 4, 그리고 도 7을 참조하면, 필터부(90)는 타깃(40)에서 발생된 하전 입자들(12,14)의 진행 방향에 대해, 타깃(40)의 후방에 배치될 수 있다. 필터부(90)는 필터 지지부(92) 및 필터(94)를 가질 수 있다. 필터 지지부(92)는 필터(94)를 지지한다. 필터 지지부(92)는 필터(94)의 중심과 타깃(40)의 중심이 동일선상에 놓이도록 필터(94)를 지지할 수 있다. 따라서, 타깃(40)에서 발생된 하전입자들(12,14)이 필터(94)로 수직하게 입사될 수 있다. 필터(94)는 타깃(40)에서 발생된 하전 입자들(12,14) 중, 양성자(12)만을 투과시킬 수 있다. 일 예로, 필터(94)는 그래핀을 포함할 수 있다. 이온들(14)은 그래핀을 통과하지 못하나, 양성자들(12)은 그래핀을 통과할 수 있다. 일 예로, 그래핀을 구성하는 탄소(C) 원자들간의 간극 크기에 의해, 이온들(14)이 필터링될 수 있다. 필터(94)는 그래핀의 표면에, 고온 하에서 백금 등의 촉매 나노 입자로 코팅된 코팅막(미도시)을 더 포함할 수 있다. 이로 인해, 양성자들(12)의 필터(94) 통과가 수월해질 수 있다. 그래핀은 이온들(14)의 에너지에 의해 파괴되지 않도록, 소정의 두께를 가질 수 있다. 일 예로, 그래핀은 10 마이크론(micron) 내지 50 마이크론(micron)의 두께를 가질 수 있다. 그러나, 그래핀의 두께는 이에 한정되지 않고, 이온들(14)의 에너지에 의해 파괴되지 않는 범위 내에서 다른 두께를 가질 수 있다. 따라서, 타깃(40)에서 발생된 이온들(14)과 양성자들(12)이 필터부(90)에 도달하면, 이온들(14)은 필터(94)를 투과하지 못하고 양성자들(12)만이 필터(94)를 투과할 수 있다. 이로 인해, 동일한 브래드 피크를 갖는 양성자들(12)만이 종양 부위(18)에 도달하여 정지되고, 종양 부위(18)와 충돌될 수 있다. 따라서, 단일 브래드 피크를 갖는 양성자들(12)로 인해 반치폭(d2)이 좁게 나타날 수 있다. 따라서, 종양 부위(18) 주변의 정상 조직들의 손상을 방지할 수 있다.

양성자들(12)은 환자의 종양 부위(18)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(18)의 위치에 설정되어 투사될 수 있다.

양성자들(12)을 이용하여 환자의 체내의 암세포를 치료하는 치료 원리는, 레이저(60)로부터 제공된 레이저 빔(70)이 타깃(40)에 입사되고, 타깃(40)으로부터 표면 플라즈몬 공명에 의해 발생된 양성자들(12)과 이온들(14) 중, 양성자들(12)만을 환자의 체내로 투사시켜, 브래그 피크의 원리에 의해 환자의 체내에 있는 종양 부위(18)에서 정지되고, 그리고 이와 충돌함으로써, 양성자들(12)은 활성 산소들을 발생시켜 종양 부위(18)의 종양 세포들을 교란시키는 것일 수 있다. 이에 따라, 환자의 체내에 있는 종양 부위(18)가 치료될 수 있다.

즉, 양성자들(12)이 종양 부위(18)와 충돌하여, 활성 산소들을 발생시켜 종양 부위(18)의 종양 세포들을 교란시킴으로써, 종양 세포들의 성장을 저해하거나, 또는 종양 세포들을 괴사시키는 것일 수 있다. 양성자들(12)이 종양 부위(18)의 종양 세포들을 교란시키는 것은 종양 세포의 DNA 이중 나선을 교란하거나, 또는 종양 세포의 핵 내의 대사 과정을 교란하는 것일 수 있다.

도 5는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 하전입자 발생 장치(200)를 보여주는 도면이다. 하전입자 발생 장치(200)는 타깃(40)으로 레이저 빔을 입사시켜 하전입자들(12,14)을 발생시키고, 타깃(40)에서 발생된 하전입자들(12,14) 중 양성자들(12)만을 환자의 종양 부위(18)로 투사하여 치료하는 치료 장치일 수 있다. 하전입자 발생 장치(200)는 타깃부(20), 레이저(60), 광학부(80), 그리고 조절부(90)를 가질 수 있다. 도 5의 하전입자 발생 장치(200)의 타깃부(20), 레이저(60), 그리고 광학부(80)는 도 3의 하전입자 발생 장치(100)의 타깃부(20), 레이저(60), 그리고 광학부(80)와 각각 동일 또는 유사한 형상 및 기능을 가질 수 있다. 따라서, 상술한 설명과 중복되는 부분의 설명은 생략한다.

도 5를 참조하면, 하전입자 발생 장치(200)는 복수 개의 필터부들(90A,90B)을 가질 수 있다. 일 예로, 2개의 필터부들(90A,90B)이 제공될 수 있다. 필터부들(90A,90B)은 타깃(40)에서 발생된 하전 입자들(12,14)의 진행 방향에 대해, 타깃(40)의 후방에 연속적으로 배치될 수 있다. 각각의 필터부들(90A,90B)은 필터 지지부(92A,92B) 및 필터(94A,94B)를 가질 수 있다. 필터 지지부들(92A,92B)은 각각의 필터들(94A,94B)을 지지한다. 각각의 필터 지지부들(92A,92B)은 각각의 필터들(94A,94B)의 중심과 타깃(40)의 중심이 동일선상에 놓이도록 필터들(94A,94B)을 지지할 수 있다. 필터들(94A,94B)은 타깃(40)에서 발생된 하전 입자들(12,14) 중, 양성자(12)만을 투과시킬 수 있다. 일 예로, 필터들(94A,94B)은 그래핀을 포함할 수 있다. 필터들(94A,94B)은 타깃(40)으로부터 분리된 이온들(14)과 양성자들(12) 중, 양성자들(12)만을 투과시킬 수 있다. 그래핀은 이온들(14)의 에너지에 의해 파괴되지 않도록, 소정의 두께를 가질 수 있다. 일 예로, 그래핀은 20 나노미터(nm) 내지 2000 나노미터(nm)의 두께를 가질 수 있다. 따라서, 타깃(40)에서 발생된 이온들(14)과 양성자들(12)이 필터부들(90A,90B)에 도달하면, 이온들(14)은 필터들(94A,94B)을 투과하지 못하고 양성자들(12)만이 필터들(94A,94B)을 투과할 수 있다. 이로 인해, 동일한 브래드 피크를 갖는 양성자들(12)만이 종양 부위(18)에 도달할 수 있고, 주변 정상 조직의 손상을 방지할 수 있다. 필터부들(94A,94B)이 연속적으로 배치되어, 타깃(40)으로부터 발생된 이온들(14)과 양성자들(12) 중 양성자들(12)만의 투과가 보다 효과적으로 진행될 수 있다.

도 6은 본 발명의 제 3 실시예에 따른 하전입자 발생 장치(300)를 보여주는 도면이다. 하전입자 발생 장치(300)는 타깃(40)으로 레이저 빔을 입사시켜 하전입자들(12,14)을 발생시키고, 타깃(40)에서 발생된 하전입자들(12,14) 중 양성자들(12)만을 환자의 종양 부위(18)로 투사하여 치료하는 치료 장치일 수 있다. 하전입자 발생 장치(300)는 타깃부(20), 레이저(60), 광학부(80), 그리고 조절부(90)를 가질 수 있다. 도 6의 하전입자 발생 장치(300)의 타깃부(20), 레이저(60), 광학부(80), 그리고 필터부(90)는 도 3의 하전입자 발생 장치(100)의 타깃부(20), 레이저(60), 광학부(80), 그리고 필터부(90)와 각각 동일 또는 유사한 형상 및 기능을 가질 수 있다. 따라서, 상술한 설명과 중복되는 부분의 설명은 생략한다.

도 6을 참조하면, 하전입자 발생 장치(300)는 조절부(50)를 더 포함할 수 있다. 조절부(50)는 타깃부(20)와 필터부(90)에 각각 결합될 수 있다. 일 예로, 조절부(50)는 타깃부(20)와 필터부(90) 각각의 일측에 결합될 수 있다. 조절부(50)는 타깃부(20)로부터의 필터부(90)의 거리(L)를 조절할 수 있다. 일 예로, 조절부(50)가 레일(rail)을 포함하고, 필터부(90)가 레일을 따라 타깃부(20)로부터의 거리(L)가 조절될 수 있다. 따라서, 타깃(40)에서 발생된 이온들(14)과 양성자들(12)의 종류 및 에너지에 따라, 조절부(50)로 타깃부(20)와 필터부(90)의 거리를 조절할 수 있다. 일 예로, 타깃(40)에서 발생된 이온들(14)과 양성자들(12)이 설정 에너지보다 큰 에너지를 가질 경우, 조절부(50)는 타깃부(20)와 필터부(90)의 거리(L)를 보다 멀게 조절할 수 있다. 또한, 타깃(40)에서 발생된 이온들(14)과 양성자들(12)이 설정 에너지보다 작은 에너지를 가질 경우, 조절부(50)는 타깃부(20)와 필터부(90)의 거리(L)를 보다 짧게 조절할 수 있다. 따라서, 필터부(90)에 도달한 이온들(14) 및 양성자들(12) 중, 이온들(14)은 필터(94)를 투과하지 못하고 양성자들(12)만이 필터(94)를 투과할 수 있다. 이로 인해, 동일한 브래드 피크를 갖는 양성자들(12)만이 종양 부위(18)에 도달할 수 있고, 주변 정상 조직의 손상을 방지할 수 있다.

상술한 실시예들에서는, 필터부(90)가 그래핀을 포함하는 것을 예로 들어 설명하였다. 그러나, 이에 국한되지 않고, 필터부(90)는 이온들(14)과 양성자들(12) 중 양성자들(12)만을 투과시킬 수 있는 다른 물질을 포함할 수 있다. 또한, 필터(94)가 타깃(40)과 동일선상에 제공되는 것을 예로 들어 설명하였으나, 필터(94)는 타깃(40)과 다른 높이를 가져 경사지도록 제공될 수 있다. 또한, 필터부(90)는 높이 방향을 따라 복수 개의 필터(94)를 포함할 수 있다. 또한, 상술한 실시예에서는 이온들(14)이 필터(94)를 투과할 수 없음을 예로 들어 설명하였으나, 이온들(14) 외의 원자, 음이온 등의 양성자(12) 외의 입자들 또한 필터(94)를 투과할 수 없다. 또한, 타깃(40)은 양성자들(12) 및 이온들(14) 외의 다양한 입자들을 발생시킬 수 있다.

이상, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 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 실시예에는 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.

Claims (14)

1. 입사된 레이저 빔에 의해 하전 입자들을 발생시키는 타깃을 갖는 타깃부; 및
   상기 타깃을 통해 발생된 상기 하전 입자들 중 양성자들만을 투과시키는 필터부를 포함하는 하전입자 발생용 타깃.
   
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 필터부는 그래핀을 포함하는 하전입자 발생용 타깃.
   
3. 제 2 항에 있어서,
   상기 필터부는, 상기 타깃에서 발생된 상기 하전 입자들의 진행 방향에 대해 상기 타깃부의 후방에 배치되는 하전입자 발생용 타깃.
   
4. 제 3 항에 있어서,
   상기 그래핀의 두께는 20 나노미터(nm) 내지 2000 나노미터(nm)인 하전입자 발생용 타깃.
   
5. 제 4 항에 있어서,
   상기 필터부는, 상기 그래핀의 표면에 나노 입자로 코팅된 코팅막을 더 포함하는 하전입자 발생용 타깃.
   
6. 제 5 항에 있어서,
   상기 하전 입자들은 이온들 및 양성자들을 포함하고, 상기 타깃은 수소를 포함하는 물질인 하전입자 발생용 타깃.
   
7. 제 6 항에 있어서,
   상기 필터부는 상기 진행 방향을 따라 복수 개 배치된 하전입자 발생용 타깃.
   
8. 제 6 항에 있어서,
   상기 하전입자 발생용 타깃은,
   상기 타깃부 및 상기 필터부와 결합되고, 상기 타깃부로부터의 상기 필터부의 거리를 조절하는 조절부를 더 포함하는 하전입자 발생용 타깃.
   
9. 제 6 항에 있어서,
   상기 타깃은 실리콘 질화물, 실리콘 산화물, 플라스틱, 또는 금속 중 적어도 어느 하나를 포함하는 하전입자 발생용 타깃.
   
10. 레이저; 및
    상기 레이저로부터 입사된 빔에 의해 하전입자들을 발생시키는 하전입자 발생용 타깃을 포함하고,
    상기 하전입자 발생용 타깃은:
    상기 레이저 빔에 의해 상기 하전 입자들을 발생시키는 타깃을 갖는 타깃부; 및
    상기 타깃을 통해 발생된 상기 하전 입자들 중 양성자들만을 투과시키는 필터부를 포함하는 하전입자 발생 장치.
    
11. 제 10 항에 있어서,
    상기 필터부는 그래핀을 포함하는 하전입자 발생 장치.
    
12. 제 11 항에 있어서,
    상기 필터부는, 상기 타깃에서 발생된 상기 하전 입자들의 진행 방향에 대해 상기 타깃부의 후방에 배치되는 하전입자 발생 장치.
    
13. 제 12 항에 있어서,
    상기 그래핀의 두께는 10 마이크론(micron) 내지 50 마이크론(micron)인 하전입자 발생 장치.
    
14. 제 13 항에 있어서,
    상기 필터부는, 상기 그래핀의 표면에 나노 입자로 코팅된 코팅막을 더 포함하는 하전입자 발생 장치.

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