KR20130110994A - 이온 발생용 타깃 및 이를 이용한 치료 장치 - Google Patents

이온 발생용 타깃 및 이를 이용한 치료 장치 Download PDF

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Abstract

이온 발생용 타깃 및 이를 이용한 치료 장치가 제공된다. 이 치료 장치는 입사된 레이저 빔에 의해 이온을 발생시키되, 반구 형태의 거품을 형성할 수 있는 이온 발생용 물질, 반구 형태의 거품을 지지하는 지지부, 지지부 상에 이온 발생용 물질을 반구 형태의 거품으로 형성하기 위한 거품 발생 부재, 및 이온 발생용 물질로부터 이온을 발생시켜 환자의 종양 부위로 투사하기 위해, 거품의 표면으로 레이저 빔을 입사시키기 위한 레이저를 포함한다.

Description

이온 발생용 타깃 및 이를 이용한 치료 장치{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.
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.
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.
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.
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.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급한 과제들에 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기한 과제를 달성하기 위하여, 본 발명은 이온 발생용 타깃을 제공한다. 이 타깃은 입사된 레이저 빔에 의해 이온을 발생시키되, 반구 형태의 거품을 형성할 수 있는 이온 발생용 물질, 및 반구 형태의 거품을 지지하는 지지부를 포함할 수 있다.
이온은 양성자 또는 탄소 이온일 수 있다.
이온은 양성자이고, 이온 발생용 물질은 물일 수 있다.
이온은 탄소 이온이고, 이온 발생용 물질은 탄소 성분을 포함하는 기름일 수 있다.
지지부는 투명 기판 또는 고리형 거품 지지대일 수 있다.
투명 기판은 석영을 포함할 수 있다.
고리형 거품 지지대는 일부가 끊어진 개방형 고리일 수 있다.
거품의 막의 두께는 이온 발생용 물질의 점도에 의해 조절될 수 있다.
이온 발생용 물질은 그래핀 분말 또는 흑연 분말을 더 포함할 수 있다.
이온 발생용 물질은 이온화 가능한 물질을 더 포함할 수 있다.
또한, 상기한 과제를 달성하기 위하여, 본 발명은 이온 빔 치료 장치를 제공한다. 이 치료 장치는 앞서 서술된 이온 발생용 타깃, 지지부 상에 이온 발생용 물질을 반구 형태의 거품으로 형성하기 위한 거품 발생 부재, 및 이온 발생용 물질로부터 이온을 발생시켜 환자의 종양 부위로 투사하기 위해, 거품의 표면으로 레이저 빔을 입사시키기 위한 레이저를 포함할 수 있다.
지지부는 투명 기판 또는 고리형 거품 지지대일 수 있다.
지지부는 투명 기판이고, 상기 거품 발생 부재는 공기 발생 장치 및 공기 발생 장치로부터 발생한 공기를 투명 기판과 이온 발생용 물질 사이로 제공하여 거품을 형성하는 공기 전달용 도관을 포함할 수 있다. 거품의 크기 및 거품의 막의 두께는 공기의 압력에 의해 조절될 수 있다.
지지부는 고리형 거품 지지대이고, 거품 발생 부재는 고리형 거품 지지대의 고리 부분으로 바람을 보내는 바람 발생 장치일 수 있다. 거품의 크기 및 거품의 막의 두께는 바람의 속도에 의해 조절될 수 있다.
레이저 및 바람 발생 장치는 고리형 거품 지지대에 대해 양쪽에 각각 위치되거나, 또는 한쪽에 같이 위치될 수 있다.
레이저 빔은 상기 거품의 중앙 표면에 비스듬하게 입사될 수 있다.
레이저 빔은 거품의 외측 표면 또는 내측 표면으로 입사될 수 있다.
레이저 빔은 펨토 초 레이저 빔일 수 있다.
거품의 표면으로 레이저 빔을 집약하기 위한 광학 부재를 더 포함할 수 있다. 광학 부재는 비축 반사경일 수 있다.
거품의 표면으로 레이저 빔을 집약하기 위한 광학 부재를 내장하는 진공 챔버를 더 포함할 수 있다. 진공 챔버는 레이저 빔이 입력되는 입력창, 레이저 빔을 집약하기 위한 광학 부재 및 거품의 표면으로 집약된 레이저 빔을 입사시키기 위한 출력창을 포함할 수 있다. 광학 부재는 입력된 레이저 빔을 반사시키는 평면 반사경 및 반사된 레이저 빔을 반사시키는 동시에 집약하기 위한 비축 반사경을 포함할 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 과제의 해결 수단에 따르면 이온 발생용 타깃이 거품 형태의 초박막(ultra thin film)을 가짐으로써, 고에너지의 양성자 또는 탄소 이온을 생성할 수 있다. 이에 따라, 초박막을 제조하기 위한 반도체 가공 공정 등과 같은 높은 공정 기술을 필요로 하지 않고, 그리고 그에 수반되는 높은 비용을 소요하지 않는 초박막의 이온 발생용 타깃이 제공될 수 있다.
또한, 본 발명의 과제의 해결 수단에 따르면 이온 빔 치료 장치가 거품 형태의 초박막을 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.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 이온 빔 치료 장치를 설명하기 위한 개념도이다.
도 2a 및 도 2b는 본 발명의 실시예에 따른 이온 빔 치료 장치에 이용되는 이온 발생용 타깃을 설명하기 위한 입체 개념도들이다.
도 3 및 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 이온 빔 치료 장치에 이용되는 다른 이온 발생용 타깃을 설명하기 위한 입체 개념도들이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 이온 빔 치료 장치를 설명하기 위한 개념도이다.
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.
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.
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.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 이온 빔 치료 장치를 설명하기 위한 개념도이고, 도 2a 및 도 2b는 본 발명의 실시예에 따른 이온 빔 치료 장치에 이용되는 이온 발생용 타깃을 설명하기 위한 입체 개념도이다.
도 1, 도 2a 및 도 2b를 참조하면, 이온 빔 치료 장치는 레이저(laser, 150), 광학 부재(160), 이온 발생용 타깃(C) 및 거품 발생 부재(A)를 포함한다.
레이저(150)는 이온 발생용 타깃(C)으로부터 이온(170)을 발생시켜 환자의 종양 부위(180)로 투사하기 위한 것일 수 있다. 레이저(150)는 이온 발생용 타깃(C)으로 레이저 빔(laser beam, 155)을 제공할 수 있다. 레이저 빔(150)은 펨토(femto) 초 레이저 빔일 수 있다.
이온 발생용 타깃(C)은 레이저(150)로부터 레이저 빔(155)을 제공받아 이온(170)을 발생시킬 수 있다. 이온 발생용 타깃(C)은 반구 형태의 거품(130b)을 형성할 수 있는 이온 발생용 물질(130a) 및 반구 형태의 거품(130b)을 지지하는 투명 기판(100)을 포함할 수 있다. 투명 기판(100)은 레이저 빔(155)의 투과도가 높은 석영(quartz)을 포함할 수 있다. 이온 발생용 물질(130a)은 입사된 레이저 빔(155)에 의해 이온을 발생시킬 수 있다. 이온(170)은 양성자 또는 탄소 이온일 수 있다.
거품(130b)의 막은 수백 nm~수 μm 범위의 두께를 가질 수 있다. 거품(130b)의 막의 두께는 이온 발생용 물질(130a)의 점도에 의해 조절될 수 있다.
이온(170)이 양성자일 경우, 이온 발생용 물질(130a)은 순수한 물일 수 있고, 그리고 이온(170)이 탄소 이온일 경우, 이온 발생용 물질(130a)은 탄소 성분을 포함하는 기름일 수 있다.
거품(130b)의 표면(140) 상에 탄소 이온의 공급원으로 그래핀(graphene) 분말 또는 흑연(graphite) 분말이 더 포함될 수 있다. 또한, 거품(130b)의 표면(140) 상에 이온화 가능한 물질이 더 포함될 수 있다. 이온화 가능한 물질은 나트륨(Na), 황(S), 마그네슘(Mg) 등을 포함할 수 있다.
광학 부재(160)는 반구 형태의 거품(130b)의 표면(140)으로 레이저 빔(155)을 집약(focusing)할 수 있다. 광학 부재(160)는 레이저 빔(155)의 세기가 1019W/cm2 이상이 되도록 하기 위한 것일 수 있다. 이러한 레이저 빔(155)의 집약에 이용되는 광학 부재(160)는 비축 포물면 반사경(off-axis parabola mirror)일 수 있다. 이에 따라, 이온 발생용 타깃(C)의 거품(130b)으로부터 발생하는 이온(170)은 수십~수백 MeV의 고에너지를 갖는 양성자 또는 탄소 이온일 수 있다. 즉, 이온 발생용 타깃(C)의 거품(130b)으로부터 발생하는 이온(170)은 레이저 빔(155)의 세기에 의해 조절된 에너지를 가질 수 있으므로, 환자의 체내에 있는 종양 부위(180)에서 정지되고, 그리고 이와 충돌할 수 있다.
거품 발생 부재(A)는 공기 발생 장치(110) 및 공기를 투명 기판(100)과 이온 발생용 물질(130a) 사이로 제공하는 공기 전달용 도관(120)을 포함할 수 있다. 이온 발생용 타깃(C)의 거품(130b)의 크기 및 거품(130b)의 막의 두께는 거품 발생 부재(A)에 의해 발생한 공기의 압력에 의해 조절될 수 있다.
펨토 초 레이저 빔(155)이 이온 발생용 타깃(C)의 거품(130b)의 표면(140)에 정확히 집약되면, 타깃 정상 쉬스 가속 모델 또는 방사압 가속 모델에 의해 이온(170)이 가속되어 나오게 된다. 레이저 빔(155)은 이온 발생용 타깃(C)의 거품(130b)의 중앙 표면에 비스듬하게 입사될 수 있다. 이는 레이저 빔(155)이 이온 발생용 타깃(C)의 거품(130b)의 중앙 표면에 정면으로 집약되면, 거품(130b)의 표면(140)에서 반사된 일부 레이저 빔(155)이 레이저(150)에 손상을 줄 수 있기 때문이다.
도 2a 및 도 2b에 도시된 것과 같이, 투명 기판(100) 상의 이온 발생용 물질(130a)을 포함하는 예비 이온 발생용 타깃(B)에 거품 발생 부재(A)로부터 공기가 제공되면, 투명 기판(100) 상에 복수로 형성된 거품들(130b)을 갖는 이온 발생용 타깃(C)이 제공될 수 있다. 여기서 레이저 빔(140)은 이온 발생용 타깃(C)의 최외측의 거품(130b)의 표면(140)에 집약될 수 있다.
레이저 빔(155)은 이온 발생용 타깃(C)의 거품(130b)의 내측 표면 또는 외측 표면으로 입사될 수 있다. 이온(170)은 이온 발생용 타깃(C)에 레이저 빔(155)이 입사하는 방향으로 가속되어 나올 수 있다.
이온(170)은 환자의 종양 부위(180)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 부위의 위치에 설정되어 투사될 수 있다.
이온 빔 치료 장치의 치료 원리는 레이저(150)로부터 제공되는 레이저 빔(155)이 이온 발생용 타깃(C)의 거품(130b)의 표면(140)에 제공되고, 거품(130b)으로부터 이온(170)이 발생하여 환자의 체내를 향하여 투사되고, 환자의 체내로 투사된 이온(170)은, 도시된 것과 같이, 브래그 피크의 원리에 의해 환자의 체내에 있는 종양 부위(180)에서 정지되고, 그리고 이와 충돌함으로써, 이온(170)은 활성 산소들을 발생시켜 종양 부위(180)의 종양 세포들을 교란시키는 것일 수 있다.
즉, 이온(170)이 종양 부위(180)와 충돌하여, 활성 산소들을 발생시켜 종양 부위(180)의 종양 세포들을 교란시킴으로써, 종양 세포들의 성장을 저해하거나, 또는 종양 세포들을 괴사시키는 것일 수 있다. 이온(170)이 종양 부위(180)의 종양 세포들을 교란시키는 것은 종양 세포의 DNA 이중 나선을 교란하거나, 또는 종양 세포의 핵 내의 대사 과정을 교란하는 것일 수 있다.
도 1, 도 2a 및 도 2b를 참조하여, 이온 빔 치료 장치의 이온 발생용 타깃(C)에서의 이온(170)의 발생 및 투사 과정들을 더욱 자세하게 설명하고자 한다.
이온(170)의 발생 및 투사 과정들은 이온 발생용 타깃(C)의 거품(130b)의 표면(140)으로 레이저 빔(155)이 입사되면, 거품(130b)에 포함된 수소 원자들 또는 탄소 이온들이 레이저 빔(155)의 에너지에 의해 양이온들(170)과 음이온들(미도시)로 분리되는 플라즈마 상태로 변화하고, 이 과정에서 음이온들이 거품(130b)으로부터 양이온들(170)보다 더 멀리 떨어져 나감으로써, 양이온들(170)과 음이온들(220) 사이의 커패시터(capacitor) 효과에 의해 전기장이 발생하고, 그리고 이 전기장에 의해 양이온들(170)은 음이온들 쪽으로 가속됨으로써, 양이온들(170)이 환자의 체외에서 체내의 종양 부위(180)로 투사될 수 있을 만큼의 충분한 에너지를 갖도록 가속될 수 있다.
가속된 양이온들(170)은 환자의 체내에 있는 종양 부위(180)와 충돌하여, 활성 산소를 발생시켜 종양 부위(180)의 종양 세포들을 교란시킴으로써, 종양 세포들의 성장을 저해하거나, 또는 종양 세포들을 괴사시키는 것일 수 있다. 이에 따라, 환자의 체내에 있는 종양 부위(180)가 치료되는 효과가 나타날 수 있다.
도 3 및 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 이온 빔 치료 장치에 이용되는 다른 이온 발생용 타깃을 설명하기 위한 입체 개념도들이다. 설명의 편의를 위해, 도 1, 도 2a 및 도 2b에서 설명된 유사한 일부 내용들에 대한 것은 생략된다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 이온 빔 치료 장치는 레이저(도 1의 150 참조), 광학 부재(160), 이온 발생용 타깃(C) 및 바람 발생 장치(210)를 포함한다.
이온 발생용 타깃(C)은 레이저로부터 레이저 빔(155)을 제공받아 이온(170)을 발생시킬 수 있다. 이온 발생용 타깃(C)은 반구 형태의 거품(도 1의 130b 참조)을 형성할 수 있는 이온 발생용 물질(도 2a의 130a 참조) 및 반구 형태의 거품을 지지하는 고리형 거품 지지대(200)를 포함할 수 있다. 도시된 것과 같이, 고리형 거품 지지대(200)는 폐쇄형 고리가 아닌 일부가 끊어진 개방형 고리일 수 있다. 이는 고리형 거품 지지대(200)의 설치를 용이하게 하기 위한 것으로 반드시 이에 한정되지 않고, 폐쇄형 고리인 고리형 거품 지지대(200)가 사용될 수 있는 것은 자명한 사실이다. 이온 발생용 물질은 입사된 레이저 빔(155)에 의해 이온을 발생시킬 수 있다. 이온(170)은 양성자 또는 탄소 이온일 수 있다.
거품의 막은 수백 nm~수 μm 범위의 두께를 가질 수 있다. 거품의 막의 두께는 이온 발생용 물질의 점도에 의해 조절될 수 있다.
이온(170)이 양성자일 경우, 이온 발생용 물질은 순수한 물일 수 있고, 그리고 이온(170)이 탄소 이온일 경우, 이온 발생용 물질은 탄소 성분을 포함하는 기름일 수 있다.
거품의 표면(140) 상에 탄소 이온의 공급원으로 그래핀 분말 또는 흑연 분말이 더 포함될 수 있다. 또한, 거품의 표면(140) 상에 이온화 가능한 물질이 더 포함할 수 있다. 이온화 가능한 물질은 나트륨, 황, 마그네슘 등을 포함할 수 있다.
광학 부재(160)는 반구 형태의 거품의 표면(140)으로 레이저 빔(155)을 집약할 수 있다. 광학 부재(160)는 레이저 빔(155)의 세기가 1019 W/cm2 이상이 되도록 하기 위한 것일 수 있다. 이러한 레이저 빔(155)의 집약에 이용되는 광학 부재(160)는 비축 포물면 반사경일 수 있다. 이에 따라, 이온 발생용 타깃(C)의 거품으로부터 발생하는 이온(170)은 수십~수백 MeV의 고에너지를 갖는 양성자 또는 탄소 이온일 수 있다.
바람 발생 장치(210)는 고리형 거품 지지대(200)의 고리 부분으로 바람(220)을 보낼 수 있다. 거품의 크기 및 거품의 막의 두께는 바람 발생 장치(210)에서 보내지는 바람(220)의 속도에 의해 조절될 수 있다.
도 3에 도시된 것과 같이, 레이저 및 바람 발생 장치(210)는 고리형 거품 지지대(200)에 대해 한쪽에 같이 위치될 수 있다. 이때, 레이저 빔(155)은 이온 발생용 타깃(C)의 거품의 내측 표면으로 입사될 수 있다. 반면에, 도 4에 도시된 것과 같이, 레이저 및 바람 발생 장치(210)는 고리형 거품 지지대(200)에 대해 양쪽에 각각 위치될 수 있다. 이때, 레이저 빔은 이온 발생용 타깃(C)의 외측 표면으로 입사될 수 있다. 이온(170)은 이온 발생용 타깃(C)에 레이저 빔(155)이 입사하는 방향으로 가속되어 나올 수 있다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 이온 빔 치료 장치를 설명하기 위한 개념도이다. 설명의 편의를 위해, 도 1, 도 2a 및 도 2b에서 설명된 유사한 일부 내용들에 대한 것은 생략된다.
도 5를 참조하면, 이온 빔 치료 장치는 레이저(150), 광학 부재(320, 330)를 내장한 진공 챔버(vacuum chamber, 300), 이온 발생용 타깃(C) 및 거품 발생 부재(A)를 포함한다.
진공 챔버(300)는 레이저 빔(155)이 입력되는 입력창(310), 레이저 빔(155)을 집약하기 위한 광학 부재(320, 330) 및 이온 발생용 타깃(C)의 거품(130b)의 표면(140)으로 집약된 레이저 빔(155)을 입사시키기 위한 출력창(340)을 포함할 수 있다.
광학 부재(320, 330)는 입력된 레이저 빔(155)을 반사시키는 평면 반사경(plane mirror, 320) 및 반사된 레이저 빔(155)을 반사시키는 동시에 집약하기 위한 비축 반사경(off-axis mirror, 330)을 포함할 수 있다. 바람직하게는, 비축 반사경(330)은 비축 포물면 반사경일 수 있다.
즉, 레이저(150)로부터 발생한 레이저 빔(155)은 입력창(310)을 통해 진공 챔버(300) 내로 도입되고, 평면 반사경(320)에 의해 반사되고, 비축 반사경(330)에 의해 반사되고, 그리고 출력창(340)을 통해 이온 발생용 타깃(C)의 거품(130b)의 표면(140)에 집약된다. 이에 따라, 이온 발생용 타깃(C)의 거품(130b)으로부터 발생하는 이온(170)은 수십~수백 MeV의 고에너지를 갖는 양성자 또는 탄소 이온일 수 있다.
진공 챔버(300)를 이용하는 이유는 레이저 빔(155)이 대기 중에서 진행할 경우에 발생할 수 있는 세기의 감소를 최소화하기 위한 것일 수 있다.
상기한 본 발명의 실시예들에 따른 이온 발생용 타깃은 거품 형태의 초박막을 가짐으로써, 고에너지의 양성자 또는 탄소 이온을 생성할 수 있다. 이에 따라, 초박막을 제조하기 위한 반도체 가공 공정 등과 같은 높은 공정 기술을 필요로 하지 않고, 그리고 그에 수반되는 높은 비용을 소요하지 않는 초박막의 이온 발생용 타깃이 제공될 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예들에 따른 이온 빔 치료 장치는 거품 형태의 초박막을 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.
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.
100 : 투명 기판
110 : 공기 발생 장치
120 : 공기 전달용 도관
130a : 이온 발생용 물질
130b : 거품
140 : 거품의 표면
150 : 레이저
155 : 레이저 빔
160 : 광학 부재
170 : 양성자
180 : 종양 부위
200 : 고리형 거품 지지대
210 : 바람 발생 장치
220 : 바람
300 : 진공 챔버
310 : 입력창
320 : 평면 반사경
330 : 비축 반사경
340 : 출력창

Claims (20)

  1. 입사된 레이저 빔에 의해 이온을 발생시키되, 반구 형태의 거품을 형성할 수 있는 이온 발생용 물질; 및
    상기 반구 형태의 거품을 지지하는 지지부를 포함하는 이온 발생용 타깃.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 이온은 양성자 또는 탄소 이온인 이온 발생용 타깃.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 이온은 양성자이고, 상기 이온 발생용 물질은 물인 이온 발생용 타깃.
  4. 제 2항에 있어서,
    상기 이온은 탄소 이온이고, 상기 이온 발생용 물질은 탄소 성분을 포함하는 기름인 이온 발생용 타깃.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 지지부는 투명 기판 또는 고리형 거품 지지대인 이온 발생용 타깃.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 거품의 막의 두께는 상기 이온 발생용 물질의 점도에 의해 조절되는 이온 발생용 타깃.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 이온 발생용 물질은 그래핀 분말 또는 흑연 분말을 더 포함하는 이온 발생용 타깃.
  8. 제 1항의 이온 발생용 타깃;
    상기 지지부 상에 상기 이온 발생용 물질을 상기 반구 형태의 거품으로 형성하기 위한 거품 발생 부재; 및
    상기 이온 발생용 물질로부터 이온을 발생시켜 환자의 종양 부위로 투사하기 위해, 상기 거품의 표면으로 레이저 빔을 입사시키기 위한 레이저를 포함하는 이온 빔 치료 장치.
  9. 제 8항에 있어서,
    상기 지지부는 투명 기판 또는 고리형 거품 지지대인 이온 빔 치료 장치.
  10. 제 9항에 있어서,
    상기 지지부는 투명 기판이고, 상기 거품 발생 부재는:
    공기 발생 장치; 및
    상기 공기 발생 장치로부터 발생한 공기를 상기 투명 기판과 상기 이온 발생용 물질 사이로 제공하여 상기 거품을 형성하는 공기 전달용 도관을 포함하는 이온 빔 치료 장치.
  11. 제 10항에 있어서,
    상기 거품의 크기 및 상기 거품의 막의 두께는 상기 공기의 압력에 의해 조절되는 이온 빔 치료 장치.
  12. 제 9항에 있어서,
    상기 지지부는 고리형 거품 지지대이고, 상기 거품 발생 부재는 상기 고리형 거품 지지대의 고리 부분으로 바람을 보내는 바람 발생 장치인 이온 빔 치료 장치.
  13. 제 12항에 있어서,
    상기 거품의 크기 및 상기 거품의 막의 두께는 상기 바람의 속도에 의해 조절되는 이온 빔 치료 장치.
  14. 제 8항에 있어서,
    상기 레이저 빔은 상기 거품의 중앙 표면에 비스듬하게 입사되는 이온 빔 치료 장치.
  15. 제 8항에 있어서,
    상기 레이저 빔은 상기 거품의 외측 표면 또는 내측 표면으로 입사되는 이온 빔 치료 장치.
  16. 제 8항에 있어서,
    상기 레이저 빔은 펨토 초 레이저 빔인 이온 빔 치료 장치.
  17. 제 8항에 있어서,
    상기 거품의 상기 표면으로 상기 레이저 빔을 집약하기 위한 광학 부재를 더 포함하는 이온 빔 치료 장치.
  18. 제 8항에 있어서,
    상기 거품의 상기 표면으로 상기 레이저 빔을 집약하기 위한 광학 부재를 내장하는 진공 챔버를 더 포함하는 이온 빔 치료 장치.
  19. 제 18항에 있어서,
    상기 진공 챔버는:
    상기 레이저 빔이 입력되는 입력창;
    상기 레이저 빔을 집약하기 위한 상기 광학 부재; 및
    상기 거품의 상기 표면으로 상기 집약된 레이저 빔을 입사시키기 위한 출력창을 포함하는 이온 빔 치료 장치.
  20. 제 19항에 있어서,
    상기 광학 부재는:
    상기 입력된 레이저 빔을 반사시키는 평면 반사경; 및
    상기 반사된 레이저 빔을 반사시키는 동시에 집약하기 위한 비축 반사경을 포함하는 이온 빔 치료 장치.
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