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보고서 상세정보

전계방출원을 이용한 암 치료용 초소형 X-선 의료기기 개발
Development of super miniature X-ray medical device for cancer therapy using field emitter

  • 과제명

    전계방출원을 이용한 암 치료용 초소형 X-선 의료기기 개발

  • 주관연구기관

    한국과학기술원
    Korea Advanced Institute of Science and Technology

  • 보고서유형

    1단계보고서

  • 발행국가

    대한민국

  • 언어

    한국어

  • 발행년월

    2010-07

  • 과제시작년도

    2009

  • 주관부처

    교육과학기술부

  • 사업 관리 기관

    한국연구재단
    National Research Foundation of Korea

  • 등록번호

    TRKO201000017775

  • 과제고유번호

    1345108881

  • 키워드

    초소형 X-선 튜브,전계방출원,근접치료,선량평가시스템,투과형 X-선 타겟Miniature X-ray tube,Field emitter,Brachytherapy,Dose evaluation system,Transmission X-ray target

  • DB 구축일자

    2013-04-18

  • 초록 


    Super-miniature X-ray tube is a future radiation source for brachytherapy that is x-ray generated tube will be inserted in the hu...

    Super-miniature X-ray tube is a future radiation source for brachytherapy that is x-ray generated tube will be inserted in the human body. Although radioactive isotopes are also used for brachytherapy, but it has various disadvantages like (1) Radiation always generated spontaneously without our control and it is harmful for human bodies. So these radiations will produce hazardous effect in human bodies on exposure. (2) Complex process is needed such as regular supply of radiation, source due to short life time, storage and maintenance of isotope, and radioactive waste processing. (3) It is difficult to control radiation energy and intensity, so it is impossible to focus radiation only on the cancer area.
    ○ The method to over come these problems is using a super-miniature x-ray tube, which has a very small size and can be inserted in human bodies easily. Compared to radioactive substance, x-ray tube generates x-rays only when voltage is applied. So it is easy to control x-ray energy an intensity, that is why it is very effective treatment for cancer and in addition it does not need maintenance like radioactive substance.
    ○ Now a days x-ray tube uses thermal emission type of electron beam source using filament which has a serious exothermic problems such as normal cell damage, difficulty in fabrication of super-miniature x-ray tube because it will need cooling device. In addition, electron beam current density is low, so x-ray emission is limited.
    ○ In case we fabricate x-ray tube of field emission source using nano-particles, it is possible to fabricate small and high x-ray emission x-ray tube, and to develop super miniature x-ray tube for brachytherapy because we can reduce the exothermic problems.
    ○ If we develop new super-miniature x-ray tube, technique for cancer treatment will become advanced. So it will contribute a lot to the national welfare, has a ripple effect on value added, and development of related industries in case cancer treatment, medical image devices, miniature non-destructive inspection devices, x-ray lithography, fabrication of nano-device, and miniature analytical device are applied super-miniature x-ray device. It will also reclaim the high-tech industry and train the technical professionals by development of new technology of amalgamation of radiation, nano and medical fields.


    ○ 기존의 암 치료기술은 외과적 수술(물리적 선택성)과 화학요법(생물학적 선택성)의 두가지 방향으로 전개되어 왔다. 외과적 수술의 경우 목적부위의 암을 성공적으로 제거할 수 있지만 시술 도중에 생긴 커다란 물리적 상처와 기능성 장기...

    ○ 기존의 암 치료기술은 외과적 수술(물리적 선택성)과 화학요법(생물학적 선택성)의 두가지 방향으로 전개되어 왔다. 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. 화학요법은 암세포에만 치사적으로 작용하는 물질을 투여하여 암을 제거하는 방법이지만 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 암세포치사를 유도하는 것이다. 기존 임상결과에 의하면 외과수술에 버금가는 확실성을 가지고 있으며, 동시에 인체 침해가 최소화되고 장기의 손실이 없어 신체 기능을 보전할 수 있다는 장점이 있다. 방사선 암치료방법으로는 환자 외부에 설치된 비교적 대형의 가속기나 방사성 동위원소에서 발생된 방사선을 인체 내부로 조사시키는 외부치료법 (external radiotherapy; teletherapy)과 암 주위에 방사선 발생원을 설치하여 치료하는 근접치료법(brachytherapy)으로 구분된다. 외부치료법은 암 주위의 정상조직에도 방사선이 조사되므로, 정상세포에 대한 손상을 피할 수가 없으나, 근접치료의 경우에는 정상세포에 대한 손상을 최소화할 수 있는 이점이 있다. 또한 근접치료의 경우 상대적으로 높은 선량률을 조사할 수 있어 치료 기간이 짧다는 이점도 있다.


  • 목차(Contents) 

    1. 표지 ... 1
    2. 제출문 ... 3
    3. 보고서 요약서 ... 4
    4. 요약문 ... 5
    5. SUMMARY ... 8
    6. 목차 ... 15
    7. 제1장 연구개발과제의 개요 ... 18
    8. 제1절 연구개발의 기술ㆍ경제ㆍ사회적 중요성과 필요성 ... 18
    9. 1. 기술적 ...
    1. 표지 ... 1
    2. 제출문 ... 3
    3. 보고서 요약서 ... 4
    4. 요약문 ... 5
    5. SUMMARY ... 8
    6. 목차 ... 15
    7. 제1장 연구개발과제의 개요 ... 18
    8. 제1절 연구개발의 기술ㆍ경제ㆍ사회적 중요성과 필요성 ... 18
    9. 1. 기술적 측면 ... 18
    10. 2. 경제ㆍ산업적 측면 ... 19
    11. 3. 사회ㆍ문화적 측면 ... 20
    12. 제2장 국내외 기술개발 현황 ... 21
    13. 제1절 국내외 기술개발 현황 ... 21
    14. 1. 국외 기술 현황 ... 21
    15. 2. 국내 기술 현황 ... 22
    16. 제2절 현 기술상태의 취약성 ... 24
    17. 제3절 앞으로의 전망 ... 25
    18. 제4절 국내에서 연구개발 하는 대신 기술도입 가능성 ... 25
    19. 제3장 연구개발수행 내용 및 결과 ... 26
    20. 제1절 초소현 X-선원 제원 및 설계 변수 도출 ... 26
    21. 1. 암환자 치료에 목적한 초소형 X선관의 기본 설계변수 도출 ... 26
    22. 2. 근접방사선 치료용 초소형 X선 장비의 기본 설계변수 ... 29
    23. 제2절 초소형 X-선원의 설계 ... 30
    24. 1. 전자근접방사선치료 X-선 기기의 구조와 제원 ... 30
    25. 2. 초소현 X-선원 개념설계 ... 31
    26. 가. 초소형 X-선원의 중요 설계요인 설정 ... 31
    27. 나. 초소형 X-선원의 핵심부품 설계 ... 32
    28. 다. 개념 설계로부터 도출된 초소형 X-선관의 기본 설계도면 ... 33
    29. 3. 초소형 X-선원 내의 전자광학계산 ... 34
    30. 가. 설계된 초소형 X-선 튜브 내 게이트 전극의 형태에 따른 전자빔 수송 변화 ... 34
    31. 나. 설계된 초소형 X-선 튜브 내 양극 전극의 형태에 따른 전자빔 수송 변화 ... 34
    32. 4. 컴퓨터 시뮬레이션을 위한 초소형 X선 장비의 모델링 ... 36
    33. 제3절 전계방출형 고전휴 음극 개발 ... 37
    34. 1. CNT 프린팅기법을 이용한 전계방출형 음극 제작 ... 37
    35. 가. 금속 나노 분말을 이용한 고접착성 CNT 음극 용액 ... 37
    36. 나. 텅스텐 팁을 이용한 소형 전자빔 음극 제작 ... 37
    37. 다. CNT 용액 혼합 비율 조절 ... 39
    38. 2. 티타늄 다이옥사이드(TiO2)를 이용한 전계방출원 개발 ... 40
    39. 제4절 초소형 X-선원용 전자빔원개발 ... 42
    40. 1. 전계인가를 이용한 전자빔 인출 장치 제작 ... 42
    41. 2. 제작된 전계방출형 전자빔원의 특성조사 ... 43
    42. 3. 초소형 X-선원 핵심 부품 테스트 장비 구축 ... 43
    43. 4. 전자빔 인출을 통한 전자총의 최적화 구조 도출 ... 45
    44. 가. 이극관형 초소형 X-선원 ... 45
    45. 나. 삼극관형 초소형 X-선원 ... 47
    46. 제5절 소형 X-선 튜브 타겟구조 최적화 및 타겟 개발 ... 48
    47. 1. X-선 발생량 계산으로부터 타겟 구조 최적화 ... 48
    48. 가. X-선 타겟구조 계산모델 ... 48
    49. 나. 전자빔 에너지에 따른 X-선 타겟 두께 최적화 ... 48
    50. 다. X-선 타겟의 열변형에 의한 초소형 X-선관 한계 출력 ... 49
    51. 라. 초소형 X-선 타겟의 온도분포 계산 ... 50
    52. 2. 다양한 타켓 모양에 따른 X-선 발생량 분표 ... 51
    53. 제6절 소형 X-선 타겟의 X-선 발생 특성 및 흡수선략 전산모사 ... 52
    54. 1. X-선 스펙트럼 전산모사 ... 52
    55. 2. X-선 발생선량 전산모사 ... 53
    56. 가. X-선 흡수선량 계산모델 ... 52
    57. 나. X-선 발생선량 계산결과 ... 52
    58. 다. 전자빔 출력별 X-선 흡수선량 계산 ... 55
    59. 제7절 초소형 X-선원 부품 조립 및 X-선 발생실험 ... 56
    60. 1. 소형 X-선 타겟 설계 및 제작 ... 56
    61. 2.조립된 초소형 X-선원의 형상 ... 57
    62. 3. 초소형 X-선원 부품을 이용한 X-선 발생실험 ... 57
    63. 가. 초소형 X-선 부품 테스트 ... 57
    64. 나. 발생 X-선 스펙트럼 측정 ... 58
    65. 다. X-선 흡수선량 측정 ... 58
    66. 제8절 흡수선량 분포 계산 및 측정 ... 60
    67. 1. 물에서의 흡수선량 분포계산 ... 60
    68. 가. 근접치료 장치의 커미셔닝 ... 60
    69. 나. 선량분포 계산 및 측정 ... 62
    70. 2. 자기공명 영상에 기반한 근접 치료법에 관한 연구 ... 65
    71. 제4장 목표달성도 및 관련분야에의 기여도 ... 67
    72. 제1절 연구개발 목표 및 목표달성도 ... 67
    73. 1. 최종목표 ... 67
    74. 2. 단계별 목표 및 달성 ... 67
    75. 3. 상세 연구 추진내용 ... 68
    76. 가. 1차년도 ... 68
    77. 나. 2차년도 ... 68
    78. 제2절 관련분야에의 기여도 ... 69
    79. 1. 기술적인 평가: 적용의 난이성, 기술수준 등 ... 69
    80. 2. 경제적인 평가: 제조원가, 투자규모 등 ... 69
    81. 3. 산업기술에 미치는 파급효과 분석 ... 69
    82. 제5장 연구개발 결과의 활용계획 ... 70
    83. 제1절 기술적 측면 ... 70
    84. 제2절 경제.산업적 측면 ... 70
    85. 제6장 연구개발과정에서 수집한 해외과학기술정보 ... 71
    86. 제1절 유사 연구사례에 대한 조사현황 ... 71
    87. 1. 외국의 경우 ... 71
    88. 2. 국내의 경우 ... 71
    89. 3. 조사한 연구개발사례에 대한 자체분석 및 평가결과 ... 71
    90. 제2절 국내ㆍ외 세부기술 수준 비교표 ... 72
    91. 제3절 세계 시장 시장규모 및 성격 ... 72
    92. 제7장 참고문헌 ... 73
    93. 끝페이지 ... 76
  • 참고문헌

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