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KR20010022265A - 냉음극을 갖는 소형 엑스선 장치 - Google Patents

냉음극을 갖는 소형 엑스선 장치 Download PDF

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Publication number
KR20010022265A
KR20010022265A KR1020007000838A KR20007000838A KR20010022265A KR 20010022265 A KR20010022265 A KR 20010022265A KR 1020007000838 A KR1020007000838 A KR 1020007000838A KR 20007000838 A KR20007000838 A KR 20007000838A KR 20010022265 A KR20010022265 A KR 20010022265A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
cathode
rays
granular
getter
electric field
Prior art date
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Withdrawn
Application number
KR1020007000838A
Other languages
English (en)
Inventor
마이클알 포맨
빅터아이 코넨키
데일엘 쉬라이너
Original Assignee
리차드 엘 클라인
메드트로닉 에이브이이 인코포레이티드
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 리차드 엘 클라인, 메드트로닉 에이브이이 인코포레이티드 filed Critical 리차드 엘 클라인
Publication of KR20010022265A publication Critical patent/KR20010022265A/ko
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • A61N—ELECTROTHERAPY; MAGNETOTHERAPY; RADIATION THERAPY; ULTRASOUND THERAPY
    • A61N5/00—Radiation therapy
    • A61N5/10—X-ray therapy; Gamma-ray therapy; Particle-irradiation therapy
    • A61N5/1001—X-ray therapy; Gamma-ray therapy; Particle-irradiation therapy using radiation sources introduced into or applied onto the body; brachytherapy
    • H—ELECTRICITY
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Abstract

본 발명은 인체에 삽입하여 X-선을 조사하는 장치 및 그의 제조 방법을 제공한다. 본 발명에 따른 장치는 코넥터, 진공 하우징, 양극 및 음극을 포함하고, 음극은 과립형 표면을 갖고 게터로서 작용하는 재료로 이루어져 있으며, 또한 일 실시예로서 다이아몬드 재료를 포함할 수 있다.

Description

냉음극을 갖는 소형 엑스선 장치{MINIATURE X-RAY DEVICE HAVING COLD CATHODE}
의학에서, 의사와 과학자들은 환자를 덜 손상시키고 치료하는 방법을 알아내려고 끊임없이 노력하고 있다. 인체를 덜 손상시키는 치료법을 이용함으로써 의사들은 환자의 시스템에 대한 스트레스를 크게 줄일 수 있다. 예를 들면, 복강경 기술에 의해 의사는 인체의 내부를 검사하고 피부의 작은 구멍을 통해 수술을 할 수 있다. 인체를 덜 손상시키는 의료 기술은 심혈관 질환, 식도역류 질환, 및 인체의 혈관, 공동 및 관강의 기타 질환을 치료할 때 매우 유리하다. 심혈관 질환은 수백만의 사람들에게 걸리며 종종 심장마비와 죽음을 가져온다. 수많은 심혈관 질환중 일반적인 것은 협착증이나 또는 동맥이나 정맥 벽이 두꺼워져서 혈관을 통한 혈류가 감소하는 것이다. 우회 수술(bypass surgery)에 의하지 않고 막힌 동맥을 다시 뚫기 위한 혈관 성형법이 개발되었다. 그러나, 대부분의 경우에 동맥은 혈관성형 치료 후에 다시 폐색된다. 이와 같이 혈관이 다시 두꺼워지는 증상이 재발협착증이다. 재발협착증은 종종 제2의 혈관 성형과 결국에는 우회 수술을 요한다. 우회 수술은 환자에게 매우 스트레스를 주며, 가슴을 다시 열어야 하고, 감염, 마취 및 심부전의 위험을 가져온다.
재발협착증을 방지 또는 치료하기에 효과적인 방법은 수백만의 사람들에게 유익을 줄 수 있을 것이다. 한 가지 방법은 재발협착증을 방지 또는 최소화하기 위해 의약 치료법을 이용하는 것이다. 예를 들면, 동맥 평활근 증식 억제제 및 항응고제로서 헤파린을 사용해 왔다. 평활근 증식을 억제할 수 있는 또 다른 의약은 덱사메타손이다. 이러한 항응고제와 항증식제가 혈관 성형후 재발협착증을 방지하여 똑 같은 치료를 반복할 필요가 없게 하는 데 효과적일 수 있다.
가장 효과적으로 치료하고 관련된 위험을 줄이기 위해서 상기와 같은 의약을 치료할 부위에 직접 투여하는 것이 바람직하다. 치료시의 손상을 최소화하기 위해서 인간 심혈관이나 순환계를 관통하는 데 이용되는 의약 투여 장치가 사용되어야 한다. 이러한 장치는 약 2∼4mm의 직경을 갖는 작은 혈관에 들어갈 수 있어야 한다. 이러한 장치는 고통스러운 경로를 따라 다닐 때 헤어핀을 회전시킬 수 있어야 한다.
그러므로, 수많은 형태의 카데터(catheter)가 이들 및 기타 유효한 의약을 재발협착증의 부위에 운반하는 데 개발되었다. 의약의 국소 투여에 대한 주요 문제는 혈류가 의약을 즉시 씻어버려 투여된 의약의 소량만이 혈관 벽에 흡수된다는 것이다. 이러한 문제를 해결하기 위해서 카데터는 종종 조직이나 플라크(plaque)에 의약을 운반하기 위해서 압력을 이용하지만 관강 벽을 손상시킨다. 압력을 이용하지 않는 운반 기술은 의약의 충분한 흡수를 위해 혈류로부터 그 부위를 분리하도록 폐색 풍선을 이용한다. 그러나, 동맥의 혈류는 의약이 투여되는 동안 제한된 기간동안 폐색될 수 있다. 이러한 문제들 때문에, 의약의 국소 투여는 재발협착증을 치료하는 데 충분한 흡수를 가져오지 못한다.
시도되고 있는 또 다른 재발협착증 치료법으로는 재발협착증 부위의 혈관에 방사성 동위원소를 투여함으로써 혈관 벽의 베타-조사법이 있다. 그러나, 방사선의 침투 깊이는 이 방법으로 조절할 수가 없다. 방사선의 침투 깊이는 사용된 방사성-동위원소의 형태에 의해 결정된다. 방사선 공급원이 치료 부위에 도달할 때 인체의 다른 건강한 부분도 조사하게 된다. 또 다른 단점은 의료 기술자가 방사성 물질을 취급할 때 매우 주의를 기울여야한다는 것이다.
인체를 덜 손상시키는 기술은 식도에 적용될 때 매우 유리하다. 수천만의 미국인들은 위식도 역류 질환(GERD)을 앓고 있다. GERD는 위와 십이지장 내의 내용물을 식도로 역류시키는 특징이 있다. 이들 상태는 식도와 위 사이의 경계에 있는 밸브가 정상적으로 작동하지 않을 때 일어난다. 이러한 현상이 자주 발생하는 경우를 만성 GERD 혹은 역류 식도염이라 한다. 이러한 상태의 증상들은 소화불량, 식사후 식도 불쾌증, 가슴 화끈거림, 상복부 통증, 신트림 및 토출로 나타난다.
의학 연구 결과, 위장 내의 산성 내용물은 역류하는 동안 식도의 상피 또는 라이닝의 해부학적 비정상을 야기한다. 식도 상피의 세포 형태는 판상 혹은 원형 세포로부터 원통형이나 장방형 세포 형태로 변한다. 이러한 상피의 손상을 바렛 식도(Barrett's esophagus)라고 부른다.
바렛 식도는 위식도 계통에 대한 암의 전 상태(precursor)이다. 바렛-관련 악성 종양으로 인해 연간 약 10,000 명이 희생된다. 역류 질병으로부터 바렛 식도로 발전하는 비율이 높다. 실제로 내시경 검사를 받은 역류 증상의 환자 90%가 상피에 있어 해부학적 비정상을 나타냈다.
바렛 식도에서 암이 진단되면 보통 식도의 질환 부분을 제거한다. 그러나, 바렛 질환의 효과적인 치료는 암으로의 진전을 방지하므로 고통스럽고 과도한 치료의 필요성을 줄이는 것이다. 바렛 식도의 효과적인 치료는 수많은 사람들의 생명을 구할 수 있을 것이다. 초음파 및 아르곤 이온 플라즈마 치료법도 바렛 식도를 치료하는 데 제안되었지만, 이들 치료법은 초기 실험 단계에 있고 효과적인 것으로 입증되지도 않았다. 광역학 치료가 또한 가능한 것으로 믿어진다.
인체의 내부에 접근할 수 있는 소형의 효과적인 의료 장치로 기타 많은 질환을 치료할 수 있을 것이다. 예를 들면, 위장 계통의 한 질환은 유문부 협착증이다. 유문부 협착증은 위의 유문이나 말단에서 발생한다. 유문은 원형근의 강한 밴드로 둘러싸였는데, 이 원형근을 통해 위의 내용물은 십이지장으로 내려간다.
유문부 협착은 확장에 의해 유문 경로를 열 수 있다. 그러나, 유문은 종종 확장으로 인해 종종 두꺼워진다. 유문부 협착증을 치료하기 위해 확장 요법을 반복할 수 있지만, 장기간 해결할 수 있는 것으로 입증되지는 않았다. 유문의 이러한 재발적으로 두꺼워지는 현상을 방지하기 위한 치료법이 필요하다.
그러므로, 인체를 최소로 손상시키면서 인체의 내부를 치료하는 데 효과적인 방법과 소형 장치가 필요하다. 관강의 협착증 및 재발협착증, GERD 및 유문 협착증을 치료하기 위해 인체를 덜 손상시키기 위한 효과적인 기술이 특히 필요하다.
본 발명은 냉음극을 갖는 소형 X-선 장치 및 그의 제조방법, 특히 혈관, 관강(lumen), 심혈관 조직과 같은 인체의 공동(cavity)에 조사하여 재발협착증 및 기타 증상을 치료하기 위한 냉음극을 갖는 소형 X-선 장치 및 그의 제조방법에 관한 것이다.
도1은 본 발명의 X-선 방출기(emitter)에 대한 일 실시예를 나타낸 횡단면도,
도2는 본 발명의 X-선 장치의 엔드캡과 음극의 일 실시예를 나타낸 측면도,
도3은 본 발명의 X-선 장치의 일 실시예의 음극에 대한 횡단면도,
도4는 본 발명의 X-선 장치의 또 다른 실시예에서 사용된 음극의 횡단면도,
도5는 본 발명의 X-선 장치의 또 다른 실시예에 따른 음극의 횡단면도,
도6은 본 발명의 X-선 장치의 또 다른 실시예에 따른 음극의 횡단면도,
도7은 본 발명의 X-선 장치의 추가적인 실시예에 따른 음극의 횡단면도,
도8은 본 발명의 X-선 장치의 또 다른 실시예에 따른 음극의 횡단면도,
본 발명은 도면을 참고로 실시예를 구체적으로 나타냈지만 여러 가지로 변형될 수 있다. 그러나, 본 발명은 실시예에 한정되는 것이 아니고 청구범위에 한정된 본 발명의 범위를 벗어나지 않는 한 위 변형은 본 발명의 범주 내에 속한다.
본 발명은 인체 내의 경로(passage), 관강, 혈관, 공동 또는 내부를 X-선으로 조사하는 여러 장치 및 그의 제조방법에 적용될 수 있다. 본 발명은 인체 내부에 X-선을 국소적으로 조사시키는 것이 효과적이라고 판단되는 경우에 심혈관, 위식도 및 위장 계통의 재발협착증 및 협착증을 치료하는 데 특히 유리하다. 본 발명이 제한적인 것은 아니며, 상기와 같은 환경에서 응용 실시를 검토하여 여러 가지로 실시할 수 있다.
인체의 수많은 질병 상태는 관강 또는 경로가 비정상적으로 두꺼워지는 현상을 포함한다. 본 발명자들은 본 발명의 X-선 장치가 이들 형태의 질병을 치료하는 데 매우 유력한 방법을 제공한다는 사실을 알아냈다. X-선 장치는 경로나 관강의 표면상에 있는 세포의 제1층을 침투하는 이온화 방사선을 형성한다. 이 방사선은 세포소멸이나 프로그램된 세포의 죽음을 초래한다.
세포소멸증은 또 다른 형태의 세포죽음이나 괴사와는 다르다. 세포소멸증에 있어서, 세포 유전자 구조가 파괴되므로 세포가 복제할 수 없으며, 어떤 세포에서는 세포의 내용이 인접 세포에 의해 이용(utilized)되는 유발된 세포 죽음을 가져온다. 그러므로, 세포소멸증에 의한 세포죽음은 괴사와는 달리 염증과 이 염증의 생화학적 결과를 감소시키고, 이는 다시 표면 세포를 두껍게 하고 손상시킨다.
혈관성형이나 기타 혈관 확장이 일어난 혈관 부위에 X-선을 조사시켰더니 재발협착증의 발생을 감소시키는 것으로 밝혀졌다. 관상(coronary) 분야에서, X-선은 혈관의 외막 조직 약 2mm 깊이까지 침투시키는 것이 바람직하다. 심근 조직으로의 X-선 침투는 최소화시켜야 한다. 또한, 관상 분야에서 약 8∼10킬로일렉트론 볼트(keV)의 피크 에너지를 갖는 X-선을 조사시키는 것이 바람직하다.
본 발명의 요지는, 상피의 비정상 세포에 세포소멸증을 유발함으로써 바렛 식도를 치료하는 데 식도에 위치시킬 수 있는 X-선 장치를 사용하는 것이다. 그러므로, 본 발명에 따른 X-선 장치는 이러한 상태가 암으로 발전하는 것을 줄이기 위해 사용될 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 X-선 장치는 유문부협착을 확장한 후 유문의 두꺼워짐을 방지하는 데 사용될 수 있다.
인체의 내부를 치료할 때, 가능한 한 소형 장치를 사용하는 것이 바람직하다. 예를 들면, 심장 계통의 혈관을 관통할 때 매우 작은 장치가 필요하다. 장치가 작을수록 치료 부위에 더욱 쉽게 도달될 수 있을 것이다. 혈류를 가능한 한 크게 하기 위해서 혈관의 폐색을 최소화하는 것이 중요하다.
도1은 X-선 방출기(10)의 음극(12)이 게터(getter)를 포함하는 제1실시예의 X-선 방출기를 나타낸다.
도1의 X-선 방출기는 음극(12), 양극(14), 하우징 쉘(18) 및 엔드캡(16)을 포함한다. 양극(14), 엔드캡(16) 및 쉘(18)은 진공 스페이스(24)를 갖도록 진공실을 형성한다. X-선을 발생하기 위해서, 음극과 양극에 걸쳐 전기장이 인가되어 음극으로부터 전자를 방출하고 이들 전자는 양극 쪽으로 더 가속적으로 증가된다. 양극(14)은 고속 전자가 양극(14)에 입사될 때 X-선을 방출하는 중금속으로 이루어져 있다. X-선은 양극(14)으로부터 방출되어 X-선 투과성인 쉘(18)을 관통한다. 양극과 음극은 특수 분야의 요건에 따라 간격을 달리하여 분리된다. 수많은 관상 이용 분야에서 간격은 0.20∼1.5mm이다.
X-선 방출기(10)에는 코넥터(도1에 도시되지 않음)에 의해 고압을 인가할 수 있다. X-선 방출기(10)는 치료 과정에서 인체 내에 놓이는 말단부에서 코넥터에 연결될 수 있다. 코넥터의 근위 단부는 인체로부터 출현하여 전압 발생기에 연결할 수 있다.
쉘(18) 내에는 진공 상태를 유지하는 것이 바람직하다. 진공을 형성하기 위해서, 종종 부품을 진공실 내에 조립하여 통상의 방법으로 펌핑해 낸다. 또한, 하우징 내에 게터를 설치할 수 있다. 진공 내에서 스트레이(stray) 가스 분자와 반응하는 활성화 온도를 갖는다. 게터는 스트레이 가스 분자를 없애서 쉘 내의 진공 상태를 높여준다.
본 발명에 따라서, 게터는 전위차가 인가될 때 전자 방출기를 작동할 수 있다. 그러므로, 게터는 음극으로서 사용될 수 있다. 이와 같이 부품을 조합함으로써 매우 간단한 소형 X-선 장치를 실현할 수 있다.
인체 내에서 약 8∼10keV의 X-선을 발생시키기 위해서는 양극과 음극 사이의 방전을 방지하도록 음극 표면에서의 전기장 크기를 충분히 낮게 유지하는 것이 중요하다. 양극과 음극으로부터 하우징 쉘(18)의 타측에 도전층(19)을 접지시킨다. 쉘의 내면을 따라 음극 표면으로부터 양극으로 일어나는 전기 방전을 전기 섬락(flashover)이라 부른다. X-선 방출기의 작동을 유지하기 위해서 전기 섬락을 방지해야 한다. 본 발명에 따라서, 음극 표면의 더 약한 전기장이 냉전자 방출을 위해 요구되므로 전기 섬락의 위험이 줄어든다.
섬락에 대한 위험 때문에, 하우징용 재료를 선정할 때 유전 강도를 고려해야 한다. 유전 강도는 파괴 직전까지 재료가 견딜 수 있는 최대 전기장이다. 그러나, 더 낮은 전기장 강도에서 표면 방전이 일어날 수 있다. 표면 기하, 재료 오염, 재료 이력 및 진공 상태와 같은 수많은 요소들이 섬락 전압에 영향을 미칠 수 있다.
섬락의 발생을 없애기 위해서 전기 출력을 감지하는 안전 스위치 메카니즘을 가질 수 있다. 섬락이 발생하면, 케이블에 남아있는 모든 정전 에너지는 인체 외부에 있는 고전압 발생원의 레지스터(resistor)로 즉시 전달될 수 있다.
음극에서 요구되는 전기장을 얼마나 낮추느냐에 따라 제조 비용이 적게 든다. 음극 표면상의 불규칙성이 적으면 인가 전압에 대한 전기장의 크기를 증가시키므로 전기 섬락의 기회를 증가시킨다. 음극에서 요구되는 전기장이 약하면 약할수록, 섬락의 위험 없이 음극 표면상에서의 결함을 견디어낼 수 있다.
본 발명에 따라서, 과립형 금속 재료로 된 음극은 X-선 조사에 적당한 전기장에서 전자를 방출시키기 위해 다이아몬드 같은 부가적인 코팅을 요하지 않을 수 있다. 음극의 과립형 표면은 적당한 전기장에서 전자의 효과적인 전기장 방출을 일으킬 수 있는 다수의 과립형 게터 재료로 이루어진다. 과립형 게터 재료를 이용할 경우, 전기장 방출 전류밀도는 10∼50V/미크론의 전기장 음극에서 약 0.5∼5mA/mm2이다. 이러한 방출 전류의 수준은 X-선 발생에 적합한 전기장의 다이아몬드-코팅 음극에서의 수준과 비슷하다. 그러나, 음극으로서 과립형 게터 재료를 이용한 장치는 그 제조 공정이 훨씬 덜 복잡하다. 미세 돌기를 갖는 음극은 직경 0.5∼50μm의 과립형 게터 재료나 게터 분말을 열확산 결합함으로써 형성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라서, X-선은 본 발명의 음극을 형성하기 전에 과립 게터 재료와 다이아몬드 분말을 혼합함으로써 요구되는 전기장을 낮게 유지할 때 발생된다. 다이아몬드 재료는 전기장이 인가됨에 따라 전자를 쉽게 잃는 전기장 방출기로서 귀중한 특성을 나타낸다. 다이아몬드 분말이 음극에 포함되는 경우에, 10∼50V/미크론의 전기장은 1∼10mA/mm2의 전류 밀도를 발생한다.
다이아몬드 재료는 수많은 공급원으로부터 시중에서 구입할 수 있다. 천연 다이아몬드를 이용할 수 있을지라도 대부분의 분말 다이아몬드 재료는 CVD법으로부터 얻어진다.
본 발명의 X-선 방출기를 작동시키면 열이 발생한다. 그러므로, 열팽창계수(CTE)는 X-선 방출기를 제조할 때 사용되는 모든 재료에서 비슷해야 한다는 것이 중요하다. 일관성 없는 CTE를 갖는 재료가 사용되면 X-선 방출기의 진공실의 일관성이 위협받게 될 수 있다. 본 발명의 일 실시예에서, 엔드캡(16)은 CTE 4.9x10-6℃-1을 갖는 몰리브덴으로 이루어진다. X-선 방출기의 쉘(18)은 CTE 3.8x10-6℃-1을 갖는 등방성 질화붕소로 이루어질 수 있다. 양극의 CTE는 동축케이블과 가장 가까운 쉘(18)의 단부를 밀봉하기 때문에 중요하다. 양극은 CTE 4.6x10-6℃-1을 갖는 텅스텐으로 이루어질 수 있다.
또한, 본 발명의 X-선 방출기가 혈관에 사용되는 경우, 방출기를 지나는 혈류는 발생된 열을 발산시키기에 충분하다. 장치가 식도나 기타 공동에 사용되는 경우, 유체가 방출기를 둘러싼 풍선을 통해 순환하여 인체의 손상을 방지할 수 있다.
도2는 X-선 방출기의 엔드캡에 대한 측면도이다. 일 실시예에서, X-선 방출기의 소자들은 진공 브레이징(brazing)을 이용하여 결합될 수 있다. 브레이징 합금(22)은 음극을 엔드캡에 연결한다. 또한 도1에 나타낸 바와 같이 브레이징 합금은 양극을 쉘에 결하비킬 수 있다. 진공 브레이징 기술은 진공실(24)의 일관성을유지하는 데 중요하다. 본 발명의 X-선 방출기에 사용된 진공 브레이징은 이를테면 미네소타 미니애폴리스의 코랄랩(Koral Labs)에 의해 제공될 수 있다. 바람직한 브레이징 합금의 두가지 예로는 AuSn과 AuGe가 있다.
게터 음극(12)은 수많은 형태의 게터 재료로 이루어질 수 있다. 게터는 지르코늄, 알루미늄, 바나듐, 철 및/또는 티탄을 포함할 수 있다. 일 예로서 게터 재료는 바나듐, 철 및 지르코늄을 포함하는 합금으로 이루어질 수 있다. 게터 음극의 한 성공적인 선택은 SAES 사제로서 ST707이라 불리는 재료이다. 게터 합금 ST707은 열확산 결합법으로 제조되며 바나듐 24.6%, 철5.4% 및 지르코늄70%로 이루어져 있다.
게터는 도전성이 충분하고 전자를 방출할 수 있어 낮은 전기장, 이를테면 10V/미크론∼60V/미크론에서 유효한 음극으로서 작용할 수 있을 것이다. 게터가 활성화되기 전에, 정상 상태에서 대기로부터 게터 재료를 차단하는 산화층으로 게터를 덮을 수 있다. 게터가 진공에서 활성화 온도까지 가열될 때, 산화층은 게터의 내부까지 확산되어 활성 게터 표면을 나타내고 이는 대부분의 가스 분자와 반응 및 결합한다. 진공 상태에서, 활성 게터 표면은 대부분의 스트레이 가스 분자와 반응하고 그 분자들을 게터에 결합함으로써 진공 상태를 증가시킨다. SAES ST707 합금 게터는 400∼500℃의 활성화 온도를 갖는다.
음극의 형상은 음극의 전자 방출 특성에 영향을 미친다. 도3은 도1 및 2에 나타낸 음극의 횡단면도이다. 이 음극은 한 단부에 반구 형태를 갖는 원통형이다. 직경 D는 0.75mm이다. 음극 L의 길이는 1.30mm이다. 더 작은 카데터(D=0.50mm, L=1.30mm)가 도4에 나타냈다.
도5는 표준 118°드릴 포인트 팁을 갖는 음극(12)을 나타낸다. 도5에 나타낸 음극(12)에서 D는 0.75mm이고, L은 1.30mm이다.
도6은 표준 118°드릴 포인트 팁 구조를 갖는 더 작은 음극을 나타낸다. 도6에서 D는 0.50mm이고, L은 1.30mm이다.
도7은 날카로운 포인트를 갖는 음극(12)을 나타낸다. 각(Θ)은 60°이다. 도7에 나타낸 음극에서 D는 0.50mm이고, L은 1.30mm이다.
도8에 나타낸 음극은 Θ가 60°인 날카로운 포인트 구조를 갖는 음극이다. 직경D는 0.75mm이고, 길이 L은 1.30mm이다.
양극과 음극에 걸쳐 전기장을 인가하기 위해서, 동축케이블(도면에 도시하지 않음)은 코넥터로서 사용될 수 있다. 동축케이블은 인체 외부에 남아있는 근위 단부에서 고전압 발생기에 연결될 수 있다. 동축케이블의 내부 도전체는 적절한 전압으로 양극에 연결될 수 있다. 동축케이블의 외부-도전층은 접지될 수 있고 도전성 브레이징을 통해 음극 베이스에 연결될 수 있다. 양극과 음극에 걸쳐 전기장을 인가하는 데 기타 공지의 방법을 이용할 수 있다.
본 발명과 관련하여 사용된 동축케이블은 요구되는 전압을 운반하고, 인체의 내부 경로를 따라 갑작스런 전환을 하기에 충분한 가요성을 갖고, 인체의 치료 부위를 관통하기에 충분히 작은 직경을 가져야 한다. 표준 고압 동축케이블은 일반적으로 가요성이 충분하지 못하다. 그러나, 본 발명자들은 외경 약1.0∼3.0mm를 가지면서 가요성이 충분한 소형 고주파 동축케이블이 얻어질 수 있다는 사실을 알아냈다. 이들 형태의 케이블은 수킬로볼트(kV) 미만의 전압에서 고주파 이용에 통상적으로 사용된다. 본 발명과 관련하여, 본 발명자들은 이들 케이블이 파괴되지 않고 75∼100kV 정도로 높은 직류 전압을 유지할 수 있다는 사실을 알아냈다. 그러므로, 이들 케이블은 본 발명의 X-선 장치에 사용하기에 적합하다. 일 실시예에서, 3.0mm 이하의 외경을 갖는 케이블이 사용된다. 또 다른 실시예에서, 케이블은 1∼2mm의 외경을 갖는다. 이러한 케이블은 예를 들면 뉴햄프셔, 리스본의 "뉴잉글랜드 일렉트릭 와이어 코포레이숀" 사에서 제조된다.
X-선 방출기의 쉘(18)은 충분한 양의 X-선이 치료 부위에 도달하도록 X-선에 대해 사실상 투명할 수 있다. 쉘은 접지된 쉘의 외부와 고압 쉘의 내부 사이에 전기 방전 없이 X-선 방출기를 지지할 수 있는 전기 절연체로 될 수 있다. 쉘은 화학 증기 증착(CVD) 질화붕소, CVD 질화실리콘, 산화베릴륨, 산화알루미늄 또는 기타 세라믹 재료로 이루어질 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 음극의 전기장 방출 특성은 선결된 전기장 방출 파라미터에 도달하도록 음극 표면을 바꾸는 컨디셔닝(conditioning) 과장에 의해 변경될 수 있다. 고전압은 서로 다른 거리 및 전극들의 상대 위치에서 이용되어 전극들 사이에서 전기 방전을 야기시킨다. 이러한 방전은 음극 표면에서 불안정한 방사 부위를 파괴하고 전기장 방사 파라미터를 소망의 범위로 드라이브한다. 그 결과, 컨디셔닝된 음극은 더욱 일관된 성능을 발휘할 수 있다.
음극의 컨디셔닝은 "High Voltage Vacuum Insulation; Basic Concepts and Technological Practice, R.V.Latham, Editor, Academic Press, 1995"에 기재된 내용에 따라 실시될 수 있다. 예를 들면, 전류 컨디셔닝은 음극과 일련의 레지스터에 전압을 인가하는 것이다. 인가된 전압은 음극에서의 "예비 파괴" 전류가 시행 전에 안정화되도록 약간 증가된다. 컨디셔닝은 의도한 동작 전압에 도달할 때까지 통상 계속된다.
또 다른 실시예에서, "글로우-방전(glow-discharge)" 컨디셔닝은 저에너지 가스 이온의 스퍼터링 작용을 이용하여 음극 표면으로부터 오염물질을 제거하는 것을 포함한다. 진공실 내부의 압력을 높임으로써 음극과 양극 사이에 저전압 AC 글로우 방전을 일으키면서 교류 전류를 음극과 전극에 제공한다.
또 다른 예는 수 μA의 전류와 약 -10-5mbar의 압력에서 음극 근처의 간격에서 전기장을 점차적으로 증가시키는 가스 컨디셔닝이다. 방출 전류는 20분 동안 그들의 점근적(asymptoic) 한계까지 20분 동안 제거(quench)하도록 허용된다. 음극의 의도된 작동 전기장에 도달할 때까지 증가하는 전기장 수준에서 그 과정을 반복한다.
마지막 예로서, "스폿-노핑(spot-knocking)"이라 하는 스파크 컨디셔닝이 이용될 수 있다. 감소된 일련의 레지스터가 스파크시 에너지의 발산 속도를 증가시키는 데 필요로 할지라도 위 방법은 근본적으로 전류 컨디셔닝법 처럼 실시될 수 있다. 이 방법을 이용함에 있어, 간격과 관련된 외부 용량은 제한된 양의 에너지(≤10J)만이 스파크시 그 간격에서 발산되도록 최소화되어야 한다. 보다 현대화된 스파크 컨디셔닝은 초고진공 상태 하에서 나노세컨드 범위에서의 방전을 이용하는 것이다.
스파크 컨디셔닝과 전류 컨디셔닝은 본 발명의 일 실시예에서 음극을 개선시키는 데 사용될 수 있다. 전류 컨디셔닝에 관련된 전압의 느린 이용이 본 발명의 음극을 컨디셔닝하는 데 가장 바람직한 방법이 될 수 있다. 상기한 바와 같이, 전류 컨디셔닝은 음극과 양극에 걸쳐 전압 인가를 서서히 증가시키는 것이다. 본 발명의 음극에 대한 전압 인가는 약 1kV/mm에서 시작하여 약 60kV/mm까지 점차적으로증가시키다가 100 kV/mm 정도로 높인다. 본 발명의 일 실시예에서 전압 인가는 1kV/mm 씩 증가할 수 있다. 컨디셔닝 과정은 음극이 하우징에 조립되기 전에 실시될 수 있다.
전압 인가를 서서히 증가시키면 음극 상에 존재하는 미세 돌기를 용융시킨다. 가장 날카로운 전기장-방출 미세 돌기는 열에 의해 무디어진 후 전류 컨디셔닝에 의해 과대한 전자 방출이 일어날 수 있다.
인체에 삽입하여 X-선을 조사하는 데 적합한 장치를 제조하는 방법은 본 발명에 의해서 시현된다. 먼저, 성형된 과립형 게터 재료를 포함하는 음극 구조가 제공된다. 음극과 양극은 진공 하우징에 포함되고, 음극은 양극과 작동하므로 X-선을 조사시킨다. 이 제조 방법은 음극과 게터 부품이 동일한 구조 내에 존재하기 때문에 단순하다는 장점이 있다.
상기 여러 실시예는 예증 목적으로만 제공되는 것이며 본 발명을 제한하는 것은 아니다. 당업자의 기술자라면 하기 청구범위에 기재된 본 발명의 정신과 범위를 벗어나지 않고 본 발명을 여러 가지로 변경할 수 있을 것이다.
본 발명은 근위 및 말단 부분을 갖는 코넥터, 코넥터의 말단부에 결합된 진공 하우징, 진공 하우징 내에 있는 양극 및 음극을 포함하는, 인체에 삽입하여 X-선을 조사하는 데 적합한 장치를 제공한다. 음극은 과립형 표면을 갖고, 양극 및 코넥터와 함께 작동하여 X-선을 조사한다. 음극은 게터로서 작용하는 물질로 이루어져 있다. 음극은 또한 다이아몬드 재료를 포함할 수도 있다.
본 발명은 또한 과립형 게터 재료로부터 음극을 형성하는 단계, 그리고 음극을 양극, 진공 하우징 및 코넥터와 결합하여 음극이 양극 및 코넥터와 함께 작동하여 X-선을 조사하는 단계를 포함하는, 인체 내에 삽입하여 X-선을 조사하는 데 적합한 장치를 제조하는 방법을 제공한다.
본 발명은 첨부 도면을 참고로 여러 실시예를 상세히 기재함으로써 더욱 쉽게 이해할 수 있다.
본 발명에 따른 냉음극을 갖는 소형 X-선 장치 및 그의 제조방법은 혈관, 관강(lumen), 심혈관 조직과 같은 인체의 공동에 조사하여 재발협착증 및 기타 증상을 치료하는 데 유용하다.

Claims (12)

  1. 근위 및 말단부를 갖는 코넥터;
    코넥터의 말단부에 연결된 진공 하우징;
    진공 하우징 내에 위치하는 양극; 및
    진공 하우징 내에 위치하고 과립형 표면을 가지며, 양극 및 코넥터와 작동하여 X-선을 형성하고, 게터로서 작용하는 재료로 이루어진 음극을 포함하는, 인체에 삽입하여 X-선을 조사시키는 데 적합한 장치.
  2. 제 1항에 있어서, 음극의 과립형 표면이 X-선에 대한 적당량의 전기장이 음극에 인가될 때 전자의 전기장을 방출할 수 있는 다수의 돌기를 포함하는 장치.
  3. 제 1항에 있어서, 음극이 약 0.5∼50μm의 과립형 크기를 갖는 과립형 재료로부터 형성되는 장치.
  4. 제 1항에 있어서, 음극이 과립형 게터 재료의 열확산 결합에 의해 형성되는 장치.
  5. 제 1항에 있어서, 양극과 음극이 약 0.2∼1.5mm의 거리로 분리되는 장치.
  6. 제 1항에 있어서, 코넥터가 가요성 동축케이블인 장치.
  7. 제 1항에 있어서, 음극이 바나듐, 철, 지르코늄, 알루미늄 및 티탄으로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나를 포함하는 장치.
  8. 제 1항에 있어서, 음극이 음극 표면에서 불안정한 방출 부위를 줄이는 컨디셔닝법에 의해 제조되는 장치.
  9. 제 1항에 있어서, 음극이 게터 재료와 혼합된 다이아몬드 분말을 더 포함하는 장치.
  10. 제 9항에 있어서, X-선에 대한 적당량의 전기장이 음극에 인가될 때 음극의 과립형 표면이 전자의 전기장 방출을 일으킬 수 있는 다수의 돌기를 포함하는 장치.
  11. 과립형 게터 재료로부터 음극을 형성하는 단계; 그리고
    음극을 양극, 진공 하우징 및 코넥터와 조합하여 음극이 양극 및 코넥터와 작동하여 X-선을 발생시키는 단계를 포함하는, 인체에 삽입하여 X-선을 조사하는 데 적합한 장치를 제조하는 방법.
  12. 음극이 과립형 표면을 가지며, X-선을 발생시키는 작용을 하고 게터로서 작용하는 재료로 이루어진, 인체에 삽입하여 X-선을 조사하는 데 적합한 장치중의 음극.
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