방사선 치료는 종양 세포에 대한 표준적인 비외과적인 치료입니다. 하지만 주변의 건강한 조직은 그대로 놔두고 암세포만을 파괴할 수 있을만큼 충분히 높은 선량의 방사선을 주입하는 것은 어려운 일입니다.
그래서 건강한 세포가 방사능 피해를 입지 않도록 개발된 것이 마이크로빔 방사능 치료입니다. 이 치료법은 마이크로미터 폭에 일반적인 선량보다 최대 20배 더 높은 고선량으로 몇밀리초만 지속되는 울트라샷 펄스로 암세포를 저격하는 것입니다. 이 방법을 이용하면 항암 효과는 기존의 고선량 방사선 치료와 비슷하면서 종양 주변의 건강한 조직을 파괴할 위험은 더 낮습니다. 선량 체적 효과라고 하는 이 효과는 1959년 중성자 조사 도중 처음 관찰되었으며 그 이후로 다양한 연구에서 확인되면서 기존의 방사선 치료를 대체할 수 있을 것으로 유망한 마이크로빔 치료법이 개발되게 되었습니다.
하지만 이러한 방사선 치료는 아직은 엄청나게 비용이 많이 드는 입자 가속기(선형 입자가속기)를 이용하는 임상 전 연구 단계에 머물러 있습니다. 마이크로빔 방사선 치료를 임상 분야로 더욱 확장하려면 여기에 필요한 비용과 노력이 현저히 낮아져야 합니다. 그러려면 회전식 아노드가 있는 X선 방출기가 필요합니다. 하지만 현재 시중에서 이용할 수 있는 회전식 아노드 중에는 마이크로빔 치료 시스템에 필요한 초고에너지 X선 빔을 발생시킬 수 있는 것이 없습니다.
뮌헨 공과대학교(TUM)의 엔지니어링 설계 학부에서는 현재 이러한 교착상태에 변화를 주고자 연구 파트너들과 함께 마이크로빔 방사선 치료 시스템용으로 회전식 아노드를 갖춘 X선 소스를 개발하고 있습니다. 이 연구의 실행가능성을 평가하기 위해 TUM에서는 20분마다 20초간 90kW 펄스의 높은 열 회전 아노드 부하를 견디는 프로토타입 시스템 작업을 진행하고 있습니다.
Plansee는 TUM에 전례없는 크기의 회전식 X선 아노드를 만들어달라는 의뢰를 하였습니다. 이러한 고성능 회전식 아노드 생산은 이 개발 팀에 특별한 도전과제였습니다. 프로젝트로 탄생한 프로토타입은 무게가 거의 14 kg에 달하고 직경 240 mm에 설치 높이는 50 mm가 넘으며, 모두 약 24 kg의 블랭크에서 생산되었습니다. 즉, Plansee에서 현재까지 만들어낸 것 중 가장 크고 무거운 아노드였습니다.
이것은 아노드가 최대 속도 15,000 rpm (250 Hz)으로 회전 가능하도록 하는 액상 금속 플레인 베어링을 지닌 드라이브와 함께 사상 최대의 회전식 아노드 X선 튜브 시스템에 이용될 것입니다. 최종 마이크로빔 방사능 치료 시스템은 회전식 아노드에서 1 Tw/m2의 에너지를 감당할 수 있어야 합니다. 이 에너지는 현재 아노드 설계를 바탕으로 43,000 rpm의 회전 속도에 해당하는 에너지입니다.
이 연구 프로젝트에 참여하는 파트너들에 대한 자세한 내용은 다음을 참고하십시오.
Rechts der Isar Hospital, Munich
School of Engineering and Design, TUM (회전식 X선 아노드 개발)
Johannes Gutenberg University Mainz
Forschungszentrum Jülich Research Center
이 연구 프로젝트에 대한 더 자세한 내용은 뮌헨 공과대학교(TUM)의 언론 보도에서 읽어볼 수 있습니다.
