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가속기의 의료응용과 레이저 플라즈마 전자가속

전문가 제언: ○ 이 글에서는 일본의 방사선치료 현황과 최신 의료용 가속기들에 대해 재검토하고 있다. 콤팩트하고 신축성이 있는 의료용 가속기가 강력히 요청되고 있는 일본에는 다엽 콜리메이터와 결합된 한 두 개의 회전축을 가진 S밴드 라이나크(전자선형가속기)와 신축성이 있는 팔을 가진 X밴드 라이나크의 2종류가 있다. 추가하여, 레이저 항적장 가속기(LWFA)의 제2세대인 레이저 플라즈마 캐소드는 기초 연구단계이지만 의료응용을 위한 고품질 전자선원임을 제시하고 있다.

○ 라이나크는 장치가 소형이면서 고에너지 X선 전자선을 발생할 수 있기 때문에, 외부 방사선치료 장치의 주류이다. 현재 세계에는 약 8,000대의 라이나크가 암치료에 이용되고 있고, 일본도 약 800대의 암치료용 라이나크가 가동되고 있다. 치료용 전자라이나크의 거의 반수는 미국에 있다. 한국에는 약 60대의 라이나크가 방사선치료에 이용되고 있다.

○ 미국 등에서는 라이나크에 Cyberknife를 로봇암(머니퓰레이터)에 설치하고, 다시 X선 투시로 병소의 움직임을 추적함으로써 고정밀 조사를 실현한 정위치 방사선치료를 하고 있다. 이 장치로 환자의 종양의 움직임을 추적하며, 컴퓨터 제어로 X선 조사 위치를 수정하면서 정확히 종양에 조사한다. 또 Tomotherapy라는 나선형 CT스캐닝과 강도변조 방사선치료(IMRT)를 조합한 암치료 시스템을 이용하여, 조사빔의 크기, 형상, 강도를 변조시키면서 다 방향에서 회전하면서 치료침 대상의 환자를 조사하여 방사선치료를 하고 있다.

○ 레이저 항속장 가속기가 실시 가능해지고, 탁상 탤라 와트 레이저를 용이하게 이용할 수 있는 환경이 정비되어 레이저 플라즈마 가속의 연구가 크게 진전되었다. 최근 레이저 플라즈마 가속은 현실적으로 콤팩트한 극단 펄스 전자빔원으로서 큰 관심을 끌게 되었다. 현재는 초단펄스레이저만을 전자 입사와 가속에 이용하는 레이저 플라즈마 캐소드라는 제2세대의 LWFA의 연구가 주류가 되고 있고, 레이저 플라즈마 전자가속기의 실현이 현실성을 띄게 되어, 앞으로 암의 방사선치료에 많은 희망을 걸게 되었다.

저자: Tomonao HOSOKAI, Mitsuru UESAKA
자료유형: 학술정보