▶ エンピリアン メディカル システムズ，インコーポレイテッドの特許一覧
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2023017804
(43)【公開日】2023-02-07
(54)【発明の名称】３次元ビームを形成するＸ線源
(51)【国際特許分類】
H01J 35/08 20060101AFI20230131BHJP
H01J 35/30 20060101ALI20230131BHJP
H01J 35/14 20060101ALI20230131BHJP
A61N 5/10 20060101ALI20230131BHJP
H05G 1/00 20060101ALI20230131BHJP
【ＦＩ】
H01J35/08 D
H01J35/30
H01J35/08 Z
H01J35/08 F
H01J35/08 B
H01J35/14
H01J35/08 C
A61N5/10 D
H05G1/00 E
【審査請求】有
【請求項の数】20
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2022169632
(22)【出願日】2022-10-24
(62)【分割の表示】P 2019554337の分割
【原出願日】2018-03-30
(31)【優先権主張番号】62/479,455
(32)【優先日】2017-03-31
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(71)【出願人】
【識別番号】522399884
【氏名又は名称】エンピリアン メディカル システムズ，インコーポレイテッド
(74)【代理人】
【識別番号】110003063
【氏名又は名称】弁理士法人牛木国際特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】フィッシュマン，カルマン
(72)【発明者】
【氏名】ウィルフレイ，ブライアン，パトリック
(72)【発明者】
【氏名】エレノル，クリストファー，ダブリュー．
(72)【発明者】
【氏名】オルガド，ドナルド
(72)【発明者】
【氏名】ク，シェン－ユアン
(72)【発明者】
【氏名】ファンク，トビアス
(72)【発明者】
【氏名】ヴァタホフ，ペトレ
(72)【発明者】
【氏名】ミッチェル，クリストファー，アール．
(57)【要約】 （修正有）
【課題】放射線療法等で使用されるコンパクトなＸ線源を提供する。
【解決手段】Ｘ線源１００を形成する３次元ビームは、電子ビームを生成する電子ビーム生成器（ＥＢＧ）を含む。ターゲット要素は、ＥＢＧから所定の距離に配置され、電子ビームを妨害するように配置される。ターゲット要素は、電子ビームに応答してＸ線を生成する。ビームフォーマーは、ターゲット要素に近接して配置され、Ｘ線放射と相互作用してＸ線ビームを形成する材料を含む。ＥＢＧ制御システムは、Ｘ線放射とビームフォーマー構造との相互作用を決定するために、電子ビームがターゲット要素と交差する位置を選択的に変化させることにより、Ｘ線ビームのビームパターンと方向とのうち少なくとも一方を制御する。
【選択図】図１
【解決手段】Ｘ線源１００を形成する３次元ビームは、電子ビームを生成する電子ビーム生成器（ＥＢＧ）を含む。ターゲット要素は、ＥＢＧから所定の距離に配置され、電子ビームを妨害するように配置される。ターゲット要素は、電子ビームに応答してＸ線を生成する。ビームフォーマーは、ターゲット要素に近接して配置され、Ｘ線放射と相互作用してＸ線ビームを形成する材料を含む。ＥＢＧ制御システムは、Ｘ線放射とビームフォーマー構造との相互作用を決定するために、電子ビームがターゲット要素と交差する位置を選択的に変化させることにより、Ｘ線ビームのビームパターンと方向とのうち少なくとも一方を制御する。
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
電子ビームを生成するステップ；
前記電子ビームの経路に平面ターゲット要素ウエハを配置するステップ；
前記電子ビームと前記ターゲット要素ウエハのターゲット層との相互作用の結果としてＸ線放射を生成するステップ；
前記Ｘ線放射を、前記ターゲット要素ウエハの面から横に延びる複数の壁要素を含むビーム遮蔽と相互作用させるステップ；
前記電子ビームが前記ターゲット層と交差する位置を選択的に制御することにより、前記Ｘ線放射のビーム形状およびビーム方向のうち少なくとも１つを可変に制御するステップ；および
前記ターゲット層が配置された基板層を用いて、前記ターゲット層から離散する熱エネルギーの移動を促進するステップ
を含む、Ｘ線光子を生成する方法。
前記電子ビームの経路に平面ターゲット要素ウエハを配置するステップ；
前記電子ビームと前記ターゲット要素ウエハのターゲット層との相互作用の結果としてＸ線放射を生成するステップ；
前記Ｘ線放射を、前記ターゲット要素ウエハの面から横に延びる複数の壁要素を含むビーム遮蔽と相互作用させるステップ；
前記電子ビームが前記ターゲット層と交差する位置を選択的に制御することにより、前記Ｘ線放射のビーム形状およびビーム方向のうち少なくとも１つを可変に制御するステップ；および
前記ターゲット層が配置された基板層を用いて、前記ターゲット層から離散する熱エネルギーの移動を促進するステップ
を含む、Ｘ線光子を生成する方法。
【請求項2】
前記基板層は、ダイヤモンドを含むように選択される、請求項１に記載の方法。
【請求項3】
前記基板層は、ベリリウム、アルミニウム、およびサファイアからなる群より選ばれる少なくとも１つの材料を含むように選択される、請求項１に記載の方法。
【請求項4】
前記基板層は、セラミック材料を含むように選択される、請求項１に記載の方法。
【請求項5】
前記ターゲット層は、スパッタ法を用いて前記基板に適用される、請求項１に記載の方法。
【請求項6】
モリブデン、金、およびタングステンからなる群より選ばれる材料から前記ターゲット層を形成するステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項7】
Ｘ線光子を透過する材料から前記基板層を形成することにより、前記平面ターゲット要素ウエハの反対側の主面から離れて延びる方向にＸ線光子の発光を促進するステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項8】
電子ビームを生成するステップ；
前記電子ビームの経路に平面ターゲット要素ウエハを配置するステップ；
前記電子ビームと前記ターゲット要素ウエハのターゲット層との相互作用の結果としてＸ線光子を生成するステップ；
前記Ｘ線光子を、前記ターゲット要素ウエハの面から横に延びる複数の壁要素を含むビーム遮蔽と相互作用させるステップ；
前記電子ビームが前記ターゲット層と交差する位置を選択的に制御することにより、前記Ｘ線光子により形成されるビーム形状およびビーム方向のうち少なくとも１つを可変に制御するステップ；および
前記ターゲット層が配置された、ダイヤモンドで形成された基板層を用いて、前記ターゲット層から離散する熱エネルギーの移動を促進するステップ
を含む、Ｘ線光子を生成する方法。
前記電子ビームの経路に平面ターゲット要素ウエハを配置するステップ；
前記電子ビームと前記ターゲット要素ウエハのターゲット層との相互作用の結果としてＸ線光子を生成するステップ；
前記Ｘ線光子を、前記ターゲット要素ウエハの面から横に延びる複数の壁要素を含むビーム遮蔽と相互作用させるステップ；
前記電子ビームが前記ターゲット層と交差する位置を選択的に制御することにより、前記Ｘ線光子により形成されるビーム形状およびビーム方向のうち少なくとも１つを可変に制御するステップ；および
前記ターゲット層が配置された、ダイヤモンドで形成された基板層を用いて、前記ターゲット層から離散する熱エネルギーの移動を促進するステップ
を含む、Ｘ線光子を生成する方法。
【請求項9】
ターゲット層および基板層を含む平面ウエハ；
相対的に高い原子数を持つ元素から構成される前記ターゲット層；
Ｘ線光子を透過し、前記ターゲット層を支持するように配置された基板層；および
前記平面ウエハの面から横に延びる複数の壁要素を含むビーム遮蔽
を含み、
前記基板層は、前記ターゲット層から離散する熱エネルギーの移動を促進するための高い熱伝導率を持つ材料から構成され、前記ビーム遮蔽は、複数の異なる場所で前記ターゲット層と交差する電子ビームに応答して、前記Ｘ線ターゲットにより生成されたＸ線ビームの形状および方向のうち少なくとも１つの可変な制御を促進するために配置された、Ｘ線ターゲット。
相対的に高い原子数を持つ元素から構成される前記ターゲット層；
Ｘ線光子を透過し、前記ターゲット層を支持するように配置された基板層；および
前記平面ウエハの面から横に延びる複数の壁要素を含むビーム遮蔽
を含み、
前記基板層は、前記ターゲット層から離散する熱エネルギーの移動を促進するための高い熱伝導率を持つ材料から構成され、前記ビーム遮蔽は、複数の異なる場所で前記ターゲット層と交差する電子ビームに応答して、前記Ｘ線ターゲットにより生成されたＸ線ビームの形状および方向のうち少なくとも１つの可変な制御を促進するために配置された、Ｘ線ターゲット。
【請求項10】
前記相対的に高い原子数は２１以上である、請求項９に記載のＸ線ターゲット。
【請求項11】
前記ターゲット層は、モリブデン、金、およびタングステンからなる群より選ばれる材料から構成される、請求項１０に記載のＸ線ターゲット。
【請求項12】
前記基板層は、ベリリウム、アルミニウム、サファイア、セラミック、およびダイヤモンドからなる群より選ばれる材料から形成される、請求項９に記載のＸ線ターゲット。
【請求項13】
前記基板層が約３００～５００μｍの厚さを有する、請求項９に記載のＸ線ターゲット。
【請求項14】
前記ターゲット層が約２～５０μｍの厚さを有する、請求項９に記載のＸ線ターゲット。
【請求項15】
ターゲット層および基板層を含む平面ウエハ；
２１より大きい原子数を持つ元素から構成される前記ターゲット層；
ダイヤモンドから構成された前記基板層；および
前記平面ウエハの面から横に延びる複数の壁要素を含むビーム遮蔽
を含み、
前記基板層は、前記ターゲット層を支持し、前記ターゲット層から離散する熱エネルギーの移動を促進するように配置され、前記ビーム遮蔽は、電子ビームが前記ターゲット層と交差する場所に応答する前記Ｘ線ターゲットにより生成されたＸ線ビームの形状および方向のうち少なくとも１つの可変な制御を促進するように配置された、Ｘ線ターゲット。
２１より大きい原子数を持つ元素から構成される前記ターゲット層；
ダイヤモンドから構成された前記基板層；および
前記平面ウエハの面から横に延びる複数の壁要素を含むビーム遮蔽
を含み、
前記基板層は、前記ターゲット層を支持し、前記ターゲット層から離散する熱エネルギーの移動を促進するように配置され、前記ビーム遮蔽は、電子ビームが前記ターゲット層と交差する場所に応答する前記Ｘ線ターゲットにより生成されたＸ線ビームの形状および方向のうち少なくとも１つの可変な制御を促進するように配置された、Ｘ線ターゲット。
【請求項16】
前記基板層が約３００～５００μｍの厚さを有する、請求項１５に記載のターゲット。
【請求項17】
前記ターゲット層が約２～５０μｍの厚さを有する、請求項１６に記載のターゲット。
【請求項18】
前記基板層、前記ターゲット層、および前記ビーム遮蔽は、方向的に制御されたターゲットアセンブリ（ＤＣＴＡ）を構成し、
前記方法は、ドリフトチューブおよび、前記ドリフトチューブの端部に配置されたＸ線透過キャップの中に前記ＤＣＴＡを包囲するステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。
前記方法は、ドリフトチューブおよび、前記ドリフトチューブの端部に配置されたＸ線透過キャップの中に前記ＤＣＴＡを包囲するステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項19】
前記基板層から前記ドリフトチューブおよび前記Ｘ線透過キャップへ前記基板層の周縁部を通じて移動する熱エネルギーにより前記ＤＣＴＡを冷却するステップをさらに含む、請求項１８に記載の方法。
【請求項20】
前記ドリフトチューブと同軸で配置された複数の冷却チャンネルを通じて前記ドリフトチューブの延びる長さに沿って流れるクーラント流体により、前記ドリフトチューブおよび前記Ｘ線透過キャップを冷却するステップをさらに含む、請求項１９に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
（関連出願の相互参照）
本出願は、２０１７年３月３１日に出願された米国仮特許出願第６２／４７９，４５５号の利益を主張し、その全体が参照により本明細書に組み込まれる。
本出願は、２０１７年３月３１日に出願された米国仮特許出願第６２／４７９，４５５号の利益を主張し、その全体が参照により本明細書に組み込まれる。
【0002】
本開示の技術分野は、Ｘ線電磁放射の供給源、特にＸ線電磁放射のコンパクトな供給源を含む。
【背景技術】
【0003】
Ｘ線は、放射線療法など医療分野で様々な目的に広く使用されている。従来のＸ線源は、陰極および陽極を含む真空管を備えている。５０ｋＶから２５０ｋＶまでの非常に高い電圧が陰極と陽極との間に印加され、比較的低い電圧がフィラメントに印加され陰極を加熱する。フィラメントは（熱電子放出、電界放出、または同様の手段によって）電子を生成し、通常、タングステンまたは、モリブデン、銀、またはカーボンナノチューブなどの幾つかの他の適切な材料で形成される。陰極と陽極との間の高電圧電位は、陰極から陽極に真空を経て非常に高い速度の流れを電子に生じさせる。Ｘ線源は、さらに高エネルギー電子によって照射されるターゲット構造を備える。ターゲットを含む材料は、製造される所望のタイプのＸ線に応じて変化し得る。タングステンと金は、この目的のために使用される。陽極のターゲット材料で電子が減速すると、Ｘ線が生成される。
【0004】
放射線療法技術は、放射線外照射療法（ＥＢＲＴ）として知られている技術を用いた外部からの放射線量を伴うことができる。術中放射線療法（ＩＯＲＴ）も時々使用される。ＩＯＲＴは、切除手術中にその領域が露出しアクセス可能である間、腫瘍床への放射線の治療レベルの適用を伴う。ＩＯＲＴの利点は、周囲の健康な組織への曝露を最小限に抑えながら、目的の組織深さで、高線量の放射線をターゲット領域に正確に伝達できるということである。ＩＯＲＴの目的で最も一般的に使用されるＸ線放射の波長は、蛍光Ｘ線、特性Ｘ線、または制動放射Ｘ線と時々称されることもあるＸ線放射の一種に相当する。
【0005】
小型Ｘ線源は、ＩＯＲＴに有効である可能性を持っている。それでも、この目的のために時々使用される非常に小さな従来のＸ線源は、特定の欠点を抱えることが見出されている。１つの問題は、小型Ｘ線源が非常に高価なことである。第２の問題は、それらが非常に限られた有用な動作寿命を持っていることである。この限られた有用な動作寿命は、通常、限られた数の患者に対してＩＯＲＴを実行するために使用された後、Ｘ線源を交換しなければならないことを意味する。この制限により、ＩＯＲＴの手順に関連する費用が増加する。第３の問題は、非常に小さなＸ線源で利用可能な中程度に高い電圧が、所望の治療効果に最適ではないかもしれないということである。第４の問題は、それらの放射線特性は、それらが原体照射療法にうまく適していないように、ＩＯＲＴのコンテキストで制御することが困難である可能性があることである。
【発明の概要】
【0006】
本文書は、電子ビームを制御する方法とシステムに関する。この方法は、電子ビームを生成し、電子ビームの経路にターゲット要素を配置することを含む。Ｘ線放射は、電子ビームとターゲット要素との相互作用の結果として生成される。Ｘ線放射は、ターゲット要素に近接して配置されたビームフォーマー構造と相互作用して、Ｘ線ビームを形成する。Ｘ線ビームのビームパターンと方向とのうち少なくとも一方は、Ｘ線放射とビームフォーマー構造との相互作用を決定するために、電子ビームがターゲット要素と交差する位置を選択的に変化させることにより制御される。
【0007】
電子ビームがターゲット要素と交差する位置は、電子ビーム操縦ユニットで電子ビームを操縦することにより制御することができる。一つの側面によれば、操縦された電子ビームは、閉鎖されたドリフトチューブの延設部を通じて案内することができる。ドリフトチューブは、電子ビームの減衰を最小限に抑えるために真空圧で維持される。電子ビームは、ドリフトチューブを通過した後、ターゲット要素と相互作用することができる。
【0008】
一つの側面によれば、Ｘ線ビーム制御に関連する特定の操作は、Ｘ線放射の一部をビームフォーマー構造で吸収することによって促進される。例えば、電子ビームがターゲット要素と交差する位置は、ビームフォーマーによって吸収されるＸ線ビームの部分を間接的に制御するために変化させ、または制御することができる。本明細書に開示される幾つかのシナリオでは、ビームフォーマーは、少なくとも１つの遮蔽壁を含むことができる。遮蔽壁は、ターゲット要素を複数のターゲット要素セグメントまたはセクタに少なくとも部分的に分割するために配置することができる。また、１つ以上の遮蔽壁は、複数の遮蔽された区画を形成するために用いることができる。このような遮蔽された区画は、電子ビームが遮蔽された区画と関連付けられたターゲット要素セクタまたはセグメントと交差するときにＸ線放射が放射される方向の範囲を少なくとも部分的に制限するために配置することができる。
【0009】
前述のことから、この方法は、ターゲット要素セクタのうちの１つ以上においてターゲット要素と選択的に交差するように電子ビームを制御することによりビームの方向および形状を制御することを含むことができると理解される。ビームパターンは、電子ビームがターゲット要素セクタのうち特定の１つの中でターゲット要素と交差する位置を選択的に選ぶことによってさらに制御することができる。さらなる側面によれば、この方法は、電子ビームが１つ以上のターゲット要素セクタと交差するときに使用される、電子ビーム生成器（ＥＢＧ）の電圧および電子ビーム滞留時間のうち少なくとも一方を選択的に変化させることにより、１つまたは複数の異なる方向にＸ線ビームによって伝達されるＸ線量を選択的に制御することを含むことができる。
【0010】
本文書は、Ｘ線源にも関する。Ｘ線源は、電子ビームを生成するように構成された電子ビーム生成器（ＥＢＧ）を備える。ターゲット要素は、ＥＢＧから所定の距離に配置され、電子ビームを妨害するように配置される。ドリフトチューブは、ＥＢＧとターゲット要素との間に配置される。ＥＢＧは、真空圧に維持されたドリフトチューブの閉鎖延設部を通じて電子ビームを移動させるように構成される。
【0011】
ターゲット要素は、電子ビームがターゲット要素を捕まえる際にＸ線放射の生成を促進にするために、電子ビームに応答する材料から形成される。ビームフォーマーは、ターゲット要素に近接して配置され、Ｘ線放射と相互作用してＸ線ビームを形成する材料から形成される。ＥＢＧ制御システムは、電子ビームがターゲット要素と交差する位置を選択的に変化させることにより、Ｘ線ビームのビームパターンと方向とのうち少なくとも一方を制御する。本明細書に開示される幾つかのシナリオでは、ＥＢＧ制御システムは、電子ビーム操縦ユニットで電子ビームを操縦することにより電子ビームがターゲットを捕まえる位置を選択的に変化させるように構成される。
【0012】
ビームフォーマーは、Ｘ線ビームの形成を促進するためにＸ線放射の一部を吸収するように構成された高Ｚ材料を含む。ＥＢＧ制御システムは、電子ビームがターゲット要素と交差する位置を選択的に変化させることにより、ビームフォーマーによって吸収されるＸ線ビームの部分を間接的に制御するように構成される。
【0013】
一つの側面によれば、ビームフォーマーは少なくとも１つの遮蔽壁を備える。１つ以上の遮蔽壁は、ターゲット要素を複数のターゲット要素セクタまたはセグメントに少なくとも部分的に分割するように配置される。このように１つ以上の遮蔽壁は、複数の遮蔽された区画を画定することができる。それぞれの遮蔽された区画は、電子ビームが特定の遮蔽された区画に関連付けられたターゲット要素セクタと交差するときにＸ線放射が放射され得る方向の範囲を少なくとも部分的に制限するように構成される。
【0014】
本明細書に記載されるＸ線源を用いて、ＥＢＧ制御システムは、複数のターゲット要素セクタのうちのどれが電子ビームと交差するかを制御することにより、Ｘ線ビームの方向を決定するように構成することができる。ＥＢＧ制御システムは、電子ビームがターゲット要素と交差する１つ以上のターゲット要素セクタ中の位置を選択的に制御することによりビームパターンを制御するようにさらに構成される。さらなる側面によれば、ＥＢＧ制御システムは、ターゲット要素セクタによって画定される１つまたは複数の異なる方向にＸ線ビームによって伝達されるＸ線量を選択的に制御するようにさらに構成される。この結果は、電子ビームがターゲット要素セクタの１つ以上と交差するときに適用されるＥＢＧ電圧および電子ビーム滞留時間のうち少なくとも１つを選択的に変化させることにより達成される。
【図面の簡単な説明】
【0015】
本開示は、全図を通して対応する部分には同一の符号を付した、以下の図面によって補われる。
【発明を実施するための形態】
【0016】
本明細書に記載され、添付図に示される解決が、多種多様な異なる構成で再編成および設計され得ることは直ちに理解される。従って、図に示すように、以下のより詳細な説明は、本開示の範囲を制限するものではなく、様々な異なるシナリオにおける特定の実施を表すに過ぎない。図面には様々な側面が表されるが、特に示されない限り、図面は必ずしも縮尺を合わせたものではない。
【0017】
本明細書に開示される解決は、ＩＯＲＴを含む様々な放射線治療の手順において表面組織構造の治療に使用できるＸ線源に関する。Ｘ線源１００を理解するのに有用な図面は、図１～図７において提供される。図１～図７に示す配置により、Ｘ線源を含むビーム方向制御ターゲットアセンブリ（ＤＣＴＡ）１０６の外縁の付近に複数の異なる方向へＸ線を選択的に向けることができる。さらに、ビームの形状を定める相対Ｘ線強度のパターンは、異なる治療計画を容易にするために制御することができる。例えば、角度範囲にわたる強度を選択して、ビーム幅などのＸ線ビームパラメータを変化させることができる。
【0018】
ソース１００は、電子ビーム生成器（ＥＢＧ）１０２、ドリフトチューブ１０４、ＤＣＴＡ１０６、ビーム集束ユニット１０８、およびビーム操縦ユニット１１０を備える。幾つかのシナリオでは、化粧用カバーまたはハウジング１１２を使用して、ＥＢＧ１０２、ビーム集束ユニット１０８、およびビーム操縦ユニット１１０を包囲することができる。
【0019】
ＤＣＴＡ１０６は、ＩＯＲＴに特に適している、操縦可能なＸ線エネルギーの小型供給源を容易にすることができる。従って、様々な構成要素の寸法をそれに応じて選択することができる。例えば、ドリフトチューブ１０４およびＤＣＴＡ１０６の直径ｄを約３０ｍｍ以下とすることが有利に選択できる。一部のシナリオでは、これらの構成要素の直径は１０ｍｍ以下にすることができる。例えば、これらの構成要素の直径は、約１０ｍｍ～２５ｍｍの範囲で選択することができる。もちろん、ドリフトチューブおよびＤＣＴＡ１０６は、この点で限定されず、他の寸法も可能である。
【0020】
同様に、ドリフトチューブ１０４は、ＥＢＧ１０２からある程度の距離を延びる延設部Ｌを持つように有利に構成されている。ドリフトチューブの長さは、治療を受けている人体の一部の内部にＤＣＴＡを選択的に配置できるように、カバーまたはハウジング１１２から患者の腫瘍腔に延びるように十分に長くなるように有利に選択される。従って、ドリフトチューブ長Ｌの例示的な値は１０ｃｎｍから５０ｃｍの範囲にあることができ、１８ｃｍから３０ｃｍの範囲は、ほとんどの応用に適している。もちろん、本明細書に開示される寸法は、単に幾つかの可能な例として提供されるものであり、限定することは意図されない。
【0021】
電子ビーム生成器は、当該技術分野においてよく知られているので、ＥＢＧの構造および動作は詳細には説明しない。しかし、ＥＢＧ１０２の様々な側面の簡単な説明は、開示の理解を容易にするために本明細書に提供される。ＥＢＧ１０２は、図２および図３を参照して最もよく理解される幾つかの主要な構成要素を含むことができる。これらの構成要素は、真空チャンバ２１０を包囲する外被２０２を含むことができる。幾つかのシナリオでは、外被２０２は、空気漏れの適度な解消を提供するガラス材料、セラミック材料、または金属材料から構成することができる。真空チャンバ内では、排気口２１６およびゲッター２１４によって真空が確立され、維持される。
【0022】
陰極３０６に高い負電圧を供給するために、高電圧コネクタ２０４が真空チャンバ内に挿入される。本明細書に記載されるＸ線生成の目的のために陰極に印加される適切な高電圧は、－５０ｋＶから－２５０ｋＶの範囲であろう。フィールドシェーパー２０６とリペラ２０８もまた、真空チャンバ内に封入されている。これらの各構成要素の目的は、電子ビーム生成器の技術分野においてよく知られている。しかしながら、本明細書に提示される解決の理解を容易にするために簡単な説明が提供される。陰極３０６は、加熱すると、陰極３０６と陽極との間の高電圧電位によって加速される電子の供給源として機能する。図２では、陽極の目的は、外被２０２、およびリペラ２０８によって提供され、外被２０２は接地電圧であり、リペラは接地に対して小さな正の電位にある。
【0023】
リペラ２０８の機能は、ドリフトチューブ１０４またはＤＣＴＡ１０６で生成するかもしれないどのような正電荷を帯びたイオンも撃退し、損傷を引き起こす可能性のある陰極３０６の領域にそれらのイオンが侵入するのを防止することである。フィールドシェーパー２０６の機能は、高電圧によって引き起こされる電界の形状および大きさを制御する滑らかな表面を提供することである。図３のシナリオでは、グリッド３１０は、陰極３０６付近の電界に所望の形状を付与し、および陰極３０６からの電子の放出を遮断する。陰極３０６は、ヒーター３０９ａおよび３０９ｂの脚に固定される。ヒーター３０９ａおよび３０９ｂの脚は、通常、高い電気抵抗と熱劣化に対する高い耐性の両方を有する金属材料から作製されており、ヒーターの脚を通じて流れる電流によって陰極３０６を加熱する高温を発生させる。ヒーターの脚３０９ａおよび３０９ｂへの電気的接続は、ヒーターの脚３０９ａおよび３０９ｂを高電圧コネクタ２０４内の接続部に接続するコネクタピン３０８ａおよび３０８ｂによって与えられる。絶縁ディスク３０２は、典型的には、ガラスまたはセラミックなどの絶縁材料で作製されており、コネクタピン３０８ａと３０８ｂとの間に電気絶縁を与え、ヒーターの脚３０９ａおよび３０９ｂによって発生する熱への耐性もある。
【0024】
本明細書に開示されるシナリオでは、ドリフトチューブ１０４は、ステンレス鋼などの材料で構成することができる。他のシナリオでは、ドリフトチューブは部分的に炭化ケイ素（ＳｉＣ）で構成することができる。あるいは、ドリフトチューブ１０４は、アルミナまたは窒化アルミニウムなどのセラミック材料で構成することができる。ドリフトチューブ構造が導電性材料で形成されていない場合、導電性インナーライニング１１４を設けることができる。例えば、導電性インナーライニングは、ドリフトチューブの内部表面に施された（例えば、スパッタリング、蒸着、または他のよく知られた手段によって施された）銅、チタン合金、または他の材料で構成することができる。ドリフトチューブの中空の内部部分は真空チャンバ２１０に開口し、ドリフトチューブ１０４の内部２１２も真空圧で維持される。本明細書に記載される解決の目的に適した真空圧は、約１０-5Ｔｏｒｒ未満または、特に約１０-9Ｔｏｒｒから１０-7Ｔｏｒｒの間の範囲であり得る。
【0025】
電子ビームを含む電子は、ＤＣＴＡ１０６に向かってＥＢＧ１０２によって加速される。これらの電子は、ドリフトチューブ１０４への入口開口部１１６に到達すると大きな運動量を持つ。ドリフトチューブの内部２１２は真空に維持され、少なくともチューブの内層１１４は接地電位に維持される。従って、ＥＢＧ１０２によって電子に付与される運動量は、ＤＣＴＡ１０６に向かって非常に高速で（例えば、光速に近づく速度で）ドリフトチューブ１０４の長さを下り電子を弾道のように運び続ける。電子がドリフトチューブ１０４の長さに沿って進むにつれて、それらはもはや静電的に加速されないことが認識される。
【0026】
ビーム集束ユニット１０８は、ドリフトチューブの長さに沿って移動する電子のビーム渦を集束するように設けられている。例えば、このような集束操作は、ＤＣＴＡ先端における電子の集束点を制御するためにビームを調整することを伴うことができる。このように、ビーム集束ユニット１０８は、その中に流される電流を選択的に変化させることによって制御される、複数の磁気集束コイル１１７から構成することができる。流された電流は、複数の磁気集束コイル１１７のそれぞれに磁界を発生させる。この磁界は、ビーム集束ユニット１０８に囲まれた領域において実質的に、ドリフトチューブ１０４に浸透する。貫通磁界の存在によって、当該技術分野で十分に理解される方法で電子ビームを選択的に集束させる。
【0027】
ビーム操縦ユニット１１０は、複数の選択的に制御可能な磁気操縦コイル１１８を備える。操縦コイル１１０は、ドリフトチューブ１０４内を移動する電子の移動方向を選択的に変化させるように配置されている。磁気操縦コイルは、（電流を通電するときに）磁界を生成することによってこの結果を達成する。磁界は、ドリフトチューブ１０４内を移動する電子に選択的に力を及ぼし、従って電子ビームの移動する方向を変化させる。このような電子ビームの移動する方向の偏向の結果として、ビームがＤＣＴＡ１０６のターゲット要素に衝突する位置を選択的に制御することができる。
【0028】
図４および図５に示すように、ＤＣＴＡ１０６は、ＥＢＧ１０２から遠位である、ドリフトチューブ１０４の端部に配置される。ＤＣＴＡは、ターゲット４０２およびビーム遮蔽４０４を備える。ターゲット４０２は、電子ビームの移動する方向を横断するように配置される、円盤状の要素を備える。例えば、円盤状の要素は、電子ビーム移動の方向にほぼ直交する平面に配置することができる。幾つかのシナリオでは、ターゲット４０２は、ドリフトチューブ内の真空圧の維持を容易にするために、ＥＢＧから遠位のドリフトチューブ１０４の端部を囲むことができる。ターゲット４０２は、様々な異なる材料を含むことができる。しかし、電子を照射したときに比較的高い効率でのＸ線の生成を容易にするために、高い原子数を持つモリブデン、金、タングステンなどの材料を有利に含む。ターゲット４０２の構造は、議論が進むにつれてより詳細に説明される。
【0029】
図４に示すように、ビーム遮蔽４０４は、ターゲット４０２の１つの主面に隣接して配置された第１の部分４０６と、ターゲットの反対側の主面に隣接して配置された第２の部分４０８を含むことができる。幾つかのシナリオでは、第１の部分４０６は、真空環境にあるドリフトチューブ１０４の内部に配置することができ、第２の部分４０８は、ドリフトチューブの外部に配置することができる。ビーム遮蔽４０４の一部が図４に示すようにドリフトチューブの外部に配置される場合、次いでドリフトチューブのＤＣＴＡ外部の部分を囲んで保護するために、ビーム遮蔽の第２の部分４０８上にＸ線透過性キャップ部材４１８を配置することができる。図４においてキャップ部材は、ＤＣＴＡ構造の理解を容易にするために点線のみで示される。しかしながら、キャップ部材４１８は、ＤＣＴＡの第１の部分４０６を囲むようにドリフトチューブ１０４の端部から延びるであろうことを理解すべきである。
【0030】
ビーム遮蔽４０４は、複数の壁要素４１０、４１２を備える。第１の部分４０６に関連付けられた壁要素４１０は、ＥＢＧ１０２から離れた方向に面する円盤状ターゲットの第１の主面から延びることができる。第２の部分４０８に関連付けられた壁形状要素４１２は、ＥＢＧ１０２に向かって面するターゲットの反対側の主面からＥＢＧ１０２に向かって伸びることができる。壁要素４１０、４１２はまた、ＤＣＴＡ中心線４１６から円盤状ターゲット４０２の周辺に向かって外側へ放射方向に延びる。従って、壁要素は複数の遮蔽された区画４２０、４２２を形成する。壁要素４１０、４１２は、Ｘ線光子と実質的に相互作用する材料から有利に構成することができる。幾つかのシナリオでは、当該材料は、Ｘ線光子にそのエネルギーと運動量の相当な部分を失わせるようにＸ線光子と相互作用するものであり得る。従って、この目的のために適切に相互作用する材料の１つのタイプは、Ｘ線エネルギーを減衰または吸収する材料を含むことができる。幾つかのシナリオでは、この目的のために選択された材料には、Ｘ線エネルギーの吸収性が高いものを有利に選択することができる。
【0031】
Ｘ線放射の吸収性が高い好適な材料がよく知られている。例えば、これらの材料としては、ステンレス鋼、モリブデン（ＭＯ）、タングステン（Ｗ）、タンタル（Ｔａ）、または他の高原子数（高Ｚ）材料などの特定の金属を挙げることができる。ここで使用される句の高Ｚ材料としては、一般に、少なくとも２１の原子数を有するものが挙げられる。もちろん、Ｘ線吸収度が低い幾つかのシナリオもあるかもしれない。このようなシナリオでは、別の材料が適しているかもしれない。従って、遮蔽壁に適した材料は、必ずしも高原子数材料に限定されるものではない。
【0032】
図４に示すシナリオでは、複数の壁要素が中心線４１６から放射状に外側へ伸びる。しかしながら、ビーム遮蔽の構造はこの点で限定されず、他のビーム遮蔽構造も可能であることを理解すべきである。このような代替構造の幾つかをより詳細に以下で説明する。それぞれの壁要素は、以下に説明するようにビーム形成を容易にするために、丸みを帯びまたは面取りされたコーナー４１１をさらに含むことができる。これらの丸みを帯びまたは面取りされたたコーナーは、ターゲット４０２から遠離し、中心線４１６から離れて間隔をおいた壁要素の一部に配置することができる。
【0033】
図４に示すように、壁要素４１０は、ターゲット４０２の反対側に遮蔽された区画４２０、４２２の整列したペアを形成するために、壁要素４１２とに整列させることができる。それぞれのこのような遮蔽された区画は、ターゲット４０２の片側に一対の壁要素４１０、およびターゲットの反対側に一対の壁要素４１２によって境界をつけられた、対応するターゲットセグメント４１４に関連付けられる。
【0034】
知られているように、Ｘ線光子は、電子ビームのターゲット４０２の主面との衝突経路に対して通常は横断する方向に放出される。ターゲット材料は、ターゲット４０２を照射する電子がターゲットの両方の主面から離れて伸びる方向にＸ線を生成するような、ターゲット材料の比較的薄い層を備えている。遮蔽された区画４２０、４２２の各整列ペア（壁要素４１０、４１２によって形成される）およびそれらの対応するターゲットセグメント４１４は、ビームフォーマーを備える。高エネルギー電子が特定のターゲットセグメント４１４と相互作用する際に生成されるＸ線は、区画４１０、４１２を規定する壁要素によってそれらの移動方向に制限される。この概念は図６に示され、電子ビーム６０２がターゲット４０２のセグメントを照射し、電子ビームの衝突経路に対して概して横断する方向へ透過および反射Ｘ線を生成することを示す。しかし図６では、ビームフォーマーの遮蔽効果により方位角および仰角α、βの制限された範囲でのみ透過Ｘ線が透過することが観察できる。どのターゲットセグメント４１４が電子で照射されるか、および電子ビームが実際にターゲットセグメントに衝突するターゲットセグメント４１４内の場所を選択的に制御することにより、異なる方向および形状の範囲のＸ線ビームを必要とされる通りに選択的に形成し彫刻できる。
【0035】
従って、Ｘ線ビーム方向（伝送されたＸ線エネルギーの主軸によって規定される）と、ビームの形状を含む相対Ｘ線強度のパターンは、異なる治療計画を容易にするために選択的に変化または制御することができる。図７は、電子ビーム７０６を選択的に制御することにより、Ｘ線ビーム７００の最大強度の方向を複数の異なる方向７０２、７０４に一直線上に配置できることを示すことにより、この概念を図示している。Ｘ線ビーム７００の正確な３次元形状または相対強度パターンは、本明細書に記載される幾つかの要因に従って変化する。幾つかのシナリオでは、異なるターゲットセグメントを連続して電子で照射することにより、電子ビームが所定の滞留時間の間に異なるターゲットセグメントと交差するように、電子ビームを素早く操縦することができる。１つを超えるターゲットセグメント４１４が電子ビームによって照射された場合、関連付けられたビームフォーマーによって規定される選択された方向に複数のビームセグメントを形成することができ、それぞれが異なるビーム形状またはパターンを有することができる。
【0036】
図８を参照すると、ターゲット４０２は、本明細書に記載される電子ビーム８０４によって照射され得る、ターゲット材料８０２の非常に薄い層で形成されていることが観察できる。ターゲット材料は、比較的高い原子数を持つ材料であることが有利に選択される。この目的のために使用できる例示的なターゲット材料としては、モリブデン、タングステンおよび金が挙げられる。ターゲット材料８０２の薄層は、より厚い基板層８０６上に有利に配置される。基板層は、加えられた強度に対してより堅牢なターゲットを容易にし、金属層からの熱エネルギー移動を容易にするために提供される。基板層８０６に使用できる例示的な材料としては、ベリリウム、アルミニウム、サファイア、ダイヤモンド、またはアルミナもしくは窒化ホウ素などのセラミック材料を挙げることができる。これらの中で、ダイヤモンドは、Ｘ線を比較的透過し、非毒性で、強度があり、優れた熱伝導性を提供するため、この応用のために特に有利である。
【0037】
基板層８０４に適したダイヤモンド基板ディスクは、広げられたディスクまたはウエハの形状にダイヤモンドの合成を可能にする化学蒸着技術（ＣＶＤ）によって形成することができる。幾つかのシナリオでは、これらのディスクは３００～５００μｍの厚さを持つことができる。基板がドリフトチューブ１０４内に真空を含ませるのに十分な強度を持ち、それを通過するＸ線を減衰させるほど厚くないならば、他の厚さも可能である。幾つかのシナリオでは、約３００μｍの厚さを持つＣＶＤダイヤモンドディスクがこの目的のために使用できる。本明細書に記載されるようにＣＶＤダイヤモンドディスクの片側にスパッタされた、ターゲット材料８０２の薄い層は、２～５０μｍの厚さを持つことができる。例えば、幾つかのシナリオにおけるターゲット材料は、１０μｍの厚さを持つことができる。もちろん、他の厚さも可能であり、本明細書に提示される解決は、これらの値によって制限されることを意図していない。
【0038】
図９、図１０、図１１は、第１の代替のＤＣＴＡ構造を理解するのに役立つ一連の図面である。ＤＣＴＡ９０６はＤＣＴＡ１０６に類似しているが、ドリフトチューブ９０４の端部へのＤＣＴＡの取り付けを容易にするためにビーム遮蔽９１４の周辺に取り付けられた追加のリング要素を含む。より具体的には、ビーム遮蔽９１４の第１および第２の部分９１６、９１８は、それぞれリング９０８ａ、９０８ｂを含むことができる。ターゲット９１４は、２つのリング間に配置することができる。図１１に示すように、一方または両方のリングは、次にドリフトチューブの端部へ固定することができる（例えば、ろう付けによって固定される）。
【0039】
図１２は、第２の代替のＤＣＴＡ構造を理解するのに有用である。このシナリオでは、図４に示す単一の円盤状Ｘ線ターゲット４０２は、同図に示すように各区画とそれぞれ整列した、複数の独立したより小さいくさび形のターゲット１２０２に置き換えられる。このようなシナリオでは、２つの部分１２１６および１２１８、および中間ベースプレート１２２０に対応する壁要素１２１０、１２１２は、必要に応じて単片の材料から作製することができる。区画されたくさび形状のターゲット１２０２は、図示されるように壁要素間の中間ベースプレート１２２０に配置することができ、その後、アセンブリ全体をドリフトチューブの端部に固定することができる。図１２ではまた、壁要素１２１０が図４～図６に示す面取りされたコ－ナーではなく、湾曲または丸みを帯びたコーナーを持つことを観察できる。図１３は、図１２に示す配置に類似した第３の代替ＤＣＴＡ１３０６であるが、くさび形のターゲット１２０２の代わりに設けられた複数の別々の円形状または円盤形状のターゲット１３０２を備える。
【0040】
図１４は、ビーム遮蔽１４１４全体がドリフトチューブの外部に配置される第４の代替ＤＣＴＡ構造１４０６である。このシナリオのターゲット要素１４０２は、中空管状台座１４２０の端面である。壁要素１４１０は、ＥＢＧ１０２から端遠位でドリフトチューブに取り付けるベースプレート１４０８の面から延びる。ターゲット要素１４０２によって規定された端面は、壁要素１４１０が配置されるベースプレートから離れて間隔をおく。幾つかのシナリオでは、管状の台座は図示されるように円柱の幾何学を持つことができる。ただし、他の管状構造も可能である。管状の台座は、ＤＣＴＡの長さに沿った中間位置にターゲット要素１４０２を配置するのに十分な長さを有利に持つことができる。このように、ターゲット要素の配置は、ビーム形成操作のために最適に選択できる。台座のそれぞれの中空内部部分は、ドリフトチューブ１４０４の内部によって規定される真空に開放される。その結果、ターゲット要素１４０２のうち特定の１つに向けられた電子ビームは、ドリフトチューブを通り、台座１４２０の内部を通って真空環境を通過し、ターゲット要素１４０２に衝突する。図１５は、図１４に示す配置と同様の第５の代替ＤＣＴＡ１５０６である。ただし、ＤＣＴＡ１５０６では、図１４に示すそれぞれ独立したターゲット要素１４０２は、複数のより小さいターゲット要素１５０２に置き換えられる。
【0041】
図１６Ａおよび図１６Ｂは、６番目の代替ＤＣＴＡ構造および組み立てプロセスを理解するのに有用な一連の図面である。ここでの議論から理解されるように、ビーム遮蔽１６００の第１および第２の部分１６０２、１６０４の適切な整列は、各Ｘ線ビームフォーマーの正しい機能を確保するために重要である。この問題は、ビーム遮蔽の第２の部分１６０４がドリフトチューブ１６１４に一度挿入されると組立技術者におそらく見えないために、複合的になる。さらに、第１および第２の部分１６０２、１６０４は、組み立て後に整列したままにしておくことが重要である。
【0042】
これらの整列を容易にするために、ポスト１６０６は、第２の部分１６０４の中心軸１６２０に沿って設けられることが重要である。ポスト１６０６は、ターゲット１６１２の開口部１６１６を通じて延長することができる。ポストは、切り込み要素または鍵構造１６０８を含むことができる。穴１６２２は、中心軸１６２０に沿って第１の部分１６０２内で規定される。当該穴の少なくとも一部は、相補的な切り込み要素または鍵構造１６１２を持つことができる。この相補的な切り込み要素または鍵構造は、切り込みまたは鍵構造１６０８の幾何学および形状に対応する。従って、第１および第２の部分１６０２、１６０４は図１６Ｂに示す方法でのみ合致することができ、それによって第１の部分１６０２の壁要素１６２４は、第２の部分１６０４の壁要素１６２６と整列する。
【0043】
図１６Ａおよび図１６Ｂで説明されているのと同様の配置は、図１７Ａおよび図１７Ｂに示す７番目の代替ＤＣＴＡ構造におけるプロファイルされたピンによって代わりに達成できる。その中に示すように、ビーム遮蔽１７００は、第１および第２の部分１７０２、１７０４を含むことができる。第１および第２の部分のそれぞれは、複数のガイド面１７２２を規定する壁要素１７２４、１７２６を含むことができる。これらのガイド面１７２２は、プロファイルされたピン１７０６上に形成された複数の対応するピン面１７１２を係合させることができる。ガイド面とピン面が正しく整列すると、プロファイルされたピンは、中心軸１７２０に沿って第１および第２の部分を通じて挿入することができる。ピンヘッド１７１４は、第１および第２の部分へのピンの挿入を制限する。一旦挿入されると、ピン１７０６は適切な固定装置によって所定の位置に固定することができる。例えば、ピン１７０６は、ピンを所定の位置に保持するためにねじナット１７０８を配置できるねじ端部を備えることができる。
【0044】
図１８に第８の代替ＤＣＴＡ１８００を示す。ＤＣＴＡ１８００は、ターゲット１８０２とビーム遮蔽１８０４を備える。ビーム遮蔽１８０４は、ポスト１８２０を備える構造を有する。幾つかのシナリオでは、ポスト１８２０は、ターゲット１８０２およびドリフトチューブ１８１４の中心線１８１６と一直線にすることができる。このポストは、ターゲット１８０２の１つの主面に隣接して（および延長して）配置される第１の部分１８０６と、ターゲットの反対側の主面に隣接して（および延長して）配置される第２の部分１８０８を含むことができる。このように、第１の部分１８０６は、真空環境内のドリフトチューブ１０４の内部に配置することができ、第２の部分１８０８は、図示されるようにドリフトチューブの外部に配置することができる。
【0045】
ポスト１８２０は、図示されるように円筒形のポストで構成できる。しかし、構造の許容し得る構成はこの点に限定されず、ビーム形成操作を容易にするためにポストは異なる断面プロファイルを持つこともできる。例えば、ポストは、正方形、三角形、または長方形の断面プロファイルを持つことができる。幾つかのシナリオでは、断面プロファイルにはＮ面多角形（Ｎ面正多角形など）を選択できる。本明細書に記載されている他の構造の壁要素と同様に、ポスト１８２０は、Ｘ線エネルギーを大きく減衰させる材料を有利に含む。例えば、ポストは、ステンレス鋼、モリブデン、またはタングステン、タンタル、または他の高原子数（高Ｚ）材料などの金属を含むことができる。
【0046】
図１９に第９の代替ＤＣＴＡ１９００を示す。ＤＣＴＡ１９００の構造は、ＤＣＴＡ１０６のそれと同様にすることができる。このようにＤＣＴＡは、ターゲット１９０２の１つの主面に隣接して配置された第１の部分１９０６、およびターゲットの反対側の主面に隣接して配置された第２の部分１９０８を備えるビーム遮蔽１９０４を含むことができる。幾つかのシナリオでは、第１の部分１９０６は、ドリフトチューブ１０４に関連して真空環境に曝されるＤＣＴＡの一部の中に配置することができる。第２の部分１９０８は、図示されるようにドリフトチューブの外部に配置できる。ビーム遮蔽１９０４は、複数の壁要素１９１０、１９１２を備える。第１の部分１９０６に関連付けられた壁要素１９１０は、ＥＢＧ１０２から離れた方向に面する円盤状ターゲットの第１の主面から延びることができる。第２の部分１９０８に関連付けられた壁形状要素１９１２は、反対側の主面（例えば、ＥＢＧ１０２に向かって面するターゲット面）から延びることができる。壁要素１９１０、１９１２はまた、ＤＣＴＡ中心線１９１６から円盤状のターゲット１９０２の周辺に向かって外側へ放射方向に延びる。従って、壁要素は複数の遮蔽された区画を形成する。
【0047】
ＤＣＴＡ１９００は、本明細書に開示される他のＤＣＴＡ構造の多くと類似している。しかしながら、図１９では、ＤＣＴＡ１９００の壁要素１９１０、１９１２がターゲット要素１９０２の周縁１９０３まで完全に延びていないことが観察できる。その代わりに、壁要素は、ＤＣＴＡ中心線１９１６からターゲット要素１９０２の周縁１９０３までの半径方向距離の一部にのみ延びる。図１９に示す構造は、本明細書に示す他のＤＣＴＡ構造と比べて異なるビームパターンを容易にするために有用であり得る。
【0048】
図２０に目を向けると、図１～図７に示すＸ線源を制御するための例示的な制御システム２０００が示されている。制御システムは、高電圧源コントローラ２００４、高電圧生成器２００６、クーラントシステム２０１２、集束コイル電流源２０２４、集束電流制御回路２０２６、操縦コイル電流源２０１４、および操縦電流制御回路２０１６を制御する制御プロセッサ２００２を含むことができる。高電圧源コントローラ２００４は、高電圧生成器２００６の制御を容易にするように設計された制御回路で構成することができる。グリッド制御回路２００５およびヒータ制御回路２００７は、例示的な制御システムの一部として提供することもできる。
【0049】
高電圧生成器２００６は、比較的低電圧のＡＣを高電圧に上げるための高電圧変圧器２００８、および高電圧ＡＣを高電圧ＤＣに変換するための整流回路２０１０で構成することができる。高電圧ＤＣはその後、本明細書に記載するＸ線源装置における陰極および陽極に印加することができる。
【0050】
クーラントシステム２０１２は、ＤＣＴＡ１０６を冷却するための適切な流体を含むクーラント貯蔵器２０１３を含むことができる。例えば、幾つかのシナリオではこの目的に水を使用できる。あるいは、冷却を容易にするために油または他のタイプのクーラントを使用できる。幾つかのシナリオでは、ＤＣＴＡを含む特定の金属の構成要素が腐食する可能性を最小限に抑えることができるクーラントを選択できる。ポンプ２０１５、電子制御バルブ２０１７、および関連する流体導管は、ＤＣＴＡを冷却するためのクーラントの流れを容易にするために設けることができる。
【0051】
図１の１つ以上の集束コイル１１７に関連して、複数の電気的接続（図示せず）を設けることができる。これらの１つ以上の集束コイルは、図２０の制御回路を用いて独立して制御することができる。より詳細には、集束コイル電流源２０２４は、１つ以上の集束コイル１１７のそれぞれにＤＣ電流を供給可能な電源を備えることができる。この電流源は、制御プロセッサの制御下にある電流制御要素の配列を含む集束コイル制御回路２０２６に接続することができる。従って、集束電流制御回路２０２６は、電子ビームの焦点を制御するために１つ以上の集束電流Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３、…Ｃｎを１つ以上の集束コイル１１７に選択的に案内することができる。電子ビームを集束する方法は当該技術分野において公知であるため、ここでは詳しく説明しない。しかし、１つ以上の集束コイルのそれぞれに流される電流の大きさは、ビーム焦点を変化させるために選択的に制御できることが理解されるべきである。
【0052】
同様に、図１における１つ以上の操縦コイル１１８のそれぞれに関連して、複数の電気接続（図示せず）を設けることができる。これらの操縦コイルは、図２０の制御回路を用いて独立に制御することもできる。より具体的には、操縦コイル電流源２０１４は、複数の操縦コイルのそれぞれにＤＣ電流を供給可能な電源を備えることができる。この電流源は、制御プロセッサの制御下にある電流制御要素の配列を含む操縦コイル制御回路２０１６に接続することができる。従って、操縦電流制御回路は、電子ビームの方向を制御するために、操縦電流Ｉ１、１２、１３、…Ｉｎを１つ以上の操縦コイル１１８へ選択的に案内することができる。電子ビーム操縦コイルを制御する方法は、当該技術において知られているので、ここでは詳しく説明しない。例えば、電子ビーム操縦は、従来の陰極線管で通常行われている。それでも、各操縦コイルに流される電流の大きさは、電子ビームがターゲットに衝突する位置を変化させるために選択的に制御できることが理解されるべきである。
【0053】
本明細書に記載される電子ビームの磁気偏向に装置が限定されないことが理解されるべきである。電子ビーム操縦の他の方法も可能である。例えば、印加された電界も電子ビームを偏向させるために用いることができることがよく知られている。このようなシナリオでは、操縦コイルの代わりに電子ビームを制御するために高電圧偏向プレートを使用することができ、電流ではなくプレートに印加される電圧が変化するであろう。
【0054】
制御プロセッサ２００２は、コンピュータプロセッサ、特定用途向け回路、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）ロジックデバイス、または本明細書に記載の機能を実行するようにプログラムされた他の回路などの１つ以上のデバイスで構成することができる。このように、コントローラは、デジタルコントローラ、アナログコントローラまたは回路、集積回路（ＩＣ）、マイクロコントローラ、または個別部品から形成されたコントローラであってもよい。
【0055】
図２１Ａ～図２１Ｃは、本明細書に記載されるＤＣＴＡの動作を理解するのに有用な一連の図面である。便宜上、本明細書に開示されるＤＣＴＡに関しては、図１～図８に関して説明を進める。しかし、これらのコンセプトは、本明細書に開示されるＤＣＴＡ構造の多くまたは全てに同様に適用可能であることが理解されるべきである。
【0056】
図２１Ａは概念的に、複数の放射状に向けられたビームのビームセグメント２１０２においてＸ線が均一に生成されていると理解できる、ＤＣＴＡ中心線４１６に沿って見た複合Ｘ線ビームパターンを示す。このようなビームパターンは、ターゲット４０２に関連付けられた全てのセグメント４１４を励起するために電子ビームが拡散または操縦される際に生成し得る。それぞれの放射ビームセグメント２１０２は、ＤＣＴＡ１０６の一部を含む、対応するビームフォーマーによって生成される。図２１Ａに示すシナリオでは、ビーム生成器は、ＤＣＴＡ中心線４１６に対して異なる方位角方向における処理領域に対して各ビームセグメントが実質的に同じＸ線吸収量となるように（例えば、制御システム２０００で）制御される。また、図２１Ａでは、Ｘ線光子が約３６０度の円弧においてＤＣＴＡ１０６の周りの複数の異なる角度に向けられるようにビームセグメント２１０２が配置されることを観察することができる。
【0057】
ＤＣＴＡ１０６などの、ＤＣＴＡによって生成されるＸ線放射の全強度は、加速電圧の二乗にほぼ比例する。従って、幾つかのシナリオでは、陽極に対する陰極の電位を制御することによって、生成されるＸ線ビームの強度をそれぞれ制御することができる。各Ｘ線ビームセグメント２１０２の強度および方向の独立した制御は、図２１Ｂに示されるような複合ビームパターンを達成するために、複合ビームパターンにおける選択的な変化を容易にすることができる。電子ビーム強度および／または滞留時間は、所望の放射線治療計画を容易にするために、ターゲットの異なるセグメントに衝突する際に選択的に変化させることができる。図２１Ｃは、幾つかのシナリオにおいて、特定の半径または方位角方向におけるビーム強度を実質的にゼロに低減できることを示している。言い換えれば、特定の半径または方位角方向におけるＸ線ビームは、特定の放射線治療計画を容易にするために基本的に不能にすることができる。ビーム生成器の制御は、制御システム（制御システム２０００など）によって容易にすることができる。
【0058】
図２１Ａ～図２１Ｃのビームパターンは、電子ビーム強度および滞留時間をターゲット上の異なる位置で変化させることによりビームパターンを異なる半径方向において制御できる方法の概念的理解を容易にするために２次元で提示される簡略化されたパターンであることに留意すべきである。この技術を用いて生成される実際のビームパターンは相当により複雑であり、図７に概略で示すように、必然的に３次元放射パターンを含むであろう。それでも、より高い電位を使用して生成された電子ビームは、特定の半径または方位角方向におけるＸ線ビーム強度がより高くなり、低電位を使用して生成された電子ビームは、特定の半径または方位角方向におけるＸ線ビーム強度がより低くなることが理解される。必然的に、Ｘ線ビームが特定の方向に照射される時間の全長は、その方向に伝達される全放射線量に影響する。
【0059】
集束電子ビームによって放出されるＸ線の強度は、焦点から離れる距離に強く依存する。組織治療体積の距離を制御し、Ｘ線ビームの侵入力を変更するために、少なくとも、Ｘ線源と創傷空洞との間の間質空間を生理食塩水で満たすことがＩＯＲＴの場合に有利であり得る。このような配置は、ＤＣＴＡ１０６が流体ブラダ２２０２内に配置され得ることを示す図２２に示されている。流体ブラダは、Ｘ線源と組織壁２２０８（例えば、腫瘍床を含む組織壁）との間の間質空間２２０４を満たすために、生理食塩水などの流体２２０６で膨張する弾性バルーン状部材であり得る。流体導管２２１０、２２１２は、流体ブラダの内部への、および内部からの流体の流れを促進することができる。このような配置は、より一貫した放射線被曝を容易にするために、組織壁全体をＸ線源から均一な距離に配置することによって、腫瘍床の照射の均一性を高めることに役立つことができる。
【0060】
ＤＣＴＡ１０６でのＸ線の生成は、相当量の熱を発生し得る。従って、幾つかのシナリオでは、間質空間２２０４を満たす流体２２０６に加えて、ＤＣＴＡに別個のクーラントの流れを設けることができる。このような配置の一例を図２３と図２４に示す。図２３は、ドリフトチューブ１０４の一部およびＤＣＴＡ１０６を示す。ドリフトチューブおよびＤＣＴＡを囲む冷却ジャケット２３００は、複数の同軸冷却管２３０２、２３０５を見せるために断面で示されている。図２４は、図２３に示すアセンブリの断面図であり、線２４～２４に沿って示される。図２３および図２４から、複数の同軸冷却管はＤＣＴＡ（およびドリフトチューブの一部）を取り囲むシースとして構成でき、ＤＣＴＡから熱を運ぶクーラントの流れを与えることが可能なことが理解できる。
【0061】
より具体的には、外側同軸冷却管２３０２は、外側シース２３０１と内側シース２３０４との間質空間によって規定される。内部同軸冷却管２３０５は、内側シースおよび、ドリフトチューブ１０４およびＤＣＴＡ１０６の部分を含む外面によって規定される。内部同軸冷却管２３０５は、突起２３０６によって部分的に維持される。突起は、内側シース２３０４と、ドリフトチューブ１０４およびＤＣＴＡ１０６の外面との間の隙間を維持する。Ｘ線源が作動しているとき、クーラント２３０３は、外側同軸冷却管２３０２を通じてＤＣＴＡ１０６に向かって正の圧力下で流される。
【0062】
図２３の矢印で示すように、クーラント２３０３は、ノズル部２３０８が設けられている冷却ジャケットの端部２３０７に流れる。幾つかのシナリオでは、ノズル部２３０８は、図示されるように内側シース２３０４と一体化することができる。あるいは、ノズル部は別個の要素を備えることができる。ノズル部２３０８は、クーラント２３０３が外側同軸冷却管２３０２から内側同軸冷却管２３０５に流れ込むように配置された複数のポートを含む。ノズル部分はまた、冷却効果を与えるように、ＤＣＴＡ１０６の上および周りにクーラントの流れまたはスプレーを案内することに供する。図２３の矢印によって示されるこの流れは、クーラントの流れ圧力およびノズル部の精密な構造に依存して、連続的な流れ、スプレー、または滴下作用の形態であり得る。ＤＣＴＡ先端を冷却した後、クーラント２３０３は、突起２３０６によって維持される空間内の内部同軸冷却管２３０５により規定される帰還路に沿って流れる。クーラント２３０３は、次に排出ポートを通じて内部同軸冷却管を出る（図２３には示していない）。
【0063】
本明細書に図示され説明される冷却ジャケット２３００は、ＤＣＴＡの冷却を容易にする１つの可能な構造であることが理解される。この点に関しては、他のタイプの冷却シースも可能であり、制限なく使用できることが理解されるべきである。また、冷却ジャケットが不要になるかもしれないような低減した電圧レベルでＸ線源を作動させることができる幾つかのシナリオもあり得ることが理解されるべきである。
【0064】
Ｘ線放射パターンに対するさらなる制御は、電子ビームが特定のターゲットセグメント４１４に衝突する場所を選択的に変化させることによって得ることができる。例えば、図２５Ａ～図２５Ｄでは、各ビームフォーマーによって生成されるＸ線ビームのビーム幅を、電子ビームが特定のターゲットセグメントに衝突する位置を変化させることで調整できることを観察することができる。電子ビームがビーム遮蔽４０４の中心線に最も近いターゲットセグメントに衝突すると、ビ－ム形成区画によって比較的狭いビームが生成される。しかし、ビームが図２５Ｂ～図２５Ｄの中心線から放射状に外側へ徐々に移動すると、得られるＸ線ビームは方位角方向へ徐々に広くなる。従って、得られるＸ線放射強度パターンの方向および形状を選択的に制御することができる。図２５Ａ～図２５Ｄにおけるビームパターンは、電子ビームが特定のターゲットセグメントに衝突する位置を変化させることによりビーム幅を制御できる方法の概念的な理解を容易にするために提示される簡素化された２次元パターンであることに留意すべきである。この技術を用いて生成された実際のビームパターンは相当により複雑であり、図７に示すのと同様の３次元放射パターンを必然的に含むであろう。
【0065】
図２６Ａ～図２６Ｂは、同様のコンセプトを示しているが、異なる構造を持つビーム遮蔽を備えている。図２６Ａ～図２６Ｂでは、ビ－ム遮蔽２５０４は、くさび形状ではなくプロファイルにおいて半円形である複数の区画２５２０を含む。図２６Ａに示すように、電子ビームがターゲットと交差する位置を選択的に制御することは、ビーム形成区画によって比較的狭いＸ線ビーム２５０２が生成されるか、または比較的広いビーム２５０４が生成されるかを制御するのに役立つことができる。ビームがビーム遮蔽２５０４の中心線から放射状に外側へ移動するにつれて、より広いビームが生成される。
【0066】
図２６Ａに示すさらなる効果は、生成されるＸ線ビームの方向を操縦するさらなる方法を効果的に提供するために、電子ビームが壁要素に関連付けられたターゲットを捕まえる位置を変化させることを伴うことができる。電子ビームが区画の外縁の付近を回転するにつれて、Ｘ線ビームの方向が変化する。
【0067】
図２７を参照すると、ＤＣＴＡ２７００は、ターゲット２７０２の１つの主面に隣接して配置された第１の部分２７０６を含むビーム遮蔽２７０４、およびターゲットの反対側の主面に隣接して配置された第２の部分２７０８を含むことができる。第１の部分２７０６は、真空環境にあるドリフトチューブ２７１４の内部に配置することができ、第２の部分２７０８は、ドリフトチューブの外部に配置することができる。しかし、幾つかのシナリオでは、ドリフトチューブ２７１４の主要部２７１３は、Ｘ線を吸収または減衰する材料で構成することができる。このような例では、ドリフトチューブの端部２７１５を含む材料に、ドリフトチューブの主要部２７１３と比較してＸ線放射に対してより透過性の高いものを選択するのが望ましいことがある。このようなシナリオでは、端部２７１５を含む材料は、Ｘ線に対して透明となるように選択することができる。この配置により、ドリフトチューブ２７１４内で放出されるＸ線は減衰することなく内部から脱出することができ、それによって所望の治療効果を提供することができる。
【0068】
また、本明細書に開示されるＤＣＴＡは、図１９に示すＤＣＴＡ１９００と同様の構造を持つように構成することができる。ＤＣＴＡ１９００は、管状本体部１９２０を含む。管状本体部は、第１の端でターゲット１９０２を、反対側の端で連結リング１９２２を支持することができる。ビーム遮蔽１９０４の第１の部分１９０６は、管状本体部１９２０内に配置されるようにターゲットの面から延びる。連結リングは、ＤＣＴＡ１９００がドリフトチューブの端（例えば、ドリフトチューブ１０４）に固定されるように構成される。連結リングは、ドリフトチューブの末端との真空シールを容易にすることができる。従って、管状本体部１９２０の内部は、ドリフトチューブの内部と同じ真空圧で維持することができる。
【0069】
管状本体部１９２０は、Ｘ線透過性材料で構成することができる。その結果、管状本体部の内部に形成されたＸ線ビーム部は、管状本体部１９２０の構造によって実質的に吸収または減衰されない。この目的のために使用できるＸ線透過性材料の例としては、炭化ケイ素（ＳｉＣ）が挙げられるであろう。この目的のためにＳｉＣを用いる場合、コバール、即ちニッケルコバルト鉄合金などの材料から連結リング１９２２を形成することが有利であり得る。この目的のためにコバールを使用すると、本体部への連結リングのろう付けを容易にすることができる。もちろん、管状本体部１９２０の内部で生成するＸ線ビームの部分を減衰させることが望ましい幾つかのシナリオもあるかもしれない。その場合、管状本体部は、代わりにＸ線光子に対して吸収性の高い材料で形成することができる。Ｘ線光子に対して吸収性の高い材料の例としては、銅（Ｃｕ）が挙げられるであろう。
【0070】
１つ以上の実施に関して本発明を説明および記述したが、同等の変更や改変は、この明細書および添付図面の読み込みと理解によって他の当業者に起こるであろう。加えて、本発明の特定の特徴は、幾つかの実施のうちの１つのみに関して開示されたかもしれないが、そのような特徴は、既定または特定の応用のために所望されおよび有利であるかもしれない場合には、他の実施の１つ以上の別の特徴と組み合わせてもよい。
【0071】
本明細書で使用される用語は、本明細書に記載されているシステムおよび方法の特定の側面を記述することを目的とし、開示を制限することを意図しない。本明細書で使用される場合、単数形“ａ”、“ａｎ”および“ｔｈｅ”は、文脈が明確にその他を示さない限り、複数形も同時に含むことを意図している。さらに、用語“ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ”、“ｉｎｃｌｕｄｅｓ”、“ｈａｖｉｎｇ”、“ｈａｓ”、“ｗｉｔｈ”、またはこれらの異形が詳細な説明および／または特許請求の範囲のいずれかで使用される範囲内で、そのような用語は、用語“ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ”と同様の方法で包括されることを意図する。
【0072】
特に定義されていない限り、本明細書に使用される全ての用語（技術的および科学的用語を含む）は、この発明が属する当技術分野における通常の知識を有する者によって一般に理解されるのと同じ意味を有する。本明細書に明示的に定義されていない限り、一般に使用される辞書で定義されているような用語は、関連する技術分野の文脈における意味と一致する意味を持つと解釈されるべきであり、理想化された、または過度に形式的な意味で解釈されないことがさらに理解される。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16A】
【図16B】
【図17A】
【図17B】
【図18】
【図19】
【図20】
【図21A】
【図21B】
【図21C】
【図22】
【図23】
【図24】
【図25A】
【図25B】
【図25C】
【図25D】
【図26A】
【図26B】
【図27】