特表 2024-525844 強度変調された画素化表在放射線療法システム及び方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公表特許公報(A)

(11)【公表番号】

(43)【公表日】2024-07-12

(54)【発明の名称】強度変調された画素化表在放射線療法システム及び方法

(51)【国際特許分類】

   A61N 5/10 20060101AFI20240705BHJP

【ＦＩ】

A61N5/10 M

【審査請求】未請求

【予備審査請求】未請求

(21)【出願番号】P 2024502441

(86)(22)【出願日】2022-07-06

(85)【翻訳文提出日】2024-01-15

(86)【国際出願番号】 US2022036229

(87)【国際公開番号】W WO2023287621

(87)【国際公開日】2023-01-19

(31)【優先権主張番号】63/222,309

(32)【優先日】2021-07-15

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(81)【指定国・地域】

(71)【出願人】

【識別番号】524019070

【氏名又は名称】スキンキュア オンコロジー リミティド ライアビリティ カンパニー

(74)【代理人】

【識別番号】100099759

【弁理士】

【氏名又は名称】青木 篤

(74)【代理人】

【識別番号】100123582

【弁理士】

【氏名又は名称】三橋 真二

(74)【代理人】

【識別番号】100092624

【弁理士】

【氏名又は名称】鶴田 準一

(74)【代理人】

【識別番号】100114018

【弁理士】

【氏名又は名称】南山 知広

(74)【代理人】

【識別番号】100153729

【弁理士】

【氏名又は名称】森本 有一

(72)【発明者】

【氏名】カルマン フィッシュマン

【テーマコード（参考）】

4C082

【Ｆターム（参考）】

4C082AC02

4C082AG21

4C082AG26

(57)【要約】

Ｘ線治療システムは、電子ビームを発生させるように構成された電子ビーム発生器と、Ｘ線透過性内部を画定する側壁を含む画素ソースセルのアレイを備えるＸ線治療ヘッドと、を含む。側壁は、Ｘ線吸収性材料を含む。標的要素は、電子ビームによって衝撃を受けたときに、Ｘ線透過性画素ソースセル内部内でＸ線光子放射線を発生させるように位置決めされる。電子ビーム制御システムは、治療計画に応答して、画素ソースセルのうちの特定の画素ソースセルへの電子ビームの方向及び強度のうちの少なくとも一方を制御し、次いで、治療計画に応答して、少なくとも１つの追加の画素ソースセルへの電子ビームの方向及び強度のうちの少なくとも一方を制御するように構成されたコントローラを含む。Ｘ線光子放射線を用いて患者を治療する方法も開示される。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

Ｘ線治療システムであって、
電子ビームを発生させるように構成された電子ビーム発生器と、
複数の画素ソースセルを含む画素ソースセルアレイを備えるＸ線治療ヘッドであって、前記複数の画素ソースセルの各々が、前記画素ソースセルのＸ線透過性内部を画定する側壁を備え、前記側壁が、Ｘ線吸収性材料を含み、前記画素ソースセルが、前記電子ビームによって衝撃を受けたときに、前記Ｘ線透過性内部内でＸ線光子放射線を発生させる標的要素を更に備える、Ｘ線治療ヘッドと、
コントローラを備える電子ビーム制御システムと、を備え、前記コントローラが、
治療される治療部位についての治療計画を受信することと、
前記受信された治療計画に基づいて、前記複数の画素ソースセルから１つ以上の画素ソースセルを選択することであって、前記１つ以上の画素ソースセルが、前記治療部位の形状を描写する、選択することと、
前記受信された治療計画に基づいて、前記選択された１つ以上の画素ソースセルの各々に送達される前記電子ビームの方向及び強度の少なくとも一方を決定することと、
前記電子ビーム発生器及び前記Ｘ線治療ヘッドにデータを送信することであって、前記データが、前記選択された１つ以上の画素ソースセルと、前記選択された１つ以上の画素ソースセルの各々についての前記方向及び前記強度のうちの前記決定された少なくとも一方とを含む、送信することと、を行なうように構成されている、Ｘ線治療システム。

【請求項2】

前記標的要素が、モリブデン、金、及びタングステンからなる群から選択される少なくとも１つを含む、請求項１に記載のＸ線治療システム。

【請求項3】

前記標的要素が、基板上に提供されている、請求項２に記載のＸ線治療システム。

【請求項4】

前記基板が、ダイヤモンド、ベリリウム（Ｂｅ）、炭化ケイ素（ＳｉＣ）、サファイア、アルミニウム（Ａｌ）、セラミックアルミナ（Ａｌ_２０_３）、又は窒化ホウ素（ＢＮ）からなる群から選択される少なくとも１つを含む、請求項３に記載のＸ線治療システム。

【請求項5】

前記Ｘ線吸収性材料が、ステンレス鋼、モリブデン（Ｍｏ）、タングステン（Ｗ）、及びタンタル（Ｔａ）からなる群から選択される少なくとも１つを含む、請求項１に記載のＸ線治療システム。

【請求項6】

前記画素ソースセルの各々が、前記Ｘ線透過性内部内に前記標的要素を含む、請求項１に記載のＸ線治療システム。

【請求項7】

前記Ｘ線透過性内部内に提供された前記標的要素の周囲全体が、前記画素ソースセルの前記側壁に接触している、請求項６に記載のＸ線治療システム。

【請求項8】

前記標的要素が、前記画素ソースセルの近位端において前記画素ソースセルアレイに取り付けられている、請求項１に記載のＸ線治療システム。

【請求項9】

前記画素セルは、円形、六角形、正方形、長方形、三角形、五角形、八角形、又は七角形からなる群から選択される少なくとも１つを含む断面幾何学的形状を有する、請求項１に記載のＸ線治療システム。

【請求項10】

複数の前記画素ソースセルの遠位端に配置されたレーザ発光体を更に備える、請求項１に記載のＸ線治療システム。

【請求項11】

前記コントローラが、前記治療部位の輪郭と一致する形状を形成する１つ以上のレーザ発光体を選択し、
前記選択された１つ以上のレーザ発光体によって形成される前記形状が、前記選択された１つ以上の画素ソースセルの周囲に対応し、
前記コントローラが、前記治療ヘッドが前記治療部位上に運ばれたときに、前記選択された１つ以上のレーザ発光体をオンにするように構成されている、請求項１０に記載のＸ線治療システム。

【請求項12】

前記基板が、第１の基板及び第２の基板を含み、
前記標的要素が、前記第１の基板と前記第２の基板との間に挟まれている、請求項３に記載のＸ線治療システム。

【請求項13】

複数の硬化フィルタを更に備える、請求項１に記載のＸ線治療システム。

【請求項14】

前記複数の硬化フィルタのうちの少なくとも１つが、分離され得る少なくとも２つのセグメントを含む、請求項１３に記載のＸ線治療システム。

【請求項15】

前記少なくとも２つのセグメントを開位置及び閉位置に位置決めするように構成されたアクチュエータを更に備える、請求項１４に記載のＸ線治療システム。

【請求項16】

前記少なくとも２つのセグメントの前記位置を決定するように構成されたセンサを更に備える、請求項１４に記載のＸ線治療システム。

【請求項17】

前記複数の硬化フィルタのうちの２つが各々、分離され得る２つのセグメントを含み、一方の硬化フィルタのセグメント間の分離開口部が、他方の硬化フィルタのセグメント間の分離開口部と直交して位置決めされている、請求項１４に記載のＸ線治療システム。

【請求項18】

患者の標的部位をＸ線光子放射線を用いて治療する方法であって、
Ｘ線治療システムを提供することであって、前記Ｘ線治療システムが、
電子ビームを発生させるように構成された電子ビーム発生器と、
複数の画素ソースセルを含む画素ソースセルアレイを備えるＸ線治療ヘッドであって、前記複数の画素ソースセルの各々が、前記画素ソースセルのＸ線透過性内部を画定する側壁を備え、前記側壁が、Ｘ線吸収性材料を含み、前記画素ソースセルが、前記電子ビームによって衝撃を受けたときに、前記Ｘ線透過性内部内でＸ線光子放射線を発生させる標的要素を更に備える、Ｘ線治療ヘッドと、
コントローラを備える電子ビーム制御システムと、を備え、前記コントローラが、
治療される治療部位についての治療計画を受信すること、
前記受信された治療計画に基づいて、前記複数の画素ソースセルから１つ以上の画素ソースセルを選択することであって、前記１つ以上の画素ソースセルが、前記治療部位の形状を描写する、選択すること、
前記受信された治療計画に基づいて、前記選択された１つ以上の画素ソースセルの各々に送達される前記電子ビームの方向及び強度のうちの少なくとも一方を決定すること、
前記電子ビーム発生器及び前記Ｘ線治療ヘッドにデータを送信することであって、前記データが、前記選択された１つ以上の画素ソースセルと、前記選択された１つ以上の画素ソースセルの各々についての前記方向及び前記強度のうちの前記決定された少なくとも一方とを含む、送信すること、を行なうように構成されている、提供すること、
前記画素ソースセルアレイを患者の治療部位に対して位置決めすること、
前記電子ビームの前記方向及び強度のうちの少なくとも一方を制御して、第１の画素ソースセルに関連付けられた標的要素部分を選択的に打ち、前記治療部位の対応する部分を照射する拘束されたＸ線光子束を発生させること、
前記電子ビームの前記方向及び強度のうちの少なくとも一方を制御して、第２の画素ソースセルに関連付けられた標的要素部分を選択的に打ち、前記治療部位の異なる対応する部分を照射する拘束されたＸ線光子束を発生させること、を含む、方法。

【請求項19】

前記第１の画素ソースセル及び前記第２の画素ソースセルが異なる、請求項１８に記載の方法。

【請求項20】

治療部位の厚さの増加に関連付けられた前記画素ソースセルのうちの特定の画素ソースセルについて、前記電子ビームのエネルギーを増加させるステップを更に含む、請求項１８に記載の方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、概して、放射線療法に関し、より具体的には、Ｘ線光子放射線療法システム及び方法に関する。

【背景技術】

【0002】

表在放射線療法、術中放射線療法、一般小線源療法、及び腔内放射線療法を含む小線源療法は、標的細胞、特に皮膚癌病変、ケロイド、原位癌病変、及び表皮、真皮、皮下、並びに体の他の臓器及び組織における他の感染細胞のアポトーシスを誘導する治療として、Ｘ線光子などの放射線の使用を含む。小線源療法中には、健康な細胞への損傷を避けるように注意を払う必要がある。治療用Ｘ線光子の投与中に、切り欠き部分を備えた高Ｘ線吸収性材料で作られたシールドテンプレートを作製して、切り欠きによって露出された所定の領域内のみにおいてＸ線光子を透過させて治療部位に当てることを可能にすることが一般的である。そのようなテンプレートの製作は時間がかかり、不正確である。切り欠き部分は、Ｘ線光子が標的病変の細胞に当たることを可能にするようなサイズ及び輪郭でなければならない。そうでなければ、全ての標的癌細胞が除去されるとは限らない。したがって、治療ビームへの周囲組織の曝露をある程度制御しながら、病変の全体が治療されることを確実にするために、病変の決定され、かつ標的とされた輪郭を越えるテンプレート切り欠き設計では、場合によっては最大２０％の治療マージンが許容される。この治療マージンの作製は、主観的であり、病変の不規則な表面形状及び表面下形状によって複雑になる。また、治療の前にテンプレートを正確に配置して取り付ける必要があり、テンプレートの移動は避けなければならない。

【発明の概要】

【0003】

本発明の技術の態様は、電子ビームを発生させるように構成された電子ビーム発生器を含むＸ線処理システムに関する。Ｘ線治療システムは、複数の画素ソースセルを含む画素ソースセルアレイを含むＸ線治療ヘッドを更に含む。複数の画素ソースセルの各々は、画素ソースセルのＸ線透過性内部を画定する側壁を含む。側壁は、Ｘ線吸収性材料を含む。画素ソースセルは、電子ビームによって衝撃を受けたときに、Ｘ線透過性内部内にＸ線光子放射線を発生させる標的要素を更に含む。Ｘ線治療システムはまた、コントローラを含む電子ビーム制御システムを含む。コントローラは、治療される治療部位についての治療計画を受信するように構成されている。コントローラはまた、受信された治療計画に基づいて、複数の画素ソースセルから１つ以上の画素ソースセルを選択するように構成され、１つ以上の画素ソースセルは、治療部位の形状を描写する。コントローラは、受信された治療計画に基づいて、選択された１つ以上の画素ソースセルの各々に送達される電子ビームの方向及び強度のうちの少なくとも一方を決定するように更に構成される。コントローラはまた、電子ビーム発生器及びＸ線治療ヘッドにデータを送信するように構成され、データは、選択された１つ以上の画素ソースセル、及び選択された１つ以上の画素ソースセルの各々についての方向及び強度のうちの決定された少なくとも一方を含む。

【0004】

本技術の他の構成は、本技術の様々な構成が例として示され説明される、以下の詳細な説明から当業者に容易に明らかになるであろうことが理解される。理解されるように、本技術は、他の異なる構成が可能であり、そのいくつかの詳細は、全て本技術の範囲から逸脱することなく、様々な他の点で修正が可能である。したがって、図面及び詳細な説明は、本質的に例示と見なされるべきであり、限定と見なされるべきではない。

【図面の簡単な説明】

【0005】

図面には、現在好ましい実施形態が示されており、本発明は、示されている構成及び手段に限定されないことを理解されたい。

【0006】

【図1】本技術の例示的な態様による例示的なＸ線治療システムの概略図である。

【図2】本技術の例示的な態様による、例示的な治療ヘッドの正面図である。

【図3】本技術の例示的な態様による、例示的な画素ソースセルアレイの斜視図である。

【図3A】本技術の例示的な態様による、例示的な画素ソースセルアレイの内部特徴を明らかにするために、部分透視拡大図である。

【図4】本技術の例示的な態様による、画素ソースセルアレイの例示的な病変輪郭形成システムの斜視図である。

【図5】本技術の例示的な態様による、可動Ｘ線治療システムの側面図である。

【図6】本技術の例示的な態様による、例示的なＸ線治療システムの構成要素のブロック図である。

【図7】本技術の例示的な態様による、Ｘ線療法を実施する例示的な方法を例示するブロック図である。

【図8】本技術の例示的な態様による、画素ソースセルアレイの代替実施形態の概略斜視図である。

【図9A】本技術の例示的な態様による操作の第１の段階における治療ヘッドの概略図である。

【図9B】本技術の例示的な態様による第１の段階における治療されている病変の概略図である。

【図9C】本技術の例示的な態様による操作の第２の段階における治療ヘッドの概略図である。

【図9D】本技術の例示的な態様による第２の段階で治療されている病変の概略図である。

【図9E】本技術の例示的な態様による操作の第３の段階における治療ヘッドの概略図である。

【図9F】本技術の例示的な態様による第３の段階における治療されている病変の概略図である。

【図10A】本技術の例示的な態様による、例示的な多強度画素ソースＸ線硬化フィルタシステムの概略図である。

【図10B】本技術の例示的な態様による、部分的に開いた位置にある多強度画素ソースＸ線硬化フィルタシステムの概略図である。

【図10C】本技術の例示的な態様による、多強度画素ソースＸ線硬化フィルタシステムの概略底面図である。

【図10D】本技術の例示的な態様による、完全に開いた位置にある多強度画素ソースＸ線硬化フィルタシステムの概略図である。

【図10E】本技術の例示的な態様による、多強度画素ソースＸ線硬化フィルタシステムの概略底面図である。

【発明を実施するための形態】

【0007】

以下に記載される詳細な説明は、本技術の様々な構成の説明として意図されており、本技術が実施され得る唯一の構成を表すことを意図しない。添付の図面は、本明細書に組み込まれ、詳細な説明の一部を構成する。詳細な説明は、本技術の完全な理解を提供する目的のための具体的な詳細を含み得る。しかしながら、本技術は、本明細書に記載された特定の詳細に限定されず、これらの特定の詳細なしに実施され得る。いくつかの例では、本技術の概念を不明瞭にすることを避けるために、構造及び構成要素がブロック図の形態で示されている。

【0008】

図１は、本技術の例示的な態様によるＸ線治療システム１００の概略図を示す。Ｘ線治療システム１００は、高電圧発生器１０４、ライン１０８、電子ビーム発生器１１２、集束電磁コイル１１６、真空ドリフトチューブ１１８、電子ビームステアリング電磁コイル１２０、画素セルソースアレイ１２６、及び真空ジャケット１２８を含む。

【0009】

高電圧発生器１０４は、ライン１０８を介して電子ビーム発生器１１２と通信し得る。集束電磁コイル１１６は、ビームを集束させ、ビームを真空ドリフトチューブ１１８を通過させて電子ビームステアリング電磁コイル１２０に到達させ、電子ビームステアリング電磁コイル１２０は、ビーム１２４を画素セルソースアレイ１２６上の所望の位置にステアリングする。真空ジャケット１２８は、電子ビーム１２４が周囲空気による減衰なしに画素セルソースアレイ１２６に移動することを可能にするように提供される。

【0010】

画素セルソースアレイ１２６は、治療ヘッド（例えば、図２の治療ヘッド２００）上に提供され得る。画素セルソースアレイ１２６は、個々の画素セル１３０で構成されている。画素ソースセルアレイ１２６は、治療ヘッド幾何学的形状を形成するために、一緒に取り付けられるか、又は単一のモノリシック構造として製作された、複数の単一画素ソースセル１３０で構成され得る。画素ソースセルアレイ１２６は、様々な形態であり得る。これらの形態には、平面アレイ、湾曲アレイ、及び輪郭アレイが含まれる。

【0011】

画素ソースアレイ１２６は、各々が直径２５０マイクロメートル～２ｃｍの範囲の３～１５，０００画素ソースセル１３０を有し得る。例えば、画素ソースセルアレイ１２６は、３個、４個、５個、６個、７個、８個、９個、１０個、２０個、３０個、４０個、５０個、６０個、６０個、８０個、９０個、１００個、２００個、３００個、４００個、５００個、６００個、７００個、８００個、９００個、１０００個、２０００個、３０００個、４０００個、５０００個、６０００個、７０００個、８０００個、９０００個、１００００個、１１０００個、１２０００個、１３０００個、１４０００個、又は１５０００個の画素ソースセル１３０、及び、これらの値から選択された任意の小さい値及び大きい値の範囲内のいくつかの画素ソースセルを有することができる。各画素ソースセル１３０は、０．２５ｍｍ、０．５ｍｍ、０．７５ｍｍ、１ｍｍ、２ｍｍ、３ｍｍ、４ｍｍ、５ｍｍ、６ｍｍ、７ｍｍ、８ｍｍ、９ｍｍ、１０ｍｍ、１１ｍｍ、１２ｍｍ、１３ｍｍ、１４ｍｍ、１５ｍｍ、１６ｍｍ、１７ｍｍ、１８ｍｍ、１９ｍｍ、又は２０ｍｍの直径を有してもよく、これらの値から選択される任意の大きい値及び小さい値の範囲内の直径を有してよい。

【0012】

画素ソースセルアレイ１２６は、治療される腫瘍よりも大きくてもよい。腫瘍が画素ソースセルアレイ１２６よりも大きい場合、画素ソースセルアレイ１２６を、治療される病変又は標的組織表面全体を覆い包含するようにラスター化して移動させてもよい。画素ソースセル１３０の数及び寸法は、所望の解像度に依存し得、所与の領域におけるより多くの数の画素ソースセル１３０は、健康な周囲組織の照射を最小限に抑えながら、病変輪郭を覆う際のＸ線光子束の解像度及び精度を増加させる。画素ソースセルアレイ１２６内の画素ソースセル１３０の画素密度は、１平方インチ当たり１～２５画素であり得る。各画素ソースセル１３０の長さは、１ｍｍ～１００ｃｍであり得る。したがって、画素ソースセルアレイ１２６の寸法は一定でなくてもよい。一態様では、画素ソースセルアレイ全体は、１ｍｍ^２～１０ｃｍ^２の寸法を有することができる。

【0013】

画素ソースセルアレイ１２６は、画素ソースセルアレイ１２６から放出されるＸ線光子束によって病変全体を照射するのに十分な大きさであり得る。いくつかの態様では、画素ソースセルアレイ１２６よりも大きい領域は、画素ソースセルアレイ１２６をラスター化することによって治療され得る。画素ソースセルアレイ１２６のラスター化は、例えば、画素ソースセルアレイ１２６をロボットアーム上に取り付け、適切な位置付け基準を使用することによって実施されてもよい。

【0014】

画素ソースセルアレイ１２６の画素セル１３０の各々は、基板１３２、標的１３６、及び開放内部１４０を含む。標的１３６は、画素セル１３０の各々の開放内部１４０内に取り付けられた基板１３２上に提供されてもよい。例えば、電子ビーム１２４は、単一の画素セル１３０又は画素セル１３０の小グループの標的１３６に当たって、Ｘ線光子を発生させる。標的１３６に当たった電子ビーム１２４によって発生したＸ線光子は、画素セル１３０の壁によって制限され、画素セル１３０の軸と整列した画素化され拘束されたＸ線光子束１４４を提供する。

【0015】

画素ソースセル１３０は、電子ビーム１２４によって個別に標的化されてもよい。いくつかの例では、複数の画素ソースセル１３０は、電子ビーム１２４で一度に標的化され得るが、これは、画素ソースセルアレイ内の全画素ソースセルのサブセットである。画素ソースセル１３０は、図面（図１～４、８、９Ａ、９Ｃ、及び９Ｅ）に示される幾何学的形状に限定されず、任意の好適な断面幾何学的形状を有し得る。例えば、画素ソースセル１３０は、円形、六角形、正方形、長方形、三角形、五角形、八角形、又は七角形からなる群から選択される少なくとも１つを含む断面幾何学的形状を有し得る。

【0016】

任意の数の画素ソースセル１３０をアレイに組み込むことができる。画素ソースセル１３０の数、形状、及び寸法は、図面（例えば、図１～４、８、９Ａ、９Ｃ、及び９Ｅ）に示される数、形状、及び寸法に限定されず、臨床的必要性及び用途に応じて変更し得る。

【0017】

Ｘ線治療システム１００は、画像誘導システム１４８、ライン１５２、治療計画システム（ＴＰＳ）１５６、ライン１５８、中央処理装置（ＣＰＵ）１６０、ライン１６２、Ｘ線中央制御基板１６４、及びライン１６６を更に含む。高電圧発生器１０４、画像誘導システム１４８、ＴＰＳ１５６、ＣＰＵ１６０、及びＸ線中央制御基板１６４の各々は、電子デバイスを表し得る。電子デバイスは、１つ以上のプログラム可能なプロセッサ、１つ以上のプログラム可能な論理回路、及び／又はプログラム可能なプロセッサ及びプログラム可能な論理回路によって実行されるプロセス及び論理フローに関する命令を記憶する１つ以上の記憶デバイスを含み得る。

【0018】

画像誘導システム１４８は、ライン１５２を介してＣＰＵ１６０に通信する。ＣＰＵ１６０は、ライン１５８を介してＴＰＳ１５６と通信する。ＣＰＵ１６０はまた、ライン１６２を介してＸ線中央制御基板１６４と通信する。Ｘ線中央制御基板１６４は、ライン１６６を介して高電圧発生器１０４と通信する。画像誘導システム１４８の助けを借りて、Ｘ線治療システム１００は、正確な高解像の度強度変調された画素化Ｘ線ビームを標的治療部位に送達するように構成されている。

【0019】

例えば、画像誘導システム１４８は、標的治療部位の解剖学的画像及び／又はトポロジカル画像を取得し、取得された画像データをライン１５２を介してＣＰＵ１６０に送信する。ＣＰＵ１６０は、画像データを処理し、画像データを変換する。ＣＰＵ１６０は、変換済み画像データをライン１５８を介してＴＰＳ１５６に送信し、その後、ライン１６２を介してＸ線中央制御基板１６４に送信する。

【0020】

ＴＰＳ１５６は、画像誘導システム１４８から指定された治療部位の取得された画像から抽出された画像誘導データを埋め込むことによって治療計画を生成する。治療計画は、画像誘導データ、標的治療部位をカバーするための選択された画素ソースセル１３０の活性化シーケンス、各画素ソースセル１３０の所望の強度、及び標的治療部位についての総治療線量（各画素ソースセル１３０についての標的に対する活性化時間の関数）で構成される。治療計画は、ＣＰＵ１６０を介してＸ線中央制御基板１６４上にロードされる。

【0021】

Ｘ線中央制御基板１６４は、Ｘ線治療システム１００の操作シーケンスを調整及び制御する。Ｘ線中央制御基板１６４は、Ｘ線治療システム１００の操作シーケンスに基づいて高電圧発生器１０４を制御する。高電圧発生器１０４は、Ｘ線中央制御基板１６４によって制御されると、ＴＰＳ１５６からの治療計画を実行しながら、治療ヘッド（例えば、図２の治療ヘッド２００）内の各画素ソースセル１３０について変化する高電圧レベルを設定する。

【0022】

例えば、Ｘ線中央制御基板１６４は、ＴＰＳ１５６からロードされた治療計画に従って、電子ビーム１２４の発生及び偏向を選択された各画素ソースセル１３０に向けて制御する。電子ビーム１２４は、真空チャンバ１２８を通って指定された画素ソースセル１３０に向かって移動する。電子ビーム１２４は、高電圧発生器１０４によって選択された高電圧範囲において発生し、ＴＰＳ１５６からロードされた治療計画に従って、高電圧ライン１０８を介して、画素ソースセル１３０ごとに離散的に電子銃カソード１１２に送られる。

【0023】

Ｘ線中央制御基板１６４は、集束電磁コイル１１６を使用して電子ビーム１２４の磁場強度を制御することによって、電子ビームの焦点サイズ（直径）を設定する。次いで、集束された電子ビーム１２４は、真空ドリフトチューブ１１８を介して電子ビームステアリング電磁コイル１２０上に送られる。電子ビームステアリング電磁コイル１２０は、電子ビーム１２４の角度及びベクトルを、治療ヘッド（例えば、図２の治療ヘッド２００）内の画素ソースセルアレイ１２６の選択された画素ソースセル１３０に向かって偏向させる。選択された画素ソースセル１３０内に密閉され、基板１３２上に提供されたＸ線標的１３６に当たると、コリメートされ、明確に画定されたＸ線光子束放出が、指定された治療部位に向かって発生する。コリメーション、Ｘ線ビーム幾何学的形状、及び適合性は、画素ソース１３０の高Ｚセル壁構造によって達成される。このシーケンスは、ＴＰＳ１５６によって生成された治療計画及びＸ線中央制御基板１６４によるシーケンス制御に従って、治療ヘッド（例えば、図２の治療ヘッド２００）内の指定され、かつ選択された画素ソースセル１３０ごとに繰り返される。Ｘ線治療システム１００を制御する方法は、本明細書に記載の方法に限定されず、本技術の範囲外で修正された方法を包含し得る。

【0024】

Ｘ線治療システム１００は、電子渦ビームを発生させるように構成された電子ビーム源を含む。電子ビーム制御システムは、コントローラ（例えば、画像誘導システム１４８、ＣＰＵ１６０、ＴＰＳ１５６、Ｘ線中央制御基板１６４、高電圧発生器１０４）を備え、コントローラは、画素ソースセルのうちの特定の１つへの電子ビームの方向及び強度のうちの少なくとも一方の治療計画に応答し、次いで、少なくとも１つの追加の画素ソースセルへの電子ビームの方向及び強度のうちの少なくとも一方を制御するための治療計画に応答して、電子ビーム発生システム（（例えば、電子ビーム発生器１１２、集束電磁コイル１１６、真空ドリフトチューブ１１８、電子ビームステアリング電磁コイル１２０）を制御するように構成されている。電子ビームの操縦は、特定の病変治療部位についての治療計画に整合している。

【0025】

Ｘ線治療システム１００は、共焦点撮像などのレーザベースの画像誘導（例えば、画像誘導システム１４８）を採用して、治療される腫瘍又は病変表面及び皮下解剖学的特徴及びトポロジーを有する治療計画システム（例えば、ＴＰＳ１５６）を提供し、治療される病変又は腫瘍の表面及び深さ全体をよりうまくカバーするように画素化ビームの幾何学的配置の形状及び強度をよりうまく向上させて計画し、各画素ソースセルについての線量ペインティングを正確に計画して、病変又は腫瘍をより効果的に治療する。

【0026】

Ｘ線治療システム１００は、図１に示すように、電子ビームの制御及びステアリングによって画素ソースセル１４０の個々の通電を可能にする。電子ビーム１２４は、電子ビーム１２４を非常に小さい公差、例えば、１００ｕｍ～２ｃｍの焦点サイズ範囲、及び０．５～４５度の電子ビーム偏向範囲で集束させステアリングするように制御され得る。また、ビームのエネルギーは、１つの画素ソースセルから別の画素ソースセルまで個別に制御され得る。各画素ソースセルのビームエネルギーの選択的制御は、各単一画素ソースセルにおけるＸ線光子ビーム透過の識別を可能にし、各画素ソースセルのビームオンタイムの関数として、標的治療部位の対応する照射領域間の線量を調節する。病変は、様々な皮下深度で異なる厚さ及び悪性度を有し、透過及び線量の個別化された画素ソースセル制御は、各標的病変について、治療部位におけるより大きい透過深度及び増強された線量が必要である場合に、治療の有効性及び精度を高めることを可能にする。本開示によるＸ線治療システム１００は、ほとんどの場合に妥協的な方法である、病変全体にわたって包括的な凝集線量及び治療ビームを送達することの代わりに、臨床医によって必要とされるような高精度及び強度で各病変を治療するための新規の機能を提供する。

【0027】

図２は、本技術の例示的な態様による治療ヘッド２００の正面図を示す。治療ヘッド２００は、画素化Ｘ線源セルアレイ２０８、光源２１２、及びレーザビームエミッタ２１６を収容するハウジング２０４を含む。

【0028】

治療ヘッド２００のハウジング２０４の形状は、図２に示される形状に限定されず、他の形状であってもよい。画素化Ｘ線セルソースアレイ２０８は、Ｘ線セルソースアレイ１２６の構造と同様又は同じ構造を含み得る。画素化Ｘ線セルコースアレイ２０８の形状は、図２に示される形状に限定されなくてもよい。画素化Ｘ線セルソースアレイ２０８内のＸ線セルソースの数は、図２に示されるＸ線セルソースの数に限定されず、これよりも少なくても又は多くてもよい。

【0029】

光源２１２は、治療ヘッド２００の前面の周囲に設けられる。光源２１２は、患者の体の標的治療部位に照射する光を発生させるＬＥＤ光源を含む。光源２１２は、オペレータが画素化Ｘ線セルソースアレイ２０８が標的治療部位をカバーするかどうかを調べることを可能にするために使用されてもよい。光源２１２の形状及び数は、図２に示されるものに限定されないが、光源２１２が標的治療部位に光を照射し、オペレータが標的治療部位全体をカバーしているかどうかを調べることを可能にする限り、任意の形状又は任意の数の光源２１２を含み得る。

【0030】

レーザビームエミッタ２１６は、治療ヘッド２００の中心点の正確な十字線映像を作成して、オペレータが患者の体の指定された治療部位上の適切で正確な位置決め及び配置を確認することを可能にしてもよい。レーザビームエミッタ２１６は、４つのレーザビームエミッタを含むが、レーザビームエミッタ２１６の数は、レーザビームエミッタ２１６が治療ヘッド２００の中心点の十字線映像を作成することができる限り、図２に示される４つよりも少ないか又は多いレーザビームエミッタであってもよい。

【0031】

図３は、本技術の例示的な態様による、画素ソースセルアレイ３００の斜視図を示す。画素ソースセルアレイ３００は、複数の個々の画素ソースセル３０４で構成されている。

【0032】

図３Ａは、本技術の例示的な態様による、画素ソースセルアレイ３００の画素ソースセル３０４のうちの１つの拡大図を示す。画素ソースセル３０４は、内部の特徴を明らかにするために部分的に透視図で示されている。各画素ソースセル３０４は、Ｘ線吸収性壁３０８、Ｘ線透過性内部３１０、標的材料３１２、及び１つ以上のＸ線透過性基板層３１６から構成されている。

【0033】

Ｘ線吸収性壁３０８は、Ｘ線透過性内部３１０を画定する。画素ソースセル３０４のＸ線透過性内部３１０内には、標的材料３１２がＸ線透過性基板層３１６によって支持されるように、標的材料３１２及びＸ線透過性基板層３１６が提供される。

【0034】

Ｘ線吸収性壁３０８は、Ｘ線吸収性材料を含む。例えば、Ｘ線吸収性材料は、高Ｚ材料を含む。高Ｚ材料という用語が本明細書で使用される場合、一般に、少なくとも２１の原子番号を有する材料を指す。好適な高Ｚ材料は、ステンレス鋼、モリブデン（Ｍｏ）、タングステン（Ｗ）、及びタンタル（Ｔａ）からなる群から選択される少なくとも１つであり得る。他のＸ線吸収性材料もあり得る。Ｘ線吸収性壁３０８は、画素ソースセル内のＸ線光子束を制約し、それによって、画素化され拘束されたＸ線光子束が、各画素ソースセルによって発生する。

【0035】

画素ソースセル３０４の各々のＸ線吸収性壁３０８によって画定されるＸ線透過性内部３１０は、開放されてもよく、又はＸ線透過性材料（例えば、Ｘ線透過性基板層３１６）で充填されるか若しくは覆われてもよい。Ｘ線透過性基板層３１６は、選択された画素ソースセル３０４内を標的とする電子ビームを透過させなければならない。Ｘ線透過性基板層３１６が標的要素の後に提供されるとき、Ｘ線透過性基板層３１６は、標的材料３１２によって発生したＸ線光子束を透過させるべきである。Ｘ線透過性基板層３１６は、ダイヤモンド、ベリリウム（Ｂｅ）、炭化ケイ素（ＳｉＣ）、サファイア、アルミニウム（Ａｌ）、セラミックアルミナ（Ａｌ_２０_３）、又は窒化ホウ素（ＢＮ）からなる群から選択される少なくとも１つであり得る。電子ビームを透過させる他の基板材料は、Ｘ線透過性基板層３１６に使用され得る。

【0036】

Ｘ線透過性基板層３１６は、Ｘ線透過性内部３１０に設けられており、標的要素（例えば、標的材料３１２）を支持し、標的材料３１２が電子ビームによって衝撃を受けたときに、標的材料３１２がＸ線光子放射線を発生させることを可能にする。例えば、標的材料３１２は、単一のＸ線透過性基板層３１６によって支持され得る。いくつかの実施形態では、Ｘ線透過性基板層３１６は、２つのＸ線透過性基板層３１６の間に標的材料３１２を挟むことによって標的材料３１２を支持し得る。しかしながら、いくつかの他の実施形態では、標的要素は、２つ以上のＸ線透過性基板層３１６の間に設けられてもよい。

【0037】

標的材料３１２は、画素ソースセル３０４のＸ線吸収性壁３０８と接触するように位置決めされ得、それによって、標的材料３１２に当たる電子ビームによって発生したＸ線光子は、画素ソースセル３０４の高Ｚ壁（例えば、Ｘ線吸収性壁３０８）内に放出され、画素ソースセル３０４の高Ｚ壁（例えば、Ｘ線吸収性壁３０８）によって制限される。標的材料３１２は、ステアリングされた電子ビームを標的材料３１２の中心において受け取るように位置決めされ得、それによって、高Ｚ画素ソースセル壁によって封じ込められ、コリメートされる所望のＸ線光子束を発生させる。例えば、標的材料３１２は、Ｘ線吸収性壁３０８によって画定されたＸ線透過性内部３１０内に配置され得る。いくつかの実施形態では、標的材料３１２は、画素ソースセル３０４の端部に配置され得る。

【0038】

標的材料３１２は、Ｘ線光子を発生させることによって電子ビームに反応する材料で形成される。好適な標的材料としては、例えば、モリブデン、金又はタングステンが挙げられる。電子ビームによって衝撃を受けたときに比較的高い効率でＸ線光子を効率的に発生させる他の材料が、標的材料３１２に使用され得る。標的要素は、画素ソースセルアレイ全体に関連付けられた単一の大きな標的要素、又は一緒にクラスタ化された複数の画素ソースセルであってもよい。標的要素は、各画素ソースセルに対して離散的であり得る。

【0039】

画素ソースセル３０４は、Ｘ線吸収性壁３０８、Ｘ線透過性内部３１０、標的材料３１２、及びＸ線透過性基板層３１６を使用して、幾何学的に画定され限定された表面領域をカバーする制限された正確なＸ線ビームを提供する。画素ソースセル３０４は、集束されステアリングされた電子ビームを標的材料３１２に向けることによってそのような技術的改善を達成し、ステアリングされた電子ビームが標的材料３１２に当たった後、標的材料３１２によって発生したＸ線光子束が、高Ｚ壁によって制限され、高Ｚ壁が、結果として生じるＸ線光子ビームを、画素ソースセルの幾何学的形状を超えて散乱させることなく、コリメートし、画定された表面領域（例えば、患者の治療部位）に向かって誘導する。これにより、Ｘ線に曝露される患者の治療部位の近くの健康な細胞の量が更に減少する。アレイ内に複数の画素ソースセルを提供することによって、ステアリングされた電子ビームの制御を使用して、標的治療部位の所定の形状及び輪郭を画素化様式で生成することができる。

【0040】

図４は、本技術の例示的な態様による、画素ソースセルアレイのための病変輪郭形成システム４００の斜視図を図示する。病変輪郭形成システムは、画素ソースセル４０４のアレイ、開放内部４１２、光ファイバレーザ発光体４１６、光ファイバケーブル４２０、１つ以上の光ファイバケーブルクラスタ４２２及び４２４、好適な病変輪郭形成レーザ源４２６、病変輪郭形成中央制御基板４３２、並びに接続４３８及び４４２を含む。

【0041】

画素ソースセル４０４は、それぞれ、開放内部４１２を含む。開放内部４１２は、標的材料（例えば、図３の標的材料３１２）によって発生したＸ線光子の放出を可能にする。光ファイバレーザ発光体４１６は、開放インテリア４１２の各々の周囲に沿って提供される。光ファイバレーザ発光体４１５は、患者の治療部位上に開放内部４１２を通して放出されるＸ線光子によって照射される領域の輪郭を画定するために使用されるレーザビームを発生させる。光ファイバレーザ発光体４１６は、光ファイバケーブル４２０を通してレーザ光を受け取る。光ファイバケーブル４２０は、１つ以上の光ファイバケーブルクラスタ４２２及び４２４に束ねられてもよい。レーザ光は、好適な病変輪郭形成レーザ光源４２６によって発生する。病変輪郭形成中央制御基板４３２は、患者の治療部位についての治療計画に従って、レーザ光を接続部４３８を介して束４２２に向け、接続部４４２を介して束４２４に向け、そしてそれによって光ファイバケーブル４２０及び光ファイバレーザ発行体４１６に向ける。

【0042】

病変（例えば、患者の体の治療部位）上の標的Ｘ線ビームの輪郭の表示をオペレータに提供することにより、オペレータは、実際の病変上の治療ビームの正確な配置及び縁をリアルタイムで検証することができる。この機能は、病変輪郭形成モジュール（例えば、病変輪郭形成システム４００）によって達成される。病変輪郭形成システム４００は、レーザなどの光を投影して、ヘッド及び画素ソースセルアレイの位置決めの表示をオペレータに提供する。病変輪郭形成システム４００の光ファイバクラスタは、複数の光ファイバストランドで構成され得、光ファイバストランドは、画素ソースセルアレイ全体に提供することができ、各画素ソースセルのエッジポイントを示すために各画素ソースセルのエッジ間に埋め込むことができ、治療計画システムによって提供される治療計画に従って病変輪郭形成システム４００を使用して個々に制御可能とすることができる。

【0043】

図５は、本技術の例示的な態様による可動Ｘ線治療システム５００の側面図を示す。可動Ｘ線治療システム５００は、治療ヘッド５０４、画素ソースセルアレイ５０８、関節屈曲アームアセンブリ５１２、位置決めモータ５１６、可動ベース支持体５２０、共焦点撮像ヘッド５２４、共焦点撮像ヘッドデータ及び電源ケーブル５２８、治療計画タブレット５３２、１つ以上のベース荷重キャスタ５３６、１つ以上のベースステアリングキャスタ５４０、冷気吸入ルーバー５４４、及び熱気排気ルーバー５４８を含む。

【0044】

治療ヘッド５０４は、画素ソースセルアレイ５０８を含む。治療ヘッド５０４と画素ソースセルアレイ５０８との間の構造的関係は、図２の治療ヘッド２００を使用して説明された構造的関係と同様であり得る。画素ソースセルアレイ５０８は、図１～４に関して説明された画素ソースセルアレイの任意の組み合わせと同じ又は類似の構造を有し得る。治療ヘッド５０４は、関節屈曲アームアセンブリ５１２の一端に取り付けられている。関節屈曲アームアセンブリ５１２の他端は、位置決めモータ５１６に接続されている。位置決めモータ５１６は、可動ベース支持体５２０上に取り付けられている。

【0045】

図５には示されていないが、可動ベース支持体５２０は、画像誘導システム（例えば、図１の画像誘導システム１４８）、ＣＰＵ（例えば、図１のＣＰＵ１６０）、ＴＰＳ（例えば、図１のＴＰＳ１５６）、Ｘ線中央制御基板（例えば、図１のＸ線中央制御基板１６４）、及び高電圧発生器（例えば、図１の高電圧発生器１０４）を含み得る。可動ベース支持体５２０は、共焦点撮像ヘッド５２４を更に含み、共焦点撮像ヘッド５２４は、共焦点撮像ヘッドデータ及び電源ケーブル５２８を介して可動ベース支持体５２０に接続されている。例えば、共焦点撮像ヘッド５２４は、画像誘導システムの一部であってもよく、患者の体の治療部位の１つ以上の解剖学的画像及び／又はトポロジカル画像を取得するために使用される。取得された１つ以上の解剖学的画像及び／又はトポロジカル画像は、共焦点撮像ヘッドデータ及び電源ケーブル５２８を介して、可動ベース支持体５２０内のＣＰＵに送信される。

【0046】

可動ベース支持体５２０には、治療計画タブレット５３２が更に取り付けられている。治療計画タブレット５３２は、オペレータが１つ以上の解剖学的画像及び／又はトポロジカル画像を確認し、治療ヘッド５０４を制御するためのデータ及び指示（例えば、治療計画）を入力することを可能にするユーザインターフェースである。例えば、治療計画タブレット５３２は、ＴＰＳの一部であってもよく、取得された１つ以上の解剖学的画像及び／又はトポロジカル画像をＣＰＵから受信する。受信された１つ又は複数の解剖学的画像及び／又はトポロジカル画像は、オペレータによる確認のために治療計画タブレット５３２上に表示され得る。治療計画タブレット５３２は、オペレータからのユーザ入力を受信して、受信された１つ以上の解剖学的画像及び／又はトポロジカル画像に少なくとも基づいて治療計画を生成し得る。生成された治療計画は、治療計画タブレット５３２からＣＰＵを介してＸ線中央制御基板に送信される。受信された治療計画に基づいて、Ｘ線中央制御基板は、治療部位をカバーする画素ソースセルアレイ５０８から１つ以上の画素ソースセル（図示せず）を選択し、選択された１つ以上の画素ソースセルの各々に送達されるＸ線ビームの強度を決定する。次いで、Ｘ線中央制御基板は、選択された１つ以上の画素ソースセル及びＸ線ビームの対応する強度を高電圧発生器に通信する。Ｘ線中央制御基板からの通信に基づいて、高電圧発生器は次いで、治療ヘッド５０４及び画素ソースセルアレイ５０８と通信して、正確な高解像度の強度変調された画素化Ｘ線ビームを標的治療部位に送達する。

【0047】

可動ベース支持体５２０は、オペレータが可動Ｘ線治療システム５００を必要に応じた場所に移動させることを可能にするために、ベース荷重キャスタ５３６及びベースステアリングキャスタ５４０を更に含み得る。可動ベース支持体５２０は、可動Ｘ線治療システム５００に冷却空気を供給するために、冷気吸入ルーバー５１４及び熱気排気ルーバー５４８を更に含む。

【0048】

いくつかの実施形態では、Ｘ線治療システム５００は、サイズ、アレイ内の画素ソースセルの数、アレイ全体の形状、各画素ソースセルの形状及び寸法、各画素ソースセルの軸、及びしたがって、各画素ソースセルから放出されるＸ線光子束の方向、並びにアレイ内の全ての画素ソースセルセルの配置によって互いに異なるいくつかの交換可能な治療ヘッドから構成され得る。

【0049】

図６は、本技術の例示的な態様によるＸ線治療システム６００の構成要素のブロック図である。具体的には、ブロック図は、本技術の例示的な態様による、Ｘ線治療システム６００の構成要素及びＸ線治療システム６００を制御するための方法の流れを示す。

【0050】

Ｘ線治療システム６００は、電子ビーム源６０４、電子ビーム６０６、集束電磁石６０８、集束された電子ビーム６１０、ステアリング電磁石６１２、方向付けられた電子ビーム６１４、電子ビーム真空チャンバ６１６、電子ビーム６１８、画素ソースセルアレイ６２０、高電圧発生器６２４、接続部６２６、システム電源バンク６３０、電力線６２８、Ｘ線中央制御基板６４０、電力線６３８、接続部６４２、接続部６４４、接続部６４６、ＣＰＵ６４８、電力線６５０、ＴＰＳ６５４、接続部６５６、画像誘導システム６６０、接続部６６２、電力線６６４、及び電力線６７０を含む。接続部６２６、６４２、６４４、６４６、及び６５６は、２つの構成要素間の双方向通信を提供し得る。

【0051】

システム電源バンク６３０は、電力線６２８を介して高電圧発生器６２４に電力を供給し、電力線６３８を介してＸ線中央制御基板６４０に電力を供給し、電力線６５０を介してＣＰＵ６４８に電力を供給し、電力線６６４を介してＴＰＳ６５４に電力を供給し、電力線６７０を介して画像誘導システム６６０に電力を供給する。高電圧発生器６２４は、接続部６２６を介して電子ビーム源６０４に電力を供給する。

【0052】

画像誘導システム６６０は、患者の体の治療部位（例えば、病変）の１つ以上の解剖学的画像及び／又はトポロジカル画像を取得し、取得された１つ以上の解剖学的画像及び／又はトポロジカル画像に基づいて画像誘導データを生成する。画像誘導データは、接続部６６２を介してＣＰＵ６４８に通信される。ＣＰＵ６４８はまた、接続部６６２を介して画像誘導システム６６０に情報を受信して提供する。ＣＰＵ６４８は、接続部６５６を介して画像誘導データをＴＰＳ６５４に通信する。ＴＰＳ６５４は、画像誘導データに基づいて治療計画を生成する。生成された治療計画は、接続部６５６を介してＣＰＵ６４８に通信される。ＣＰＵ６４８は、治療計画に基づいて、電子ビーム源６０４、集束電磁石６０８、及びステアリング電磁石６１２を制御するための命令を生成し、接続部６４４を介してＸ線中央制御基板６４０に命令を通信する。

【0053】

Ｘ線中央制御基板６４０は、これらの命令を処理して、接続部６４２を介して集束電磁石６０８に制御信号を提供し、接続部６４６を介してステアリング電磁石６１２に制御信号を提供する。Ｘ線中央制御基板６４０は更に、高電圧発生器６２４に制御信号を提供する。高電圧発生器６２４は、Ｘ線中央制御基板６４０から受信された制御信号に基づいて、接続部６２６を介して電子ビーム源６０４に高電圧ゲインを提供する。

【0054】

電子ビーム源６０４は、Ｘ線中央制御基板６４０から受信された制御信号に基づいて電子ビーム６０６を発生させる。すなわち、電子ビーム源６０４内の電子ビーム生成及び制御は、ＴＰＳ６５４によって生成された治療計画に基づいて、Ｘ線中央制御基板６４０によって管理される。電子ビーム６０６は、集束された電子ビーム６１０を発生させる集束電磁石６０８を通過する。次いで、集束された電子ビーム６１０は、ステアリング電磁石６１２に入る。方向付けられた電子ビーム６１４が出現し、電子ビーム真空チャンバ６１６に入る。次いで、電子ビーム６１８は、画素ソースセルアレイ６２０に当たり、そこから強度変調された画素化Ｘ線光子ビームが発生して、病変（例えば、治療部位）を治療する。ＣＰＵ６４８は、システムのモジュール、信号、及び操作シーケンスを制御することによって、Ｘ線治療システム６００を高レベルで操作し患者の治療部位上に管理する。

【0055】

図７は、本技術の例示的な態様に従った、強度変調された画素化表在放射線療法システム７００をＸ線療法するための方法を示すブロック図を示す。システム７００は、治療アーム及びヘッド要素制御システム７０４、メインシステム制御モジュール７２４、ＴＰＳ７４４（例えば、図１のＴＰＳ１５６、図５の治療計画タブレット５３２、図６のＴＰＳ６５４）、画像誘導モジュール７５０（例えば、図１の画像誘導システム１４８、図６の画像誘導システム６６０）、画像誘導モジュール７５０によって接続及び制御された画像誘導ヘッド７６２（例えば、図５の共焦点撮像ヘッド５２４）、及び病変輪郭形成モジュール７８０（例えば、図４の病変輪郭形成システム４００）を含む。

【0056】

画像誘導モジュール７５０は、撮像中央制御ユニット７５４及び撮像ビーム発生器７５８を含む。撮像中央制御ユニット７５４は、接続部７６０を介して画像誘導ヘッド７６２に接続され、接続部７５９を介して撮像ビーム発生器に接続されている。例えば、画像誘導ヘッド７６２は、患者の治療部位（例えば、病変）の１つ以上の解剖学的画像及び／又はトポロジカル画像を取得するために必要な画像ビームを、接続部７５９を介して撮像ビーム発生器７５８から受け取る。取得された１つ以上の解剖学的画像及び／又はトポロジカル画像は、接続部７６０を介して画像誘導ヘッド７６２から撮像中央制御ユニット７５４に送信される。撮像中央制御ユニット７５４は、取得された１つ以上の解剖学的画像及び／又はトポロジカル画像の画像誘導データを、接続部７７０を介してメインシステムモジュール７２４のＣＰＵ７２８に通信する。撮像ビーム発生器７５８は、画像誘導ヘッド７６２を制御するための命令を、接続部７７４を介してメインシステムモジュール７２４のＣＰＵ７２８から受信し得る。

【0057】

メインシステムモジュール７２４は、ＣＰＵ７２８（例えば、図１のＣＰＵ１６０、図６のＣＰＵ６４８）、中央ＸＣ線システム制御基板７３２（例えば、図１のＸ線中央制御基板１６４）、高電圧発生器（ＨＶＧ）７３６（例えば、図１の高電圧発生器１０４、図６の高電圧発生器６２４）、及びシステム電源バンク７４０（例えば、図６のシステム電源バンク６３０）を含む。ＣＰＵ７２８は、接続部７３０を介して中央Ｘ線システム制御基板７３２に接続されている。中央Ｘ線システム制御基板７３２は、接続部７３４を介してＨＶＧ７３６に接続されている。接続部７３８を介してシステム電源バンク７４０に接続されたＨＶＧ。システム電源バンク７４０は、システム７００に電力を提供する。

【0058】

ＣＰＵ７２８は、撮像中央制御ユニット７５４から画像誘導データを受信すると、撮像誘導データを接続部７４２を介してＴＰＳ７４４に送信する。ＴＰＳ７４４は、画像誘導データをシステム７００のオペレータに提供してもよい。例えば、ＴＰＳ７４４は、画像誘導データを表示するためのディスプレイ（図示せず）と、オペレータからユーザ入力を受信するためのユーザインターフェース（図示せず）とを含み得る。いくつかの実施形態では、ディスプレイは、ユーザインターフェースとして機能するタッチスクリーンであり得る。ＴＰＳ７４４は、画像誘導ヘッド７６２によって撮像された患者の治療部位についての治療計画を、ユーザインターフェースを介してオペレータから受信し得る。ＴＰＳ７４４は、治療計画をＣＰＵ７２８に送信する。

【0059】

ＣＰＵ７２８は、ＴＰＳ７４４から治療計画を受信すると、受信された治療計画に基づいて、ＩＭＶＢ治療ヘッド７０８内の画素ソースセルアレイ（図示せず）から、Ｘ線を放出して治療部位を透過させるために使用される１つ以上の画素ソースセルを選択する。ＣＰＵ７２８は、治療計画に基づいて、選択された１つ以上の画素ソースセルの各々についてのＸ線の強度を決定する。ＣＰＵ７２８は、Ｘ線の放出の角度及び／又は方向を更に決定し得る。ＣＰＵ７２８は、選択された１つ以上の画素ソースセル、Ｘ線の対応する強度、及びＸ線の放出の角度及び／又は方向に対応する制御信号を、接続部７３０を介して中央Ｘ線システム制御基板７３２に送信する。

【0060】

中央Ｘ線システム制御基板７３２は、接続部７３４を介して高電圧発生器７３６に制御信号を送信し、接続部７２０を介してＩＭＶＢ治療ヘッド７０８に制御信号を送信し、接続部７８９を介して病変輪郭形成モジュール７８０の病変輪郭形成中央制御基板７８８に制御信号を送信する。

【0061】

高電圧発生器７３６は、中央Ｘ線システム制御基板７３２から制御信号を受信すると、受信された制御信号に基づいて高電圧ゲインを決定し、決定された高電圧ゲインをＩＭＶＢ治療ヘッド７０８内の電子ビーム源（図示せず）に提供する。

【0062】

病変輪郭形成モジュール７８０は、病変輪郭形成レーザ光源７８４、病変輪郭形成中央制御基板７８８、及び光ファイバクラスタ７９２を含む。病変輪郭形成レーザ光源７８４は、接続部７８６を介して病変輪郭形成中央制御基板７８８に接続されている。病変輪郭形成中央制御基板７８８は、接続部７９０を介して光ファイバクラスタ７９２に接続されている。

【0063】

光ファイバクラスタ７９２は、接続部７９４を介してＩＭＶＢ治療ヘッド７０８に接続された複数の光ファイバケーブル（図示せず）を含む。病変輪郭形成レーザ光源７８４は、接続部７８５を介してシステム電源バンク７４０から電力を受け取る。病変輪郭形成レーザ光源７８４は、レーザ光を複数の光ファイバケーブルに提供する。病変輪郭形成中央制御基板７８８は、中央Ｘ線システム制御基板７３２から受信された制御信号に基づいて、複数の光ファイバケーブルから、レーザ光を透過させるための１つ以上の光ファイバケーブルを選択する。

【0064】

治療アーム及びヘッド要素制御システム７０４は、ＩＭＶＢ治療ヘッド７０８、関節屈曲アーム７１２、及びアームアクチュエータ７１６を含む。治療ヘッド７０８は、接続部７１０を介して関節屈曲アーム７１２に接続されている。関節屈曲アーム７１２は、接続部７１４を介してアームアクチュエータ７１６に接続されている。

【0065】

図７には図示されていないが、ＩＭＶＢ治療ヘッド７０８は、画素ソースセルアレイ（例えば、図１の画素ソースセルアレイ１２６、図２の画素化Ｘ線ソースセルアレイ２０８、図３の画素ソースセルアレイ３００、図５の画素ソースセルアレイ５０８、図６の画素ソースセルアレイ６２０）を含んでもよい。ＩＭＶＢ治療ヘッド７０８内の画素ソースセルアレイから治療計画に基づいて選択される１つ以上の画素ソースセルは、高電圧発生器７３６から電子ビームを受け取ってもよい。例えば、選択された１つ以上の画素ソースセルの各々に送達される電子ビームの強度は、治療計画に基づいて設定されてもよい。いくつかの実施形態では、強度は、１つ以上の画素ソースセルにわたって均等であってもよい。いくつかの他の実施形態では、強度は、画素ソースセルごとに異なり得る。更に、いくつかの他の実施形態では、同じ強度が１つ以上の画素ソースセルのうちのいくつかに送達されてもよく、一方、異なる強度が１つ以上の画素ソースセルのうちの他の画素ソースセルに送達されてもよい。

【0066】

ＩＭＶＢ治療ヘッド７０８は、光ファイバレーザ発光体（例えば、図４の光ファイバレーザ発光体４１６）（図示せず）を更に含んでもよい。光ファイバケーブルのうちの選択された１つ以上の光ファイバケーブルに対応する１つ以上の光ファイバレーザ発光体は、病変輪郭形成レーザ光源７８４からレーザ光を受け取り得る。１つ以上の光ファイバレーザ発光体は、Ｘ線を照射される領域の周囲を表す輪郭を患者の治療部位上に形成する。

【0067】

関節屈曲アーム７１２（例えば、図５の関節屈曲アームアセンブリ５１２）は、ＩＭＶＢ治療７０８が患者の治療部位上に位置決めされるように、中央Ｘ線システム制御基板７３２から受信した制御信号に従って、アームアクチュエータ７１６によって制御されてもよい。

【0068】

図８は、本技術の例示的な態様による、治療ヘッド８００の画素ソースセルアレイ８０２の代替実施形態の概略斜視図を示す。治療ヘッド８００は、個々の画素ソースセル８０６で構成された画素ソースセルアレイ８０２を含む。画素ソースセルアレイ８０２は、標的材料８１０に取り付けられている。標的材料８１０は、モリブデン、金、又はタングステンなどの材料を含み得る。標的材料８１０は、好適な標的基板８１６上に取り付けられてもよい。好適な標的基板８１６は、ダイヤモンド、ベリリウム（Ｂｅ）、炭化ケイ素（ＳｉＣ）、サファイア、アルミニウム（Ａｌ）、セラミックアルミナ（Ａｌ_２０_３）、又は窒化ホウ素（ＢＮ）などの材料を含み得る。他の基板材料もあり得る。集束されステアリングされた電子ビーム８２４が、標的材料８１０に当たる。集束されステアリングされた電子ビーム８２４が標的材料８１０に当たったことに反応して、Ｘ線光子が発生してもよい。標的材料８１０から発生したＸ線光子は、個々の画素ソースセル８０６の壁によって制限され、拘束されたＸ線光子束８３０が発生する。次いで、Ｘ線光子束８３０は、患者の治療部位を照射する。

【0069】

図９Ａ～９Ｆは、本技術の例示的な態様による、Ｘ線治療システムを使用して実施される治療操作の例示的な段階を示す。具体的には、図９Ａ及び９Ｂは、治療操作の例示的な第１の段階を示し、図９Ｃ及び９Ｄは、治療操作の例示的な第２の段階を示し、図９Ｅ及び９Ｆは、本技術の例示的な態様による治療操作の例示的な第３の状態を示している。

【0070】

図９Ａは、治療操作の第１の段階における治療ヘッド９０４の概略図であり、図９Ｂは、治療操作の第１の段階における治療される患者の治療部位（例えば、病変）９０８の概略図である。治療ヘッド９０４は、図２に記載の治療ヘッド２００と同じ又は類似の構成を有し得る。Ｘ線治療システム（例えば、図１～７に記載のシステム）のステアリング電磁石（例えば、図６のステアリング電磁石６１２）は、治療計画に従って、電子ビームを画素ソースセル９１６にステアリングする。画素ソースセル９１６は、治療計画に基づいてＸ線光子を治療部位に送達するために使用される画素ソースセルとして選択された画素ソースセルのうちの１つである。光ファイバレーザ発光体９２０は、治療計画に従って照射されて、Ｘ線光子によって照射される領域の輪郭を画定する。図９Ｂに示されるように、光ファイバレーザ発光体９２０は、患者上にレーザスポット９２４を提供し、レーザスポット９２４は、Ｘ線光子によって照射される領域の輪郭をマークする。輪郭は、治療部位９０８の全体を包含してもよい。画素ソースセル９１６を透過した電子ビームによって発生した対応するＸ線光子束９１８は、第１の段階で治療部位９０８の一部に当たる。

【0071】

図９Ｃは、治療操作の第２の段階における治療ヘッド９０４の概略図であり、図９Ｄは、治療操作の第２の段階における治療される患者の治療部位（例えば、病変）９０８の概略図である。図９Ｃに示されるような第２の段階では、Ｘ線治療システムのステアリング電磁石は、治療計画に従って、電子ビームを別の画素ソースセル９３０にステアリングする。画素ソースセル９３０は、治療計画に基づいてＸ線光子を治療部位に送達するために使用される画素ソースセルとして選択された、画素ソースセルのうちの別の画素ソースセルである。これにより、図９Ｄに示すように、対応するＸ線光子束９３２が病変９０８の別の部分に当たる。

【0072】

図９Ｅは、治療操作の第３の段階における治療ヘッド９０４の概略図であり、図９Ｆは、治療操作の第３の段階における処置される患者の治療部位（例えば、病変）９０８の概略図である。図９Ｅに示すような第３の段階では、Ｘ線治療システムのステアリング電磁石は、電子ビームを更に別の画素ソースセル９４０にステアリングする。画素ソースセル９４０は、治療計画に基づいてＸ線光子を治療部位に送達するために使用される画素ソースセルとして選択された、画素ソースセルのうちの更に別の画素ソースセルである。これにより、図９Ｆに示すように、対応するＸ線光子束９４２が、治療部位９０８の更に別の部分に当たる。このプロセスは、治療部位９０８の全てがＸ線光子束によって照射されるまで継続する。Ｘ線光子束の位置は、健康な細胞との接触を最小限に抑え、シールドテンプレートを使用することなく、画素セルソースアレイによって慎重に制御することができる。

【0073】

図１０Ａは、本技術の例示的な態様による、離散画素ソースセルＸ線硬化マルチフィルタシステム１０００の概略図を示す。Ｘ線硬化マルチフィルタシステム１０００は、３つ以上の硬化フィルタ層１０１２、１０１６、及び１０２０を含む。硬化フィルタ層１０１２、１０１６、及び１０２０は、Ｘ線ビーム硬化機能を提供するように、アルミニウム（Ａｌ）、又は他の金属材料で作製されてもよい。

【0074】

離散画素ソースセルＸ線硬化マルチフィルタシステム１０００は、本開示のＸ線治療システム１００の治療ヘッド（例えば、図２の治療ヘッド２００、図５の治療ヘッド５０４、図９の治療ヘッド９０４）内の画素ソースセルアレイ（例えば、図１の画素ソースセルアレイ１２６、図３の画素ソースセルアレイ３００、図５の画素ソースセルアレイ５０８）内の各画素ソースセル１０２１要素について３層以上のＸ線マルチフィルタ作用を提供する。離散画素ソースセルＸ線硬化マルチフィルタシステム１０００は、治療ヘッドの画素ソースセルアレイ内の全ての画素ソースセル１０２１に対して、１つのデフォルトフィルタ作用及びビーム硬化層１０２０を提供してもよい。２つ以上の追加の作動フィルタ層が、画素ソースセル１０２１の遠位端上の画素ソースセル１０２１内に埋め込まれてもよい。２つ以上の追加の作動フィルタ層は、画素ソースセルごとに異なるフィルタ作用を提供するために、様々な材料で作られ様々な厚さを有してもよく、したがって、標的治療部位及び組織への様々な程度のビーム透過を提供する。

【0075】

フィルタ層１０１２、１０１６は各々、アクチュエータ１００８などによってフィルタ層１０１２、１０１６を開閉することを可能にするように、１つ以上のセグメントで構成されてもよい。フィルタ層１０１２は、図１０Ｃ及び１０Ｅに示されるように、フィルタ層１０１２を半分に分割する２つのセグメント１０２４、１０２８で構成され得る。フィルタ層１０１６は、図１０Ｃ及び１０Ｅに示されるように、フィルタ層１０１２を半分に分割する２つのセグメント１０３２、１０３６で構成され得る。

【0076】

図１０Ｂは、部分的に開いた位置にあるフィルタ層１０１６のセグメント１０３２、１０３６、及び画素ソースセル１０２１の底部において閉位置にあるフィルタ層１０１２を示す。アクチュエータ１００８は、セグメント１０３２、１０３６を開位置と閉位置との間で移動させ、かつ、画素ソースセル１０２１内で垂直に移動させてもよい。アクチュエータ１００８はまた、フィルタ層１０１２、１０１６のセグメントの位置を決定するためのセンサであってもよい。フィルタ層１０１２、１０１６の各セグメントは、独自のアクチュエータ１００８を有し得る。各アクチュエータ１００８は、アクチュエータを操作し、セグメントの位置を通信するためのライン１００４を有してもよい。図１０Ｄは、画素ソースセル１０２１の壁の近くで開位置にあるフィルタ層１０１２、１０１６の全てのセグメント１０２４、１０２８、１０３２、１０３６を示す。

【0077】

離散画素ソースセルＸ線硬化マルチフィルタシステム１０００は、第１のフィルタ１０１６を閉じて、第１のフィルタ１０１６をデフォルトのフィルタ作用層１０２０に追加し得、したがって、治療された組織又は病変へのビーム硬化及び透過を増大させる。離散画素ソースセルＸ線硬化マルチフィルタシステム１０００はまた、第３の層１０１２を閉じて、総ビーム硬化フィルタ質量及び密度を増大させ、したがって、各特定の画素ソースセル１０２１要素についてのビーム透過を更に増大させ得る。離散画素ソースセルＸ線硬化マルチフィルタシステム１０００のこの構成は、治療計画によって必要とされる画素ごとのフィルタ作用規制を提供し、Ｘ線光子の強度及びＸ線光子が個々の画素ソースセルレベルで送達される領域を制御するための別の実施形態であり得る。

【0078】

単数形での要素の参照は、具体的な記載がない限り、１つのみを意味することを意図せず、むしろ１つ以上を意味することを意図する。例えば、「ａ」モジュールは、１つ以上のモジュールを指し得る。「ａ」、「ａｎ」、「ｔｈｅ」、又は「ｓａｉｄ」が先行する要素は、さらなる制約なしに、追加の同じ要素の存在を除外しない。

【0079】

態様、この態様、別の態様、いくつかの態様、１つ以上の態様、実装形態、この実装形態、別の実装、いくつかの実装形態、１つ以上の実装形態、実施形態、この実施形態、別の実施形態、いくつかの実施形態、１つ以上の実施形態、構成、この構成、別の構成、いくつかの構成、１つ以上の構成、本技術、この開示、本開示、他の変形例などの語句は、便宜上のものであり、そのような語句（複数可）に関する開示が本技術に不可欠であること、又はそのような開示が本技術の全ての構成に適用されることを意味するものではない。そのような語句（複数可）に関する開示は、全ての構成、又は１つ以上の構成に適用され得る。そのような語句（複数可）に関する開示は、１つ以上の例を提供してもよい。態様又はいくつかの態様などの語句は、１つ以上の態様を指すことがあり、その逆もまた然りであり、このことは、他の前述の語句にも同様に当てはまる。

【0080】

開示されたステップ、動作、又はプロセスの特定の順序又は階層は、例示的な手法の例示であることが理解される。特に明示的な記載がない限り、ステップ、動作、又はプロセスの特定の順序又は階層は、異なる順序で実施されてもよいことが理解される。ステップ、動作、又はプロセスのいくつかは、同時に実行されてもよい。付随する方法クレームが存在する場合、様々なステップ、動作、又はプロセスの要素をサンプル順序で提示しており、提示される特定の順序又は階層に限定されることを意図してはいない。これらは、直列に実施されるか、線形に実施されるか、並列に実施されるか、又は異なる順序で実施されてもよい。説明された命令、動作、及びシステムが、概して、単一のソフトウェア／ハードウェア製品に一体化され得るか、又は複数のソフトウェア／ハードウェア製品にパッケージ化され得ることが理解されてもよい。

【0081】

本開示は、当業者が本明細書に記載された様々な態様を実施することを可能にするために提供されている。いくつかの例では、本技術の概念を不明瞭にすることを避けるために、周知の構造及び構成要素がブロック図の形態で示されている。本開示は、本技術の様々な例を提供し、本技術はこれらの例に限定されない。当業者には、これらの態様の様々な修正が容易に明らかとなり、本明細書に記載された原理は、他の態様に適用され得る。

【0082】

当業者に既知であるか、又は後で既知となる、開示全体にわたって記載された様々な態様の要素の全ての構造的及び機能的等価物は、参照により明示的に本明細書に組み込まれ、特許請求の範囲によって包含されることが意図される。更に、本明細書に開示されたことはどれも、そのような開示が特許請求の範囲において明示的に記載されているかどうかにかかわらず、公共に捧げられることを意図してはいない。

【0083】

名称、背景、図面の簡単な説明、要約、及び図面は、本開示に組み込まれており、限定的な説明としてではなく、本開示の例示的な例として提供されている。本開示は、特許請求の範囲の範囲又は意味を限定するために使用されないことを理解した上で提出されている。更に、詳細な説明では、説明が例示的な例を提供しており、様々な特徴が、本開示を合理化する目的で様々な実装形態においてグループ化されていることがわかる。開示の方法は、特許請求の範囲の主題が、各特許請求の範囲に明示的に記載されているよりも多くの特徴を必要とするという意図を反映していると解釈されるべきではない。むしろ、特許請求の範囲が反映する発明の主題は、単一の開示された構成又は動作の全ての特徴よりも少ないことにある。特許請求の範囲は、本明細書によって、詳細な説明に組み込まれており、各請求項は、別個に請求される主題として独立している。

【0084】

特許請求の範囲は、本明細書に記載の態様に限定されることを意図するものではなく、文言による特許請求の範囲と一致する完全な範囲を付与され、全ての法的同等物を包含するものである。それにもかかわらず、いずれの請求項も、適用される特許法の要件を満たさない主題を包含することを意図しておらず、そのような方法では解釈され得ない。

【図1】

【図2】

【図3-3A】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9A】

【図9B】

【図9C】

【図9D】

【図9E】

【図9F】

【図10A】

【図10B】

【図10C】

【図10D】

【図10E】

【国際調査報告】