專(zhuān)利名稱(chēng)：成型輻射分布的x射線(xiàn)源的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種微型的、小功率的、可編程的X射線(xiàn)源，用于向特定區(qū)域產(chǎn)生基本上恒定的或斷續(xù)的低能X射線(xiàn)。
常規(guī)的醫(yī)用X射線(xiàn)源是大型的、位置固定的設(shè)備。一般來(lái)說(shuō)，把X射線(xiàn)管的探頭放在一個(gè)工作間，把控制臺(tái)放在鄰近區(qū)域，用設(shè)有觀察窗口的防護(hù)墻將兩者分開(kāi)。X射線(xiàn)管的典型長(zhǎng)度約為20～35厘米(cm)，其典型直徑約為15cm。在位于包含X射線(xiàn)管的工作間的角落一個(gè)容器內(nèi)裝有一個(gè)高壓電源。讓病人靠近該設(shè)備，以進(jìn)行診斷、治療、或緩解處理。
診斷用X射線(xiàn)機(jī)典型的操作電壓低于150千伏(kV)，電流約為25～1200毫安(mA)。與其相對(duì)比，治療設(shè)備在大于150kv電壓范圍內(nèi)的電流一般不超過(guò)20mA。當(dāng)在標(biāo)稱(chēng)電壓為10至140kV的情況下操作X射線(xiàn)機(jī)時(shí)，發(fā)出的X射線(xiàn)可提供有限的組織穿透能力，因此可用于治療皮膚損傷。在較高的電壓下(約250kV)，可實(shí)現(xiàn)深的X射線(xiàn)穿透能力，可用于治療大塊的腫瘤。在4至8兆伏(MV)區(qū)操作的超高電壓設(shè)備除了可治療表皮損傷外，還可用于切除或破壞所有類(lèi)型的腫瘤。
常規(guī)的X射線(xiàn)管包括陽(yáng)極、柵極、和陰極組件。陰極組件通過(guò)由陽(yáng)極和柵極建立的電場(chǎng)產(chǎn)生一個(gè)電子束，該電子束指向靶。該靶響應(yīng)于入射的電子束再輻射X射線(xiàn)。病人吸收的輻射一般來(lái)講是從X射線(xiàn)管中的靶發(fā)出的并穿過(guò)X射線(xiàn)管中的一個(gè)窗口的輻射，其中要考慮發(fā)射損失。這個(gè)窗口一般說(shuō)來(lái)是鈹或其它的適宜材料的一個(gè)很薄的部分。在一個(gè)典型的X射線(xiàn)機(jī)中，隊(duì)極組件由一個(gè)鍍釷的鎢線(xiàn)圈組成，線(xiàn)圈的直徑約為2mm，長(zhǎng)度為1至2cm；當(dāng)用4安培(A)或更高些的電流對(duì)該線(xiàn)圈進(jìn)行電阻方式加熱時(shí)，該線(xiàn)圈按熱離子方式發(fā)射出電子。該線(xiàn)圈用一金屬的聚焦杯包圍，該聚焦杯將電子束會(huì)聚成指向與其相對(duì)放置的陽(yáng)極的一個(gè)小的斑點(diǎn)，該陽(yáng)極還起靶的作用。在具有柵極的模型中，正是這個(gè)柵極起到兩個(gè)作用，既可控制電子束的路徑，又可聚焦電子束。
從陰極向陽(yáng)極的電子束發(fā)射受電子的空間電荷力的影響，在電流超過(guò)1A的常規(guī)X射線(xiàn)機(jī)中電子的空間電荷力趨于變大。在這樣的常規(guī)X射線(xiàn)機(jī)中，在陽(yáng)極上聚焦成點(diǎn)的電子束的直徑范圍為0.3至2.5毫米(mm)。在許多應(yīng)用場(chǎng)合，電子束的絕大部分能量在陽(yáng)極上轉(zhuǎn)換成熱。為適應(yīng)這種加熱，高功率的醫(yī)用X射線(xiàn)源通常要利用液體冷卻和快速旋轉(zhuǎn)的陽(yáng)極，使有效靶面積加大，在減小局部加熱效應(yīng)的同時(shí)使聚點(diǎn)很小。為實(shí)現(xiàn)良好的熱傳導(dǎo)和有效的熱擴(kuò)散，一般由銅制作陽(yáng)極。此外，電子束入射的陽(yáng)極區(qū)域需用高原子序數(shù)的材料，以有效產(chǎn)生X射線(xiàn)。為滿(mǎn)足熱傳導(dǎo)、有效熱擴(kuò)散、和有效產(chǎn)生X射線(xiàn)的要求，一般要在銅中加入鎢合金。
在使用中，X射線(xiàn)源的總照射量正比于電子束的時(shí)間積分。在相當(dāng)長(zhǎng)的照射期間(例如歷時(shí)1～3秒)，陽(yáng)極溫度上升很高，足以使陽(yáng)極發(fā)光，伴以局部的表面熔化和形成凹痕，這將使輻射輸出下降。但X射線(xiàn)管的線(xiàn)圈狀陰極絲的熱蒸發(fā)是常規(guī)X射線(xiàn)管失效的最頻繁發(fā)生的原因。
雖然X射線(xiàn)產(chǎn)生的效率和電子束電流無(wú)關(guān)，但X射線(xiàn)產(chǎn)生的效率卻強(qiáng)烈地依賴(lài)于加速電壓。在60kV以下，電子的動(dòng)能只有千萬(wàn)之幾轉(zhuǎn)換為X射線(xiàn)；但在20MV，這個(gè)轉(zhuǎn)換單已升高到70％。一個(gè)發(fā)射的X射線(xiàn)能譜部分地由靶元件的束縛電子能級(jí)之間躍遷的各個(gè)分立的能量特征值構(gòu)成。該能譜還包括一個(gè)被稱(chēng)之為韌致輻射的X射線(xiàn)連續(xù)能譜，它是由電子束在靠近靶核通過(guò)時(shí)被加速而產(chǎn)生的。X射線(xiàn)的最大能量不可能超過(guò)束內(nèi)電子的峰值能量。此外，韌致輻射曲線(xiàn)的峰出現(xiàn)在電子能量的1/3附近。
加大電子流，將使所有能量的X射線(xiàn)發(fā)射成正比地增加。但電子束電壓的變化將導(dǎo)致約等于電壓平方的X射線(xiàn)輸出的總變化，并且峰值X射線(xiàn)光子能量發(fā)生一個(gè)相應(yīng)的移動(dòng)。韌致輻射的產(chǎn)生效率隨靶元件的原子序數(shù)的增加而增加。當(dāng)靶的原子序數(shù)增加時(shí)，韌致輻射曲線(xiàn)的峰值輸出和特征譜線(xiàn)都要向較高的能量的方向移動(dòng)。盡管在現(xiàn)代的X射線(xiàn)管中使用的最多的靶材料最鎢(Z＝74)但在某些特殊的X射線(xiàn)管中使用的是金(Z＝74)和鉬(Z＝42)。
X射線(xiàn)與物質(zhì)的相互作用方式有好幾種。對(duì)生物樣品來(lái)說(shuō)，下述兩種類(lèi)型相互作用是最重要的中等能量X射線(xiàn)與外殼層電子的康普頓散射，和內(nèi)殼層電子的光致電離相互作用。在這些過(guò)程中，在軟組織和骨骼內(nèi)，原子電離的幾率隨光子能量的增加而下降。對(duì)于光電效應(yīng)，這一關(guān)系遵循一個(gè)和3次方成反比的定律。
現(xiàn)有的用于治療的X射線(xiàn)設(shè)備的一個(gè)缺點(diǎn)是X射線(xiàn)照到骨內(nèi)或骨下方的軟組織所需的電壓太高。例如，可將X射線(xiàn)照到由骨骼包圍的人腦的各個(gè)區(qū)域。要求高能X射線(xiàn)穿過(guò)骨骼，但X射線(xiàn)通常要損傷皮膚和腦組織。輻射治療的另一個(gè)實(shí)例是將X射線(xiàn)照到體腔內(nèi)的軟組織，這些軟組織可能包含在其它的軟組織之間，或者在內(nèi)部鈣化結(jié)構(gòu)之中?，F(xiàn)有的高壓X射線(xiàn)機(jī)的問(wèn)題就是向這樣一些區(qū)域有選擇性地提供期望的X射線(xiàn)輻射的能力有限。
現(xiàn)有的X射線(xiàn)源的高壓輸出的另一缺點(diǎn)是對(duì)受影響的器官或組織之外的皮膚要引起損傷。因此，現(xiàn)有系統(tǒng)的高壓裝置不僅對(duì)目標(biāo)區(qū)或組織、而且對(duì)所有的周?chē)M織和表面皮膚通常都要引起嚴(yán)重的傷害，這種傷害在人體腫瘤治療過(guò)程中尤其嚴(yán)重。但是，由于現(xiàn)有的設(shè)備是將X射線(xiàn)輻射從目標(biāo)區(qū)外的輻射源加到病人體內(nèi)的目標(biāo)區(qū)的，因此這樣的偶發(fā)組織損傷實(shí)際上不可避免。
具體就腦組織而論，腦組織缺乏足夠的再生能力，腦瘤的治療需要精密技術(shù)來(lái)產(chǎn)生特定的組織破壞。在腦瘤治療中使用常規(guī)的X射線(xiàn)設(shè)備通常缺少在大體積照射中所必須有的精度，導(dǎo)致腦及其相關(guān)的腺體結(jié)構(gòu)的非癌變組織的損傷。
一種稱(chēng)之為近距放射療法的治療腫瘤的替換形式是在要治療的腫瘤內(nèi)或其附近植入封裝的放射性同位素。雖然這樣使用放射性同位素對(duì)于治療某種類(lèi)型腫瘤可能是有效的，但引入同位素需要置入手術(shù)，因此有潛在的副作用，例如有感染的可能性。但在某些應(yīng)用場(chǎng)合因?yàn)椴荒芸刂仆凰氐陌l(fā)射，所以有可能發(fā)生腦腫脹。此外，不可能對(duì)定時(shí)劑量或輻射強(qiáng)度提供有選擇的控制。對(duì)這樣一些放射性同位素的處理和處置對(duì)各處理人員和環(huán)境都要造成傷害。
腦的置入技術(shù)要求通過(guò)選擇和濃縮所用的同位素精確控制輻射。正如在本領(lǐng)域中眾所周知的那樣，顱內(nèi)穿刺的危險(xiǎn)很大。
鑒于以上對(duì)使用現(xiàn)有的X射線(xiàn)機(jī)發(fā)出的X射線(xiàn)進(jìn)行治療、診斷、緩解處理、或評(píng)估環(huán)境的要求和限制，仍舊需要有一個(gè)相對(duì)較小的、容易操作的、可以控制的、低能X射線(xiàn)設(shè)備，其中可將X射線(xiàn)源定位在要照射的環(huán)境的附近。這樣一種低能、低功率設(shè)備對(duì)于這里所述的應(yīng)用場(chǎng)合中的許多場(chǎng)合是適用的。
因此，本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種容易操作的、低功率X射線(xiàn)設(shè)備。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種具有可控的、或可編程的電源的相當(dāng)小的低功率X射線(xiàn)設(shè)備。
本發(fā)明的第三個(gè)目的是提供一種可植入病人體內(nèi)直接用X射線(xiàn)照射期望區(qū)域組織的相當(dāng)小的低功率X射線(xiàn)設(shè)備。
本發(fā)明的第四個(gè)目的是提供一種低功率X射線(xiàn)設(shè)備，用于照射已確立了一個(gè)吸收輪廓的體積，該吸收輪廓是用等劑量線(xiàn)預(yù)先確定的，從而可減小在期望的照射區(qū)外部的組織的損傷。
本發(fā)明的第五個(gè)目的是提供一種相當(dāng)小的、可表面安裝的、低功率X射線(xiàn)設(shè)備，用于利用X射線(xiàn)來(lái)影響期望的表面區(qū)。
本發(fā)明的第六個(gè)目的是提供一種相當(dāng)小的、低功率X射線(xiàn)設(shè)備，該設(shè)備可插入病人體內(nèi)，用X射線(xiàn)直接照射一個(gè)特定的區(qū)域。
本發(fā)明的第七個(gè)目的是提供一種小型的、低功率X射線(xiàn)設(shè)備，該設(shè)備與一個(gè)基準(zhǔn)框架組件一道使用，用于按照可控的方式將X射線(xiàn)源定位在病人體內(nèi)腫瘤附近或其內(nèi)部，以便照射并且治療該腫瘤。
本發(fā)明的第八個(gè)目的是提供一種小型的、低功率的X射線(xiàn)設(shè)備，該設(shè)備可通過(guò)已存在的、不規(guī)則成形的通道。
本發(fā)明的第九個(gè)目的是提供一種小型的、低功率X射線(xiàn)設(shè)備，該設(shè)備包括一個(gè)改進(jìn)的機(jī)構(gòu)，用于把電子束引到靶元件上。
簡(jiǎn)言之，本發(fā)明是一種容易操作的設(shè)備，該設(shè)備具有一個(gè)低功率的、電子束(e束)激活的X射線(xiàn)源，這個(gè)X射線(xiàn)源的持續(xù)時(shí)間、有效能量、和強(qiáng)度都是預(yù)先選定的，或者說(shuō)是可以調(diào)節(jié)的。在醫(yī)用中，可將該設(shè)備(或“探頭”)完全地、或者按可取下方式插入、植入、或者表面安裝到病人的一個(gè)期望的區(qū)域，以便用X射線(xiàn)照射某個(gè)區(qū)。此外，可為該設(shè)備配加厚度可變的X射線(xiàn)屏蔽，以便能夠照射由一組等劑量線(xiàn)確定的一個(gè)預(yù)先選定的體積并隨后在該體積內(nèi)被吸收，從而減小了X射線(xiàn)在期望的照射區(qū)外部的破壞效應(yīng)。該設(shè)備可以和一個(gè)基準(zhǔn)框架(如，立體定向框架)以及一個(gè)相關(guān)的偶合器組合起來(lái)，用于治療腦瘤。該設(shè)備還可用于治療其它腫瘤，例如在乳房、肝、或其它部位發(fā)現(xiàn)的腫瘤；還可以使用該設(shè)備治療體腔表面(如，膀胱)上的癌細(xì)胞。
該設(shè)備的工作電壓相當(dāng)?shù)停缭诩s10kV至90kV范圍，產(chǎn)生的電子流很小，例如從約1nA至100μA的范圍。為了在一個(gè)期望的區(qū)域得到期望的輻射分布，雖然X射線(xiàn)對(duì)其它的區(qū)域的照射極小，但從位于期望的照射區(qū)內(nèi)部或其附近的一個(gè)標(biāo)稱(chēng)的或有效的“點(diǎn)”源還是要發(fā)射出X射線(xiàn)。這個(gè)點(diǎn)源最好和一個(gè)屏蔽件一起使用，以控制發(fā)出的X射線(xiàn)的形狀。在某些應(yīng)用中，低劑量率X射線(xiàn)在長(zhǎng)的時(shí)期內(nèi)或者連續(xù)地或者周期性地照射期望區(qū)域的任何部分。為了和治療腦瘤的基準(zhǔn)框架一道使用，一般來(lái)說(shuō)最好使用單一劑量輻射的高劑量率。通過(guò)使用一個(gè)“重復(fù)定位器”，如果期望，可替換該單一劑量，進(jìn)行一系列高劑量率治療，即進(jìn)行分級(jí)劑量治療。
該設(shè)備包括一個(gè)可控的或可編程的電源，該電源位于要照射的期望區(qū)域的外部，因此電子束的電壓、電流、和定時(shí)關(guān)系都可改變?？刂齐娮邮?，使其沿一期望的電子束軸前進(jìn)并入射到靶上，靶最好位于病人體內(nèi)；當(dāng)然，為了照射體表面，電子束軸和靶都應(yīng)在體外。電子束軸可以是直的，也可以是彎曲的。選擇靶材料(或X射線(xiàn)發(fā)射材料)的組分和/或幾何位置、結(jié)構(gòu)以提供X射線(xiàn)的規(guī)定的分布圖形。在靶上或靶的周?chē)M(jìn)行屏蔽可進(jìn)一步控制X射線(xiàn)發(fā)射的能量及空間分布圖，以便能在整個(gè)期望區(qū)域和輻射的期望分布緊密配合一致?？梢援a(chǎn)生穩(wěn)定的并且可重復(fù)產(chǎn)生的X射線(xiàn)源，其中的電子斑點(diǎn)或者大子靶、或者小子靶，當(dāng)然前者的結(jié)果是沒(méi)能有效利用電子，后者有可能妥善解決所發(fā)射的輻射的球面各向同性問(wèn)題。
本發(fā)明進(jìn)一步還提供一種利用上述設(shè)備治療體內(nèi)惡性細(xì)胞(例如腫瘤中發(fā)現(xiàn)的細(xì)胞)的方法。一般來(lái)說(shuō)，該方法涉及用本領(lǐng)域中普通可得到的設(shè)備，例如通過(guò)計(jì)算機(jī)的層析X射線(xiàn)攝影(CT)掃描或磁共振成像(MRI)，識(shí)別和定位惡性細(xì)胞?？蛇M(jìn)行腫瘤的針吸型治組織檢查以核實(shí)診斷。然后選擇治療區(qū)，并確定輻射劑量。這種輻射治療方案涉及確定在體內(nèi)精確定位的腫瘤的大小和形狀，識(shí)別腫瘤周?chē)妮椛涿舾械呐R界生物結(jié)構(gòu)，確定腫瘤和周?chē)M織中準(zhǔn)確的輻射劑量分布以及向設(shè)備植入部分的腫瘤的引入的路徑。對(duì)于球狀腫瘤，可以使用CT或MRI數(shù)據(jù)手工完成治療方案。但對(duì)于比較復(fù)雜的幾何結(jié)構(gòu)、靠得極近的臨界結(jié)構(gòu)、或者較高精確度的手術(shù)步驟，則最好進(jìn)行以計(jì)算機(jī)為基礎(chǔ)的“三維”成像。在這種情況下，例如可按一系列數(shù)字化的CT掃描線(xiàn)手動(dòng)地或半自動(dòng)地把腫瘤和臨界結(jié)構(gòu)分段，并且提供三維的組合圖像，從而可從任何方向觀察腫瘤。對(duì)于放射性外科手術(shù)，例如使用直線(xiàn)加速器和γ(伽瑪)刀的手術(shù)，已經(jīng)開(kāi)發(fā)出各種各樣的軟件系統(tǒng)，其中的某些軟件可通過(guò)商業(yè)途徑得到。例如，馬薩諸塞州的“Radionics SoftwareApplication of Arlington”提供銷(xiāo)售的是給固定到以圖形曲線(xiàn)表示的穿透的頭蓋骨上的CRW和BRW立體定向框架成像的軟件。在腫瘤和其它腦組織上疊加等劑量分布。類(lèi)似的軟件可與序列號(hào)為955,494的美國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)中公開(kāi)的發(fā)明一道使用，該申請(qǐng)實(shí)現(xiàn)了相對(duì)于一立體定向框架的成像，與埋在腫瘤中的X射線(xiàn)輻射電子束靶一起使用。在腫瘤和附近的組織上疊加圍繞靶的等劑量線(xiàn)。沿每個(gè)等劑量線(xiàn)形成的絕對(duì)輻射劑量由校準(zhǔn)探頭的實(shí)驗(yàn)劑量測(cè)定法確定。在這些試驗(yàn)中，在浸入一個(gè)水箱的靶的周?chē)亩鄠€(gè)位置測(cè)量劑量。借助于水來(lái)充分模擬軟組織。通過(guò)一個(gè)電離室(例如，由德國(guó)的“PTW of Freiburg”生產(chǎn)的電離室)來(lái)測(cè)量劑量，其中X射線(xiàn)產(chǎn)生的離子產(chǎn)生一個(gè)微小電流，由靜電計(jì)檢測(cè)，例如市場(chǎng)上銷(xiāo)售的由“Keithley Radiation Measurement Division inCleveland，Ohio.”生產(chǎn)的靜電計(jì)。另外，可將靶浸入一個(gè)生物組織模擬模型中。這樣的塑料“固體水”模型也可從市場(chǎng)上得到(RMI，Middleton，WI)，這種模型模擬的是各種身體組織，例如腦的軟組織。可將熱釋光探測(cè)器(TLD)或校準(zhǔn)的X射線(xiàn)敏感膜(例如來(lái)自Far westTechnologies，Goleta，CA的gafchromic膜)定位在固體水中以直接測(cè)量劑量。因?yàn)槭褂贸上窦夹g(shù)和劑量測(cè)定法是源于輻射治療方案的，所以要例如結(jié)合利用立體定向框架組件把一個(gè)低功率電子束源和一個(gè)可有選擇地產(chǎn)生成形的X射線(xiàn)輻射分布的靶和屏蔽組件定位在包含要輻照的細(xì)胞(一般為腫瘤細(xì)胞)的區(qū)域內(nèi)或其附近，其中的立體定向裝置例如是美國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)No.955,494中公開(kāi)的定向裝置?？梢圆捎闷渌ㄎ唤M件和方法。
按照本發(fā)明，應(yīng)根據(jù)期望的輻照區(qū)的特征來(lái)選擇靶及屏蔽組件的幾何結(jié)構(gòu)與材料并確定它們的形狀。要提供一個(gè)可編程的電源，可用這個(gè)電源來(lái)改變電子束源的電壓、電流、和持續(xù)時(shí)間，以便能按照劑量測(cè)定信息建立指向靶的一個(gè)期望的電子束。最后，從靶發(fā)出并經(jīng)屏蔽組件準(zhǔn)直的X輻射線(xiàn)通過(guò)期望的照射區(qū)傳播，以破壞該區(qū)域內(nèi)的細(xì)胞。通過(guò)使用信號(hào)反饋的方法，即通過(guò)設(shè)在電子發(fā)射體后方的探測(cè)器監(jiān)視從靶向后沿電子束路徑發(fā)出的X射線(xiàn)，調(diào)節(jié)電子束的偏轉(zhuǎn)，以便在靶上自動(dòng)控制并最佳定位電子束的入射區(qū)或入射點(diǎn)。
具體而論，利用本發(fā)明的設(shè)備可以實(shí)現(xiàn)腦瘤的治療，該設(shè)備是一個(gè)用于產(chǎn)生可控的照射分布的低功率X射線(xiàn)源與一個(gè)用于在腦中精確定位X射線(xiàn)源的裝置的組合。因而可把X射線(xiàn)源精確定位在腫瘤中或其附近。
可以在身體的各個(gè)部位利用本發(fā)明的X射線(xiàn)源以及靶和屏蔽組件，產(chǎn)生按要求設(shè)計(jì)的照射場(chǎng)以治療各種類(lèi)型的腫瘤。此外，可針對(duì)每個(gè)要治療的腫瘤設(shè)計(jì)專(zhuān)用的照射場(chǎng)。但許多腫瘤的幾何結(jié)構(gòu)都相類(lèi)似，所以可以利用一套標(biāo)準(zhǔn)的屏蔽件來(lái)實(shí)現(xiàn)這種治療。
按本發(fā)明的下一個(gè)實(shí)施例，探頭可以是柔性的，讓它沿現(xiàn)存的通道旋下或繞過(guò)障礙物。按照這樣的一個(gè)實(shí)施例，要在靶組件中定位一個(gè)發(fā)光元件(即，光電陰極)以及一個(gè)靶元件。此外，一個(gè)柔性的纖維光纜可把光從激光源耦合到光陰極，從而可形成柔性探頭的基礎(chǔ)。
高壓電源的一端經(jīng)過(guò)夾在纖維光纜中的導(dǎo)電線(xiàn)耦合到光電陰極。高壓電源的另一端通過(guò)在纖維光纜周?chē)纬傻膶?dǎo)電柔性外護(hù)套耦合到靶元件上。按此方式建立了一個(gè)電場(chǎng)，該電場(chǎng)的作用是加速由光電陰極發(fā)射到靶元件的電子。像先前討論過(guò)的實(shí)施例一樣，靶元件響應(yīng)于光電陰極發(fā)出的入射電子而發(fā)出X射線(xiàn)。
從以下結(jié)合附圖的描述，可以更加全面地理解本發(fā)明的上述目的和其它目的、本發(fā)明的各個(gè)特征、以及發(fā)明的本身，其中

圖1是實(shí)施本發(fā)明的低功率X射線(xiàn)源的透視圖；圖2是適于與圖1設(shè)備一道使用的一個(gè)護(hù)套的示意圖；圖3A和3B分別是實(shí)施本發(fā)明的一個(gè)可表面安裝設(shè)備的透視圖和剖面圖；圖4是圖1實(shí)施例的示意方塊圖；圖5A和5B分別是鎢靶和鉬靶的X射線(xiàn)發(fā)射能譜的曲線(xiàn)表示；圖6是圖1實(shí)施例的一個(gè)有代表性的電源的詳細(xì)方塊圖；圖7是圖6電源的詳細(xì)的示意圖；圖8是實(shí)施本發(fā)明的一個(gè)電子束控制組件的透視圖；圖8A是圖8的組件沿線(xiàn)8a取的一個(gè)剖面圖；圖9是加入了定位X射線(xiàn)源的立體定位框架的腦瘤X射線(xiàn)治療系統(tǒng)的透視圖10是圖9系統(tǒng)的X射線(xiàn)源和耦合組件的分解透視圖；圖11是圖10的X射線(xiàn)源的一個(gè)有代表性的高壓電源的一個(gè)示意圖；圖12是具有替代的靶組件的探頭的端部的剖面圖，該組件包括X射線(xiàn)屏蔽件和X射線(xiàn)靶，用于產(chǎn)生一個(gè)穩(wěn)定的、可重現(xiàn)的X射線(xiàn)源；圖13是X射線(xiàn)靶的一種幾何形式的分解剖面圖；圖14是產(chǎn)生可變厚度X射線(xiàn)屏蔽件的一個(gè)激光研磨系統(tǒng)的方塊圖；圖15A和15B是探頭及靶組件的透視圖，該組件用于X射線(xiàn)屏蔽件的準(zhǔn)確角對(duì)準(zhǔn)；圖16是具有內(nèi)部電子束控制組件的低功率X射線(xiàn)源的剖面圖，該組件包括用于電子束定位的一個(gè)反饋回路；圖17是具有外部電子束控制組件的低功率X射線(xiàn)源的剖面圖，該組件包括用于電子束定位的一個(gè)反饋回路；圖18是圖17的組件沿線(xiàn)16C取的剖面圖；圖19是用于寬帶照射的機(jī)械式探頭定位器的剖面圖；圖20A和20B是一個(gè)柔性探頭的剖面圖，探頭中包含設(shè)在靶組件中的一個(gè)光電發(fā)射體；圖21A～21F表示用本發(fā)明可實(shí)現(xiàn)的各種等劑量線(xiàn)的實(shí)例；以及圖22表示探頭尖端的示意剖面圖，其中在靠近圖20A的源的光電陰極的位置有一個(gè)屏蔽件。
在每一圖中的相似標(biāo)號(hào)代表相同的或相似的元件。
本發(fā)明是一個(gè)相當(dāng)小的、電子束激勵(lì)的、低功率X射線(xiàn)設(shè)備。該設(shè)備可用于醫(yī)學(xué)目的，例如腫瘤的治療或緩解輻射處理，或者用于其它目的。
具體就醫(yī)學(xué)應(yīng)用而論，可把這個(gè)設(shè)備完全植入或部分插入病人的預(yù)先選定的體內(nèi)區(qū)域，以便在所選的照射時(shí)間提供X射線(xiàn)輻射。此外，還可以把這個(gè)設(shè)備安裝在要照射的病人的區(qū)域之外的一個(gè)身體表面上。還公開(kāi)了一種使用本發(fā)射的設(shè)備治療病人體內(nèi)腫瘤的方法。
一般而論，本發(fā)明的設(shè)備包括一個(gè)電子束(e束)激勵(lì)的X射線(xiàn)源，該X射線(xiàn)源的工作電壓相當(dāng)?shù)?電壓范圍為10kV～90kV)，并且電子束電流相當(dāng)小(電流范圍為1μA～100μA)。X射線(xiàn)源在這樣的工作電壓和電流下的輸出相當(dāng)?shù)停⒖砂言O(shè)備作得十分小，適于在醫(yī)學(xué)治療應(yīng)用中植入體內(nèi)。鑒于X射線(xiàn)輸出能級(jí)很低，通過(guò)在要照射的區(qū)域的附近或者在其中間定位X射線(xiàn)源就可獲得足夠深的組織穿透和足夠大的累積劑量。因此，從定位在要照射的區(qū)域的內(nèi)部或其附近的一個(gè)位置精確確定的小照射源就可發(fā)出X射線(xiàn)。在一個(gè)實(shí)施例中，可以把一個(gè)低劑量率X射線(xiàn)連續(xù)地或周期性地加到腫瘤的任何部分，歷時(shí)長(zhǎng)的時(shí)間，例如高達(dá)一個(gè)月。當(dāng)和治療腦瘤的一個(gè)立體定向框架一道使用時(shí)，可把一個(gè)較高的劑量率加到腫瘤上，歷時(shí)較短，即約為5分鐘到3小時(shí)。
本發(fā)明提供的放射性植入治療與利用包含天然的或人工的放射性同位素的植入的囊、針、管、和線(xiàn)實(shí)現(xiàn)的治療類(lèi)似，稱(chēng)之為短距離治療。然而，在本發(fā)明的X射線(xiàn)源中可以包括一個(gè)可編程的電源，以改變輻射的能量、強(qiáng)度、和持續(xù)時(shí)間。這不同于短距離治療，X射線(xiàn)的強(qiáng)度和穿透深度都是可以改變的，不需要用外科的方法或置入的方法來(lái)更換同位素。此外，本發(fā)明不受特定同位素的半衰期的限制，并且在關(guān)斷時(shí)本發(fā)明不具輻射損傷。
圖1表示實(shí)施本發(fā)明的一個(gè)X射線(xiàn)設(shè)備10。設(shè)備10包括一個(gè)外殼12和一個(gè)細(xì)長(zhǎng)圓柱形探頭14，探頭14從外殼12開(kāi)始沿參考軸線(xiàn)16延伸。外殼12包含一個(gè)高壓電源12A(圖6和7中將對(duì)其進(jìn)行示意的電路說(shuō)明)，探頭14是一個(gè)中空的管，它在靠近高壓電源12A的位置有一個(gè)電子束產(chǎn)生器(陰極)22。陰極22的位置非?？拷h(huán)形聚焦電極23，在一般情況下電極23和陰極22幾乎具有相同的電位。距環(huán)形聚焦電極23約0.5cm或更遠(yuǎn)些設(shè)置環(huán)形陽(yáng)極24。中空管狀探頭14伸展的軸線(xiàn)和陰極、柵極、及陽(yáng)極中的孔的軸線(xiàn)相同。探頭14與外殼12整體式形成在一起，并且伸向靶組件26。在各個(gè)實(shí)施例中，可對(duì)探頭14的部件進(jìn)行有選擇的屏蔽，以控制X射線(xiàn)的空間分布。此外，可對(duì)探頭14進(jìn)行磁屏蔽，防止外部磁場(chǎng)偏轉(zhuǎn)電子束離開(kāi)靶。
電子束產(chǎn)生器22可包括熱離子發(fā)射體(由一個(gè)浮動(dòng)低電壓電源驅(qū)動(dòng))或光電陰極(通過(guò)LED或激光源照射)。高壓電源在產(chǎn)生器22的陰極和接地的陽(yáng)極之間建立一個(gè)加速電位差，從而通過(guò)陽(yáng)極的中心孔到靶組件26沿參考軸線(xiàn)16建立一個(gè)電子束，而陽(yáng)極24和靶組件26之間的區(qū)域基本上沒(méi)有電場(chǎng)。用于電子束的產(chǎn)生和加速的各元件適于在探頭14內(nèi)部沿名義上的直線(xiàn)軸線(xiàn)16建立一個(gè)細(xì)的電子束(例如，直徑等于或小于1mm)。
在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，探頭14是一個(gè)中空的、抽成真空的圓柱體，由一個(gè)鈹(Be)帽，一個(gè)鉬-錸(Mo-Re)、鉬(Mo)、或Mu金屬的主體，以及一個(gè)不銹鋼底座伸出部構(gòu)成。圓柱體16cm長(zhǎng)，內(nèi)徑2mm，外徑3mm。靶組件26包括一個(gè)發(fā)射元件，發(fā)射元件由小的鈹(Be)靶元件26A組成，在鈹靶元件26A的暴露于入射電子束的一側(cè)涂有薄膜或薄層26B，薄膜或薄層26B由高原子序數(shù)2元素構(gòu)成，如鎢(W)、鈾(U)、或金(Au)。例如，利用加速到30kev的電子，可使2.2微米厚的鎢膜吸收幾乎所有的入射電子，同時(shí)發(fā)射出在該層中產(chǎn)生的各種能量的X射線(xiàn)30kev的約95％，20kev的約88％，10kev的約83％。在優(yōu)選實(shí)施例中，鈹靶元件26A的厚度為0.5mm，其結(jié)果是，沿垂直于基片的方向并且指向基片產(chǎn)生的并且已經(jīng)通過(guò)鎢靶的這些X射線(xiàn)有95％隨后穿過(guò)鈹基片在探頭14的遠(yuǎn)端向外發(fā)射。雖然圖3B中所示的靶元件26A是圓盤(pán)形式，但也可以使用其它形狀的元件，例如具有半球形的或圓錐形的外表面的元件。
按某些形式的靶，窗口元件26A可能包括一個(gè)多層的膜(或合金)26B，其中不同的層具有不同的發(fā)射特征。例如，第一層的發(fā)射(相對(duì)于能量的)峰值的能量可能相當(dāng)?shù)?，第二?下層)的發(fā)射(相對(duì)于能量的)峰值的能量可能相當(dāng)高。借助于本發(fā)明的這種形式，可以使用低能電子束在第一層中產(chǎn)生X射線(xiàn)(實(shí)現(xiàn)第一輻射特征)，并且利用高能電子穿透下層(實(shí)現(xiàn)第二輻射特征)。例如，在陰極發(fā)出0.5mm寬的電子束，該電子束通過(guò)陽(yáng)極以0.1ev的橫向電子能量被加速到30keV，并且抵達(dá)陽(yáng)極下游方向16厘米處的靶組件26，在靶元件26A處的電子束直徑小于1mm。根據(jù)預(yù)先選定的電子束電壓、電流、和靶元件26A的組合物在靶組件26中產(chǎn)生X射線(xiàn)。這樣產(chǎn)生的X射線(xiàn)以最小的能量損失通過(guò)探頭中的鈹靶元件26A。如果不用鈹，靶元件26A還可用碳、或其它可使X射線(xiàn)以最小的能量損失通過(guò)的適宜的材料構(gòu)成。靶元件26A的最佳材料是金剛石形式的碳，因?yàn)檫@種材料是一種優(yōu)異的熱的良導(dǎo)體。如果使用上述的這些參數(shù)，則最終產(chǎn)生的X射線(xiàn)就會(huì)具有足夠大的能量，穿透進(jìn)入軟組織達(dá)到1cm的深度或者更深一些，準(zhǔn)確的深度取決于X射線(xiàn)的能量分布。
圖1的設(shè)備專(zhuān)用于全部植入病人體內(nèi)，其中的外殼12有一個(gè)可適應(yīng)生物的外表面，外殼12既封閉了建立電子束產(chǎn)生器22的驅(qū)動(dòng)電壓的高壓電源電路12A，又封閉了驅(qū)動(dòng)電路12A的相關(guān)電池12B。在此情況下，一個(gè)相關(guān)的控制器12C按下述方式控制高壓電源12A的輸出電壓。
圖1的設(shè)備還可以有另一種使用方式，即只把探頭14插入病人體內(nèi)而把外殼留在病人的體外，即為穿過(guò)皮膚的形式。按后一種方式，可對(duì)外殼12中所示的各個(gè)元件的全部或某一些進(jìn)行另一種方式遠(yuǎn)距離定位。
按照穿過(guò)皮膚的形式，設(shè)備10可與圖2所示的有細(xì)長(zhǎng)封閉端(或杯形端)的護(hù)套34一道使用，護(hù)套34具有可適應(yīng)生物的外表面，例如由醫(yī)用級(jí)別的脂肪族聚亞胺酯，由Thermedics，Inc.，Woburn，Massachusetts制造，商標(biāo)為T(mén)ecoflex。對(duì)于這樣的結(jié)構(gòu)，首先要把探頭14插入護(hù)套34中。然后把護(hù)套34和探頭14通過(guò)皮膚插入病人體內(nèi)。另外，還可通過(guò)皮膚插入一個(gè)端口并將其固定到皮膚上，例如，由Thermedics Inc.，Wobun，Massachusetts制造的一種Dermaport型端口。然后，將探頭14插入端口內(nèi)。
把硫酸鋇或三氧化鉍、或其它X射線(xiàn)屏蔽材料引入護(hù)套內(nèi)，就可把護(hù)套或端口的襯里作成一個(gè)X射線(xiàn)屏蔽件。如有必要，可把探頭14和外殼12固定到病人的身體上，防止在很長(zhǎng)的治療期間產(chǎn)生任何相對(duì)移動(dòng)。在圖2中示出了一個(gè)典型的護(hù)套34。
在圖1所示的設(shè)備的一個(gè)實(shí)施例中，探頭14的主體可由磁屏蔽材料制成，例如鎳鐵高導(dǎo)磁合金。此外，探頭14還可以由非磁性金屬制成，這種金屬最好具有相當(dāng)高的楊氏模量值和彈性限值。這樣的材料的例子包括鉬、銠、或這些材料的合金。探頭14的內(nèi)表面或外表面覆有高磁導(dǎo)率磁合金，例如坡莫合金(約80％鎳和20％鐵)，以提供磁屏蔽。另外，還可以在探頭14上，或者在探頭14的內(nèi)部，裝配一個(gè)由鎳鐵高導(dǎo)磁合金構(gòu)成的薄的套筒。然后就可將X射線(xiàn)設(shè)備10用于存在電力產(chǎn)生的直流和交流磁場(chǎng)、地磁場(chǎng)、或其它能偏轉(zhuǎn)來(lái)自探頭軸線(xiàn)的電子束的磁化物體的環(huán)境。
按照可植入的結(jié)構(gòu)，最好將電源12A和靶組件26封閉在一個(gè)金屬包套中，防止電流從X射線(xiàn)源流向病人。于是，將封閉的外殼12和探頭14包在一個(gè)由適宜的屏蔽材料(如先前提到過(guò)的那些材料)構(gòu)成的連續(xù)的外部包殼中。
在每個(gè)所述的實(shí)施例中的高壓電源12A最好符合三個(gè)標(biāo)準(zhǔn)1)尺寸??；2)效率高，因而允許使用電池電源；以及3)可獨(dú)立改變X射線(xiàn)管的電壓和電流，因而允許該高壓電源可對(duì)特殊的應(yīng)用編程。為滿(mǎn)足這些要求使用了一個(gè)高頻、開(kāi)關(guān)方式電源變換器。產(chǎn)生低功率和高壓的最佳布局設(shè)計(jì)是與一個(gè)高壓的科克羅夫特-瓦爾頓型多路轉(zhuǎn)換器結(jié)合工作的回掃電壓變換器?，F(xiàn)在，低功耗的開(kāi)關(guān)方式電源控制器集成電路(IC)可用來(lái)控制帶有較少輔助元件的這種電路。
為了有效地控制X射線(xiàn)，本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例對(duì)陰極電壓和電流建立獨(dú)立控制，不用使用柵極。按本發(fā)明的這種形式，向熱離子陰極22提供一個(gè)射頻歐姆加熱電流，為此最好使用變壓器耦合的0.6V、0～300mA燈絲電源，該電源在40kV的陰極電位浮動(dòng)。
圖3A和3B表示本發(fā)明的一個(gè)替換實(shí)施例10′，它適合于表皮用法，即適合于直接置于病人的皮膚上。本發(fā)明的這種形式特別適用于皮膚損傷或腫瘤的X射線(xiàn)治療、或其它皮膚病的應(yīng)用。在圖3A和3B中，對(duì)應(yīng)于圖1實(shí)施例的零部件的零部件使用相同的標(biāo)號(hào)。設(shè)備10′在通道40中產(chǎn)生一個(gè)電子束，通道40封閉在外殼12中，通道40對(duì)應(yīng)于探頭14。在圖3A和3B的實(shí)施例中，靶組件26(元件26A和26B)的作用是陽(yáng)極和X射線(xiàn)發(fā)射體。設(shè)備10′在其它方向類(lèi)似于設(shè)備10。按圖3A和3B的結(jié)構(gòu)，可將低功率X射線(xiàn)照到病人的所需皮膚區(qū)。
在上述所有的實(shí)施例中，靶組件的X射線(xiàn)發(fā)射元件適于放在待照射的區(qū)域的內(nèi)部或其附近。因?yàn)榘l(fā)射元件靠近目標(biāo)區(qū)(如，腫瘤)，所以不再需要使用現(xiàn)有機(jī)器使用的高壓就可讓X射線(xiàn)滿(mǎn)意地穿過(guò)體表到達(dá)腫瘤部位。低電壓也能把輻射集中在目標(biāo)腫瘤上，因此減小了對(duì)穿透點(diǎn)處周?chē)M織和表面皮膚的損傷。例如，用40kV、20μA的電子束產(chǎn)生4000拉德的劑量(這是乳房切除術(shù)后所需要的)可能需要1～3小時(shí)左右的輻射。但由于在這個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中的X射線(xiàn)源可以插入待照射的區(qū)域的內(nèi)部或其附近，因此明顯降低了入射輻射對(duì)病人身體的其它部位進(jìn)行照射的危險(xiǎn)。
此外，通過(guò)在發(fā)射位置改變靶和屏蔽的幾何位置與材料，就可實(shí)現(xiàn)特定的治療腫瘤。這種改變便于控制X射線(xiàn)發(fā)射的能量和空間分布，從而可保證在整個(gè)目標(biāo)腫瘤上輻射的均勻分布。
圖4是圖1所示的X射線(xiàn)源設(shè)備10的一個(gè)示意圖。按該優(yōu)選結(jié)構(gòu)，將外殼12分成第一部分12′和第二部分12″?？沙潆婋姵?2B、適于與外部充電器50一道使用的用于電池12B的充電網(wǎng)絡(luò)12D、適于響應(yīng)于外部遙測(cè)裝置52按下述方式操作的遙測(cè)網(wǎng)絡(luò)12E都封閉在第一外殼部分12′內(nèi)。第一部分12′通過(guò)電纜連接到第二部分12″。第二部分12″包括高壓電源12A、控制器12C、探頭14、以及電子束產(chǎn)生元件22。在一個(gè)實(shí)施例中，電子束產(chǎn)生器包括一個(gè)由電源12A驅(qū)動(dòng)的熱離子發(fā)射體22。在操作中，電源12A加熱熱離子發(fā)射體22，發(fā)射體22又產(chǎn)生電子，然后電子被加速到陽(yáng)極24。陽(yáng)極24吸引電子，并使電子穿過(guò)中心孔飛向靶組件26?？刂破?2C控制電源12A，以便動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)陰極電壓、電子束電流、和瞬時(shí)參數(shù)，或者提供預(yù)選的電壓、電子束電流、和瞬時(shí)參數(shù)。
圖中還表示出一個(gè)可替換的電子束產(chǎn)生器，它包括一個(gè)光電發(fā)射體22，光電發(fā)射體22由光源55(如二極管激光器或LED)照射，光源56由驅(qū)動(dòng)器55供電。通過(guò)焦聚透鏡58把光聚焦在光電發(fā)射體22上。
在所示的實(shí)施例中，裝置52和網(wǎng)絡(luò)12E配合動(dòng)作可使外部控制器(動(dòng)態(tài)的或預(yù)先確定的)對(duì)電源12A及瞬時(shí)參數(shù)進(jìn)行控制。在外殼12″不植入體內(nèi)、只有探頭14伸入病人體內(nèi)的實(shí)施例中，可直接使用控制器12C控制操作；在這種情況下不需要網(wǎng)絡(luò)12E。
按本發(fā)明的一個(gè)重要方面，可以確定靶組件26的形狀，以便發(fā)射在預(yù)定的能譜范圍內(nèi)的有一定輻射分布圖案的并具有預(yù)定空間分布的X射線(xiàn)。通過(guò)選擇具有已知特征的靶材料，就可部分地確定具有這種靶具有的能譜的形狀。例如，如圖5A和5B所示，鎢靶(圖5A)和鉬靶(圖5B)的發(fā)射能譜截然不同。圖5A表示從工作在30和50kV的鎢靶管得到的X射線(xiàn)發(fā)射能譜。應(yīng)當(dāng)注意，韌致輻射譜占?jí)旱箖?yōu)勢(shì)，并且提供的X射線(xiàn)的能量范圍很寬。圖5B表示從鉬靶管得到的發(fā)射能譜，它也工作在30和50kev。要注意的是，幾乎沒(méi)有韌致輻射X射線(xiàn)。還要注意，管的電位從30kV變到50kV引起的鉬靶X射線(xiàn)管的發(fā)射能譜形狀變化極小。因此通過(guò)選擇靶材料就能有效地使靶組件26的X射線(xiàn)能譜發(fā)射成形，從而可以提供對(duì)組織(如腫瘤)的期望的輻射穿透。
通過(guò)改變靶元件26A的幾何結(jié)構(gòu)還可以確定X射線(xiàn)空間分布的形狀。例如，可以改變靶元件26A的形狀，使由陽(yáng)極引出的電子能以預(yù)定的角度入射、或者可以有選擇地引向發(fā)生輻射的區(qū)域的不同部位。再例如，可以把靶元件26A作得足夠厚，使其對(duì)電子來(lái)說(shuō)基本上是不能穿透的；但還要把靶元件26A作得足夠薄，使其對(duì)X射線(xiàn)來(lái)說(shuō)基本上是能穿透的。更具體地說(shuō)，如果使用一個(gè)球形的金靶元件，且具有0.5μm的厚度和40kV的電子束，則該靶元件可阻止幾乎所有的電子，并且靶元件中產(chǎn)生的幾乎所有的X射線(xiàn)都能透射。
通過(guò)在靶組件26中加入斷面厚度可變的一個(gè)X射線(xiàn)發(fā)射屏蔽件，可以確定X射線(xiàn)空間分布的形狀。圖12表示一個(gè)探頭14，探頭14有一個(gè)替換的靶組件126，用于圖1所示的X射線(xiàn)設(shè)備，其中加入一個(gè)這樣的屏蔽件。在所示的實(shí)施例中，除了靶組件126外，該探頭14基本上類(lèi)似于圖1所示的探頭14。靶組件126包括一個(gè)探頭尖端126A和一個(gè)X射線(xiàn)靶126B；探頭尖126A用對(duì)于X射線(xiàn)近于穿透的材料(如，Be)制成；X射線(xiàn)靶126B用于在利用電子束照射時(shí)產(chǎn)生X射線(xiàn)源，并且沿探頭軸線(xiàn)16固定到探頭14上，在陰極22和陽(yáng)極24的遠(yuǎn)端(如圖1所示)。按這種優(yōu)選形式，探頭尖端126A的外表面是凸形的，并且最好是半球形的，如所述實(shí)施例中所示；當(dāng)然，還可以使用其它的凸形形狀。制造靶組件126，使探頭尖端126A的外徑小于探頭14的外徑。在靶組件126的探頭尖端126A上定位一個(gè)厚度可變的X射線(xiàn)屏蔽件(或遮板)128和一個(gè)下屏蔽件托架128A。在靶組件126和探頭14的結(jié)合部，靶組件126的外徑基本上與探頭14的外徑相一致。
X射線(xiàn)屏蔽件128由高衰減率的材料制成，并且由屏蔽件托架128A支撐。靶組件126上任何一點(diǎn)的X射線(xiàn)通量部分地取決于X射線(xiàn)屏蔽件128沿從靶126B開(kāi)始并穿過(guò)這一點(diǎn)而延伸的軸線(xiàn)方向的厚度。于是，按照本發(fā)明，利用對(duì)X射線(xiàn)屏蔽件128的厚度的有選擇性的限制可產(chǎn)生隨空間而變的X射線(xiàn)劑量分布。
在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，探頭14的外徑3mm，內(nèi)徑2mm，典型長(zhǎng)度10～16cm。靶托架126c由鈹制成，半球形尖端126c′的半徑0.8mm；探頭尖端126A由鈹制成，厚度為0.5mm。屏蔽件托架128A由輕元素制成，如鈹、鎂、鋁、或碳，厚度為0.2mm；屏蔽128如由金制成，其厚度范圍是0～0.1mm。
X射線(xiàn)靶126B是淀積在靶托架126C中心的由X射線(xiàn)發(fā)射材料(例如，高原子序數(shù)的金屬，如金)制成的小圓盤(pán)(如0.1mm直徑)。如下面更加詳細(xì)討論的，X射線(xiàn)靶126B的尺寸相對(duì)于沿探頭軸線(xiàn)16建立的電子束直徑來(lái)說(shuō)是很小的，所以小靶的位置就確定所產(chǎn)生的X射線(xiàn)的源點(diǎn)，這個(gè)源點(diǎn)不由電子束的位置或尺寸確定。這一特點(diǎn)就允許用可重現(xiàn)的穩(wěn)定的X射線(xiàn)源來(lái)照射X射線(xiàn)屏蔽件128。然而，對(duì)于在靶126B上的擊中點(diǎn)大于靶126B的電子束，降低了產(chǎn)生X射線(xiàn)的效率。把電子束聚焦到和靶126B的尺寸相比的一個(gè)很小的點(diǎn)上并且用適當(dāng)?shù)难b置控制電子束在靶126B上的位置，就可以避免這種降低。
使用屏蔽128獲得的預(yù)選照射體積的空間分辨率受到幾個(gè)因素的限制，其中包括由X射線(xiàn)源的有限尺寸產(chǎn)生的半影區(qū)；由產(chǎn)生X射線(xiàn)的電子擊中點(diǎn)的不穩(wěn)定性引起的X射線(xiàn)源的尺寸和位置的相應(yīng)的不穩(wěn)定性；在被照射的體積中X射線(xiàn)注入的能量的散布；以及，X射線(xiàn)和它相對(duì)于屏蔽128的位置相對(duì)于不同探頭的可重現(xiàn)性。
X射線(xiàn)源的尺寸與它距屏蔽128的距離之比確定了半影區(qū)。對(duì)于一個(gè)均勻的源來(lái)說(shuō)，這個(gè)比值的優(yōu)選范圍為1/20～1/3量級(jí)，取決于散布的情況。X射線(xiàn)源的尺寸及其位置的穩(wěn)定性最好在最佳的源與距離之比占一個(gè)很小的份額。
建立屏蔽的X射線(xiàn)源的可接受的半影區(qū)和定位的一種方法是通過(guò)控制沿軸線(xiàn)16的入射電子束的焦點(diǎn)和偏轉(zhuǎn)來(lái)控制X射線(xiàn)源的位置和尺寸。例如，可把電子束聚焦到位于靶126B的X射線(xiàn)發(fā)射表面上的一點(diǎn)，因此焦點(diǎn)的直徑就是X射線(xiàn)源的大小。這一方法不僅要求擊中點(diǎn)的尺寸是正確的，而且要求準(zhǔn)確已知擊中點(diǎn)相對(duì)于X射線(xiàn)屏蔽128的位置并且能保持這一位置。
在此實(shí)施例中，靶從理論上可以和制造設(shè)施規(guī)定的一樣大。但在優(yōu)選實(shí)施例中，X射線(xiàn)靶126B基本上和電子束有相同的尺寸，或者略微大于電子束。
為了保證電子擊中點(diǎn)相對(duì)于屏蔽的位置對(duì)于任何指定的微型X射線(xiàn)系統(tǒng)暫時(shí)穩(wěn)定，并且該位置在所有的其它使用的系統(tǒng)中在空間上是可以再現(xiàn)的，可以和電子束偏轉(zhuǎn)器一起使用一些準(zhǔn)確設(shè)置的基準(zhǔn)標(biāo)記，以確定電子擊中點(diǎn)相對(duì)于屏蔽的位置。這樣一個(gè)基準(zhǔn)標(biāo)記包括一個(gè)邊緣，它在對(duì)一個(gè)電子束有截然不同作用的兩個(gè)區(qū)之間確定一個(gè)邊界。例如，在該實(shí)例中，在靶材料126B(如，Au(金))和靶托架材料126C(如，Be(鈹))之間的邊界可用作一個(gè)基準(zhǔn)邊緣。它們的作用的相對(duì)差異是當(dāng)暴露于高能電子束時(shí)Au(金)是比Be(鈹)更加明顯有效的X射線(xiàn)源。當(dāng)電子束穿過(guò)基準(zhǔn)標(biāo)記時(shí)，X射線(xiàn)探測(cè)器可以檢測(cè)到X射線(xiàn)強(qiáng)度的差異，并產(chǎn)生相應(yīng)的控制信號(hào)，該信號(hào)加到電子束偏轉(zhuǎn)器上。
X射線(xiàn)探測(cè)器可設(shè)置在一個(gè)反饋控制回路中，該回路用于伺服控制電子束指向靶(并且最好是靶的中心)(從電子源方向觀察)。按這樣一種結(jié)構(gòu)，其中相對(duì)于電子束路徑的靶的位置一般是已知的，但期望把電子束路徑對(duì)中在靶上，首先可讓電子束沿垂直于電子束路徑的第一方向(X方向)掃過(guò)靶。當(dāng)電子束通過(guò)靶的基準(zhǔn)邊緣時(shí)(例如，當(dāng)電子束在掃描期間碰到靶時(shí)，并且當(dāng)電子束隨后離開(kāi)靶時(shí))，控制器識(shí)別出基準(zhǔn)邊緣的位置，并且確定一個(gè)控制信號(hào)的X分量，它表示X方向掃描中兩個(gè)基準(zhǔn)邊緣之間的中點(diǎn)。然后按照控制信號(hào)的這個(gè)分量(，即，探測(cè)到的兩個(gè)X掃描基準(zhǔn)邊緣之間的中間)定位電子束，并且在垂直于X方向和電子束路徑的第二方向(Y方向)進(jìn)行掃描。在Y方向掃描期間，探測(cè)基準(zhǔn)邊緣，并確定控制信號(hào)的Y分量，它代表在Y方向掃描期間探測(cè)到的兩個(gè)基準(zhǔn)邊緣之間的中點(diǎn)。然后用該X分量和Y分量來(lái)控制將要對(duì)中到靶上的電子束。
在靶相對(duì)于電子束路徑的位置開(kāi)始時(shí)未知的情況下，通過(guò)沿屏面掃描電子束直到在X方向掃描中碰到靶時(shí)為止，就可以很快確定該相對(duì)位置。然后，響應(yīng)于該掃描中的基準(zhǔn)邊緣的檢測(cè)結(jié)果，確定一個(gè)中點(diǎn)并將電子束定位在該中點(diǎn)上，然后進(jìn)行沿Y方向的掃描，即沿確認(rèn)的掃描的兩個(gè)基準(zhǔn)邊緣的連線(xiàn)的垂直平分線(xiàn)掃描。響應(yīng)于Y方向掃描的基準(zhǔn)邊緣的檢測(cè)結(jié)果，確定出一個(gè)Y方向的中點(diǎn)，并且使用代表X和Y方向中點(diǎn)的控制信號(hào)把電子束對(duì)中到靶上。
以上所述用于確定靶的中心，但還可在靶上確定其它所期望的基準(zhǔn)點(diǎn)，并且使電子束偏轉(zhuǎn)以入射到這些點(diǎn)上。
確定準(zhǔn)確的源位置以保證經(jīng)屏蔽的輻射場(chǎng)對(duì)所有系統(tǒng)的空間分辨率的另一種方法是使用尺寸和期望的X射線(xiàn)源一樣大的小的X射線(xiàn)靶126B。雖然在原理上可使用任何大小的電子擊中點(diǎn)都不會(huì)降低經(jīng)屏蔽的輻射場(chǎng)的空間分辨率，但我們期望的是，使電子擊中點(diǎn)和靶126B一樣大或小于靶126B，這樣才能最大限度地把電子能量轉(zhuǎn)換成X射線(xiàn)，因而可以減少使用屏蔽件的X射線(xiàn)源治療病人或完成任何其它需要的任務(wù)的時(shí)間。在這個(gè)意義上講，如果確定電子擊中點(diǎn)的大小以使該擊中點(diǎn)中的90％的電子都包含在如此確定的擊中點(diǎn)尺寸內(nèi)，那么使這樣一個(gè)擊中點(diǎn)等于小靶尺寸可能是最佳的選擇，因?yàn)檩^小的擊中點(diǎn)本來(lái)就不會(huì)明顯改善系統(tǒng)的效率。在這樣一種情況下，不可能期望擊中點(diǎn)和靶一樣小。無(wú)論如何，使用小靶可保證使用一個(gè)屏蔽件來(lái)確定輻射場(chǎng)的所有X射線(xiàn)探頭都有基本上相同的空間分辨率和相對(duì)于探頭尖端的位置。
如圖12所示，靶托架126C適當(dāng)配合裝進(jìn)探頭尖端126A的端部。在所示的實(shí)施例中，X射線(xiàn)靶126B在插入探頭尖端126A之前先要淀積在靶托架126C上。例如在定位X射線(xiàn)靶126B和靶托架126C之前先把探頭尖端126A固定到探頭14的主體上的情況，可以制造靶托架126C，使探頭14的內(nèi)徑略大于靶托架126C的外徑，以便能比較容易地插下探頭14的主體。
在一般情況下都期望將靶托架126C緊配合裝進(jìn)探頭尖端126A以保證在機(jī)械方面的結(jié)構(gòu)完整性。為此，例如通過(guò)使這些部件“壓配合”，或者通過(guò)利用熱膨脹將兩個(gè)部件夾在一起。在后一種情況下，將一個(gè)冷的靶托架126C(例如由液氮冷卻過(guò)的)插入一個(gè)相對(duì)較熱的(例如，室溫)探頭尖端126A中。當(dāng)這些部件達(dá)到熱平衡時(shí)，它們就牢固地夾緊在一起。
在一個(gè)替換實(shí)施例中，制造的探頭尖端126A可以包括一個(gè)整體式的靶托架。在設(shè)置X射線(xiàn)靶126B后再把探頭尖端126A固定到探頭14上。
X射線(xiàn)靶126B應(yīng)淀積在靶托架126C上，和探頭軸線(xiàn)16垂直，并且位于確定探頭尖端126A的端部的中心半球表面的中心。中心設(shè)置X射線(xiàn)靶126B極大地簡(jiǎn)化了設(shè)計(jì)可變厚度X射線(xiàn)屏蔽件128以給出期望的X射線(xiàn)等劑量線(xiàn)所需的計(jì)算。如這里所使用的，術(shù)語(yǔ)等劑量線(xiàn)指的是一個(gè)三維體積的一個(gè)表面，其中的每一個(gè)點(diǎn)都經(jīng)受相同的每單位的組織質(zhì)量的X射線(xiàn)吸收。
由于靶托架126C在插入探頭14之前可先淀積X射線(xiàn)靶126B，因此可以使用幾種方法中的任何一個(gè)束在靶托架126C的中心形成X射線(xiàn)靶126B。制造這樣一種X射線(xiàn)靶126B的一種方法是通過(guò)插入靶托架中的空腔的一個(gè)屏蔽件來(lái)蒸發(fā)一種高源子序數(shù)的金屬。這個(gè)屏蔽件可包括一個(gè)帶有中心孔的圓盤(pán)，該中心孔對(duì)應(yīng)于X射線(xiàn)靶126B，金屬通過(guò)中心孔淀積在靶托架126C。
除了考慮X射線(xiàn)源的尺寸和相對(duì)于X射線(xiàn)屏蔽128的位置以外，還必須計(jì)及沿X射線(xiàn)靶126B平面的切向方向的X射線(xiàn)在X射線(xiàn)靶126B本身中的吸收。通過(guò)使X射線(xiàn)靶126B的表面彎曲而不是平直，就可減小這種吸收。例如，圖13表示出靶托架126C中的一個(gè)半球形凹坑，它用于確定X射線(xiàn)把126B的形狀。彎曲X射線(xiàn)靶126B有兩個(gè)作用減小靶中的X射線(xiàn)吸收，減小對(duì)于X射線(xiàn)靶126B發(fā)出的X射線(xiàn)的任何其余的角度依賴(lài)性。最終的結(jié)果是X射線(xiàn)靶126B發(fā)射的X射線(xiàn)更加各向同性，它們照射到在屏蔽件托架128A上的X射線(xiàn)屏蔽件128上。圖13所示的彎曲的靶形狀只是一個(gè)實(shí)施例，還可以使用其它的有效形狀，例如半球面、或球面的一部分與截頭圓錐的組合。
當(dāng)在一個(gè)凹坑內(nèi)淀積靶126B時(shí)，可在探頭尖端126A內(nèi)用靶托架126C原地不動(dòng)制造靶126B，或者靶126B可作為探頭尖端126A的一個(gè)整體部分來(lái)制作。蒸發(fā)淀積物可覆蓋凹坑處和周?chē)砻?26D。隨后用平的刮刀刮擦該表面(但不接觸凹坑)就可除去淀積在表面126D上的高原子序數(shù)金屬。
對(duì)于本發(fā)明的X射線(xiàn)探頭，還存在需要大面積的X射線(xiàn)源(而不是X射線(xiàn)點(diǎn)源)的應(yīng)用。例如，小型乳房腫瘤的切除要摘除腫瘤集中點(diǎn)，周?chē)S多厘米的組織。切除手術(shù)后，可能期望照射“腫瘤床”以殺死切口周?chē)魏芜z留的腫瘤細(xì)胞。在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，為了減小期望照射體積外的組織損傷，要利用大致和圖12所示相似的X射線(xiàn)屏蔽128件，用X射線(xiàn)設(shè)備完成大面積照射。
把探頭14的靶組件126設(shè)在距要照射的表面一定距離處，就可以很容易地獲得大面積輻射?？捎肵射線(xiàn)屏蔽件128控制靶組件126的前向輻射的立體角。確定屏蔽件128在每一點(diǎn)的厚度就可獲得基本上均勻的輻射分布圖案?？梢园搭?lèi)似的方式使用靶組件26。
圖19表示同本發(fā)明的X射線(xiàn)設(shè)備一道使用的一個(gè)機(jī)械式的定位器300，用于實(shí)現(xiàn)在靶組件26或126與被照射表面(組織)之間所要求的精度。機(jī)械式定位器300包括一個(gè)接觸組織的接口板302，它由對(duì)于X射線(xiàn)來(lái)說(shuō)是可透射的某種材料制成，如鈹、碳、或塑料。接口板302借助于一個(gè)對(duì)X射線(xiàn)不透射的底板304固定到探頭14上。為了進(jìn)一步模仿一個(gè)特定的輻射場(chǎng)，按照和上述X射線(xiàn)屏蔽件128類(lèi)似的方式，借助于X射線(xiàn)屏蔽件使正常情況下對(duì)X射線(xiàn)可透射的接口板302的一部分表面變?yōu)閷?duì)X射線(xiàn)不透射。
這樣一種大面積X射線(xiàn)源的另一種應(yīng)用是體內(nèi)的內(nèi)腔輻射，例如膀胱的內(nèi)部。在這種情況下，在組織和大面積X射線(xiàn)源之間的接口板302可以是一個(gè)可充氣膨脹的氣囊，它向下延伸探頭14，使靶組件126在氣囊的中心。在這種情況下，不存在對(duì)X射線(xiàn)不透射的底板304。
圖21A～21F描述了本發(fā)明可實(shí)現(xiàn)的各個(gè)等劑量線(xiàn)的實(shí)例。具體來(lái)說(shuō)，圖21A表示的探頭14適于產(chǎn)生形成中心在探頭尖端126的輻射球300的等劑量線(xiàn)。圖21B表示的探頭14適于產(chǎn)生輻射球302，其中探頭尖端126偏離開(kāi)球302的中心。圖21C表示的具有尖端126的探頭14適于產(chǎn)生扁圓橢球形狀(即“薄餅”形狀)的輻射場(chǎng)，如在304A處清晰表示的以及在304B處沿軸305觀察到的。圖21D描述的具有尖端126的探頭14適于產(chǎn)生扁長(zhǎng)的橢球狀(即，“雪茄”狀)的輻射場(chǎng)，如在306A處透視地表示的以及在306B處沿軸307觀察到的。如圖21D所示，探頭14沿橢球306A的短軸進(jìn)入橢球306A中。圖21E表示的尖端126也適于產(chǎn)生扁長(zhǎng)的橢球形狀的輻射場(chǎng)。在308A處透視地表示出該橢球，并且在308B處沿軸309也表示出這個(gè)橢球。由圖21E可以看出，探頭14沿橢球長(zhǎng)軸進(jìn)入橢球308A。圖21F描述的探頭尖端126適于產(chǎn)生非對(duì)稱(chēng)的輻射場(chǎng)，如在310A處透視表示的以及在310B處沿軸311表示的。
為產(chǎn)生主要分布在預(yù)定的等劑量線(xiàn)內(nèi)部的X輻射，要對(duì)厚度可變的X射線(xiàn)屏蔽件128進(jìn)行設(shè)計(jì)；一般來(lái)說(shuō)，這種設(shè)計(jì)要從描述期望的照射體積(如，腫瘤)的大小和形狀的數(shù)字式數(shù)據(jù)開(kāi)始，而這些數(shù)據(jù)是通過(guò)某種成像方法(如CT掃描或磁共振成像)得到的。從這些數(shù)據(jù)、以及探頭材料的X射線(xiàn)吸收性質(zhì)的知識(shí)、和所用屏蔽材料的知識(shí)，就可以計(jì)算屏蔽的厚度斷面的詳細(xì)情況。一般來(lái)說(shuō)，等劑量線(xiàn)可以取許多形狀和大小，不必對(duì)稱(chēng)。
可使用各種方法把設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化成實(shí)際的屏蔽。一種方法是使用激光研磨技術(shù)。例如，在一個(gè)半球形屏蔽件托架128A上涂敷一層高原子序數(shù)的金屬(如，金)，涂層厚度約100μm，其中要精確控制淀積在屏蔽件托架128A上的屏蔽材料的厚度，以便知道在隨后的研磨過(guò)程要除掉多少材料。實(shí)現(xiàn)高精確度的厚度控制的一種方法是通過(guò)電鍍淀積X射線(xiàn)吸收材料。
圖14表示一個(gè)激光研磨系統(tǒng)200，用于產(chǎn)生一個(gè)厚度可變的適宜的X射線(xiàn)屏蔽件128，以形成預(yù)定的X射線(xiàn)等劑量線(xiàn)。眾所周知，強(qiáng)大的激光脈沖可以清除金屬的表面層。圖14的激光研磨系統(tǒng)200包括一個(gè)機(jī)械式的定位設(shè)備，在圖中一般表示成位置控制器202，它將屏蔽件托架128A的所有表面點(diǎn)有次序地朝向激光束204。例如，X射線(xiàn)屏蔽件128和屏蔽件托架128A可繞探頭軸線(xiàn)16、或繞垂直于探頭軸線(xiàn)16的軸線(xiàn)212旋轉(zhuǎn)。在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，微處理器210對(duì)位置控制器202的移動(dòng)進(jìn)行直接控制，并將有關(guān)X射線(xiàn)屏蔽件128的表面的現(xiàn)行位置的信息返回到微處理器210以核實(shí)該特定位置。
在研磨過(guò)程之前先要計(jì)算X射線(xiàn)屏蔽件的規(guī)格指標(biāo)(即，厚度斷面)，微處理器210從這個(gè)數(shù)據(jù)出發(fā)向激光控制器208發(fā)出命令，讓控制器208去驅(qū)動(dòng)激光器214，該命令涉及需要多大的功率才能在X射線(xiàn)屏蔽件128上的一個(gè)特定的被照射的表面上除去正確數(shù)量的屏蔽材料。
如果屏蔽材料全是金屬的，那么可能需要一個(gè)大功率的、昂貴的激光器，才能在一個(gè)合理的時(shí)間長(zhǎng)度內(nèi)完成研磨過(guò)程。這些條件下的優(yōu)選激光器是一種激光(準(zhǔn)分子)激光器。但是，當(dāng)屏蔽材料是由懸浮在有機(jī)材料(如，聚酰亞胺)中的金屬粒子時(shí)，可使用功率非常小的激光器，例如氮激光器。
在另一個(gè)實(shí)施例中，通過(guò)屏蔽材料的受控的蒸汽淀積可產(chǎn)生厚度可變的X射線(xiàn)屏蔽128。這種技術(shù)也適合于自動(dòng)化，通過(guò)一個(gè)微處理器驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)可以控制淀積的圖案。
在另一個(gè)實(shí)施例中，首先向托架電鍍屏蔽材料，對(duì)于金來(lái)說(shuō)的最大所需厚度約為100μm，然后用高精度CNC車(chē)床對(duì)其進(jìn)行機(jī)加工。這一實(shí)施例的優(yōu)點(diǎn)是使用了簡(jiǎn)單的機(jī)械加工過(guò)程，不需要激光研磨過(guò)程需要的在線(xiàn)測(cè)量系統(tǒng)。
圖15A和15B表示探頭設(shè)計(jì)的一個(gè)實(shí)施例，它可使屏蔽件托架128A與探頭14精確地按角度對(duì)齊，因此可使X射線(xiàn)屏蔽件128與探頭14精確地按角度對(duì)齊。在這兩者之間可以提供一種機(jī)械式的鍵配合，它在圖中的表現(xiàn)形式是在探頭14中的一個(gè)凸片140和在靶組件126中的一個(gè)相應(yīng)的凹槽142，用于保證X射線(xiàn)屏蔽件128和探頭14的準(zhǔn)確定位，以便調(diào)整X射線(xiàn)發(fā)射圖案相對(duì)于期望的照射體積的幾何位置的方向。正如本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員所知，還可以與圖1的靶組件26組合起來(lái)使用圖15A和15B的鍵配合方式的配置。
作為本發(fā)明的另一個(gè)特征，可利用控制技術(shù)來(lái)引導(dǎo)發(fā)射的電子束至發(fā)射元件上的選定表面，例如至在不同的空間區(qū)靶具有不同發(fā)射特征的地方。在遙測(cè)的控制下，或者在植入設(shè)備的全部或一部分之前通過(guò)對(duì)電源進(jìn)行預(yù)編程，都可實(shí)現(xiàn)對(duì)電子束的控制。
圖8表示一個(gè)典型的靜電式電子束控制組件29。在所示的實(shí)施例中，陰極22按照與上述實(shí)施例相同的方式產(chǎn)生電子。電子通過(guò)聚焦電極23向陽(yáng)極加速，并且通過(guò)3124A飛行靶組件26。在至靶組件26的途中，電子要穿過(guò)一個(gè)靜電偏轉(zhuǎn)組件30，如圖8A的剖面圖所示。該組件包括4個(gè)偏轉(zhuǎn)器32。通過(guò)改變加到相對(duì)的兩對(duì)偏轉(zhuǎn)器32上的電壓，當(dāng)電子沿軸線(xiàn)16B向靶組件26運(yùn)動(dòng)時(shí)，沿軸線(xiàn)16A進(jìn)行組件的電子束就被偏轉(zhuǎn)，或“被控制”。因此，根據(jù)需要可把電子束軸線(xiàn)控制成直的或彎的。如以下所述，可按另外的方式使用電磁技術(shù)來(lái)進(jìn)行電子束控制。在后一種情況下，可用磁偏轉(zhuǎn)器線(xiàn)圈代替靜電偏轉(zhuǎn)板32，用電流驅(qū)動(dòng)該線(xiàn)圈以建立實(shí)現(xiàn)已形成的電子束偏轉(zhuǎn)所必要的磁場(chǎng)。
按電子束控制實(shí)施例的另一種形式，不讓電子束通過(guò)靜電偏轉(zhuǎn)組件30，而是讓電子束通過(guò)一組磁場(chǎng)產(chǎn)生線(xiàn)圈。這些線(xiàn)圈的排列方式類(lèi)似于組件30的靜電偏轉(zhuǎn)板。通過(guò)改變通過(guò)線(xiàn)圈的電流，按預(yù)定的方式產(chǎn)生了最終的磁場(chǎng)，以便對(duì)電子束的路徑產(chǎn)生影響。
按這樣一種方式，可以控制電子束，使其擊中錐形靶組件(圖8)或任何其它特殊幾何形狀的靶上的某些體形位置。例如，在所示的實(shí)施例中，擊中靶組件26的尖角側(cè)的電子束將產(chǎn)生從這一側(cè)發(fā)出的X射線(xiàn)，穿過(guò)靶組件的相對(duì)側(cè)發(fā)出的入射的射線(xiàn)極少或根本沒(méi)有。
按電子束控制實(shí)施例的另一種形式，通過(guò)改變靶組件和空間有關(guān)的發(fā)射參數(shù)(如輻射峰值隨能量的變化)可控制X射線(xiàn)的發(fā)射特征。通過(guò)改變例如具有“牛眼形”空間分布形狀的靶組件26上各個(gè)點(diǎn)的發(fā)射峰值(隨能量而變)，就可以控制電子束，使其抵達(dá)相對(duì)高能的X射線(xiàn)發(fā)射區(qū)，或抵達(dá)相對(duì)低能的X射線(xiàn)發(fā)射區(qū)。于是，可有選擇地把電子束引向靶組件的各個(gè)區(qū)，實(shí)現(xiàn)所需的X射線(xiàn)發(fā)射特征和方向。
如本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員所知，還可以將圖8的電子束控制組件29與圖12的靶組件126結(jié)合起來(lái)使用。
圖16、17、和18表示出另一種電子束控制組件29′，組件29′包括一個(gè)反饋回路系統(tǒng)31，以準(zhǔn)確定位電子束在X射線(xiàn)靶126B上。在所述的這個(gè)說(shuō)明性實(shí)施例中，偏轉(zhuǎn)組件30與圖8所示基本類(lèi)似，(只是該組件是定位在探頭外部的一個(gè)磁偏轉(zhuǎn)系統(tǒng))，并且設(shè)有一個(gè)X射線(xiàn)探測(cè)器142，以監(jiān)視X射線(xiàn)靶126B發(fā)出的X射線(xiàn)。X射線(xiàn)探測(cè)器142可偏離電子束軸定位(如圖所示)，或者就放在陰極22后邊的軸線(xiàn)上。
當(dāng)在靶126B的X射線(xiàn)發(fā)射中存在伴生變化時(shí)，可以測(cè)量電子束軌道的變化。偏轉(zhuǎn)控制器144(最好由微處理器驅(qū)動(dòng))可利用來(lái)自X射線(xiàn)探測(cè)器142的數(shù)據(jù)，并且通過(guò)控制加到偏轉(zhuǎn)組件30的偏轉(zhuǎn)器32上的電壓，可適當(dāng)改變電子束的位置。
例如，可利用反饋回路系統(tǒng)31把電子束對(duì)中到小型X射線(xiàn)靶126B上。但，當(dāng)監(jiān)視信號(hào)的變化的確表示電子束中心已經(jīng)從靶中心移開(kāi)時(shí)，沒(méi)有立即出現(xiàn)有關(guān)移動(dòng)在哪個(gè)方向發(fā)生的信息。因此可能必須周期性地沿已知方向偏轉(zhuǎn)電子束，并且觀測(cè)監(jiān)視信號(hào)的狀況以使電子束回到中心位置。
把X射線(xiàn)探測(cè)器142放在電子光學(xué)元件138的后邊以監(jiān)視沿探頭14的軸線(xiàn)16向后發(fā)出的X射線(xiàn)，從而就可以得到保持電子束定位在X射線(xiàn)靶126B上所需的監(jiān)視信號(hào)。在圖16和17中，圖中所示的被監(jiān)視的X射線(xiàn)140都偏轉(zhuǎn)通過(guò)電子光學(xué)元件138的一側(cè)。然而，如果陰極足夠薄以致于對(duì)X射線(xiàn)來(lái)說(shuō)變成可透射的，那么就有可能設(shè)計(jì)該系統(tǒng)，使X射線(xiàn)140能夠穿過(guò)電子光學(xué)元件138和陰極22，可把探測(cè)器142放在外殼12的內(nèi)部或外部，分別如圖16和17所示。如圖17所示，如果把探測(cè)器142放在外殼12的外部，則應(yīng)該在外殼的壁上設(shè)置一個(gè)X射線(xiàn)透射窗口48，以便對(duì)探測(cè)器142和X射線(xiàn)靶126B進(jìn)行光耦合。
在將電子束準(zhǔn)確對(duì)中在X射線(xiàn)靶126B上之后，可使用圖16和17的反饋系統(tǒng)優(yōu)化電子束焦點(diǎn)，以得到最大的X射線(xiàn)輸出。為此，例如，使用偏轉(zhuǎn)控制器144來(lái)調(diào)節(jié)電子光學(xué)元件138的聚焦元件(例如，聚焦電極23)上的電壓，從而使反饋系統(tǒng)監(jiān)視的信號(hào)最大。
還可以與圖1或8所示的靶組件26一道使用圖16和17所示的反饋系統(tǒng)。例如，可使用該反饋系統(tǒng)來(lái)定位電子束，使電子束入射到具有不同發(fā)射特征的區(qū)域(例如，上述的牛眼形空間分布形狀)的發(fā)射元件的一個(gè)特定點(diǎn)上。此外，可利用反饋系統(tǒng)控制電子光學(xué)元件的加速電壓。
如以上描述的這些實(shí)施例所示，圖1的設(shè)備10包括一個(gè)電源12A。圖6是有代表性的電源12A的方塊圖。圖7表示圖6電源的一個(gè)比較詳細(xì)的示意圖。如圖6和7所示，該實(shí)施例包括；一個(gè)回掃開(kāi)關(guān)式變換器和調(diào)節(jié)器280；一個(gè)30∶1的電壓變壓器282，它耦合到控制電壓(或高壓倍增器輸入)端282A；以及，一個(gè)10級(jí)電壓倍增器，它耦合到高壓端22A，并且適于驅(qū)動(dòng)熱離子發(fā)射體22的燈絲。借助于燈絲驅(qū)動(dòng)電路286并通過(guò)電流控制端292a和電容器Co把一個(gè)燈絲射頻功率驅(qū)動(dòng)器和電壓-頻率(V/F)變換器290以及相關(guān)的射頻燈絲驅(qū)動(dòng)器292耦合到發(fā)射體22的燈絲上。
差分放大器294響應(yīng)于在線(xiàn)295上的電流反饋信號(hào)和在線(xiàn)296上的外加的發(fā)射控制信號(hào)之間檢測(cè)到的差值，通過(guò)驅(qū)動(dòng)射頻功率驅(qū)動(dòng)器和V/F變換器290建立一個(gè)電流反饋回路。有選擇地控制后一個(gè)信號(hào)，從而在發(fā)射體(熱離子陰極)22的燈絲中形成X射線(xiàn)管陰極電流的期望的瞬時(shí)變化。
根據(jù)在線(xiàn)297上的電壓反饋信號(hào)和在線(xiàn)298上的外加高壓控制信號(hào)之間檢測(cè)到的差值通過(guò)開(kāi)關(guān)式變換器和調(diào)節(jié)器280來(lái)建立高壓幅度反饋回路。有選擇地控制后一個(gè)信號(hào)，以便在發(fā)射體(熱離子陰極)22的燈絲上形成電位的期望幅度變化。
在美國(guó)專(zhuān)利No.5,153,900和美國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)序列號(hào)No.955,494中對(duì)圖6和7所示電源提供更加詳細(xì)的描述。
圖9表示適合于腦瘤的X射線(xiàn)治療的一個(gè)典型的系統(tǒng)300。系統(tǒng)300包括一個(gè)與低功率X射線(xiàn)設(shè)備10A相連結(jié)合使用的立體定向框架302。在該結(jié)構(gòu)中，X射線(xiàn)設(shè)備10A大體上類(lèi)似于圖1所示的X射線(xiàn)設(shè)備10，只是具有圓柱形的幾何形狀。用相同的標(biāo)號(hào)代表兩個(gè)X射線(xiàn)設(shè)備10和10A中的相同的部件，一般來(lái)說(shuō)，立體定向框架提供一個(gè)相對(duì)于病人頭顱固定的基準(zhǔn)結(jié)構(gòu)。雖然上述優(yōu)選實(shí)施例特別適合于與這種立體定向框架一道使用，但本發(fā)明的其它實(shí)施例也可能以類(lèi)似的方式同這種或其它框架、或者同通用的基準(zhǔn)框架一道使用，例如建立一個(gè)操作固定裝置的框架，可將其固定到除頭部外的身體的一部分上并以此為基準(zhǔn)。在圖9所示的實(shí)施例中，立體定向框架302大體上類(lèi)似于“RadionicsInc.，Burlington，Massachusetts”制造的Cosman-Roberts-Wells系統(tǒng)。
在所示的實(shí)施例中，框架302建立了一個(gè)圍繞一個(gè)期望的原點(diǎn)O的XYZ參考坐標(biāo)系?？蚣?02包括一個(gè)確定了一個(gè)參考平面的大體U形的支承元件304。4個(gè)臂306A、306B、306C、和306D(未示出)從支承架304伸出。每個(gè)臂都有一個(gè)定位銷(xiāo)308。各銷(xiāo)308大體互相面對(duì)地從臂306A、306B、306C、和306D的對(duì)應(yīng)遠(yuǎn)端尖端伸出。在使用中，4個(gè)銷(xiāo)308靠緊患者頭蓋骨定位，在框架302和病人的頭顱之間確定一個(gè)固定的位置關(guān)系。于是框架302相對(duì)于病人的頭顱確定了該XYZ參考坐標(biāo)系。
借助于一對(duì)旋轉(zhuǎn)耦合組件312和一對(duì)直線(xiàn)耦合組件314把一個(gè)X射線(xiàn)設(shè)備支承件310耦合到支承件304上。X射線(xiàn)設(shè)備支承件310包括一個(gè)弧形支承軌道310A。X射線(xiàn)設(shè)備10A通過(guò)耦合組件316耦合到支承軌道310A上。耦合組件316使X射線(xiàn)設(shè)備10A在沿軌道310A的圓形路徑上并且在沿從弧形軌道310A的圓形路徑向原點(diǎn)O徑向向內(nèi)延伸的軸線(xiàn)(如，軸線(xiàn)316′)的內(nèi)極限點(diǎn)和外極限點(diǎn)之間產(chǎn)生受控的移動(dòng)。
此外，繞旋轉(zhuǎn)耦合組件312的轉(zhuǎn)輪體的旋轉(zhuǎn)可使X射線(xiàn)設(shè)備支承件310繞X軸轉(zhuǎn)動(dòng)。通過(guò)沿直線(xiàn)耦合組件314的軌道314A的移動(dòng)，X射線(xiàn)設(shè)備支承件310可以沿垂直于由X和Y軸確定的平面(X-Y平面)的方向改變位置。在該說(shuō)明性實(shí)施例中，軌道314A中的T形槽與固定到元件304上的滑塊314B的凸榫配合，可沿垂直于X-Y平面的方向產(chǎn)生直線(xiàn)移動(dòng)。調(diào)節(jié)該滑塊314B上的定位螺釘332，可以把X射線(xiàn)支承件310鎖緊在相對(duì)于支承框架304的設(shè)定高度。
通過(guò)移動(dòng)從支承件304的軌道304A中的元件310延伸的凸榫，可在Z方向移動(dòng)X射線(xiàn)支承件310。使用鎖緊螺栓334可以確定元件310沿軌道304A的受控位置。
此外，相對(duì)于支承件305滑動(dòng)件304，就可以在X方向按可調(diào)節(jié)的方式定位支承件304，支承件304以三個(gè)自由度按可調(diào)節(jié)方式定位，因此能在患者的頭蓋骨內(nèi)確定原點(diǎn)O的期望位置。
圖10以分解的形式表示出耦合組件316和X射線(xiàn)設(shè)備10A。如圖所示，耦合組件316包括一個(gè)容座316A、一個(gè)套管件316B、再加上X射線(xiàn)設(shè)備10A的形狀互補(bǔ)部分。如圖所示，X射線(xiàn)設(shè)備10A的探頭14的中心軸線(xiàn)16與軸線(xiàn)316′同軸。探頭14的電子束一般情況下也與軸線(xiàn)316′同軸，但可以按可調(diào)節(jié)方式改變這個(gè)電子束，如以上結(jié)合圖8、8A、16、17、和18所描述的，并且如以下結(jié)合圖10將要描述的。
圓柱形的套管元件316B有一部分定位在容座316A內(nèi)部并且與容座316A同軸。套管元件316B是可滑動(dòng)的(沿輻射軸線(xiàn)316′方向)，并且使用定位螺釘318A可相對(duì)于容座316A有選擇地把套管件316B鎖緊就位。套管件316B包括沿其中心軸線(xiàn)延伸的一個(gè)中心孔(直徑為D)。
如以上所述，X射線(xiàn)設(shè)備10A類(lèi)似于圖1所示的X射線(xiàn)設(shè)備10，但具有大體圓柱形的外殼12；探頭14包括一個(gè)緊挨著外殼12的一個(gè)圓柱形肩部14A(其直徑略小于D)，肩部14A的主要部分具有較小直徑(在該優(yōu)選實(shí)施例中為3.0mm)。借助于這樣一種結(jié)構(gòu)，可以定位X射線(xiàn)設(shè)備10A，使它的軸線(xiàn)16與軸線(xiàn)316′同軸，并將肩部14A滑動(dòng)進(jìn)入套管件316B的孔中?？梢允褂眉?16B的定位螺釘310沿軸線(xiàn)316′固定X射線(xiàn)設(shè)備10A的相對(duì)位置。
X射線(xiàn)設(shè)備10A可以包括用于電子束的磁偏轉(zhuǎn)子系統(tǒng)。磁偏轉(zhuǎn)子系統(tǒng)320包括如圖18所示的磁偏轉(zhuǎn)線(xiàn)圈32，它圍繞軸16定位在肩部14A內(nèi)。驅(qū)動(dòng)這些線(xiàn)圈以按可調(diào)節(jié)方式控制電子束軸的位置，使電子束以期望的方式入射在組件126的靶上(例如，如圖16和17所示)。按該優(yōu)選方式，監(jiān)視由設(shè)備10A產(chǎn)生的輻射(例如通過(guò)圖16和17所示的X射線(xiàn)探測(cè)器142，和/或設(shè)在病人體外的X射線(xiàn)探測(cè)器)，并且通過(guò)控制加到如圖11所示的偏轉(zhuǎn)線(xiàn)圈的偏轉(zhuǎn)線(xiàn)X1、X2、Y1和Y2上的控制電流適當(dāng)驅(qū)動(dòng)偏轉(zhuǎn)線(xiàn)圈。
如圖9所示，以微處理器為基礎(chǔ)的控制器可以不設(shè)在外殼12中，而是可以定位在外殼12的外部的控制單元342中?？刂茊卧?42通過(guò)電纜342′耦合到X射線(xiàn)設(shè)備10A。X射線(xiàn)設(shè)備10A的細(xì)長(zhǎng)探頭14的結(jié)構(gòu)應(yīng)使探頭14可穿過(guò)由活組織檢查針留下的通道，因此很容易把探頭14插入病人腦內(nèi)。對(duì)于由硬組織構(gòu)成的腫瘤，并且使用了寬度小于探頭14的活組織檢查針，腫瘤的正確穿刺方法首先可能要求用中等大小的針拓寬由活組織檢查針留下的通道。
借助于這種結(jié)構(gòu)，探頭14的尖端包含X射線(xiàn)發(fā)射靶，并且通過(guò)沿軸線(xiàn)316′的移動(dòng)該尖端可相對(duì)于顱側(cè)插入部位來(lái)回移動(dòng)。通過(guò)定位螺釘318A和320可把X射線(xiàn)設(shè)備10A固定在一個(gè)指定的位置。對(duì)X射線(xiàn)設(shè)備10A的探頭14的長(zhǎng)度進(jìn)行選擇，使其滿(mǎn)足當(dāng)探頭14全部插下并到達(dá)沿316A的軸線(xiàn)316′的下限位置時(shí)，探頭14的尖端的曲率中心剛好在原點(diǎn)O；當(dāng)X射線(xiàn)設(shè)備10A完全抽出并到達(dá)沿軸線(xiàn)316′的上限位置時(shí)，探頭14的遠(yuǎn)端尖端趨于到達(dá)病人頭蓋骨的外部?？梢栽O(shè)定弧形支承軌道310A的坐標(biāo)，使原點(diǎn)O位于期望的等照射中心。這樣，通過(guò)旋轉(zhuǎn)X射線(xiàn)設(shè)備10A的支承件310，而且沿弧形支承軌道310A的圓周軌道還要沿軸線(xiàn)316′定位X射線(xiàn)設(shè)備10A，用戶(hù)就能夠選擇出合適的通道(最好破壞性最小)，把探頭14插入病人腦內(nèi)，當(dāng)探頭14全部插入到下限點(diǎn)時(shí)探頭14的尖端定位在原點(diǎn)O。
圖11表示用于圖9和10的X射線(xiàn)設(shè)備10A的優(yōu)選高壓電源12A的示意圖。在該電源中，高壓驅(qū)動(dòng)信號(hào)是0～9伏的驅(qū)動(dòng)信號(hào)。這個(gè)信號(hào)驅(qū)動(dòng)回掃開(kāi)關(guān)型場(chǎng)效應(yīng)晶體管(FET)Q1，Q1又驅(qū)動(dòng)高壓回掃變壓器。高壓回掃變壓器將+12伏的電壓提升到幾千伏。高壓倍增器D1～D28又將這個(gè)電壓升高到15～40千伏的期望輸出電壓。電壓反饋線(xiàn)向控制器12C提供反饋信息，可使高壓倍增器的輸出電壓數(shù)值保持不變。
燈絲+和-線(xiàn)向FET Q2和Q3提供互補(bǔ)的9伏250千赫的方波驅(qū)動(dòng)信號(hào)。這些FET把可變的燈絲直流電壓斬波成交流電壓，并且驅(qū)動(dòng)燈絲/高壓隔離變壓器T2。如果使用高頻信號(hào)去驅(qū)動(dòng)這個(gè)變壓器，那么只有一圈的變壓器次級(jí)就能驅(qū)動(dòng)X射線(xiàn)管的燈絲。這又可使變壓器微型化，同時(shí)又能維持必要的高壓隔離。電流線(xiàn)FB允許控制器12C去檢測(cè)電子束電流，然后控制器通過(guò)向熱離子發(fā)射體22提供適當(dāng)?shù)募訜犭娏鱽?lái)調(diào)節(jié)燈絲直流電壓以獲得期望的電子束電流。偏轉(zhuǎn)線(xiàn)X1、X2、Y1、Y2向電子束的磁偏轉(zhuǎn)線(xiàn)圈提供電流驅(qū)動(dòng)信號(hào)。
如以上對(duì)于圖1討論過(guò)的，該設(shè)備10包括在電子進(jìn)入探頭14之前產(chǎn)生并加速電子束的部件以產(chǎn)生并加速電子。產(chǎn)生的電子束然后通過(guò)探頭14、沖擊靶26b、并且由此產(chǎn)生X射線(xiàn)。在沒(méi)有磁場(chǎng)的情況下，通過(guò)探頭14的電子遵循一個(gè)直線(xiàn)的軌跡。因此，探頭14一般為剛性的，不能有任何彎曲。
然而，在某些醫(yī)學(xué)應(yīng)用中，使用柔性探頭是有益的。一種這樣的應(yīng)用是沿一現(xiàn)成的通道(如，氣管)把X射線(xiàn)源送下。另一種這樣的應(yīng)用是在臨界結(jié)構(gòu)(如，神經(jīng)或血管)周?chē)倏vX射線(xiàn)源。
圖20A表示包括一個(gè)柔性探頭214的設(shè)備200的示意圖。設(shè)備200包括一個(gè)高壓網(wǎng)絡(luò)218、一個(gè)激光源220、一個(gè)探頭組件214、和一個(gè)靶組件226。按照本發(fā)明的一個(gè)方向，把電子產(chǎn)生和加速部件定位在靶組件226中，設(shè)備200就可提供所需的柔性，其中不使用強(qiáng)磁場(chǎng)。探頭組件214把激光源220和高壓網(wǎng)絡(luò)218都耦合到靶組件226。探頭組件包括封閉在一個(gè)小直徑柔性金屬管204中的柔性纖維光纜202。
靶組件226(例如，長(zhǎng)度為1～2cm)從探頭組件214的端部開(kāi)始延伸，并且包括封閉靶228的一個(gè)殼層。按照一個(gè)實(shí)施例，靶組件226在本質(zhì)上是剛性的，并且一般是圓柱形狀。在該實(shí)施例中，可認(rèn)為封閉靶組件的圓柱形殼層已為電子束源以及從外殼開(kāi)始沿電子束路徑延伸的管狀探頭提供了一個(gè)外殼。組件226的內(nèi)表面226A襯有電的絕緣層，而組件226的外表面226B是導(dǎo)電的。按照一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例，靶組件嚴(yán)密密封到探頭組件214的端部，并抽成真空。按照另一個(gè)實(shí)施例，整個(gè)探頭組件214都抽成真空。
纖維光纜202的終端202A至少有一部分面積最好涂有半透明的發(fā)光物質(zhì)(如，Ag-O-Cs)，于是形成一個(gè)光電陰極216，夾在纖維光纜202中的高壓導(dǎo)線(xiàn)208把電子從高壓網(wǎng)絡(luò)218導(dǎo)通到陰極216。類(lèi)似地，柔性管204把地返回線(xiàn)從靶228耦合到高壓網(wǎng)絡(luò)218，從而在陰極216和靶228之間建立了一個(gè)高壓場(chǎng)。纖維光纜202的作用是在高壓導(dǎo)線(xiàn)208和接地的柔性管204之間的絕緣介質(zhì)。
在一個(gè)實(shí)施例中，為了消除從纖維光纜202出來(lái)的光被高壓線(xiàn)208的吸收和散射，纖維光纜202可具有環(huán)形結(jié)構(gòu)，如圖20B的剖面圖所示。激光器220發(fā)出的光前進(jìn)到纖維光纜202的環(huán)形芯250。在芯250每一側(cè)的覆蓋層260的折射系數(shù)可使入射在交界處的光束折射到芯250內(nèi)。接地的柔性金屬管204包圍著外覆蓋層260。
像先前描述的實(shí)施例那樣，靶228例如是鈹(Be)，在靶的一側(cè)涂以高原子序數(shù)元素(例如，鎢(W)或金(Au))的薄膜或?qū)?28A。
在操作中，向下照射纖維光纜202的小型半導(dǎo)體激光器220激勵(lì)有發(fā)射能力的光電陰極216，光電陰極216產(chǎn)生自由電子222。在陰極216和靶228之間的高壓電場(chǎng)加速這些電子，迫使它們擊中靶228的表面228A并產(chǎn)生X射線(xiàn)。為了用發(fā)射0.8μm波長(zhǎng)的光的激光器220從Ag-O-Cs光電陰極216產(chǎn)生例如20μA的電流，如果若使光電陰極216對(duì)這個(gè)波長(zhǎng)的光有0.4％的量子效率，則要求激光器220能發(fā)射7.5毫瓦(mW)的光功率。這樣一種二極管激光器很容易通過(guò)商業(yè)途徑得到。按照本發(fā)明，形成陰極216的光電發(fā)射表面實(shí)際上可十分小。例如，對(duì)于陰極216的電流密度為1A/cm2的情況，光電陰極直徑僅需約50μm。
在30～50kV的高壓場(chǎng)中自由電子222的加速在靶228的膜228A中碰撞產(chǎn)生正離子。這些正離子將向光電陰極216加速，撞擊并有可能損壞光電陰極的表面。如在圖22中示意表示的，在減小離子對(duì)光電陰極216轟擊的一個(gè)實(shí)施例中，在與光電陰極非常靠近的位置定位一個(gè)高電阻抗的(環(huán)形殼)屏蔽件217，并且屏蔽件217沿其外部邊緣電耦合到光電陰極。屏蔽件217中的小孔217A聚焦自由電子222，并將它們散布在靶228上。返回的離子擊中在屏蔽件217上，不會(huì)擊中光電陰極216。
本發(fā)明在制造方面的一個(gè)困難是制造光電陰極216，用實(shí)用的物質(zhì)制造合理的量子效率大于10-3的光電陰極應(yīng)該在真空中進(jìn)行。這一過(guò)程可利用定位在鐘形容器中的纖維光纜202來(lái)完成，在該容器中按常規(guī)方式例如制造Ag-O-Cs光表面。隨后，在不暴露于空氣的條件下，把光纜202插入管204，并使光電陰極216與屏蔽件217接觸。把端部202B真空密封到柔性管204上。
在上述實(shí)施例中，探頭14、或214，以及與其相關(guān)的靶組件26、126、或226，都可涂以生物相適應(yīng)的外層，例如在鎳的底層上涂以氮化鈦。為了得到附加的生物相適應(yīng)保護(hù)，可在探頭上加一個(gè)由聚氨酯構(gòu)成的護(hù)套，如圖2所示的護(hù)套。
本發(fā)明在不偏離本發(fā)明的構(gòu)思和基本特征的條件下還可以按其它的特定形式實(shí)施。因此認(rèn)為本發(fā)明的實(shí)施例在所有方面都是說(shuō)明性的而不是限制性的，本發(fā)明的范圍由所附的權(quán)利要求書(shū)表示，而不是由以上的描述表示；因此期望，落在權(quán)利要求書(shū)的等價(jià)物的范圍和含義內(nèi)的所有變化都包括在權(quán)利要求書(shū)的范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種X射線(xiàn)源，包括A.一個(gè)外殼，封閉一個(gè)電子束產(chǎn)生裝置，電子束產(chǎn)生裝置用于沿電子束路徑產(chǎn)生電子束，所說(shuō)電子束產(chǎn)生裝置包括一個(gè)電子源；B.一個(gè)細(xì)長(zhǎng)管狀探頭，從所說(shuō)外殼開(kāi)始并圍繞所說(shuō)電子束路徑沿一中心軸線(xiàn)延伸；C.一個(gè)靶組件，包括一個(gè)靶元件，其中所說(shuō)靶元件響應(yīng)于入射在該靶元件上的電子發(fā)射X射線(xiàn)，所說(shuō)靶組件包括把所說(shuō)組件從所說(shuō)外殼耦合到所說(shuō)探頭遠(yuǎn)端端部的裝置，借此可沿所說(shuō)電子束路徑定位所說(shuō)靶組件；以及D.一個(gè)電子束控制裝置，其中所說(shuō)電子束控制裝置包括i.偏轉(zhuǎn)裝置，響應(yīng)于偏轉(zhuǎn)控制信號(hào)把所說(shuō)的電子束從一個(gè)標(biāo)稱(chēng)軸線(xiàn)偏轉(zhuǎn)到和所說(shuō)靶元件上和一個(gè)選擇的表面區(qū)交叉的軸線(xiàn)；ii.反饋網(wǎng)絡(luò)，包括用于檢測(cè)所說(shuō)束的電子束的偏轉(zhuǎn)檢測(cè)裝置，以及產(chǎn)生代表所說(shuō)偏轉(zhuǎn)的反饋信號(hào)的裝置，以及iii.偏轉(zhuǎn)控制器，耦合到所說(shuō)偏轉(zhuǎn)裝置和所說(shuō)反饋網(wǎng)絡(luò)，并且包括根據(jù)所說(shuō)反饋信號(hào)產(chǎn)生所說(shuō)偏轉(zhuǎn)控制信號(hào)的裝置。
2.如權(quán)利要求1的X射線(xiàn)源，其中所說(shuō)偏轉(zhuǎn)檢測(cè)裝置包括檢測(cè)所說(shuō)靶元件的X射線(xiàn)發(fā)射的X射線(xiàn)檢測(cè)裝置。
3.如權(quán)利要求2的X射線(xiàn)源，其中所說(shuō)X射線(xiàn)檢測(cè)裝置設(shè)在所說(shuō)電子束源的附近。
4.如權(quán)利要求3的X射線(xiàn)源，其中據(jù)說(shuō)發(fā)射的X射線(xiàn)源至少有一部分從所說(shuō)靶組件傳播到所說(shuō)X射線(xiàn)檢測(cè)裝置。
5.如權(quán)利要求3的X射線(xiàn)源，其中所說(shuō)電子束源定位在所說(shuō)靶元件和所說(shuō)X射線(xiàn)檢測(cè)裝置之間，所說(shuō)發(fā)射的X射線(xiàn)至少有一部分通過(guò)所說(shuō)電子束源傳播到所說(shuō)X射線(xiàn)檢測(cè)裝置。
6.如權(quán)利要求2的X射線(xiàn)源，其中所說(shuō)X射線(xiàn)檢測(cè)裝置設(shè)在所說(shuō)外殼的外部。
7.如權(quán)利要求2的X射線(xiàn)源，其中據(jù)說(shuō)反饋控制器包括控制所說(shuō)電子束的所說(shuō)偏轉(zhuǎn)的裝置，借此所說(shuō)X射線(xiàn)檢測(cè)裝置可檢測(cè)到來(lái)自所說(shuō)靶元件的最大X射線(xiàn)發(fā)射。
8.如權(quán)利要求1的X射線(xiàn)源，其中所說(shuō)電子束控制組件包括校準(zhǔn)裝置，用于周期性地沿至少一個(gè)預(yù)定方向的軸線(xiàn)偏轉(zhuǎn)所說(shuō)的電子束，以校準(zhǔn)所說(shuō)偏轉(zhuǎn)檢測(cè)裝置。
9.如權(quán)利要求8的X射線(xiàn)源，其中形成所說(shuō)邊界之一。
10.如權(quán)利要求1的X射線(xiàn)源，其中的電子束控制組件包括沿至少一個(gè)預(yù)定方向的軸線(xiàn)偏轉(zhuǎn)所說(shuō)電子束的裝置，其中所說(shuō)靶組件包括托架裝置，用于支承所說(shuō)靶元件，并且其中的一個(gè)或多個(gè)邊界在所說(shuō)托架裝置和所說(shuō)靶元件之間形成，該每個(gè)所說(shuō)邊界都確定橫斷相關(guān)的一個(gè)所說(shuō)方向的軸線(xiàn)的相應(yīng)的基準(zhǔn)邊緣。
11.如權(quán)利要求10的X射線(xiàn)源，其中形成兩個(gè)所說(shuō)邊界，所說(shuō)相關(guān)的預(yù)定方向相互垂直。
12.如權(quán)利要求11的X射線(xiàn)源，其中所說(shuō)偏轉(zhuǎn)裝置包括定位裝置，用于控制入射到所說(shuō)靶的中心的所說(shuō)電子束，并且包括i.沿垂直于所說(shuō)電子束路徑的第一方向(X方向)使所說(shuō)電子束掃描所說(shuō)靶的裝置，該裝置在所說(shuō)掃描中檢測(cè)基準(zhǔn)邊緣，并且借此在所說(shuō)檢測(cè)的基準(zhǔn)邊緣之間的所說(shuō)靶上確定X方向參考點(diǎn)，ii.使所說(shuō)電子束沿第二方向(Y方向)掃描所說(shuō)靶的裝置，其中所說(shuō)Y方向垂直于所說(shuō)X方向和所說(shuō)電子束路徑，該裝置在所說(shuō)掃描中檢測(cè)基準(zhǔn)邊緣并借此在所說(shuō)檢測(cè)的基準(zhǔn)凸緣之間的所說(shuō)靶上確定Y方向參考點(diǎn)，iii.產(chǎn)生代表所說(shuō)X方向中點(diǎn)和所說(shuō)Y方向參考點(diǎn)的所說(shuō)控制信號(hào)的裝置，以及iv.把所說(shuō)控制信號(hào)加到所說(shuō)偏轉(zhuǎn)裝置的裝置，借此使所說(shuō)電子束入射到所說(shuō)靶上的一個(gè)期望點(diǎn)上(從所說(shuō)源觀察)。
13.如權(quán)利要求12的X射線(xiàn)源，其中所說(shuō)X方向參考點(diǎn)是沿所說(shuō)X方向掃描連接所說(shuō)檢測(cè)的基準(zhǔn)凸緣的線(xiàn)的中點(diǎn)，而Y方向參考點(diǎn)是沿所說(shuō)Y方向掃描連接所說(shuō)檢測(cè)的基準(zhǔn)凸緣的線(xiàn)的中點(diǎn)。
14.如權(quán)利要求11的X射線(xiàn)源，其中所說(shuō)偏轉(zhuǎn)裝置包括靶探測(cè)裝置，它包括i.控制所說(shuō)的電子束使其在所說(shuō)外殼的遠(yuǎn)端的所說(shuō)探頭的所說(shuō)端部以屏面掃描圖案進(jìn)行掃描的裝置；ii.識(shí)別其中所說(shuō)電子束橫過(guò)所說(shuō)靶元件的掃描、沿所說(shuō)掃描檢測(cè)基準(zhǔn)邊緣、并借此沿所說(shuō)經(jīng)識(shí)別的掃描確定第一參考點(diǎn)的裝置。
15.如權(quán)利要求14的X射線(xiàn)源，其中所說(shuō)第一參考點(diǎn)是沿所說(shuō)確認(rèn)的掃描檢測(cè)的兩個(gè)基準(zhǔn)凸緣之間的中點(diǎn)。
16.如權(quán)利要求15的X射線(xiàn)源，進(jìn)一步還包括i.產(chǎn)生代表所說(shuō)第一參考點(diǎn)的所說(shuō)控制信號(hào)的裝置，ii.把所說(shuō)控制信號(hào)加到所說(shuō)偏轉(zhuǎn)裝置的裝置，借此沿連接所說(shuō)經(jīng)識(shí)別的掃描的所說(shuō)基準(zhǔn)邊緣的一條直線(xiàn)的垂直平分線(xiàn)定位所說(shuō)電子束，iii.沿垂直于所說(shuō)線(xiàn)的一個(gè)方向軸線(xiàn)掃描所說(shuō)電子束的裝置，該裝置沿所說(shuō)方向軸線(xiàn)檢測(cè)所說(shuō)基準(zhǔn)邊緣，并借此確定沿所說(shuō)檢測(cè)的基準(zhǔn)邊緣之間的所說(shuō)方向軸線(xiàn)的第二參考點(diǎn)，所述第二參考是沿在所說(shuō)檢測(cè)的基準(zhǔn)凸緣之間的所述方向的軸線(xiàn)的中點(diǎn)。iv.產(chǎn)生代表所說(shuō)第一和第二參考點(diǎn)的所說(shuō)控制信號(hào)的裝置，以及v.把所說(shuō)控制信號(hào)加到所說(shuō)偏轉(zhuǎn)裝置的裝置，借此使所說(shuō)電子束入射到所說(shuō)靶的中心(從所說(shuō)源觀察)。
17.如權(quán)利要求1的X射線(xiàn)源，其中所說(shuō)偏轉(zhuǎn)控制器設(shè)于所說(shuō)外殼中。
18.如權(quán)利要求1的X射線(xiàn)源，其中所說(shuō)偏轉(zhuǎn)控制器設(shè)在所說(shuō)外殼的外部。
19.如權(quán)利要求1的X射線(xiàn)源，其中所說(shuō)的電子束的特征是電子束電流，所說(shuō)電子束源進(jìn)一步包括控制器裝置，它響應(yīng)于所說(shuō)X射線(xiàn)檢測(cè)裝置，根據(jù)來(lái)自于所說(shuō)靶元件的檢測(cè)到的X射線(xiàn)發(fā)射調(diào)節(jié)所說(shuō)電子束電流。
20.一種X射線(xiàn)源，包括A.一個(gè)外殼，封閉一個(gè)電子束產(chǎn)生裝置，電子束產(chǎn)生裝置用于沿電子束路徑產(chǎn)生電子束，所說(shuō)電子束路徑沿一電子束軸線(xiàn)布置，所說(shuō)電子束產(chǎn)生裝置包括一個(gè)電子源；B.一個(gè)細(xì)長(zhǎng)管狀探頭，從所說(shuō)外殼開(kāi)始并圍繞所說(shuō)電子束路徑沿一中心軸線(xiàn)延伸；以及C.一個(gè)靶組件，沿所說(shuō)中心軸線(xiàn)延伸，并且包括把所說(shuō)靶組件耦合到所說(shuō)外殼遠(yuǎn)端的所說(shuō)探頭的端部的裝置，所說(shuō)靶組件包括(i).一個(gè)靶元件，它具有一個(gè)第一表面并定位在所說(shuō)電子束路徑中，其中所說(shuō)靶元件響應(yīng)于入射在所說(shuō)第一表面上來(lái)自所說(shuō)電子束的電子發(fā)射X射線(xiàn)；(ii)一個(gè)探頭尖端組件，包括維持所說(shuō)靶元件的所說(shuō)第一表面位于所說(shuō)電子束路徑中的裝置，所說(shuō)探頭尖端組件基本上對(duì)X射線(xiàn)是可透射的，并且在所說(shuō)探頭的一個(gè)遠(yuǎn)端確定一個(gè)外表面；以及(iii)一個(gè)屏蔽件，其特征是有一個(gè)選擇的透射斷面，該屏蔽件定位在所說(shuō)探頭尖端組件的所說(shuō)凸出的外表面上，用于控制從所說(shuō)源發(fā)出的并且穿過(guò)所說(shuō)探頭尖端組件的所說(shuō)X射線(xiàn)的等劑量線(xiàn)的空間分布。
21.如權(quán)利要求20的X射線(xiàn)源，其中所說(shuō)靶組件可從所說(shuō)細(xì)長(zhǎng)管狀探頭上拆下來(lái)。
22.如權(quán)利要求21的X射線(xiàn)源，其中所說(shuō)管狀探頭和所說(shuō)靶組件包括一個(gè)內(nèi)裝的對(duì)準(zhǔn)裝置，用于圍繞相應(yīng)的中心軸線(xiàn)相對(duì)于所說(shuō)管狀探頭對(duì)準(zhǔn)所說(shuō)靶組件。
23.如權(quán)利要求20的X射線(xiàn)源，其中所說(shuō)探頭尖端組件包括A.一個(gè)靶托架元件，它的第一側(cè)適于支撐所說(shuō)靶元件，它的第二側(cè)與所說(shuō)第一側(cè)相對(duì)，所說(shuō)第二側(cè)是所說(shuō)外表面；B.一個(gè)探頭尖端元件，它與所說(shuō)靶托架元件同軸定位，并且耦合到所說(shuō)靶托架元件。
24.如權(quán)利要求23的X射線(xiàn)源，其中所說(shuō)靶托架元件基本上是半球形，所說(shuō)靶托架元件適于和所說(shuō)靶元件同軸定位。
25.如權(quán)利要求23的X射線(xiàn)源，其中所說(shuō)的靶托架元件由鈹制成。
26.如權(quán)利要求23的X射線(xiàn)源，其中所說(shuō)靶托架和所說(shuō)探頭尖端元件壓配合在一起。
27.如權(quán)利要求23的X射線(xiàn)源，其中在所說(shuō)探頭尖端元件同心地耦合在所說(shuō)靶托架元件之前，使所說(shuō)靶托架相對(duì)于所說(shuō)探頭尖端元件變冷卻，并且當(dāng)所說(shuō)靶托架元件和所說(shuō)探頭尖端元件達(dá)到熱平衡時(shí)，所說(shuō)探頭尖端元件和所說(shuō)靶托架元件由于所說(shuō)靶托架元件的熱膨脹而變?yōu)閵A緊在一起。
28.如權(quán)利要求23的X射線(xiàn)源，其中所說(shuō)靶托架元件和所說(shuō)探頭尖端元件整體式構(gòu)成在一起。
29.如權(quán)利要求20的X射線(xiàn)源，其中所說(shuō)的靶組件包括一個(gè)夾在所說(shuō)探頭尖端組件的所說(shuō)外表面和所說(shuō)屏蔽件之間的一個(gè)屏蔽件托架元件。
30.如權(quán)利要求20的X射線(xiàn)源，其中所說(shuō)屏蔽件具有預(yù)定厚度的斷面。
31.如權(quán)利要求20的X射線(xiàn)源，其中所說(shuō)靶元件的所說(shuō)第一表面是凹形的。
32.如權(quán)利要求20的X射線(xiàn)源，其中所說(shuō)靶元件的所說(shuō)第一表面是凸?fàn)畹摹?br> 33.如權(quán)利要求32的X射線(xiàn)源，其中所說(shuō)靶元件大致為半球形。
34.如權(quán)利要求20的X射線(xiàn)源，其中所說(shuō)靶組件的所說(shuō)第一表面基本上是平直的，并且確定所說(shuō)靶元件的位置以使所說(shuō)第一表面垂直于所說(shuō)中心軸線(xiàn)。
35.如權(quán)利要求20的X射線(xiàn)源，其中所說(shuō)的靶元件是由高原子序數(shù)的金屬構(gòu)成的。
36.如權(quán)利要求20的X射線(xiàn)源，其中所說(shuō)電子束具有大致圓形的橫斷面，它在所說(shuō)靶元件處的直徑為d1，所說(shuō)靶元件具有橫斷所說(shuō)電子束軸線(xiàn)的最大尺寸d2，該尺寸是在所說(shuō)靶元件處穿過(guò)所說(shuō)束軸線(xiàn)測(cè)得的；其中d2小于或等于d1。
37.如權(quán)利要求20的X射線(xiàn)源，其中所說(shuō)電子束具有大致圓形的橫斷面，它在所說(shuō)靶元件處的直徑為d1，所說(shuō)靶元件具有橫斷所說(shuō)電子束軸線(xiàn)的最小尺寸d2，該尺寸是在所說(shuō)靶元件處穿過(guò)所說(shuō)束軸線(xiàn)測(cè)得的；其中，d2大于或等于d1。
38.如權(quán)利要求20的X射線(xiàn)源，其中所說(shuō)屏蔽具有一個(gè)面對(duì)所說(shuō)靶元件的大致半球面的表面，所說(shuō)靶元件在橫過(guò)所說(shuō)靶元件處的所說(shuō)電子束軸線(xiàn)的一個(gè)最大尺寸d2，所說(shuō)電子束軸線(xiàn)與所說(shuō)靶元件的交點(diǎn)位置距所說(shuō)屏蔽的所說(shuō)半球面表面的最小距離為d3，并且d2/d3在1/3～1/20的近似范圍內(nèi)。
39.如權(quán)利要求38的X射線(xiàn)源，其中所說(shuō)電子束具有大致圓形的斷面，它在所說(shuō)靶元件處的直徑為d1，并且d1/d3在1/3～1/20的近似范圍內(nèi)。
40.如權(quán)利要求39的X射線(xiàn)源，其中所說(shuō)第一表面是凹形的。
41.如權(quán)利要求39的X射線(xiàn)源，其中所說(shuō)第一表面是凸?fàn)畹摹?br> 42.如權(quán)利要求20的X射線(xiàn)源，其中所說(shuō)屏蔽是電鍍?cè)谒f(shuō)探頭尖端組件的所說(shuō)外表面上的，然后進(jìn)行激光研磨使其具有預(yù)定的厚度斷面分布，實(shí)現(xiàn)從所說(shuō)探頭尖端組件發(fā)出的所說(shuō)X射線(xiàn)的選定的等劑量線(xiàn)。
43.如權(quán)利要求20的X射線(xiàn)源，其中所說(shuō)的屏蔽具有向所說(shuō)探頭尖端組件的所說(shuō)外表面上蒸汽淀積一個(gè)預(yù)定厚度的斷面。
44.如權(quán)利要求20的X射線(xiàn)源，其中所說(shuō)的屏蔽是向所說(shuō)探頭尖端的所說(shuō)外表面進(jìn)行的電鍍層，然后再對(duì)其進(jìn)行機(jī)加工使其具有一個(gè)預(yù)定厚度的斷面。
45.一種制造能與電子束源一起操作產(chǎn)生具有由預(yù)定等劑量線(xiàn)確定的空間分布的X射線(xiàn)的靶組件的方法，所說(shuō)方法包括如下步驟A.形成一個(gè)適合于響應(yīng)入射電子發(fā)射X射線(xiàn)的靶元件；B.形成一個(gè)探頭尖端組件，該組件包括用于維持所說(shuō)電子束路徑使之與所說(shuō)靶元件相交的裝置，其中所說(shuō)探頭尖端組件對(duì)X射線(xiàn)基本上是透明的，并且具有一個(gè)外表面；并且C.形成一個(gè)屏蔽，其特征是有一個(gè)選定的透射斷面，該屏蔽定位在所說(shuō)探頭尖端組件的所說(shuō)外表面上，其中所說(shuō)屏蔽對(duì)建立至少一部分所說(shuō)等劑量線(xiàn)是有效的。
46.如權(quán)利要求45的方法，其中的步驟C還包括如下步驟向所說(shuō)探頭尖端組件的所說(shuō)外表面電鍍用于制造所說(shuō)屏蔽的金屬。
47.如權(quán)利要求46的方法，還包括如下步驟激光研磨所說(shuō)屏蔽，使之具有預(yù)定的厚度斷面分布，以實(shí)現(xiàn)所選的等劑量線(xiàn)。
48.如權(quán)利要求46的方法，還包括如下步驟機(jī)加工所說(shuō)屏蔽，使之具有預(yù)定的厚度分布，以實(shí)現(xiàn)所選的等劑量線(xiàn)。
49.如權(quán)利要求45的方法，其中的步驟C還包括如下步驟向所說(shuō)探頭尖端組件的所說(shuō)凸形外表面淀積所說(shuō)屏蔽，其中將所說(shuō)屏蔽淀積成具有一預(yù)定的厚度斷面分布，所說(shuō)厚度斷面分布確定至少一部分所說(shuō)等劑量線(xiàn)。
50.如權(quán)利要求45的方法，其中的步驟C還包括如下步驟向所說(shuō)探頭尖端組件的所說(shuō)凸形外表面淀積所說(shuō)屏蔽。
51.一種按照權(quán)利要求50制造靶組件的方法，其中所說(shuō)的方法還包括如下步驟激光研磨所說(shuō)屏蔽，使之具有預(yù)定厚度斷面分布，以實(shí)現(xiàn)所選的等劑量線(xiàn)。
52.如權(quán)利要求45的制造靶組件的方法，還包括如下步驟使用一個(gè)計(jì)算機(jī)確定的模型確定所說(shuō)透射厚度斷面分布。
53.一種X射線(xiàn)源，包括A.一個(gè)電源，包括第一端和第二端，以及一個(gè)驅(qū)動(dòng)裝置，用于在所說(shuō)第一端和所說(shuō)第二端之間建立一個(gè)輸出電壓，所說(shuō)輸出電壓在10kV～90kV的近似范圍內(nèi)具有一個(gè)峰值；B.一個(gè)柔性纖維光纜組件，具有一個(gè)起始端和一個(gè)終止端，并且包括從所說(shuō)起始端延伸到所說(shuō)終止端的光纖元件，適于向所說(shuō)終止端發(fā)送入射在所說(shuō)起始端的光；C.一個(gè)光源，它包括用于在所說(shuō)光纖組件的所說(shuō)起始端產(chǎn)生一個(gè)光束并將光束引導(dǎo)到該起始端的裝置；以及D.一個(gè)靶組件，它固定到所說(shuō)纖維光纜組件的所說(shuō)終止端，并且借助于所說(shuō)第一端和第二端電耦合到所說(shuō)電源，并且包括響應(yīng)于向所說(shuō)終止端發(fā)送的光在預(yù)定的能譜范圍發(fā)射X射線(xiàn)的裝置。
54.如權(quán)利要求53的X射線(xiàn)源，其中所說(shuō)的光束基本上是單色的。
55.如權(quán)利要求54的X射線(xiàn)源，其中所說(shuō)的光源是一種激光器，并且其中所說(shuō)光束最相干光束。
56.如權(quán)利要求53的X射線(xiàn)源，其中所說(shuō)靶組件包括具有光電發(fā)射表面的光電陰極，所說(shuō)光電陰極靠近所說(shuō)光纖元件的所說(shuō)終止端定位，并且響應(yīng)于來(lái)自所說(shuō)終止端的并且入射在光電陰極上的所說(shuō)光束部分從所說(shuō)光電發(fā)射表面發(fā)射電子。
57.如權(quán)利要求56的X射線(xiàn)源，其中所說(shuō)靶組件包括與所說(shuō)光電發(fā)射表面隔開(kāi)并與所說(shuō)光電發(fā)射表面相對(duì)的靶元件，并且包括響應(yīng)于從所說(shuō)光電發(fā)射表面發(fā)出的并且入射在所說(shuō)靶元件上的電子而發(fā)射X射線(xiàn)的裝置。
58.如權(quán)利要求57的X射線(xiàn)源，其中所說(shuō)電源的所說(shuō)第一端電耦合到所說(shuō)光電發(fā)射元件，所說(shuō)電源的所說(shuō)第二終端電耦合到所說(shuō)靶元件，由此建立一個(gè)電場(chǎng)，該電場(chǎng)的作用是加速?gòu)乃f(shuō)發(fā)射表面向所說(shuō)靶元件發(fā)射的電子。
59.如權(quán)利要求58的X射線(xiàn)源，其中所說(shuō)的第二端為地電位。
60.如權(quán)利要求58的X射線(xiàn)源，其中所說(shuō)纖維光纜組件包括位于所說(shuō)光纖元件內(nèi)部的電導(dǎo)線(xiàn)，并且適于電耦合所說(shuō)電源的所說(shuō)第一端至所說(shuō)光電陰極。
61.如權(quán)利要求60的X射線(xiàn)源，其中所說(shuō)纖維光纜組件包括一個(gè)導(dǎo)電的、柔性的、外護(hù)套，所說(shuō)護(hù)套適于電耦合所說(shuō)電源的所說(shuō)第二端至所說(shuō)靶組件。
62.如權(quán)利要求61的X射線(xiàn)源，其中所說(shuō)靶組件包括耦合在所說(shuō)護(hù)套和所說(shuō)靶元件之間的一個(gè)導(dǎo)電的外表面。
63.如權(quán)利要求61的X射線(xiàn)源，其中所說(shuō)靶組件基本上是剛性的并且是大體圓柱形形狀，并且包括一個(gè)電絕緣的內(nèi)表面、第一基端、和第二基端，其中所說(shuō)第一基端沿一個(gè)縱軸與所說(shuō)第二基端相對(duì)，其中所說(shuō)光電陰極靠近所說(shuō)第一基端定位，所說(shuō)靶元件靠近所說(shuō)第二基端定位。
64.如權(quán)利要求63的X射線(xiàn)源，其中所說(shuō)靶組件包括密封所說(shuō)靶組件的裝置，從而形成由所說(shuō)內(nèi)表面，所說(shuō)第一基端，和所說(shuō)第二基端確定的一個(gè)封閉的室。
65.如權(quán)利要求64的X射線(xiàn)源，其中所說(shuō)封閉室是抽成真空的。
66.如權(quán)利要求56的X射線(xiàn)源，其中所說(shuō)的光陰極是在所說(shuō)光纖元件的所說(shuō)終止端上形成的。
67.如權(quán)利要求66的X射線(xiàn)源，其中所說(shuō)靶組件包括一個(gè)與所說(shuō)光陰極分開(kāi)的靶元件，并且該靶元件包括用于響應(yīng)入射電子發(fā)射X射線(xiàn)的裝置。
68.如權(quán)利要求67的X射線(xiàn)源，其中所說(shuō)電源的所說(shuō)第一端電耦合到所說(shuō)光陰極上，所說(shuō)電源的所說(shuō)第二端電耦合到所說(shuō)靶元件上，從而建立用于加速?gòu)乃f(shuō)發(fā)光表面發(fā)射到所說(shuō)靶元件的電子的一個(gè)電場(chǎng)。
69.如權(quán)利要求68的X射線(xiàn)源，其中所說(shuō)第二端為地電位。
70.如權(quán)利要求68的X射線(xiàn)源，其中所說(shuō)纖維光纜組件包括一個(gè)定位在所說(shuō)光纖元件的內(nèi)部的一個(gè)電導(dǎo)體，它適合于把所說(shuō)電源的所說(shuō)第一端耦合到所說(shuō)光陰極上。
71.如權(quán)利要求70的X射線(xiàn)源，其中所說(shuō)纖維光纜組件包括一個(gè)導(dǎo)電的柔性外護(hù)套，所說(shuō)護(hù)套適于把所說(shuō)電源的所說(shuō)第二端耦合到所說(shuō)靶組件。
72.如權(quán)利要求71的X射線(xiàn)源，其中所說(shuō)靶組件包括一個(gè)導(dǎo)電的外表面，該外表面將所說(shuō)護(hù)套耦合到所說(shuō)靶元件上。
73.如權(quán)利要求72的X射線(xiàn)源，其中所說(shuō)靶組件大致為剛性并且基本上呈圓柱形，它包括一個(gè)電絕緣的內(nèi)表面、一個(gè)第一基端、和一個(gè)第二基端，其中所說(shuō)第一基端沿一縱軸與所說(shuō)第二基端相對(duì)，其中所說(shuō)光陰極的位置靠近所說(shuō)第一基端，所說(shuō)靶元件的位置靠近所說(shuō)第二基端。
74.如權(quán)利要求53的X射線(xiàn)端，其中所說(shuō)電源進(jìn)一步還包括可選擇性操作的裝置，用于選擇性地控制所說(shuō)輸出電壓的幅度。
75.如權(quán)利要求57的X射線(xiàn)源，其中從所說(shuō)光電發(fā)射元件發(fā)出并入射在所說(shuō)靶元件上的所說(shuō)電子形成一個(gè)電子束，該電子束的特征是束電流的近似范圍是1nA～100μA。
76.如權(quán)利要求58的X射線(xiàn)源，其中從所說(shuō)光電發(fā)射表面發(fā)出并入射在所說(shuō)靶元件上的所說(shuō)電子由所說(shuō)電場(chǎng)加速到10keV～90keV的能量近似范圍。
77.如權(quán)利要求53的X射線(xiàn)源，其中所說(shuō)纖維光纜組件進(jìn)一步包括A.一個(gè)導(dǎo)電電纜，其中所說(shuō)光纖元件同軸地設(shè)在所說(shuō)導(dǎo)電電纜的周?chē)?；以及B.一個(gè)導(dǎo)電的外殼層，它同軸地設(shè)置在所說(shuō)光纖元件的周?chē)?br> 78.如權(quán)利要求57的X射線(xiàn)源，其中所說(shuō)纖維光纜組件進(jìn)一步包括第一覆蓋殼層，所說(shuō)第一覆蓋殼層的折射率小于所說(shuō)透光芯部的折射率，第一覆蓋殼層同心地設(shè)在所說(shuō)導(dǎo)電電纜和所說(shuō)光纖元件之間。
79.如權(quán)利要求78的X射線(xiàn)源，其中所說(shuō)纖維光纜組件進(jìn)一步還包括第二覆蓋殼層，所說(shuō)第二覆蓋殼層的折射率小于所說(shuō)透光芯部的折射率，第二覆蓋殼層同心地設(shè)置在所說(shuō)光纖元件和所說(shuō)導(dǎo)電外殼層之間。
80.如權(quán)利要求57的X射線(xiàn)源，進(jìn)一步還包括一個(gè)靠近所說(shuō)光電陰極的環(huán)形殼層屏蔽元件，所說(shuō)屏蔽元件確定一個(gè)中心孔，可允許通過(guò)某些所說(shuō)發(fā)射的電子達(dá)到靶元件并且擋住某些其余的所說(shuō)發(fā)射的電子。
81.如權(quán)利要求80的X射線(xiàn)源，其中所說(shuō)的屏蔽元件是電高阻抗材料。
82.一種纖維光纜組件，包括A.一個(gè)導(dǎo)電的纜；B.一個(gè)透光的芯，所說(shuō)芯同軸地設(shè)在所說(shuō)導(dǎo)電纜的周?chē)?；以及C.一個(gè)導(dǎo)電的外護(hù)套，它同軸地設(shè)在所說(shuō)透光芯的周?chē)?br> 83.如權(quán)利要求82的纖維光纜組件，其中所說(shuō)組件進(jìn)一步還包括第一外包殼，所說(shuō)第一外包殼的折射率小于所說(shuō)透光芯的折射率并且同軸地設(shè)在所說(shuō)導(dǎo)電纜和所說(shuō)透光芯之間。
84.如權(quán)利要求83的纖維光纜，其中所說(shuō)的組件進(jìn)一步還包括一個(gè)第二外包殼，所說(shuō)第二外包殼的折射率小于所說(shuō)透光芯的折射率，并且同軸地設(shè)在所說(shuō)透光芯和所說(shuō)導(dǎo)電外殼之間。
全文摘要
本發(fā)明涉及X射線(xiàn)源，包括外殼(12)、電源(12A)、細(xì)長(zhǎng)管狀探頭(14)、靶組件(26)、和電子束控制組件(29)。外殼封閉電子束源并具有產(chǎn)生沿電子束路徑的電子束的部件。電源(12A)可編程以控制電子束的電壓、電流、和定時(shí)。細(xì)長(zhǎng)管狀探頭(14)從外殼(12)圍繞電子束路徑沿一中心軸線(xiàn)延伸。靶組件(26)沿中心軸線(xiàn)延伸并適于耦合到外殼(12)遠(yuǎn)端的探頭(14)的端部。靶組件(26)包括沿電子束路徑定位的靶元件(26A)，靶元件(26A)適于響應(yīng)入射電子發(fā)射在預(yù)定能譜范圍的X射線(xiàn)。電子束控制組件(29)包括偏轉(zhuǎn)部件(30)、反饋網(wǎng)絡(luò)(31)、和偏轉(zhuǎn)控制器(144)。偏轉(zhuǎn)部件(30)響應(yīng)于偏轉(zhuǎn)控制信號(hào)把電子束從標(biāo)稱(chēng)軸線(xiàn)偏轉(zhuǎn)到靶元件(26)上的一個(gè)選定的表面區(qū)。反饋網(wǎng)絡(luò)(31)包括檢測(cè)電子束偏轉(zhuǎn)的偏轉(zhuǎn)檢測(cè)部件和產(chǎn)生代表束偏轉(zhuǎn)的反饋信號(hào)的部件。
文檔編號(hào)H01J35/00GK1144015SQ95192068
公開(kāi)日1997年2月26日 申請(qǐng)日期1995年1月19日 優(yōu)先權(quán)日1994年1月21日
發(fā)明者M·T·丁斯莫爾, K·J·哈特, A·P·施里斯基, D·O·史密夫, P·E·厄丁格 申請(qǐng)人:光電子有限公司