JP2005521212A - 電界放射の電流制御を伴なうｘ線装置および方法 - Google Patents

Abstract

本発明は、出力を安定化するために、作動電流を監視すると共に陽極と陰極との間の空隙を調節することによって、電界放射Ｘ線装置からの安定したＸ線出力を提供する装置と方法とを提供する。

Description

本出願は、２００２年３月２０日に「放射線治療のためのＸ線装置」という名称で出願された米国仮出願番号６０／３６５，７１２号に基づいて優先権を主張している。本発明は、概してＸ線照射治療を施すための装置及び方法に係り、特に、リアルタイムで作動電流を安定化して安定化した放射線量でＸ線照射治療を施す装置及び方法に関するものである。

医療或いは医療以外の用途にＸ線照射の使用が広く知られている。医療の領域においては、Ｘ線照射治療は一般的に用いられており、病気の治療に実際的に受け入れられている。具体的には、以下に限定されるものではないが、例えば腫瘍、特定の皮膚病及び／又は両性の病気などである。歴史的に、外部Ｘ線源を適用した最初の治療では、目的部位にＸ線照射を施した。腫瘍のように目的部位が内部に存在する場合、照射されたＸ線は目的部位までの途中の皮膚やその他の柔らかい組織、或いは骨などを通過しなければならず、結果としてこれらに損傷を与え、それらの組織を燃やしてしまう。その他の理由もあるが、外部Ｘ線源を用いるＸ線治療の当該問題から、開発者達は内部でＸ線を生成する装置及び方法を模索している。

一般的に言って、今日用いられているＸ線装置には基本的に２つの形式がある。１つめの形式では、熱電子の電子ビームを生成するために電子源を加熱するものであり、その電子ビームは真空空隙を通過して金やタングステンあるいはその他の原子番号の大きな材料からなるターゲット材料に向けられる。Ｘ線は、電子ビームがターゲットに衝突したときに生成される。２つめの形式として、電界放射器として知られ、電界が電子を陰極から真空空隙を渡って陽極へ引き付けてターゲット材料へ衝突させ、Ｘ線を生成する。両方の形式において、生成された電子ビームは、空隙内の原子による絶縁破壊及び電子ビームの散逸（結果としてビーム強度の低下をもたらす）を避けるために、高真空域を通過するように向けられる。

医療又は被医療用途のＸ線放射器は、様々な形態を取る。例えば、知られたある形式の放射器は、内部空洞放射のためのＸ線源を用いる。そのＸ線源は、ハウジングと、細長い管状のプローブと、ターゲット組立体と、膨張可能な風船状体を備えている。ハウジングは熱電子銃を収容し、ハウジング内で生成された電子ビームを管状のプローブに向ける要素を備えている。管状のプローブは、ハウジングからビームの経路の中心軸に沿って延びている。ターゲット組立体は、その中心軸に沿って延び、ハウジングから見てプローブの遠位端に結合される。ターゲット組立体は、ビーム径路に位置決めされ、電子ビームの衝突に応じてＸ線を放射するようにされたターゲット要素を備えている。風船状体はプローブの遠位端に固定されており、プローブの端部が身体の空洞内に挿入されたときに、風船状体が空洞を知られた形状に伸長させるために膨らまされるように膨張する。

既述した装置は、様々な問題点を有する。先ず最初に、Ｘ線システムは磁界の存在によって、その電子ビームに本質的な不安定性が生じる。なぜなら、熱電子で生成された電子ビームは、電子銃とターゲット組立体との間のプローブの長さを横切らなければならず、定まっていない外部磁界は電子ビームをターゲットから逸らしてしまう原因となり、生成されたＸ線束は変化し、実際に患者に照射される放射線量の計算を複雑なものにする。この問題を解決するために、システムは電子ビームの方向を制御するための追加のシステムを必要とする。その他の問題としては、装置は電子銃を備えているが、これは装置の複雑性及びコストを共に著しく増大させる。このシステムにおける更に他の欠点としては、膨張した風船状体はＸ線源を患者の身体に対して固定できないことであり、従って、Ｘ線放射器を照射されるべき組織に対して正しい位置にすることを補償するための追加のシステムを必要とする。

他のＸ線装置は、侵入型放射線治療(interstitial radiation treatment)のためのＸ線針を使用する。この装置は、一端に電子銃が結合された細長いＸ線管と、他端に電子のエネルギをＸ線エネルギに変換する変換手段を備えている。Ｘ線源は、放出された電子を狭いビームに制限するための磁界を生じさせるために、管の周りに巻きつけられたソレノイドコイルを備えている。細長い外側ケーシングは管及びコイルを収容している。Ｘ線源はまた、変換器及び磁気コイルによって発生する熱を除去するための冷却システムを備えている。既に開示されているＸ線源の問題点は、その相対的複雑性、大きな寸法及び目的組織の所定の体積に渡る放射線量の最適な分配を提供するための適当な手段が無いことである。

他の知られたＸ線装置は、直流電源及び電界放射陰極を用いた小型Ｘ線管を利用するものである。管は、軸線に沿った針状陰極と、陰極の後方における管の端部の出口窓とを備えている。管は、装置の軸線に沿ってＸ線放射を生成する。それは、体内の腫瘍の治療には適しておらず、使用することができない。Ｘ線管の他の問題点は、作動電流と電圧とを独立に制御する性能の欠如である。この特別な問題点は、製造上の再現性を妨げる。

医療的治療のためにＸ線を使用する場合、適切な放射線量が与えられることが重要である。放射線量は、Ｘ線のエネルギ及びＸ線ビームの強度に依存する。電界放射装置において、電界の電圧が上昇するとＸ線のエネルギが増大し、電流が増大するとビーム強度が増大する。高いエネルギのＸ線は身体の組織に大変深く入り込むので、Ｘ線の好ましくない深い侵入による健康な組織の不必要な損傷を避けるために、電圧制御はエネルギを制御する上で重要である。ビーム束はまた、陽極と陰極との間の空隙に依存している。空隙が増大すると、ビーム束が減少し、或いはその逆となる。

知られたＸ線電界放射装置の好ましくない特徴は、放射線量を綿密に制御する能力が無いことである。この制御能力の欠如の１つの理由は、陰極からの電子ビームの生成が散発的に起こることである。即ち、陰極の電子放出面の状態の制御不可能な変化により、電界照射器はその２つの要因によって変化する電流の不安定性のために知られている。電流の不安定性、及びこれによるＸ線ビーム束の不安定性により、特定の治療期間の間に照射される放射線量が不明となり、このことは不合理な治療及びその結果を生むこととなる。特定の医学的問題が適切に解決するということ知るための唯一の確かな方法は、健康な組織の損傷の見込みを増大させると考えられる放射線を照射することである。

装置及び方法には、電圧及び作動電流をそれぞれ個別に制御することにより、Ｘ線装置のオペレータが放射されたＸ線ビームのエネルギ及び強度を制御できるようにする必要がある。一般的な手術室での使用のためにそのような装置及び方法を備えることが望ましいが、そのようなＸ線源によって生成される高貫通性放射線に対する防護手段の欠如により、広く使用されているイリジウム１９２のような自然に生じる放射性同位元素によって放射線が提供されるような装置は現在は使用されていない。また、電子銃を用いるＸ線源の振る舞いにおいて、外部磁界に対して敏感でないＸ線装置を有することが望ましい。加えて、そのような装置及び方法にとって、脳、胸部、前立腺及びその他の腫瘍の短期放射線治療、或いは眼の黄斑変性症のような医学的問題に関する腫瘍以外の短期放射線治療のための、電離放射線用の低コストな放射線源を提供することが望ましい。

本発明は、オペレータが電圧及び作動電流の独立制御を行うことを可能にする放射線治療のための装置及び方法を提供し、これにより、目的部位へ供給される印加放射線量を安定化させる能力をオペレータに提供する。本発明に係る装置は、付与された作動電流に応じて電子ビームを生成する電荷放射陰極と、電子ビームが衝突した場合にＸ線を生成するターゲット材料を有する陽極とを備えている。陰極と陽極とは、放射線量を所望の水準に維持するように、装置のＸ線出力に応じて寸法が可変の空隙によって離間している。

本発明に係る方法は、放射線治療の目的部位を特定し、空隙によって離間している陽極と陰極とを備える電界放射Ｘ線装置を目的部位の近傍に配置し、Ｘ線装置の作動電流を監視し、所望の作動電流を維持するために空隙を調節する、工程を含んでいる。空隙を調節することによって、オペレータは作動電流を制御でき、これにより、電子の電界放射における起こり得る不安定を補償することができるが、これに限定されるものではなく、陰極放射面の状態及び時間及び温度に関する作動パラメータの変化に起因する不安定も含む。

本発明の一実施形態において、Ｘ線装置は、真空ハウジング及びこれに取り付けられるプローブとを備えている。プローブは細長い管状若しくは針状の構造を有している。プローブの遠位端には真空空隙で離間された重金属陽極及び電界放射陰極が設けられ、これら陽極及び陰極は、作動電圧が電極の間に印加された場合にＸ線を生成する。空隙寸法を調節するための調節機構を備えることによって、オペレータに作動電流の独立制御の手段を付与する。本発明の一実施形態において、調節機構はリニア移動手段の形態を採る。

所定の放射線量の提供のために、プローブの遠位端は、予め特定された目的部位又は処置部位の近傍の体内に導入され、所定の時間の間作動電圧が印加される。処置領域に沿って放射線を最適に分配するために、放射線治療手順の間に、オペレータにプローブの段階的位置決め及び必要な場合はプローブを回転させることを可能にしてもよい。

陰極は、作動電圧が電極間に印加された場合に電子を放出するようになっている。陰極から放出された電子が陽極に衝突したときに、Ｘ線が所定の空間パターンで放出される。放射線パターンは、装置の異なる部品に起因して変化する。組織へのＸ線の侵入深さは、作動電圧によって画定され、処置手順によって予め定められる。
本発明は、様々な特徴及び利点も、添付された図面及び添付請求項と共に以下の説明を読めば、当業者であれば明らかになるであろう。

空隙寸法制御器を備えたＸ線装置１００の一実施形態は、図１に示されている。装置１００は、真空チャンバ１０４を画成するハウジング１０２を備えている。ハウジング１０２は、所望のどんな形態をとることも実質的に可能であり、図示のものは実質的に筒状の構造を有している。ハウジング１０２は、必要であればカラー１０６を備えることができ、図示のものはハウジング１０２と一体的に構成されている。カラー１０６は、ハウジング１０２に向かって開口１０８を形成しており、この開口１０８はそれぞれ近位端１１２と遠位端１１４とを有するプローブ１１０を受け入れるように構成されている。カラー１０６は、ハウジング１０２を真空に保つために、密封係合状態で近位端１１２を受け入れている。図では、突出したカラー１０６が図示されているが、真空が保たれる限りにおいて、その他の知られた形態の密封係合や構造を、本発明の同様の設備で用いることができる。

プローブ１１０は、図に示すように、細長く管状又は針のような構造を有している。ここで示したような本発明に関連して使用されるプローブの実施形態は管状又は針のように記載されているが、そのような記載は一例であって、もし特定の手法にとって使いやすいものであればその他の形状のものも本発明において使用することができることは理解されるであろう。従って、プローブ１１０は、外壁構造部１１６を備えており、ここではそれぞれ内面１１８及び外面１２０とを有する筒状壁１１６であり、これは真空を保った状態であるが、その開放近位端を介して真空チャンバ１０４と連通する中空内部１２２を画成する。他方の開放された遠位端１１４は、プローブ１１０に対して端部蓋を構成する陽極電極１２４によって密封状態で封止されている。陽極１２４は、プローブ１１０内に受け入れられる内側方向に突出する結合部１２６と、プローブ１１０の端部に係合する肩部１２８とを備えている。陽極１２４は、蝋付けなどの種々の知られた態様でプローブ１１０に密封状態で取り付けることができる。本発明の一実施形態において、陽極１２４はアルミニウムで作ることができ、その陽極の表面に堆積させる、金、タングステン或いはその他の知られた重金属の薄層（0．25〜0.5μｍ）を設けるようにしてもよい。

電界放射陰極電極１３２は、概ねプローブ内部１２２に配置されている。陰極１３２は近位端１３４及び遠位端１３６とを有している。陰極１３２はプローブ内のほぼ中心でその長手方向軸に沿って配置されており、従ってプローブ壁１１６との接触が避けられる。陰極１３２は、陰極１２６と装置１００の作動中に陽極１２４と接続されたプローブ１１０との間の高電圧絶縁破壊を避けるために、絶縁層１３８で覆われた被覆構造であることが望ましい。絶縁層１３２は、高絶縁耐力材料で作ることが望ましい。

陰極１３２は、空隙１４０によって陽極１２４から離間している。作動電圧が陰極１３２と陽極１２４との間の空隙１４０の間に印加された場合、陰極１３２の先端１４２は電子１４４（図示の目的だけのために寸法を大きく誇張している）を放出し、この電子は矢印１４６で示されるように空隙１４０を通って陽極１２４まで進む。鋭利な先端１４２の曲率半径は、数十μｍの範囲である。陰極１３２から放出された電子１４４が陽極１２４に衝突した場合に、Ｘ線が空間パターン１４８で陽極から放射される。

陽極１２４から組織に放出されるＸ線照射の侵入深度は、印加される作動電圧によって画定される。放射線治療処置の間、選択された作動電圧が既述したように印加され、電界放射陰極１３２が電子１４４を放出し始め、これにより真空空隙を通して作動電流を生成する。この電流の大きさは、部分的に真空空隙の寸法に依存する。既に述べたように、知られたＸ線放出器は固定された真空空隙寸法を有しているので、患者が受ける放射線量を制御するためのオペレータの能力を制限する。本発明は、更に以下で説明するように、空隙寸法を調節するための装置及び方法を提供することによって、放射線量をオペレータが自由に制御できるようにするものである。

従って、図１に示すように、陰極１３２の近位端１３４は絶縁層１４８に取り付けられ、続いて可動シャフト１５０にその遠位端１５２で固定されている。可動シャフト１５０の近位端１５４は、細いネジ山を有しており、可撓性蛇腹１５６を介して移動ステージ１５８に係合される。移動ステージ１５８は、真空ハウジング１０２の基板１６２に溶接された剛体管１６０と共に真空ハウジング１０２に固定されている。

移動ステージ１５８は、ネジ山が形成されたシャフト１５０の近位端１５４をねじ込み式に受け入れるネジ山が形成されたナット１６４を備えている。ナット１６６の外周１６６は、管１６０の内面１７０に適切に形成された凹部によって回転自在に受け入れられる。ナット１６４は、ステップモータ１７４の回転子１７２に取り付けられる。モータ１７４による回転子の回転によりナット１６４が回転し、ロータの回転方向に依存してシャフト１５０の近位端１５４がナット１６４に対してねじ込まれ又は排出される。シャフト１５０がナット１６４に対してねじ込まれるか又は排出されるときに、陰極１３２の先端１４２は陽極１２４から離れるか或いは陽極１２４に向かい、空隙１４０の寸法が変化し、これにより空隙を横切る作動電流が調整できる。空隙の寸法が増大すれば作動電流は減少し、空隙の寸法が減少すれば作動電流は増大する。

装置１００の作動電圧は、高圧直流電源１７６によって供給され、これは適切な絶縁コネクタ１７８によって陰極１３２に接続される。コネクタ１７８は、高電圧フィードスルー(feed-through)１８０を介して基板１６２まで延びる。もし必要であるならば、フィードスルー１８０から延びる電子コネクタは、絶縁されていない導線１８２とすることができる。直流電源１７６は、真空空隙１４０に渡っておよそ10〜50ｋＶの範囲の作動電圧を提供できるように構成されるべきである。

Ｘ線照射治療処置の間、放射線が照射されている間の線量割合と時間周期の関数である所望の照射放射線量は決定され、所望の線量割合と照射時間を提供するために、制御器１８４を使って適切な電圧及び電流が選択される。尚、作動電流は陰極面の状態の変化に応じて変動できるため、本発明はオペレータに空隙寸法１４０を調節することによって作動電流を安定化させる機会を提供する。このため、高電圧電源１７６は、制御器１８４にフィードバックループ１８６を介して電流値を送信する適切な電流センサ（図示略）を備えても良い。この電流信号に応じて、制御器１８４はモータ１７４に適切なコネクタ１８８を介して適切な信号を送信する。この信号は、空隙寸法を調節して、これにより作動電流を調節するために、モータが適切な方向にナット１６４を回転させるようにする。この態様において、処置のためにオペレータによって選択された電流は、フィードバックループによって、予め選択された動作電流値に高い精度で安定する。即ち、空隙寸法を調節することによって、所望の放射線量割合が所定の照射時間周期の間に渡って所定の値で安定するように動作電流が安定化され（そうするための周知のタイマー電子機器を用いた制御器１８４によっても監視される）、これにより、特定の放射線治療のための所望の全照射線量を提供する。

装置１００内の真空を保つことは、適切な機能を保つために重要である。このため、プローブ１１０は、アルミニウムから作られ、プローブと陽極との密封接続のためにプローブを陽極１２４に対して肩部１２８で溶接することは、比較的容易にできる。加えて、基板１６２は真空ハウジング１０２に接合され、管１６０は真空密溶接部により基板１６２に接合される。電界放射装置の作動のために一般的に要求される超高真空（約1.3×10^−５〜1.3×10^−７ Ｐａ（10^−７〜10^−９ Torr））は、管１９０を介して真空ハウジング１０２を真空にする図示しない真空ポンプによって達成される。真空チャンバ１０２の排気及び吐き出しが完了した場合、管１９０は密封され締め付けられる。ゲッター(getter)１９２は、装置１００が真空ポンプから切り離された後、真空ハウジング１０２内を高真空状態に保つ。ゲッター１９２は、基板１６２のフィードスルー１９６を通してコネクタ１９４によって供給される低電圧電流によって再起動できる。ゲッター１９２は、回路を完成させるために適切なコネクタ１９８によってハウジング１０２に接続される。従来技術からも分かるように、ゲッター１９２は真空を所望の水準に保つために、真空汚染物質を吸収するために設けられる。

本発明は、先行技術において開示されていない放射線量制御を提供することに加え、異なる治療状況に対して様々なＸ線分布パターンを提供することもできる。そのような代替実施形態の例及びプローブの遠位端のより詳細な図は、図２ａ〜図２ｄに示されている。各図に示されているそれぞれのプローブは、図１に示されている本発明の実施形態に有用である。

図２ａを参照すると、プローブの遠位端２００には、ベリリウム製で端部を真空密封する陽極２０２が備えられている。陽極２０２は、蒸着法のような知られた手段によって、付着した重金属薄層２０４を備えている。電界放射陰極２０６、絶縁層２０８の被覆は、作動電流が真空空隙間に印加された場合に、陰極先端２１２から陽極２０２に向かって電子を放出する（著しく誇張された詳細を示している）。この場合、ベリリウム陽極２０２はＸ線窓として働き、これにより、Ｘ線は概ね円錐状の空間パターン２１６で前方に放出される。

図２ｂはプローブ遠位端２２０を示しており、プローブ２２２にはその内部に、アルミニウム陽極２２６による閉鎖端２２４を備えている。陽極２２６には、その上に堆積する薄く重い金属層２０４が形成されている。この実施形態において、プローブはプローブ２２２の筒状壁２３０にＸ線窓２２８を備えている。この実施形態において、Ｘ線は空間Ｘ線パターン２３２によって概略的に図示するように、プローブの長手方向軸に対して横方向に放射される。Ｘ線窓２２８は、プローブから組織へのＸ線の伝達を促進するために、所望の領域におけるプローブ壁２３０の厚さを低減することによって形成される。

図２ｃは、一般的に陰極２０６が沿って配置されるプローブの軸に対して、遠位端２４２が傾斜しているプローブ２４０を示している。プローブ２４０の遠位端２４２は閉鎖端２４４を備えている。ベリリウム陽極は、プローブの遠位端内に配置される。図２ｂに示される実施形態のように、Ｘ線窓２４８はアルミで作られた薄い壁２５０によって折れ曲がった遠位端２４２に形成されており、そこを通って身体の組織へＸ線が伝達するのを促進する。図２ｃに示すプローブのように、Ｘ線はプローブの軸に対して概ね所定の角度で放射される。

図２ｄは更に他の実施形態に係るプローブ２６０を示している。この実施形態において、プローブ２６０は折れ曲がった遠位端２６２を備えている。ベリリウム陽極２６４は折れ曲がった遠位端部２６２の開放端２６６に密封状態で受け入れられている。ベリリウム陽極２６４は、典型的には表面に堆積した重金属の薄層を備えている。この実施形態において、ベリリウム陽極２６４は、プローブから組織へＸ線を伝達させるＸ線窓として働く。

図３は、本発明に係る電界放射Ｘ線装置プローブのプローブ遠位端３０２の他の実施形態を示している。このように図示するように、プローブ３００の代替実施形態は、電界放射陰極を形成する端部蓋３０８によって密封状態で封止される開放端３０６を有する管３０４を備えているプローブ遠位端３０２を備えている。陰極３０８には、その上に堆積して電子放出体として働くダイアモンド膜層３１０（若しくは電子を放出する同様の材料の層）を備えている。陽極３１２は管３０４内の中央に配置されており、作動中は端部蓋陰極３０６に対しておよそ10〜50ｋＶの正電圧に維持されている。既に説明した図１〜図２ｄの陰極と同様に、陽極３１２は管３０４との間の高電圧放電を避けるために絶縁層３１４で被覆されている。この実施形態において、電子は層３１０によって放射され、真空空隙３１６を横断して、陽極の短く太い端部３１８に衝突し、これが符号３２０で示すように端部３１８からＸ線を放射する原因となる。このような陽極と陰極との逆の相対位置関係は、同じ直径のプローブに対して先に説明した実施形態よりも高いホールドオフ電圧(hold-off voltage)を提供する。加えて、図１〜図２ｄの実施形態で生じるように、陽極で発生した熱は、プローブ管３０４の外側表面によって患者の組織内へ分散されるよりもむしろ、陽極によってハウジングの背面プレート（図１に示される背面プレート１６２のような）に向かって後方に運ばれることによって分散される。既述とは別に、この実施形態は製造者にとって、およそ１ｍｍの直径を有するより小さい針型プローブを作ることを可能にし、これはプローブを加熱せず、患者の身体に直接接触させることができる。この形式の放射器は、他の病気のうち前立腺癌の処置に有用である。

図４は、脳又は胸部の腫瘍の除去後に周辺組織に照射する用途を提供する短時間放射線治療のためのＸ線システム４００の概略を示している。主要摘出に続く主要部位への放射線照射は、癌細胞が摘出されるか又は放射線照射によって殺されるかのどちらかを確実にするために役立つために求められ、これにより、希望をもって患者を治療できる。システム４００は、Ｘ線放射装置４０２と、風船状組立体４０４と、引き戻しシステム４０６とを備えている。装置４０４は、既に説明したＸ線放射器に適合しているハウジング４０８と取り付けられたプローブとを備えている。プローブ４１０はその遠位端４１２に、Ｘ線を全ての方向に放射する陽極／陰極Ｘ線放射組立体を備えている。風船状組立体４０４は、プローブ４１０を滑らせながら受け入れるように構成された中空シャフト４１４を備えている。膨張可能な風船状体４１６は、シャフト４１４の外面に取り付けられる。風船状態４１６は、中空チューブ４２２を介して注射器４２０と流体連通する内部容積部４１８を備えている。放射状態の間、風船状組立体４０４は、腫瘍の摘出により組織内に形成される空洞のような、患者の所望の治療部位内に配置される。膨張する風船状組立体は摘出された腫瘍の周りの組織を伸ばし、放射線治療のためにより均一な表面を提供する。プローブ４１０は、風船状組立体４０４の中空シャフト４０４内に配置され、風船状体４１６は注射器４２０によって押し出されて管４２２を通って風船状体の内部容積部４１８に運ばれ、管開口４２４を通して注入される食塩水などの流体を充填することによって膨張する。代替案としては、プローブは風船状体の膨張の後にシャフト内に配置され、そのシャフトに沿って移動し、膨張した風船状体４１６を囲む周囲組織(marginal tissue)に放射線を照射する。図には、風船状体に隣接する空洞の組織表面が符号４２６で示されており、空洞組織表面の外側の基準面（通常空洞表面から１ｃｍの部分）が符号４２８で示されており、空洞組織表面４２６と基準面４２８との間に広がる周囲組織として知られるものであって、放射線が照射されるべき組織が符号４３０で示されている。

組織への過剰な放射線照射及び風船状体４１６を囲む他の組織への不適切な放射線照射を避けるために、シャフト４１４内でのプローブ４１０の動きを精密に制御するように、引き戻しシステムが設けられている。引き戻しシステムは、当該技術分野において知られており、概略的に以下に述べる。システム４０６は、制御器４３２と引き戻し機構４３４とを備えている。機構４３４は、適切に構成された接続アーム４３８と係合されるクランプ４３６を備えている。

Ｘ線システム４００は、Ｘ線放射高電圧源４４２から本発明の前記実施形態で既に述べたハウジングまでの延びる高電圧コネクタ４４０を更に備えており、これにより、ハウジング４０８に高電圧電源を提供する。

コンピュータ若しくはその他のマイクロプロセッサに基づく装置４４４は、シャフト４１４内での雄プローブ４１０の動きを及びシャフトに沿った各場所での停止時間を制御して、これにより、基準表面４２８及び周辺組織４３０に対して特定の患者及び特定の治療に対して上記したように正確に放射線を提供するために使用される。コンピュータ４４４は、適当なコネクタ４４６によって引き戻し制御器４３２に接続され、適当なコネクタ４４８によって高電圧電源４４２に接続される。この態様において、単独のコンピュータが容易に全体の手順を制御でき、上記したように作動電流を制御でき、そして矢印４５０で示すようにシャフト４１４内でプローブを前後させることができる。仮に必要であれば、そのようなシステム４０６によって、回転矢印４５２で示すような回転運動も付与することができ、或いはそれの代わりに知られた手段によって他の動きを付与することもできる。引き戻しシステム４０６の詳細は周知であるので、図を分かり易くするために省略している。引き戻しシステム市販のものを購入することができ、装置の最終的な構成に基づいて本発明に係るＸ線装置と係合するための改良が必要になるが、そのような改良は当該技術に精通する者の知識の範囲である。

図５は、本発明の他の実施形態を示しており、他の用途の中から、腫瘍の摘出をせず、摘出後の残された空洞を伸ばすための風船状体を使用しない用途にも使用される。このような治療状況において、放射線照射は患者の身体の腫瘍の本来の位置に対して行われ、例えば、前立腺癌の治療のために用いられる。このように、図５はＸ線装置５０２及び引き戻し機構５０４とを備えるＸ線放射システム５００を示している。装置５０２は、既述したＸ線装置と実質的に同様であり、引き戻しシステム５０４も図４に示したシステム４０６と実質的に同様であり、以下に相違点を説明する。

このように、Ｘ線装置５０２はハウジング５０６と遠位端５１０を有するプローブ５０８とを備えている。Ｘ線装置５０２は、適当なコネクタ５１４によって接続される高電圧電源５１２から電力が供給される。高電圧電源５１２の制御は、コンピュータ５１６やその他の適当なマイクロプロセッサ装置によって、適当なコネクタ５１８を介して成し遂げられる。引き戻し機構５０４は、クランプ５２０や当該技術分野で知られた他の取り付け装置によって、ハウジング５０６に取り付けられている接続部材５２２に取り付けられている。引き戻しシステム５０４は、制御器５２４及び引き戻し機構５２６を備えており、これらは適当なコネクタ５２８によって相互に動作可能に接続されている。引き戻し機構の動作は、引き戻し制御器５２４への適当なコネクタ５２８を介してコンピュータ５１６によって制御される。

Ｘ線システム５００を用いた治療処理において、腫瘍の近傍若しくは腫瘍自体を通過する套管針(trocar)又は同様の手術器具によって、患者の身体組織に細長い空洞が形成される。続いて、プローブ５０８が空洞５４０内に導入される。本発明の当該実施形態において、図２ｂ及び図２ｃに示すのと同様に、一方側放射パターンのＸ線装置が適用される。所望の予め選択された放射線治療を施すためのプローブの動きは、引き戻しシステム５０４によって成し遂げられる。システム５０４は、プローブ５０８に対して矢印５４６で示す移動と共に矢印５４４で示す回転運動を付与する形式のものである。このように、引き戻しシステム５０４はプローブ５０８を配置するためにコンピュータ５１６によって制御され、特に、腫瘍及び周辺組織に対して所望の放射線露光パターンを提供するためにプローブ５０８を回転させながら、Ｘ線窓５５０を有するプローブの遠位端５１０を腫瘍の内部又は周辺における所定の停止位置に所定時間の配置するように制御される。従ってプローブの引き戻し及び回転システム５０４は、非対称の照射パターンを提供することができ、これにより、前立腺腫瘍の治療の場合に、極めて重要な機能を有する患者の尿道や直腸のような周辺組織への過剰放射線照射を避けることができる。そのような組織への過剰放射線照射を防ぐことは、そのような放射線治療の長い期間にわたる成功にとって重要であり、例えば、前立腺癌のための効果的な他の放射線治療の後において、尿道及び直腸への過剰な放射線照射は長い期間にわたる罹患の主要な原因として知られている。

図６は、陰極と陽極との間の真空空隙が調節可能なＸ線装置の他の実施形態を示している。装置６００は、図１に示す実施形態の装置１００と実質的に同様である。従って、Ｘ線装置６００は、ハウジング６０２及びプローブ６０４とを備えている。絶縁層６０８で被覆された陰極６０６は、ハウジング６０２及びプローブ６０４内に配置されている。陰極６０４は近位端６１０及ぶ遠位端６１２とを有する。近位端６１０は絶縁体６１４に連結され、次に移動ステージ６１６に連結され、真空空隙の調節を可能とする。移動ステージ６１６は、一方端即ち遠位端６２０で絶縁体６１４に取り付けられ、他方端即ち近位端６２２でインチウォームリニアモータ(inchworm linear motor)６２４に取り付けられる。そのインチウォームリニアモータ６２４は、その大変微小で精密な動きを作り出す性能に起因して一般的に微細位置決め用途に用いられる圧電素子である。そのようなモータ６２４の一つの販売元としては、テキサス州リチャードソンにあるＥＸＦＯ社が挙げられる。インチウォームリニアモータ６２４はハウジング６０２内に形成される真空チャンバ６２６内に配置され、３本に配線からなる真空フィードスルー６２８を介して外部の制御器（図示略）によって制御される。インチウォームリニアモータ６２４の使用により、真空ハウジング６０２の全体寸法を、長さにおいて６〜10ｃｍに短縮でき、直径のおいて２〜３ｃｍに低減することができる。

Ｘ線装置６００のプローブの遠位端６３０は、図２ｄに示す実施形態のそれと同様に形成されているが、その遠位端はプローブ及び陰極６０６の長手軸に対して折れ曲がっている。この実施形態において、放射されたＸ線ビームは、プローブ６０４の軸に対して30〜60°の角度を持っている。遠位端６３０は陰極６３２を載置しており、それはプローブ本体の残りの部分に対して折れ曲がっている位置である。陰極６３２はベリリウムで作られており、他の実施形態に関して前述したように、その表面にＸ線放射手段として機能するために堆積した重金属を備えている。

装置６００は、フィードスルー６３６を通して延びる適当な電子コネクタ６３４によって、高電圧電源（図示略）に電気的に接続されている。加えて、図１に示した実施形態のようにゲッター６３８が設けられ、そのゲッター６３８は再起動のために電子コネクタ６４０，６４２によって、適当な電源に電気的に接続されている。

図７は、失明の主要な原因である加齢性黄斑変性症(age-related macular degeneration)の処置のための放射線治療を施すための、本発明に係るＸ線装置７００の適用例を示している。
人間の眼７０２が図示されており、それぞれ参照符号７０４，７０６，７０８，７１０，７１２が、水晶体，鞏膜，網膜，視神経，硝子液腔(vitreous cavity)に付されている。加齢性黄斑変性症の主な好ましくない徴候としては、網膜７０８の後方の脈絡膜血管新生(choroidal neovascularization(CNV)と呼ばれる血液毛細管７１４の増殖であり、即ちより詳しくは、図で示すには薄過ぎる細胞の薄層であるが、網膜７０８と網膜色素内膚(retina pigment endothelium)７１６との間の空間内に形成され、その位置が参照符号７１６で全体として示されている。この新しい血液毛細管の増殖は、網膜剥離及び黄斑内の感光細胞（中央視界を担う網膜の部分）の死滅をもたらす。

加齢性黄斑変性症を治療するために、患者の治療の目的部位に放射線治療が施され、これは新増殖毛細管を示すさせるために十分な放射線量（15〜20グレイ(Gray)）を照射することであり、その後で死滅した毛細管細胞は身体によって代謝される。そのような治療を施すために、知られた眼科学的手術手法(ophthalmological surgical techniques)を用いて網膜下腔(subretinal space)に接近できる。詳しく説明すると、接近手順は、最初に硝子液腔に到達するために鞏膜７０６に貫通穴７２０を形成することである。次に網膜７０８が部位７２２で貫通され、続いて、網膜を鞏膜７０６から持ち上げると共にＸ線装置のプローブ７２８の遠位端７２６を受け入れるのに十分大きな膨張した網膜下腔を作り出するために、網膜の下に食塩水がゆっくり注入される。増殖する毛細管の放射線治療のために、遠位端７２６は黄斑７３０の近傍に配置され、既述した装置７００を用いて放射線が照射される。Ｘ線プローブ７２６の位置決めを容易にするために、位置決めシステム７４０が用いられる。通常の手順において、位置決めシステム７４０ははフレーム又は支持部材に固定されているが、これらフレーム又は支持部材は図面の明確性のために省略している。システムは、放射線によって治療されるべき脈絡膜血管新生部７１４に対してプローブの遠位端７２６を精密に位置決めするために、移動及び回転の自由度を有している。図に示したように、Ｘ線７４２は、ＣＮＶ７１４に放射線を照射するために、プローブの遠位端によって放射される。所望の放射線量の照射に続いて、プローブ７２８は引き戻され、鞏膜の切り口は縫合される。

多数の具体的で様々な実施形態及び使用手順に関連して本発明を説明した。当該技術分野の当業者であれば、ここに記載された特定の特徴点が他の知られた手段に置換可能であることを認識するであろう。例えば、それを限定する意味ではないが、真空空隙の調節は針状陰極（例えば、図１参照）や針状陽極（例えば、図３参照）の移動は、ステップモータやインチウォームリニアモータの使用によって成し遂げられる。しかし、必須の精度及び寸法で所望の移動を提供できるものであれば、どんな手段であっても同様の設備で使用される。

本発明は、図に示される装置及び方法の特徴について多かれ少なかれ言葉で詳しく説明されている。しかし、ここに開示されている装置及び方法は本発明を有効なものとするための例示的形態を採るものであるため、本発明は記載されている具体的な特徴点に限定されるものではないことは理解されるべきである。例えば、本発明は医学的治療分野における使用に関連して記載されているが、他の目的であっても電界放射Ｘ線装置が使用される分野ではいつでも有用であることが分かるであろう。従って、本発明は、添付された特許請求の範囲の妥当な範囲内で、均等論やその他の適用できる裁判理論に従ってその態様及び変形も適切に解釈されるべきである。

図１は、本発明の一実施形態の部分断面図及び部分概略平面図を示す。 図２ａ〜図２ｄは、本発明に係るＸ線装置のプローブの遠位端の異なる代替的実施形態を示す。 図３は、本発明に係るＸ線装置のプローブの遠位端の他の異なる代替的実施形態を示す。 図４は、風船状体及び引き戻し機構を備えた本発明に係るＸ線装置を概略的に示す図である。 図５は、本発明に係るＸ線装置の他の実施形態を概略的に示す図である。 図６は、本発明に係るＸ線装置の他の実施形態を概略的に示す図であり、空隙寸法を調節するためにインチウォームリニアモータが使用されている場合を示す。 図７は、本発明を黄斑変性症の治療に応用した場合を示す図である。

Claims (37)

1. 動作電流制御を伴なってＸ線を生成する装置であって、
   ハウジングと、
   遠位端及び前記ハウジングに取り付けられる近位端と、中空内部を画定する外壁構造とを有するプローブと、
   前記プローブの遠位端でプローブに取り付けられる陽極と、
   近位端と遠位端を有する陰極であって、この陰極の遠位端が前記プローブの遠位端に配置されると共に前記陽極から離れてその間に空隙を形成する陰極とを備え、この陰極の近位端は前記ハウジング内に配置され、
   更に、前記陰極の近位端に取り付けられて、前記空隙を調節して作動電流を変化させるために、前記陰極を前記陽極に対して前進又は後退移動させるリニア移動手段とを備えていることを特徴とする装置。
2. 請求項１に記載の装置において、
   更に、動作電流を検出するセンサを有し、前記陰極に電気的に接続される高電圧電源を備えていることを特徴とする装置。
3. 前記リニア移動手段は、
   近位端と遠位端とを有するシャフトであって、前記遠位端は前記陰極に取り付けられると共に陰極からは電気的に絶縁され、近位端はネジが形成されているシャフトと、
   前記ネジが形成されたシャフトの近位端を受け入れるネジつきナットと、
   前記ネジつきナットを回転駆動するモータとを備えていることを特徴とする請求項１に記載の装置。
4. 前記リニア移動手段は、
   近位端と遠位端とを有するシャフトであって、前記遠位端は前記陰極に取り付けられると共に陰極からは電気的に絶縁されているシャフトと、
   前記シャフトに係合されているインチウォームリニアモータとを備えていることを特徴とする請求項１に記載の装置。
5. 前記プローブが長手方向軸を有し、このプローブの前記遠位端は前記長手方向軸に対して傾斜していることを特徴とする請求項１に記載の装置。
6. 前記陰極は、前記プローブから電気的に絶縁させるための絶縁層で被覆されていることを特徴とする請求項１に記載の装置。
7. 装置は、更に、
   作動電流を検出して所定の作動電流値からのずれを検出するセンサを備えた高電圧源電源を備え、
   前記リニア移動手段は、
   近位端と遠位端とを有するシャフトであって、前記遠位端は前記陰極に取り付けられると共に陰極から電気的に絶縁され、前記近位端にはネジが形成されるシャフトと、
   前記シャフトのネジが形成された近位端を受け入れるネジ付きのナットと、
   前記ネジ付きナットを回転駆動するモータとを備え、
   前記モータは、Ｘ線装置からのＸ線出力を所定の放射線量に安定させるために、検出された所定の作動電流からのずれに応じて、前記陰極を前進及び後退させて空隙の寸法を調節するためのネジ付きナットを駆動することを特徴とする請求項１に記載の装置。
8. 装置は、更に、
   作動電流を検出して所定の作動電流値からのずれを検出するセンサを備えた高電圧源電源を備え、
   前記リニア移動手段は、
   近位端と遠位端とを有するシャフトであって、前記遠位端は前記陰極に取り付けられると共に陰極から電気的に絶縁されシャフトと、
   前記シャフトに係合されたインチウォームリニアモータとを備え、
   前記インチウォームリニアモータは、Ｘ線装置からのＸ線出力を所定の放射線量に安定させるために、検出された所定の作動電流からのずれに応じて、前記陰極を前進及び後退させて空隙の寸法を調節することを特徴とする請求項１に記載の装置。
9. 装置は、更に、
   前記プローブを所定の治療方針(therapy regimen)に従って、目的部位に対して前進及び後退させる引き戻し機構を備えることを特徴とする請求項１に記載の装置。
10. 前記引き戻し機構は、所定の治療方針(therapy regimen)に従って、前記プローブを回転させることを特徴とする請求項９に記載の装置。
11. 装置は、更に、所定の治療方針(therapy regimen)に従って、前記プローブを回転させる機構を備えていることを特徴とする請求項１に記載の装置。
12. 動作電流を制御することによってＸ線照射治療を施すための装置であって、
    ハウジングと、
    遠位端と、前記ハウジングに取り付けられた近位端と、内部空間を画成する外壁構造とを備えたプローブと、
    前記プローブの遠位端で前記プローブの取り付けられた陰極と、
    近位端と遠位端とを有する陽極であって、陽極の遠位端はプローブの遠位端に配置されると共に前記陰極から離間して陰極との間に空隙を形成する陽極と、
    前記陽極の近位端に取り付けられ、前記空隙を調節して作動電流を変化させるために、前記陽極が前記陰極に対して近接離間するように移動させるリニア移動手段とを備えていることを特徴とする装置。
13. 請求項１２の装置は更に、
    作動電流を検出するセンサを備えると共に、前記陽極に電気的に接続された高電圧源電源を備えていることを特徴とする請求項１２に記載の装置。
14. 前記リニア移動手段は、
    近位端と遠位端とを有するシャフトであって、前記遠位端は前記陽極の近位端に取り付けられると共に陽極から電気的に絶縁され、前記近位端にはネジが形成されるシャフトと、
    前記シャフトのネジが形成された近位端を受け入れるネジ付きのナットと、
    前記ネジ付きナットを回転駆動するモータとを備えていることを特徴とする請求項１２に記載の装置。
15. 前記リニア移動手段は、
    近位端と遠位端とを有するシャフトであって、前記遠位端は前記陽極の近位端に取り付けられると共に陽極から電気的に絶縁されるシャフトと、
    前記シャフトに係合されるインチウォームリニアモータを備えていることを特徴とする請求項１２に記載の装置。
16. 前記陽極は、前記プローブから電気的に絶縁するために絶縁層で被覆されていることを特徴とする請求項１２に記載の装置。
17. 請求項１２の装置は、更に、
    作動電流を検出するセンサを備えた高電圧源電源を備え、
    前記リニア移動手段は、
    近位端と遠位端とを有するシャフトであって、前記遠位端は前記陽極に取り付けられると共に陽極から電気的に絶縁され、前記近位端にはネジが形成されるシャフトと、
    前記シャフトのネジが形成された近位端を受け入れるネジ付きのナットと、
    前記ネジ付きナットを回転駆動するモータとを備え、
    前記モータは、Ｘ線装置からのＸ線出力を所定の放射線量に安定させるために、検出された作動電流に応じて、前記陰極を前進及び後退させて空隙の寸法を調節するためにネジ付きナットを駆動することを特徴とする装置。
18. 請求項１２の装置は、更に、
    装置は、更に、
    作動電流を検出して所定の作動電流値からのずれを検出するセンサを備えた高電圧源電源を備え、
    前記リニア移動手段は、
    近位端と遠位端とを有するシャフトであって、前記遠位端は前記陽極に取り付けられると共に陽極から電気的に絶縁されるシャフトと、
    前記シャフトの近位端に係合されるインチウォームリニアモータとを備え、
    前記インチウォームリニアモータは、Ｘ線装置からのＸ線出力を所定の放射線量に安定させるために、検出された所定の作動電流からのずれに応じて、前記陰極を前進及び後退させて空隙の寸法を調節することを特徴とする装置。
19. 装置は、更に、
    前記プローブを所定の治療方針(therapy regimen)に従って、目的部位に対して前進及び後退させる引き戻し機構を備えることを特徴とする請求項１２に記載の装置。
20. 請求項１９の装置において、前記引き戻し機構は、所定の治療方針(therapy regimen)に従って前記プローブを回転させることを特徴とする装置。
21. 装置は、更に、所定の治療方針(therapy regimen)に従って、前記プローブを回転させる機構を備えていることを特徴とする請求項１に記載の装置。
22. 患者に放射線治療を施すための方法であって、
    放射線治療の目的部位を特定し、
    Ｘ線放射生成のために空隙によって離間している陽極と陰極とを備えるＸ線装置を用意し、
    前記Ｘ線装置を前記目的部位の近傍に配置し、
    前記Ｘ線装置によって生成されたＸ線を目的部位に照射し、
    所定の作動電流値からのずれを検出するためにＸ線装置の作動電流を監視し、
    前記陽極と陰極との間の空隙を、治療のための照射放射線量を提供するためのＸ線放射を安定させるために、作動電流の所定値からのずれに応じて調節することを特徴とする方法。
23. 黄斑変性症を治療するための方法であって、
    Ｘ線治療を受ける患者の眼の脈絡膜血管新生部位を特定し、
    患者の眼における網膜下腔へ到達させ、
    空隙によって離間している陽極と陰極とを遠位端に有する細長いプローブを備える、Ｘ線治療のためのＸ線を放射するＸ線装置を用意し、
    前記Ｘ線装置によって生成されたＸ線を目的部位に照射し、
    Ｘ線装置の作動電流を監視し、
    前記陽極と陰極との間の空隙を、治療のための所望の照射放射線量を提供するためのＸ線放射を安定させるために、作動電流の所定値からのずれに応じて調節することを特徴とする方法。
24. 腫瘍に放射線治療を施す方法であって、
    Ｘ線治療を受ける患者の身体の目的部位を特定し、
    前記目的部位に到達させ、
    空隙によって離間している陽極と陰極とを遠位端に有する細長いプローブを備える、Ｘ線治療のためのＸ線を放射するＸ線装置を用意し、
    前記Ｘ線装置によって生成されたＸ線を目的部位に照射し、
    Ｘ線装置の作動電流を監視し、
    前記陽極と陰極との間の空隙を、治療のための所望の照射放射線量を提供するためのＸ線放射を安定させるために、作動電流の所定値からのずれに応じて調節することを特徴とする方法。
25. 請求項２４の方法において、
    更に前記Ｘ線装置に取り付けられる引き戻し機構を用意し、この引き戻し機構は所定の治療方針に従って、目的部位に対してプローブを前進及び後退させることを特徴とする方法。
26. 請求項２４の方法において、
    更に前記Ｘ線装置に取り付けられる引き戻し機構を用意し、この引き戻し機構は所定の治療方針に従って、目的部位に対してプローブを回転させることを特徴とする方法。
27. 請求項２６の方法において、前記腫瘍は前立腺腫瘍であることを特徴とする方法。
28. 請求項２４の方法において、前記腫瘍に対して前記プローブを前進及び後退させることを特徴とする方法。
29. 請求項２８の方法において、
    前記前記腫瘍は前立腺腫瘍であることを特徴とする方法。
30. 請求項２９の方法において、前記腫瘍に対して前記プローブを回転させることを特徴とする方法。
31. 請求項３０の方法において、
    前記前記腫瘍は前立腺腫瘍であることを特徴とする方法。
32. 請求項２４の方法において、前記腫瘍に対して前記プローブを回転させることを特徴とする方法。
33. 請求項３２の方法において、
    前記前記腫瘍は前立腺腫瘍であることを特徴とする方法。
34. 請求項２４の方法において、
    腫瘍を摘出して、前記プローブの遠位端を腫瘍の摘出によって生じた空洞に配置することを特徴とする方法。
35. 請求項３４の方法において、
    中空シャフトと、前記腫瘍の摘出によって生じた空洞内で膨張可能な風船状体と、を有する風船状組立体を配置し、
    前記摘出された腫瘍を取り囲んでいた組織を伸長させるために前記風船状体を膨張させ、放射線治療のために前記中空シャフト内へ前記プローブを挿入することを特徴とする方法。
36. 請求項３５の方法において、
    前記腫瘍は、胸部腫瘍若しくは脳腫瘍であることを特徴とする方法。
37. 作動電流制御を伴なってＸ線を生成する方法であって、
    陽極と電界放射陰極とを空隙によって離間して用意し、
    前記陽極と陰極との間に電子線を生成するために、それらの間に電界を印加し、
    予め選択された値からのずれを検出するために作動電流を監視し、
    ずれが生じた場合に、予め選択された値に作動電流を戻すために前記空隙の寸法を調節することを特徴とする方法。

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