JP2009142444A - X線発生装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】電力源108から電子源103に照射野の照射強度データ112に対応した高エネルギーパルスp−1〜p−nを供給することによって、電子源から照射強度データ112に対応した電子ビームが出力され、この電子ビームを電磁石で構成する偏向手段によってX線ターゲット管の中心軸に平行に入射するように偏向し、電子ビームがX線ターゲット管104−1〜104−nの内壁に衝突して所望の強度をもったX線ビームx−1〜x−nを放射する。
【選択図】図2
Description
前記高エネルギーパルスにより高エネルギー電子ビームを照射する電子源と、
該電子源に高電圧マイクロ波を供給するマイクロ波源と、
前記高エネルギー電子ビームの衝突によりX線を放射するX線管を複数本束ね、該X線管の照射野が連続するように配列して構成したX線発生源と、
前記高エネルギー電子ビームが前記X線管の中心軸に対して平行に入射するように前記高エネルギー電子ビームの進行方向を偏向して前記X線管に順次入射させる偏向手段と、 前記X線管の照射野において所定の線量分布が得られるように、前記X線管の照射強度を設定したデータと、
該照射強度データに従って前記高エネルギーパルスの幅を設定し、該高エネルギーパルスを出力するタイミングと前記電子ビームを放射するタイミングと前記偏向手段を励磁するタイミングとを同期させる制御手段と、
を具備することを特徴とする。
該第1偏向電磁石によって偏向された高エネルギー電子ビームを前記X線管の中心軸に対して平行に入射するように偏向する第2偏向電磁石と、
を備えることを特徴とする。
1以上のX線発生装置は治療台を含む3次元空間の異なる位置に取り付けられ、該空間内の治療台に固定された患者の病巣部にX線を集中して照射することを特徴とする。
前記X線発生装置は、照射ヘッドに取り付けられた前記X線発生装置と治療台に固定された患者の病巣部の相対位置を可変とし、患者の病巣部にX線を照射するX線治療装置に用いられることを特徴とする。
図1は、本発明の実施の形態1に係るX線発生装置の構成を示す概略図である。図1に示すように、X線発生装置101は、真空容器102の中に、高エネルギー電子ビームを照射する電子源(以下、電子銃という。)103と、電子銃103が照射した高エネルギー電子ビームを衝突させてX線ビームを放射する複数のX線ターゲット管104−1〜104−nを単列に並べて構成したX線ターゲット管アレイ105と、電子銃103が照射した高エネルギー電子ビームの進行方向を偏向する第1偏向電磁石106および第2偏向電磁石107とを備える。
F=e[(v×B1 )] (1)
その力の方向はY軸の正方向に向く。この力は、Z成分がなく、XY平面に対し平行の方向に働く。このローレンツ力と電子の速度に伴う遠心力がバランスを保ち、電子は半径r1 の円軌道上を等速運動する。すなわち、運動方程式は、
(mv2 /r1 )=evB1 (2)
になる。ここに、mは運動中の電子の質量、vは電子の速度、eは電子の電荷量である。電子が磁場106aの端を横切る点の座標をP1 (l1 ,dl1 )とする。すなわち、電子は磁場106aによって、y軸方向にdl1 偏移する。電子は、x2 +(y−r1 )2 =r1 2 の式で表わされる円周上を運動するので、
l1 2 +(dl1 −r1 )2 =r1 2 (3)
が成立する。したがって
dl1 =r1 [1−{1−(l1 /r1 )2 }1/2 ] (4)
ただしl1 ≦r1 の条件を保つ。
を得る。ここで、m0 は電子の静止質量、cは光の速度を表す。
また、電圧Vで加速された電子の速度vは、
で表わされる。
2次曲線 x2 +(y−r1 )2 =r1 2 のP1 点の接線から
になり、
θ1 =tan-1[l1 /(r1 −dl1 )] (8)
になる。
dl=dl1 +Dtanθ1 +dl2 (9)
になる。
P2 点 P2 (x,y)=P2 (l1 +D,dl1 +Dtanθ1 )と、
P3 点 P3 (x,y)=P3 (l1 +D+l2 −Δx,dl1 +Dtanθ1 +dl2 )が、半径r2 の円軌道上に位置するので、磁束密度B2 による電子の偏移量dl2 は、(10)式で表わすことができる。
よって、電子がP3 点を通過するときのX軸からの偏移量dlは(9)式と(10)式より
となる。ここで、
である。
よって
Δx=0のとき、つまりP3 点が円の中心C2 点と同じX座標上にある場合は、円軌道上のP3 点における接線は、θ2 =0となり、X軸と平行になる。すなわち、電子銃103において電子を加速する電圧と第1偏向電磁石106および第2偏向電磁石107の磁束密度を制御することにより、ターゲット管104−1から104−nの各々の中心軸に対して平行に高速の電子を入射させることができる。
次に、本発明の実施の形態2に係るX線発生装置について説明する。図12(a)は、本発明の実施形態2に係るX線発生装置の構成を示す図である。実施の形態1と共通部分については、同じ番号で示す。本実施の形態2に係るX線発生装置の特徴は、X線ターゲット管アレイ205が図12(b)に示すようにX線ターゲット管104をマトリックス状に配列して構成され、このX線ターゲット管アレイ205に高エネルギー電子ビームをスキャンしながら照射すること、さらに、X線ターゲット管アレイ205の入口開口部面の形状を放射状にすることによって、偏向電磁石206によって偏向された高エネルギー電子ビームがX線ターゲット管アレイ205の各X線ターゲット管104(i,j)の中心軸に対して並行に入射できるようにしたことである。この構成によって、例えば、出口開口部から50cm離れた位置でX線ターゲット管アレイ105の照射野を50mm×50mmのように放射状に形成することができる。この実施の形態2に係るX線発生装置を実現するために、実施の形態1に係るX線発生装置において、高エネルギー電子ビームの進行方向を1次元的に偏向する第1偏向電磁石106と第2偏向電磁石107に替えて、2次元的な偏向が可能な4極電磁石206を配置する。
12 マルチリーフコリメータ制御装置
13 マルチリーフコリメータ
101 X線発生装置
102 真空容器
103 電子源
104 X線ターゲット管
105 X線ターゲット管アレイ
106 偏向電磁石
107 偏向電磁石
108 電力源
109 コントローラ
110 マイクロ波源
111 照射制御プログラム
112 照射野の照射強度データ
113 治療野の照射強度データ
181 X線治療装置
182 O型アーム
183 治療台
184 移動装置
185 制御装置
186 治療制御プログラム
191 X線治療装置
192 ガントリ
193 照射ヘッド
194 治療台
195 移動装置
196 制御装置
205 X線ターゲットアレイ
206 偏向電磁石
Claims (9)
- 高エネルギーパルスを出力する電力源と、
前記高エネルギーパルスにより高エネルギー電子ビームを照射する電子源と、
該電子源に高電圧マイクロ波を供給するマイクロ波源と、
前記高エネルギー電子ビームの衝突によりX線を放射するX線管を複数本束ね、該X線管の照射野が連続するように配列して構成したX線発生源と、
前記高エネルギー電子ビームが前記X線管の中心軸に対して平行に入射するように前記高エネルギー電子ビームの進行方向を偏向して前記X線管に順次入射させる偏向手段と、
前記X線管の照射野において所定の線量分布が得られるように、前記X線管の照射強度を設定したデータと、
該照射強度データに従って前記高エネルギーパルスの幅を設定し、該高エネルギーパルスを出力するタイミングと前記電子ビームを放射するタイミングと前記偏向手段を励磁するタイミングとを同期させる制御手段と、
を具備することを特徴とするX線発生装置。 - 請求項1に記載のX線発生装置において、
前記偏向手段は、前記高エネルギー電子ビームを前記任意のX線管の入口開口部方向に偏向する第1偏向電磁石と、
該第1偏向電磁石によって偏向された高エネルギー電子ビームを前記X線管の中心軸に対して平行に入射するように偏向する第2偏向電磁石と、
を備えることを特徴とするX線発生装置。 - 請求項1または請求項2に記載のX線発生装置において、
前記X線源は、前記X線管を単列に並べて構成され、該X線管列の一端から他端へ順次前記高エネルギー電子ビームが照射されることを特徴とするX線発生装置。 - 請求項1に記載のX線発生装置において、
前記偏向手段は、前記高エネルギー電子ビームを前記任意のX線管の入口開口部方向に偏向する偏向電磁石を備え、該偏向電磁石によって偏向された前記高エネルギー電子ビームの進行方向が前記X線管の中心軸に対して平行になるように前記X線管を放射状に配列して構成することを特徴とするX線発生装置。 - 請求項4に記載のX線発生装置において、
前記偏向手段は、4極電磁石で構成されることを特徴とするX線発生装置。 - 請求項1から請求項5に記載のX線発生装置において、
前記X線管は、入口開口部より出口開口部が小さい径を有する円錐台の形状を有し、前記高エネルギー電子ビームが該X線管の内壁に衝突することによりX線ビームを放射するX線ターゲット管であることを特徴とするX線発生装置。 - 請求項1から請求項6に記載のX線発生装置において、
前記X線発生源は、前記X線管の照射野において、最高照射強度の1/2値幅になる照射野が連続して隣接するように前記X線管を配列して構成することを特徴とするX線発生装置。 - X線治療装置に用いられる請求項1から請求項7に記載されたX線発生装置であって、
1以上のX線発生装置は治療台を含む3次元空間の異なる位置に取り付けられ、該空間内の治療台に固定された患者の病巣部にX線を集中して照射することを特徴とするX線発生装置。 - X線治療装置に用いられる請求項1から請求項7に記載されたX線発生装置であって、
前記X線発生装置は、照射ヘッドに取り付けられた前記X線発生装置と治療台に固定された患者の病巣部の相対位置を可変とし、患者の病巣部にX線を照射するX線治療装置に用いられることを特徴とするX線発生装置。
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