JP2013541803A5 - - Google Patents

Description

２００７年２月２０日に発行された米国特許第７，１８０，９８１号（参考用に全文を添付）において、最大で４１μｍ厚のターゲット箔（target foil）を用いた端窓（end window）Ｘ線管が開示されている。４１μｍのターゲット材料は、使用するターゲット材料によっては、低エネルギー範囲で発生したＸ線のいくつかをフィルタリングすることができる。しかし、依然として、医療用Ｘ線の患者に過度の線量を受けさせる、あるいは、Ｘ線顕微鏡、蛍光Ｘ線またはＸ線回折用のＸ線管の使用等の用途において除去しなければならない不必要な低エネルギーＸ線を提供するかなりの低エネルギーＸ線発生がある。

Ｘ線の多くの用途において、低エネルギーＸ線放射は、撮像、Ｘ線回折分析またはＸ線顕微鏡に必要な高エネルギーにおいて有効Ｘ線を発生する時の不要な副産物である。医療用用途において、低エネルギーＸ線放射は、有効な画像を作成せずに患者に吸収されるため、不要な追加の線量になる。

このような単色Ｘ線は、結晶回折やＸ線顕微鏡によく使用されるが、相当量の低エネルギーＸ線放射が存在する時、単色Ｘ線エネルギーを生成するコストは増加する。

電子ビームは、集束メカニズムによりターゲットの上方、下方または上表面に集束することができる。ターゲットは、ベリリウム、アルミニウム、銅、またはこれらの合金等の異なる材料の端窓に取り付けることができる。

上述した透過管を使用する用途は、歯科用ＣＴ（computed tomography）画像、医療用画像、ＣＴ画像、Ｘ線回折図形、Ｃアーム（C-Arm）画像、透視画像およびＸ線顕微鏡を取得するための管を使用することを含む。

図１において、本発明の透過管（アイテム７）は、真空ハウジング（アイテム９）と、大気に露出したハウジングの端部に配置された端窓陽極（アイテム１）とを含む。Ｘ線ターゲット箔（アイテム２）は、端窓陽極の上に配置される。電気的に刺激された陰極（アイテム３）は、電子ビーム経路（アイテム４）に沿って加速する電子を放出し、Ｘ線を発生する陽極ターゲット（アイテム８）に衝突する。電源（アイテム６）は、陰極と陽極の間に接続され、電子ビームに対して加速力を提供する。発生したＸ線は、端窓を通ってＸ線管を出る。端窓の材料は、一般的に、ベリリウム、アルミニウム、銅、リチウム、ボロンおよびその合金から選択されるが、代わりに、当技術分野に知られている低端窓材料がある。端窓材料の厚さは、特定の用途に合わせて調整することができる。通常、電気的にバイアスをかけたオプションの集束環頭（アイテム５）は、ターゲットの一点の上方、下方または上表面に電子ビームを集束する。ターゲット表面の一点の最大直径は、焦点スポットサイズまたはスポットサイズと称される。出力Ｘ線は、ターゲット材料に特有の制動放射（bremsstrahlungまたはbraking radiation）と特性線放射の両方を含む。先行技術は、ターゲット箔の厚さが４１μｍであってもよいと明示している。本発明の１つの好適な実施形態において、透過型Ｘ線管は、先行文献の開示よりもはるかに厚いターゲット箔を利用し、５０μｍよりも厚く、２００μｍと同じくらい厚い。

先行技術では、厚いターゲットは電子に衝突することによってターゲットの内側に発生したＸ線を吸収しすぎるため、このような厚いターゲットは良くないという意見を一貫して保持しているが、特定の用途に対する放射線の品質についてはこれまで調査されたことがない。本発明は、単に出力されたＸ線放射量の合計を調査したものではない。様々な用途での使用に対して出力スペクトルの品質を調査した時、５０μｍおよびそれ以上の厚いターゲットが、Ｃアーム用途、歯科用ＣＴ用途、上半身および下半身Ｘ線造影、医療分野におけるＣＴ用途を含む医療造影への透過管の用途、および電子回路造影、電子チップ造影、蛍光分析、Ｘ線顕微鏡、ＣＴ画像、Ｘ線回折、および当技術分野に知られている他の手段等の非破壊検査（ＮＤＴ）用途において、大きな進歩を与えることは明確である。

Ｘ線顕微鏡は、一般的に、対象と画像センサの間にフレネルゾーンプレート（Fresnel zone plate）を配置することによって行われる。準単色Ｘ線は、対象のＸ線に衝突し、対象を通過してから非常に小さな画像スポットに集束されて、およそ数十ナノメートルの対象に詳細の解像度を提供する。このようなＸ線顕微鏡の場合、大量の単色Ｘ線は、短い時間で明確な画像を提供することを必要とする。このような顕微鏡は、非常に高品質の単色Ｘ線を発生することのできるシンクロトロンセンター（synchrotron center）でよくみられる。しかしながら、商業用途の場合し、本発明のＸ線管は、フレネルプレートによって集束される準単色Ｘ線を大量に提供し、高解像度の画像を経済的に実行することができる。

Claims (19)

1. 真空ハウジングと、
   前記ハウジング内に配置され、端窓基板と、１つの箔または複数の箔を有する厚いターゲットと、を含む端窓陽極と、
   前記ハウジング内に配置され、ビーム経路に沿って進んで前記端窓陽極の一点に衝突し、前記端窓基板を通って前記ハウジングを出るＸ線ビームを発生する電子ビームを放出する陰極と、
   選択された電子ビームエネルギーおよびビーム電流を提供する前記陰極に接続されて、前記厚いターゲットの前記１つの箔または前記複数の箔の少なくとも１つの予め選択されたエネルギー特性の明るいＸ線ビームを生成する電源とを含み、
   前記厚いターゲットの前記１つ箔または前記複数の箔の少なくとも１つの厚さが、７０μｍから２００μｍまでである透過型Ｘ線管。
2. 前記ビームエネルギーが、１０〜５００ｋＶｐである請求項１に記載の透過型Ｘ線管。
3. 前記厚いターゲットおよび前記端窓基板が、それぞれ厚さ５００μｍの単一の材料で作られた請求項１に記載の透過型Ｘ線管。
4. 前記厚いターゲットが、拡散接合により前記端窓基板に取り付けられた請求項１に記載の透過型Ｘ線管。
5. 前記厚いターゲットが、ホットプレス法または熱間静水圧加圧法により前記端窓基板に取り付けられた請求項１に記載の透過型Ｘ線管。
6. 前記厚いターゲットが、実質的にＸ線を透過する基板材料の上に配置され、前記基板材料が、ベリリウム、アルミニウム、銅、リチウム、ボロン、またはその合金から選択される請求項１に記載の透過型Ｘ線管。
7. 前記電子ビームが、集束レンズにより前記厚いターゲットの上方、下方または上表面に集束される請求項１に記載の透過型Ｘ線管。
8. （ａ）請求項１に記載の透過型Ｘ線管を提供するステップと、
   （ｂ）前記Ｘ線管によってＸ線透視に用いる前記発生したＸ線の源を生成するステップとを含むＸ線透視法。
9. （ａ）請求項１に記載の透過型Ｘ線管を提供するステップと、
   （ｂ）前記Ｘ線管によって歯科用画像を取得するためのＸ線を生成するステップとを含む歯科用ＣＴ画像の取得法。
10. （ａ）請求項１に記載の透過型Ｘ線管を提供するステップと、
    （ｂ）前記Ｘ線管によって医療用画像を取得するための前記発生したＸ線の源を生成するステップとを含む医療用画像の取得法。
11. （ａ）請求項１に記載の透過型Ｘ線管を提供するステップと、
    （ｂ）前記Ｘ線管によってＣＴ画像の作成に使用される前記発生したＸ線の源を生成するステップとを含むＣＴ画像の作成方法。
12. 請求項１に記載の透過型Ｘ線管と、
    Ｘ線ビーム軸に沿って互いに向かい合う両端に設置されたＸ線源および受像機を有するＣアームとを含む装置。
13. （ａ）請求項１に記載の透過型Ｘ線管を提供するステップと、
    （ｂ）前記Ｘ線管によってｋアルファ特性ラインＸ線を生成するＸ線回折法。
14. Ｘ線顕微鏡の使用に用いる高濃度単色Ｘ線の源を提供する請求項１に記載の透過型Ｘ線管を備えた装置。
15. 前記厚いターゲットの前記１つの箔または前記複数の箔のうちの少なくとも１つに使用される材料が、スカンジウム、クロム、スズ、アンチモン、チタン、鉄、銅、ニッケル、イットリウム、モリブデン、ロジウム、ランタニウム、パラジウム、ガドリニウム、エルビウム、イッテルビウム、ツリウム、タンタル、タングステン、レニウム、プラチナ、金およびウランの元素のうちの少なくとも１つを含む請求項１に記載の透過型Ｘ線管。
16. 前記厚いターゲットの前記１つの箔または前記複数の箔のうちの少なくとも１つに使用される材料が、前記元素から有効な特性Ｘ線放射を生成する前記元素のうちの少なくとも１つから成る合金、共晶合金、化合物または金属間化合物を含む請求項１５に記載の透過型Ｘ線管。
17. Ｘ線透視に使用する透過型Ｘ線管であって、
    真空後に密封された、または連続的に真空にされた真空ハウジングと、
    実質的にＸ線を透過する端窓基板と、前記端窓基板に取り付けられた少なくとも１つの厚い箔のターゲットとから成り、前記ハウジング内に配置される端窓陽極と、
    そのうち、前記厚い箔が、７０μｍより厚く且つ２００μｍ以下の厚みであり、または前記ターゲットおよび前記端窓基板が、それぞれ厚さ５００μｍの単一の材料で作られ、
    前記ハウジング内に配置され、ビーム経路に沿って進んで前記端窓陽極の一点に衝突し、前記端窓基板を通って前記ハウジングを出るＸ線ビームを発生する電子ビームを放出する陰極と、
    前記陰極および陽極に接続され、１０〜５００ｋＶｐの選択可能な電子ビームエネルギーおよび選択可能な電子ビーム電流を提供して、前記Ｘ線ビームを生成する電源と、
    を含み、前記電子ビームが、集束レンズにより前記ターゲットの上方、下方または上表面に集束され、
    測定される対象の位置に前記Ｘ線を案内するためにコリメーションが使用される、透過型Ｘ線管。
18. 真空後に密封された、または連続的に真空にされた真空ハウジングと、
    実質的にＸ線を透過する端窓基板と、前記端窓基板に取り付けられた少なくとも１つの厚い箔のターゲットとから成り、前記ハウジング内に配置される端窓陽極と、
    そのうち、前記厚い箔が、７０μｍより厚く且つ２００μｍ以下の厚みであり、または前記ターゲットおよび前記端窓基板が、それぞれ厚さ５００μｍの単一の材料で作られ、
    前記ハウジング内に配置され、ビーム経路に沿って進んで前記端窓陽極の一点に衝突し、前記端窓基板を通って前記ハウジングを出るＸ線ビームを発生する電子ビームを放出する陰極と、
    前記陰極および陽極に接続され、１０〜５００ｋＶｐの選択可能な電子ビームエネルギーおよび選択可能な電子ビーム電流を提供して、前記Ｘ線ビームを生成する電源と、
    を含み、前記電子ビームが、集束レンズにより前記ターゲットの上方、下方または上部に集束され、
    前記端窓基板の近くに１つのキャピラリーまたはキャピラリーの束が配置され、前記端窓基板を出る前記Ｘ線ビームの少なくとも一部を収集するとともに、前記キャピラリーまたはキャピラリーの束の他端を出るようＸ線を案内する透過型Ｘ線管。
19. インラインによって対象を検査する装置であって、
    管の内側に配置された厚い箔ターゲットに焦点スポットを提供し、前記管の端窓を通って前記管を出るＸ線ビームを生成して、円錐のＸ線を形成する集束された電子ビームを有する透過型Ｘ線管と、
    そのうち、前記厚い箔ターゲットが、７０μｍより厚く且つ２００μｍ以下の厚みであり、または前記厚い箔ターゲットおよび前記端窓が、それぞれ厚さ５００μｍの単一の材料で作られ、
    前記Ｘ線管に接続され、１０〜５００ｋＶｐの選択可能な電子ビームエネルギーおよび選択可能な電子ビーム電流を提供して、前記Ｘ線ビームを生成する電源と、
    検査したい対象を前記Ｘ線円錐の内側に設置して前記Ｘ線による照射を行うように前記管および検査したい対象が位置決めされ、
    前記対象を前記Ｘ線円錐に導入して検査を行い、検査が完了した後にそれらを取り除く自動化された材料処理装置と、
    或る位置に配置され、前記透過管からのＸ線により照射された前記対象を出るＸ線を検出する少なくとも１つの検出器と、を含む装置。