JP4248248B2 - Ｘ線照射装置 - Google Patents

Description

関連出願

本出願は、２００１年３月２０日出願の米国仮出願第６０／２７７，３２２号の優先権を主張する。前記出願の全内容は参照により本明細書に引用したものとする。

多くの医療器具は再使用可能であり、使用毎に滅菌を必要とする。これら器具のうち特定のもの、例えば内視鏡および胃内視鏡は、完全な滅菌が困難である。一般にこのような器具は、器具の内部および外部全体に過酸化水素を流して滅菌される。このプロセスは時間を要する（約1時間）だけでなく、器具には、滅菌プロセスが十分に浸透しない汚染領域があるため、細菌のバイオフィルム（生物膜）等を完全に滅菌できない。さらに、過酸化水素は必ずしもすべてのウィルスを死滅させることができない。別の一般的な滅菌薬剤には酸化エチレンがあるが、同様の結果を得るのみである。滅菌の他の方法には、ガンマ線照射があるが、この方法は現在の装置を用いると最大２４時間を要する。

本発明は、医療器具のような物品を、現在の方法に比べて高速に、完全に滅菌するのに使用できる装置を含む。本発明はターゲット窓を持つ真空チャンバを有するＸ線ビーム放射器を含む。電子発生器は、真空チャンバ内に配置され、ターゲット窓に向けて放射され電子を発生させて、Ｘ線を発生させる。Ｘ線はＸ線ビームとなってターゲット窓を透過する。

特定の実施形態では、ターゲット窓は、窓を通る電子の通過を実質的に防止する厚さを有する。電子およびＸ線ビームはほぼ同一方向に進む。Ｘ線ビームは照射領域を照射して、その領域内に置かれた物品を照射する。実施形態によっては、Ｘ線ビーム放射器は滅菌装置であり、Ｘ線ビームで照射される物品が滅菌される。

Ｘ線ビーム放射器は、少なくとも1つのＸ線ビームを照射領域に照射する少なくとも1つのＸ線ビーム放射器を備える、Ｘ線照射装置のＸ線ビーム・システムの一部である。特定の実施形態では、Ｘ線ビーム・システムは、Ｘ線ビームを互いに異なる方向から照射領域に照射する２つ以上のＸ線ビーム放射器を含む。1つの実施形態では、少なくとも３つのＸ線ビーム放射器を照射領域のまわりに、つまり照射領域を中心としてリング状に配置することにより、中央照射チャンバを形成する。別の実施形態では、６つのＸ線ビーム放射器を照射領域のまわりにリング状に、互いに接触するように配置する。Ｘ線ビーム・システムは、複数のＸ線ビーム放射器を連結してなるリングを複数備えることができる。実施形態によっては、Ｘ線照射装置は滅菌装置であり、この場合は、物品は滅菌のために照射チャンバ内に置かれる。

本発明はまた、Ｘ線を発生させる方法を含む。この方法は、ターゲット窓を持つ真空チャンバを設けるステップを含む。電子発生器は真空チャンバ内に配置され、電子を発生させる。電子はターゲット窓に放射されて、Ｘ線ビームとなってターゲット窓を透過するＸ線を発生させる。ターゲット窓は、該窓を通る電子の通過を実質的に防止する厚さを有する。電子およびＸ線ビームはほぼ同一方向に進む。

滅菌目的で使用する場合、本発明の実施形態により発生するＸ線ビームは、照射される物品に深く浸透できる。表面および内部の汚染物質の両方を、従来の方法に比べて高速かつ完全に滅菌できる。

本発明の前述およびその他の目的、特徴、および利点は、添付図面に示す本発明の好ましい実施形態の以下の詳細な説明で明らかになるであろう。図面では、同一参照符号は異なる図面においても同一部品を指す。図面は必ずしも縮尺通りでなく、本発明の原理を示すことに重点が置かれている。

図１および２のＸ線ビーム照射装置１０は目的物または物品、例えば、医療器具、道具、または構成部品を滅菌するのに適する。図１および２に示す実施形態では、Ｘ線ビーム照射装置１０は、物品１９を照射するＸ線照射ユニット１１を有するＸ線ビーム・システムを含む。図１および２に示した実施形態のＸ線照射ユニット１１は一連のＸ線ビーム放射器１２を含む。各放射器１２は、ターゲット窓１６を有しており、この窓を通ってＸ線ビーム２２が発生する。Ｘ線ビーム放射器１２は傾斜した側壁１４を有しているので、隣り合うＸ線ビーム放射器１２が互いに接触し、照射領域またはチャンバ２０を囲むようにリング１０ａ状に連結され、その結果、Ｘ線ビーム放射器１２はＸ線ビーム２２を、径方向内方に互いに異なる方向から照射チャンバ２０に放射できる。図１および２は、互いに接触して配置されて六角形の照射チャンバ２０を形成する６つのＸ線ビーム放射器１２を示す。ターゲット窓１６は互いに近接して配置されるので、照射チャンバ２０に放射されるＸ線ビーム２２により、ターゲット窓16が並ぶ周方向に連続した領域内で、径方向内方にＸ線が照射されるＸ線ビーム照射範囲を実現する。

使用においては、滅菌を必要とする医療器具のような物品１９（図１）は、通常、照射チャンバ２０内に置かれる。図３に符号２６で示すようなドアを照射チャンバ２０の両端に設置して、Ｘ線を遮蔽することができる。代替方法では、細長の入口および出口トンネルを設けて、遮蔽することができる。次に、Ｘ線ビーム放射器１２に電力を供給すると、Ｘ線ビーム２２が照射チャンバ２０に放射される。Ｘ線ビーム２２は、物品１９表面のバクテリア、ウィルス、および生物体を無能化、損傷または死滅させることができる。さらに、Ｘ線ビーム２２は、汚染物質の厚い層または領域を貫通して滅菌できるだけでなく、物品１９を貫通できるため、物品１９の内部深くまで滅菌できる。内視鏡のような器具は、完全な滅菌を行うのに、放射器１２当たり５ｋＷの低電力で、約３０分の滅菌時間を必要とする。これは、過酸化水素で滅菌するときに一般に必要とする時間（１時間）に比べて約半分の時間である。過酸化水素で滅菌される器具は、１時間以上かけても本発明による滅菌ほどに完全に滅菌されない。

図１および２では、６つのＸ線ビーム放射器１２によりＸ線照射ユニット１１を形成しているが、任意の数のＸ線ビーム放射器１２を使用できることは理解されるであろう。３つの放射器１２を使用する場合、照射チャンバ２０は三角形の形状にでき、４つの放射器１２を使用する場合では、正方形、５つ以上の放射器１２を使用する場合では、多角形にできる。複数の放射器１２を使用する場合、状況に応じて、照射チャンバ２０は幅広、平板状、または渦巻状の構成にもできる。場合によっては、Ｘ線照射ユニット１１は１つまたは２つのＸ線ビーム放射器１２のみを必要とする。さらに、Ｘ線ビーム放射器１２はリング１０ａ状に連結されているものとして示してきたが、代替方法では、１つ以上のＸ線ビーム放射器１２を配置して、ほぼ全方位からＸ線ビームを放射するのではなく、例えば一方向または二方向から、Ｘ線ビームを放射してもよい。２つのＸ線ビーム放射器１２を使用する場合、放射器１２は対向して配置される。

図３のＸ線ビーム照射装置２４は、前述の装置１０内に納めるには長すぎる物品１９を滅菌するときに使用される。Ｘ線ビーム照射装置２４は、２つ以上のＸ線ビーム照射ユニット１１を連結したＸ線ビーム・システムを含む。１つの実施形態では、各Ｘ線照射ユニット１１は、図１および２と同様な、リング１０ａ状のＸ線ビーム放射器１２を含む。リング１０ａは互いに接触して連結されているので、各リング１０ａの照射チャンバ２０が連結されて、１つの長い照射領域またはチャンバ２８を形成する。図３には、接触して一体となっている３つのＸ線照射ユニット１１を示しているが、３つ以下または以上のユニット１１を連結することができる。通常、Ｘ線ビーム照射装置２４はＸ線を遮蔽するためのドア２６を備える。器具は通常照射チャンバ２８内に静止して配置されるが、代替方法では、コンベア・システムを使用して、物品１９を低速度で照射チャンバ２８を通過させることができる。コンベア・システムはコンベア・ベルトおよび／またはローラを備えることができる。コンベア・システムを使用するとき、入口および出口トンネルは遮蔽機能を持つのが望ましい。

Ｘ線照射装置２４は、前述のリング１０ａとは異なる構成で配置したＸ線照射ユニット１１を備えることができる。さらに、照射ユニット１１の実施形態によっては、物品１９上またはそのまわりで１つ以上の放射器１２を移動させる機構を備えることにより、最少台数の放射器１２を用いてＸ線照射を実現できる。１つの実施形態では、リング１０ａは物品１９に沿って縦方向に並進する。別の実施形態では、１つの放射器１２は物品１９を中心として回転し、また物品１９上を縦方向に並進する。放射器１２が物品１９を中心として回転する構成では、２つ以上の放射器１２を使用すれば要求される回転量を減少することができる。例えば、２つの放射器１２を対向させて配置する場合、放射器１２は物品１９を中心としてそのまわりを１８０度回転するだけでよい。

医療器具、道具、または構成部品を滅菌することに加えて、Ｘ線ビーム照射装置１０および２４を使用して、人工関節、ピン、プレート、ポンプ、ペースメーカなどのような人体埋め込み型デバイスまたは構成部品を滅菌できる。さらに、滅菌室または滅菌環境で使用する幅広い種類の対象物または物品１９を滅菌できる。場合によっては、粉末、液体、または食品などの物品を滅菌するのが望ましいこともある。図３のＸ線ビーム照射装置２４を、その一端が滅菌環境空間に連結され、通常該空間の壁を貫通する滅菌入口部として用いて、物品１９を該入口部から該空間内に案内する。一方のドア２６により、物品１９を外部から装置２４内に挿入して滅菌できる。他方のドア２６により、滅菌された物品１９を装置２４から滅菌環境空間内に移すことができる。

図４および５を参照すると、１つの実施形態におけるＸ線ビーム放射器１２は、矩形のターゲット窓１６を有する気密に密封された真空チャンバ３０を備える。このターゲット窓１６はチャンバ３０の一端に配置されている。電子発生器３２は、真空チャンバ３０の内部３０ａに配置され、ターゲット窓１６に向けて加速される電子ｅ⁻を発生させて、Ｘ線を発生させる。ターゲット窓１６は通常薄い金属箔から構成され、この金属箔は、Ｘ線を透過させる一方で電子ｅ⁻の透過を実質的に防止する十分な厚さを有する。ターゲット窓１６は一連の孔３８ａを有する支持板３８により支持され、電子ｅ⁻はこれらの孔を通りターゲット窓１６に達することができる。いくつかの実施形態では、外方向に傾斜した孔３８ｂを支持板３８（図５）の遠位端（外周部）に設けているので、ターゲット窓１６の端部に向けてより多くの電子ｅ⁻を放射することができる。ターゲット窓１６は、加熱および加圧による接着により支持板３８に対して密封されるが、代替方法では、蝋付けまたは溶接することもできる。１つの実施形態では、ターゲット窓１６は１２インチ（３０．５ｃｍ）長さとし、それにより、照射チャンバ２０を約１２インチ（３０．５ｃｍ）長さにできる。Ｘ線ビーム放射器１２がリング１０ａ（図１）のようにリング状に互いに接触している場合、放射器１２は、ターゲット窓１６の長辺側近傍に延びる傾斜側面１４を有してもよい（図４）。６つの放射器１２が連結される場合は、側面１４は約６０度の角度で傾斜するが、側面１４の角度は連結される放射器１２の数に応じて異なる。照射チャンバ２０の構成によっては、傾斜側面１４を省略して、例えば矩形の構成にできる。真空チャンバ３０からチューブを延ばして真空ポンプに接続することにより、真空チャンバ３０を真空排気して、真空チャンバ３０を気密に密封することができる。

電子発生器３２はフィラメント・ハウジング３４を有する。このハウジングは、１つの実施形態では円盤状であり、その底部３４ａに一連の開口を有する。電子ｅ⁻を発生するタングステン・フィラメント３６がハウジング３４内に配置される。フィラメント・ハウジング３４は、円筒形導体４０ａおよびケーブル１８により高電圧源に電気的に接続される。通常範囲は１００〜３００ｋＶであり、典型的には１２５ｋＶである。用途によっては、１００ｋＶおよび３００ｋＶ以上が望ましいこともある。ターゲット窓１６は電気的にアースされ、フィラメント・ハウジング３４とターゲット窓１６との間に高電圧を印加する。フィラメント３６は、ケーブル１８に電気的に接続されたフィラメント電源により電力を供給され、その一端が、フィラメント・ハウジング３４の内部に延びる導体４２に電気的に接続され、その他端が、ケーブル１８から延びる導体４０ｂに電気的に接続される。導体４０ａの上部は絶縁材４４内に埋め込まれる。

使用においては、フィラメント３６に電力を供給して約３４００°Ｆ〜４２００°Ｆ（約１８７０℃〜２３２０℃）に加熱し、フィラメント３６上に自由電子ｅ⁻を発生させる。フィラメント・ハウジング３４とターゲット窓１６の間に印加される高電圧により、フィラメント３６上の自由電子ｅ⁻を、ビームとしてフィラメント３６からフィラメント・ハウジング３４の底部３４ａの開口を通過させ、ターゲット窓１６に向けて加速させる。ターゲット窓１６は一般に、約３ミクロン厚さの金、チタン、またはタングステンの薄い箔であり、該窓を通る電子ｅ⁻の通過をほぼ阻止または防止する。代替方法では、このターゲット窓１６は金からなる層で覆ったチタンで形成するか、あるいは銅または銀で覆われた金で形成できる。一般に、大きい原子番号と高い熱伝導性を持つ金属が好ましいが、ターゲット窓１６に使用される金属は実際の用途に応じて変更できる。例えば、前述以外の材料および組み合わせも使用できる。ターゲット窓１６に衝突する電子ｅ⁻は、一般に、該ターゲット窓１６を通過できないが、代わりに、Ｘ線ビーム２２としてターゲット窓１６から放射されるＸ線を発生させ、電子ｅ⁻の移動方向とほぼ同一の方向に移動を続ける。言い換えると、電子ｅ⁻のビームはターゲット窓１６によって変換されてＸ線ビーム２２となり、その結果、連続する２つのステージからなるビームが形成される。つまり、第１ステージは電子ｅ⁻のビームにより形成され、第２ステージはＸ線のビーム２２により形成される。Ｘ線ビーム２２はターゲット窓１６とほぼ同一の輪郭でターゲット窓１６から放射される。このようにＸ線を発生させることにより、比較的効率良く広範囲にＸ線ビームを放射できる。なぜなら、電子ｅ⁻およびＸ線ビーム２２が同一方向に移動するからである。電子ｅ⁻ビームおよびＸ線ビーム２２は、ターゲット窓１６に垂直またはほぼ垂直に示されている。場合によっては、電子ｅ⁻はある角度でターゲット窓１６に衝突することもある。

実施形態によっては、ターゲット窓１６は一部の電子ｅ⁻を透過させて電子ｅ⁻とＸ線の混合ビームを発生させるように構成できる。別の実施形態では、ターゲット窓１６は、電子ｅ⁻を電子ビームとして放射器１２から放射する電子ビーム放射窓と置き換えることができる。この場合、電子ｅ⁻は滅菌される物品の表面に衝突し、その表面を滅菌すると同時に、物品の内部を滅菌するＸ線を発生させる。このような実施形態を使用して、任意の装置の滅菌または汚染除去ができる。ターゲット窓１６は特定の装置に適合するように構成でき、矩形以外の形状にもできる。

本発明を好ましい実施形態により詳細に図示し、説明してきたが、当業者には、添付の特許請求の範囲に包含される本発明の範囲から逸脱することなく、形態または細部に各種の変更を加えることが可能であるのは理解されるであろう。例えば、前述のさまざまな実施形態の構成を互いに組み合わせるか、または省略できる。Ｘ線放射器１２の構成、形状、寸法、サイズ、および出力は、実際の用途およびターゲット窓１６の形状に応じて変更できることは理解されるであろう。複数の放射器１２は、一方向からＸ線ビームを発生するように並べて配置するか、または、二方向からＸ線ビームを発生するように対向する方向に配置することができる。構成によっては、Ｘ線放射器１２ならびに装置１０および２４は、任意の所望の物品を滅菌するのに使用するか、または、患者のＸ線撮影もしくはコーティングの硬化などの他の目的に使用できる。

本発明のＸ線ビーム照射装置の一つの実施形態の簡略化した端面図である。 図１のＸ線ビーム照射装置の簡略化した斜視図である。 本発明のＸ線ビーム照射装置の別の実施形態の側面図である。 本発明によるＸ線ビーム放射器の一つの実施形態の縦断面図である。 図４のＸ線ビーム放射器の側面断面図である。

符号の説明

１０…Ｘ線ビーム照射装置
１１…Ｘ線照射ユニット
１２…Ｘ線ビーム放射器
１６…ターゲット窓
１９…物品
２０…照射チャンバ
２２…Ｘ線ビーム

Claims (2)

1. 少なくとも１つのＸ線ビームを照射領域に向けて放射するＸ線ビーム・システムであって、
   このＸ線ビーム・システムが有する複数のＸ線ビーム放射器がターゲット窓を有する真空チャンバと、
   前記真空チャンバ内に配置され、電子の通過をほぼ阻止する厚さを有する前記ターゲット窓に向けて放射される電子を発生させて、電子と同一方向に移動するＸ線ビームとなって該ターゲット窓を透過するＸ線を発生させる電子発生器と、
   を備え、
   前記複数のＸ線ビーム放射器が連結され前記照射領域のまわりにリング状に配置されて中央照射チャンバを形成しているリングを２つ以上備えているＸ線ビーム・システムを含むＸ線照射装置。
2. 複数のＸ線ビーム放射器を備え、少なくとも１つのＸ線ビームを照射領域に向けて放射するＸ線ビーム・システムを形成し、
   前記Ｘ線ビーム放射器に、ターゲット窓を有する真空チャンバと、前記真空チャンバ内に配置される電子発生器とを設け、電子の通過をほぼ阻止する厚さを有する前記ターゲット窓に向けて放射される電子を発生させて、電子と同一方向に移動するＸ線ビームとなってターゲット窓を透過するＸ線を発生させ、
   前記複数のＸ線ビーム放射器が連結され前記照射領域のまわりにリング状に配置されて中央照射チャンバを形成している２つ以上のリングから前記Ｘ線ビーム・システムを形成する、各ステップを含む、Ｘ線照射装置を形成する方法。

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