JP7182749B2 - コンピュータ断層撮影蛍光ｘ線撮像のためのシステムおよび方法 - Google Patents

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Description

優先権の主張
本出願は、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる、２０１９年９月３日に出願された米国仮特許出願第６２／８９５，３４２号明細書に対する優先権の利益を主張する。
背景
分野
本出願は、一般に、蛍光Ｘ線撮像のためのシステムおよび方法に関する。
関連技術の説明
蛍光Ｘ線（ＸＲＦ）は、１００年以上にわたって最も広く使用されている化学（例えば、元素組成）分析技術である。蛍光Ｘ線撮像（ＸＲＦＩ）は、生物学的問題にますます適用されている超微量検出感度での元素の定量的マッピングのための強力な技術である（例えば、Ｒ．ＭｃＲａｅ ｅｔ ａｌ．，“Ｉｎ ｓｉｔｕ ｉｍａｇｉｎｇ ｏｆ ｍｅｔａｌｓ ｉｎ ｃｅｌｌｓ ａｎｄ ｔｉｓｓｕｅｓ，”Ｃｈｅｍ Ｒｅｖ．Ｖｏｌ．１０９，ｐｐ．４７８０－４８２７（２００９）、Ｃ．Ｊ．Ｆａｈｒｎｉ、“Ｂｉｏｌｏｇｉｃａｌ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ ｏｆ Ｘ－ｒａｙ ｆｌｕｏｒｅｓｃｅｎｃｅ ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ：Ｅｘｐｌｏｒｉｎｇ ｔｈｅ ｓｕｂｃｅｌｌｕｌａｒ ｔｏｐｏｇｒａｐｈｙ ａｎｄ ｓｐｅｃｉａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｒａｎｓｉｔｉｏｎ ｍｅｔａｌｓ，”Ｃｕｒｒｅｎｔ Ｏｐｉｎｉｏｎ ｉｎ Ｃｈｅｍ．Ｂｉｏｌ．Ｖｏｌ．１１，Ｎｏ．２，ｐｐ．１２１－１２７（２００７）、Ｔ．Ｐａｕｎｅｓｕ ｅｔ ａｌ．，“Ｘ－ｒａｙ ｆｌｕｏｒｅｓｃｅｎｃｅ ｍｉｃｒｏｐｒｏｂｅ ｉｍａｇｉｎｇ ｉｎ ｂｉｏｌｏｇｙ ａｎｄ ｍｅｄｉｃｉｎｅ，”Ｊ．Ｃｅｌｌ．Ｂｉｏｃｈｅｍ．Ｖｏｌ．９９，ｐｐ．１４８９－１５０２（２００６）を参照されたい）。図１は、十分なエネルギーの入射Ｘ線が原子から内殻電子を放出し（イオン化）、より高いエネルギーを有する外殻軌道電子によってその後満たされる内殻コア－ホールを残すＸＲＦの物理的原理を概略的に示す。電子によるより高いエネルギーの電子殻からより低いエネルギーの電子殻への遷移は、電子殻エネルギー準位（結合エネルギー）の差に等しいエネルギーを有する「特徴的な」蛍光Ｘ線光子の放出をもたらす。結合エネルギーは各元素に固有であり、試料によって放出されたＸ線エネルギーを測定することによって多元素分析を可能にする。
過去２０年の間に、ミクロン分解能での走査型蛍光Ｘ線撮像（ｍｉｃｒｏＸＲＦＩ）は、シンクロトロン光源、Ｘ線集束光学系、および検出器技術における新たな発展のために著しく進歩した。ＭｉｃｒｏＸＲＦＩは、ｐｐｍ未満（サブｐｐｍ）の感度、複数の元素の同時分析、直接的な定量化、高い空間分解能（例えば、ミクロン～３０ナノメートル）、ならびに、様々な試料サイズおよび形状に対する実験上の柔軟性を提供することができる。ＭｉｃｒｏＸＲＦＩはまた、様々な柔軟な操作条件下（例えば、周囲温度または極低温温度）で湿潤、低温保存、ならびに固定および／または染色された試料を分析する能力を提供することができる。さらに、非破壊的であるため、ｍｉｃｒｏＸＲＦＩは、赤外およびラマン分光／顕微鏡法、ＭＡＬＤＩなどの分子質量分析、および２次イオン質量分析（ＳＩＭＳ）などの技術による相関分析または追跡分析を可能にする。ＭｉｃｒｏＸＲＦＩは、誘導結合プラズマ質量分析（ＬＡ－ＩＣＰ－ＭＳ）によるレーザアブレーションよりもはるかに高い空間分解能を有することができ、電子ベースの技術よりも桁違いに低い（良好な）検出感度および低い放射線量を有することができる。
ｍｉｃｒｏＸＲＦＩの利点は、特殊なシンクロトロンビームラインの開発を推進しており、多くのシンクロトロンベースの生物医学研究の動機となっている。そのような調査からの結果は、５ミクロン以下の空間分解能で（遊離および結合した）全金属イオンの視覚化（後者はほとんどの組織学的染色で見えない）を提供した。しかしながら、シンクロトロンベースの撮像は、アクセスしやすさおよび実行できる試料の数が限られていることによって制約される。このようなシンクロトロンビームラインへのアクセスは、コストが高いために蛍光Ｘ線ビームラインを備えたシンクロトロンが世界に限られた数しかないため、非常に競争力がある（例えば、各シンクロトロン施設のコストは１０億ドルを超え、各ビームラインのコストは１０００万ドルを超える可能性がある）。また、生物学的用途は、防衛、先進材料、半導体、電池／エネルギー、ならびに石油およびガス研究を含む他の注目されている研究分野とそのようなアクセスを求めて競合することが多く、その結果、非常に有益なプロジェクトさえも却下される。たとえ認められたとしても、ビーム時間は、多くの場合、１週間または数日に制限され、これにより、利用可能な時間および／または試料調製もしくは試料選択の改善などの測定プロトコルを変更する時間内に分析することができる試料の数が制限される。シンクロトロンへの移動の計画および関連コストを含む追加の課題もある。
発明の概要
本明細書に記載の特定の実施態様は、試料を分析するために蛍光Ｘ線を使用する方法を提供する。本方法は、試料が入射Ｘ線ビームに対して第１の回転方向を有する間に、入射Ｘ線ビームで試料を照射するステップを含む。入射Ｘ線ビームは、試料の表面に対してニアグレージング（near-grazing）入射角を有する。本方法は、試料が第１の回転方向を有する間に、入射Ｘ線ビームに応答して試料によって生成された蛍光Ｘ線を収集するステップをさらに含む。本方法は、試料が入射Ｘ線ビームに対して第２の回転方向を有するように、表面に実質的に垂直な方向を中心に試料を回転させるステップをさらに含む。第２の回転方向は、第１の回転方向と、ある回転角度だけ異なる。本方法は、試料が第２の回転方向を有する間に、入射Ｘ線ビームで試料を照射するステップをさらに含む。本方法は、試料が第２の回転方向を有する間に、入射Ｘ線ビームに応答して試料によって生成された蛍光Ｘ線を収集するステップをさらに含む。
本明細書に記載の特定の実施態様は、試料の蛍光Ｘ線分析のためのシステムを提供する。システムは、Ｘ線を生成するように構成されたＸ線源と、Ｘ線源からＸ線を受け、受けたＸ線の少なくとも一部をＸ線ビームとして導いて試料を照射するように構成されたＸ線光学サブシステムとを備える。Ｘ線ビームは、試料の表面に対してニアグレージング入射角を有する。システムは、試料を支持し、試料を表面に平行な平面内で移動させ、表面に垂直な方向を中心に試料を回転させるように構成された試料ステージをさらに備える。システムは、入射Ｘ線ビームに応答して表面から放出された少なくともいくつかの蛍光Ｘ線を測定するように構成された少なくとも１つのエネルギー弁別検出器をさらに備える。
図面の簡単な説明
蛍光Ｘ線（ＸＲＦ）の物理的原理を概略的に示す。 本明細書に記載の特定の実施態様による例示的なシステムを概略的に示す。 試料用の従来のシンクロトロンおよび実験室のマイクロＸＲＦＩシステムの例示的な構成を概略的に示す。 本明細書に記載の特定の実施態様による、図３Ａと同じ試料を有するシステムの例示的な構成を概略的に示す。 本明細書に記載の特定の実施態様によるデータ収集のための例示的な方法のフロー図である。 本明細書に記載の特定の実施態様によるデータ収集のための例示的な方法のフロー図である。 本明細書に記載の特定の実施態様による、２次元ラスタスキャンを用いたデータ収集方式を利用する図４Ｂの例示的な方法の態様を概略的に示す。 本明細書に記載の特定の実施態様による、Ｘ線ビーム経路に沿った総蓄積蛍光Ｘ線信号を概略的に示す。 本明細書に記載の特定の実施態様によるデータ取得の「段階的スキャン」モードの２つの例を概略的に示す。 本明細書に記載の特定の実施態様によるデータ取得の「フライスキャン」モードの２つの例を概略的に示す。 本明細書に記載の特定の実施態様によるデータ取得の「横断および回転スキャン」モードの２つの例を概略的に示す。 本明細書に記載の特定の実施態様による例示的なモデル試料の側面図および上面図を概略的に示す。
発明を実施するための形態
概要
従来のＸＲＦＩシステムおよび方法によるデータ取得には、２つの大きな欠点がある。第１のそのような欠点では、そのような従来のＸＲＦＩシステムおよび方法は、試料表面の下の深くに生成された蛍光Ｘ線が生成点から表面に伝播する間に減衰されるため、集束Ｘ線ビーム束が無駄になる。このような減衰は、低エネルギー蛍光Ｘ線では特に問題であり、検出可能な蛍光Ｘ線の生成効率が低くなる。例えば、Ｋ線の第１列遷移金属を生成するのに十分なエネルギーを有する入射Ｘ線は、生体試料内で大きな侵入深さを有し、減衰により、厚い生体試料内の低Ｚ元素から生成された蛍光Ｘ線のごく一部が表面に伝播して検出される。さらに、微少焦点（マイクロフォーカス）Ｘ線源および優れた集束特性を有するＸ線光学系の使用によって横方向分解能が最大化されたとしても、深さ分解能は依然として非常に粗い。さらに、別個の元素によって生成される特徴的な蛍光Ｘ線は異なるエネルギーを有し、したがって、厚い試料の場合、より高いエネルギーの蛍光Ｘ線を生成する要素は、そのようなより高いエネルギーの蛍光Ｘ線が、試料内の深くで生成される場合であっても、試料表面から逃げる確率がより高いため、検出されたスペクトルに過度に表され得る。その結果、従来のＸＲＦＩシステムおよび方法を使用する試料の定量的に正確な理解は困難である。
このような減衰の影響を補償するために、薄い試料部分（例えば数十ミクロン）が従来のＸＲＦＩシステムおよび方法では使用されてきた。これらの薄切片の使用はまた、構造情報のための光学顕微鏡法などの他の技術との相関顕微鏡法にも有利である。しかしながら、そのような薄切片におけるＸ線の吸収は非常に低く、したがって、入射Ｘ線の大部分は無駄になる。例えば、ＦｅのＫ殻特性蛍光Ｘ線を生成するために使用できる約８ｋｅＶのエネルギーを有する入射Ｘ線（例えば、Ｃｕ Ｘ線ターゲットによって生成されるＸ線）の場合、入射Ｘ線の約４％のみが従来のｍｉｃｒｏＸＲＦＩ構成における４０ミクロン厚の水和脳切片試料によって吸収されるが、入射Ｘ線の約９６％は試料を透過し、無駄になる。このようなスループット損失は、シンクロトロン光源で利用可能な高いＸ線束では許容可能であり得るが、実験室のＸ線源を使用する場合、このような損失は問題である。
従来のＸＲＦＩシステムおよび方法の第２の欠点では、機械的干渉のために蛍光Ｘ線の収集立体角が制限される。蛍光Ｘ線は、試料によって等方的に放射される。蛍光Ｘ線を効率的に検出するためには、エネルギー分散型検出器をできるだけ試料に近づけて配置することが望ましい。しかしながら、従来のＸＲＦＩシステムおよび方法では、検出器の試料までの最小距離は、検出器と試料を保持するステージとの物理的干渉および検出器と入射Ｘ線ビームとの物理的干渉によって厳しく制約される。例えば、検出器の最適な配置は、収集立体角を最大にするために試料表面に近くかつ平行であるが、そのような検出器の配置は、試料への入射Ｘ線ビームの照準線と干渉する。したがって、従来のＸＲＦＩシステムおよび方法では、検出器は試料から遠く離れており、その結果として蛍光Ｘ線の検出強度が低下する。
例示的な実施態様
本明細書に記載の特定の実施態様は、様々な種類の試料（例えば、目的の薄膜またはドーパントを有する半導体試料、薄い地質試料、組織の薄切片などの生体試料）を分析するための実験室ベースのコンピュータ断層撮影蛍光Ｘ線撮像（ＣＬ－ＸＲＦＩ）システムおよび／または方法を提供する。ほんの一例として、本明細書に記載される特定の実施態様は、ＬＡ－ＩＣＰ－ＭＳの利用可能性を有するシンクロトロンベースのマイクロＸＲＦの属性に匹敵する属性（例えば、速度、定量的特性、および感度）を提供することによって、アルツハイマー病（ＡＤ）および他の神経変性疾患のための有望なフェロトーシス阻害治療薬の開発および合理的な設計を加速するように構成される。他の実験室ベースのマイクロＸＲＦＩシステムは、実験室ベースのＸ線源の低輝度、Ｘ線光学系の低効率、および／または低ＸＲＦデータ収集方法のために、高感度でのスループットにボトルネックを経験する。本明細書に記載の特定の実施態様は、他の実験室ベースのマイクロＸＲＦＩシステムならびにサブｐｐｍ（相対）およびサブフェムトグラム（絶対）の検出感度を有するシンクロトロン様感度（例えば、８ミクロン以上の分解能）と比較して、スループットで２桁を超える改善（例えば、１００倍以上）を有利に提供する。他の例では、地質試料（例えば、岩石切片）は、地質学、石油およびガス探査、古生物学、および／または法医学に関連する情報について分析することができ、植物ベースのサンプル（例えば、木材、紙、種子など）の切片は、生態学、農業、林業、および／または考古学に関連する情報について分析することができ、建材試料（例えば、コンクリート、コーティング、塗料）は、腐食、層間剥離、および／または故障分析に関連する情報について分析することができ、他の生体試料（例えば、骨、歯、他の石灰化組織、細胞培養物の切片、他の湿潤生体組織）は、毒物学、生物学、生物学における環境研究、医学、食品科学、栄養学、病理学などに関連する情報について分析することができる。
本明細書に記載の特定の実施態様は、（ｉ）より速い取得時間（例えば、それぞれ６０ミクロンおよび３０ミクロンの分解能を有する２ｐｐｍの検出感度でのＦｅおよび複数の他の元素の２Ｄ撮像のための８分および３２分の取得時間）および／または（ｉｉ）最小限の試料調製での非破壊分析（例えば、定量的金属分布情報を細胞構造情報と結び付けるために光学顕微鏡法用に調製された薄切片を含む、他の技術との相関分析を可能にすること）を提供する。特定の実施態様は、ＡＤ研究および薬物開発に有利に利用することができる（例えば、様々な時点での前臨床ＡＤモデルにおけるＦｅの撮像および定量化、潜在的な薬物の有効性に関するフィードバックの可能化）。
測定の幾何学的配置
本明細書に記載の特定の実施態様は、（ｉ）試料の表面近傍層からＸＲＦを励起するために入射Ｘ線ビームを効率的に使用し、（ｉｉ）大きな検出立体角を提供するために試料に近いＸ線検出器を有することによって、大きな入射角（例えば、垂直入射）を使用する従来のＸＲＦスキャンシステムおよび方法を超える利点を提供する。本明細書に記載の特定の実施態様は、分析される対象物（例えば、試料）の表面に実質的に平行な方向の励起Ｘ線ビームサイズに匹敵する空間分解能を得るために、断層撮影データ収集および再構成方法を使用する。
図２は、本明細書に記載の特定の実施態様による例示的なシステム１００を概略的に示す。図２の例示的なシステム１００は、高効率Ｘ線源１１０と、Ｘ線光学サブシステム１２０と、少なくとも１つのＸ線検出器１４０とを備える、実験室ベースのコンピュータ断層撮影ＸＲＦＩ（ＣＬ－ＸＲＦＩ）システムである。高効率Ｘ線源１１０は、電子源１１２と、熱伝導性基板１１６上の微細構造化アノードターゲット１１４とを備える。Ｘ線光学サブシステム１２０は、Ｘ線源１１０からＸ線１１８を受け、低入射角幾何学的配置（例えば、３度のグレージング角）で試料ステージ１３２上の試料１３０（例えば、厚さ８００ミクロン以下）の上に、少なくとも１つの集束Ｘ線ビーム１２４にＸ線の少なくとも一部を集束させるように構成された一対の双放物面Ｘ線光学系１２２を備える。少なくとも１つのＸ線検出器１４０は、Ｘ線光学サブシステム１２０からの入射集束Ｘ線ビーム１２４に応答して試料１３０から放出された蛍光Ｘ線の少なくとも一部を受けて検出するように構成されている。試料ステージ１３２は、分析されている試料１３０をｘ－ｙ平面内で（例えば、試料表面に平行に）移動させ、断層撮影取得のために試料をｚ軸回りに回転させる（例えば、試料表面に垂直であり、入射Ｘ線ビーム１２４によって照射される試料１３０上のスポットと一致することができる）ように構成される。本明細書に記載の特定の実施態様は、１ｐｐｍ以下の濃度まで試料中の微量元素（例えば、Ｆｅ）を、３以上の信号対雑音比の６０ミクロン以下の空間分解能で、試料あたり４０分以下の総データ収集時間で撮像するように構成される。
特定の実施態様では、Ｘ線源１１０の微細構造化アノードターゲット１１４は、熱伝導性基板１１６（例えば、ダイヤモンド）と熱連通する１つまたは複数の金属含有構造体１１５（例えば、ミクロンサイズの金属構造体）を備える。例えば、Ｘ線源１１０は、熱伝導性基板１１６（例えば、ダイヤモンド）の上または中に埋め込まれた少なくとも１つの材料（例えば、Ｃｕ、ＳｉＣ、ＭｇＣｌ、Ａｌ、Ｒｈ、Ｍｏ）を有する少なくとも１つの構造体１１５を備えることができる。例えば、図２は、複数の構造体１１５が基板１１６の表面内に埋め込まれたアノードターゲット１１４を概略的に示しているが、特定の他の実施態様のアノードターゲット１１４は、基板１１６上に複数の熱伝導性支柱（例えば、ダイヤモンド）を有し、かつ少なくとも１つの材料がその上に固定された（例えば、その上にコーティングされる）熱伝導性基板１１６を備えることができる。少なくとも１つの構造体１１５の少なくとも１つの材料は、電子源１１２からの電子が衝突すると超高光源輝度を有するＸ線を放射するように構成され、Ｘ線は少なくとも１つの窓１１３を介してＸ線源１１０から放射される。例えば、Ｘ線源１１０の構造体１１５は、電子衝撃に応答してＸ線を生成するように構成された複数のターゲット材料を備えることができ、ターゲット材料の生成されたＸ線は、対応するスペクトル特性を有する。少なくとも１つの構造体１１５の少なくとも１つの材料は、分析されている試料１３０の１つ以上の特徴的な蛍光Ｘ線線よりも高いエネルギーを有するＸ線を放射するように構成される。例えば、Ｘ線源１１０は、３０ミクロン×３０ミクロンの有効Ｘ線源スポットサイズで１００Ｗの総出力（例えば、構造体１１５（例えば、ミクロンサイズＣｕ構造体）上で３００ミクロン×３０ミクロンの電子ビームの照射範囲で得られる）を有することができ、基板１１６（例えば、ダイヤモンドを備える）に対するＸ線ビーム取り出し角度は１０度である。
特定の実施態様のＸ線源１１０は、（ｉ）ダイヤモンド基板１１６の熱特性を組み込んでアノードターゲット１１４の平均熱伝導率を増加させること、（ｉｉ）電子源１１２からの電子エネルギー堆積速度の、構造体１１５の質量密度に対する依存性を利用して好ましいエネルギー堆積プロファイルを作成すること、（ｉｉｉ）金属構造体１１５と周囲のダイヤモンド基板１１６との間に大きな熱勾配を作り出して熱放散を高めること、および（ｉｖ）構造体１１５と整列したＸ線ビーム軸に沿ってＸ線１１８を非常に効率的に蓄積すること、を含むがこれらに限定されない様々な利点を提供する。特定の実施態様の結果として得られる輝度は、従来の微少焦点Ｘ線源の輝度よりも実質的に高い。さらに、アノードターゲット１１４の構造体１１５の材料は、分析される１または複数の要素の所定の（例えば、最適化されている）蛍光断面を提供するように選択することができる。例えば、構造体１１５にＣｕを使用して、Ｆｅ蛍光を励起するのに最適な８．０５ｋｅＶの強いＫα線Ｘ線を提供することができる。そのような入射Ｘ線は、他のシステムの計数率よりも約１００倍高い計数率を可能にすることができ、１０ミクロンの焦点で、半導体原子よりも小さい層厚での測定（sumiconductor sub-atomic layer thickness measurements）を可能にすることができる。本明細書に記載の特定の実施形態と互換性のあるＸ線源１１０の例は、米国特許第９，８７４，５３１号、第９，８２３，２０３号、第９，７１９，９４７号、第９，５９４，０３６号、第９，５７０，２６５号、第９，５４３，１０９号、第９，４４９，７８１号、第９，４４８，１９０号、および第９，３９０，８８１号に記載されており、これらの各々は参照によりその全体が本明細書に組み込まれる。
特定の実施態様では、Ｘ線光学サブシステム１２０は、Ｘ線源１１０からのＸ線１１８の少なくとも一部を集束Ｘ線ビーム１２４に集束させ、集束Ｘ線ビーム１２４を導いて低いＸ線ビーム入射角で試料１３０を照射するように構成される。Ｘ線光学サブシステム１２０は、大きな作動距離（例えば、光学出口点と試料１３０との間の距離は、１５ミリメートル以上、３０ミリメートル以上、４０ミリメートル以上である）および小さな点拡がり関数（ＰＳＦ）（例えば、２０ミクロン以下）を有することができ、狭い鉛筆状のＸ線ビームをもたらす。
従来の実験室ベースのＸ線マイクロビームシステムは、本明細書に記載の特定の実施態様での使用に適していない小さな焦点に対して短い作動距離を有する多重毛細管光学系（例えば、中空ガラス毛細管のテーパ状束）に依存している（例えば、使用される制約された幾何学的配置に起因して）。さらに、そのような多重毛細管光学系の「焦点」は、真の焦点ではなく、出射ビームが最小直径（例えば、２＊θｃ＊Ｌにほぼ等しいサイズで、ここで、θｃは臨界角であり、Ｌは作動距離または多重毛細管の出口と「焦点」との間の距離である）を有する空間内の点である。例えば、８ｋｅＶのＸ線の場合、３０ミクロンの焦点を有する多重毛細管光学系は、わずか約３ミリメートルの作動距離を有する。
特定の実施態様では、Ｘ線光学サブシステム１２０は、二次内面プロファイルを有する少なくとも１つのＸ線反射光学系を備える。例えば、図２に概略的に示すように、Ｘ線光学サブシステム１２０は、一対の双放物面Ｘ線光学系１２２を備える。特定の実施態様では、一対の双放物面Ｘ線光学系１２２は、Ｘ線源１１０からのＸ線１１８の少なくとも一部を収集して平行化するように配置および位置合わせされた第１の放物面ミラー１２２と、第１の放物面ミラー１２２からの平行化されたＸ線の少なくとも一部を集束Ｘ線ビーム１２４に集束させ、集束Ｘ線ビーム１２４を導いて試料１３０を照射するように構成された第２の放物面ミラー１２２とを備える。特定の実施態様では、２つの放物面ミラー１２２の各々は軸対称であるが、特定の他の実施態様では、２つの放物面ミラー１２２の少なくとも一方は軸対称ではない。
特定の実施態様の２つの放物面ミラー１２２は真の撮像光学系であり、集束Ｘ線ビーム１２４の焦点はＸ線エネルギーに依らない（例えば、２つの放物面ミラー１２２からの２つの反射は、互いに補償する）。特定の実施態様の２つの放物面Ｘ線ミラー１２２からの小さなスポットサイズの作動距離は非常に大きく（例えば、１５ミリメートル以上、３０ミリメートル以上、４０ミリメートル以上）、低入射角Ｘ線撮像に使用可能な鉛筆状のＸ線ビームを提供することができる。特定の実施態様では、放物面ミラー１２２は、５マイクロラジアン未満の勾配誤差およびオングストロームオーダーの表面粗さを有する。特定の実施態様では、Ｘ線光学サブシステムは、試料１３０にある（例えば、その上に投射する）焦点（例えば、試料１３０内または上の焦点）が、試料表面に実質的に平行な少なくとも一方向で長径が５０ミクロン以下（例えば、１０ミクロン～３０ミクロンの範囲、５ミクロン～１０ミクロンの範囲、５ミクロン未満の範囲、１ミクロン未満の範囲）の実質的に楕円形である分解能限界を有する。例えば、特定の実施態様のＸ線光学サブシステムは、６００ナノメートル以下のＦＷＨＭスポットサイズを生成することができ、これは分解能目標基準を使用して４００ナノメートルの線および空間を分解することができる。
特定の実施態様では、第１の放物面ミラー１２２は、少なくとも１つの第１の基板と、少なくとも１つの第１の基板上の少なくとも１つの第１の層（例えば、深さ傾斜多層コーティング、高Ｚ材料コーティング）とを備え、第１の放物面ミラー１２２は、Ｘ線源１１０から放出されたＸ線１１８の少なくとも一部を効率的に収集および平行化するように構成され、収集および平行化されたＸ線は、少なくとも１つの第１の層によって反射された特定のＸ線エネルギーを有する。第２の放物面ミラー１２２もまた、少なくとも１つの第２の基板と、少なくとも１つの第２の基板上の少なくとも１つの第２の層（例えば、深さ傾斜多層コーティング、高Ｚ材料コーティング）とを備え、第２の放物面ミラー１２２は、第１の放物面ミラー１２２から反射されたＸ線の少なくとも一部を効率的に収集および集束するように構成され、収集および集束されたＸ線は、少なくとも１つの第２の層によって反射された特定のＸ線エネルギーを有する。特定の実施態様では、少なくとも１つの第１の基板および少なくとも１つの第２の基板は、単一またはモノリシック基板（例えば、円筒形ガラス毛細管）の一部であるが、特定の他の実施態様では、少なくとも１つの第１の基板および少なくとも１つの第２の基板は、互いに分離している。
例えば、２つの放物面ミラー１２２は、２０ミリメートル～５００ミリメートル（例えば、１２０ミリメートル）の範囲の全長を有することができ、各ミラー１２２は、３０ナノメートル厚の白金コーティングを有することができ、第１の放物面ミラー１２２は、２８ミリラジアンの収集円錐角を有することができ、Ｘ線光学サブシステム１２０の作動距離は、低入射角幾何学的配置を可能にするのに十分に長く（例えば、４０ミリメートル）することができ、Ｘ線光学サブシステム１２０は、（例えば、Ｘ線源１１０からの見かけのスポットサイズに応じて、試料１３０において２０ミクロン～６０ミクロンの範囲のＸ線スポットサイズに焦点を合わせることを可能にするために）５ミクロン以下の点拡がり関数（ＰＳＦ）を有することができる。例えば、６０ミクロンの焦点サイズは、１．５センチメートルの長さ寸法を有するラット脳試料１３０全体のより粗い分解能の画像化に使用することができ、２０ミクロンの焦点サイズは、試料１３０の選択された領域のより細かい分解能の画像化に使用することができる。本明細書に記載の特定の実施態様と互換性のある例示的な放物面ミラー１２２は、米国特許公開第２０１９／０３６９２７２号および第２０２０／００７２７７０号に記載されており、これらの各々は参照によりその全体が本明細書に組み込まれる。
図２には示されていないが、特定の実施態様のＸ線光学サブシステム１２０は、２つの放物面ミラー１２２の一方または両方の長手方向軸上に配置されたビームストップを備える（例えば、ミラー１２２のうちの一方の上流端またはその近くに、ミラー１２２のうちの一方の下流端またはその近くに、ミラー１２２の一方または両方の上流に、ミラー１２２の一方または両方の下流に）。ビームストップは、Ｘ線光学系１２０によって反射されなかったＸ線が試料１３０に衝突するのを防ぐように構成することができる。本明細書に記載の特定の実施形態と互換性のあるビームストップの例は、米国特許第９，８７４，５３１号、第９，８２３，２０３号、第９，７１９，９４７号、第９，５９４，０３６号、第９，５７０，２６５号、第９，５４３，１０９号、第９，４４９，７８１号、第９，４４８，１９０号、および第９，３９０，８８１号に開示されており、これらの各々は参照によりその全体が本明細書に組み込まれる。
特定の実施態様では、試料ステージ１３２は、集束Ｘ線ビーム１２４の少なくとも一部を受けるように位置に試料１３０を保持するように構成され、少なくとも１つのＸ線検出器１４０は試料１３０から蛍光Ｘ線を受けるように構成される（例えば、Ｘ線光学サブシステム１２０の下流および少なくとも１つのＸ線検出器１４０の上流に配置される）。特定の実施態様では、試料ステージ１３２は、本明細書でより完全に説明するように、分析されている試料１３０をｘ－ｙ平面内で（例えば、試料表面に平行に）移動させ、ｚ軸回りに試料１３０を回転させる（例えば、試料表面に垂直であり、入射Ｘ線ビーム１２４によって照射される試料１３０上のスポットと一致することができる）ように構成される。例えば、試料ステージ１３２は、直交する二方向の各々において１００ミリメートル以上の移動範囲を有するｘ－ｙ並進電動サブステージと、少なくとも９０度、少なくとも１８０度、または３６０度以上の回転範囲を有する回転電動サブステージ（例えば、ｘ－ｙ並進電動サブステージの上に）とを備えることができる。特定の実施態様では、試料ステージ１３２は、試料１３０が入射Ｘ線ビーム１２４によって衝突される角度（例えば、入射角）を変えるように構成されたゴニオメータシステム（例えば、シータ－２－シータステージ）を備えることができる。例えば、ゴニオメータシステムは、垂直入射（例えば、９０度）からニアグレージング入射までの範囲内で角度を変えるように構成することができ、Ｘ線源１１０および少なくとも１つの検出器１４０の両方を様々な入射角で試料１３０に対して移動させるように構成することができる。本明細書に記載の特定の実施態様と互換性のあるステージ１３２の例は、（本明細書に記載のものとは異なる他のシステムと併せて）米国特許第９，７１９，９４７号、第９，８７４，５３１号、第１０，３４９，９０８号、第１０，３５２，８８０号明細書に記載されており、これらの各々は参照によりその全体が本明細書に組み込まれる。
特定の実施態様では、少なくとも１つのＸ線検出器１４０は、試料１３０から放出された蛍光Ｘ線の少なくとも一部を検出および測定するように構成される。例えば、少なくとも１つのＸ線検出器１４０は、試料１３０から放出された蛍光Ｘ線を検出し、（例えば、試料１３０の元素分布を示す画像を生成するために）異なるエネルギーを有するＸ線を弁別するように構成されたエネルギー分散型検出器を備えることができる。例えば、少なくとも１つのＸ線検出器１４０は、シリコンドリフト検出器（ＳＤＤ）（例えば、５０ｍｍ２の活性領域を有する）、Ｘ線波長分散分光計、光子計数検出器、ピンダイオード検出器のうちの１つまたは複数を備えることができる。本明細書に記載の特定の実施形態と互換性のあるＸ線検出器１４０の例は、米国特許第９，８７４，５３１号、第９，８２３，２０３号、第９，７１９，９４７号、第９，５９４，０３６号、第９，５７０，２６５号、第９，５４３，１０９号、第９，４４９，７８１号、第９，４４８，１９０号、および第９，３９０，８８１号に記載されており、これらの各々は参照によりその全体が本明細書に組み込まれる。
図３Ａは、生体試料（例えば、脳標本の薄切片）用の従来のシンクロトロンおよび実験室のマイクロＸＲＦＩシステムの例示的な構成を概略的に示す。そのような従来のシステムは、典型的には、大きな入射角（例えば、サンプルまたは試料表面に対して４５～９０度の範囲の入射角θ）で試料に衝突する入射集束Ｘ線ビームを有する。例えば、図３Ａに示すように、入射集束Ｘ線ビームは、試料表面に対して実質的に垂直に入射する。そのような大きな入射Ｘ線ビーム角度は、試料表面上のＸ線ビームの焦点のサイズがＸ線ビームの断面に近いかまたは等しくなるように意図されている。入射ビームと試料表面法線（図３Ａに示すように）とによって規定される散乱平面内の９０度に等しい入射角θの場合、焦点サイズは集束Ｘ線ビームの断面に等しく、４５から９０度の範囲の入射角の場合、焦点サイズはＸ線ビーム断面に近い。従来のシステムは、そのような入射角が試料表面上の焦点サイズを（例えば、１／ｓｉｎθだけ）「拡大」し、それによってシステムの空間分解能を低下させるので、小さな入射角を利用しない。
生体試料の原子番号マトリックスが低い（低Ｚ）ため、Ｘ線はそのような生体試料において大きな侵入深さを有する。この大きな侵入深さは、システムの空間分解能に悪影響を及ぼす可能性があり、これは、マイクロフォーカスＸ線源および優れた集束特性を有するＸ線光学系の使用によって横方向分解能が最大化されたとしても、深さ分解能は依然として非常に粗いためである。さらに、別個の原子要素によって生成される特徴的な蛍光Ｘ線は異なるエネルギーを有し、したがって、厚い試料の場合、より高いエネルギーの蛍光Ｘ線を生成する原子要素は、それらのＸ線が、蛍光Ｘ線が試料の深部で生成される場合であっても試料から逃げるのに十分なエネルギーを有するので、過度に表される。その結果、試料を定量的に正確に把握することが困難となり得る。
本明細書に記載されるように、薄い（例えば、数十ミクロン）試料切片を使用して、大きな侵入深さを補償することができる。例えば、図３Ａの従来のシステムでは、薄い（例えば、５０ミクロンの厚さ）試料を入射集束Ｘ線ビームによって照射することができる。しかしながら、そのような薄い切片による入射Ｘ線の吸収が低いため、入射集束Ｘ線ビーム束の大部分が試料を透過し、測定に寄与せず、蛍光Ｘ線の生成効率が低くなる。
図３Ｂは、本明細書に記載の特定の実施態様による、図３Ａと同じ生体試料１３０（例えば、脳試料の薄切片）を有するシステム１００の例示的な構成を概略的に示す。入射集束Ｘ線ビーム１２４は、試料表面に対してニアグレージング入射角で試料（例えば、分析されている試料）１３０に衝突する。例えば、ニアグレージング入射角は、試料表面に対して小さい入射角θ（例えば、１度～１５度の範囲、２度～４度の範囲、４度～７度の範囲、７度～１４度の範囲、５度未満の範囲）とすることができる。特定のそのような実施態様では、ニアグレージング入射角は、試料１３０の臨界角を超える（例えば、入射Ｘ線ビーム１２４が試料表面から外部に全反射される入射角の範囲内で）。大きな入射Ｘ線ビーム角を使用する構成（例えば、図３Ａ）とは対照的に、試料表面上のＸ線ビーム１２４の焦点のサイズは、Ｘ線ビーム１２４の伝播方向に実質的に垂直な平面内のＸ線ビーム１２４の断面よりも著しく（例えば、１／ｓｉｎθだけ）大きい。しかしながら、試料１３０を通るＸ線ビーム１２４のより長い経路長（例えば、９０度の入射角と比較して３度の入射角で約２０倍）のために、Ｘ線ビーム１２４の入射Ｘ線の大部分が試料１３０によって吸収され、したがって試料１３０内の蛍光Ｘ線の生成に寄与することができる。したがって、本明細書に記載の特定の実施態様は、集束Ｘ線ビーム１２４の大幅に長い経路長に起因して、ニアグレージング入射角を使用して入射集束Ｘ線１２４のより効率的な使用を有利に提供する。
図２および図３Ｂによって概略的に示される例示的なシステム１００は、図３Ａに概略的に示される従来のシステムに対する別の利点を提供する。本明細書に記載されるように、蛍光Ｘ線は試料によって等方的に放射され、従来のＸＲＦＩシステムおよび方法における機械的干渉による制約は、検出器の試料までの最小距離（例えば、図３Ａの従来のシステムを参照されたい）および試料から放射された蛍光Ｘ線の収集立体角を制限する。
そのような従来のＸＲＦＩシステムおよび方法とは対照的に、本明細書に記載の特定の実施態様は、図３Ｂに示すように、検出器１４０の活性要素を試料１３０の表面により近づけ（例えば、約３倍）、かつ実質的に平行にしながら、著しく大きな収集立体角を有利に提供する。図３Ｂに概略的に示す構成では、入射Ｘ線ビーム１２４は、試料１３０の第１の表面に衝突し、少なくとも１つのＸ線検出器１４０の活性要素（例えば、シリコンドリフト検出器）は、試料１３０に実質的に平行に配置され、第１の表面から大きい（例えば、最大）立体角（例えば、０．５ステラジアンより大きい範囲、０．５ステラジアン～２ステラジアンの範囲）で放出された（例えば、第１の表面の同じ照射部分からおよび／または第１の表面の異なる部分から少なくとも１つのＸ線検出器６０によって受けた）蛍光Ｘ線を受ける。結果として、検出器１４０と試料１３０との間のこのようなより小さい距離から生じる検出されたＸＲＦ信号は、物理的干渉問題の緩和に起因して、従来のシステムよりも高い。
特定の実施態様では、システム１００は、（ｉ）蛍光Ｘ線信号（例えば、試料１３０内のＦｅを示す）を効率的に生成するための試料１３０による集束Ｘ線ビーム１２４の効率的な吸収、および／または（ｉｉ）従来のシステムと比較して物理的干渉が低減されたために検出器１４０を試料表面の近くに配置することによる蛍光Ｘ線の検出立体角の増加（例えば、最大化）を提供するために、ニアグレージング入射角（例えば、３度）で試料１３０に入射する集束Ｘ線ビーム１２４（例えば、ペンシルビーム）を有利に利用する。
特定の実施態様では、ニアグレージング入射角幾何学的配置は、入射Ｘ線の効率的な使用を有利に提供する。本明細書に記載の特定の実施態様では、入射角が小さい（例えば、θ＝３度またはニアグレージング入射）場合の薄い試料切片内のＸ線ビーム経路長は、入射角が大きい（例えば、θ＝９０度または垂直入射）場合よりも２０倍長くすることができる。例えば、厚さが４０ミクロンの脳試料の場合、θ＝３度の試料内のＸ線ビーム経路長は８００ミクロンに等しい。８ｋｅＶ入射Ｘ線ビーム１２４の場合、水和脳組織におけるＸ線線形減衰長は約１２００ミクロンである。したがって、３度の入射角を使用した薄い脳切片におけるＦｅ蛍光Ｘ線の結果としての生成は、９０度の入射角の場合よりも最大２０倍大きく、４５度の入射角の場合よりも最大１４倍大きい。
特定の実施態様では、ニアグレージング入射角幾何学的配置は、蛍光Ｘ線を検出するように構成された検出器（例えば、シリコンドリフト検出器またはＳＤＤ）の検出立体角の増加により、スループットの大幅な改善を有利に提供する。例えば、検出器を従来の構成（図３Ａ参照）から試料１３０の真上の位置（例えば、図３Ｂを参照されたい）に移動させることによって、検出器１４０の中心検出素子（例えば、画素）と試料１３０における集束Ｘ線ビーム１２４との間の最小距離を３分の１に縮小することができ、その結果、（立体角は距離の逆二乗としてスケーリングするので）約９倍の蛍光収集の増加をもたらす。
特定の実施態様では、試料１３０内の入射Ｘ線のビーム経路長の増加と検出器１４０の検出立体角の増加との組み合わせにより、スループットが約１８０倍増加する。さらに、ニアグレージング入射角幾何学的配置は、薄い試料中の蛍光Ｘ線の減衰が無視できるため、より正確な微量元素定量化（例えば、Ｆｅ）を有利に提供することができる。特定の実施態様では、従来のシステム（例えば、蛍光カウントに基づく）を使用して約２４時間かかるであろうスキャンは、本明細書に記載の特定の実施態様を使用して、８分に有利に短縮することができる。特定の実施態様では、生物学的に重要な元素であるリンおよび硫黄などの低Ｚ元素の定量化は、蛍光Ｘ線の短い経路長および低い吸収のために、別々にまたは鉄と共に、より良好に定量化することができる。この改善された定量化は、薄い試料切片だけでなく、厚いブロック試料にも適用される。
データ取得
特定の実施態様では、例示的なシステム１００の検出器システム１４０は、本明細書に記載の幾何構成（例えば、図２および３Ｂに示すように）と共にデータ取得および画像再構成方法を使用するように構成される。この方法は、蛍光Ｘ線に利用され、平坦な試料の３Ｄ Ｘ線吸収撮像で使用されるコンピュータ断層撮影（ＣＬ：Computed Laminography）に類似しており、コンピュータ断層撮影（ＣＴ）に対する修正されたアプローチであり、典型的には円筒形の試料（例えば、岩石コア、人体など）により最適である。本明細書でより完全に説明するように、ニアグレージング入射角幾何学的配置（図２および３Ｂを参照されたい）は、データ取得および画像再構成方法と組み合わせて、薄い試料切片に対して高いミクロンスケール３Ｄ分解能を提供することができる。
特定の実施態様では、本方法は、入射Ｘ線ビームに対して試料を多重回転でスキャンするステップ（例えば、ラスタスキャン）と、蛍光Ｘ線を検出するステップとを含み、検出された蛍光Ｘ線に対応する得られたデータを分析（例えば、再構成）するステップをさらに含む。特定の実施態様では、本方法は、ニアグレージング入射角での入射Ｘ線ビームの延長に起因して何らかの方法で低減される散乱平面内の高い空間分解能を提供し、それによってニアグレージング入射角の分解能上の制約を分離する。
図４Ａおよび図４Ｂは、本明細書に記載の特定の実施態様によって試料を分析するために蛍光Ｘ線を使用するための２つの例示的な方法２００、３００の２つのフロー図である。図４Ｂの方法３００は、図４Ａの方法２００の特定の例であると考えることができる。図４Ｃは、本明細書に記載の特定の実施態様による、２Ｄラスタスキャンを用いたデータ収集方式を利用する例示的な方法２００、３００の態様を概略的に示す。検出器１４０は、明確にするために図４Ｃには示されていない。例示的な方法２００は、本明細書に記載の特定の実施態様によるＣＬ－ＸＲＦＩシステムを使用して完全なデータセットを収集するために使用することができる。
図４Ａに示すように、動作ブロック２１０において、方法２００は、試料１３０が入射Ｘ線ビーム１２４に対して第１の回転方向を有する間に、試料１３０を入射Ｘ線ビーム１２４で照射するステップを含む。入射Ｘ線ビーム１２４は、試料１３０の表面に対してニアグレージング入射角を有する。動作ブロック２２０において、方法２００は、試料１３０が第１の回転方向を有する間に、入射Ｘ線ビーム１２４に応答して試料１３０によって生成された蛍光Ｘ線を収集するステップをさらに含む。動作ブロック２３０において、方法２００は、試料１３０が入射Ｘ線ビーム１２４に対して第２の回転方向を有するように、表面に実質的に垂直な方向回りに試料１３０を回転させるステップをさらに含む。第２の回転方向は、第１の回転方向と、ある回転角度だけ異なる。動作ブロック２４０において、方法２００は、試料１３０が第２の回転方向を有する間に、入射Ｘ線ビーム１２４で試料１３０を照射するステップをさらに含む。動作ブロック２５０において、方法２００は、試料１３０が第２の回転方向を有する間に、入射Ｘ線ビーム１２４に応答して試料１３０によって生成された蛍光Ｘ線を収集するステップをさらに含む。
特定の実施態様では、方法２００は、試料１３０が入射Ｘ線ビーム１２４に対して複数の連続する回転方向を有するように、表面に実質的に垂直な方向回りに試料１３０を回転させるステップであって、連続する回転方向は回転角度だけ互いに異なる、ステップと、試料１３０が連続する回転方向の各々を有する間に、入射Ｘ線ビーム１２４で試料１３０を照射し、入射Ｘ線ビーム１２４に応答して試料１３０によって生成された蛍光Ｘ線を収集するステップとをさらに含む。特定のそのような実施態様では、連続する回転方向は、少なくとも３つの回転方向を備え、および／または連続する回転方向は、少なくとも９０度（例えば、少なくとも１８０度）の試料１３０の合計回転を有する。
特定の実施態様では、方法２００は、試料１３０が入射Ｘ線ビーム１２４に対して複数の回転方向を有する間に、試料１３０の第１の位置からの蛍光Ｘ線を収集するために動作ブロック２１０～２５０を複数回実行するステップを含む。特定の実施態様の方法２００は、第１の位置で動作ブロック２１０～２５０を複数回実行した後に、入射Ｘ線ビーム１２４５が試料１３０の第２の位置に衝突するように試料１３０を移動させる（例えば、横方向に）ステップと、入射Ｘ線ビーム１２４が第２の位置に衝突する間に動作ブロック２１０～２５０を再び複数回実行するステップとをさらに含むことができる。特定の実施態様では、試料１３０の移動は、試料１３０の表面に実質的に平行な平面内の二方向の、連続した一連のステップ（例えば、ｘ－ｙ平面内で試料１３０の二次元ラスタスキャンを実行するステップ）として実行することができる。
図４Ｂに示すように、動作ブロック３１０において、方法３００は、試料１３０が入射Ｘ線ビーム１２４に対して第１の回転方向を有する間に、第１の複数の位置で試料１３０を入射Ｘ線ビーム１２４で照射するステップを含む。図４Ｃの上部パネルによって概略的に示すように、入射Ｘ線ビーム１２４は、試料１３０にニアグレージング入射角θ（例えば、試料１３０の表面に対してθ＝３度）で衝突し、ｘ方向に沿って伝播する。ニアグレージング入射角により、入射Ｘ線ビーム１２４は、ｘ方向に沿って１／ｓｉｎ（θ）だけ細長い（例えば、拡大された）照射範囲（例えば、試料１３０における入射Ｘ線ビーム１２４の焦点に対応する）を有する試料１３０の領域を照射する（例えば、入射Ｘ線ビーム１２４によって照射される領域は、幅ｄおよび長さｄ／ｓｉｎ（θ）を有する）。図４Ｃの左下部パネルによって概略的に示されるように、これらの細長い領域は、長手（例えば、長さ）がｘ方向に沿って整列した長方形によって示されている。入射Ｘ線ビーム１２４によって照射される領域の延長は、方向に沿ったスキャン点の数をｓｉｎ（θ）だけ減らすことができる。
特定の実施態様では、第１の複数の位置は、試料１３０が入射Ｘ線ビーム１２４に対して第１の回転方向にある間に、試料１３０の表面に実質的に平行な平面内で二方向に連続する一連のステップ（例えば、ｘ－ｙ平面内で試料１３０の二次元ラスタスキャンを実行するステップ）で試料１３０を（例えば、横方向に）移動させることによって、入射Ｘ線ビーム１２４によって照射される。このようにして、入射Ｘ線ビーム１２４が第１の複数の位置の各位置に衝突するように、試料１３０を移動させることができる。
図４Ｃの上部パネルは、互いに対してｎ番目のスキャン位置（例えば、入射Ｘ線ビーム１２４が第１の複数の位置のうちのｎ番目の位置を照射するように）にあり、かつ、互いに対して（ｎ＋１）番目のスキャン位置（例えば、入射Ｘ線ビーム１２４が第１の複数の位置のうちの第（ｎ＋１）番目の位置を照射するように）にある入射Ｘ線ビーム１２４および試料１３０の側面図（例えば、ｙ方向に沿った図）を概略的に示す。特定の実施態様では、ｘ方向および／またはｙ方向のステップサイズは、（例えば、図４Ｃの上部パネルに概略的に示すように）照射された細長い領域が互いに境界を接するように選択されるが、特定の他の実施態様では、ｘ方向および／またはｙ方向のステップサイズは、照射された細長い領域が所定量だけ互いに重なるように選択される。図４Ｃの左下部パネルは、試料１３０の（例えば、試料表面に垂直なｚ方向に沿った）上面図を概略的に示し、各矩形領域は、第１の複数の位置で入射Ｘ線ビーム１２４によって照射されている対応する細長い領域を表す。
動作ブロック３２０において、方法３００は、第１の複数の位置からの蛍光Ｘ線を検出するステップをさらに含み、蛍光Ｘ線は、第１の複数の位置での入射Ｘ線ビーム１２４による試料１３０の照射に応答して生成される。例えば、検出器１４０は、入射Ｘ線ビーム１２４に対する試料１３０の位置の関数としてＦｅ蛍光Ｘ線を記録するように構成され得る。第１の複数の位置のうちの単一の位置からの検出された蛍光Ｘ線は、単一のデータ点に対応する。特定の実施態様では、蛍光Ｘ線は、図３Ｂに概略的に示すように配置された検出器１４０によって検出される。
動作ブロック３３０において、方法３００は、動作ブロック３１０において第１の複数の位置で試料１３０を照射し、動作ブロック３２０において第１の複数の位置からの蛍光Ｘ線を検出した後、試料が入射Ｘ線ビーム１２４に対して第２の回転方向を有するように、試料１３０の表面に実質的に垂直な方向（例えば、約ｚ方向）回りに試料１３０を回転させるステップであって、第２の回転方向は第１の回転方向と角度Δωだけ異なる、ステップをさらに含む。例えば、角度Δωは、入射Ｘ線ビーム１２４のビーム幅ｄと入射Ｘ線ビーム１２４のビーム長ｄ／ｓｉｎ（θ）との比の半分にほぼ等しくすることができる（例えば、Δω＝ｄ／（２ｄ／ｓｉｎ（θ））＝ｓｉｎ（θ／２）である）。
動作ブロック３４０において、方法３００は、動作ブロック３３０において試料１３０を回転させた後に、試料１３０が入射Ｘ線ビーム１２４に対して第２の回転方向を有する間に、第２の複数の位置で試料１３０を入射Ｘ線ビーム１２４で照射するステップをさらに含む。特定の実施態様では、第２の複数の位置は第１の複数の位置と同じであるが、位置は、試料１３０が異なる回転角度にある間に入射Ｘ線ビーム１２４によって照射される。第２の複数の位置の各位置では、入射Ｘ線ビーム１２４は、照射範囲（例えば、試料１３０における入射Ｘ線ビーム１２４の焦点に対応する）を有する試料１３０の細長い領域を再び照射するが、領域はｘ’方向に沿って１／ｓｉｎ（θ）だけ細長い（例えば、拡大されている）。図４Ｂの右下のパネルは、第１の複数の位置と、第２の回転方向を有するように回転されたｘ方向に沿って細長い領域とを有する試料１３０を概略的に示しているが、明確にするためにｘ’方向に沿って細長い領域を示していない。
特定の実施態様では、第２の複数の位置は、試料１３０が入射Ｘ線ビーム１２４に対して第２の回転方向にある間に、試料１３０の表面に実質的に平行な平面内で二方向に連続する一連のステップ（例えば、ｘ’－ｙ’平面内で試料１３０の二次元ラスタスキャンを実行するステップ）で試料１３０を移動させることによって、入射Ｘ線ビーム１２４によって照射される。このようにして、入射Ｘ線ビーム１２４が第２の複数の位置の各位置に衝突するように、試料１３０を移動させることができる。特定の他の実施態様では、第２の複数の位置を照射するステップは、入射Ｘ線ビーム１２４を試料１３０に対して、検出器１４０の位置の対応する移動（例えば、試料１３０の照射部分に対する検出器１４０の相対位置を維持するために）を伴う一連のステップで移動させるステップを含む。
動作ブロック３５０において、方法３００は、第２の複数の位置からの蛍光Ｘ線を検出するステップをさらに含み、蛍光Ｘ線は、第２の複数の位置での入射Ｘ線ビーム１２４による試料１３０の照射に応答して生成される。例えば、検出器１４０は、入射Ｘ線ビーム１２４に対する試料１３０の位置の関数としてＦｅ蛍光Ｘ線を記録するように構成され得る。第２の複数の位置のうちの単一の位置からの検出された蛍光Ｘ線は、単一のデータ点に対応する。特定の実施態様では、蛍光Ｘ線は、図３Ｂに概略的に示すように配置された検出器１４０によって検出される。
特定の実施態様では、Δω試料回転の総累積角度が１８０度（ラジアンでπ）に達するまで、動作ブロック３４０および３５０が繰り返される（例えば、２Ｄラスタスキャンデータ収集が繰り返される）。したがって、総回転数は、１８０°／Δω＝２π／（ｓｉｎ（θ））に等しい。特定の実施態様では、蛍光Ｘ線信号は、試料１３０がスキャンされている間に連続的に収集される。特定の実施態様では、方法２００および／または方法３００は、従来の方法のポイントごとのデータ収集に関連するオーバーヘッドを回避することによってデータ収集効率を最適化するために使用される。
特定の実施態様では、方法２００および／または方法３００は、試料１３０が第１の回転方向を有する間に収集された蛍光Ｘ線をエネルギー分解するステップと、試料１３０が第２の回転方向を有する間に収集された蛍光Ｘ線をエネルギー分解するステップとをさらに含む。特定の実施態様では、方法２００および／または方法３００は、試料１３０が連続する回転方向の各々を有する間に収集された蛍光Ｘ線をエネルギー分解するステップをさらに含む。特定の実施態様では、方法２００および／または方法３００は、第１の複数の位置が照射されている間に収集された蛍光Ｘ線をエネルギー分解するステップと、第２の複数の位置が照射されている間に収集された蛍光Ｘ線をエネルギー分解するステップとをさらに含む。
特定の実施態様では、方法２００および／または方法３００は、試料１３０内の微量元素分布（例えば、Ｆｅ分布）の２次元画像を生成するために、収集された（例えば、動作ブロック２２０、２５０、３２０および３５０で収集された）蛍光Ｘ線データの再構成をさらに含む（例えば、セクション８．５．２を含む、Ｃｈｒｉｓ Ｊａｃｏｂｓｅｎによる「Ｘ－Ｒａｙ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ」（２０１９年ケンブリッジ大学出版局）を参照されたい）。そのような再構成は、従来の吸収ＣＴ再構成における単一のスライスの画像再構成と同様の方法で実行することができる。例えば、図５に概略的に示すように、（例えば、図５の下側水平矢印によって示されるように）Ｘ線ビーム経路に沿った総蓄積蛍光Ｘ線信号は、Ｘ線ビーム経路に沿ったすべてのピクセルに等しく分布するものとして扱われる。この等価性により、ＳＩＲＴアルゴリズムなどのＣＴのために開発された多くの画像再構成技術を、本明細書に記載の特定の実施態様で使用するために適合および最適化することができる。特定の実施態様では、入射したニアグレージング入射Ｘ線ビーム１２４に対する試料１３０の様々な回転方向で収集された蛍光Ｘ線データを使用する再構成は、ニアグレージング入射角およびそれに伴うスポットサイズの増加に起因して、ニアグレージング入射角から（例えば、１／ｓｉｎθだけ）失われる空間（例えば、横方向の）分解能を回復するように構成される。例えば、再構成は、異なる回転角度のデータを組み合わせることによって信号生成スポットを三角測量することを備え、それによって空間分解能を改善することができる。
図６Ａ～図６Ｃは、本明細書に記載の特定の実施態様と互換性がある様々な例示的なスキャンモードを概略的に示す。図６Ａは、本明細書に記載の特定の実施態様によるデータ取得の「段階的スキャン」モードの２つの例を概略的に示す。このスキャンモードでは、側面（例えば、試料表面に実質的に平行）における試料１３０の複数の段階的スキャンが実行され、試料１３０は各ラスタスキャン後に（例えば、試料表面に対して実質的に垂直な軸を中心に）回転される。特定のそのような実施態様では、蛍光Ｘ線データの良好な統計値を取得するために、各ステップが実行されている間にデータ取得が一時停止される（例えば、試料が静止している間にデータ取得が実行される）ステップ取得ステップスキャンを使用することができる。図６Ａに示すように、段階的スキャンはラスタスキャン（左パネル）とすることができ、または段階的スキャンは蛇行（右パネル）とすることができる。
図６Ｂは、本明細書に記載の特定の実施態様によるデータ取得の「フライスキャン」モードの２つの例を概略的に示す。このスキャンモードでは、入射Ｘ線ビーム１２４に対して試料１３０を移動させながら、データが連続的に取得される（例えば、一時停止なし、広い視野で）。図６Ｂに示すように、フライスキャンはラスタスキャン（左パネル）とすることができ、またはフライスキャンは蛇行（右パネル）とすることができる。
図６Ｃは、本明細書に記載の特定の実施態様によるデータ取得の「横断および回転スキャン」モードの２つの例を概略的に示す。このスキャンモードは、高速であり、対象の試料１３０の小さな領域に対して小さな視野で使用することができ、光学顕微鏡は、粗位置合わせおよび対象の領域を見つけるために使用することができる。このスキャンモードでは、入射Ｘ線ビーム１２４は試料１３０を横断し、試料１３０は同時に回転して、連続的または織り交ぜられたステップのいずれかで小さなデータセットを取得する。
ＸＲＦ信号
特定の実施態様では、少なくとも１つの検出器１４０は、試料１３０によって放出された蛍光Ｘ線信号を検出するように構成され、蛍光Ｘ線信号の強度が推定され得る。例えば、検出されたＦｅの蛍光Ｘ線信号（Ｆｉ）は、以下によって近似的に表すことができる。
Figure 0007182749000001
式中、Ｆは入射Ｘ線束であり、σは８ｋｅＶでのＦｅの蛍光Ｘ線断面であり、Ｎは試料１３０（例えば、脳試料）の照射体積中のＦｅ原子の数であり、Ωは少なくとも１つの検出器１４０のステラジアンでの立体角であり、ξは損失（例えば、試料１３０内での集束Ｘ線ビーム１２４の減衰、試料１３０内の生成点から検出器１４０までのＦｅ蛍光Ｘ線の減衰、および検出器検出効率）を考慮に入れるパラメータである。このパラメータξは、試料１３０の低Ｚ元素による蛍光Ｘ線のごくわずかな吸収に起因してこれらの損失が小さいため、また、ＦｅのＫ線蛍光Ｘ線のＳＳＤ検出効率が１００％に近いため、薄い脳切片のＦｅを撮像する場合は１と近似することができる。
入射集束Ｘ線束Ｆは、Ｘ線源輝度Ｂ（例えば、試料１３０を照射する単位面積当たりおよび単位立体角当たりのＸ線の数）と、集束Ｘ線ビーム１２４の位相空間の二乗との積であり、これは、焦点サイズＬとＸ線光学サブシステム１２０の開口数ＮＡの２倍（収集立体角）との積に等しい。
Figure 0007182749000002
ここで、０．５の係数は、反射されていないＸ線を除去するために２つの放物面ミラー１２２上に中央ビームストップを使用することによる損失を説明する。Ｘ線源１１０のＢ＝１．３×１０１０／ｓ／ｍｒａｄ２／ｍｍ２、Ｌ＝３０ミクロン、およびＮＡ＝１４ミリラジアンの値を使用すると、入射集束Ｘ線束Ｆは２．８×１０９のＸ線／ｓ／（３０μｍ）２に等しい。
試料１３０の照射体積中のＦｅ原子の数Ｎは、約２ｐｐｍのＦｅの平均濃度（２＊１０－６）と集束Ｘ線ビーム１２４による照射体積中の原子の総数との積にほぼ等しく、これは１０１１＊π＊（Ｌ／２）２＊ｔ／ｓｉｎ（３ｏ）にほぼ等しく、ここで１０１１はμｍ３当たりの原子の数である（例えば、各原子が１０Å３の体積を占め、ｔがμｍにおける試料１３０の厚さであると仮定する）。ｔ＝４０ミクロンの場合、Ｆｅ原子の数Ｎは１．１×１０１１に等しいと推定することができる。上記のＦおよびＮの計算値、８ｋｅＶでのＦｅ蛍光断面のσ＝７．３９＊１０－２１ｃｍ２、およびΩ＝１．２（４πの１０％）ステラジアンを使用して、エネルギー分散型検出器１４０によって検出されたＦｅの光線蛍光信号は、３０μｍの集束ビームサイズで１ｐｐｍのＦｅ濃度を有する４０ミクロン厚の脳組織試料１３０について、Ｆｉ＝２．４×１０４／ｓであると推定することができる。
５ミリ秒の取得時間で、約９００ ＦｅＫａ蛍光Ｘ線（Ｆｉ）を検出することができ、２．５％
Figure 0007182749000003
の精度を与え、これはＦｅの定量化に十分である。取得点あたり５ｍｓを使用すると、総収集時間は、各回転の取得点の総数と、回転数と、取得時間との積であると推定することができ、２５０＊１３＊１２５＊５ｍｓ＝２．０×１０３秒、すなわち０．５６時間（３３．６分）となる。
特定の実施態様では、システム１００は、９０度の入射角と比較して、３度の入射角で１８０倍のＸＲＦデータ収集速度（例えば、信号レート）利得の７５％超を有利に提供する。例えば、従来のシステムは、シリコンウェハ上のＣｏ膜の単原子層を３０μｍの焦点で測定することができ、測定精度は２５０秒で１．４％より良好であり、毎秒約３０個のＣｏ蛍光Ｘ線を収集する。本明細書に記載の特定の実施態様では、例示的なシステム１００は、入射角を９０度から３度に変更することによって、１８０倍から５．４＊１０３／ｓに増加するＣｏ蛍光計数率を達成することができる。Ｃｏ蛍光計数率は、本明細書に記載の特定の実施態様による例示的なシステム１００で達成される推定Ｆｅ蛍光計数よりも２倍だけ低いことに留意されたい。
図７は、本明細書に記載の特定の実施態様による、約２ｐｐｍの相対濃度の微量元素を含む脳組織の４０μｍ切片をシミュレートする例示的なモデル試料４００（例えば、ファントム）の側面図および上面図を概略的に示す。例示的なモデル試料４００のパターンニングされた領域の直径は、１．５センチメートルである。モデル試料４００は、約１０ｍｍの開口直径を有するプラスチックワッシャ上に張られた厚さ４０μｍのポリイミド上に厚さ２０μｍのポリイミドを介して約１原子厚のＦｅを堆積させることによって製造され得る。パターニングされたＦｅ層は、２つのポリイミド層の間に挟まれ得る。確立された厚さ較正手順を有するスパッタリングシステムを使用してＦｅ層を堆積させることができる。２つのポリイミド層中のＦｅの相対濃度は、約４ｐｐｍ（約１．５Å／４０μｍ）にほぼ等しくすることができる。モデル試料４００は、ＸＲＦ速度利得を実証するために、２つの入射角（例えば、３度および９０度）でモデル試料４００からのＦｅ ＸＲＦ信号を測定および収集するために使用され得る。
「ｃａｎ」、「ｃｏｕｌｄ」、「ｍｉｇｈｔ」、または「ｍａｙ」などの条件付き言語は、特に明記しない限り、または使用される文脈内で他の意味で理解されない限り、一般に、特定の実施態様は特定の特徴、要素、および／またはステップを含むが、他の実施態様は含まないことを伝えることを意図している。したがって、そのような条件付き言語は、一般に、特徴、要素、および／またはステップが１つまたは複数の実装に何らかの形で必要とされることを意味するようには意図されていない。
句「Ｘ、ＹおよびＺのうちの少なくとも１つ」などの接続語は、特に明記しない限り、アイテム、用語などがＸ、Ｙ、またはＺのいずれかであり得ることを伝えるために一般に使用される文脈内で理解されるべきである。したがって、そのような接続語は、一般に、特定の実施態様がＸのうちの少なくとも１つ、Ｙのうちの少なくとも１つ、およびＺのうちの少なくとも１つの存在を必要とすることを意味するようには意図されていない。
用語「およそ」、「約」、「一般に」、および「実質的に」などの本明細書で使用される程度の言語は、依然として所望の機能を実行するか、または所望の結果を達成する、記載された値、量、または特性に近い値、量、または特性を表す。例えば、「およそ」、「約」、「一般に」、および「実質的に」という用語は、記載された量の±１０％以内、±５％以内、±２％以内、±１％以内、または±０．１％以内の量を指し得る。別の例として、「ほぼ平行」および「実質的に平行」という用語は、正確に平行から±１０度、±５度、±２度、±１度、または±０．１度逸脱する値、量、または特性を指し、「ほぼ垂直」および「実質的に垂直」という用語は、正確に垂直から±１０度、±５度、±２度、±１度、または±０．１度逸脱する値、量、または特性を指す。
以上、種々の構成について説明した。本発明をこれらの特定の構成を参照して説明してきたが、説明は本発明を例示することを意図しており、限定することを意図していない。本発明の真の精神および範囲から逸脱することなく、当業者には様々な修正および応用が思い浮かぶであろう。したがって、例えば、本明細書に開示された任意の方法またはプロセスにおいて、方法／プロセスを構成する行為または動作は、任意の適切な順序で実行されてもよく、必ずしも任意の特定の開示された順序に限定されない。上述した様々な実施態様および例からの特徴または要素を互いに組み合わせて、本明細書に開示された実施態様と互換性のある代替構成を生成することができる。実施態様の様々な態様および利点が、必要に応じて記載されている。そのような態様または利点のすべてが、任意の特定の実施態様に従って必ずしも達成されるとは限らないことを理解されたい。したがって、例えば、様々な実施態様は、本明細書で教示または示唆され得るような他の態様または利点を必ずしも達成することなく、本明細書で教示されるような１つの利点または利点群を達成または最適化するように実行され得ることが認識されるべきである。

Claims (21)

  1. 蛍光Ｘ線を用いて試料を分析する方法であって、
    試料が入射Ｘ線ビームに対して第１の回転方向を有する間に、前記入射Ｘ線ビームで前記試料を照射するステップであって、前記入射Ｘ線ビームは、前記試料の表面に対してニアグレージング入射角を有し、前記ニアグレージング入射角は、前記試料の前記表面に対して１度～１５度の範囲内である、ステップと、
    前記試料が前記第１の回転方向を有する間に、前記入射Ｘ線ビームに応答して前記試料によって生成された蛍光Ｘ線を収集するステップと、
    前記試料が前記入射Ｘ線ビームに対して一連の回転方向を有するように、前記試料の前記表面に実質的に垂直な方向を回りに前記試料を回転させるステップであって、前記一連の回転方向は回転角度だけ互いに異なる、ステップと、
    前記試料が前記一連の回転方向のうちの各回転方向を有する間に、前記入射Ｘ線ビームで前記試料を照射するステップと、
    前記入射Ｘ線ビームに応答して前記試料によって生成された蛍光Ｘ線を収集するステップとを含む、方法。
  2. 前記ニアグレージング入射角は、前記試料の臨界角よりも大きい、請求項１に記載の方法。
  3. 試料が第１の回転方向を有する間に入射Ｘ線ビームで前記試料を照射する前記ステップは、前記試料の前記表面に実質的に平行な少なくとも１つの方向において５０ミクロン以下のスポットサイズで前記試料に前記入射Ｘ線ビームを集束させるステップを含み、
    前記試料が各一連の回転方向を有する間に前記入射Ｘ線ビームで前記試料を照射する前記ステップは、前記試料の前記表面に実質的に平行な少なくとも１つの方向において５０ミクロン以下のスポットサイズで前記試料に前記入射Ｘ線ビームを集束させるステップを含む、請求項１に記載の方法。
  4. 前記試料が前記第１の回転方向を有する間に収集された前記蛍光Ｘ線をエネルギー分解するステップと、前記試料が前記一連の回転方向のうちの各回転方向を有する間に収集された前記蛍光Ｘ線をエネルギー分解するステップとをさらに含む、請求項１に記載の方法。
  5. 前記回転角度は、０．５＊ｓｉｎ（θ）とｓｉｎ（θ）との間の範囲内であり、ここで、θは、前記ニアグレージング入射角である、請求項１に記載の方法。
  6. 前記試料が前記一連の回転方向のうちの各回転方向を有する間に収集された前記蛍光Ｘ線をエネルギー分解するステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。
  7. 前記一連の回転方向は、少なくとも３つの回転方向を備える、請求項１に記載の方法。
  8. 前記一連の回転方向は、少なくとも１８０度の前記試料の合計回転を有する、請求項１に記載の方法。
  9. 前記試料が前記入射Ｘ線ビームに対して前記第１の回転方向を有する間に前記入射Ｘ線ビームで前記試料を照射する前記ステップは、第１の複数の位置で前記入射Ｘ線ビームで前記試料を照射するステップを含み、
    前記試料が前記入射Ｘ線ビームに対して前記一連の回転方向のうちの各回転方向を有する間に前記入射Ｘ線ビームで前記試料を照射する前記ステップは、第２の複数の位置で前記入射Ｘ線ビームで前記試料を照射するステップを含む、請求項１に記載の方法。
  10. 前記第１の複数の位置で前記入射Ｘ線ビームで前記試料を照射する前記ステップは、前記試料が前記入射Ｘ線ビームに対して前記第１の回転方向を有する間に前記入射Ｘ線ビームが前記第１の複数の位置の各位置に衝突するように、連続した一連のステップで前記試料の前記表面に実質的に平行な平面内で二方向に前記試料を移動させるステップを含み、
    前記第２の複数の位置で前記入射Ｘ線ビームで前記試料を照射する前記ステップは、前記試料が前記入射Ｘ線ビームに対して前記一連の回転方向を有する間に前記入射Ｘ線ビームが前記第２の複数の位置の各位置に衝突するように、連続した一連のステップで前記試料の前記表面に実質的に平行な前記平面内で二方向に前記試料を移動させるステップを含む、請求項９に記載の方法。
  11. 前記試料が前記入射Ｘ線ビームに対して前記第１の回転方向を有する間に前記入射Ｘ線ビームで前記試料を照射する前記ステップは、第１の位置で前記入射Ｘ線ビームで前記試料を照射するステップを含み、
    前記試料が前記入射Ｘ線ビームに対して前記一連の回転方向のうちの各回転方向を有する間に前記入射Ｘ線ビームで前記試料を照射する前記ステップは、前記第１の位置で前記入射Ｘ線ビームで前記試料を照射するステップを含む、請求項１に記載の方法。
  12. 前記入射Ｘ線ビームが前記第１の位置とは異なる第２の位置に衝突するように、前記試料を前記試料の前記表面に実質的に平行な平面内で並進させるステップと、
    前記入射Ｘ線ビームに対して前記第１の回転方向を有する前記試料を用いて前記第２の位置の前記入射Ｘ線ビームで前記試料を照射するステップと、
    前記試料が前記入射Ｘ線ビームに対して前記第１の回転方向を有する前記第２の位置にある間に、前記入射Ｘ線ビームに応答して前記試料によって生成された蛍光Ｘ線を収集するステップと、
    前記入射Ｘ線ビームに対して前記一連の回転方向のうちの各回転方向を有する前記試料を用いて前記第２の位置の前記入射Ｘ線ビームで前記試料を照射するステップと、
    前記試料が前記入射Ｘ線ビームに対して前記一連の回転方向を有する前記第２の位置にある間に、前記入射Ｘ線ビームに応答して前記試料によって生成された蛍光Ｘ線を収集するステップとをさらに含む、請求項１１に記載の方法。
  13. 複数の回転方向で収集された前記蛍光Ｘ線を示すデータを生成するステップと、前記試料中の微量元素の分布の二次元画像を生成するために前記データを再構成するステップとをさらに含む、請求項１に記載の方法。
  14. 試料の蛍光Ｘ線分析のためのシステムであって、
    Ｘ線を生成するように構成されたＸ線源と、
    前記Ｘ線源からＸ線を受け、前記受けたＸ線の少なくとも一部をＸ線ビームとして導いて試料を照射するように構成されたＸ線光学サブシステムであって、前記Ｘ線ビームは、前記試料の表面に対してニアグレージング入射角を有し、前記ニアグレージング入射角は、前記試料の前記表面に対して１度から１５度の範囲内である、Ｘ線光学サブシステムと、
    前記試料を支持し、前記試料の前記表面に平行な平面内で前記試料を移動させ、前記試料が前記Ｘ線ビームに対して回転角度だけ互いに異なる一連の回転方向を有するように、前記試料の前記表面に垂直な方向回りに前記試料を回転させるように構成された試料ステージと、
    前記試料が前記一連の回転方向の各々を有し、前記Ｘ線ビームによって照射されている間に、前記Ｘ線ビームに応答して前記試料の前記表面から放出された少なくとも一部の蛍光Ｘ線を測定するように構成された少なくとも１つのエネルギー弁別検出器とを備える、システム。
  15. 前記ニアグレージング入射角は、前記試料の臨界角よりも大きい、請求項１４に記載のシステム。
  16. 前記Ｘ線光学サブシステムは、二次反射面プロファイルを有する少なくとも１つのＸ線反射器を備える、請求項１４に記載のシステム。
  17. 前記少なくとも１つのＸ線反射器は、前記Ｘ線源から前記Ｘ線を受け、前記Ｘ線の少なくとも一部を前記試料内または前記試料上の焦点で前記Ｘ線ビームに集束させるように構成された一対の放物面Ｘ線光学系を備える、請求項１６に記載のシステム。
  18. 前記Ｘ線光学サブシステムは、１５ミリメートル以上の作動距離を有する、請求項１４に記載のシステム。
  19. 前記試料ステージは、前記試料を少なくとも９０度回転させるように構成される、請求項１４に記載のシステム。
  20. 前記少なくとも１つのエネルギー弁別検出器は、前記試料の前記表面に実質的に平行に配置された活性要素を備える、請求項１４に記載のシステム。
  21. 前記Ｘ線源は、電子衝撃に応答してＸ線を生成するように構成された複数のターゲット材料を備え、前記複数のターゲット材料の前記生成されたＸ線は、対応するスペクトル特性を有する、請求項１４に記載のシステム。
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