三维束形成X射线源制造技术

三维束形成X射线源包括电子束发生器(EBG)以产生电子束。靶元件设置在距EBG预定距离处并且定位成拦截电子束。靶元件响应于电子束以产生X射线辐射。束形成器靠近靶元件设置，并且包括与X射线辐射相互作用的材料以形成X射线束。EBG控制系统通过选择性地改变电子束与靶元件相交的位置来控制X射线束的束图案和方向中的至少一个，以控制X射线辐射与束形成器的相互作用。

Three dimensional beam forming X-ray source

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】三维束形成X射线源相关申请的交叉引用本申请要求2017年3月31日提交的美国临时专利申请No.62/479,455的权益，该临时专利申请通过引用整体并入本文。
本公开的
包括X射线电磁辐射源，并且更具体地涉及紧凑的X射线电磁辐射源。
技术介绍
X射线广泛用于医学领域中的各种目的，如放射治疗。传统的X射线源包括真空管，该真空管包含阴极和阳极。在阴极和阳极之间施加50kV至250kV的非常高的电压，并且将相对低的电压施加到灯丝以加热阴极。灯丝产生电子(通过热电子发射、场发射或类似手段)并且通常由钨或一些其他合适的材料形成，如钼、银或碳纳米管。阴极和阳极之间的高电压电势使电子以非常高的速度从阴极流过真空到阳极。X射线源还包括被高能电子轰击的靶结构。包含靶的材料可以根据要生产的所需X射线类型而变化。有时将钨和金用于此目的。当电子在阳极的靶材料中减速时，它们产生X射线。放射治疗技术可以涉及使用称为外束放射治疗(externalbeamradiotherapy,EBRT)的技术的外部传输的辐射剂量。有时也会使用术中放射治疗(intraoperativeradiotherapy,IORT)。IORT涉及在切除手术期间肿瘤床被暴露并且可接近时将治疗水平的辐射应用于该区域。IORT的好处在于它允许将高剂量的辐射以所需的组织深度精确地传输到目标区域，并且对周围健康组织的暴露最小。最常用于IORT目的的X射线辐射的波长对应于一种有时被称为荧光X射线、特征X射线或轫致辐射X射线的X射线辐射。微型X射线源具有对IORT有效的潜力。尽管如此，已发现有时用于此目的的非常小的传统X射线源具有某些缺点。一个问题是微型X射线源非常昂贵。第二个问题是它们的使用寿命非常有限。这种有限的使用寿命通常意味着在用于对有限数量的患者进行IORT之后必须更换X射线源。此限制增加了与IORT过程相关的费用。第三个问题是非常小的X射线源可用的适度高电压对于期望的治疗效果可能不是最佳的。第四个问题是它们的辐射特征在IORT环境中难以控制，使得它们不很适合于适形放射治疗。
技术实现思路
本文涉及用于控制电子束的方法和系统。该方法包括产生电子束和将靶元件定位在电子束的路径中。X射线辐射是作为电子束与靶元件相互作用的结果产生的。使X射线辐射与设置在靶元件附近的束形成器结构相互作用来形成X射线束。通过选择性地改变电子束与靶元件相交的位置来控制X射线束的束图案和方向中的至少一个，以便确定X射线辐射与束形成器结构的相互作用。可以通过用电子束转向单元使电子束转向来控制电子束与靶元件相交的位置。根据一个方面，可以引导被转向的电子束穿过封闭的漂移管的伸长长度。漂移管保持在真空压力以使电子束的衰减最小化。允许电子束在穿过漂移管后与靶元件相互作用。根据一个方面，通过用束形成器结构吸收一部分X射线辐射来利于与X射线束控制相关的某些操作。例如，可以改变或控制电子束与靶元件相交的位置，以间接控制X射线束被束形成器吸收的部分。在本文公开的一些方案中，束形成器可包括至少一个屏蔽壁。屏蔽壁可以布置成至少部分地将靶元件分成多个靶元件区段(segment)或扇区(sector)。此外，一个或多个屏蔽壁可用于形成多个屏蔽隔室。每个这样的屏蔽隔室可以布置成，当电子束和与屏蔽隔室相关联的靶元件扇区或区段相交时，至少部分地限制X射线辐射发射的方向范围。从前述内容可以理解，该方法可以包括通过控制电子束使其选择性地在一个或多个靶元件扇区中与靶元件相交来控制束方向和形状。通过选择性地选择电子束在特定一个靶元件扇区内与靶元件相交的位置，可以进一步控制束图案。根据另一方面，该方法可以包括通过选择性地改变电子束与一个或多个靶元件扇区相交时使用的EBG电压和电子束驻留时间中的至少一个来选择性地控制X射线束在一个或多个不同方向上传输的X射线剂量。本文还涉及一种X射线源。该X射线源包括电子束发生器(EBG)，该EBG被配置为产生电子束。靶元件设置在距EBG预定距离处并且定位成拦截电子束。漂移管设置在EBG和靶元件之间。EBG被配置为使电子束穿过保持在真空压力的漂移管的封闭的伸长长度。靶元件由响应电子束的材料形成，以在电子束与靶元件相交时利于X射线辐射的产生。束形成器结构靠近靶元件设置并且包括与X射线辐射相互作用的材料以形成X射线束。EBG控制系统通过选择性地改变电子束与靶元件相交的位置来选择性地控制X射线束的束图案和方向中的至少一个。在本文公开的一些方案中，EBG控制系统被配置为通过用电子束转向单元使电子束转向来选择性地改变电子束与靶相交的位置。束形成器包括高Z材料，该高Z材料被配置为吸收一部分X射线辐射以利于X射线束的形成。EBG控制系统被配置为通过选择性地改变电子束与靶元件相交的位置来间接控制X射线束被束形成器吸收的部分。根据一个方面，束形成器包括至少一个屏蔽壁。一个或多个屏蔽壁布置成至少部分地将靶元件分成多个靶元件扇区或区段。这样，一个或多个屏蔽壁可以限定多个屏蔽隔室。每个屏蔽隔室被配置为，当电子束和与特定屏蔽隔室相关联的靶元件扇区相交时，至少部分地限制X射线辐射可以辐射的方向范围。利用本文描述的X射线源，EBG控制系统可以被配置为通过控制多个靶元件扇区中的哪个与电子束相交来确定X射线束的方向。EBG控制系统还被配置为通过选择性地控制一个或多个靶元件扇区内电子束与靶元件相交的位置来控制束图案。根据另一方面，EBG控制系统被配置为选择性地控制由X射线束在由靶元件扇区限定的一个或多个不同方向上传输的X射线剂量。它通过选择性地改变电子束与一个或多个靶元件扇区相交时施加的EBG电压和电子束驻留时间中的至少一个来实现该结果。附图说明通过以下附图来利于本公开，其中相同的附图标记在所有附图中表示相同的项目，并且其中：图1是X射线源的透视图，其中一些结构被部分地切除示出以利于更能理解。图2是图1的一部分的放大图，示出了电子束发生器的某些细节。图3是图2的一部分的放大视图，示出了电子束发生器的某些细节。图4是X射线发射方向受控靶组件(DCTA)的放大透视图，用于理解图1的X射线源。图5是图4中的DCTA的端视图。图6是图4中的DCTA的放大图，用于理解X射线束形成操作。图7是用于理解图1的X射线源中的X射线束形成操作的图。图8是示出本文公开的X射线靶的某些细节的横截面图。图9、10和11是用于理解第一替代X射线DCTA配置的一系列图。图12是第二替代DCTA配置。图13是第三替代DCTA配置。图14是第四替代DCTA配置。图15是第五替代DCTA配置。图16A-16B是用于理解第六替代DCTA配置和组装过程的一系列图。图17A和17B是用于理解第七替代DCTA配置和组装过程的一系列图。图18是用于理解第八替代DCTA配置的图。图19是用于理解第九替代DCTA配置的图。图20是用于理解图1中的X射线源的控制系统的框图。图21A-21C是用于理解如何可以选择性地控制X射线束的一系列图。图22是用于理解如何可以在IORT过程中使用本文所述的X射线源的图。图23是示出DCTA的冷却装置的横截面图。图24是沿着图23中的线24-24的横截面图。图25A-25D是用于理解如本文所述的用于控制DCTA中的束宽度的技术的一系列图。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于控制X射线辐射的方法，包括：产生电子束；将靶元件定位在所述电子束的路径中；作为所述电子束与所述靶元件相互作用的结果，产生X射线辐射；使所述X射线辐射与设置在所述靶元件附近的束形成器结构相互作用以形成X射线束；和通过选择性地改变所述电子束与所述靶元件相交的位置来控制所述X射线束的束图案和方向中的至少一个，以确定所述X射线辐射与所述束形成器结构的相互作用。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2017.03.31 US 62/479,4551.一种用于控制X射线辐射的方法，包括：产生电子束；将靶元件定位在所述电子束的路径中；作为所述电子束与所述靶元件相互作用的结果，产生X射线辐射；使所述X射线辐射与设置在所述靶元件附近的束形成器结构相互作用以形成X射线束；和通过选择性地改变所述电子束与所述靶元件相交的位置来控制所述X射线束的束图案和方向中的至少一个，以确定所述X射线辐射与所述束形成器结构的相互作用。2.根据权利要求1所述的方法，还包括通过用电子束转向单元使所述电子束转向来选择性地改变所述位置。3.根据权利要求1所述的方法，还包括在允许所述电子束与所述靶元件相互作用之前，引导所述电子束穿过保持在真空压力的封闭的漂移管的伸长长度。4.根据权利要求1所述的方法，其中通过用所述束形成器吸收所述X射线辐射的一部分来利于所述控制操作。5.根据权利要求4所述的方法，其中选择性地改变所述位置用于间接地控制由所述束形成器吸收的所述X射线束的所述部分。6.根据权利要求4所述的方法，还包括使用所述束形成器的至少一个屏蔽壁，将所述靶元件至少部分地分成多个靶元件扇区。7.根据权利要求6所述的方法，还包括使用所述至少一个屏蔽壁来形成屏蔽隔室，所述屏蔽隔室，当所述电子束和与所述屏蔽隔室相关联的所述靶元件扇区相交时，至少部分地限制所述X射线辐射的辐射方向的范围。8.根据权利要求6所述的方法，还包括通过控制所述电子束以在一个或多个所述靶元件扇区中选择性地与所述靶元件相交来确定所述方向。9.根据权利要求8所述的方法，还包括通过选择性地选择所述电子束在所述靶元件扇区中的特定一个内与所述靶元件相交的位置来控制所述束图案。10.根据权利要求8所述的方法，还包括通过选择性地改变当所述电子束与一个或多个所述靶元件扇区相交时使用的EBG电压和电子束停留时间中的至少一个来选择性地控制由所述X射线束在一个或多个不同方向传输的X射线剂量。11.根据权利要求1所述的方法，还包括选择所述靶元件，以包括设置在基底上的一层靶材料。12.根据权利要求11所述的方法，其中所述基底包括金刚石。13.一种X射线源，包括：电子束发生器EBG，其被配置为产生电子束；靶元件，其设置在距所述EBG预定距离处并且定位成拦截所述电子束，所述靶元件响应于所述电子束以产生X射线辐射；束形成器，其设置在所述靶元件附近，并且包括与所述X射线辐射相互作用的材料以形成X射线束；和EBG控制系统，其被配置为通过选择性地改变所述电子束与所述靶元件相交的位置来选择性地控制所述X射线束的束图案和方向中的至少一个，以确定所述X射线辐射与所述束形成器结构的相互作用。14.根据权利要求13所述的X射线源，其中所述EBG控制系统被配置为通过利用电子束转向单元使所述电子束转向来选择性地改变所述位置。15.根据权利要求13所述的X射线源，还包括设置在所述EBG和所述靶元件之间的漂移管，所述EBG被配置为使所述电子束穿过保持在真空压力的所述漂移管的封闭的伸长长度。16.根据权利要求13所述的X射线源，其中所述束形成器包括高Z材料，所述高Z材料被配置为吸收所述X射线辐射的一部分以利于所述X射线束的形成。17.根据权利要求16所述的X射线源，其中所述EBG控制系统通过选择性地改变所述电子束与所述靶元件相交的位置来间接地控制由所述束形成器吸收的所述X射线束的所述部分。18.根据权利要求16所述的X射线源，其中所述束形成器包...

【专利技术属性】
技术研发人员：卡尔曼·费什曼，布莱恩·帕特里克·威尔弗莱，克里斯托弗·W·埃勒诺，唐纳德·奥尔加多，顾纯元，托比亚斯·芬克，佩特·瓦塔霍夫，克里斯托弗·R·米切尔，
申请(专利权)人：胜赛斯医疗有限责任公司，
类型：发明
国别省市：美国,US