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KR20190133020A - 3차원 빔 형성 x-레이 소스 - Google Patents

3차원 빔 형성 x-레이 소스 Download PDF

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KR20190133020A
KR20190133020A KR1020197030722A KR20197030722A KR20190133020A KR 20190133020 A KR20190133020 A KR 20190133020A KR 1020197030722 A KR1020197030722 A KR 1020197030722A KR 20197030722 A KR20197030722 A KR 20197030722A KR 20190133020 A KR20190133020 A KR 20190133020A
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ebg
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칼만 피쉬맨
브리안 패트릭 윌플레이
크리스토버 더블유. 엘리노어
도날드 올가도
천-유안 쿠
토비아스 펑크
페트레 바타홉
크리스토퍼 알. 미첼
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센서스 헬스케어 인코포레이티드
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Abstract

3차원 빔 형성 X-레이 소스는 전자 빔을 발생시키기 위한 전자 빔 발생기(EBG)를 포함한다. 타겟 엘리먼트는 EBG로부터 소정의 거리에 배치되고 전자 빔을 가로막도록 위치된다. 타겟 엘리먼트는 X-레이 방사선을 발생시키기 위해 전자 빔에 응답한다. 빔 형성기는 타겟 엘리먼트에 근접하여 배치되고 X-레이 빔을 형성하도록 X-레이 방사선과 상호작용하는 재료로 구성된다. EBG 제어 시스템은 빔 형성기와 X-레이 방사선과의 상호작용을 제어하기 위해 전자 빔이 타겟 엘리먼트와 교차하는 위치를 선택적으로 변경시키는 것에 의해 빔 패턴 및 X-레이 빔의 방향 중 적어도 하나를 제어한다.

Description

3차원 빔 형성 X-레이 소스
본 출원은 여기서 그 전체가 참조로서 통합되는 2017년 3월 31일에 출원된 미국 특허 가출원 제62/479,455호의 이점을 주장한다.
본 개시의 기술 분야는 X-레이 전자기 방사의 소스(sources of X-ray electromagnetic radiation)를 구비하고, 특히 X-레이 전자기 방사의 컴팩트한 소스에 관한 것이다.
X-레이는, 방사선 치료(radiotherapy)와 같은, 다양한 목적을 위해 의료 분야에서 널리 이용된다. 종래의 X-레이 소스는 캐소드 및 애노드를 포함하는 진공관(vacuum tube)을 구비한다. 50kV 내지 250kV의 매우 높은 전압이 캐소드 및 애노드를 가로질러 인가되고, 비교적 낮은 전압이 캐소드를 가열하기 위해 필라멘트에 인가된다. 필라멘트는 (열이온 방출(thermionic emission), 전계 방출(field emission), 또는 유사한 수단에 의해) 전자를 발생시키고, 통상적으로 텅스텐, 또는 몰리브덴, 은 또는 탄소 나노튜브와 같은 다른 적절한 재료로 형성된다. 캐소드와 애노드 사이의 고전압 전위는 전자가 매우 높은 속도로 캐소드에서 애노드로 진공을 가로질러 흐르게 한다. X-레이 소스는 고 에너지 전자(high energy electrons)에 의해 충격을 받는(bombarded) 타겟 구조(target structure)를 더 구비한다. 타겟을 구비하는 재료는 발생될 X-레이의 원하는 형태에 따라 변경될 수 있다. 텅스텐과 금이 때때로 이러한 목적을 위해 이용된다. 전자가 애노드의 타겟 재료에서 감속(decelerated)될 때, X-레이를 발생시킨다.
방사선 치료 기술은 외부 빔 방사선 치료(EBRT; external beam radiotherapy)로 알려진 기술을 이용하여 외부적으로 전달된 방사선 선량(externally delivered radiation dose)을 포함할 수 있다. 수술 중 방사선 치료(IORT; intraoperative radiotherapy)도 때때로 이용된다. IORT는 종양 침대(tumor bed)에 방사선의 치료 레벨을 적용하는 반면, 부위는 절제 수술 도중에 노출되어 접근가능하다. IORT의 이점은 주위의 건강한 조직에 대한 최소한의 노출로 원하는 조직 깊이에서 타겟으로 되는 영역으로 방사선의 높은 선량이 정밀하게 전달되어지도록 할 수 있다는 것이다. IORT 목적을 위해 가장 일반적으로 이용되는 X-레이 방사선의 파장은 형광 X-레이(fluorescent X-rays), 특징적 X-레이(characteristic X-rays) 또는 제동복사 X-레이(Bremsstrahlung X-rays)로 때때로 불리우는 X-레이 방사선의 형태에 대응한다.
소형 X-레이 소스는 IORT에 대해 효과적일 수 있는 잠재력을 갖는다. 그럼에도 불구하고, 때때로 이러한 목적을 위해 이용되는 매우 작은 종래의 X-레이 소스는 어떠한 결점을 겪고있는 것으로 밝혀졌다. 한 가지 문제는 소형 X-레이 소스가 매우 비싸다는 것이다. 두 번째 문제는 매우 제한된 유용한 동작 수명을 갖는다는 것이다. 이 제한된 유효한 동작 수명은 전형적으로 제한된 수의 환자에 대해 IORT를 수행하는데 이용된 후 X-레이 소스를 교체해야 함을 의미한다. 이 제한은 IORT 절차와 관련된 비용을 증가시킨다. 세 번째 문제점은 매우 작은 X-선 소스에 이용가능한 중간 정도의 높은 전압이 원하는 치료 효과를 위해 최적이 아닐 수 있다는 것이다. 네 번째 문제는 그들의 방사선 특성이 IORT 상황에서 제어하기 어려울 수 있어 CRT(conformal radiation therapy)에 적합하지 않다는 것이다.
이 문서는 전자 빔을 제어하기 위한 방법 및 시스템에 관한 것이다. 방법은 전자 빔을 발생시키고 전자 빔의 경로에 타겟 엘리먼트를 위치결정하는 것을 포함한다. X-레이 방사선은 타겟 엘리먼트와 전자 빔의 상호작용의 결과로서 발생된다. X-레이 방사선은 X-레이 빔을 형성하기 위해 타겟 엘리먼트에 근접하여 배치된 빔-형성기 구조와 상호작용하도록 한다. 빔 패턴 및 X-레이 빔의 방향 중 적어도 하나는 빔-형성기 구조와 X-레이 방사선의 상호작용을 결정하기 위해 전자 빔이 타겟 엘리먼트와 교차하는 위치를 선택적으로 변경시키는 것에 의해 제어된다.
전자 빔이 타겟 엘리먼트와 교차하는 위치는 전자 빔 조향 유닛으로 전자 빔을 조향하는 것에 의해 제어될 수 있다. 일 측면에 따르면, 조향된 전자 빔은 둘러싸인 드리프트 튜브의 긴 길이를 통해 안내될 수 있다. 드리프트 튜브는 전자 빔의 감쇠를 최소화하기 위해 진공 압력으로 유지된다. 전자 빔은 드리프트 튜브를 통해 지나간 후 타겟 엘리먼트와 상호작용할 수 있도록 한다.
일 측면에 따르면, X-레이 빔 제어와 관련된 소정 동작은 빔-형성기 구조로 X-레이 방사선의 일부분을 흡수하는 것에 의해 용이하게 된다. 예를 들어, 전자 빔이 타겟 엘리먼트와 교차하는 위치는 빔-형성기에 의해 흡수되는 X-레이 빔의 일부분을 간접적으로 제어하도록 변경되거나 제어될 수 있다. 여기에 개시된 몇몇 시나리오에서, 빔 형성기는 적어도 하나의 쉴드 벽을 포함할 수 있다. 쉴드 벽은 타겟 엘리먼트를 복수의 타겟 엘리먼트 세그먼트 또는 섹터로 적어도 부분적으로 분할하도록 배열될 수 있다. 더욱이, 하나 이상의 쉴드 벽은 복수의 쉴드 구획을 형성하는데 이용될 수 있다. 각각의 이러한 쉴드 구획은 전자 빔이 쉴드 구획과 관련된 타겟 엘리먼트 섹터 또는 세그먼트와 교차할 때 X-레이 방사선이 방출되는 방향의 범위를 적어도 부분적으로 한정하도록 배열될 수 있다.
상기한 바로부터, 방법은 타겟 엘리먼트 섹터 중 하나 이상에서 타겟 엘리먼트를 선택적으로 교차시키기 위해 전자 빔을 제어하는 것에 의해 빔 방향 및 형태를 제어하는 것을 포함할 수 있음을 이해할 것이다. 빔 패턴은 전자 빔이 타겟 엘리먼트 섹터 중 특정 하나 내의 타겟 엘리먼트와 교차하는 위치를 선택적으로 선택하는 것에 의해 더 제어될 수 있다. 다른 측면에 따르면, 방법은 전자 빔이 타겟 엘리먼트 섹터 중 하나 이상과 교차할 때 이용된 EBG 전압 및 전자 빔 지속 시간 중 적어도 하나를 선택적으로 변경시키는 것에 의해 하나 이상의 다른 방향으로 X-레이 빔에 의해 전달되는 X-레이 선량을 선택적으로 제어하는 것을 포함할 수 있다.
이 문서는 또한 X-레이 소스에 관한 것이다. X-레이 소스는 전자 빔을 발생시키도록 구성된 EBG(electron beam generator)로 구성된다. 타겟 엘리먼트는 EBG로부터 소정 거리에 배치되고 전자 빔을 가로막도록 위치된다. 드리프트 튜브는 EBG와 타겟 엘리먼트 사이에 배치된다. EBG는 전자 빔이 진공 압력으로 유지되는 드리프트 튜브의 둘러싸인 긴 길이를 통해 이동하도록 구성된다.
타겟 엘리먼트는 전자 빔이 타겟 엘리먼트를 가로막을 때 X-레이 방사선의 발생을 용이하게 하기 위해 전자 빔에 응답하는 재료로 형성된다. 빔 형성기 구조는 타겟 엘리먼트에 근접하여 배치되고 X-레이 빔을 형성하기 위해 X-레이 방사선과 상호작용하는 재료로 구성된다. EBG 제어 시스템은 전자 빔이 타겟 엘리먼트와 교차하는 위치를 선택적으로 변경시키는 것에 의해 빔 패턴 및 X-레이 빔의 방향 중 적어도 하나를 선택적으로 제어한다. 여기에 개시된 몇몇 시나리오에서, EBG 제어 시스템은 전자 빔 조향 유닛으로 전자 빔을 조향하는 것에 의해 전자 빔이 타겟을 가로막는 위치를 선택적으로 변경시키도록 구성된다.
빔 형성기는 X-레이 빔의 형성을 용이하게 하기 위해 X-레이 방사선의 일부분을 흡수하도록 구성된 하이-Z 재료(high-Z material)로 구성된다. EBG 제어 시스템은 전자 빔이 타겟 엘리먼트와 교차하는 위치를 선택적으로 변경하는 것에 의해 빔-형성기에 의해 흡수되는 X-레이 빔의 일부분을 간접적으로 제어하도록 구성된다.
일 측면에 따르면, 빔-형성기는 적어도 하나의 쉴드 벽으로 구성된다. 하나 이상의 쉴드 벽은 타겟 엘리먼트를 복수의 타겟 엘리먼트 섹터 또는 세그먼트로 적어도 부분적으로 분할하도록 배열된다. 이와 같이, 하나 이상의 쉴드 벽은 복수의 쉴드 구획을 한정할 수 있다. 각 쉴드 구획은 전자 빔이 특정 쉴드 구획과 관련된 타겟 엘리먼트 섹터와 교차할 때 X-레이 방사선이 방사될 수 있는 방향 범위를 적어도 부분적으로 한정하도록 구성된다.
여기에 개시된 X-레이 소스에 따라, EBG 제어 시스템은 복수의 타겟 엘리먼트 섹터 중 어느 것이 전자 빔에 의해 교차되는지를 제어하는 것에 의해 X-레이 빔의 방향을 결정하도록 구성될 수 있다. EBG 제어 시스템은 전자 빔이 타겟 엘리먼트와 교차하는 타겟 엘리먼트 중 하나 이상 내의 위치를 선택적으로 제어하는 것에 의해 빔 패턴을 제어하도록 더 구성된다. 다른 측면에 따르면, EBG 제어 시스템은 타겟 엘리먼트 섹터에 의해 정의된 하나 이상의 다른 방향에서 X-레이 빔에 의해 전달되는 X-레이 선량을 선택적으로 제어하도록 구성된다. 이는 전자 빔이 타겟 엘리먼트 섹터 중 하나 이상과 교차할 때 적용되는 EBG 전압 및 전자 빔 지속 시간 중 적어도 하나를 선택적으로 변경시키는 것에 의해 이러한 결과를 달성한다.
본 개시는 도면 전체에 걸쳐 유사한 참조 번호가 유사한 항목을 나타내는 다음의 도면에 의해 용이해지게 된다.
도 1은 개선된 이해를 용이하게 하기 위해 부분적으로 절개된 몇몇 구조를 갖는 X-레이 소스의 투시도이다.
도 2는 전자 빔 발생기(electron beam generator)의 소정 세부 사항을 도시하는 도 1의 일부분의 확대도이다.
도 3은 전자 빔 발생기의 소정 세부 사항을 도시하는 도 2의 일부분의 확대도이다.
도 4는 도 1의 X-레이 소스를 이해하는데 유용한 X-레이 방출 방향 제어 타겟 조립체(DCTA; directionally controlled target assembly)의 확대 투시도이다.
도 5는 도 4의 DCTA의 종단도(end view)이다.
도 6은 X-레이 빔-형성 동작을 이해하는데 유용한 도 4의 DCTA의 확대도이다.
도 7은 도 1의 X-레이 소스에서의 X-레이 빔-형성 동작을 이해하는데 유용한 도면이다.
도 8은 여기에 개시된 X-레이 타겟의 소정 세부 사항을 도시하는 단면도이다.
도 9, 도 10 및 도 11은 제1 대안적인 X-레이 DCTA 구성을 이해하는데 유용한 일련의 도면이다.
도 12는 제2 대안적인 DCTA 구성이다
도 13은 제3 대안적인 DCTA 구성이다
도 14는 제4 대안적인 DCTA 구성이다
도 15는 제5 대안적인 DCTA 구성이다
도 16a 및 도 16b는 제6 대안적인 DCTA 구성 및 조립 프로세스를 이해하는데 유용한 일련의 도면이다.
도 17a 및 도 17b는 제7 대안적인 DCTA 구성 및 조립 프로세스를 이해하는데 유용한 일련의 도면이다.
도 18은 제8 대안적인 DCTA 구성을 이해하는데 유용한 도면이다.
도 19은 제9 대안적인 DCTA 구성을 이해하는데 유용한 도면이다.
도 20은 도 1의 X-레이 소스에 대한 제어 시스템을 이해하는데 유용한 블록도이다.
도 21a 내지 도 21c는 어떻게 X-레이 빔이 선택적으로 제어될 수 있는가를 이해하는데 유용한 일련의 도면이다.
도 22는 어떻게 본 명세서에 기술된 X-레이 소스가 IORT 절차에서 이용될 수 있는가를 이해하는데 유용한 도면이다.
도 23은 DCTA를 위한 냉각 설비(cooling arrangement)를 도시하는 단면도이다.
도 24는 도 23의 선 24-24에 따른 단면도이다.
도 25a 내지 도 25d는 여기에 설명된 바와 같이 DCTA에서 빔 폭을 제어하기 위한 기술을 이해하는데 유용한 일련의 도면이다.
도 26a 내지 도 26b는 제6 대안적인 DCTA 구성 및 관련 빔 조향 방법(associated beam steering method)을 도시한다.
도 27은 어떻게 DCTA에 근접한 드리프트 튜브의 일부분이 X-레이 투과성 재료(X-ray transmissive material)로부터 형성될 수 있는가를 이해하는데 유용하다.
본 명세서에 기술되고 첨부된 도면에 예시된 솔루션은 매우 다양한 다른 구성으로 배열되고 설계될 수 있음을 용이하게 이해할 것이다. 따라서, 도면에 도시된 다음의 보다 상세한 설명은 본 개시의 범위를 제한하려는 것이 아니라 다양한 다른 시나리오에서의 특정 구현을 나타내는 것일 뿐이다. 다양한 측면이 도면에 제시되어 있지만, 구체적으로 지시되지 않는 한, 도면은 반드시 축척대로 도시된 것은 아니다.
본원에 개시된 해결책은 IORT를 포함하는 다양한 방사선 치료 절차에서 표면 조직 구조(superficial tissue structures)를 치료하는데 이용될 수 있는 X-레이 소스에 관한 것이다. X-레이 소스(100)를 이해하는데 유용한 도면이 도 1 내지 도 7에서 제공된다. 도 1 내지 도 7에 도시된 구성에 따라, X-레이는 X-레이 소스를 구비하는 빔 방향 제어 타겟 조립체(DCTA)(106)의 주변 주위에서 복수의 여러 방향으로 선택적으로 향할 수 있다. 더욱이, 빔의 형상을 정의하는 상대적 X-레이 강도(relative X-ray intensity)의 패턴은 여러 치료 계획을 용이하게 하도록 제어될 수 있다. 예를 들어, 각도 범위에 걸친 강도가 빔 폭(beam width)과 같은 X-레이 빔 파라미터(X-ray beam parameter)를 변경시키기 위해 선택될 수 있다.
소스(100)는 전자 빔 발생기(EBG; electron beam generator)(102), 드리프트 튜브(104; drift tube), DCTA(106), 빔 포커싱 유닛(108; beam focusing unit) 및 빔 조향 유닛(110; beam steering unit)으로 이루어진다. 몇몇 시나리오에서, 미용 커버 또는 하우징(112; cosmetic cover or housing)은 EBG(102), 빔 포커싱 유닛(108) 및 빔 조향 유닛(110)을 둘러싸기 위해 이용될 수 있다.
DCTA(106)는 조향가능한 X-레이 에너지(steerable X-ray energy)의 소형 소스를 용이하게 할 수 있고, 이는 특히 IORT에 대해 아주 적합하다. 따라서, 다양한 구성요소의 치수가 선택될 수 있다. 예를 들어, 드리프트 튜브(104) 및 DCTA(106)의 직경(d)은 유리하게는 약 30mm 이하로 되도록 선택될 수 있다. 몇몇 시나리오에서, 이들 구성요소의 직경은 10mm 이하일 수 있다. 예를 들어, 이들 구성요소의 직경은 약 10mm 내지 25mm의 범위로 되도록 선택될 수 있다. 물론, 드리프트 튜브 및 DCTA(106)는 이와 관련하여 제한되지 않으며 다른 치수도 또한 가능하다.
마찬가지로, 드리프트 튜브(104)는 유리하게는 EBG(102)로부터 어느 정도 거리를 연장하는 긴 길이(L)를 갖도록 구성된다. 드리프트 튜브 길이는 커버 또는 하우징(112)으로부터 환자의 종양 공동(tumor cavity) 내로 연장되어 DCTA가 치료를 받고 있는 인체의 일부분의 내부에 선택적으로 위치될 수 있도록 충분히 길도록 유리하게 선택된다. 따라서, 드리프트 튜브 길이(L)의 예시적인 값은 10cm 내지 50cm의 범위일 수 있고, 18cm 내지 30cm의 범위가 대부분의 적용에 적합하게 된다. 물론, 여기에 개시된 치수는 단지 몇 개의 가능한 예로서 제공되며 제한하도록 의도되지는 않는다.
전자 빔 발생기는 잘 알려진 기술이므로 EBG의 구조 및 동작에 대해서는 상세히 설명되지 않을 것이다. 그러나, 본 개시의 이해를 용이하게 하기 위해 EBG(102)의 다양한 측면의 간단한 설명이 여기에 제공된다. EBG(102)는 도 2 및 도 3을 참조하여 가장 잘 이해되는 몇 가지 주요 구성요소를 포함할 수 있다. 이들 구성요소는 진공 챔버(210)를 둘러싸는 인벨로프(202; envelope)를 포함할 수 있다. 몇몇 시나리오에서, 인벨로프(202)는 공기 누출로부터 적절한 자유를 제공하는 유리, 세라믹 또는 금속 재료로 구성될 수 있다. 진공 챔버 내에서 진공은 배기 포트(216; evacuation port) 및 게터(214; getter)에 의해 확립되어 유지된다.
캐소드(306)에 높은 네가티브 전압을 제공하기 위한 고전압 커넥터(204; high voltage connector)가 진공 챔버 내에 삽입된다. 여기에 개시된 바와 같이 X-레이 발생의 목적을 위해 캐소드에 인가되는 적절한 고전압은 -50kV 내지 -250kV의 범위에 있을 것이다. 또한, 필드 셰이퍼(206; field shaper) 및 리펠러(208; repeller)가 진공 챔버에서 둘러싸인다. 이들 각 구성요소의 목적은 전자 빔 발생기 기술 분야에서 잘 알려져 있다. 그러나, 간단한 설명이 여기에 제공된 솔루션의 이해를 용이하게 하도록 제공된다. 캐소드(306)는 가열 될 때 캐소드(306)와 애노드 사이의 고전압 전위에 의해 가속되는 전자의 소스로서 기능한다. 도 2에서, 애노드의 목적은 인벨로프(202) 및 리펠러(208)에 의해 제공되고, 여기서 인벨로프(202)는 접지 전압이고 리펠러는 접지에 관하여 작은 포지티브 전압이다.
리펠러(208)의 기능은 드리프트 튜브(104) 또는 DCTA(106)에서 발생될 수 있는 소정의 포지티브적으로 차지된 이온(positively charged ions)을 밀어내기(repel) 위한 것이고, 따라서 대미지를 야기시킬 수 있는 캐소드(306)의 영역으로 들어가는 것으로부터 그러한 이온을 방지한다. 필드 셰이퍼(206)의 기능은 고전압에 의해 야기된 전계의 형상 및 크기를 제어하는 매끄러운 표면을 제공하는 것이다. 도 3의 시나리오에서, 그리드(310; grid)는 캐소드(306) 근방의 전계에 원하는 형상을 제공할 뿐만 아니라 캐소드(306)로부터의 전자의 방출이 멈추도록 한다. 캐소드(306)는 히터의 다리(legs)(309a 및 309b)에 고정된다. 히터의 다리(309a 및 309b)는 전형적으로 높은 전기 저항률(high electrical resistivity) 및 열 열화(thermal degradation)에 대한 높은 저항성(high resistance)을 모두 갖는 금속 재료로 만들어지고, 따라서 히터 다리를 통해 흐르는 전류가 캐소드(306)를 가열하는 고온을 발생시킬 수 있도록 한다. 히터 다리(309a 및 309b)에 대한 전기적 연결부는, 히터 다리(309a 및 309b)를 고전압 커넥터(204)의 연결부(connections)에 연결하는, 커넥터 핀(308a 및 308b)에 의해 제공된다. 절연 디스크(302; insulating disk)는 전형적으로 유리 또는 세라믹과 같은 절연 재료로 만들어지면서 커넥터 핀(308a 및 308b) 사이에서 전기적 절연을 제공하고, 또한 히터 다리(309a 및 309b)에 의해 발생된 열에 대한 저항성이 있다.
여기에 개시된 시나리오에서, 드리프트 튜브(104)는 스테인레스 스틸과 같은 재료로 구성될 수 있다. 다른 시나리오에서, 드리프트 튜브는 실리콘 카바이드(SiC; Silicon Carbide)로 부분적으로 구성될 수 있다. 대안적으로, 드리프트 튜브(104)는 알루미나 또는 질화 알루미늄(aluminum nitride)과 같은 세라믹 재료로 구성될 수 있다. 드리프트 튜브 구조가 전도성 재료로 형성되지 않으면, 전도성 내부 라이닝(114; conductive inner lining)이 제공될 수 있다. 예를 들어, 전도성 내부 라이닝은 구리, 티타늄 합금, 또는 드리프트 튜브의 내부 표면에 적용되는 (예를 들어, 스퍼터링, 증발 또는 다른 잘 알려진 수단에 의해 적용되는) 다른 재료로 구성될 수 있다. 드리프트 튜브의 중공 내부 부분(hollow inner portion)은 진공 챔버(210)에 대해 개방되어, 드리프트 튜브(104)의 내부(212; interior)도 진공 압력으로 유지된다. 여기에 개시된 용액의 목적을 위해 적합한 진공 압력은 약 10-5 토르 이하의 범위일 수 있지만, 특히 약 10-9 토르 내지 10-7 토르 사이의 범위일 수 있다.
전자 빔을 구비하는 전자는 DCTA(106)를 향해 EBG(102)에 의해 가속된다. 이들 전자는 그들이 드리프트 튜브(104)에 대해 진입 구멍(116; entry aperture)에 도달할 때 상당한 모멘텀(momentum)을 가질 것이다. 드리프트 튜브의 내부(212)는 진공 상태로 유지되고 적어도 튜브의 내부 라이닝(114)은 접지 전위로 유지된다. 따라서, EBG(102)에 의해 전자에 전달된 모멘텀은 DCTA(106)를 향해 매우 빠른 속도(예를 들어, 빛의 속도에 접근하는 속도)로 전자를 드리프트 튜브(104)의 길이 아래로 탄도학적으로 운반하도록 계속될 것이다. 전자가 드리프트 튜브(104)의 길이를 따라 이동함에 따라, 그들은 더 이상 정전기적으로 가속되지 않음이 이해될 것이다.
빔 포커싱 유닛(108)은 드리프트 튜브의 길이를 따라 이동하는 전자의 빔 소용돌이(beam vortex)를 포커싱하도록 제공된다. 예를 들어, 이러한 포커싱 동작은 DCTA 팁에서 전자가 수렴하는 지점을 제어하도록 빔을 조정하는 것을 포함할 수 있다. 이와 같이, 빔 포커싱 유닛(108)은 그 내의 인가된 전류를 선택적으로 변경시키는 것에 의해 제어되는 복수의 자기 포커싱 코일(117; plurality of magnetic focusing coils)로 구성될 수 있다. 인가된 전류는 각 복수의 자기 포커싱 코일(117)이 자계(magnetic field)를 발생시키도록 한다. 상기 자계는 실질적으로 빔 포커싱 유닛(108)에 의해 둘러싸인 영역에서 드리프트 튜브(104) 내로 침투한다. 관통 자계의 존재는 전자 빔이 당 업계에서 잘 이해되는 방식으로 선택적으로 수렴하도록 한다.
빔 조향 유닛(110; beam steering unit)은 복수의 선택적으로 제어가능한 자기 조향 코일(118; plurality of selectively controllable magnetic steering coils)로 구성된다. 조향 코일(110)은 드리프트 튜브(104) 내에서 이동하는 전자의 이동 방향을 선택적으로 변경시키도록 배열된다. 자기 조향 코일은 (전류로 여기될 때) 자계를 발생시키는 것에 의해 이러한 결과를 달성한다. 자계는 드리프트 튜브(104) 내에서 이동하는 전자에 선택적으로 힘을 가하여, 이동하는 전자 빔 방향을 변경시킨다. 이동하는 전자 빔 방향의 이러한 편향(deflection)의 결과로서, 빔이 DCTA(106)의 타겟 엘리먼트에 부딪치는 위치가 선택적으로 제어될 수 있다.
도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, DCTA(106)는 EBG(102)로부터 먼 드리프트 튜브(104)의 종단부(end portion)에 배치된다. DCTA는 타겟(402) 및 빔 쉴드(404; beam shield)로 구성된다. 타겟(402)은 전자 빔 이동의 방향에 대해 횡 방향으로 배치된 디스크-형상 엘리먼트(disk-shaped element)로 구성된다. 예를 들어, 디스크-형상 엘리먼트는 전자 빔 이동의 방향에 대략 직교하는 평면에 배치될 수 있다. 몇몇 시나리오에서, 타겟(402)은 드리프트 튜브 내의 진공 압력의 유지를 용이하게 하기 위해 EBG로부터 먼 드리프트 튜브(104)의 종단부를 둘러쌀 수 있다. 타겟(402)은 다양한 여러 재료로 구성될 수 있다; 그러나, 전자로 충격이 가해졌을 때 비교적 높은 효율로 X-레이의 발생을 용이하게 하기 위해 높은 원자 번호를 갖는 몰리브덴, 금 또는 텅스텐과 같은 재료로 유리하게 구성된다. 타겟(402)의 구조는 논의가 진행됨에 따라 더 상세히 설명될 것이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 빔 쉴드(404)는 타겟(402)의 하나의 주 표면에 인접하여 배치된 제1 부분(406) 및 타겟의 대향하는 주 표면에 인접하여 배치된 제2 부분(408)을 포함할 수 있다. 몇몇 시나리오에서, 제1 부분(406)은 진공 환경 내에서 드리프트 튜브(104)의 내부에 배치될 수 있고, 제2 부분(408)은 드리프트 튜브의 외부에 배치될 수 있다. 빔 쉴드(404)의 일부분이 도 4에 도시된 바와 같이 드리프트 튜브의 외부에 배치되면, X-레이-투과성 캡 부재(418; X-ray-transmissive cap member)가 드리프트 튜브 DCTA 외부의 일부분을 둘러싸고 보호하도록 빔 쉴드의 제2 부분(408)에 걸쳐 배치될 수 있다. 도 4에서, 캡 부재는 DCTA 구조의 이해를 용이하게 하기 위해 점선만으로 나타내어져 있다. 그러나, 캡 부재(418)는 DCTA의 제1 부분(406)을 둘러싸도록 드리프트 튜브(104)의 종단으로부터 연장됨을 이해해야 한다.
빔 쉴드(404)는 복수의 벽 엘리먼트(410, 412; plurality of wall elements)로 구성된다. 제1 부분(406)과 관련된 벽 엘리먼트(410)는 EBG(102)로부터 멀어지는 방향으로 면하는 디스크-형상 타겟의 제1 주 표면으로부터 연장될 수 있다. 제2 부분(408)과 관련된 벽 형상 엘리먼트(412)는 EBG(102)를 향하여 면하는 타겟의 대향하는 주 표면으로부터 연장될 수 있다. 벽 엘리먼트(410, 412)는 또한 디스크-형상 타겟(402)의 주변을 향해 DCTA 중심선(416; DCTA centerline)으로부터 바깥쪽으로 반경 방향으로 연장된다. 따라서, 벽 엘리먼트는 복수의 쉴드 구획(420, 422; plurality of shielded compartments)을 형성한다. 벽 엘리먼트(410, 412)는 유리하게는 X-레이 광자(X-ray photons)와 실질적으로 어느 정도는 상호작용하는 재료로 구성될 수 있다. 몇몇 시나리오에서, 재료는 X-레이 광자가 에너지 및 모멘텀의 상당 부분을 포기하도록 하는 방식으로 X-레이 광자와 상호작용하는 것일 수 있다. 따라서, 이러한 목적을 위한 적합한 쌍방향 재료(suitably interactive material)의 하나의 형태는 X-레이 에너지를 감쇠 또는 흡수하는 재료를 구비할 수 있다. 몇몇 시나리오에서, 이러한 목적을 위해 선택된 재료는 유리하게는 X-레이 에너지를 많이 흡수하는 재료로 되도록 선택될 수 있다.
X-레이 방사선을 고도로 흡수하는 적합한 재료는 잘 알려져 있다. 예를 들어, 이들 재료는 스테인레스 스틸, 몰리브덴(Mo), 텅스텐(W), 탄탈륨(Ta) 또는 다른 높은 원자 번호(하이-Z(high-Z)) 재료와 같은 소정 금속을 포함할 수 있다. 여기서 이용된 바와 같이, 문구 하이-Z 재료는 일반적으로 적어도 21의 원자 번호를 갖는 것을 포함할 것이다. 물론, 더 적은 정도의 X-레이 흡수가 요구되는 몇몇 시나리오가 있을 수 있다. 이러한 시나리오에서, 다른 재료가 적절할 수 있다. 따라서, 쉴드 벽을 위해 적절한 재료는 반드시 높은 원자 번호 재료로 제한되지는 않는다.
도 4에 도시된 시나리오에서, 복수의 벽 엘리먼트는 중심선(416)으로부터 반경 방향 외측으로 연장된다. 그러나, 빔 쉴드의 구성은 이와 관련하여 제한되지 않고, 다른 빔 쉴드 구성이 또한 가능함을 이해해야 한다. 이러한 대안적인 구성 중 몇몇이 이하 더욱 상세히 설명된다. 각 벽 엘리먼트는 이하 설명되는 바와 같이 빔 형성을 용이하게 하기 위해 둥글거나(rounded) 또는 모따기된 코너(411; chamfered corners)를 더 구비할 수 있다. 이러한 둥글거나 모따기된 코너는 벽 엘리먼트의 일부분에 배치될 수 있고, 이는 타겟(402)으로부터 멀어지고 중심선(416)으로부터 이격된다.
도 4에 도시된 바와 같이, 벽 엘리먼트(410)는 타겟(402)의 대향 측면 상에 쉴드 구획(420, 422)의 정렬된 쌍을 형성하도록 벽 엘리먼트(412)와 정렬될 수 있다. 각 이러한 쉴드 구획은 타겟(402)의 일측면 상의 한 쌍의 벽 엘리먼트(410) 및 타겟의 대향하는 측면 상의 한 쌍의 벽 엘리먼트(412)에 의해 경계지워지는 대응하는 타겟 세그먼트(414; corresponding target segment)와 관련될 것이다.
알려진 바와 같이, X-레이 광자는 일반적으로 타겟(402)의 주 표면과의 전자 빔의 충돌 경로를 가로지르는 방향으로 방출된다. 타겟 재료는 타겟(402)에 충돌하는 전자가 타겟의 양쪽 주 표면으로부터 멀어지는 방향으로 X-레이를 발생시키도록 타겟 재료의 비교적 얇은 층으로 구성된다. (벽 엘리먼트(410, 412)에 의해 정의된 바와 같이) 쉴드된 구획(420, 422)의 각 정렬된 쌍 및 그들의 대응하는 타겟 세그먼트(414)는 빔-형성기(beam-former)를 구비한다. 고 에너지 전자가 특정 타겟 세그먼트(414)와 상호작용할 때 발생되는 X-레이는 구획(410, 412)을 정의하는 벽 엘리먼트에 의해 그들의 이동의 방향으로 제한될 것이다. 이 개념은 도 6에 도시되어 있고, 이는 전자 빔의 충돌 경로에 일반적으로 횡단하는 방향으로 투과 및 반사된 X-레이를 발생시키기 위해 전자 빔(602)이 타겟(402)의 세그먼트에 충격을 가하는 것을 도시한다. 그러나, X-레이는 빔-형성기의 쉴드 효과로 인해 제한된 범위의 방위각 및 고도각(α, β)에 걸쳐서만 투과될 것임이 도 6에서 관찰될 수 있다. 어느 타겟 세그먼트(414)에 전자가 충돌하는지를 선택적으로 제어하는 것에 의해, 그리고 전자 빔이 실제로 타겟 세그먼트에 부딪치는 타겟 세그먼트(414) 내에서, 여러 방향 및 형상의 범위에서의 X-레이 빔은 필요에 따라 선택적으로 형성 및 만들어질 수 있다.
따라서, (투과된 X-레이 에너지의 주축에 의해 정의되는) X-레이 빔 방향 및 빔의 형상을 구비하는 상대적 X-레이 강도의 패턴은 여러 치료 계획을 용이하게 하기 위해 선택적으로 변경되거나 제어될 수 있다. 도 7은 X-레이 빔(700)의 최대 강도의 방향이 전자 빔(706)을 선택적으로 제어하는 것에 의해 복수의 여러 방향(702, 704)으로 정렬될 수 있음을 도시하는 것에 의해 이 개념을 설명한다. X-레이 빔(700)의 정확한 3차원 형상 또는 상대적 강도 패턴은 여기에 설명 된 여러 팩터에 따라 변경될 것이다. 몇몇 시나리오에서, 전자 빔이 미리 정해진 지속 시간(dwell times) 동안 여러 타겟 세그먼트와 교차하도록 여러 타겟 세그먼트에 전자가 연속적으로 충돌하기 위래 전자 빔은 신속하게 조향될 수 있다. 하나 이상의 타겟 세그먼트(414)가 전자 빔에 의해 충격을 받으면, 다수의 빔 세그먼트가 관련 빔-형성기에 의해 정의된 선택된 방향으로 형성될 수 있고 각각은 다른 빔 형상 또는 패턴을 가질 수 있다.
도 8을 참조하면, 타겟(402)은 여기서 설명된 바와 같이 전자 빔(804)에 의해 충격을 받을 수 있는 타겟 재료의 매우 얇은 층(802)으로 형성됨을 관찰할 수 있다. 타겟 재료는 유리하게는 비교적 높은 원자 번호를 갖는 것으로 되도록 선택된다. 이러한 목적으로 이용될 수 있는 예시적 타겟 재료는 몰리브덴, 텅스텐 및 금을 포함한다. 타겟 재료의 얇은 층(802)은 두꺼운 기판 층(806; thicker substrate layer) 상에 유리하게 배치된다. 기판 층은 부가된 강도에 대해 더욱 견고한 타겟을 용이하게 하고, 금속 층으로부터의 열 에너지 전달을 용이하게 하도록 제공된다. 기판 층(806)에 이용될 수 있는 예시적인 재료는 베릴륨, 알루미늄, 사파이어, 다이아몬드 또는 알루미나 또는 질화 붕소와 같은 세라믹 재료를 포함할 수 있다. 이들 중, 다이아몬드는 X-레이가 비교적 투과성이고, 비-독성이며, 강하고, 우수한 열 전도성을 제공함에 따라 이 용도에 특히 유리하다.
기판 층(804)에 적합한 다이아몬드 기판 디스크(diamond substrate disk)는 연장된 디스크 또는 웨이퍼의 형상으로 다이아몬드의 합성을 허용하는 화학 기상 증착 기술(CVD; chemical vapor deposition technique)에 의해 형성될 수 있다. 몇몇 시나리오에서, 이들 디스크는 300 내지 500㎛의 두께를 가질 수 있다. 기판이 드리프트 튜브(104) 내에서 진공을 함유하기에 충분한 강도를 갖고, 그를 통해 지나가는 X-레이를 감쇠시키기에 충분히 두껍지 않음이 제공되는 다른 두께가 또한 가능하다. 몇몇 시나리오에서, 약 300㎛의 두께를 갖는 CVD 다이아몬드 디스크가 이러한 목적으로 이용될 수 있다. 여기서 설명된 바와 같이 CVD 다이아몬드 디스크의 일측 상에 스퍼터링된 타겟 재료(802)의 얇은 층은 2 내지 50㎛ 사이의 두께를 가질 수 있다. 예를 들어, 타겟 재료는 몇몇 시나리오에서 10㎛의 두께를 가질 수 있다. 물론, 다른 두께 또한 가능하고, 여기에 제시된 솔루션은 이들 값에 의해 제한되도록 의도되지 않는다.
도 9, 도 10 및 도 11은 제1 대안적인 DCTA 구성을 이해하는데 유용한 일련의 도면이다. DCTA(906)는 DCTA(106)와 유사하지만, 드리프트 튜브(904)의 종단부에 DCTA의 부착을 용이하게 하기 위해 빔 쉴드(914)의 주변에 장착된 부가적 링 엘리먼트(additional ring element)를 포함한다. 특히, 빔 쉴드(914)의 각 제1 및 제2 부분(916, 918)은 각각 링(908a, 908b)을 포함할 수 있다. 타겟(914)은 2개의 링 사이에 배치될 수 있다. 이어, 링 중 하나 또는 양쪽은 도 11에 도시된 바와 같이 (예를 들어, 브레이징(brazing)에 의해 고정된) 드리프트 튜브의 종단에 고정될 수 있다.
도 12는 제2 대안적인 DCTA 구성을 이해하는데 유용하다. 이 시나리오에서, 도 4에 도시된 단일 디스크-형상화된 X-레이 타겟(402)은 도시된 바와 같이 각 구획과 각각 정렬되는 복수의 개별적인 더 작은 쐐기- 형상화된 타겟(1202; plurality of individual smaller wedge-shaped targets)으로 대체된다. 이러한 시나리오에서, 2개의 부분(1216 및 1218)에 대응하는 벽 엘리먼트(1210, 1212) 및 중간 베이스 플레이트(1220; medial base plate)는 선택적으로 단일 재료로 만들어질 수 있다. 세그먼트화된 쐐기-형상화된 타겟(1202)은 도시된 바와 같이 벽 엘리먼트 사이의 중간 베이스 플레이트(1220)에 위치될 수 있고, 그 후 전체 어셈블리는 드리프트 튜브의 종단부에 고정될 수 있다. 이는 또한 벽 엘리먼트(1210)가 도 4 내지 도 6에 도시된 모따기된 코너보다는 곡선 또는 둥근 코너를 갖음이 도 12에서 관찰될 수 있다. 도 13은 도 12에 도시된 배열과 유사한 제3 대안적인 DCTA(1306)이지만, 쐐기-형상화된 타겟(1202)을 대신해서 제공되는 복수의 개별 원형 또는 디스크 형상화된 타겟(1302)으로 구성된다.
도 14는 전체 빔 쉴드(1414)가 드리프트 튜브의 외부에 배치되는 제4 대안적인 DCTA 구성(1406)이다. 이 시나리오에서 타겟 엘리먼트(1402)는 중공 관형 받침대(1420; hollow tubular pedestals)의 종단면이다. 벽 엘리먼트(1410)는 EBG(102)로부터 먼 종단에서 드리프트 튜브에 장착되는베이스 플레이트(1408)의 면으로부터 연장된다. 타겟 엘리먼트(1402)에 의해 정의된 종단면은 벽 엘리먼트(1410)가 배치되는베이스 플레이트로부터 이격된다. 몇몇 시나리오에서, 관형 받침대는 도시된 바와 같이 원통형 기하학적 형상을 가질 수 있다. 그러나, 다른 관형 구성이 또한 가능하다. 관형 받침대는 DCTA의 길이를 따라 중간 위치에서 타겟 엘리먼트(1402)를 위치시키기에 충분한 길이를 유리하게 가질 수 있다. 이와 같이, 타겟 엘리먼트의 위치결정(positioning)은 빔 형성 동작을 위해 최적으로 선택될 수 있다. 각 받침대의 중공 내부 부분은 드리프트 튜브(1404)의 내부에 의해 정의된 진공에 대해 개방된다. 결과적으로, 타겟 엘리먼트(1402) 중 특정 하나를 향하는 전자 빔은 타겟 엘리먼트(1402)를 타격하기 전에 드리프트 튜브를 통해 그리고 받침대(1420)의 내부를 통해 진공 환경에서 이동할 것이다. 도 15는 도 14에 도시된 배열과 유사한 제5 대안적인 DCTA(1506)이다. 그러나, DCTA(1506)에서 도 14에 도시된 각 개별 타겟 엘리먼트(1402)는 복수의 더 작은 직경 타겟 엘리먼트(1502; plurality of smaller diameter target elements)로 대체된다.
도 16a 및 도 16b는 제6 대안적인 DCTA 구성 및 조립 프로세스를 이해하는데 유용한 일련의 도면이다. 여기서의 논의로부터 알 수 있는 바와 같이, 빔 쉴드(1600)의 제1 및 제2 부분(1602, 1604)의 적절한 정렬은 각 X-레이 빔-형성기의 올바른 기능을 보장하기 위해 중요하다. 빔 쉴드의 제2 부분(1604)이 드리프트 튜브(1614)에 일단 삽입되면 조립 기술자에게 보이지 않을 수 있기 때문에 이 문제는 더욱 복잡해진다. 더욱이, 제1 및 제2 부분(1602, 1604)은 조립 후에 정렬된 상태를 유지하는 것이 중요하다.
이들 정렬 문제를 용이하게 하기 위해, 포스트(1606; post)가 제2 부분(1604)의 중심 축(1620)과 정렬되어 제공된다. 포스트(1606)는 타겟(1612)에서 개구(1616; aperture)를 통해 연장될 수 있다. 포스트는 노치 엘리먼트 또는 키 구조(1608; notch element or key structure)를 포함할 수 있다. 보어(1622; bore)가 중심 축(1620)과 정렬하여 제1 부분(1602) 내에서 정의된다. 보어의 적어도 일부는 컴플리멘타리 노치 엘리먼트 또는 키 구조(1612; complimentary notch element or key structure)를 가질 수 있다. 이 컴플리멘타리 노치 엘리먼트 또는 키 구조는 노치 또는 키 구조(1608)의 기하학 형태 및 형상에 대응할 것이다. 따라서, 제1 및 제2 부분(1602, 1604)은 도 16b에 도시된 방식으로만 짝을 이룰 수 있고, 그에 의해 제1 부분(1602)의 벽 엘리먼트(1624)는 제2 부분(1604)의 벽 엘리먼트(1626)와 정렬된다.
도 16a 및 도 16b에 설명된 것과 유사한 정렬은 도 17a 및 도 17b에 도시된 제7 대안적인 DCTA 구성에서 프로파일링된 핀(profiled pin)에 의해 달성될 수 있다. 여기에 예시된 바와 같이, 빔 쉴드(1700)는 제1 및 제2 부분(1702, 1704)을 구비할 수 있다. 각 제1 및 제2 부분은 복수의 안내면(1722; plurality of guide faces)을 정의하는 벽 엘리먼트(1724, 1726)를 구비할 수 있다. 이들 안내면(1722)은 프로파일링된 핀(1706) 상에 형성된 복수의 대응하는 핀면(1712; plurality of corresponding pin faces)과 맞물릴 수 있다. 가이드면과 핀면이 올바르게 정렬될 때, 프로파일링된 핀은 중심 축(1720; central axis)을 따라 제1 및 제2 부분을 통해 삽입될 수 있다. 핀 헤드(1714; pin head)는 제1 및 제2 부분으로의 핀의 삽입을 제한한다. 일단 삽입되면, 핀(1706)은 적절한 고정 장치로 제자리에 고정될 수 있다. 예를 들어, 핀(1706)은 나사 너트(1708; threaded nut)가 핀을 제자리에 유지하도록 배치될 수 있는 나사 종단(threaded end)을 포함할 수 있다.
제8 대안적인 DCTA(1800)가 도 18에 도시된다. DCTA(1800)는 타겟(1802) 및 빔 쉴드(1804)로 구성된다. 빔 쉴드(1804)는 포스트(1820)로 구성된 구조를 갖는다. 몇몇 시나리오에서, 포스트(1820)는 타겟(1802) 및 드리프트 튜브(1814)의 중심선(1816)과 정렬될 수 있다. 포스트는 타겟(1802)의 하나의 주 표면에 인접하여 배치되는 (그로부터 연장되는) 제1 부분(1806), 및 타겟의 대향하는 주 표면에 인접하여 배치되는 (그로부터 연장되는) 제2 부분(1808)을 포함할 수 있다. 이와 같이, 도시된 바와 같이 제1 부분(1806)은 진공 환경 내에서 드리프트 튜브(104)의 내부에 배치될 수 있고, 제2 부분(1808)은 드리프트 튜브의 외부에 배치될 수 있다.
포스트(1820)는 도시된 바와 같이 원통형 포스트(cylindrical post)로 구성될 수 있다. 그러나, 구조의 허용가능한 구성은 이와 관련하여 제한되지 않고, 포스트는 또한 빔 형성 동작을 용이하게 하기 위해 여러 단면 프로파일을 가질 수 있다. 예를 들어, 포스트는 정사각형, 삼각형 또는 직사각형인 단면 프로파일을 가질 수 있다. 몇몇 시나리오에서, 단면 프로파일은 n-면 다각형(예를 들어, n-면 정다각형(regular polygon))이 되도록 선택될 수 있다. 여기에 설명된 다른 구성의 벽 엘리먼트와 같이, 포스트(1820)는 X-레이 에너지를 크게 감쇠시키는 재료로 유리하게 구성된다. 예를 들어, 포스트는 스테인레스 스틸, 몰리브덴, 또는 텅스텐, 탄탈륨, 또는 다른 높은 원자 번호 (하이-Z) 재료와 같은 금속으로 구성될 수 있다.
제9 대안적인 DCTA(1900)가 도 19에 도시된다. DCTA(1900)의 구성은 DCTA(106)의 구성과 유사할 수 있다. 이와 같이, DCTA는 타겟(1902)의 하나의 주 표면에 인접하여 배치된 제1 부분(1906), 및 타겟의 대향하는 주 표면에 인접하여 배치된 제2 부분(1908)으로 구성된 빔 쉴드(1904)를 포함할 수 있다. 몇몇 시나리오에서, 제1 부분(1906)은 드리프트 튜브(104)와 관련된 진공 환경에 노출된 DCTA의 일부분 내에 배치될 수 있다. 제2 부분(1908)은 도시된 바와 같이 드리프트 튜브의 외부에 배치될 수 있다. 빔 쉴드(1904)는 복수의 벽 엘리먼트(1910, 1912)로 구성된다. 제1 부분(1906)과 관련된 벽 엘리먼트(1910)는 EBG(102)로부터 멀어지는 방향으로 면하는 디스크-형상화된 타겟의 제1 주 표면으로부터 연장될 수 있다. 제2 부분(1908)과 관련된 벽 형상화된 엘리먼트(1912)는 대향하는 주 표면 (예를 들어, EBG(102)를 향하는 타겟 표면)으로부터 연장될 수 있다. 벽 엘리먼트(1910, 1912)는 또한 DCTA 중심선(1916)으로부터 디스크-형상화된 타겟(1902)의 주변을 향해 바깥쪽으로 반경 방향으로 연장된다. 따라서, 벽 엘리먼트는 복수의 쉴드 구획을 형성한다.
DCTA(1900)는 여기에 개시된 다른 많은 DCTA 구성과 유사하다. 그러나, DCTA(1900)의 벽 엘리먼트(1910, 1912)는 타겟 엘리먼트(1902)의 주변 에지(1903)까지 완전히 연장되지 않음을 도 19에서 관찰할 수 있다. 대신, 벽 엘리먼트는 DCTA 중심선(1916)으로부터 타겟 엘리먼트(1902)의 주변 에지(1903)까지 반경 거리의 일부분만 연장된다. 도 19에 도시된 구성은 여기에 도시된 다른 DCTA 구성과 비교하여 여러 빔 패턴을 용이하게 하는데 유용할 수 있다.
도 20을 참조하면, 도 1 내지 도 7에 도시된 X-레이 소스를 제어하기 위한 예시적인 제어 시스템(2000)이 있다. 제어 시스템은 고전압 소스 컨트롤러(2004; high voltage source controller), 고전압 발생기(2006; high voltage generator), 냉각제 시스템(2012; coolant system), 포커싱 코일 전류 소스(2024; focusing coil current source), 포커싱 전류 제어 회로 (2026; focusing current control circuit), 조향 코일 전류 소스(2014; steering coil current source) 및 조향 전류 제어 회로(2016)를 제어하는 제어 프로세서(2002)를 포함할 수 있다. 고전압 소스 컨트롤러(2004)는 고전압 발생기(2006)의 제어를 용이하게 하도록 설계된 제어 회로로 구성될 수 있다. 그리드 제어 회로(2005; grid control circuit) 및 히터 제어 회로(2007; heater control circuit)가 예시적인 제어 시스템의 일부로서 또한 제공될 수 있다.
고전압 발생기(2006)는 비교적 저전압 AC를 고전압으로 승압하기 위한 고전압 변압기(2008; high voltage transformer) 및 고전압 AC를 고전압 DC로 변환하기위한 정류기 회로(2010; rectifier circuit)로 구성될 수 있다. 이어, 고전압 DC는 여기에 개시된 X-레이 소스 장치에서 캐소드 및 애노드에 인가될 수 있다.
냉각제 시스템(2012)은 DCTA(106)를 냉각시키기 위한 적절한 유체를 함유하는 냉각제 저장소(2013; coolant reservoir)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 물이 몇몇 시나리오에서 이 목적으로 이용될 수 있다. 대안적으로, 오일 또는 다른 형태의 냉각제가 냉각을 용이하게 하기 위해 이용될 수 있다. 몇몇 시나리오에서, DCTA를 구비하는 소정 금속 성분의 부식에 대한 가능성을 최소화하는 냉각제가 선택될 수 있다. 펌프(2015), 전자적으로 제어되는 밸브(2017) 및 관련 유체 도관이 DCTA를 냉각시키기 위한 냉각제의 흐름을 용이하게 하기 위해 제공될 수 있다.
복수의 전기적 연결부(도시되지 않았음)가 도 1에서 하나 이상의 포커싱 코일(117) 각각과 관련하여 제공될 수 있다. 이들 하나 이상의 포커싱 코일은 도 20에서의 제어 회로를 이용하여 독립적으로 제어될 수 있다. 특히, 포커싱 코일 전류 소스(2024)는 하나 이상의 포커싱 코일(117)의 각각에 DC 전류를 공급할 수 있는 전원을 구비할 수 있다. 이 전류의 소스는 제어 프로세서의 제어하에 있는 전류 제어 엘리먼트의 어레이로 구성되는 포커싱 코일 제어 회로(2026; focusing coils control circuit)에 연결될 수 있다. 따라서, 포커싱 전류 제어 회로(2026)는 전자 빔의 포커스를 제어하기 위해 하나 이상의 포커싱 전류(C1, C2, C3,… Cn)를 하나 이상의 포커싱 코일(117)로 선택적으로 향하게 할 수 있다. 전자 빔을 포커싱하기 위한 방법은 기술이 잘 알려져 있고, 따라서 여기서는 상세히 설명하지 않을 것이다. 그러나, 하나 이상의 포커싱 코일의 각각에 인가된 전류의 크기는 빔 포커스를 변경시키기 위해 선택적으로 제어될 수 있음을 이해해야 한다.
마찬가지로, 복수의 전기적 연결부(도시되지 않았음)가 도 1에서 하나 이상의 조향 코일(118)의 각각과 관련하여 제공될 수 있다. 이들 조향 코일은 또한 도 20의 제어 회로를 이용하여 독립적으로 제어될 수 있다. 특히, 조향 코일 전류 소스(2014)는 복수의 조향 코일의 각각에 DC 전류를 공급할 수 있는 전원을 구비할 수 있다. 전류의 이 소스는 제어 프로세서의 제어하에 있는 전류 제어 엘리먼트의 어레이로 구성되는 조향 코일 제어 회로(2016)에 연결될 수 있다. 따라서, 조향 전류 제어 회로는 전자 빔의 방향을 제어하기 위해 하나 이상의 조향 코일(118)에 조향 전류(I1, I2, I3, … In)를 선택적으로 향하게 할 수 있다. 전자 빔 조향 코일을 제어하기 위한 방법은 기술이 잘 알려 있고, 따라서 여기서는 상세히 설명하지 않을 것이다. 예를 들어, 전자 빔 조향은 통상적인 음극선 관(cathode ray tube)에서 일반적으로 수행된다. 여전히, 각 조향 코일에 인가된 전류의 크기는 전자 빔이 타겟에 부딪치는 위치를 변경시키도록 선택적으로 제어될 수 있음을 이해해야 한다.
배열은 여기에 개시된 바와 같이 전자 빔의 자기 편향에 제한되지 않음을 이해해야 한다. 전자 빔 조향의 다른 방법이 또한 가능하다. 예를 들어, 인가된 전계가 전자 빔을 편향시키기 위해 또한 이용될 수 있음이 잘 알려져 있다. 이러한 시나리오에서, 고전압 편향 플레이트(high voltage deflection plates)가 조향 코일 대신 전자 빔을 제어하기 위해 이용될 수 있고, 전류보다는 플레이트에 인가된 전압이 변경될 것이다.
제어 프로세서(2002)는 컴퓨터 프로세서, 애플리케이션 특정 회로, 필드 프로그래머블 게이트 어레이(FPGA) 논리 장치, 또는 여기에 개시된 기능을 수행하도록 프로그램된 다른 회로와 같은 하나 이상의 장치로 구성될 수 있다. 이와 같이, 컨트롤러는 디지털 컨트롤러, 아날로그 컨트롤러 또는 회로, 집적 회로(IC), 마이크로컨트롤러, 또는 이산 구성요소로 형성된 컨트롤러일 수 있다.
도 21a 내지 도 21c는 여기에 개시된 바와 같은 DCTA의 동작을 이해하는데 유용한 일련의 도면이다. 편의상, 설명은 도 1 내지 도 8와 관련하여 여기에 개시된 DCTA에 대하여 진행될 것이다. 그러나, 이들 개념은 여기에 개시된 많은 또는 모든 DCTA 구성에 마찬가지로 적용가능함을 이해해야 한다.
도 21a는 DCTA 중심선(416)을 따라 바라 본 복합 X-레이 빔 패턴을 개념적으로 도시한 것으로, 여기서 X-레이는 복수의 방사상으로 지향된 빔의 빔 세그먼트(2102; plurality of radially directed beams beam segments)에서 균일하게 발생되는 것으로 이해될 수 있다. 이러한 빔 패턴은 타겟(402)과 관련된 모든 세그먼트(414)를 여기시키기 위해 전자 빔이 확산되거나 조향될 때 발생될 수 있다. 각 방사상 빔 세그먼트(2102)는 DCTA(106)의 일부를 구비하는 대응하는 빔-형성기에 의해 발생된다. 도 21a에 예시된 시나리오에서, 빔 발생기는 각 빔 세그먼트가 DCTA 중심선(416)에 대해 여러 방위 방향으로 처리된 영역에 대해 실질적으로 동일한 X-레이 투여량을 초래하기 위해 (예를 들어, 제어 시스템(2000)으로) 제어된다. 더욱이, 이는 X-레이 광자가 약 360도의 호(arc)에서 DCTA(106) 주위의 복수의 여러 각도로 지향되도록 빔 세그먼트(2102)가 배열됨이 도 21a에서 관찰될 수 있다.
DCTA(106)와 같은, DCTA에 의해 발생된 X-레이 방사선의 총 강도는 가속 전압의 제곱에 대략 비례한다. 따라서, 몇몇 시나리오에서, DCTA에서 발생된 X-레이 빔의 강도는 애노드에 대한 캐소드의 전압 전위를 제어하는 것에 의해 각각 제어될 수 있다. 각 X-레이 빔 세그먼트(2102)의 강도 및 방향에 걸친 독립적인 제어는 도 21b에 도시된 바와 같은, 복합 빔 패턴을 달성하도록 복합 빔 패턴에서의 선택적인 변경을 용이하게 할 수 있다. 전자 빔 강도 및/또는 지속 시간은 원하는 방사선 치료 계획을 용이하게 하기 위해 타겟의 여러 세그먼트에 대해 충돌할 때 선택적으로 변경될 수 있다. 도 21c는 몇몇 시나리오에서 소정 반경 방향 또는 방위 방향의 빔 강도가 실질적으로 0으로 감소될 수 있음을 예시한다. 즉, 특정 방사상 또는 방위 방향에서의 X-레이 빔은 특정 방사선 치료 계획을 용이하게 하기 위해 기본적으로 디스에이블(disabled)될 수 있다. 빔 발생기에 걸친 제어는 (제어 시스템(2000)과 같은) 제어 시스템에 의해 용이하게 될 수 있다.
도 21a 내지 21c의 빔 패턴은 빔 패턴이 타겟 상의 여러 위치에서 전자 빔 강도 및 지속 시간을 변경시키는 것에 의해 여러 방사 방향으로 제어될 수 있는 방식의 개념 이해를 용이하게 하기 위해 2차원으로 제시된 단순화된 패턴임이 주목되어야 한다. 이 기술을 이용하여 발생된 실제 빔 패턴은 상당히 더 복잡하고 도 7에 일반적으로 예시된 3차원 방사선 패턴을 자연스럽게 구비한다. 여전히, 더 높은 전압 전위를 이용하여 발생된 전자 빔은 특정 방사상 또는 방위 방향으로 더 큰 X-레이 빔 강도를 초래할 수 있고, 더 낮은 전압 전위를 이용하여 발생된 전자 빔은 특정 방사상 또는 방위 방향으로 더 낮은 X-레이 빔 강도를 초래할 것이다. 당연히, X-레이 빔이 특정 방향으로 인가되는 총 시간 길이는 해당 방향으로 전달되는 총 방사선 선량에 영향을 미친다.
포커싱된 전자 빔에 의해 방출된 X-레이의 강도는 초점으로부터 멀어지는 거리에 크게 의존한다. 조직 치료 체적의 거리를 제어하고, X-레이 빔의 관통력을 수정하기 위해, IORT의 경우 적어도 식염수(saline fluid)로 X-레이 소스와 상처 공동 사이의 간극 공간(interstitial space)을 채우기 위해 유리할 수 있다 . 이러한 구성은 DCTA(106)가 유체 블래더(2202; fluid bladder) 내에 배치될 수 있음을 나타내는 도 22에 예시된다. 유체 블래더는 X-레이 소스와 조직 벽(2208; tissue wall)(예를 들어, 종양 침대를 구비하는 조직 벽) 사이의 간극 공간(2204)을 채우기 위해, 식염수와 같은, 유체(2206)로 팽창되는 탄성 풍선과 같은 부재(elastic balloon-like member)일 수 있다. 유체 도관(2210, 2212)은 유체 블래더의 내부에 대한 유체의 흐름을 용이하게 할 수 있다. 이러한 배열은 보다 일정한 방사선 노출을 용이하게 하기 위해 전체 조직 벽을 X-레이 소스로부터 멀어지는 균일한 거리로 위치결정하는 것에 의해 종양 베드의 조사(irradiation)의 균일성을 향상시키는데 도움을 줄 수 있다.
DCTA(106)에서 X-레이의 발생은 상당한 양의 열을 발생시킬 수 있다. 따라서, 몇몇 시나리오에서, 간극 공간(2204)을 채우는 유체(2206)에 부가하여, 냉각제의 별도의 흐름이 DCTA에 제공될 수 있다. 이러한 구성의 일례가 도 23 및 도 24에 도시된다. 도 23은 드리프트 튜브(104) 및 DCTA(106)의 일부분을 도시한다. 드리프트 튜브 및 DCTA를 둘러싸는 냉각 재킷(2300; cooling jacket)은 복수의 동축 냉각 채널(2302, 2305; plurality of coaxial cooling channels)을 나타내기 위해 단면으로 도시된다. 도 24는 선 24-24를 따라 취해진 도 23에 도시된 조립체의 단면도이다. 이는 복수의 동축 냉각 채널이 DCTA(및 드리프트 튜브의 일부분)를 둘러싸고 DCTA로부터의 열을 운반하기 위한 냉각제의 흐름을 제공하는 시스(sheath)로서 구성될 수 있음이 도 23 및 도 24로부터 이해될 수 있다.
특히, 외부 동축 냉각 채널(2302; outer coaxial cooling channel)은 외부 시스(2301; outer sheath)와 내부 시스(2304; inner sheath) 사이의 간극 공간에 의해 정의된다. 내부 동축 냉각 채널(2305)은 드리프트 튜브(104) 및 DCTA(106)의 일부분을 구비하는 내부 시스 및 외부 시스에 의해 정의된다. 내부 동축 냉각 채널(2305)은 너브(2306; nubs)에 의해 부분적으로 유지된다. 너브는 내부 시스(2304)와 드리프트 튜브(104)와 DCTA(106)의 외부 표면 사이의 갭을 유지한다. X-레이 소스가 동작 중일 때, 냉각제(2303)는 외부 동축 냉각 채널(2302)을 통해 DCTA(106)를 향해 포지티브 압력 하에서 흐른다.
도 23에서 화살표로 나타낸 바와 같이. 냉각제(2303)는 노즐부(2308; nozzle part)가 제공되는 냉각 재킷의 종단부(2307)로 흐른다. 몇몇 시나리오에서, 노즐 부분(2308)은 도시된 바와 같이 내부 시스(2304)와 통합될 수 있다. 대안적으로, 노즐 부분은 별도의 엘리먼트를 구비할 수 있다. 노즐부(2308)는 냉각제(2303)가 외부 동축 냉각 채널(2302)로부터 내부 동축 냉각 채널(2305)로 흐를 수 있도록 배열되는 복수의 포트를 포함한다. 노즐 부분은 또한 냉각 효과를 제공하기 위해 냉각제의 흐름 또는 스프레이를 DCTA(106) 상으로 그리고 그 주위로 향하게 하도록 기능한다. 도 23에서 화살표에 의해 나타내어진 이 흐름은 냉각제 흐름 압력(coolant flow pressure) 및 노즐 부분의 정확한 구성에 따라 연속적인 흐름(continuous flow), 스프레이(spray) 또는 드립핑 작용(dripping action)의 형태일 수 있다. DCTA 팁을 냉각한 후, 냉각제(2303)는 너브(2306)에 의해 유지되는 공간에서 내부 동축 냉각 채널(2305)에 의해 정의된 복귀 경로(return path)를 따라 흐른다. 이어 냉각제(2303)는 배기 포트(도 23에 도시되지 않았음)를 통해 내부 동축 냉각 채널을 나가게 될 것이다.
여기에 도시되고 설명된 냉각 재킷(2300)은 DCTA의 냉각을 용이하게 하는 하나의 가능한 구성임이 이해될 것이다. 이와 관련하여, 다른 형태의 냉각 시스가 또한 가능하고 제한없이 이용될 수 있음을 이해해야 한다. 또한, 냉각 재킷이 필요하지 않도록 X-레이 소스가 감소된 전압 레벨로 작동될 수 있는 몇몇 시나리오가 있을 수 있음을 이해해야 한다.
X-레이 방사선 패턴에 대한 부가적인 제어는 전자 빔이 특정 타겟 세그먼트(414)에 충돌하는 곳을 선택적으로 변경시키는 것에 의해 얻을 수 있다. 예를 들어, 이는 각 빔-형성기에 의해 발생된 X-레이 빔의 빔 폭은 전자 빔이 특정 타겟 세그먼트에 부딪치는 곳을 변경시키는 것에 의해 조정될 수 있음이 도 25a 내지 도 25d에서 관찰될 수 있다. 전자 빔이 빔 쉴드(404)의 중심선에 가장 가까운 타겟 세그먼트에 부딪칠 때, 비교적 좁은 빔이 빔 형성 구획에 의해 발생된다. 그러나, 빔이 도 25b 내지 도 25d의 중심선으로부터 반경 방향으로 바깥쪽으로 점진적으로 이동될 때. 최종 X-레이 빔은 방위 방향으로 점차적으로 더 넓어진다. 따라서, 최종 X-레이 방사선 강도 패턴의 방향 및 형상이 선택적으로 제어될 수 있다. 도 25a 내지 도 25d의 빔 패턴은 전자 빔이 특정 타겟 세그먼트에 부딪치는 곳의 위치를 변경시키는 것에 의해 빔 폭이 제어될 수 있는 방식의 개념적인 이해를 용이하게 하기 위해 주로 제시되는 단순화된 2-차원 패턴임이 주목되어야 한다. 이 기술을 이용하여 발생된 실제 빔 패턴은 상당히 더 복잡하고 자연스럽게도 7에 도시된 것과 유사한 3차원 방사 패턴을 구비한다.
도 26a 내지 도 26b는 유사한 개념을 예시하지만 여러 구성을 갖춘 빔 쉴드를 갖는다. 도 26a 내지 도 26b에서 빔 쉴드(2504)는 쐐기 형상이라기 보다는 프로파일에서 반원형인 복수의 구획(2520; plurality of compartments)으로 구성된다. 도 26a에 도시된 바와 같이, 전자 빔이 타겟과 교차하는 위치를 선택적으로 제어하는 것은 비교적 좁은 X-선 빔(2502)이 빔 형성 구획에 의해 발생되는지 또는 비교적 넓은 빔(2504)이 발생되는지의 제어를 도울 수 있다. 빔이 빔 쉴드(2504)의 중심선으로부터 방사상으로 바깥쪽으로 이동함에 따라 더 넓은 빔이 발생된다.
도 26a에 도시된 부가 효과는 발생된 X-레이 빔의 방향을 조향하기 위한 추가 방법을 효과적으로 제공하기 위해 전자 빔이 벽 엘리먼트에 대해 타겟을 가로막는 위치를 변경시키는 것을 포함할 수 있다. 전자빔이 구획의 주변을 중심으로 회전함에 따라, X-레이 빔의 방향이 변경될 것이다.
도 27을 참조하면, DCTA(2700)는 타겟(2702)의 하나의 주 표면에 인접하여 배치되는 제1 부분(2706), 및 타겟의 대향하는 주 표면에 인접하여 배치되는 제2 부분(2708)을 포함하는 빔 쉴드(2704)를 포함할 수 있다. 제1 부분(2706)은 진공 환경 내에서 드리프트 튜브(2714)의 내부에 배치될 수 있고, 제2 부분(2708)은 드리프트 튜브의 외부에 배치될 수 있다. 그러나 몇몇 시나리오에서, 드리프트 튜브(2714)의 주요 부분(2713)은 X-레이를 흡수 또는 감쇠시키는 재료로 구성될 수 있다. 이러한 경우에 있어서, 이는 드리프트 튜브의 주요 부분(2713)과 비교하여 X-레이 방사선에 대해 더욱 고도로 투과성인 재료로 되도록 드리프트 튜브의 종단부(2715)를 구비하는 재료를 선택하는 것이 바람직할 수 있다. 이러한 시나리오에서, 종단부(2715)를 구비하는 재료는 X-레이에 대해 투명하도록 선택될 수 있다. 이 배열은 X-레이가 감쇠없이 내부를 빠져 나가도록 드리프트 튜브(2714) 내에서 방출될 수 있도록 하고, 그에 의해 원하는 치료 효과를 제공한다.
대안적으로, 여기에 개시된 바와 같은 DCTA는 도 19에 도시된 DCTA(1900)와 유사한 구성을 갖도록 배열될 수 있다. DCTA(1900)는 관형 본체 부분(1920; tubular main body portion)을 포함한다. 관형 본체 부분은 타겟(1902)을 제1 단부에서, 그리고 커플링 링(1922; coupling ring)을 대향 단부에서 지지할 수 있다. 빔 쉴드(1904)의 제1 부분(1906)은 관형 본체 부분(1920) 내에 배치되도록 타겟의 면으로부터 연장된다. 커플링 링은 DCTA(1900)가 드리프트 튜브(예를 들어, 드리프트 튜브(104))의 종단에 고정될 수 있도록 구성된다. 커플링 링은 드리프트 튜브의 원위 종단(distal end)과 함께 진공 시일(vacuum seal)을 용이하게 할 수 있다. 따라서, 관형 본체 부분(1920)의 내부는 드리프트 튜브의 내부와 동일한 진공 압력으로 유지될 수 있다.
관형 본체 부분(1920)은 X-레이 투과성 재료(X-ray transmissive material)로 구성될 수 있다. 결과적으로, 관형 본체 부분의 내부에 형성된 X-레이 빔 부분은 관형 본체 부분(1920)의 구조에 의해 실질적으로 흡수되거나 감쇠되지 않는다. 이러한 목적을 위해 이용될 수 있는 X-레이 투과성 재료의 예는 실리콘 카바이드(SiC; Silicon Carbide)를 포함한다. SiC가 이러한 목적으로 이용되면, 이는 니켈-코발트 철 합금(nickel-cobalt ferrous alloy)인 코바(Kovar)와 같은 재료로부터 커플링 링(1922)을 형성하기 위해 유리할 수 있다. 이러한 목적을 위한 Kovar의 이용은 본체 부분에 대한 커플링 링의 납땜(brazing)을 용이하게 할 수 있다. 물론, 튜브형 본체 부분(1920)의 내부에서 발생되는 X-레이 빔의 일부분을 감쇠시키는 것이 바람직한 몇몇 시나리오가 있을 수 있다. 해당 경우에 있어서, 관형 본체 부분은 대신 X-레이 광자에 대해 매우 흡수성인 재료로 형성될 수 있다. X-레이 광자에 매우 흡수성인 이러한 재료의 예는 구리(Cu)를 포함한다.
본 발명이 하나 이상의 구현과 관련하여 예시되고 설명됨에도 불구하고, 동등한 변경 및 수정이 본 명세서 및 첨부된 도면을 읽고 이해함에 따라 당업자에 대해 야기될 것이다. 부가하여, 본 발명의 특정 특징은 몇몇 구현 중 하나에 대해서만 개시될 수 있는 한편, 이러한 특징은 소정의 주어진 또는 특정 애플리케이션에 대해 바람직하고 유리할 수 있게 됨에 따라 다른 구현의 하나 이상의 다른 특징과 결합될 수 있다.
여기서 이용된 용어는 여기에 개시된 시스템 및 방법의 특정 측면을 설명하는 목적을 위한 것으로, 본 발명을 제한하도록 의도되지는 않는다. 여기서 이용된 바와 같이, 단수형은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수형을 포함한다. 더욱이, 용어 "포함하는 것", "포함하는", "갖춘", "갖는", "함께" 또는 그 변형은 상세한 설명 및/또는 청구범위에서 이용되는 한, 그러한 용어는 "구비하는"이라는 용어와 유사한 방식으로 포함되도록 의도된다.
다르게 정의되지 않는 한, (기술적 및 과학적인 용어를 포함하는) 여기서 이용되는 모든 용어는 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 이는 일반적으로 이용되는 사전에 정의된 것과 같은 용어는 관련 기술의 맥락에서 그 의미와 일치하는 의미를 갖는 것으로 해석되어야 하고 여기서 명시적으로 그렇게 정의되지 않는 한 이상적 또는 지나치게 형식적인 의미로 해석되지 않을 것임이 더욱 이해될 것이다.

Claims (35)

  1. X-레이 방사선을 제어하기 위한 방법으로,
    전자빔을 발생시키는 단계;
    전자 빔의 경로에 타겟 엘리먼트를 위치결정하는 단계;
    전자 빔과 타켓 엘리먼트의 상호작용의 결과로서 X-레이 방사선을 발생시키는 단계;
    X-레이 빔을 형성하기 위해 X-레이 방사선이 타겟 엘리먼트에 근접하여 배치된 빔-형성기 구조와 상호작용하도록 하는 단계; 및
    빔-형성기 구조와 X-레이 방사선의 상호작용을 결정하도록 전자 빔이 타겟 엘리먼트와 교차하는 위치를 선택적으로 변경시키는 것에 의해 빔 패턴 및 X-레이 빔의 방향 중 적어도 하나를 제어하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 X-레이 방사선을 제어하기 위한 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    전자 빔 조향 유닛으로 전자 빔을 조향하는 것에 의해 위치를 선택적으로 변경시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 X-레이 방사선을 제어하기 위한 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    타겟 엘리먼트와 상호작용하도록 전자 빔을 허용하기 전에 진공 압력으로 유지된 둘러싸인 드리프트 튜브의 긴 길이를 통해 전자 빔을 안내하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 X-레이 방사선을 제어하기 위한 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    동작을 제어하는 단계가 빔-형성기로 X-레이 방사선의 일부분을 흡수하는 것에 의해 용이하게 되는 것을 특징으로 하는 X-레이 방사선을 제어하기 위한 방법.
  5. 제4항에 있어서,
    위치를 선택적으로 변경시키는 단계가 빔-형성기에 의해 흡수되는 X-레이 빔의 일부분을 간접적으로 제어하기 위해 이용되는 것을 특징으로 하는 X-레이 방사선을 제어하기 위한 방법.
  6. 제4항에 있어서,
    복수의 타겟 엘리먼트 섹터로 타겟 엘리먼트를 적어도 부분적으로 분할하기 위해 빔-형성기의 적어도 하나의 쉴드 벽을 이용하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 X-레이 방사선을 제어하기 위한 방법.
  7. 제6항에 있어서,
    전자 빔이 쉴드된 구획과 관련된 타겟 엘리먼트 섹터와 교차할 때 X-레이 방사선이 방사되는 방향의 범위를 적어도 부분적으로 한정하는 쉴드된 구획을 형성하기 위해 적어도 하나의 쉴드 벽을 이용하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 X-레이 방사선을 제어하기 위한 방법.
  8. 제6항에 있어서,
    타겟 엘리먼트 섹터 중 하나 이상에서 타겟 엘리먼트를 선택적으로 교차시키도록 전자 빔을 제어하는 것에 의해 방향을 결정하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 X-레이 방사선을 제어하기 위한 방법.
  9. 제8항에 있어서,
    전자 빔이 타겟 엘리먼트 섹터 중 특정 하나 내의 타겟 엘리먼트와 교차하는 위치를 선택적으로 선택하는 것에 의해 빔 패턴을 제어하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 X-레이 방사선을 제어하기 위한 방법.
  10. 제8항에 있어서,
    전자 빔이 타겟 엘리먼트 섹터 중 하나 이상과 교차할 때 이용되는 EBG 전압 및 전자 빔 지속 시간 중 적어도 하나를 선택적으로 변경시키는 것에 의해 하나 이상의 여러 방향으로 X-레이 빔에 의해 전달되는 X-레이 선량을 선택적으로 제어하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 X-레이 방사선을 제어하기 위한 방법.
  11. 제1항에 있어서,
    기판 상에 배치된 타겟 재료의 층을 포함하도록 타겟 엘리먼트를 선택하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 X-레이 방사선을 제어하기 위한 방법.
  12. 제11항에 있어서,
    기판이 다이아몬드로 구성되는 것을 특징으로 하는 X-레이 방사선을 제어하기 위한 방법.
  13. 전자 빔을 발생시키도록 구성된 전자 빔 발생기(EBG);
    EBG로부터 소정 거리에 배치되고 전자 빔을 기로막도록 위치된 타겟 엘리먼트로서, X-레이 방사선을 발생시키도록 전자 빔에 응답하는, 타겟 엘리먼트;
    타겟 엘리먼트에 근접하여 배치되고, X-레이 빔을 형성하도록 X-레이 방사선과 상호작용하는 재료로 구성된 빔 형성기; 및
    빔-형성기 구조와 X-레이 방사선의 상호작용을 결정하기 위해 전자 빔이 타겟 엘리먼트와 교차하는 위치를 선택적으로 변경시키는 것에 의해 빔 패턴 및 X-레이 빔의 방향 중 적어도 하나를 선택적으로 제어하도록 구성된 EBG 제어 시스템;을구비하여 구성되는 것을 특징으로 하는 X-레이 소스.
  14. 제13항에 있어서,
    EBG 제어 시스템이 전자 빔 조향 유닛으로 전자 빔을 조향하는 것에 의해 위치를 선택적으로 변경시키도록 구성되는 것을 특징으로 하는 X-레이 소스.
  15. 제13항에 있어서,
    EBG와 타켓 엘리먼트 사이에 배치된 드리프트 튜브를 더 구비하고, EBG는 전자 빔이 진공 압력으로 유지되는 드리프트 튜브의 둘러싸인 긴 길이를 통해 이동할 수 있도록 구성되는 것을 특징으로 하는 X-레이 소스.
  16. 제13항에 있어서,
    빔 형성기는 X-레이 빔의 형성을 용이하게 하기 위해 X-레이 방사선의 일부를 흡수하도록 구성되는 하이-Z 재료로 구성되는 것을 특징으로 하는 X-레이 소스.
  17. 제16항에 있어서,
    EBG 제어 시스템은 전자 빔이 타겟 엘리먼트와 교차하는 위치를 선택적으로 변경시키는 것에 의해 빔-형성기에 의해 흡수되는 X-레이 빔의 일부분을 간접적으로 제어하는 것을 특징으로 하는 X-레이 소스.
  18. 제16항에 있어서,
    빔-형성기는 복수의 타겟 엘리먼트 섹터로 타겟 엘리먼트를 적어도 부분적으로 분할하도록 배열된 적어도 하나의 쉴드 벽으로 구성되는 것을 특징으로 하는 X-레이 소스.
  19. 제18항에 있어서,
    적어도 하나의 쉴드 벽이 복수의 쉴드 구획을 정의하고, 각각은 전자 빔이 쉴드 구획과 관련된 타겟 엘리먼트 섹터와 교차할 때 X-레이 방사선이 방사될 수 있는 방향의 범위를 적어도 부분적으로 한정하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 X-레이 소스.
  20. 제18항에 있어서,
    EBG 제어 시스템이 복수의 타겟 엘리먼트 섹터 중 어느 것이 전자 빔에 의해 교차되는지를 제어하는 것에 의해 X-레이 빔의 방향을 결정하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 X-레이 소스.
  21. 제20항에 있어서,
    EBG 제어 시스템은 전자 빔이 타켓 엘리먼트와 교차하는 타켓 엘리먼트 섹터 중의 하나 이상 내에서 위치를 선택적으로 제어하는 것에 의해 빔 패턴을 제어하도록 더 구성되는 것을 특징으로 하는 X-레이 소스.
  22. 제20항에 있어서,
    EBG 제어 시스템은 전자 빔이 타겟 엘리먼트 섹터 중 하나 이상과 교차할 때 적용되는 EBG 전압 및 전자 빔 지속 시간 중 적어도 하나를 선택적으로 변경시키는 것에 의해 타겟 엘리먼트 섹터에 의해 정의된 하나 이상의 다른 방향으로 X-레이 빔에 의해 전달되는 X-레이 선량을 선택적으로 제어하도록 더 구성되는 것을 특징으로 하는 X-레이 소스.
  23. 제13항에 있어서,
    타겟 엘리먼트가 기판 상에 배치된 타겟 재료로 구성되는 것을 특징으로 하는 X-레이 소스.
  24. 제23항에 있어서,
    기판이 다이아몬드로 구성되는 것을 특징으로 하는 X-레이 소스.
  25. 진공 챔버 내에 배치된 전자 빔 발생기(EBG);
    타겟 및 빔-형성기를 구비하는 DCTA(directionally controlled target assembly)로의 전자 빔의 전송을 용이하게 하기 위해 진공 챔버의 연장부를 형성하는 긴 중공 보어를 정의하고 EBG와 정렬된 드리프트 튜브,
    타겟이 드리프트 튜브의 긴 길이에 대해 횡 방향으로 배치된 적어도 하나의 주면을 갖춘 평면 엘리먼트를 구비하고, 전자 빔에 노출될 때 X-레이를 발생시키게 하는 타겟 재료의 층으로 구성되고,
    빔-형성기가 타겟의 적어도 하나의 주면에 대해 횡 방향으로 연장되는 적어도 하나의 쉴드 엘리먼트를 구비하고; 및
    제어 신호에 응답하고 드리프트 튜브 내에서 전자 빔의 방향을 선택적으로 변경시키도록 구성되고, 그에 의해 타겟과 전자 빔의 교차의 지점이 변경될 수 있는 전자 빔 조향 유닛;을 구비하여 구성되는 것을 특징으로 하는 X-레이 소스.
  26. 제25항에 있어서,
    적어도 하나의 쉴드 엘리먼트는 X-레이와 관련된 방사선 패턴의 제어를 적어도 부분적으로 용이하게 하기 위해 X-레이의 적어도 일부분을 흡수하는 재료로 구성되는 것을 특징으로 하는 X-레이 소스.
  27. 제26항에 있어서,
    적어도 하나의 쉴드 엘리먼트가 포스트인 것을 특징으로 하는 X-레이 소스.
  28. 제26항에 있어서,
    적어도 하나의 쉴드 엘리먼트가 적어도 하나의 주면을 복수의 타겟 세그먼트로 적어도 부분적으로 분리하는 쉴드 벽인 것을 특징으로 하는 X-레이 소스.
  29. 제26항에 있어서,
    적어도 하나의 쉴드 벽이 타겟의 중심 축으로부터 반경 방향으로 연장되는 것을 특징으로 하는 X-레이 소스.
  30. 제29항에 있어서,
    적어도 하나의 쉴드 벽이 타겟의 제1 주면으로부터 횡 방향으로 연장되는 적어도 제1 쉴드 벽 및 타겟의 제2 주면으로부터 횡 방향으로 연장되는 제2 쉴드 벽으로 구성되는 것을 특징으로 하는 X-레이 소스.
  31. 제30항에 있어서,
    제1 및 제2 쉴드 벽이 정렬되는 것을 특징으로 하는 X-레이 소스.
  32. 제25항에 있어서,
    타겟 재료의 층이 기판 상에 배치되는 것을 특징으로 하는 X-레이 소스.
  33. 제32항에 있어서,
    기판이 다이아몬드로 구성되는 것을 특징으로 하는 X-레이 소스.
  34. 전자 빔 발생 장치로 전자 빔을 발생시키는 단계;
    전자 빔을 구비하는 전자가 복수의 위치 중 선택된 하나 이상에서 타겟에 충돌하도록 하기 위해 전자 빔 발생 장치에 의해 발생된 전자 빔을 전자적으로 조향하는 단계;
    타깃에 횡 방향으로 연장되는 복수의 벽 엘리먼트를 이용하여 타깃에 하나 이상의 구획을 정의하는 단계로서, 벽 엘리먼트가 타깃에 충돌하는 전자 빔으로부터 발생된 X-레이를 방향적으로 한정하도록 배열되는, 단계; 및
    전자가 복수의 벽 엘리먼트에 대해 타겟에 충돌하는 위치를 제어하는 것에 의해 복수의 소정의 방향 중 어느 하나에서 X-레이 빔을 선택적으로 형성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 X-레이 빔을 제어하기 위한 방법.
  35. 제34항에 있어서,
    전자가 복수의 벽 엘리먼트에 대해 타겟에 충돌하는 위치를 제어하는 것에 의해 X-레이 빔 패턴 형상을 선택적으로 제어하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 X-레이 빔을 제어하기 위한 방법.
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