[发明专利]X射线源和用于控制X射线辐射的方法

说明书

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。

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。

技术领域

本公开的技术领域包括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。

背景技术

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(external beam radiotherapy,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。

发明内容

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。