(57)【要約】Ｘ線管および操作方法は、真空容器と真空容器内の電子線源とを含む。真空容器内の標的物は、基板と基板に付着した一つ以上の付着物とを含んでいる。それぞれ異なる付着物は、異なる原子番号の原子を含んでいる。Ｘ線管は、複数の付着物のうちの選択可能な付着物に電子線を導く手段を含んでいる。基板物質としては、付着物よりも、真空に耐える強度、Ｘ線の透過性、融点、熱伝導性に優れたものが選択される。基板は、集約された冷却システムによって冷却される。Ｘ線管は、電力の経済性の向上、可動部の低減、小型化とともに、選択されたＸ線周波数を生成することができる。改良された骨量測定に用いる場合、付着物の一つは、約５３０００ｅＶよりも低いＫ蛍光エネルギーを有する。
2005516376.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の選択可能なＸ線周波数帯のうち、選択されたＸ線周波数帯を生成するとともに、可動部を含まないＸ線管を備えた、Ｘ線源。
【請求項２】
真空容器と、
上記真空容器の内部にある電子ビーム源と、
上記真空容器内に配置された、基板を含む標的物と、
上記基板に付着した複数の選択可能な付着物と、
上記複数の選択可能な付着物のうち、選択された付着物に電子ビームを導くための電場源と、を含み、
上記複数の選択可能な付着物をなすそれぞれ異なる付着物は、異なる原子番号の原子を含んでいる、Ｘ線管。
【請求項３】
上記基板は、上記真空容器の一部を形成するように配置されるとともに、上記真空容器内での真空に耐える強度を有し、かつ、上記複数の選択可能な付着物で生成されたＸ線を透過させる、請求項２に記載のＸ線管。
【請求項４】
上記基板が１０Ｗ／ｍ・Ｋよりも大きい熱伝導性を有している、請求項２に記載のＸ線管。
【請求項５】
上記基板が１００Ｗ／ｍ・Ｋよりも大きい熱伝導性を有している、請求項２に記載のＸ線管。
【請求項６】
上記基板は、多結晶ダイアモンド、サファイア、およびシリコンのうちの少なくとも一つからなる、請求項２に記載のＸ線管。
【請求項７】
上記基板は、上記Ｘ線管の外部にある冷却システムによって噴霧冷却される、請求項３に記載のＸ線管。
【請求項８】
上記Ｘ線管および冷却システムが、約２０ポンドより軽い重さの小型に集約されたユニットを形成している、請求項３に記載のＸ線管。
【請求項９】
上記Ｘ線管の内部に、複数のＸ線周波数のうちのどれもを生成するための機械可動部を有していない、請求項２に記載のＸ線管。
【請求項１０】
標的物で発生したＸ線スペクトルの一部を遮断するための移動可能なＸ線フィルタを備えていない、請求項２に記載のＸ線管。
【請求項１１】
上記選択された付着物の原子のＫ殻蛍光エネルギーが、約５万電子ボルトより低い、請求項２に記載のＸ線管。
【請求項１２】
上記複数の付着物は、約６４と約７４との間の原子番号を有する第一の元素を含む第一の付着物と、約８７と約９２との間の原子番号を有する第二の元素を含む第二の付着物と、を含む、請求項２に記載のＸ線管。
【請求項１３】
上記電子ビーム源は、選択可能な付着物中の原子のＫ殻蛍光エネルギーに一致する電子エネルギーを有する電子ビームを生成するように制御されている、請求項２に記載のＸ線管。
【請求項１４】
上記基板は、上記複数の付着物のうちの一つの付着物と同じである、請求項２に記載のＸ線管。
【請求項１５】
真空容器と、
上記真空容器の内部にある電子ビーム源と、
上記真空容器内に配置された、基板を含む標的物と、
上記基板に付着した複数の選択可能な付着物と、
上記複数の付着物のうち、選択された付着物に電子ビームを導くための手段と、を含み、
上記複数の付着物のうちのそれぞれ異なる付着物は、異なるＫ殻蛍光エネルギーを有する原子を含み、
上記複数の付着物のうちの第一の付着物は、約５万電子ボルトより低いＫ殻蛍光エネルギーを有する第一の元素を含む、Ｘ線管。
【請求項１６】
第二の付着物は、約１０万電子ボルトより大きいＫ殻蛍光エネルギーを有する第二の元素を含む、請求項１５に記載のＸ線管。
【請求項１７】
上記第一の元素は、約６４と約７４との間の原子番号を有する元素である、請求項１５に記載のＸ線管。
【請求項１８】
上記第一の元素がホルミウムである、請求項１７に記載のＸ線管。
【請求項２０】
上記第二の元素は、約８７と約９２との間の原子番号を有する元素である、請求項１６に記載のＸ線管。
【請求項２０】
上記第二の元素がトリウムである、請求項２０に記載のＸ線管。
【請求項２１】
上記基板は、上記真空容器の一部を形成するように配置されるとともに、上記真空容器内での真空に耐える強度を有し、かつ、上記複数の選択可能な付着物で生成されたＸ線を透過させる、請求項１５に記載のＸ線管。
【請求項２２】
上記基板が１０Ｗ／ｍ・Ｋよりも大きい熱伝導性を有している、請求項１５に記載のＸ線管。
【請求項２３】
上記基板が１００Ｗ／ｍ・Ｋよりも大きい熱伝導性を有している、請求項１５に記載のＸ線管。
【請求項２４】
上記基板は、多結晶ダイアモンド、サファイア、およびシリコンのうちの少なくとも一つからなる、請求項１５に記載のＸ線管。
【請求項２５】
上記基板は、上記Ｘ線管の外部にある冷却システムによって噴霧冷却される、請求項２１に記載のＸ線管。
【請求項２６】
上記Ｘ線管および冷却システムが、約２０ポンドより軽い重さの小型に集約されたユニットを形成している、請求項２５に記載のＸ線管。
【請求項２７】
上記Ｘ線管の内部に、複数のＸ線周波数のうちのどれもを生成するための機械可動部を有していない、請求項１５に記載のＸ線管。
【請求項２８】
標的物で発生したＸ線スペクトルの一部を遮断するための移動可能なＸ線フィルタを備えていない、請求項１５に記載のＸ線管。
【請求項２９】
上記電子ビームを導く手段が電場源である、請求項１５に記載のＸ線管。
【請求項３０】
上記電子ビーム源は、選択可能な付着物中の原子のＫ殻蛍光エネルギーに一致する電子エネルギーを有する電子ビームを生成するように制御されている、請求項１５に記載のＸ線管。
【請求項３１】
上記電場源および電子ビーム源は、コンピュータ制御されている、請求項１５に記載のＸ線管。
【請求項３２】
上記電子ビーム源は、上記電子ビームが第一の付着物に導かれた場合に、約４万５千電子ボルトの電子エネルギーを有する電子ビームを生成するように制御されている、請求項１８に記載のＸ線管。
【請求項３３】
上記電子ビーム源は、上記電子ビームが第二の付着物に導かれた場合に、約１１万電子ボルトの電子エネルギーを有する電子ビームを生成するように制御されている、請求項２０に記載のＸ線管。
【請求項３４】
真空容器と、
上記真空容器の内部にある電子ビーム源と、
上記真空容器内に配置された、基板を含む標的物と、
上記基板に付着した該基板とは異なる付着物と、を含み、
電子ビームは、Ｘ線を生成する付着物に導かれ、
上記基板は、上記付着物の熱伝導性よりも何倍も大きい熱伝導性を有している、Ｘ線管。
【請求項３５】
上記基板の熱伝導性は、２００Ｗ／ｍ・Ｋよりも大きい、請求項３４に記載のＸ線管。
【請求項３６】
上記基板が多結晶ダイアモンドある、請求項３４に記載のＸ線管。
【請求項３６】
上記基板がサファイアである、請求項３４に記載のＸ線管。
【請求項３８】
上記基板は、上記真空容器の一部を形成するように配置されるとともに、上記真空容器内での真空に耐える強度を有し、かつ、上記付着物で生成されたＸ線を透過させる、請求項３４に記載のＸ線管。
【請求項３９】
上記基板は、上記Ｘ線管の外部にある冷却システムによって噴霧冷却される、請求項３４に記載のＸ線管。
【請求項４０】
上記Ｘ線管および冷却システムが、約２０ポンドより軽い重さの小型に集約されたユニットを形成している、請求項３４に記載のＸ線管。
【請求項４１】
標的物で発生したＸ線スペクトルの一部を遮断するための移動可能なＸ線フィルタを備えていない、請求項３４に記載のＸ線管。
【請求項４２】
上記電子ビーム源は、上記付着物中の原子のＫ殻蛍光エネルギーに一致する電子エネルギーを有する電子ビームを生成するように制御されている、請求項３４に記載のＸ線管。
【請求項４３】
上記付着物中の原子のＫ殻蛍光エネルギーは、約５万電子ボルトより低い、請求項４２に記載のＸ線管。
【請求項４４】
上記標的物は、上記電子ビームに対して実質的に垂直である、請求項３４に記載のＸ線管。
【請求項４５】
上記標的物は、上記電子ビームによる上記付着物の熱を拡散するように、電子ビームに対して実質的に傾斜している、請求項３４に記載のＸ線管。
【請求項４６】
上記標的物は、該標的物から、上記Ｘ線管を含むＸ線源の外部にある対象物に放出される光線に対して、実質的に傾斜している、請求項４５に記載のＸ線管。
【請求項４７】
Ｘ線管と、
冷却システムと、を備え、
上記冷却システムは、上記Ｘ線管の外部に熱交換流体を収容するとともに、上記Ｘ線管の標的物に発生した熱が吸収されるように、上記熱交換流体を標的物の外表面に導く噴霧ノズルを有する、流体容器と、
上記熱交換流体を噴霧ノズルに通すポンプと、を含む、Ｘ線源。
【請求項４８】
上記流体容器は、さらに、該流体容器内の熱交換流体から、流体容器の外側にある周囲流体に、熱を導くための上記流体容器の熱交換部を備えている、請求項４７に記載のＸ線源。
【請求項４９】
上記Ｘ線管および冷却システムが、約２０ポンドより軽い重さの小型に集約されたユニットを形成している、請求項４８に記載のＸ線源。
【請求項５０】
上記Ｘ線管は、さらに真空容器を含み、
上記付着物は、上記真空容器の一部を形成するように配置された基板を含み、
上記基板は、上記真空容器内での真空に耐える強度を有し、
上記噴霧ノズルは、上記基板の外表面に熱交換流体を導く、請求項４７に記載のＸ線源。
【請求項５１】
上記標的物は、基板上の付着物を含み、
上記基板は、上記付着物と電子ビームとが衝突した場合に、該付着物で生成されたＸ線を透過させるとともに、上記付着物の熱伝導性よりも大きい熱伝導性を有する、請求項４７に記載のＸ線源。
【請求項５２】
上記ポンプは、上記Ｘ線管を冷却するために十分な可変速度で、噴霧ノズルに熱交換流体を流すように、コンピュータ制御されている、請求項４７に記載のＸ線源。
【請求項５３】
上記ポンプによって回転するフィンが、フィン管の外側に配置されている、請求項４９に記載のＸ線源。
【請求項５４】
上記ポンプ用の電子モータと、上記ポンプによって回転するフィン管とは、同軸である、請求項５３に記載のＸ線源。
【請求項５５】
上記フィン管内には、上記Ｘ線管用の送電線が通っている、請求項５３に記載のＸ線源。
【請求項５６】
上記標的物の外表面に導かれた熱交換流体は液相である、請求項４７に記載のＸ線源。
【請求項５７】
上記熱交換流体の少なくとも一部は、上記標的物内で発生した熱を吸収した後に、気相に変化する、請求項５６に記載のＸ線源。
【請求項５８】
複数の選択可能なＸ線周波数のうち、選択されたＸ線周波数を生成する方法であって、
選択されたＸ線周波数に対応する電子エネルギーを有する電子ビームを生成するように、Ｘ線管中の電子ビーム源を制御するステップと、
選択された付着物上に電子ビームを導くとともに、Ｘ線管中の標的基板上の複数の付着物のうちの別の付着物から離れる方向に電子ビームを導くように、Ｘ線管中の電場源を制御するステップとを備え、
上記複数の付着物うちの各付着物は、複数の選択可能なＸ線周波数帯の一つの周波数帯に対応するＫ殻蛍光エネルギーを有する原子を含み、
上記選択された付着物は、選択されたＸ線周波数帯に対応するＫ殻蛍光エネルギーを有する原子を含む、方法。
【請求項５９】
さらに、上記Ｘ線管を冷却するために十分な可変流速をもたらすように、冷却システムのポンプを制御するステップを含む、請求項５８に記載の方法。
【請求項６０】
複数の選択可能なＸ線周波数のうち、選択されたＸ線周波数を生成するための一つ以上の連続する命令を実行するコンピュータ読取可能媒体であって、
一つ以上のプロセッサによる一つ以上の連続する命令を、該一つ以上のプロセッサに実行させるために、
上記選択されたＸ線周波数に対応する電子エネルギーを有する電子ビームを生成するように、Ｘ線管中の電子ビーム源を制御するステップと、
選択された付着物上に電子ビームを導くとともに、Ｘ線管中の標的基板上の複数の付着物のうちの別の付着物から離れる方向に電子ビームを導くように、Ｘ線管中の電場源を制御するステップと、を行い、
上記複数の付着物うちの各付着物は、複数の選択可能なＸ線周波数帯のうちの一つの周波数帯に対応するＫ殻蛍光エネルギーを有する原子を含み、
上記選択された付着物は、上記選択されたＸ線周波数帯に対応するＫ殻蛍光エネルギーを有する原子を含む、コンピュータ読取可能媒体。
【請求項６１】
真空容器と、該真空容器の内部にある電子ビーム源と、標的物と、複数の付着物のうち、選択可能な付着物に電子ビームを導く電場源と、を含むＸ線管、および、
上記Ｘ線管の外部に熱交換流体を収容する流体容器と、コンピュータ制御されたポンプと、を含む冷却システム、を備え、
上記標的物は、上記真空容器の一部を形成するように配置されるとともに、上記真空容器内での真空に耐える強度を有し、かつ、上記Ｘ線管によって生成されたＸ線を透過させる基板と、
上記基板に付着するとともに、それぞれ異なる原子番号の原子を含む、異なる付着物からなる複数の付着物と、を含み、
上記流体容器は、標的物で発生した熱を吸収するために、基板の外表面に熱交換流体の液相を導く噴霧ノズルと、
上記流体容器内の熱交換流体から、流体容器の外側にある周囲流体に、熱を導くための上記流体容器の熱交換部と、を含み、
上記ポンプは、上記Ｘ線管を冷却するために十分な可変速度で、上記噴霧ノズルに熱交換流体の液相を流し、
上記複数の付着物は、約６６と約７６との間の原子番号を有する第一の元素を含む第一の付着物と、約８９と約９４との間の原子番号を有する第二の元素を含む第二の付着物と、を含み、
上記基板は、多結晶ダイアモンド、サファイア、およびシリコンのうちの少なくとも一つからなり、
上記Ｘ線管の内部に、機械可動部を有しておらず、
上記標的物で発生したＸ線スペクトルの一部を遮断するための移動可能なＸ線フィルタを備えておらず、
上記Ｘ線管および冷却システムが、約２０ポンドより軽い重さの小型に集約されたユニットを形成している、Ｘ線源。
【発明の詳細な説明】
【発明の詳細な説明】
【０００１】
［関連出願の相互参照］
本出願は、35 U.S.C. 119条(e)の下、２００２年１月３１日に出願された仮出願６０／３５３，７４２、すなわち、この仮出願で全て開示した事柄（reference）によって組み込まれた全ての内容について、利益を主張するものである。
【０００２】
［発明の背景］
１．発明の分野
本発明は、Ｘ線源に関するものであり、特に、組織特性を測定するための二重エネルギーＸ線吸収法で使用される効率的なＸ線源に関するものである。
【０００３】
２．関連技術の説明
この項で説明する過去のアプローチ（approach）は実行可能であるが、以前に考えられ、あるいは実行されているアプローチは、必ずしも必要ではない。それゆえ、本出願で示していない限り、この項で説明する技術は、この背景の項に上記アプローチがただ存在しているだけで、本出願の主張に対する先行技術としては考えるべきものではない。
【０００４】
ベッドで静養している患者や、米国やロシアの宇宙飛行士に対する実験から、骨組織の損失の大きさや形状は、各個人や人体の各部で、極端に多様であることが分かっている。無重力状態では、上肢からはほとんど失われないようであるが、米国宇宙飛行士の脊髄骨、骨盤、近位大腿骨からの損失量の割合は、月平均で１％から１．６％の間である。閉経後の女性における脊髄骨、骨盤、近位大腿骨からの損失量の割合は、年平均で０．８％から１．３％であり、実質的に損失の割合は少ない。
【０００５】
宇宙飛行の間、特に下部の骨格で負荷が不足している。骨組織の損失は、負荷が軽減された条件下で起こるだけでなく、ロシアの宇宙飛行士のデータから、骨の長さを増加させる補償分配変化（compensatory distribution changes）も生じないことが示されている。このことから、米国宇宙飛行士は、上記と同じような骨量の損失のために、骨折に対してより大きな危険性を有することになる。それゆえ、骨量を決定することだけでなく、骨組織の構造の幾何学的な形状を決定することも重要である。骨組織の損失は、下部の骨格に与えられる負荷を増加させることによって、解決することができる。このような解決策の有効性は、多数の米国宇宙飛行士について骨組織の破損の統計データを解析するよりも、上記解決策を実施する前後の、各個人の骨格構造の幾何学的形状に基づいて、それぞれ判断されることが好ましい。このことは、多くの米国宇宙飛行士だけに当てはまるものではない。
【０００６】
さらに、骨組織の構造の決定は、全住民の検診（screening a population）や、閉経後の女性や高齢者の骨粗鬆症、および、骨粗鬆症にかかりそうな人の骨粗鬆症の治療を監視する場合にも有用である。
【０００７】
負荷や骨組織の損失は、人間の筋肉量や筋肉の大きさを測定することによって解決することもできる。それゆえ、走査装置（scanning device）を用いて、軟部組織の筋肉から脂肪を分けることも有用である。軟部組織は、骨組織を締め出すものである。
【０００８】
骨密度（ＢＭＤ）、骨組織の構造、軟部組織の成分を決定する方法には、幾つかの方法がある。上記の方法には、コンピュータ断層投影法（ＣＴ）、磁気共鳴影像法（ＭＲＩ）、超音波法、二重エネルギーＸ線吸収法（ＤＸＡ）が含まれる。
【０００９】
ＣＴユニット（unit）は、画像化が可能であり、骨組織や軟部組織の幾何学的特徴を測定することができるのに対し、走査当りの高い放射線量のために、宇宙での使用には適していない。加えて、全身走査が可能なＣＴユニットは、非常に大型であり、数千ポンドの重量がある。このような大きな重量のために、携帯用として、また宇宙飛行で、上記ＣＴユニットを使用することは、非現実的である。また、上記ＣＴユニットは、骨粗鬆症の検査や治療の監視を行う地上の小さな診療所では実現が困難な、高価で大型化したものとなっている。ＭＲＩユニットは、例えば、筋肉から脂肪を分離することができ、軟部組織を画像化することに関して優れている。しかしながら、ＭＲＩユニットは、ＣＴユニットと同じような大きさであり、重量の点で不利という問題がある。全身走査が可能なＭＲＩユニットは、かなりの電力を消費するとともに、大きな磁場を発生し、さらに、１万ポンドの重量がある。
【００１０】
市販の走査器は、二重エネルギーＸ線吸収法（ＤＸＡ）、あるいは、局部的な平均値である骨密度（ＢＭＤ）の測定を行うための超音波法を使用している。しかしながら、局部的な平均値は、構造の細部をあいまいにし、骨組織の強度を推測するために十分に正確ではない。このようなシステムは、破損の危険性を予知することができない。さらに、超音波装置は、筋肉量の定量化を行うためにうまく使用されていない。
【００１１】
市販のＤＸＡ装置の不利な点は、携帯用として使用するには大きすぎ、エネルギーの消費量が大きいことにある。消費されるエネルギーの多くは、使用しない周波数のＸ線を発生するために用いられる。それゆえ、過剰となるＸ線周波数は、１つ以上のフィルタを使用して、Ｘ線ビームから除去される。それぞれのフィルタは、発生したＸ線周波数のスペクトルの異なる部分を遮断し、組織分析のために有用なＸ線周波数のうち、選択された一つを通す。
【００１２】
また、幾つかのフィルタの使用、および、選択されたフィルタをＸ線ビームの内側と外側とに移動させるための機構は、Ｘ線源の複雑さ、大きさ、重量を増加させる。複雑さが増加すると、Ｘ線源の信頼性が低下する。大きさや重さが増加すると、Ｘ線源を携帯用や、宇宙に運ばれたシステム（space-borne system）用には適さないＸ線源となってしまう。
【００１３】
市販されているＤＸＡ装置の他の不利な点は、フィルタを用いても、発生するＸ線周波数帯が、通常、特定用途に必要とされる周波数帯よりも広がっていることである。それゆえ、ノイズと与えられた信号との比（ＳＮＲ）のために、患者に与えられる放射線量は過剰になる可能性がある。
【００１４】
上記の説明から、過剰なＸ線周波数を生成しない、あるいは、幾つかの移動可能なフィルタを必要としない、複数のＸ線周波数を効率的に生成するためのＸ線源が必要であることは明らかである。
【００１５】
［発明の要約］
本発明の特徴の一つは、Ｘ線源が、選択可能な複数のＸ線周波数帯のうち、狭帯域（narrow band）の選択されたＸ線周波数を生成するとともに、可動部を有していないＸ線管を含んでいることにある。
【００１６】
本発明の他の特徴は、Ｘ線管が、真空容器（vacuum chamber vessel）を含むとともに、該真空容器内に、電子ビーム源および標的物を含んでいることにある。標的物は、基板と、該基板に付着した複数の選択可能な付着物とを含んでいる。それぞれ異なる付着物は、異なる原子番号を有する原子を含む。Ｘ線管は、複数の付着物のうち、選択された付着物に、電子線を導くための電場源を含む。
【００１７】
本発明の他の特徴は、Ｘ線管が、真空容器を含むとともに、該真空容器内に、電子ビーム源および標的物を含んでいることにある。標的物は、基板と、該基板に付着した複数の選択可能な付着物とを含んでいる。Ｘ線管は、複数の選択可能な付着物の中から選択された付着物に、電子線を導くための手段を含んでいる。それぞれ異なる付着物は、異なるＫ殻蛍光エネルギーを有する原子を含んでいる。第一の付着物は、約５万電子ボルトより小さいＫ殻蛍光エネルギーを有する第一元素を含んでいる。
【００１８】
この特徴に関する実施形態において、第二の付着物は、約１０万電子ボルトより高いＫ殻蛍光エネルギーを有する第二の元素を含んでいる。
【００１９】
本発明の他の特徴は、Ｘ線管が、真空容器を含むとともに、該真空容器内に、電子ビーム源および標的物を含んでいることにある。標的物は、基板と、基板に付着した基板とは異なる付着物を含んでいる。電子ビームは、Ｘ線を生成するために、付着物に導かれる。基板は、付着物の熱伝導性より何倍も大きい熱伝導性を有している。
【００２０】
この特徴に関する実施形態において、基板は、真空容器の一部を形成するとともに、真空に耐える強度を有し、また、付着物に発生したＸ線を透過させるものである。
【００２１】
本発明の他の特徴は、Ｘ線源が、Ｘ線管および冷却システムを含んでいることにある。冷却システムは、Ｘ線管の外側に熱交換流体を収容する流体容器を含んでいる。流体容器は、標的物内に発生した熱を吸収するために、Ｘ線管の標的物の外表面に、熱交換流体を導く噴霧ノズルを含んでいる。冷却システムは、噴霧ノズルを通じて熱交換流体を流し込むためのポンプを含んでいる。
【００２２】
この特徴に関する実施形態において、Ｘ線管は、真空容器と、真空容器の一部を形成する基板を含む標的物と、を含んでいる。基板は、真空に耐え得る強度を有している。噴霧ノズルは、基板の外表面に熱交換流体を導く。他の実施形態では、標的物は、基板に付着物を含む。上記基板は、付着物に電子ビームが衝突したときに付着物で生成されたＸ線を透過させ、付着物の熱伝導性よりも高い熱伝導性を有している。
【００２３】
この特徴に関する他の実施形態において、Ｘ線管および冷却システムは、約２０ポンドよりも軽い重さの、小型に集約されて一体化されたユニットを形成している。
【００２４】
この特徴に関する実施形態において、ポンプによって回転されるフィン（fin）は、フィン管の外側に配置される。他の実施形態では、Ｘ線管の送電線（power cable）は、フィン管の内部を通っている。
【００２５】
本発明の他の特徴は、選択されたＸ線周波数を生成するための技術は、選択されたＸ線周波数に対応する電子エネルギーを有する電子ビームを生成するために、Ｘ線管内で、電子ビーム源を制御することにある。電場源は、選択された付着物に電子ビームを導くとともに、別の付着物から離れるように電子ビームを導くように、制御される。各付着物は、複数の選択可能なＸ線周波数帯のうちの一つの周波数帯に対応するＫ殻蛍光エネルギーを有する原子を含んでいる。選択された付着物は、選択されたＸ線周波数帯に対応するＫ殻蛍光エネルギーを有する原子を含んでいる。
【００２６】
本発明の一つの特徴は、Ｘ線源が、Ｘ線管および冷却システムを含んでいることにある。Ｘ線管は、真空容器を含むとともに、該真空容器の内部に、電子ビーム源と標的物とを含んでいる。標的物は、真空容器の一部を形成する基板を含んでいる。該基板は、真空容器内の真空に耐え得る強度を有し、Ｘ線管によって生成されたＸ線を透過させる。複数の付着物は、基板に付着される。異なる各付着物は、異なる原子番号の原子を含んでいる。Ｘ線管は、選択された付着物に電子ビームを導くための電場源を含んでいる。付着物は、約６４と約７４との間の原子番号を有する第一の元素、および、約（about）８７と約９２との間の原子番号を有する第二の元素を含んでいる。基板は、多結晶ダイアモンド、シリコン、およびサファイアのうちの少なくとも一つからなる。Ｘ線管内の機械可動部は存在しない。標的物で発生するＸ線スペクトルの一部を遮断するための移動可能なＸ線フィルタは存在しない。冷却システムは、Ｘ線管の外側で、熱交換流体を収容するための流体容器を含んでいる。流体容器は、標的物で発生した熱を吸収するために、基板の外表面に熱交換流体の液相を導く噴霧ノズルを含んでいる。流体容器の熱交換部は、流体容器内の熱交換流体からの熱を、流体容器の外側にある周囲流体（ambient fluid）に導く。コンピュータによって制御されたポンプは、Ｘ線管を冷却するために十分な可変速度（a variable rate）で、噴霧ノズルを通じて熱交換流体の液相を流す。Ｘ線管および冷却システムは、約２０ポンドより軽い重さの、小型に集約されて一体化されたユニットを形成している。
【００２７】
上記の複数の特徴を用いた技術によって、選択可能なＸ線周波数を生成し、電力のより一層の節約や、可動部の低減、小型化、あるいは、これらを組み合わせた特性を得ることができる。
【００２８】
［図面の簡単な説明］
本発明は、添付の図面の図に示される例によって説明されるが、この例に制限されるものではない。図面中の同じ部材番号は、同じ構成要素を示す。
【００２９】
図１は、一実施形態にかかる、選択可能なＸ線周波数を有するＸ線管を示すブロック図である。
【００３０】
図２Ａおよび図２Ｂは、一実施形態にかかる、外部冷却構成部を有する冷却システムを備えたＸ線源を示すブロック図である。
【００３１】
図３は、一実施形態にかかる、小型に集約されて一体化された冷却システムを備えたＸ線源を示すブロック図である。
【００３２】
図４は、一実施形態にかかる、Ｘ線源を操作する方法を示すフローチャートである。
【００３３】
図５は、図４の方法の実施形態を実行するコンピュータシステムを示すブロック図である。
【００３４】
［詳細な説明］
Ｘ線源用の方法および装置について説明する。以下の記述では、本発明を完全に理解するための説明を目的として、多くの具体的な細部が示されている。しかしながら、当業者にとって、本発明がこれらの具体的な細部を含まずに実行可能であることは、明らかである。他の例では、本発明が不必要にあいまいになることを避けるために、周知の構造および装置は、ブロック図の形で示されている。
【００３５】
本発明の実施形態では、骨密度（ＢＭＤ）の測定を行うために、二重エネルギーＸ線吸収法（ＤＸＡ）に使用するための二重周波Ｘ線源について、説明する。特に、Ｘ線源の実施形態では、進歩した多方面放射型（advanced,multiple-projection）の二重エネルギーＸ線吸収法（ＡＭＰＤＸＡ）走査システムについて説明する。しかしながら、本発明の実施形態は、これに制限されるものではない。他の実施形態は、一つ以上の選択可能なＸ線周波数を効率よく生成するために実施され、他の用途に適した、無駄な電力が少ない、無駄なＸ線周波数が少ない、可動部が少ない、従来のＸ線源よりも小さい、あるいはこれらを組み合わせた特性を得ることができる。例えば、製造業者は、多方面への用途のために、標的物上に複数の付着物を有するＸ線管の一つのモデル（model）を大量生産している。また、製造業者は、特殊装置を販売することに代えて、特殊な用途に適した一つ以上の付着物の一部を選択するためのチップやコンピュータを製造している。こういった用途の中に、例えば、一つ以上の型の癌の治療や治療上の処置に用いられるＸ線源を含んでいてもよい。
【００３６】
１．従来の二重エネルギーＸ線管
Ｘ線は電磁波である。電磁波の離散的な量子は光子である。周波数（ν）のＸ線は、プランク定数ｈに比例する光子エネルギー（Ｅ）、すなわちＥ＝ｈνを有する。
【００３７】
従来のＸ線管では、標的物内の物質および入射した電子のエネルギーによって決定される光子エネルギー（周波数）あたりの分布（光子の相対数（relative number of photons））を有するＸ線を生成するために、加熱されたフィラメント（filament）からの高エネルギー電子が、突如減速して標的物に衝突する。空気分子との過剰な衝突を避けるために、電子ビームは、真空容器内に閉じ込められている。
【００３８】
加熱されたフィラメントと陽極との間に印加された高電圧（Ｖ）の入力Ｖ１は、電子が標的物に衝突する前に、電子を加速させる。多くの実施形態において、標的物は陽極である。いくつかの実施形態では、標的物は、陽極として機能するワイヤーグリッド（wire grid）を超えたところにある。１ボルトの電場によって加速された一つの電子の運動エネルギーは、１電子ボルト（約１．６×１０−１９Ｊ（Joukes）、又は４．４５×１０−２４キｋＷｈ（kirowatt-hours）である。Ｘ線を生成するための電圧Ｖ１は、数万ボルトである。Ｘ線管は、入力電圧Ｖ１によって決定される遮断光子エネルギー（遮断周波数）までの光子エネルギーの分布（周波数スペクトル）を有するＸ線光子を生成する。すなわち、全てのＸ線光子は、（遮断周波数νｃでの）Ｖ１電子ボルトの遮断エネルギー以下のエネルギーを有する。（遮断周波数νｃでの）ピークエネルギーは、多くの光子が有するＸ線光子エネルギーである。ピークエネルギーは、Ｖ１電子ボルトよりわずかに小さい。生成された光子の数は、ピークエネルギー（周波数νｐ）よりも小さい光子エネルギー（周波数）の減少とともに、減少する。Ｘ線光子のエネルギーと、電子ビームの電子のエネルギーや、与えられた光子数に対するエネルギー束のエネルギー等の他の議論されているエネルギーと、の違いを明確にするために、Ｘ線光子のエネルギーは、周波数で説明される。
【００３９】
Ｘ線電源装置は、フラグメントと陽極との間に高電圧Ｖ１を供給する。Ｘ線電源装置は、標的物に衝突する有用な数の電子を供給するために、１秒あたりに十分な電子、すなわち電流（Ｉ）も供給する。１Ａ（Ampere）の電流は、１秒あたり１Ｃ（coulomb）、すなわち約０．６×１０１９電子／秒（electrons per second）である。電源装置によって供給される電力は、電流Ｉと電圧Ｖとの積である。定義によれば、ＡＶ（Ampere-volt）の積の単位は、１Ｊ／秒（Joule per second）、定義によれば、１Ｗ（Watt）である。
【００４０】
二重エネルギーシステム（すなわち二重周波数システム）では、電源装置もまた、別の電圧Ｖ２でＸ線管を駆動している。この電圧Ｖ２は、（第二遮断周波数νｃ２での）別の遮断エネルギー、および、（第二ピークエネルギーｖｐ２での）別のピークエネルギーを有する、別のＸ線エネルギーの分布（周波数スペクトル）を生じさせるものである。複数のＸ線スペクトルを区別するために、各Ｘ線スペクトルは、異なるピーク周波数で関連づけられている。
【００４１】
従来のＸ線源は、通常、ピーク周波数について、周波数の分布を制限するためのフィルタを含んでいる。二重エネルギーシステムでは、二つの異なるフィルタがしばしば用いられ、Ｘ線管によってＸ線の出力を遮るための位置に或るフィルタを移動し、該Ｘ線管によってＸ線の出力を遮るための位置の外に、他のフィルタを移動するための機構が含まれている。上記フィルタは、ピークエネルギーよりも低いエネルギーのＸ線を遮断し、（周波数νａでの）高透過エネルギーを超えるエネルギーを有するＸ線のみを透過する物質で作られている。その結果、Ｘ線光子エネルギーの狭い範囲、すなわち、（νｐでの）ピークエネルギーより低い（νａでの）高透過エネルギーから、（νｃでの）遮断エネルギーに至る範囲のＸ線光子エネルギーが、Ｘ線源装置から発生する。二重エネルギーシステムでは、電力装置が、第二電圧Ｖ２で駆動している場合に、第二フィルタが使用される。第二フィルタは、（νｐ２での）第二ピークエネルギーよりも小さいエネルギーの、（νａ２での）第二高透過エネルギーよりも低いＸ線光子エネルギーを遮断する。
【００４２】
背景の項で説明したように、従来のＸ線源は、使用しないまたはフィルタによって取り除かれる周波数で、Ｘ線を過剰に生成するため、過剰のエネルギーを消費するという問題がある。
【００４３】
２．Ｋ殻蛍光
本発明の実施形態によれば、与えられた用途に最適となる選択された周波数である狭帯域のＸ線周波数は、Ｋ殻蛍光を用いて生成される。このような発生源を用いることにより、電子ビームの電力は、有用な狭周波数スペクトルのうちのＸ線にのみ、効率よく伝達される。
【００４４】
Ｋ殻蛍光では、標的物中の物質の原子のいわゆるＫ殻にある電子は、電子ビーム中の電子との衝突によって、エネルギーが与えられる。電子ビーム中の電子が、十分なエネルギーを有している場合には、Ｋ殻内の電子には、原子の、次に高次の殻（いわゆるＬ殻）に到達するために十分な、あるいは、原子全体から放出する（escape）ために十分なエネルギーが与えられる。Ｋ殻の電子が原子から放出されるエネルギーは、Ｋ殻結合エネルギーである。従って、エネルギーが与えられた電子は、物質中の、Ｋ殻上に空き（vacant position）を有する正味で正に帯電した原子によって、再捕獲される。再捕獲された電子は、Ｋ殻に戻るために与えられたエネルギー、すなわちほぼＫ殻結合エネルギーに等しい光子エネルギーを有する光子を放出する。物質中の原子の原子番号Ｚが十分に大きい場合、光子エネルギー（周波数）は、Ｘ線光子エネルギー（周波数）の範囲にある。一般的なＸ線管では、標的物は、タングステン（原子記号Ｗ，Ｚ＝７４）である。
【００４５】
物質は、Ｋ殻蛍光をかなり透過することが知られている。それゆえ、Ｋ殻蛍光によって生成されるＸ線の多くは、標的物中の物質によって再吸収されるのではなく、Ｘ線管から放出される。これにより、電子ビームが、Ｋ殻結合エネルギー付近のエネルギーや、Ｌ殻への遷移エネルギー付近のエネルギーの電子を有している場合、電子ビーム中の電子からのエネルギーを、標的物によって放出されたＸ線光子に、非常に効率よく伝達することができる。
【００４６】
さらに、電子ビーム中の電子が、Ｋ殻結合エネルギーを越えるエネルギーを有している場合、発生した光子は、標的物に、容易に再吸収されるであろう。吸収された光子は、Ｋ殻中の電子にエネルギーを与え、これにより、Ｋ殻中の電子を放出し、Ｋ殻中の電子が再捕獲される場合に、より多くのＸ線を放出する。物質の端部付近（near the edge of material）での放射は標的物を放出し、わずかに高い周波数の、標的物からの全Ｘ線放射に加えられる。
【００４７】
その結果、Ｋ殻蛍光は、Ｋ殻結エネルギーに一致したエネルギーの電子ビームから、Ｘ線に、エネルギーを効率よく伝達する、比較的狭いＸ線スペクトル（すなわち、周波数が狭帯域のスペクトル）を生成し得る。
【００４８】
物質は、一般に、特定の用途に最適なＫ殻蛍光スペクトルを有することが知られているが、物質は、他の様々な理由により、Ｘ線管の標的物に適していないこともある。
【００４９】
一つの理由としては、電子ビームによって物質を照射すると、物質に熱も加えることになり、物質の温度を上昇させることが挙げられる。適したＫ殻蛍光を有する幾つかの物質は、低い融点温度を有している。そのような物質は、電子ビームによる照射中に融解することがある。低い熱容量の物質は、加熱されると、物質の温度が融点まで急激に上昇する。標的物が融解すると、Ｘ線管は使用不可能になる。
【００５０】
例えば、ＡＭＰＤＸＡ走査システムの目的である骨組織構造や軟部組織の解析には、５万電子ボルト（キロｅＶあるいは単にｋｅＶ）より低い光子エネルギーでのＫ殻蛍光を有する物質が好ましい。候補となる物質は、ホルミウム（原子記号Ｈｏ，Ｚ＝６７）である。しかしながら、Ｈｏの融点は、摂氏１４６１度（℃）であり、タングステンの融点３４２２℃よりも低い。
【００５１】
一つの解決法は、融解を妨げる冷却システムを使って物質を冷却することである。しかしながら、冷却システムの効果は、冷却された物質の熱伝導性によって制限される。与えられた強度のＸ線を生成するために、標的物質は、ある一定の速度で熱を発生するように、ある一定の速度で衝突させなければならない。物質の熱伝導性が非常に低ければ、物質の温度が融点まで上昇する前に、熱を取り除くことができない。従って、標的物が融解し、Ｘ線管が使用不可能になる。例えば、ホルミウムの熱伝導性は、１ケルビン・１メートルあたり１６．２ワット（Ｗ／ｍ・Ｋ）であり、タングステンの熱伝導性である１７４Ｗ／ｍ・Ｋより低い。
【００５２】
多くの冷却システムでは、空気のような熱交換流体は、通常、標的物に接触する。上記冷却システムで使用される場合、流体は、剪断応力に耐えることができない物質であり、気体と液体とを含んでいる。それゆえ、標的物は、真空容器内よりも大きい圧力の、真空容器と熱交換流体との間に配置される。標的物は、この圧力の違いに耐え得るように十分な強度を有していなければならない。Ｋ殻蛍光物質の幾つかの候補は、上記の圧力の違いに耐え得る十分な強度を有していない。たとえ、標的物が十分な強度を有していても、温度が融点に達した場合、標的物の強度が、上記の圧力の違いに耐えられない程度（point）にまで減少することがある。これにより、標的物は、真空を維持することができなくなり、Ｘ線管が再び使用不可能になることもあるであろう。
【００５３】
３．Ｘ線管標的物
本発明の幾つかの実施形態によれば、標的物は、好ましい融点や、熱容量、熱伝導性、Ｘ線管の真空容器内で真空に耐えるための強度などの好ましい標的物特性を有する、別の物質からなる基板に付着している。
【００５４】
図１は、本実施形態にかかる、選択可能なＸ線周波数を有するＸ線管１００を示すブロック図である。Ｘ線管１００は、電子ビーム源１１０と、電子ビーム１１２が導入される真空槽１０２を形成するための真空容器壁１０４とを含んでいる。図示した実施形態によれば、標的物１３０は、真空容器壁１０４の一部を形成している。図示した実施形態では、電子ビーム源１０とは異なる電場源１２０を含んでいる。
【００５５】
電子ビーム源１１０は、高電圧電源によって電子が供給される過熱された陰極を含んでいる。幾つかの実施形態では、電子ビーム源１１０は、電子ビームにまで電子を加速するためのワイヤーグリッド陽極を含んでいる。図示した実施形態において、電子ビーム源１１０用の陽極は、電子ビーム源１１０とは異なる標的物１３０である。説明する実施形態において、標的物１３０は、電子ビーム１１２中で、電子の伝播方向に実質的に垂直な方向を向いている（oriented）。他の実施形態では、以下で詳細に説明するように、標的物は、電子ビーム中で、電子の伝播方向に垂直な角度とは実質的に異なる角度の、斜め方向を向いている。
【００５６】
電子ビーム１１２が標的物１３０に衝突すると、選択された周波数帯のＸ線１９０が放射される。図示した実施形態では、Ｘ線１９０は、制動放射（bremstrahlung）およびＫ殻蛍光によって生成されるので、付加的なフィルタを使用することなく、用途に最適な狭い周波数のスペクトルを生成することができる。所望する周波数帯を超えて、あるいは、周波数帯より低く、放射される制動放射線（bremstrahlung radiation）は、標的物内で吸収されることになるが、周波数帯内の周波数の制動放射線は、標的物を透過する。Ｋ殻蛍光は、原子の原子番号に依存し、また、当業者には周知のように、物質は、この蛍光をかなり透過させることになる。例えば、標的物１３０が、原子番号６７の原子であるホルミウムを含んでいると、４５ｋｅＶに相当する周波数付近にピークを有する狭いスペクトルを生成する。本実施形態にて、エネルギー効率が向上する理由の一つは、Ｋ殻結合エネルギーより高いエネルギーでの制動放射線が、Ｋ殻蛍光として再放出されることにある。このように、従来の反射標的物の構成では無駄になっていたエネルギーがなくなることになる。従って、好ましい周波数帯内の有用なビームは、標的物中での電子衝突によって生じるＫ殻蛍光、標的物中の高エネルギー制動放射の吸収からのＫ殻蛍光、および、所望するエネルギー帯内で放射された制動放射線を含んでいる。
【００５７】
図１には、標的物１３０の囲み図（close view）が含まれている。囲み図に示すように、標的物１３０は、選択可能な付着物１３４が付着した基板１３２を含んでいる。図示した実施形態では、二つの選択可能な付着物１３４ａ，１３４ｂは、基板１３２上に付着している。他の実施形態では、多少の（more or fewer）付着物が、基板１３２に付着している。それぞれの付着物は、一つ以上の原子といった、Ｘ線管１００の一つ以上の用途に望まれるＫ殻蛍光を有する物質を含んでいる。例えば、ＡＭＰＤＸＡの用途に対しては、シミュレーションによれば、４０ｋｅＶから４５ｋｅＶまでの光子エネルギーに対応する周波数の範囲の中で低い周波数が最適であること、また、１４０ｋｅＶに近い光子エネルギーに対応する高周波数が望ましいことが示唆されている。それゆえ、一つの実施形態において、ＡＭＰＤＸＡ走査システムのＸ線管に用いられる標的物は、約５０ｋｅＶより小さい光子エネルギーに対応するピーク周波数のＫ殻蛍光を有する付着物１３４ａを含んでいる。また、ＡＭＰＤＸＡ走査システムのＸ線管に用いられる標的物は、約１００ｋｅＶよりも大きい光子エネルギーに対応するピーク周波数のＫ殻蛍光を有する付着物１３４ｂを含んでいる。
【００５８】
このような付着物を用いれば、フィルタを使用する必要はなく、適当な場所内に或るフィルタを移動させ、適当な場所の外に他のフィルタを移動させるための機構が不要となる。例えば、従来のＤＸＡシステムでは、生成されたＸ線周波数の多くを透過しないタングステンの標的物が使用されているため、Ｘ線が標的物から反射され、標的物を透過しない。１％以下のエネルギー効率を有していれば、反射標的物は、電子加速電圧に対応して最大値を有するＸ線エネルギーを広範囲で生成する。望ましいエネルギー帯のＸ線は、所望の周波数を伝送し、残りの周波数が除かれた光路中に、一つ以上のフィルタを設置することによって生成される。シミュレーションによれば、５０ｋｅＶより低い光子エネルギーに対応する周波数を生成するためには、従来のＸ線源に重要な改良を要する。
【００５９】
図示した実施形態では、電場源１２０は、複数の選択可能な付着物１３４のうち、選択された付着物１３４ａに電子ビーム１１２を導くために用いられる。他の実施形態において、選択された付着物１３４ａに電子ビーム１１２を導くために、他の方法が使用されてもよい。電子ビームを選択された付着物１３４ａに導くことについては、後段の項で詳細に説明する。
【００６０】
付着物中の物質は、融点や熱伝導性、強度、これらの特性の組み合わせによって、標的物用には適していない可能性があるため、必要とされる特性をもたらす基板上に付着させる。基板は、付着物によって生成されるＸ線を完全に透過するものである。原子番号（Ｚ）が小さい原子は、Ｘ線を透過させる。原子番号が小さい物質は、真空に耐え得る強度を有している。例えば、Ｚ＝４の金属ベリリウムは、しばしば真空容器の壁のＸ線透過窓として使用される。
【００６１】
幾つかの実施形態において、付着物は、薄いフィルムとして形成されている。例えば、低い融点および低い熱伝導性を有する付着物は、薄いフィルムとして付着されているので、付着物に発生した熱が速やかに基板に達する。基板が高い熱伝導性を有していれば、冷却された流体と真空容器との間の圧力の違いに耐えるために必要とされる厚さを介して、より急速に熱を運ぶことができる。
【００６２】
基板に対する熱伝導性を考慮する（balancing）一方、フィルムの厚さは、Ｋ殻結合エネルギーよりも高い光子エネルギーの吸収を最適に行うことができるように設計されている。従って、加速電圧は、Ｋ殻結合エネルギーより実質的に高くなるであろう。Ｋ殻結合エネルギーより高いエネルギーで生成されたＸ線光子は、Ｋ殻電子との衝突によって吸収されることになり、これにより、Ｋ殻蛍光を生成することになる。上記実施形態の大きな利点は、標的物中で自己吸収されるＸ線エネルギーの大部分が、Ｋ殻イオン化エネルギーより低い所望されたエネルギー内で再放射されることにある。このようなＸ線源は、必要とされないエネルギーが、所望された周波数範囲で再放射されるのではなく、失われる、従来の反射標的物フィルタを組み合わせた場合に比べて、優れている。
【００６３】
付着物は、当業者には知られた手法で形成されていてもよい。例えば、周知技術であるスパッタリング（sputtering）は、基板上で一つ以上の薄いフィルムの付着物を形成するために用いられ得る。スパッタリングでは、帯電した気体粒子（「プラズマ」）が、金属箔、金属棒（rod）等の純物質源からの物質中の原子に衝突し、該原子が基板上に付着する。
【００６４】
ＡＭＰＤＸＡ用途の場合、５０ｋｅＶより低い低周波数の光子エネルギーは、約６４〜約７４の範囲内の原子番号を有する原子によって生成することができる。これらの原子の大部分は、周期表のランタノイド系列に属しており、以下の表１に示すとおりである。
【００６５】
【表１】
2005516376.tif 000003
【００６６】
ある実施形態では、Ｌ殻からＫ殻への遷移エネルギーが、約４６ｋｅＶ〜４８ｋｅＶの間であるホルミウムが選択される。ホルミウムは、優れた熱容量（約２７．２Ｊ／Ｋ・ｍｏｌ（Joules per °Kelvin per mole））を有しているので、加熱すると、ゆっくりと融点に達する。文献によれば、タングステンは、約２４．３Ｊ／Ｋ・ｍｏｌの熱容量を有している。ホルミウムは、一般的に、スパッタリングによる標的物中には製造されない。ホルミウムは、柔らかく展性があり、酸素や水によってゆっくり侵される。しかしながら、ほぼ純粋のホルミウム（９９．９％純度）からなる金属棒や金属箔は、電子ビームの付着物、あるいは、物理蒸着付着物といった他の形で利用される。幾つかの実施形態では、ホルミウムの付着物を保護するためのコーティング（coating）が必要とされる。ホルミウムは、酸素や他の試薬と本質的には相互作用しない標的物の真空側にのみ設けられるため、コーティングは省略される場合もある。
【００６７】
ＡＭＰＤＸＡ用途の場合、１００ｋｅＶより高い光子エネルギーを有する高い周波数は、約８７から約９２の範囲内の原子番号を有する原子によって生成される。これらの原子は、１００ｋｅＶを超えるＫ殻結合エネルギー（むしろＫ殻からＬ殻の遷移エネルギー）を有し、以下の表２に示すとおりである（Ｚ＝８８のラドンは気体であるため、表２から省略した）。
【００６８】
【表２】
2005516376.tif 000004
【００６９】
ある実施形態では、トリウムが選択される。トリウムもまた、優れた熱容量（約２７．３Ｊ／Ｋ・ｍｏｌ）を有し、加熱すると、ゆっくりと融点に達する。上記の表の中で、トリウムは、他の元素に比較して比較的高い融点を有している。トリウムは、種々の形状で利用可能であり、スパッタリングの標的物あるいは電子ビームの付着物用に固体状で容易に得ることできる。現在の利用可能なトリウムの原料物質の純度は、約９９．５％にまで達する。
【００７０】
しかしながら、ホルミウムおよびトリウムは、いずれも比較的低い熱伝導性を有する。ホルミウムの熱伝導性は、約１６．２Ｗ／ｍ・Ｋであり、トリウムの熱伝導性は、約５４Ｗ／ｍ・Ｋである。タングステンで比較すると、上記のように、タングステンは、約１７４Ｗ／ｍ・Ｋの熱伝導性を有する。それゆえ、ホルミウムやトリウムは、いずれも、実質的により高い熱伝導性の基板上に付着されることが有利である。ベリリウムは、低い熱伝導性（約８Ｗ／ｍ・Ｋ）を有するので、基板としては好ましくない。タングステンは、これらの用途で生成されるＸ線を透過させないので、上記実施形態に適した基板物質ではない。
【００７１】
ＡＭＰＤＸＡ用途での標的物１３０に用いられる基板物質の候補は、表３に示すとおりである。
【００７２】
【表３】
2005516376.tif 000005
【００７３】
複数の付着物は、種々の様式（manner）で基板上に付着させればよい。ある実施形態では、複数の付着物は、線パターン状あるいは格子パターン状に類似し（adjacent）、ある実施形態では、複数の付着物は同心円状（concentric）である。幾つかの実施形態では、それぞれの付着物によって覆われている基板の領域は、単位時間あたりに放射されるＸ線光子の数（すなわち放射強度）によって決定される。
【００７４】
幾つかの実施形態では、電子ビームよる照射の間に付着物が加熱される割合は、電子ビームの断面積よりも大きい付着物上の領域上に電子ビームを広げることによって軽減される。これを成し得るためには、電子ビーム中の電子の伝播方向に垂直な角度とは実質的に異なる傾斜角の方向に、標的物（例えば、基板および薄い付着物）を向ければよい。電子が衝突する付着物の領域は、電子ビームの断面積よりも大きい。それゆえ、単位領域あたりの熱生成の割合は、電子ビームに対して垂直な方向を向いた標的物内よりも少なくなる。Ｘ線生成の割合は、電子ビーム中の電流（１秒あたりの電子）によって決定されるので、熱生成の割合と同様となる。
【００７５】
Ｘ線源の外部の対象物に、可能な限り狭いＸ線源の点としてＸ線源が現れるように、付着物と対象物とを通る線は、電子ビームと同軸となっており、標的物は、上記付着物および対象物の双方に対して、斜め方向を向いている。
【００７６】
従って、幾つかの実施形態では、基板は、電子ビームの軸に対して大きく（at a steep angle）傾いている。本実施形態では、電子ビームが衝突した標的物の表面は、傾斜角度の正弦として大きくなる。本実施形態は、電子ビームをより大きな表面に広げることによって、標的物表面の熱的な限界の範囲内で、より大きなビームの流れ（currents）を可能にしている。Ｘ線放射は、後述するように（below）生じるので、標的物表面が効率よく縮小されることになり、熱負荷の増加によって、拡大した放射面のために画像の鮮明さの欠如が引き起こされることはない。この線焦点原理（line focus principle）は、従来のＸ線管製品の技術で良く知られている。
【００７７】
４．Ｘ線管の付着物の選択
幾つかの従来システムでは、標的物は、複数の物質から作られる。電子ビームが衝突する物質は、定常状態（stationary）のビームに対して標的物を動かすことによって決定される。例えば、回転するディスク（disc）の方位角の異なる部分に、二つの異なる物質を配置する。そして、ディスクの回転により、交流スペクトル（alternating spectra）のＸ線が発生するように、二つの物質が交互に電子ビームと交差する。
【００７８】
本発明の幾つかの実施形態によれば、電子ビームの行路に、複数の付着物の一つを交互に配置するように、基板が移動する。このような実施形態では、電子ビームは定常状態にある。例えば、幾つかの実施形態では、ディスク形状の基板の方位角の異なる部分に、異なる付着物が付着する。そして、異なる付着物が、定常状態の電子ビームに交互に交差するように、基板が回転する。他の実施形態では、異なる付着物は、基板上に横列に、あるいは、基板上に縦横の格子状に、配列される。上記基板は、一つあるいは二つの方向に、徐々に水平に動かされるので、選択可能な付着物が、定常状態の電子ビームに交差するように配置される。
【００７９】
幾つかの実施形態では、基板は、Ｘ線管に対して静止している。また、電子ビームは、電子ビーム源から区別され、真空容器の内部または外部にある電場源によって発生する電場によって方向付けられる。図１に示す実施形態では、電子ビームを導く電場源１２０は、真空容器の内側に、ある付着物または他の付着物に衝突する電子ビームを偏向させるために、外部制御下で帯電した板（plate）を含んでいる。例えば、電場がない状態で、電子ビーム１１２は付着物１３４ａに衝突し、電場がある状態で、電子ビーム１１２は付着物１３４ｂに衝突する。付着物１３２上に二つ以上の付着物１３４が付着した実施形態では、電場源１２０によって、二つ以上の条件（setting）の電場が発生する。切り替え可能な電場を有するＸ線管は、異なる付着物間の切り替え時間の改良が望まれている。また、電場を切り替えることにより、電子ビームの行路中に、標的物の異なる部分を交互に割り当てるための可動部を排除することができる。これにより、Ｘ線管の複雑さを低減し、信頼性を向上することができる。
【００８０】
５．冷却システムを備えたＸ線源
基板上の付着物に電子ビームが衝突すると、付着物および標的物は加熱される。融解を防止するために、冷却システムが用いられる。従来のＸ線管の大部分は、回転するディスク上に標的物質が設けられた回転する陽極を用いている。上記ディスクは、真空容器の壁の外表面から離れたところにある、真空エンベロープ（envelope）内にあり、直接冷却されない。標的物表面に発生した熱は、回転の軸受（rotational bearings）を通るディスク本体に放散され、ディスクからの熱損失は、主に放射伝達（radiative transfer）による。回転の軸受を通って伝達された過剰な熱は、これらの軸受の寿命を低下させる。真空容器の壁の外表面に放射された熱は、真空容器の壁を取り囲む流体に放散される。
【００８１】
直接噴霧冷却は、空気対流冷却より効果的である。表４に、効率を向上するための一般的な冷却システムの熱伝達率の範囲を、ワット／平方センチメートル・ケルビン（Ｗ／ｃｍ２・Ｋ）の単位で示している。標的物が直接冷却される場合、注目すべき効率が得られるので、操作中の熱利得（heat gain）が、標的物の融点を超えることはない。それゆえ、幾つかの実施形態では、直接噴霧冷却が用いられている。説明した実施形態では、標的物が、真空エンベロープの壁の外表面に直接配置されているので、標的物は、直接噴霧法によって冷却される。幾つかの実施形態では、物質と、標的基板の厚さおよび標的付着物の厚さとは、電子ビームから与えられる熱負荷に対して、最大出力でＸ線を生成するように最適化されている。
【００８２】
噴霧冷却技術の優れた性能は、冷却器の小型化、遅い流速、冷却流体を動かすポンプによる消費電力の低減、周囲温度で生じる熱交換をもたらす。結果として、直接噴霧冷却を用いたＸ線源は、表に示す一般的な他の冷却技術で用いられるＸ線源よりも、小型化および軽量化が可能になる。Ｘ線源は、直接的かつ動的に冷却されない源よりも、より大きな電力負荷を許容することもできる。
【００８３】
【表４】
2005516376.tif 000006
【００８４】
図２Ａは、冷却システムを備えたＸ線源を示すブロック図である。図２Ａに示すように、Ｘ線源２００は、標的物１３０に衝突する電子ビーム１１２を生成する電子ビーム源１１０を有する図１に示すＸ線管１００を含んでいる。また、Ｘ線管２００は、Ｘ線管１００に接触する熱交換流体を保持する流体容器２２０を含んでいる。流体容器２２０は、内部流体槽２２２と外部流体槽２２４との境界を定める内部壁を含む。冷流体の投入口２２１は、内部流体槽２２２に繋がっている（direct access）。温流体の排出口２２５は、外部流体槽２２４へに繋がっている。Ｘ線窓２２８は、流体容器２２０の外壁の一部を形成している。Ｘ線窓２２０は、Ｘ線管１００内の標的物１３０で生成される選択された周波数のＸ線１９０からなる周波数帯をかなり透過させる。
【００８５】
外部槽２２４から内部槽２２２を分離するのは、一つ以上のノズルからなるノズルアレイ２２６である。ノズルアレイ２２６には、あらゆる型のノズルを使用することができる。幾つかの実施形態では、ノズルアレイ２２６は、標的物と同軸上に配置された環状板（annular plate）で組み立てられている。上記板には、複数の開口部が形成されている。それぞれの開口部は、標的物に向けて開口部を通過する流体を導く。与えられた開口部の形状によってもたらされる冷却率は、噴霧される熱交換流体およびポンプスピードによって決定される。幾つかの実施形態では、標的物の外表面に衝突する流体の流れの密度は、標的物上での熱特性に対応するので、より多くの流体が、標的物のより暖かい部分に噴霧される。
【００８６】
上記熱交換流体として、あらゆる気体や液体を使用することができる。表４に示す全ての流体は、標的物質によって放射される有用なＸ線周波数に対するこの要求を満たしている。流体は、Ｘ線管１００によって生成されたＸ線が透過する。幾つかの実施形態では、流体は誘電体であるので、電気を通さない。幾つかの実施形態では、標的物の表面は、接地されているので、冷流体の導電性は問題ではない。ある実施形態では、流体は水である。
【００８７】
Ｘ線管の操作中、Ｘ線管に比べて冷えている流体は、冷流体の投入口２２１を通って内部槽２２２に導入され、冷流体の流れの矢印２３２によって示されているように、Ｘ線管１００の周りを通る。例えば、液体の水は、冷流体の投入口２２１を通って内部槽２２２に導入される。Ｘ線管の操作中、Ｘ線管１００の壁は、標的物１３０からの熱伝導により、少なくとも幾分か、加熱されることになる。壁の加熱により、冷流体の流れ２３２の中の流体の温度より高く、Ｘ線管の壁の温度が上昇することになる。冷流体の流れ２３２の中の流体は、対流冷却によって、Ｘ線管１００の温度上昇した壁から熱を吸収する。
【００８８】
図示した実施形態では、流体は、真空容器の外部で、標的物１３０の外表面に噴霧される。流体は、冷却噴霧の矢印２３３によって示されているように、ノズルアレイ２２６によって標的物１３０の外表面に導かれる。標的物は、Ｘ線管１００の最も高い部分にあることが望まれる。また、冷却噴霧１００は、冷流体の流れ２３２によって行われる対流冷却で行うよりも速く標的物を冷却する。冷却噴霧２３３は、標的物１３０の外表面を冷却する。ある実施形態では、ノズルアレイのそれぞれ開口部は、流体の液相を「霧状にし」（atomize）、液体の薄いフィルムで標的物を覆う小滴の細かい霧を作る。
【００８９】
図示された実施形態では、標的物は、基板１３２上の二つの付着物１３４ａおよび１３４ｂからなる。他の実施形態では、標的物は、従来の標的物、単一の付着物あるいは二つ以上の付着物を有する基板、または、一つ以上の異なる物質の付着物である。図示された実施形態では、付着物１３４で発生した熱は、基板に伝達され、基板の高い熱伝導性は、熱を素早く冷却噴霧２３３に伝える。上述したように、低い熱伝導性の物質からなる付着物では、付着物１３４は、基板１３２上に薄いフィルムを形成しているので、より高い熱伝導性を有する基板に、熱が素早く伝達される。冷却噴霧２３３は、標的物１３０の基板１３２の外表面を冷却する。
【００９０】
冷却噴霧２３３中の流体は、標的物１３０から素早く熱を吸収し、矢印２３４によって示される温流体の流れ中に、上記熱を運ぶ。幾つかの実施形態では、流体が標的物１３０から熱を吸収する場合に、流体の相が変化することがある。例えば、液相の流体は、冷却噴霧２３３を形成するが、流体は、標的物１３０の外表面で熱を吸収することで気相（いわゆる「蒸気」）に変化する。例えば、噴霧から標的物の外表面を覆う液体フィルムは、蒸気に相変化する際に熱を吸収して、本来、一瞬で気化する。このような実施形態では、温流体の流れ２３４は、気相中の流体を含む。液体から気体に相転移する際に吸収される熱は、流体の温度を上昇させることなく少量の熱を取り出し、標的物１３０から流体への熱伝達の効率を通常向上させる。
【００９１】
５．１  外部冷却システム素子を備えたＸ線源
図２Ｂは、ある実施形態にかかる、Ｘ線源用の冷却システムの外部冷却構成部を示すブロック図である。外部構成部２５０は、温流体の投入口２５２、ラジエータ（radiator）２５４、ポンプ２５６、および、冷流体の排出口２５８を含んでいる。ラジエータは、温流体の投入口２５２に流れ込む温流体から、周囲の冷えた温度に熱を放出する。蒸気、すなわち、本幾つかの実施の形態では蒸気を含む流体は、液体に凝縮され、周囲の温度に熱を解法する。周囲の冷えた温度は、Ｘ線源が使用される室温、あるいは、太陽系内の非常に冷えた空間になるであろう。
【００９２】
ポンプ２５６は、温流体の投入口２５２から、冷流体の排出口２５８まで、所望された方向に流体を流す。また、ポンプは、流体容器２２０およびノズルアレイ２２６に流体を流す。幾つかの実施形態では、標準的な流体ポンプが用いられ、熱交換流体の相変化を含む実施形態では、動電ポンプが用いられてもよい。幾つかの実施形態では、ラジエータ２５４およびポンプ２５６の位置は、入れ替えられており、温流体がまずポンプを通過し、その後ラジエータを通って冷却される。幾つかの実施形態では、ポンプは、周囲の冷えた温度に、より効率よく熱を放出するために、流体の温度を上昇させるように、流体を圧縮する圧縮機に動力を供給する。幾つかの実施形態では、一つ以上のポンプが使用されている。
【００９３】
外部構成部２５０は、外部構成部２５０と液体容器２２０との間で、大きな漏れ（significant leakage）を引き起こさない流体の搬送に適した管（図示せず）を備えた流体容器２２０に接続されている。このような管は、流体容器２２０の温流体の排出口２２５を、外部冷却構成部２５０の温流体の投入口２５２に接続している。同様に、管は、外部冷却構成部２５０の冷流体の排出口２５８を、流体容器２２０の冷流体の投入口２２１に接続している。
【００９４】
ポンプ速度は、標的物や付着物が融解しないように、あるいは、過熱によりＸ線管が破損しないように、十分に制御される。ある実施形態では、マイクロコントローラおよび温度センサは、リアルタイムあるいはほぼリアルタイムでの標的物中または標的物の近傍での温度変化の観測に基づいて、ポンプスピードを制御するために利用される。幾つかの実施形態では、以下でより詳細に説明するように、マイクロコントローラは、外部コンピュータシステムの一部をなしている。
【００９５】
５．２  集約されて一体化された冷却システムを備えたＸ線源
幾つかの用途では、より小型化され、また内蔵型であることは、Ｘ線源にとって有利であることがある。例えば、宇宙に運ばれたＡＭＰＤＸＡの用途では、外部構成部や脆い管のない、小型化された内蔵型のＸ線源が望まれる。図３は、実施形態にかかる、小型で集約された冷却システムを備えたＸ線源を図示したブロック図である。
【００９６】
Ｘ線源２００やＸ線源３００は、標的物１３０に衝突する電子ビームを生成する電子ビーム源１１０を備えたＸ線管１００を含んでいる。また、Ｘ線源３００は、Ｘ線管１００と接する熱交換流体を保持する流体容器３２０を含んでいる。流体容器３２０は、内部流体槽３２２と外部流体槽３２４との境界を定める内部壁を含んでいる。Ｘ線窓２２８は、流体容器３２０の外部壁の一部を形成している。Ｘ線窓２２８は、Ｘ線管１００の標的物１３０中に生成される選択された周波数のＸ線１９０を比較的透過させる。複数のノズルからなるノズルアレイ２２６によって、外部槽３２４と内部槽３２２とが分離されている。上記熱交換流体として、あらゆる気体や液体を使用することができる。幾つかの実施形態のように、上記流体は、誘電体でもあるため、標的物がグランド電位に維持されていなくても、電気を通さない。ある実施形態では、流体は水である。幾つかの実施形態では、噴霧濃度は、標的物１３０の熱特性に対応する。
【００９７】
Ｘ線源２００やＸ線源３００でなければ、冷流体の投入口２２１あるいは温流体の排出口２２５を含んでいない。その代わりに、Ｘ線源３００は、閉鎖ループ冷却システムを使用する。Ｘ線管の操作の間、Ｘ線管に比較して冷えた流体は、冷流体の流れの矢印３３２によって示される内部槽３２２内のＸ線管１００の周りを通る。例えば、液体の水は、冷流体の流れの矢印３３２によって示されているように、内部槽３２２内のＸ線管１００の周りを通る。ノズルアレイ２２６を通って外部流体槽３２４を通過した後、温流体の流れ３３２は、温流体を熱交換槽３２６に運ぶ。熱交換槽３２６の近傍にある流体槽３２０の外壁は、ラジエータ素子３２８を含んでいる。
【００９８】
集約されたポンプは、熱交換槽３２６から内部流体槽３２２に流体を戻す。図示した実施形態によれば、集約されたポンプは、流体槽３２０の壁に埋め込まれたポンプモータ３６０と、ポンプモータによって回転される中空のフィン管３６２と、フィン管３６２に取り付けられたフィン３６４と、を含んでいる。集約されたポンプについては、以下でより詳細に説明する。幾つかの実施形態では、標準的な流体ポンプが用いられ、熱交換流体の相変化を含む実施形態では、動電ポンプが用いられてもよい。
【００９９】
Ｘ線源２００やＸ線源３００のように、流体は、冷却噴霧の矢印２３３によって示されているように、ノズルアレイ２２６によって標的物１３０の外表面に導かれる。図示した実施形態では、標的物は、基板１３２上の二つの付着物１３４ａ，１３４ｂからなる。他の実施形態では、標的物は、従来の標的物、単一の付着物あるいは二つ以上の付着物を有する基板、または、一つ以上の異なる物質の付着物である。
【０１００】
Ｘ線管の操作中、Ｘ線管１００の壁は、標的物１３０からの熱伝導により、少なくとも幾分か、加熱されることになる。壁の加熱により、冷流体の流れ２３２の中の流体の温度より高く、Ｘ線管の壁の温度が上昇することになる。冷流体の流れ３３２中の流体は、対流冷却によって、Ｘ線管１００の温度上昇した壁から熱を吸収する。
【０１０１】
冷却噴霧２３３中の流体は、標的物１３０から素早く熱を吸収し、矢印２３４によって示される温流体の流れに、上記熱を運ぶ。幾つかの実施形態では、流体が標的物１３０から熱を吸収する場合に、流体の相が変化することがある。このような実施形態では、温流体の流れ２３４は、気相中の流体を含む。温流体の流れ３３２は、加熱された流体を熱交換槽３２６に運び、熱交換層３２６では、流体の強制対流、および、ラジエータ素子３２８によって設けられた付加的な表面領域を使用して、周囲温度に熱が放射される。温流体は、熱交換槽３２８中で冷却される。流体が蒸気を含む実施形態では、蒸気は、液体に凝縮されて、周囲温度に熱が放出される。
【０１０２】
集約されたポンプは、熱交換槽３２６から内部流体槽に冷却された流体を流し、ノズルアレイ２２６に通す。図示された実施形態では、ポンプモータは、熱交換槽３２６から内部流体槽に流体を流し、ノズルアレイ２２６に通すために、フィン管３６２および該フィン管３６２に取り付けられたフィン３６４を回転させる。フィン管３６２は、外部のＸ線源から電子ビーム源１１０にまで送電線を通すために、中空になっている。幾つかの実施形態では、同じ送電線あるいは別の電線が、Ｘ線管１００を制御するために使用される。これにより、電子ビーム源１１０の電力制御や、選択された付着物に対して電子ビームを電気的に切り替えるための、あるいは、電子ビームの行路に付着物を移動させるための、電場源１２０の制御を行うことができる。幾つかの実施形態では、外部コンピュータは、電子ビーム源１１０および電場源１２０のうちのいずれか、あるいは、この両方を制御するために使用される。別の送電線を使用した実施形態では、別の送電線もまた、フィン管３６２内を通る。電力供給、および、ポンプモータの制御は、フィン管２６４を通っていない、図示しない別の送電線によって行われる。
【０１０３】
図示した実施形態では、ポンプモータ、フィン管、流体容器はすべて、Ｘ線管１００と同軸上にあり、Ｘ線管の１００上の均一な冷却および加圧を行うために軸対称になっている。均一な冷却は、より信頼性の高いＸ線管の性能をもたらすであろう。他の実施形態では、他の配置が採用されてもよい。例えば、電子ビームに対して傾斜したＸ線管構成や標的物の非対称的な加熱を行う実施形態において、管壁および標的物のいずれか、あるいはその両方について、非対称に冷却が行われてもよい。
【０１０４】
ポンプ速度は、標的物や付着物が融解しないように、あるいは、Ｘ線管が過熱されないように、十分に制御される。ある実施形態では、リアルタイムあるいはほぼリアルタイムでの、温度変化の観測または温度変化の計算に基づいて、ポンプスピードを制御するために利用される。
【０１０５】
６．Ｘ線源を操作する方法
図４は、実施形態に基づいて、Ｘ線源を操作するための方法４００を示すフローチャートである。図４には、ある特定の順のステップを示しているが、他の実施形態では、ステップは異なる順であってもよく、同時に行われてもよい。
【０１０６】
ステップ４１０では、幾つかの選択可能なＸ線周波数帯の一つが選択される。例えば、使用者が手動で、Ｘ線源によって効率よく生成される複数のＸ線周波数帯の中から、使用するＸ線周波数帯を選択する。ＡＭＰＤＸＡ走査システムでは、コンピュータプログラムが、走査に用いられる二重エネルギーＸ線の一つを決定し、照射時間を決定する。例えば、コンピュータプログラムは、４５ｋｅＶの平均エネルギーに対応する２ミリ秒（2 milliseconds）のＸ線周波数帯の使用決定する。
【０１０７】
ステップ４２０では、Ｘ線源の電子ビーム源は、選択された標的物に適切な電子エネルギーを有する電子ビームを生成するように制御される。例えば、コンピュータプログラムは、４５ｋｅＶより実質的に高いエネルギー、例えば１００ｋｅＶで、電子ビームを生成するために、Ｘ線源３００の電子線源１１０を制御する。
【０１０８】
ステップ４３０では、電場源は、選択されたＸ線周波数帯に対応するＫ殻蛍光を有する付着物に、電子ビームを導くように制御される。例えば、電場源１２０を変化させる（turn off）ことによって、電子ビーム１１２がＸ線源３００にホルミウムを含む付着物１３４ａに衝突する。電子ビームのエネルギーは、所望する周波数帯内でＫ殻蛍光によってＸ線を生成するだけでなく、電子ビームのエネルギーによって決定された最大値までの広い周波数帯域をなす制動放射によってもＸ線を生成する。例示した実施形態では、選択された標的物の付着物は、有用な周波帯の外側にあり、有用なビームの行路に沿って導かれる、制動放射発光（Bremstrahlung emissions）の大部分を吸収するように、最適化された厚さを有する。標的物のＫ殻結合エネルギーより高いエネルギーの、吸収された制動放射の多くは、有用なビームにさらに寄与するＫ殻蛍光として再放射される。
【０１０９】
ステップ４４０では、ポンプは、Ｘ線管を冷却するために十分な速度で流体を流すように制御されている。図示に基づいて、熱交換流体は液体の水であると想定する。図示に基づいて、コンピュータプログラムは、ホルミウムの付着物を１００ｋｅＶの電子からなる電子ビームに２ミリ秒曝すことによって発生する熱を計算し、水を含む標的物１３０を噴霧冷却することによって、幾分かまたは全ての熱を除去するための流体の流速を決定すると想定する。これにより、コンピュータプログラムは、適切な速度で冷却された噴霧２３３を形成するために、集約されたポンプのポンプモータ３６０を制御する。
【０１１０】
７．コンピュータの概要
図５は、本発明の実施形態で実施されるコンピュータシステム５００を示すブロック図である。コンピュータシステム５００は、該コンピュータシステム５００の他の内部構成と外部構成との間の情報通信用のバス（bus）５１０といった通信機構を含んでいる。情報は、測定可能な現象の物理的信号、すなわち一般には電圧として説明されるが、他の実施形態では、磁気相互作用、電磁気相互作用、圧力相互作用、化学相互作用、分子や原子の相互作用等の現象を含んでいる。例えば、Ｎ極の磁場およびＳ極の磁場、または、ゼロの電圧およびゼロではない電圧は、２進数（ビット（bit））で二つの状態（０，１）を表す。連続する２進数は、ある特性について、数（a number）やコード（code）を表すために使用されるデジタルデータをなす。バス５１０は、情報の伝導体を並列に多数含んでいるので、バス５１０に連結される装置間で、情報が素早く伝達される。情報を処理するための一つ以上のプロセッサ（processors）５０２は、バス５１０に連結している。プロセッサ５０２は、情報に基づいて一連の操作（a set of operations）を行う。一連の操作は、バス５１０から情報を取り入れること、バス５１０上に情報を配置する（placing）ことを含む。一連の操作は、一般に、二単位（units）以上の情報を比較すること、情報の単位の位置を移動すること、加算や乗算などによる二単位以上の情報を組み合わせること、を含んでいる。プロセッサ５０２によって実行される連続操作は、コンピュータの命令を構成する。
【０１１１】
コンピュータシステム５００は、バス５１０に連結されたメモリ５０４を含んでいる。メモリ５０４は、例えば、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）や、他の動的記憶装置であり、コンピュータの命令を含む情報を格納する。動的メモリは、コンピュータシステム５００によって変化する情報を内部に格納することができる。ＲＡＭは、メモリアドレスで要求された（called）位置に格納された情報のユニットを格納し、周辺のアドレスに独立した情報検索を可能にする。上記メモリ５０４は、コンピュータの命令を実行する間、一時的に値を格納するために、プロセッサ５０２によっても使用される。コンピュータシステム５００もまた、コンピュータシステム５００によって変更されない命令を含む静的情報を格納するための読み取り専用メモリ（ＲＯＭ）５０６や静的記憶装置を含んでいる。また、不揮発性（持続性）記憶装置５０８も、バス５１０に接続されている。不揮発性（持続性）記憶装置５０８は、磁気ディスクや光学ディスクであり、コンピュータシステム５００の電源が切れた場合、あるいは、電力が維持されなくなった場合でさえ持続する命令を含む情報を格納している。
【０１１２】
命令を含む情報は、使用者あるいはセンサによって操作された英数字キーを含むキーボードといった外部入力装置５１２から、プロセッサによって使用されるバス５１０に供給される。センサは、近傍の状態を検出し、検出結果（detections）を、コンピュータシステム５００中で情報を表すために使用される信号に互換性がある信号に変換する。主として人間と対話する（interact）ために使用され、バス５１０に連結された他の外部装置は、画像を表示するための陰極線管（ＣＲＴ）や液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）などのディスプレイ装置５１４、および、ディスプレイ５１４上に現れる小さなカーソル画像の位置を制御し、また、ディスプレイ５１４上に現れる映像要素（graphical elements）に関係するコマンドを出すための、マウスやトラックボール、カーソル方向キーなどの位置決め装置５１６を含んでいる。
【０１１３】
説明した実施形態では、アプリケーション固有の（application specific）集積回路（ＩＣ）５２０のような特殊な目的のハードウェアがバス５１０に連結されている。特殊な目的のハードウェアは、特殊な目的に対して十分に素早く、プロセッサ５０２によって行われない操作を行うために構成されている。アプリケーション固有のＩＣとしては、ディスプレイ５１４用の画像を発生するための映像アクセレーターカード（graphics accelerator card）、ネットワーク上で送信されるメッセージの暗号化および復号化に用いられる暗号ボード（cryptographic board）、音声認識、および、ハードウェア上でより効率的に実行される複雑な連続操作を繰り返し行うロボットアーム（robotic arm）や医学的な走査機器などの特殊外部装置に対するインターフェースが例示される。
【０１１４】
コンピュータシステム５００もまた、バス５１０に連結された、１つ以上例示される通信インターフェース５７０を含んでいる。通信インターフェース５７０は、多様な外部装置に連結する双方向通信を提供し、該外部装置は、プリンタ（printer）、スキャナ（scanner）、外部ディスク（external disk）といった特有の（own）プロセッサを操作する。一般に、上記連結は、特有のプロセッサを備えた多様な外部装置が結合するローカルネットワーク（local network）５８０に接続されているネットワークリンク（network link）５７８を伴う。例えば、通信インターフェース５７０は、パーソナルコンピュータ上の、並列ポート（parallel port）、直列ポート（serial port）、または、ユニバーサルシリアルバス（USB）ポートであってもよい。幾つかの実施形態では、通信インターフェース５７０は、統合デジタル通信サービス網（ISDN）カードや、デジタル加入者ライン（DSL）カード、電話線対応型の情報通信接続を提供する電話モデム（modem）である。幾つかの実施形態では、通信インターフェース５７０は、バス５１０上の信号を、同軸のケーブルによる通信接続のための信号、あるいは、光ファイバーケーブルによる通信接続のための光信号に変換するケーブルモデムである。他の例として、通信インターフェース５７０は、イーサネット（登録商標）のような互換性のあるローカルエリアネットワーク（LAN）に、データ通信接続を提供するラン（LAN）であってもよい。無線通信（wireless link）で実施してもよい。無線通信では、通信インターフェース５７０は、デジタルデータのような情報の流れを伝える、赤外線信号や光信号を含む、電気信号、音響信号、電磁気信号を送受信する。
【０１１５】
コンピュータ読取可能媒体（computer readable medium）とは、本明細書中では、実行に際してプロセッサ５０２に命令を提供することに関与するあらゆる媒体に対して用いられる。このような媒体には、種々の形態が可能であり、特に限定されるものではないが、不揮発性メディアや揮発性メディア、伝送メディア（transmission media）が含まれる。上記不揮発性メディアは、記憶装置５０８のような、例えば光ディスクや磁気ディスクを含んでいる。揮発性メディアは、例えば、動的メモリ５０４を含んでいる。伝送メディアは、例えば、同軸ケーブル、銅線、光ファイバーケーブル、および、ラジオ波、光波、赤外線波を含む音響波や電磁波のように、配線やケーブルを用いること空間を伝わる波を含んでいる。伝達メディアによって伝送される信号は、搬送波と呼ばれている。
【０１１６】
コンピュータ読取可能媒体の一般的な形態は、例えば、フロッピー（登録商標）ディスク、フレキシブルディスク、ハードディスク、磁気テープあるいは他の磁気媒体、コンパクトディスクROM（CD-ROM）あるいは他の光媒体、せん孔カード（punch card）、紙テープ（paper tape）、あるいは、他の孔のパターンを有する物理媒体、ＲＡＭ、プログラム可能（programmable）ＲＯＭ（RROM）、消去可能ＰＲＯＭ（EPROM）、ＦＬＡＳＨ−ＥＰＲＯＭ、あるいは、他のメモリチップ（chip）やメモリカートリッジ（cartridge）、搬送波、あるいは、コンピュータによる読み取りが可能な他の媒体を含んでいる。
【０１１７】
ネットワークリンク（net work link）５７８は、一つ以上のネットワークを介して、情報の使用や処理を行う他の装置と情報通信を行う。例えば、ネットワークリンク５７８は、ホストコンピュータ５８２や、インターネットサービスプロバイダー（ＩＳＰ）によって操作された装置５８４に、ローカルネットワーク５８０を介して、接続される。言い換えれば、ＩＳＰ装置５８４は、データ通信サービスを、現在インターネット５９０と称されるネットワークである、公衆ワールドワイド（public, world-wide）パケット交換通信ネットワークを介して提供している。サーバ（server）５９２と呼ばれるコンピュータは、インターネットを介して受信される情報に応答して、サービスを提供している。例えば、サーバ５９２は、ディスプレイ５１４で上映されるビデオデータを表す情報を提供している。
【０１１８】
本発明は、本明細書で説明した技術を実行するためのコンピュータシステム５００の使用に関するものである。本発明の実施形態によれば、これらの技術は、メモリ５０４に含まれる一つ以上の連続する一つ以上の命令を実行するプロセッサ５０２に応じて、コンピュータシステム５００によって行われる。ソフトウェアやプログラムコードと呼ばれるこのような命令は、記憶装置５０８である他のコンピュータ読取可能媒体からメモリ５０４に読み出されてもよい。メモリ５０４に含まれる一連の命令は、プロセッサ５０２が、本明細書中で説明した方法のステップを行うことによって実行される。他の実施形態では、アプリケーション固有の集積回路５２０といったハードウェアを代わりに用いてもよく、該ハードウェアと本発明を実行するソフトウェアとを組み合わせて用いてもよい。従って、本発明の実施形態は、ハードウェアとソフトウェアとの特殊な組み合わせに限定されるものではない。
【０１１９】
コンピュータシステム５００から、また、コンピュータシステム５００へ情報を運ぶ通信インターフェース５７０を介して、ネットワークリンク５７８や他のネットワークによって伝送される信号として、搬送波の形態が例示される。コンピュータシステム５００は、ネットワークリンク５７８および通信インターフェース５７０を介して、他の装置との間でのネットワーク５８０，５９０を介したプログラムコードを含む情報の送受信を行うことができる。インターネット５９０を用いた例では、サーバ５９２は、インターネット５９０、ＩＳＰ装置５８４、ローカルネットワーク５８０、通信インターフェース５７０を介して、コンピュータ５００から送られたメッセージによって要求された固有のアプリケーションのためのプログラムコードを伝送する。受信されたコードは、該コードを受信するプロセッサ５０２によって実行されてもよく、記憶装置５０８や、後で実行するために他の不揮発性記憶部、あるいはこれら両方に格納されてもよい。このようにして、コンピュータシステム５００は、搬送波の形でアプリケーションプログラムコードを得てもよい。
【０１２０】
コンピュータ読取可能媒体の種々の形態は、複数の連続する命令やデータ、または、これら両方を、実行用のプロセッサ５０２に伝えるものを含む。例えば、命令やデータは、まず最初に、ホスト５８２といったリモート（remote）コンピュータの磁気ディスク上に伝達されてもよい。リモートコンピュータは、動的メモリに命令やデータを転送し、モデムを用いた電話線によって、命令やデータを送信する。コンピュータシステム５００向けのモデムは、電話線で命令やデータを受信し、該命令やデータを、赤外線信号や、ネットワークリンク５７８として役立つ搬送波に変換するために、赤外線伝送機を使用する。通信インターフェース５７０として役立つ赤外線検出器は、赤外線信号で伝達された命令やデータを受信し、該命令やデータを表す情報をバス５１０上に配置する。バス５１０は、命令とともに送られたデータを用いて命令を検索して実行するプロセッサ５０２から、メモリ５０４に情報を伝達する。メモリ５０４で受信された命令およびデータは、プロセッサ５０２によって実行される前、あるいは、実行された後に、記憶装置５０８に選択的に記憶される。
【０１２１】
上記のように、本発明について特定の実施例に基づいて説明した。しかしながら、本発明のより広い精神や目的から逸脱しなければ、本発明について、種々の変形や変化が可能であることは明らかである。すなわち、明細書や図面は、限定的な趣旨（sense）としてよりもむしろ実例とみなされるべきである。
【図面の簡単な説明】
【０１２２】
【図１】一実施形態にかかる、選択可能なＸ線周波数を有するＸ線管を示すブロック図である。
【図２Ａ】一実施形態にかかる、外部冷却構成部を有する冷却システムを備えたＸ線源を図示したブロック図である。
【図２Ｂ】一実施形態にかかる、外部冷却構成部を有する冷却システムを備えたＸ線源を図示したブロック図である。
【図３】一実施形態にかかる、集約されて一体化された冷却システムを備えたＸ線源を示すブロック図である。
【図４】一実施形態にかかる、Ｘ線源を操作する方法を示すフローチャートである。
【図５】図４の方法の実施形態を実行するコンピュータシステムを示すブロック図である。
【図１】
2005516376.tif 000007
【図２Ａ】
2005516376.tif 000008
【図２Ｂ】
2005516376.tif 000009
【図３】
2005516376.tif 000010
【図４】
2005516376.tif 000011
【図５】
2005516376.tif 000012
【国際調査報告】
2005516376.tif 000013
2005516376.tif 000014
2005516376.tif 000015
2005516376.tif 000016
2005516376.tif 000017