(57)【要約】再狭窄防止のため血管内壁を照射する際に血管内で使用出来る、同様に、その他自然のあるいは外科手術によって生じた体腔中で使用出来る小型Ｘ線管は望ましくはＭＥＭＳ技術によって形成されたマイクロカソードを有している。カソードフィラメントの非常に微細なワイヤが半導体基板上に形成され十分に低い電流を導くのでＸ線管に接続されているプローブ線を貫通しているカソード加熱回路中のリードワイヤは非常に小さなワイヤとなり、このことは同じプローブ線によって取り扱われる高電圧回路中に十分な絶縁空間を維持するのを助ける。望ましい実施例においては、プローブ線は必要な絶縁強度を与えかつＸ線管への直接の封止を可能とするグラスファイバーを有している。このグラスファイバーは血管内での小半径回転操作のための可撓性のため小径に保持されている。さらに望ましい実施例では、このファイバーはケーブル全体の絶縁強度を、その固さを著しく加えることなく、著しく増加するため高誘電体ポリマーで被覆されている。高電圧接地導体はこのポリマーの外側の同芯シースである。接地導体の外側には冷媒通路を有するもう一つの可撓性層がある。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
真空室を画成するプローブ線の遠位端に設けられた真空包囲体、そしてこの真空室はカソード加熱回路中の加熱導体を介して接続された熱電子カソードおよびカソードから離間しかつ高電圧導体に接続されさらにカソードが加熱回路中の加熱導体を通して運ばれる電流によって加熱されかつ高電圧電位が高電圧導体および加熱導体の一つを介して印加された時カソードから電子を受け取るように位置付けられたターゲットおよびアノードを有し、およびこのカソードはＭＥＭＳ技術によって製作された微細ワイアのカソードである、生体組織中の空所に挿入される長く引き延ばされたプローブの端部から所定のＸ線量を移送する際に使われる小型Ｘ線管。
【請求項２】
カソードは少なくとも約１００オームの抵抗を有する請求の範囲１に記載の装置。
【請求項３】
ＭＥＭＳによって製作されたカソードはカソードからアノードに電子を方向付けるために設けられた抽出カップを有し、カソードと抽出カップはウェファー中に一体に形成されている請求の範囲１に記載の装置。
【請求項４】
プローブ線は導体を担持するグラスファイバーを有し、このファイバーは誘電体材料である請求の範囲１に記載の装置。
【請求項５】
カソードのための加熱回路中に電流を運ぶ加熱導体は直径約１−４ミルの微細ワイヤである請求の範囲１に記載の装置。
【請求項６】
微細ワイヤはタングステン、モリブデー、銅、金、金コートタングステンあるいは金コートモリブデン製である請求の範囲５に記載の装置。
【請求項７】
高電圧導体はプローブ上の外側接地シースを有し、また加熱導体は外側シースの内側のプローブ中に含まれている請求の範囲１に記載の装置。
【請求項８】
高電圧導体は少なくとも約２０ＫＶの高電圧を担持しており、この電圧はまた高電圧電源に接続された加熱導体の一つによって担持されている請求の範囲７に記載の装置。
【請求項９】
高電圧導体は少なくとも約１０−１５ＫＶの高電圧を担持しており、この電圧はまた高電圧電源に接続された加熱導体の一つによって担持されている請求の範囲１に記載の装置。
【請求項１０】
加熱導体は全体としてプローブ中の中央に配置されており、高電圧導体は加熱導体を包囲しかつ誘電体材料によってそれから絶縁されている同芯の外側導体を有する請求の範囲１に記載の装置。
【請求項１１】
半導体基板上に金属カソードフィラメント材料の層を付着すること
付着させた金属層から希望するフィラメントを除く全てをエッチング除去すること、
カソードフィラメントが基板に固定されている２つのフィラメント端部によって支持されて自由空間中にぶら下がるようにフィラメントを支持している基板領域をエッチング除去すること、
第１、第２、第３の導体を含む３つの導体を担持する長く引き延ばされた可撓性のプローブを設けること、
プローブの遠位端にカソードおよび支持基板を固定しかつ真空包囲体によって画成される真空室内にカソードを包囲するように真空包囲体を設けること、そしてこの真空包囲体はカソードから離間したアノードおよびターゲットを包含している、
プローブの第１および第２の導体をカソード加熱回路としてカソードに接続すること、および
カソードおよびアノード間に第３の導体および第１および第２の導体の１つを介して高電圧電位が印加されるようにアノードを第３の導体に接続すること、を含む、
生体組織中の空所に挿入される長く引き延ばされたプローブの端部から所定のＸ線量を移送する際に使われる小型Ｘ線管を製作する方法。
【請求項１２】
カソードフィラメントは波形に形成されたタングステンフィラメントを含む請求の範囲１１に記載の方法。
【請求項１３】
さらにカソードを包囲しかつ基板から外側にアノードに向って延びる電子抽出カップを設けることを有する請求の範囲１１に記載の方法。
【請求項１４】
抽出カップは、カソードに電気的に接続されかつカソードからアノードに向う電子の流れを焦点に集める助けをするよう抽出カップ上に位置する金属導体の環を有する請求の範囲１３に記載の方法。
【請求項１５】
さらに、カソードを加熱するためカソード加熱回路を通して電流を流し小型Ｘ線管を動作させ、かくして電子を放出させること、および放出された電子がアノードおよびターゲットに向けて加速されるようにカソードとアノード間に高電圧電位を印加し、かくしてＸ線を生成することを有する請求の範囲１１に記載の方法。
【請求項１６】
可撓性のプローブは導体を担持している光ファイバーを有しており、このファイバーは誘電体材料である請求の範囲１１に記載の方法。
【請求項１７】
光ファイバー中の導体は全体としてその断面がＤ字型であり、そのＤ字型の平坦面が離間して背中合せに配列されている請求の範囲１６に記載の方法。
【請求項１８】
さらにカソード支持基板を光ファイバーの端部に融合することを有する請求の範囲１６に記載の方法。
【請求項１９】
さらにカソードを包囲しかつ基板からアノードに向けて外側に延びている電子抽出カップを設けること、およびカソード支持基板上に連続する層を構築することによって抽出カップを形成することを含む請求の範囲１１に記載の方法。
【請求項２０】
カソードのため加熱回路中で電流を運ぶ第１および第２の導体は約３７ゲージの微細ワイヤである請求の範囲１１に記載の方法。
【請求項２１】
可撓性プローブは誘電体材料のグラスファイバーを有し、かつ第３の導体は光ファイバーを同芯で包囲する接地導体を有し、第１あるいは第２導体と接地導体間の距離は約４００−５００ミクロン以下である請求の範囲１１に記載の方法。
【請求項２２】
さらに金属カソードフィラメント材料の層の付着ステップに先立って半導体基板上に金の層を付着するステップ、および基板のある領域のエッチング除去後、フィラメントから金を放出させるためカソードを加熱し、かくして自由にぶら下がっているフィラメントに隣接する少なくとも基板のある部分をコートし、そしてカソードフィラメントの背後に反射表面を形成するステップを有する請求の範囲１１に記載の方法。
【請求項２３】
さらに、カソードから外側に離間し、高電位の焦点合せリングを設け、この焦点合せリングは抽出カップの表面上に設けられる請求の範囲１１に記載の方法。
【請求項２４】
抽出カップはカソードフィラメントに隣接する高電圧導体にまで下方に延びている貫通ヴァイアを含むように形成されており、かつ焦点合せリングが付着される際その貫通ヴァイアを導体で充すことを有している請求の範囲２３に記載の方法。
【請求項２５】
半導体基板上に金属カソードフィラメント材料の層を付着すること  
付着させた金属層から希望するフィラメントを除く全てをエッチング除去すること,
カソードフィラメントが基板に固定されている２つのフィラメント端部によって支持されて自由空間中にぶら下がるようにフィラメントを支持している基板領域をエッチング除去すること，およびＸ線管に接続されるプローブ上の加熱回路への接続のため半導体基板の所定の位置に導体を設けることを含む，
小型Ｘ線管のためのカソードを製作する方法。
【請求項２６】
カソードフィラメントは波形に形成されたタングステンフィラメントを含む請求の範囲２５に記載の方法。
【請求項２７】
さらにカソードを包囲しかつ基板から外側に延びる電子抽出カップを設けることを有する請求の範囲２５に記載の方法。
【請求項２８】
抽出カップはカソードに電気的に接続されかつカソードからアノードに向う電子の流れを焦点に集める助けをするよう抽出カップ上に位置する金属導体の環を有する請求の範囲２７に記載の方法。
【請求項２９】
さらにカソードを包囲しかつ基板からアノードに向けて外側に延びている電子抽出カップを形成することを含む請求の範囲２５に記載の方法。
【請求項３０】
さらに金属カソードフィラメント材料の層の付着ステップに先立って半導体基板上に金の層を付着するステップ、および基板のある領域のエッチング除去後、フィラメントから金を放出させるためカソードを加熱し、かくして自由にぶら下がっているフィラメントに隣接する少なくとも基板のある部分をコートし、そしてカソードフィラメントの背後に反射表面を形成するステップを有する請求の範囲２５に記載の方法。
【請求項３１】
さらに、カソードから外側に離間し高電位の焦点合せリングを設け、この焦点合せリングは抽出カップの表面上に設けられる請求の範囲２５に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【発明の背景】
【０００１】
本発明は、人体の血管のような狭い管腔中で使用するための、プローブ上の小型Ｘ線管あるいは所定のＸ線量を移送するための、自然のあるいは外科手術による腔所に設けられるアプリケータに関する。さらに具体的には本発明はＭＥＭＳ技術によって形成されたマイクロカソードを有するそのようなＸ線管に向けられている。
【０００２】
小型Ｘ線管はXoft  Micorotube社の米国特許第6,319,188号に開示されており、またその内容はこの言及によって本明細書の一部に組み込まれるものとする。この特許中で説明したように、バルーン血管形成あるいはステント移植後血管内壁を照射することが時として望ましいことがある。そのような照射は、過去にはプローブ先端に設けられた放射性アイソトープによって与えられて来たが、再狭窄の防止および処置に有用であることが分って来た。外科手術によるあるいは自然のその他の腔所あるいは通路は、その線源が比較的小さいという前提で、Ｘ線によって同様に有益に処置することが出来る。
【０００３】
小型Ｘ線管に対する以前の努力の多くは電界放射型カソードにその焦点が向けられて来た。電界放射型カソード（ゲート付きおよびゲート無し）は高真空の必要；カソードのイオンミリングによる高電圧Ｘ線管の著しく短い寿命；高電圧Ｘ線管にはよく起る管のアーキングによる頑丈さの欠如；所定のアノードとカソード間距離の必要および低いＸ線管出力を始めとする多くの欠点を有している。これらの小さな線源に対するボリューム対表面比は著しく大きくかつゲツター材に対する空間は限られているので、この高真空要求はゲート付のタイプで特にきびしい。他方熱電子カソードは低い真空状態および管アーキングについて許容度がある。
【０００４】
このような目的のために、よく機能し、信頼性のあるかつ効率の良い小型熱電子カソードＸ線管を製作する際に、プローブの先端に設けるＸ線管の寸法および動作中のおよび挿入のための両方についての装置の機能上の考察事項が多くの制約を要求する。管それ自身はその直径が非常に小さくなくてはならない；管腔については、外径が1.00ｍｍから1.25ｍｍのオーダー、長さは9ｍｍ以下、望ましくは5-6ｍｍ、その他の腔所については、一般的に直径2-3ｍｍである。管腔用のプローブケーブルは、非常に柔軟でかつ、このことがプローブ直径および長さが一般的に小さいことを必要としているのだが、約1cmのオーダーの半径で施回可能であることが要求されている。高電圧が、絶縁破壊を阻止するに十分な絶縁と空間を持って、Ｘ線管のカソードとアノードに接続された２つの導体を介してプローブケーブルに印加されなくてはならない。熱電子カソードは非常に小さな電流で動作することを要求されている、さもなくば、カソード加熱回路として働いているプローブケーブル内の導体の断面を大きくする必要が生じ、そうなると高電圧導体と大地間の離間の距離を損い、従って、絶縁の完全性を損いあるいはプローブの直径の増大を必要とすることになる。約1ｍｍから1.25ｍｍより大きな直径あるいはケーブルの柔軟性の低下は再狭窄あるいはその他の小さな管腔処置用あるいは血管表示用のＸ線プローブの有用性を損うことになる。
【０００５】
これら考察事項の総ては熱電子カソードとして押し出し成形した金属線フィラメントを使う有効で効率の良い小型Ｘ線プローブの設計、製造を困難にしている。これおよびその他の問題が以下で記述する本発明によって取り扱われる。
【発明の要約】
【０００６】
本発明によれば、再狭窄の防止および処置に使用するためのおよびその他の体内腔所あるいは通路へＸ線処置を与えるための装置は小型Ｘ線管および１つの一体化したシステムを形成している高電圧プローブケーブルを有している。
【０００７】
１つの望ましい実施例においては、そのケーブルあるいはプローブは２導体グラスファイバーを有しており、それは中央に配置された導体からグラスファイバーの外側までの要求される高電圧絶縁を与えている。このグラスファイバーは取り囲むプラスチック製オーバコートと内側の２導体と同芯の第３の導体である接地導体によって覆われている。１つの望ましい実施例でのＸ線管容器は管のカソード端のグラスファイバーにおよび管の反対側端のアノード集合体に気密封止されるサファイア管を有している。このグラスファイバーは接続部および移行部無しで制御器からカソードまでの高電圧をその中に納めておりかつこのグラスファイバーは非常に高い絶縁強度という利点を有している。これに加えて、一体化したケーブル管というアプローチはＸ線管と高電圧ケーブル間の接続部を絶縁するために必要であった柔軟性の無い絶縁によって引き起こされるＸ線管に隣接した全ての固い領域を排除する。このような固い領域が拡がると管のサイトへの移送を困難あるいは不可能にしていた。高電圧絶縁材料としてのグラスファイバーの使用は管とケーブルの気密一体化を可能としかつもし必要であればカソードの温度の赤外線高温測定；プラスチックシンチレータ―を使った線量測定；あるいは表面温度あるいは蛍光体ベースの温度計；のような追加の利益を与えるファイバーの光学的特性のその他の利用を可能とする。
【０００８】
本発明の重要な特徴は、Ｘ線カソードがＭＥＭＳ（マイクロ電気機械システム）技術を使って製作されていることである。このことは望ましい実施例のきびしい要求に適合することを助ける、即ち、そこではカソードは非常に小さな実用の内部管直径にフィットしなければならず、それは約0.7ｍｍあるいはそれ以下であり、望ましくは約0.05ワット以下の電力を消費するものであり、従って非常に小さなフィラメントであることを必要とする。カソードは望ましくは薄いタングステンを有するが、そのリボンは代案として折り重ねられたあるいは回施状パターンのプラチナあるいはプラチナコートされた材料でもよい。このカソードはエッチング可能な半導体基板上にカソードフィラメント以外の金属材料の全てをエッチングで取り除いて製作される。さらにフィラメントを支持している基板の領域は、そのフィラメントカソードがその両端を基板表面上の金属材料の残存ブロックで支持されて自由空間にぶら下がるように、例えば、フィラメントの下の部分を皿状にエッチングで取り除く。
【０００９】
このようなＭＥＭＳ技術によって、従来の電子管技術のそれに引けを取らない照射出力およびフィラメント寿命を備えた著しく微小なマイクロカソードが製作出来る。このような微小フィラメントの低いヒータ動作電流はグラスファイバー中の導体寸法の要求を低減し、そしてここで開示した望ましい実施例ではこの導体寸法を直径で約0.003インチ以下とすることが出来る。
【００１０】
このマイクロカソードを備えたＸ線管を動作させるためには、２つのカソード加熱電流リード線がマイクロカソードのフィラメントに電流を供給するために設けられる必要がある、そして接地されたアノード配置に対してはこれらのリード線は管の高電圧で電気的に浮いている必要があり、従って、両リード線は管の接地された戻り線から絶縁されていなければならない。加熱回路中のこれら第１および第２の導体は、中心導体と絶縁を与えるため追加のガラスによって包囲された同芯導体を有して同芯に配列されている。代案として双子の軸方向配列を使用することも出来る、しかしこの時は２つの埋込みリード線にはより高い電界勾配が与えられることになる。背中合せにした２つのＤ字型導体を備えた中央チャンネルは導体から妥当な電流勾配で最大の絶縁強度を与える。絶縁された中央導体および第２導体のためのファイバー内表面のコーティングを含むその他の配列も同様に可能である。
【００１１】
本発明の１つの主要は実施例の重要な特徴は制御器をＸ線管に接続するグラスファイバーである。このグラスファイバーは制御器からＸ線管内のカソードまでの連続したガラス通路を与え、かつグラスファイバーの遠位端とカソード集合体間の気密真空封止をもたらす。この気密真空封止は冠状動脈あるいはその他の腔所あるいは通路に移送可能な長さの短いＸ線管を達成するには肝要である。気密真空封止性能に加えて、このグラスファイバーは導体内の高電圧を大地に対して維持出来る上で指摘した必要な絶縁強度を与える必要がある。もしこのファイバーが全Ｘ線管動作電圧に耐えるに十分な厚さを有するように作製されると、ファイバーは小さな半径の旋回を必要とする冠状動脈あるいはその他の血管あるいは狭い通路への管の移送を必要とする短い半径での屈曲を不可とする厚さになってしまいやすい。従って、２層ケーブルが望ましくなる、そこでは導体が管に対する気密真空シールを達成するため柔軟性を確保する小さな直径の１あるいは複数のグラスファイバー中に埋め込まれる。このグラスファイバーおよび一体化されたＸ線管の部分は、ケーブル全体の固さにはほとんど何も加えずにケーブル全体の絶縁強度にはかなりの増加を与えるように、例えばＦＥＰのようなポリマーでオーバコートされる。各構成要素の直径はその直径および固さを最小にしながら集合体の絶縁強度を最大にするよう最適化される。
【００１２】
本発明の一実施例におけるもう１つの重要な特徴は小型Ｘ線管のマイクロカソード効率を増加するための熱反射体の使用である。この熱反射体は同様にＭＥＭＳ技術で作製される。小型Ｘ線管で使用されるマイクロカソードの動作の最適化は重要である、それはカソードによって放散される全パワーはプローブの冷却システムによって除去されねばならないからである。マイクロカソードは元々非常に小さな装置であり、従って、その構造の冷めたい部分は熱いフィラメントに非常に近接している。本発明の重要な実施例においては、薄いマイクロカソードが上で記述したように形成される際、そのカソードの背後に熱反射体が与えられる技術が使われる。基板上にカソードのための金属フィルム（例えば、タングステン）が付着される時、金の層が最初に蒸着され、次にフィラメント材料が付着される。上で記述したようにへび状カソードを形成するために金属がエッチングで除去された後、カソードの下側の基板領域がエッチング除去された後、カソードを自由空間にぶら下げた状態で、カソードはカソードの背後から金を蒸発させるに十分な高い温度に真空中で加熱される、こうすることによってカソード背後の望ましくは皿形表面が反射膜でコートされる。このような反射体はフィラメントに高効率を与え、そして周囲の構造物の温度を下げ、従って、その支持構造体が加熱された時、放出ガスを低減する。
【００１３】
従って、本発明の目的はそれ自身はＭＥＭＳ技術で製作されるマイクロカソードを備えた効率の良いかつ信頼性の高い小型Ｘ線管を製造することであり、また効率のよい技術を使って非常に小さな寸法で、比較的小さな半径での屈曲施回を要求する冠状動脈あるいはその他の位置への挿入に適した柔軟性を有する一体化されたＸ線管およびプローブケーブルを製造することである。
【００１４】
本発明のこれらおよびその他の目的、利点および特徴は、添付図面と一緒に、望ましい実施例の以下の記述を検討すれば明となるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】図１は本発明のシステムを示す概略図で、特にカソードヒータおよびＸ線管回路で示す。
【図２】図２は可撓性のプローブ線端部の本発明Ｘ線管を示す幾分概略的な断面図である。
【図３．３Ａ．３Ｂ．３Ｃ．３Ｄ】図３は可撓性プローブケーブルの構成要素を示す概略断面図である。  図３Ａはプローブケーブルの概略的な端部図で、導体カプリングを示している。  図３Ｂは図３と同様な断面図で、代案配列を示している。  図３Ｃは図３と同様なもう１つの断面図で、もう１つの代案を示している。  図３Ｄはさらにもう１つの代案を示している同様な断面図である。
【図４】図４はＸ線管の一端を形成するカソード集合体を概略的に示している断面図である。
【図４Ａ．４Ｂ．４Ｃ．４Ｄ．４Ｅ】図４Ａから４Ｅは本発明のＸ線管のための細線カソードを製造するための望ましい技術を示す概略図である。
【図５】図５はカソードフィラメントのためのもう１つの配置を示す概略的な斜視図である。
【図６】図６は中間体を含む代案のカソード／グラスファイバー接続配置を示す図である。
【図７】図７は絶縁ファイバおよびその核部に導体を備えた完成した可撓性カテーテル集合体を示す概略断面図を示す。
【望ましい実施例の説明】
【００１６】
図面において、図１は血管内および人体腔所での他の用途のためのＸ線装置１０の主要な構成要素を概略的に実寸法ではなく示しており、これは高電圧の電力源を有する制御器１２、制御器１２内に含めることも出来るバッテリあるいは低電圧電力源１４、制御器から延びている可撓性プローブの遠位端にある小型Ｘ線管１８を有している。
【００１７】
この概略図に示したように、小型Ｘ線管はその管の近位端に熱電子カソード２０をおよびその遠位端にアノード２２を有している。この熱電子カソードは可撓性プローブ線内部の２つの導体ワイヤ２４，２６を伴うヒーター回路中で加熱される。これらの導体は相対的には相互に低電圧に維持されており（例えば、約２から５０ボルト）、バッテリー１４に接続されているよう示されている、しかしこのバッテリーは例えば変圧器のような別の低電圧源に置き換えてもよい。これらのカソード加熱電流リード２４，２６はマイクロカソード２０を加熱するため電流を供給し、またこれらのリードは、例えば負電位で１０から６０ＫＶ程度のＸ線管高電圧で電気的に浮いた状態にある。このことはプローブ線中で全体として３本の導体の使用を可能とし、その第３の導体は加熱電流リード２４，２６の回りを同芯にかつそこから外側に離間して配置された金属シース２８を有している。これらリード２４、２６と外側の接地導体２８の間には誘電体材料が横たわっており、この材料は有利にはグラスファイバーであり、図では３０として示されている。接地端は、高電圧を生成する制御器に接続されて３２で示されている。
【００１８】
概略図に示したように、高電圧は２つのカソードヒーターリード２４，２６の１つに接続されており、図ではこの接続がリード２４に、望ましくは必要な分離を与える抵抗３４を介して行われている。
【００１９】
図２はプローブ線１６の遠位端と共に小型Ｘ線管１８を示す概略図である。以下で記述するように望ましくは実用的な実施例では追加の層が含まれるので、全プローブ線１６は示されていない。
【００２０】
カソード加熱電流リード２４，２６は本質的にプローブ線１６の中央位置に示されている。上で指摘したように、このプローブは望ましくは主としてグラスファイバー３６を含んでいる。プローブ１６上のそして管１８上に延びている接地コーティング２８は上で説明したようにアノード側の導体を与えている。サファイアで形成される円筒管要素４０に固定されたアノード集合体３８の一部として管の遠位端の内側にアノード２２が示されている。接地導体２８をアノード２２に接続する導電性金属で充された貫通孔が４２で示されている。アノード集合体３８が円筒状Ｘ線管シェル４０に封止された金属あるいは絶縁物の円板３９中に基部を形成してもよいしあるいは同様に出願中の米国特許出願番号１０／３７１４０１に記述したように形成してもよい。
【００２１】
ゲツターフィルム４７は図示したようにアノードを包囲するアノードベース３９の表面上に設けてもよい。よく知られているように、このゲッターフィルムはスパターリングあるいは電気泳動によって付着してもよい。
【００２２】
このマイクロカソード集合体はＸ線管の近位端に２０として示されている。このカソード集合体は適切な接続手段（例えば、ガラスフリット接着、ろう付け、レーザー溶接、あるいはレーザーろう付け）によってグラスファイバープローブ１６の端部に固定されている。もし電気的接続のために必要であればこれら２つの表面間に中間体が介在していてもよい。本実施例では、図２は２つのヒーターワイヤ２４、２６をマイクロカソードフィラメント４４の反対側端部に接続している導電性金属充填の貫通チャンネル４８を概略的に示している。導体２４、２６の導電性チャンネルあるいはヴァイア４８への有効な接続のための十分な領域を与えるため、グラスファイバー３６の平坦な遠位の端部には小さな導電性金属パッド５０が形成されている。
【００２３】
図３は１つの望ましい実施例のグラスファイバープローブを断面図で示す。図から分るように、ヒーター回路導体２４、２６は背中合せのＵ字型導体を有し、上で指摘したように望ましくは誘電体材料３６の深さを一定に維持するようコンパクトに構成されている。望ましい形状におけるプローブ、即ち光ファイバーの中心から外側の光ファイバーの周辺までの距離ｒは約0.007インチ（0.18ｍｍ）である。もし、導体２４、２６が一諸で約0.004インチの直径を形成するとすると、このことは導体２４、２６のそれぞれから光ファイバーを包囲している外側の接地導体２８まで誘電体材料の深さｄとして0.005インチを残すことになる。もし、Ｘ線管に対する高電圧が約３０ＫＶであるとすると、この距離は絶縁破壊を阻止するのに全く十分とは言えない、しかし、望ましい実施例ではこのファイバー３６はＦＥＰ、テフロンあるいはＰＥＴのような高誘電体ポリマー５２でコートされる、これはファイバーに対する加熱収縮によって、その間に接着層を介在させて適用出来る。加熱収縮中に接着剤は融解し、全ての空気を追い出す、これはアーキングおよび絶縁破壊を防止するために必要である。２から３ミルのポリマーは複合プローブに２０ＫＶあるいはそれ以上の絶縁強度を付加し、そして３０から５０ＫＶあるいはそれ以上の絶縁強度を可能とする。接地シース２８は次にそのポリマーコーティングの上に施される。
【００２４】
図３Ａはプローブ線３６の遠位端５３を示しておりかつヒーター回路の導体２４、２６をカソードフィラメントに接続する１つの方法を示している。これは図２に関連して指摘した技術と同じで、導体２４、２６の端部と接触する導電性金属パッド５０はグラスファイバーの端部のこれらの領域を金属化することによって施される。例えば、全グラスファイバー端５３が金属化され、次に望まれたパッド５０の外側の領域がエッチング除去される、あるいは金属を付着する時、それが望まれた領域のみになるよう、レジストをまず施す。上で説明したように、これらのパッド５０が、カソード集合体中の導電性ヴァイアあるいは貫通孔４８と接触する状態に置かれ、これらはカソードフィラメント４４の２つの端部を接続する。
【００２５】
図３Ｂは、ここでは２４ａ、２６ａとして示されているカソードヒーター回路導体の一つの代案配置を示している。この場合は、導体はグラスファイバーあるいはその他の誘電体材料３６中に隣接して配設された単に円形断面の導体である。これはこれらのヒーター回路導体としては効率の劣る配置である。それは光ファイバーが所定の直径に維持されていると、いずれかの導体から外側の接地シース２８までの最小距離が少なくなる。従って、ファイバーの直径を増加しない限り、そうすると上で指摘したような不利益が生じるが、絶縁破壊の機会が増加する。
【００２６】
図３Ｃはもう一つの代案配置を示しており、ここでは一対のカソードヒーター回路導体２４ｂ、２６ｂがグラスファイバー３６の中心に同芯に設けられている。この形態は気密封止の能力および製造の容易さのようないくつかの利点を有しており、かつ適切な絶縁材料の深さｄをもたらす。
【００２７】
この同芯配置のアプローチは非常に魅力的な２つの特徴を有している。
【００２８】
同芯配列の外側は、“Ｄ”導体と同様に軸方向に対称であり、しかしまた気密に作られる能力を与える。一本のワイヤ２４ｂはガラス３６ａで気密にコートされ、次に第２の導体２６ｂでその上をコートされる。この集合体は次にファイバーの端部に配置され、ガラスフリットで封止される。
【００２９】
図３Ｄに示す第２の同芯配置アプローチでは、中央導体２４ｂはガラス（あるいはその他の絶縁体）でオーバーコートされそして外側の導体２６ｂはファイバー穴の内側壁に取り付けられている。このギャップ空間２６ｃは、絶縁破壊強度の要求に応じて、高電圧と大地間の空隙を排除するため誘電体で埋めることも出来るし、埋めずにそのままにしておいてもよい。
【００３０】
図４は、１つの望ましい実施例のカソード集合体を示している。望ましくは、このカソード集合体は図示したような直径約0.3から0.5ｍｍの半導体円板および非常に微細な旋回状導体として形成されたカソードフィラメント４４を有している。上で説明したように、カソード集合体はカソードヒーター回路で要求される電流を最小とするため高い抵抗を有する非常に微細なカソードフィラメントを得るためにこの望ましい実施例ではＭＥＭＳに基づく技術によって形成されている。図４の概略斜視図から分るように、望ましくはカソード集合体に固定された抽出カップ５４を有している。そして、１つの実施例では、以下で説明するようにカソード集合体上に成長させられる。この抽出カップはカソードから遠位のその表面上に２つのカソードベース領域あるいは支持パッド５６の１つに接続している導電性ヴァイア接続５７による高電圧カソード電位にある金属化されたリング５５を有している。このリング５５はカソードからの電子を焦点に集める。図４から分るように、微細ワイヤのカソードフィラメント４４は、フィラメント直下の皿状に抉り取られた領域５８上に同じ金属（例えばタングステン）のベース領域間に自由にぶら下がっている。誘電体ケーブル中のヒーター回路導体にカソードフィラメントの２つの端部を電気的に結合するための、図２の導電性金属で充填された貫通孔あるいはばヴァイア４８は図４中で点線で示されている。
【００３１】
図４Ａから４ＥはＭＥＭＳベースの技術を使うカソード集合体の製造ステップを示している。図４Ａはシリコンウエファ（あるいはその他の適切な半導体材料）を示しておりかつ望ましい多数のカソード集合体を製造するため後からウエファを小片６６に分割するための切断線６２、６４を示している。正方形片６６は次に円形に切断あるいは研磨される。代案のアプローチはその集合体を型を釈放する裏材を備えた円形の型に直接探くエッチングするあるいはエッチングの前に釈放フィルム上にウエファを載せることである。
【００３２】
図４Ａにおいては、金属がウエファの表面上に付着されている。全表面に例えば、化学的蒸着あるいはスパタリングによってフィラメントを製作するタングステンが付着させられており、そして後に金属の大部分が実際のフィラメントを形成するためにエッチング除去される、あるいは標準の半導体技術を使ってレジストがまず施され、次にフィラメントの形成が望まれている所にのみ配設されるように金属が付着される。しかし、本発明の望ましい特徴はまず実際にフィラメントが形成される中央の領域に限ってウエファ上に金を付着することである。図４Ｂ、４Ｃはこの中央領域６８を点線で示しており、その上にカソードフィラメント４４が示されている。図４Ｂは切断後のウエファ片を示しており、金の第１の層が中央カソードフィラメント領域６８内にのみ付着しておりかつタングステンの被覆層７０は全ウエファ片上に形成されている。従って、ウエファ上のこれら小領域６８が金でコートされた後、図４Ａの全ウエファ６０上にタングステンが付着される；あるいは上で指摘したレジストを使う方法が使用出来る。この時点では、図４Ｂにその位置が示されているが、カソード４４はまだ形成されていない。
【００３３】
図４Ｃは過剰のタングステン同様に過剰の金がエッチング除去された後のカソード４４を示している。フィラメント４４は、可撓性のプローブ線への上で説明した接続のため、その両端に接続された一体の導電性パッド５６を有している。タングステンフィラメント４４はこの領域に金の裏材層を有しているので、金が第１の層として付着される領域６８（点線）が図４Ｃにも同様に示されている；この領域は、ＭＥＭＳベースの製造プロセスのさらなるステップの後皿形に抉り取られた凹部５８の位置となる。
【００３４】
図４Ｄは円形板に成形した後のウエファ片あるいはカソード集合体６６の断面図を示しておりかつ図４に同様に示されているカソード４４の下の皿状に抉り取られた凹部５８のウエファ中の領域を示している。これはカソードフィラメントをそのままにしておくエッチング剤を使ってエッチングすることによって行われる。このエッチング剤はカソードを凹部５８上に自由にぶら下げるようにしたままカソード下の材料を直接除去しなくてはならない。図４Ｄはカソードフィラメント４４の底側の金の層７２を示している。この金層の目的は、このカソード集合体のより良好な効率のために、この金を凹部５８の表面上に反射コーティング７４として付着させることである。一度凹部５８がエッチングによって形成されると、カソード集合体２０は真空システム中に置かれそうしてこのフィラメントが加熱される。金はタングステン４４の裏側から蒸発分離し、この空所の底をコートする。この加熱温度は金を蒸発させるのに十分な高さであり、従って、それを空所の表面に移送し、反射層７４とする。この移送プロセスは、低い仕事関数コーティングがフィラメントの表側の表面にのみ適用されるのであれば、管が組みたてられた後に実行されても良い。
【００３５】
図４Ｅの概略的断面図は抽出カップ５４を備えかつプローブ線１６の端部に固定されたカソード集合体２０を示している。抽出カップの下流端上に形成された高電位リング５５はカソードフィラメント４４から所定の距離離間していることが大切である。それはこのリングが電子の流れをアノードに向けて収斂するようにカソードから発射された電子を反発する弱いレンズとして働くからである。この円形リング電極のカソードから最適な離間距離は計算あるいは実験によって求められる。いずれにしても、このこと比較的厚い抽出カップ５４を要求することになり、カソード４４を包囲するカソード集合体２０の環上に成長層５４ａ、５４ｂ、…を形成することが望ましくなる。二酸化シリコンの厚い層を形成するための公知の方法はＳｉＯ２層と他の材料を交互に形成することである。例えば、抽出カップ５４の厚さは直径約0.35ｍｍのカソード集合体上でカソードアノード間距離約5ｍｍに対して約0.150ｍｍである。
【００３６】
このリング電極５５は上で指摘したように導電性ベースあるいはパッド５６の所でカソードの一方側にのみ接続されており、その結果このリングはカソード電位（プラスあるいはマイナス小さなカソードヒータ電圧）にありかつこのリングはカソードヒータ回路を短絡することはない。
【００３７】
抽出カップの一層ずつの成長は半導体処理の制約からカソードフィラメント下の凹部の形成前に行わなければならない。この抽出カップ形成のステップは、もし層の成長によって行われる場合は、カソードと接触パッド５６が金属付着およびエッチングによって形成された直後に行われるべきである。一度カップが構築されると、導電性ヴァイアあるいは溝５７が導電性通路を確立するように形成され、次にリング電極５５がカップの下流側面上に付着される。最後に、カソードフィラメント下の二酸化シリコンが皿状に抉り取られた凹部５８を形成するようかつカソードを自由空間に位置するようにエッチング除去される。このエッチングに際して、フィラメントを保護するためレジストが使用される。このプロセスはタングステンおよび金が影響を受けないエッチング剤を採用出来る。
【００３８】
図４Ｅに示すように、カソードから光ファイバープローブ線１６を通って制御器への高温測定フィードバックのため、凹部５８から半導体材料を通過してカソード集合体の裏側端に到る小さなチャンネル７８が形成されても良い。このフィードバックはＸ線管出力の制御を可能とするカソードが動作している温度についての情報を与える。代案として、凹部５８を取り替えかつ高温測定を可能とするため、カソード４４下の全円筒状領域を除去してもよい。この代案は、カソードエネルギーの少ししかアソード方向に反射しないので、効率が落ちる。
【００３９】
図４Ｅはまた光ファイバープローブ線１６の端部に固定されたカソード集合体２０を示している。この接続に関連するヒーター回路を光ファイバーの中央導体に接続する電気的な接触については上で説明した。この２つの構成要素の接着は導電性ガラス、はんだガラス、固体拡散、材料を溶融するため光ファイバー１６を通してレーザー光を送ることによる外部からのレーザーろう付あるいはガラスをセラミックに固定するためのその他の方法によって行われる。
【００４０】
図５はカソードフィラメント４４ａの１つの変形例を示しており、ここではフィラメントリボンは図に示すように垂直方向に配列して形成されている、即ち、リボンの巾は電子の流れの方向に対して並列方向に延びている。これは幾分複雑なエッチング処理によって作られる。この方向に角度を付けられたフィラメントリボン４４ａを使うと、このフィラメントは、例えば図４Ｃ、４Ｄ、４Ｅから分るよう皿状に抉り取られた内側に向う撓みに対してより強度を有する。しかし、このリボンは図５から分るようにその側面が隣り合う方向には撓みやすい。
【００４１】
図６は、グラスファイバープローブ線１６の遠位端とカソード集合体の近位端間に中間体８０を設けた、図４Ｅに示した接続配置の１つの代案である。この中間体８０はヒーター回路ワイヤの適切な電気的接続を行い、異なった導体空間への移行を可能にしおよび組立を容易にするためのものである。
【００４２】
図２は、その先端にカソード集合体２０を有し、Ｘ線管１８の円筒状ケース４０に固定されたケーブル１６を示している。光ファイバー３６とＸ線管４０間の接続は、全体として８２で示されているように、はんだガラスあるいは一連のグレード付はんだガラスを使って行われる。１つの技術ははんだガラスが溶けている時均一な分散のため光ファイバー３６と管を回転させることである。はんだガラスの環状ビードが管シェル４０の内径より大きく作られ、従って材料８２はその限界で十分に溶け、Ｘ線管がその上に押し込まれそれと共に融合する。
【００４３】
図７はポリマーケース９０内に包み込まれた光ファイバープローブ線ケーブル１６を示している。全プローブは種々の目的のための幾つかのチャンネル９２、９４、９６、９８を有している。例えば、チャンネル９２は冷却のための塩水溶液を運ぶ；より小さなチャンネル９４は中心位置決めのため１ないしそれ以上のバルーンを膨らませるための固体あるいは液体を運ぶ、そしてもう１つのチャンネル９６は塩水冷媒の戻り路である。さらに付加チャンネル９８，１００が示されている。熱電対を１ないしそれ以上のチャンネルを介して通すことも出来る。
【００４４】
上で記述した望ましい実施例は本発明の原理を図示する目的であり、その範囲を限定するためのものではない。この望ましい実施例に対するその他の実施例および変形例は当業者にとっては明らかなはずであり、本発明の精神および以下の請求の範囲中で規定した発明の範囲から逸脱せずになされ得るものである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【国際調査報告】
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