(57)【要約】Ｘ線ビームプロセッサシステムは、複数本のＸ線ビームを発生するＸ線ビーム発生器と、設定領域からのＸ線ビームを遮蔽するミラーシールドと、空胴形状の導波構成体であって、Ｘ線ビームを導波して該導波構成体の中を伝搬させるように構成され、複数の入射ポートと複数の出射ポートとを備えた導波構成体と、前記導波構成体の軸心「Ｘ」に対して同軸心的に配列された複数のリング状ミラーであって、前記複数の入射ポート及び前記複数の出射ポートに近接してそれらに対してほぼ平行に配設された複数のミラーと、前記複数のミラーを前記導波構成体に取付ける複数の取付部材とを備えている。【選択図】図１Ａ
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｘ線ビームプロセッサシステムにおいて、
複数本のＸ線ビームを発生するＸ線ビーム発生器と、
設定領域からのＸ線ビームを遮蔽するミラーシールド部材と、
空胴形状の導波構成体であって、Ｘ線ビームを導波して該導波構成体の中を伝搬させるように構成され、複数の入射ポートと複数の出射ポートとを備えた導波構成体と、
前記導波構成体の軸心「Ｘ」に対して同軸心的に配列された複数のリング状ミラーであって、前記複数の入射ポート及び前記複数の出射ポートに近接してそれらに対してほぼ平行に配設された複数のミラーと、
前記複数のミラーを前記導波構成体に取付ける複数の取付部材とを備え、
前記複数のミラーは、圧電駆動されることで移動制御される、
ことを特徴とするビームプロセッサシステム。
【請求項２】
前記Ｘ線ビーム発生器が、線形加速器、Ｘ線管、または放射性同位元素から成ることを特徴とする請求項１記載のビームプロセッサシステム。
【請求項３】
前記複数のミラーが、前記導波構成体のビーム発生器側に配設された複数の入射側ミラーと、前記導波構成体のターゲット側に配設された複数の出射側ミラーとを含むことを特徴とする請求項１記載のビームプロセッサシステム。
【請求項４】
前記複数の出射側ミラーは、前記出射ポートから出射するＸ線ビームを、癌細胞を含むターゲットへ方向付けるものであることを特徴とする請求項３記載のビームプロセッサシステム。
【請求項５】
前記ミラーシールド部材が鉛材料製であることを特徴とする請求項１記載のビームプロセッサシステム。
【請求項６】
前記複数の出射ポート及び前記複数の入射ポートの内周面に、金めっきが施されていることを特徴とする請求項１記載のビームプロセッサシステム。
【請求項７】
前記Ｘ線ビーム発生器から中心ポートを通過してターゲットへ伝搬するＸ線ビームが、中心ビームを形成するようにしてあることを特徴とする請求項１記載のビームプロセッサシステム。
【請求項８】
前記ミラーを支持する基礎部材が前記取付部材に固定され、前記ミラーが前記基礎部材に対して相対的に駆動されるようにしてあることを特徴とする請求項１記載のビームプロセッサシステム。
【請求項９】
前記導波構成体が更に、外周側リング状構成体と、内周側リング状構成体と、中心ポートとを備えていることを特徴とする請求項１記載のビームプロセッサシステム。
【請求項１０】
前記外周側リング状構成体及び前記内周側リング状構成体へ伝搬する複数本のＸ線ビームによって、前記ビーム発生器と前記複数の入射ポートとの間に内周側円錐状ビーム及び外周側円錐状ビームが形成され、それらＸ線ビームが更に前記複数の出射ポートから前記ターゲットへ伝搬する際に、別の内周側円錐状ビーム及び別の外周側円錐状ビームが形成されるようにしてあることを特徴とする請求項９記載のビームプロセッサシステム。
【請求項１１】
Ｘ線ビームプロセッサシステムにおいて、
複数本のＸ線ビームを発生するＸ線ビーム発生器と、
設定領域からのＸ線ビームを遮蔽するミラーシールド部材と、
空胴形状の導波構成体であって、Ｘ線ビームを導波して該導波構成体の中を伝搬させるように構成され、複数の入射ポートと複数の出射ポートとを備えた導波構成体と、
前記導波構成体の軸心「Ｘ」に対して同軸心的に配列された複数のリング状回路基板であって、前記複数の入射ポート及び前記複数の出射ポートに近接してそれらに対してほぼ平行に配設されており、複数個の電気チップを備えている複数の回路基板と、
前記複数個の電気チップに接続された複数本のチャネルを備えた複数本のポリキャピラリーチューブと、
前記複数の回路基板を前記導波構成体に取付ける複数の取付部材とを備え、
前記複数本のポリキャピラリーチューブは、Ｘ線ビームの方向を変化させるために駆動される、
ことを特徴とするＸ線ビームプロセッサシステム。
【請求項１２】
前記複数本のポリキャピラリーチューブが個別に駆動可能であることを特徴とする請求項１１記載のＸ線ビームプロセッサシステム。
【請求項１３】
前記複数本のポリキャピラリーチューブの各々が約３８本ずつのチャネルを有し、各チャネルは直径が約１μｍであり、各ポリキャピラリーチューブは直径が７μｍであることを特徴とする請求項１２記載のＸ線ビームプロセッサシステム。
【請求項１４】
鉛材料製の筒部材の中に形成された長さが約３フィート（約９１０ｍｍ）の約５１３本の導波チャネルを更に備えており、それら導波チャネルは、その内面に金めっきが施され、その直径が７μｍであることを特徴とする請求項１１記載のＸ線ビームプロセッサシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（関連出願のクロスレファレンス）
本件特許出願は米国仮特許出願第６１／１０９５６１号（２００８年１０月３０日付けで米国特許商標庁（ＵＳＰＴＯ）に出願）に基づく優先権を主張するものであり、同米国仮特許出願の開示内容はこの言及をもって本願開示に組込まれたものとする。
【０００２】
（共同研究契約者の名称）
第三者との間で締結された共同研究契約は存在していない。
【０００３】
（連邦政府による研究開発支援に関する陳述）
本件特許出願の主題に関して連邦政府による研究開発支援を受けてはいない。
【背景技術】
【０００４】
ＭＲＩ装置とビーム発生器とを用いた癌治療システムが公知となっている。しかしながら、在来のその種の癌治療システムの多くは、治療対象の癌組織の周囲の健康な組織にまでダメージを及ぼすものであった。本明細書に記載するビームプロセッサ及びそれに関連する様々なシステムは、かかる在来の癌治療システムに改良を施すものであり、特に、癌組織の周囲領域に存在する健康な組織に及ぼすダメージを最小限にし、且つ、ターゲット組織をより確実に死滅させることができるようにするものである。従来のこの種の癌治療システムを開示した文献としては、米国特許出願第１２／２４２５７７号（出願日：２００８年９月３０日、発明の名称：「細胞に関する制御を自動化すると共に事前算出フィードフォワード制御と画像フィードバック制御とを介して照射を行うことでターゲットにエネルギを供給するようにしたフォトン利用の非侵襲的外科手術システム」がある（以下「‘５７７特許出願」という）。この’５７７特許出願の開示内容はこの言及をもって本願開示に組込まれたものとする。尚、本件特許出願の発明者のうちMr. Oostingは、この‘５７７特許出願の発明者でもある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
この種の非侵襲的外科手術システムのためのビーム発生器としては、線形加速器やＸ線管などをはじめとする様々なＸ線ビーム源が使用される。しかしながら、Ｘ線ビームを用いることには問題があり、その問題とは、Ｘ線ビームは合焦させることが容易でないにもかかわらず、Ｘ線源から出射されるＸ線ビームは発散ビームであって、Ｘ線源であるビーム発生器からの距離の二乗に比例して拡散することである。それゆえ、高度のコヒーレント性及びコリメート性を有するＸ線ビームを、癌細胞を破壊するのに十分なＸ線照射強度をもって、ターゲット細胞である癌細胞に合焦させることのできるビームプロセッサが求められている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の１つの態様はＸ線ビームプロセッサシステムに関するものであり、このＸ線ビームプロセッサシステムは、複数本のＸ線ビームを発生するＸ線ビーム発生器と、設定領域からのＸ線ビームを遮蔽するミラーシールド部材と、空胴形状または複合円錐形状の導波構成体であって、Ｘ線ビームを導波して該導波構成体の中を伝搬させるように構成され、複数の入射ポートと複数の出射ポートとを備えた導波構成体と、前記導波構成体の軸心「Ｘ」に対して同軸心的に配列された複数のリング状ミラーであって、前記複数の入射ポート及び前記複数の出射ポートに近接してそれらに対してほぼ平行に配設された複数のミラーと、前記複数のミラーを前記導波構成体に取付けるための複数の取付部材とを備えている。この態様において、前記複数のミラーは、圧電駆動されることで移動制御されるようにしてある。
【０００７】
本発明の別の１つの態様はＸ線ビームプロセッサシステムに関するものであり、このＸ線ビームプロセッサシステムは、複数本のＸ線ビームを発生するＸ線ビーム発生器と、設定領域からのＸ線ビームを遮蔽するミラーシールド部材と、空胴形状の導波構成体であって、Ｘ線ビームを導波して該導波構成体の中を伝搬させるように構成され、複数の入射ポートと複数の出射ポートとを備えた導波構成体と、複数のリング状回路基板であって、前記複数の入射ポート及び前記複数の出射ポートに近接してそれらに対してほぼ平行に配設されており、複数個の電気チップを備えている複数の回路基板と、前記複数個の電気チップに接続された複数本のチャネルを備えた複数本のポリキャピラリーチューブと、前記複数の回路基板を前記導波構成体に取付けるための複数の取付部材とを備えている。この態様において、前記複数本のポリキャピラリーチューブは駆動されることで移動制御されるようにしてある。
【０００８】
本発明のその他の態様としては、先へ行くほど縮径する形状とした導波構成体、二重円錐型の光学構成体、内周面入射型の円錐状光学構成体、外周面入射型の円錐状光学構成体、それに、ポリキャピラリーチューブを装備した外周面入射型の円錐状光学構成体等を備えたビームプロセッサに関連した特徴を備えたものがあり、これらについては後に詳述するとおりである。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１Ａ】本発明の第１の実施の形態の側面図であり、ビームプロセッサの構成要素を示した図である。
【図１Ｂ】ターゲット側から導波構成体の中を見た図であり、内周側円錐状ビーム、外周側円錐状ビーム、及び中心ビームを示した図である。
【図２】本発明の１つの実施の形態に用いられている光学系の図であり、ミラーの形状及び配列と、ミラーの駆動に関連したミラーの角度とを示した図である。
【図３】本発明の１つの実施の形態の平面図であり、その実施の形態に用いられている光学系の様々な構成要素を示した図である。
【図４】本発明の別の実施の形態の側面図であり、別の構成例に係る光学系の構成要素を示しており、この光学系はポリキャピラリーチューブを用いて構成されている。
【図５Ａ】本発明の更に別の実施の形態の側面図であり、更に別の構成例に係る光学系の構成要素を示しており、この光学系は積層型導波チャネルを備えたものである。
【図５Ｂ】本発明の実施形態の側面図であり、積層型導波チャネルに入射したＸ線ビームの方向の変化を示した図である。
【図６】本発明の更に別の実施の形態を示す図であり、更に別の構成例に係る光学系の構成要素を示しており、この光学系は先へ行くほど縮径する形状の導波構成体を備えたビームプロセッサを構成するものである。
【図７】本発明の更に別の実施の形態の側面図であり、更に別の構成例に係る光学系の構成要素を示しており、この光学系は、二重円錐型の円錐状光学構成体を備えたものである。
【図８】本発明の更に別の実施の形態の側面図であり、更に別の構成例に係る光学系の構成要素を示しており、この光学系は、内周面入射型の円錐状光学構成体を備えたものである。
【図９】本発明の更に別の実施の形態の側面図であり、更に別の構成例に係る光学系の構成要素を示しており、この光学系は、外周面入射型の円錐状光学構成体を備えたものである。
【図１０】本発明の更に別の実施の形態の側面図であり、更に別の構成例に係る光学系の構成要素を示しており、この光学系は、ポリキャピラリーチューブを装備した外周面入射型の円錐状光学構成体を備えたものである。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
図１Ａは本発明の第１の実施の形態の側面図であり、ビームプロセッサの構成要素を示した図である。この第１の実施の形態に係るビームプロセッサの構成要素には、ビーム発生器１、トンネル型ミラーシールド２、複数の取付部材３、複数の入射側ミラー４ａと複数の出射側ミラー４ｂとを含んで成るミラー構成体４、導波構成体（導波体）５、内周側円錐状ビーム６、外周側円錐状ビーム７、中心ビーム８、それにターゲット９が含まれる。
【００１１】
ビーム発生器１はＸ線フォトン発生源であり、これはいかなる種類のＸ線フォトン発生源であってもよいが、ただし、このビーム発生器１が、線形加速器、Ｘ線管、または放射性同位元素から成るものとすることが好ましい。
【００１２】
トンネル型ミラーシールド２は、不要なフォトンがミラー構成体４へ入射するのを防止するための遮蔽部材であり、鉛材料製の（またはその他の高密度材料から成る）遮蔽部材とすることが好ましく、また、精密機械加工により製作した部材とすることが好ましい。
【００１３】
複数の取付部材３は、２つの構成要素を互いに固定された相対位置関係、もしくは互いに略々固定された相対位置関係に保持するために用いられる構造部材であり、２つの構成要素の間に固定される部材とすることが好ましい。取付部材３によってミラー構成体４の個々のミラーを駆動可能に取付けるには、ミラーを支持する基礎部材が取付部材３に固定されていて、ミラーがその基礎部材に対して相対的に駆動（移動）される構成とすることが好ましい。
【００１４】
光学系の構成要素であるミラー構成体４の複数のミラーは、導波構成体５の複数のポートの各々（ただし中心ポートを除く）に対応して複数のミラー群に分けられている（図２示）。即ち、好ましくは、各導波体５の入射端ないし出射端の各々に対応して、ミラー構成体４の１枚または所定枚数のミラーから成るミラーセットが１組ずつ装備されるとよく、ただし中心ポートにだけはミラーセットが装備されていない。例えば、５１３個のポートを備えたビームプロセッサであれば、その光学系のミラー構成体４は、１０２４組のミラーセットを装備したものとすることになる。このミラー構成体４については、後に図２を参照して更に詳細に説明する。
【００１５】
導波構成体５は、鉛材料またはその他の高密度材料で製作したものとすることが好ましく、ビーム発生器１から出射されたフォトンのうち、この導波構成体５のポートを通過したフォトンだけが、この導波構成体５のビーム発生器１とは反対側へ到達することができるようにするものである。従って、この導波構成体５のビーム発生器１とは反対側のものは、この導波構成体５のポートへ入射したフォトン以外のフォトンからは遮蔽されることになる。導波構成体５は複数のポート即ち開口を備えており、それらポートは入射したフォトンを通過させるように構成されており、従って各々のポートが導波体として機能するようにしてある。本発明の１つの実施の形態においては、各々のポートに金めっきを施して、ポートの壁面がＸ線ミラーとして機能するようにしてある。この複数本の導波体は、Ｘ線ビームをコリメートすると共にＸ線ビームに高度のコヒーレント性を付与する機能を提供するものである。
【００１６】
複数本の導波体は、３つの導波体に分けられている。３つの導波体とは、外周側リング状導波体と、内周側リング状導波体と、それに単一の中心ポートとである。導波構成体５の夫々の出射ポートから出射してビーム交差部９へ伝搬するフォトンによって内周側円錐状ビーム６及び外周側円錐状ビーム７が形成される。また、ビーム発生器１から中心ポートを通過してビーム交差部９へ伝搬するフォトンによって中心ビーム８が形成される。各々の導波体５からの個々のＸ線ビームは、複数枚の出射側ミラー４ｂによってそれらの出射後の方向が定められてビーム交差部において互いに交わり、このビーム交差部に、Ｘ線を照射しようとするターゲット９が配置される。
【００１７】
図２に、図１Ａに示したミラー構成体４の個々のミラーの形状及び配列と、それらミラーの駆動態様とを示した。より詳しくは、ミラー構成体４の各々のミラーは、その一端が固定枢動連結点（位置が固定した枢動連結点）に連結されており、他端がアクチュエータ（このアクチュエータは圧電式アクチュエータとすることが好ましい）に連結されており、それによって、ミラーの偏向角を微細な段階的調節量をもって調節できるようにしてある。ある１枚のミラーへのどのような角度調節も、それが後続のミラーの偏向角に影響を及ぼすために、後続のミラーの駆動（揺動）が必要となることがある。使用するＸ線ビームの波長に合わせて、ミラーの形状及び配列と、ミラーの駆動態様とを定める際に、ミラーの反射面に対する入射Ｘ線ビームの角度が臨界角を超えないようにする必要があり、その臨界角は０．５８°である。それゆえ、図２に示した具体例において、ミラーの反射面に対する入射Ｘ線ビームの角度は約０．５０°とすることが好ましい。また、出射角と入射角とは略々同一角度になる。この場合、各ミラーで反射させることにより得られる合計偏向角は約１°となり、その補角は約１７９°となる。
【００１８】
例えば図３に示したように、リング状ミラー構成体の各セグメントが５枚のミラーで構成されている場合には、それら５枚のミラーによって得られる合計偏向角は５°になり（この角度は波長に対応した臨界角の１０倍以下である）、ビーム方向は基準に対して９０°から８５°になる。入射側リング状ミラー構成体と出射側リング状ミラー構成体とのいずれにおいてもこのようにビームの合計偏向角が５°になるものとし、また、導波構成体５の長さが３６インチ（約９１０ｍｍ）であるものとし、また更に、導波構成体５の外周側リング状導波体の出射ポートの配列円の直径が４インチ（約１００ｍｍ）であるものとするならば、ビーム発生器１からターゲット９までの全長は、約７フィート（約２１３０ｍｍ）になる。
【００１９】
一方、出射側リング状ミラー構成体の各セグメントが１枚だけのミラーで構成されている場合には、ビーム発生器１からターゲット９までの全長は、２２．８６＋３６＋１１４．５８＝１７３．４４インチ＝１４．４５フィート（約４４１０ｍｍ）になる（外周側円錐状ビーム群７の円錐底面の中心からビーム交差部９へ至る直線を一辺とする直角三角形を描いた場合に、その直角三角形の底辺は２インチ（約５０ｍｍ）であり、ビーム交差部９におけるその直角三角形の頂角は５°である。したがって、導波構成体５からビーム交差部９までの長さは、２インチ／ｔａｎ（５°）＝２２．８６インチになる。一方、ミラーの枚数が１枚である場合には、その頂角が１°にしかならないために、その長さは２インチ／ｔａｎ（１°）＝１１４．５８インチになる）。この構成は、ビーム交差部９に集まったＸ線ビームを、内周面をミラー面とした後続の導波構成体５へ導入する場合に必要とされる構成である。これによって最終的に出力として得られるＸ線ビームは、Ｘ線レーザにかなり類似したものとなる。また、そうした場合の単位体積あたりのフォトン密度は、入力ビームと比べて出力ビームの方が数百倍の大きさになるが、その出力ビームの輝度は、おそらく、実際のＸ線レーザと同程度の輝度と見なし得るに十分ではない。
【００２０】
ただし、この構成をカスケード結合すれば、即ち、導波構成体５と、出射側ミラー４ｂで構成した出射側リング状ミラー構成体とを組合せたアセンブリを、幾組もカスケード結合するならば、それによって複数台のビーム発生器から出射させたＸ線ビームを結合することができるため、入力ビームの本数を増すことによって最終的に得られる出力ビームの輝度をより増大させることができる。
【００２１】
このビームプロセッサによれば、ビーム交差部９におけるフォトン密度を非常に高くすることができ、そのフォトン密度は、円錐状無修正ビームないし強度変調放射線治療（ＩＭＲＴ）用ビームによって同一寸法の体積要素の内部に作り出せるフォトン密度よりも、はるかに高密度とすることができる。しかも、ビーム発生器１からビームプロセッサへ向けて出射されるエネルギの圧倒的大部分を廃棄しつつ、そのような高いフォトン密度を達成することができるのである。これが可能であるのは、出射されたエネルギのうち、ミラー構成体４によって捕捉されて、導波構成体５の導波チャネルへ導入されたエネルギだけが使用されるからである。このように、フォトンストリームの一部分だけを選択的に使用することで、患者の体内に導入されるエネルギ総量を劇的に低下させて、望ましくない副作用が生じる確率を低く抑えつつ、ターゲット細胞に対して確実に十分な治療を施すことが可能となっている。
【００２２】
またその場合に、入力ビームのエネルギの全体のうち、実際に使用するエネルギの割合を０％〜０．０００１％の範囲内で変化させることができる（これはおおよその数値であり、ミラーの枚数、導波構成体の導波チャネルの本数、それにフォトンストリームの本数に応じて異なったものとなる）。
【００２３】
また、ミラー構成体４の複数のミラーに個別に装備したアクチュエータを用いて、複数本のフォトンストリームのオンオフ変調を個別に行うことができる。その場合に、ミラー構成体４の一部のミラーに対してオンオフ変調操作を加え、それらミラーで反射して導波構成体５の対応する導波体へ入射していたフォトンストリームの向きを変えて入射しないようにすることで、出力ビームの照射強度を高速変調して上下させることができる。また、このオンオフ変調操作を利用して、ビームの照準合せに使用する低エネルギの出力ビームを作り出すこともでき、ターゲット細胞を破壊するために使用するエネルギバーストを作り出すこともできる。
【００２４】
入力ビームの全体のうち使用しない部分のビームは全て遮蔽することが好ましく、そうすることによって、患者が不必要に被曝するのを防止することができる。
【００２５】
ビーム発生器１から見て患者の背後に相当する位置に２次元センサアレイを設置するのもよく、そうすれば、そのセンサアレイを用いて、位置フィードバックデータを収集することができる。この方式によれば、使用するセンサアレイが適切な解像度を有するものであれば、出射側ミラー４ｂによって、確実に患者の体内の所望の位置にビーム交差部９を作り出せるようにするための、適切なフィードバック機能が提供される。
【００２６】
フォトンストリームを各ミラーで反射させる際に生じるエネルギ損失は、そのミラー面とフォトンストリームとが成す角度が臨界角である０．５８°を超えていなければ、おおよそ１％程度になる。１本のフォトンストリームの経路中に全部で６枚のミラーが介在する場合には、フォントストリームをそれらミラーで反射させて偏向させるために生じる合計エネルギ損失は約６％になる。このエネルギ損失に、更に導波構成体５に起因するエネルギ損失が加わることもある。
【００２７】
導波構成体５へ入射する際に損失が生じないものとすれば、ポートの個数が１０１個のビームプロセッサによって得られるビーム交差部９におけるフォトン密度（単位体積あたりのフォトン個数）のピーク値は、このようなビームプロセッサを使用しない在来の方式で、ただし同じＸ線源を使用して、そのＸ線源から患者までの距離を、Ｘ線源とそのビームプロセッサへのフォトン入射位置までの距離とを等しくした場合に得られるフォトン密度の約９５倍になる。また、実際には、従来の方式を用いた場合には、Ｘ線源から患者までの距離はその距離よりも更に大きく設定されることが多い。そのため、従来の方式と比べたときのフォトン密度のピーク値の倍率は９５倍より更に大きくなる。
【００２８】
更には、導波構成体５へ入射する際に２０％のエネルギ損失が生じるものとした場合であっても、本発明のこの実施の形態に係るビームプロセッサによれば、ビーム交差部９におけるフォトン密度のピーク値は、このようなビームプロセッサを使用しない場合と比べて約７５倍になる。
【００２９】
導波構成体５のポートへフォトンを入射させるための照準合せを容易に行えるようにするには、各々のポートの入射口の周囲にセンサ材料を配設して、フィードバック情報が得られるようにするとよい。
【００３０】
図４は本発明の別の実施の形態の側面図であり、別の構成例に係る光学系の構成要素を示した図である。この光学系は複数本のポリキャピラリーチューブ１０を用いて構成されており、それらポリキャピラリーチューブは各々が複数本のチャネルを有している。この実施の形態では、回路基板１１上に複数個のチップ１３（不図示）が搭載され、それらチップ上に何百本ものポリキャピラリーチューブ１０が装備されている。また、回路基板１１の内周面と外周面との両面にチップを搭載するようにすれば、ポリキャピラリーチューブ１０の合計本数を倍増することができる。各々のポリキャピラリーチューブ１０はビームの方向を変化させるために個別に駆動可能としてある。各ポリキャピラリーチューブ１０は、それぞれが３８本ずつのチャネルを有するものとすることが好ましく、またその場合に、各チャネルの直径は１μｍとし、各ポリキャピラリーチューブの直径は７μｍとすることが好ましい。
【００３１】
図４に示したビームプロセッサにおいては、複数個のチップ上に装備された駆動可能な複数本のポリキャピラリーチューブ１０を用いて、発散ビームの形で出射されるＸ線ビームの個々の部分ビームを夫々に方向付けて、鉛材料製の筒部材の中に形成された長さが３フィート（約９１０ｍｍ）の複数本の導波チャネル１２の中へそれら部分ビームを夫々に入射させるようにしている。それら複数本の導波チャネル１２は、その本数を５１３本とすることが好ましく、また、その直径を７μｍとし、その内面に金めっきが施されたものとすることが好ましい。出射側の出口では、複数個のチップ上に装備された駆動可能な複数本のポリキャピラリーチューブ１０によって構成されたリングによって、ビームの照準がターゲット９に合わせられる。チップ上のそれらポリキャピラリーチューブ１０を用いて、複数本の導波体５の一部をオフにすることによって、個々のミラーの照準合せのチェックを個別に行うこともでき、また、必要に応じてＸ線照射強度を低減させることができる。
【００３２】
ビーム発生器１が出射するＸ線ビームを、５００個以上のポリキャピラリー光学素子チップ１３により構成されたリングによって、捕捉し且つ導波構成体５の複数のポートの中へ入射させる構成とすることが好ましい。それら多数個のポリキャピラリー光学素子チップ１３は、その各々が３８本ずつのチャネルを有し、それら３８本のチャネルによって、直径が７μｍの１本のポリキャピラリーチューブが形成されているようにすることが好ましい。それら多数個のポリキャピラリー光学素子チップの各々を駆動することによって、導波構成体５の各々の導波チャネルのオンオフ制御を行い、それによってＸ線照射強度を制御できるようにしておくことが好ましい。導波構成体５は、筒形とすることが好ましい。各々の導波体５は、その直径が７μｍの、内面に金めっきが施されたチューブから成るものとすることが好ましく、長さを１ｍとし、鉛材料製の円筒形状の遮蔽部材の中に配設された構成のものとすることが好ましい。導波構成体５を通過した複数本のＸ線ビームは、リング状ミラー構成体４の駆動可能な１枚または複数枚のミラーによってターゲット９に照準を合わせられる。
【００３３】
図５Ａは本発明の更に別の実施の形態の側面図であり、更に別の構成例に係る積層型導波チャネル１２を備えた光学系の構成要素を示した図である。図５Ｂは積層型導波チャネルに入射したＸ線ビームの方向の変化を示した側面図である。この実施の形態は図４に示した実施の形態と同様の構成であり、相違している点は、複数本のＸ線ビームを案内して導波チャネルに入射させるための手段として、複数個の駆動可能なチップ上に装備された導波チャネルを用いるようにしたことである。
【００３４】
図６は本発明の更に別の実施の形態の側面図であり、更に別の構成例に係る光学系の構成要素を示した図である。この光学系は、図４に示したものと同様の、多数個のポリキャピラリー光学素子チップにより構成されたリングを備えたものであり、このリングが複数本のＸ線ビームを導波して、先に行くほど縮径する円錐形状とした積層型導波構成体５の中へ入射させるようにしてある。積層型導波構成体５は、高密度材料の薄層と低密度材料の薄層とを交互に積層して形成したものとすることが好ましい。積層型導波構成体５を通過したＸ線ビームは、この積層型導波構成体５の出射側の出口に設けられたリング状ミラー構成体４の駆動可能な１枚または複数枚のミラー４ｂによってターゲット９に照準を合わせられる。
【００３５】
図７に示したビームプロセッサでは、ステンレス鋼製の滑らかな形状の基板の表面に設けたシート状の光学素子である積層型平面導波体を丸めて先に行くほど拡径する円錐形状とすることで円錐状光学構成体を構成する。また、その積層型平面導波体は、高密度材料の薄層と低密度材料の薄層とを交互に積層して形成したものとすることが好ましい。この実施の形態では、複数本のＸ線ビームが導波体５に結合するようにしてあり、その結合方式は、共鳴結合によるビーム結合とすることが好ましい。この円錐状光学構成体は、ビーム収集用の内周側円錐状光学構成体として機能するものである。この円錐状光学構成体は、その円錐面の形状を、入射ビームの経路から逸れるように僅かに湾曲した形状とすることが好ましい。この内周側円錐状光学構成体は、その円錐面の外周面側においてＸ線ビームを収集するものである。
【００３６】
以上に加えて、ビーム収集用の円錐状光学構成体である、外周側円錐状光学構成体７は、入射ビームの経路へ向かってせり出すように僅かに湾曲した形状となっていることが好ましく、ビーム発生源から出射される発散ビームのより広い発散角範囲のビームを収集する。外周側円錐状光学構成体７もまた、積層型平面導波体５を丸めて先へ行くほど僅かに拡径する空胴形状即ち円錐形状の円錐状光学構成体としたものとすることが好ましい。外周側円錐状光学構成体７は、その円錐面の内周面側においてＸ線ビームを収集するものである。
【００３７】
図７に示したように、外周側円錐状光学構成体と内周側円錐状光学構成体とは、それらの最大拡径部において互いに合流するように結合して単一の平面導波体５を形成している。当業者には容易に理解されるように、これら２つの円錐状光学構成体は、それらを太くするほど、より広い発散角のＸ線ビームを収集することができ、ひいてはＸ線照射強度を増大させることができる。図６に示したように、平面導波体５によって、先に行くほど縮径する空胴形状即ち円錐形状の円錐状光学構成体が形成されている。この円錐状光学構成体は、ビーム濃縮用の円錐状光学構成体であり、その円錐面の形状は湾曲しておらず直線状である。Ｘ線ビームは、濃縮用の円錐状光学構成体を通過する間にそのコヒーレント性及びアドヒーレント性が向上する。この平面導波体５を通過したＸ線ビームは、リング状ミラー構成体４の駆動可能な１枚または複数枚のミラーによってターゲット９に照準を合わせられる。
【００３８】
図７は本発明の更に別の実施の形態の側面図であり、更に別の構成例に係る光学系の構成要素を示した図である。この光学系は二重円錐型の円錐状光学構成体を備えたものである。図７に示したように、ビーム収集用の円錐状光学構成体とビーム濃縮用の円錐状光学構成体とが連続した構成であり、それら２つの円錐状光学構成体は、基板上に高密度材料の薄層と低密度材料の薄層とを交互に積層することで一体形成されている。尚、その基板はステンレス鋼製とすることが好ましい。別構成例として、ビーム収集用の円錐状光学構成体とビーム濃縮用の円錐状光学構成体とを個別に製作した上で、複数本のポリキャピラリー光学素子で構成したリングをそれら２つの円錐状光学構成体の間に配設し、このリングを介してそれら２つの円錐状光学構成体を結合するようにしてもよい。その場合のポリキャピラリー光学素子は、駆動可能なチップ１３上に装備するようにして、フォトンをビーム濃縮用の円錐状光学構成体に導入するか否かの選択を行えるようにするとよく、そうすることで、Ｘ線照射強度を制御することが可能になる。更にもう１つの別構成例として、ビーム収集用の円錐状光学構成体とビーム濃縮用の円錐状光学構成体とを個別に製作した上で、積層型導波体を装備した複数個の駆動可能なチップ１３で構成したリング状光学構成体をそれら２つの円錐状光学構成体の間に配設し、このリング状光学構成体を介してそれら２つの円錐状光学構成体を結合することによって、Ｘ線照射強度を制御可能にするのもよい。以上に加えて、この実施の形態では、中心部に冷却管を装備して表面を冷却するようにすることが好ましい。また、以上に記載した２通りの別構成例においては、駆動可能なチップ１３より後方に、そしてビーム濃縮用の円錐状光学構成体の外周に、鉛材料製の遮蔽部材を配設して、駆動可能なチップ１３をオフ位置にしたときにその遮蔽部材でＸ線を吸収できるようにすることが好ましい。また、それら複数個の駆動可能なチップ１３は、個別に制御可能なものとしておくことが好ましく、そうすれば、照準合せ及びビーム制御が容易となる。
【００３９】
図８は本発明の更に別の実施の形態の側面図であり、更に別の構成例に係る光学系の構成要素を示した図である。この光学系は、内周面入射型の円錐状光学構成体を備えたものである。図７の実施の形態と図８の実施の形態とを比較すると、図８に示したビーム収集用の円錐状光学構成体は、光学素子として積層型平面導波体を用いて構成されているという点において、図７に示した円錐状光学構成体と同様のものであるが、ただし、図８に示した円錐状光学構成体は、その円錐面の内周側でＸ線ビームを収集する内周面入射型の外周側円錐状光学構成体である。図８に示したビームプロセッサは、シート状の光学素子である積層型平面導波体５を丸めて先へ行くほど拡径する空胴形状即ち円錐形状とし、しかもその円錐面の形状を、入射ビームの経路へ向かってせり出すように僅かに湾曲した形状としたものである。この積層型平面導波体５は、ビーム濃縮用の円錐状光学構成体１５に接続している。ビーム濃縮用の円錐状光学構成体１５は、シート状の積層型平面導波体５を丸めて先へ行くほど縮径する空胴形状即ち円錐形状としたものであり、その円錐面の形状は湾曲しておらず直線状である。図８に示したように、２つの円錐状光学構成体の接続部には、それらの中央に鉛材料製の遮蔽部材が配設されており、これによって、導波チャネルの外部を伝搬するＸ線ビームがビーム濃縮用の円錐状光学構成体へ入射するのを防止している。２つの円錐状光学構成体は、それらを互いに固定連結して、その全体を一体的に位置制御することで照準合せを行うものとすることが好ましい。この実施の形態では、ビーム収集用の円錐状光学構成体１４の入射側の端部に鉛片を用いて口縁部を形成してあり、この口縁部が図８に示したようにビーム発生器１に近接して位置するようにすることが好ましい。ビーム収集用の円錐状光学構成体１４がビーム発生器１に近接して位置していれば、全てのＸ線ビームがこのビーム収集用の円錐状光学構成体１４の「内部」に存在することになる（そのためこの実施の形態では「内周面入射型の円錐状光学構成体」という用語を使用している）。ビーム収集用の円錐状光学構成体１４をこの構成とすることによって、発散ビームのうちのより多くを導波チャネルの中に導入することが可能となる。
【００４０】
別構成例として、図７に示して上で説明したように、先へ行くほど拡径する円錐状光学構成体と、先へ行くほど縮径する円錐状光学構成体とを、ポリキャピラリーチューブ１０または積層型導波体を装備した複数個の駆動可能な光学チップ１３で構成されたリング状光学構成体を介して接続し、それによってＸ線照射強度を制御できるようにしてもよい。
【００４１】
また更なる別構成例として、図４及び図５に示したように、出射するＸ線ビームが、リング型ミラー構成体４の駆動可能な１枚または複数枚のミラーによって、照準を合わせられるようにしてもよい。この実施の形態では、各々のチャネルから出射方向の異なる２本のＸ線ビームが出射するような構成となることがある。そのような場合には、積層型平面導波体５で構成された出射側の円錐状光学構成体の中心に、不要なＸ線ビームを吸収するための鉛材料製の遮蔽部材を設置することが必要となることもある。
【００４２】
図９及び図１０は本発明の更に別の実施の形態の側面図であり、更に別の光学系の構成要素を示した図である。これらの図に示した光学系は、外周面入射型の円錐状光学構成体を備えており、図１０に示した光学系ではその外周面入射型の円錐状光学構成体に加えて更に、複数本のポリキャピラリーチューブ１０が装備されている。図９及び図１０に示した外周面入射型の円錐状光学構成体は、図７に示して上で説明した外周面入射型の円錐状光学構成体と同様の構成のものであるが、ただし、図７の構成ではＸ線ビームを収集するために更に内周面入射型の円錐状光学構成体が併用されている点が異なっている。これに対して図９及び図１０の構成では、Ｘ線ビームの収集は円錐状光学構成体の外周面だけで行われている。この外周面入射型の円錐状光学構成体は、積層型平面導波体５を丸めて先に行くほど拡径する空胴形状即ち円錐形状とし、しかもその円錐面の形状を、徐々に入射ビームの経路から逸れるように僅かに湾曲した形状としたものである。また、このビーム収集用の円錐状光学構成体の積層型平面導波体５は、ビーム濃縮用の円錐状光学構成体１５に接続している。ビーム濃縮用の円錐状光学構成体１５は、積層型平面導波体５を丸めて先へ行くほど縮径する空胴形状即ち円錐形状としたものである。Ｘ線ビームは、この円錐状光学構成体出射側の出口に設けられたリング状ミラー構成体４の駆動可能な１枚または複数枚の出射側ミラー４ｂによってターゲット９に照準を合わせられる。
【００４３】
図４及び図５に示して先に説明した構成と同様に、先へ行くほど拡径する空胴形状即ち円錐形状とした円錐状光学構成体と、先へ行くほど縮径する空胴形状即ち円錐形状とした円錐状光学構成体とは、複数本のポリキャピラリーチューブ１０または、積層型導波体を装備した複数個の駆動可能なチップ１３を用いて構成したリング状光学構成体を介して互いに接続することで、Ｘ線照射強度の制御を行えるようにするのもよい。
【００４４】
以上に説明した様々な形態のビームプロセッサは、それらの各部分を適宜に組合せることによって、種々の用途に適合した更に別の様々なビームプロセッサを構成することができるものである。例えば、当業者には容易に理解されるように、ビーム収集用の円錐状光学構成体１４を、先へ行くほど縮径する空胴形状即ち円錐形状とした円錐状導波構成体５と組合せて用いることも可能である。更に、ビーム収集用の円錐状光学構成体１４と、先へ行くほど縮径する円錐形状とした円錐状導波構成体５との接続部に、複数本のポリキャピラリーチューブまたは、積層型平面導波体を装備した複数個の駆動可能なチップ１３を配置して用いるようにしてもよい。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【国際調査報告】
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