JP2020115137A - System and method for providing an ion beam - Google Patents
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Abstract
Description
説明
[001] 開示される実施形態は、概して、陽子線生成を含むイオンビーム生成の改善に関し、具体的には、電磁放射ビームとイオン生成ターゲットとの間の相互作用を介したイオンビーム生成に関する。
Explanation
[001] The disclosed embodiments relate generally to improved ion beam production, including proton beam production, and specifically to ion beam production via interaction between an electromagnetic radiation beam and an ion production target.
背景
[002] 本開示の態様は、多数のシステム、サブシステム、コンポーネント及びサブコンポーネントを含む。本明細書では、既知である背景の詳細を繰り返さない。このような背景情報は、以下の資料:
・2012年7月24日付けで発行された「Targets and Processes for Fabricating Same」という名称のCowanらに対する米国特許第8,229,075号、
・2013年3月5日付けで発行された「System for Fast Ions Generation and a Method Thereof」という名称のZiglerらに対する米国特許第8,389,954号、
・2013年9月10日付けで発行された「Micro-Cone Targets for Producing High Energy and Low Divergence Particle Beams」という名称のLe Galloudecに対する米国特許第8,530,852号、
・2014年6月10日付けで発行された「Targets and Processes for Fabricating Same」という名称のCowanらに対する米国特許第8,750,459号、
・2016年1月12日付けで発行された「System for Fast Ions Generation and a Method Thereof」という名称のZiglerらに対する米国特許第9,236,215号、
・2016年5月17日付けで発行された「Targets and Processes for Fabricating Same」という名称のAdamsらに対する米国特許第9,345,119号、
・2016年12月27日付けで発行された「Laser Activated Magnetic Field Manipulation of Laser Driven Ion Beams」という名称のNahumらに対する米国特許第9,530,605号
に含まれている情報を含み得る。
background
[002] Aspects of the disclosure include numerous systems, subsystems, components and subcomponents. No known background details are repeated herein. Such background information can be found in the following sources:
U.S. Pat. No. 8,229,075 to Cowan et al., entitled "Targets and Processes for Fabricating Same," issued July 24, 2012,
-US Patent No. 8,389,954 to Zigler et al., entitled "System for Fast Ions Generation and a Method Thereof," issued March 5, 2013,
U.S. Patent No. 8,530,852 to Le Galloudec entitled "Micro-Cone Targets for Producing High Energy and Low Divergence Particle Beams", issued September 10, 2013,
U.S. Patent No. 8,750,459 to Cowan et al., entitled "Targets and Processes for Fabricating Same," issued June 10, 2014,
-US Patent No. 9,236,215 to Zigler et al., entitled "System for Fast Ions Generation and a Method Thereof," issued January 12, 2016,
US Pat. No. 9,345,119 to Adams et al., entitled “Targets and Processes for Fabricating Same,” issued May 17, 2016,
And may include the information contained in US Pat. No. 9,530,605 to Nahum et al., entitled "Laser Activated Magnetic Field Manipulation of Laser Driven Ion Beams," issued December 27, 2016.
[003] イオンによって実施される粒子放射線療法は、疾病を治療するために使用することができる。陽子療法と呼称される粒子療法の1つの形態では、腫瘍は、(例えば、水素イオンなどの)陽子によって照射することにより治療される。陽子療法は、(例えば、X線及びγ線療法などの)従来の光子に基づく療法と比較して、陽子及び光子が患者の組織と相互作用する方法に部分的に起因して利点を有する。 [003] Particle radiation therapy carried out by ions can be used to treat diseases. In one form of particle therapy called proton therapy, tumors are treated by irradiation with protons (eg, hydrogen ions). Proton therapy has advantages over conventional photon-based therapies (eg, X-ray and γ-ray therapies) due in part to the way the protons and photons interact with the tissue of the patient.
[004] 図1は、光子療法及び陽子療法の両方における組織の深さの関数として放射線量を示す。粒子が、患者の治療計画によって定義されている治療容積106を照射し得る前に、粒子は、通常、患者の治療容積106に到達する前に患者の皮膚及び他の健康な組織を横断しなければならない。これを実行する際、粒子は、健康な組織を損傷する可能性があり、これは、治療の望ましくない副作用である。図1の曲線102において示されているように、光子(例えば、X線)は、そのエネルギーの大部分を患者の皮膚の近傍の領域に供給する。患者の身体内のより深い腫瘍の場合、この相互作用が健康な組織を損傷し得る。加えて、いくつかの光子は、治療容積106を超えて患者の身体を横断し、それにより患者の身体の他方の側から最終的に離脱する前に、腫瘍の背後の依然としてより健康な組織も照射する。これらの他の健康な組織に対する放射線量は、患者の皮膚の近傍において供給される線量よりも低いが、これも依然として望ましくない。 [004] Figure 1 shows radiation dose as a function of tissue depth in both photon and proton therapy. Before the particles can irradiate the treatment volume 106 defined by the patient's treatment plan, the particles typically must traverse the patient's skin and other healthy tissue before reaching the patient's treatment volume 106. I have to. When doing this, the particles can damage healthy tissue, which is an unwanted side effect of treatment. As shown in curve 102 of FIG. 1, photons (eg, x-rays) deliver a majority of their energy to a region near the patient's skin. In the case of deeper tumors in the patient's body, this interaction can damage healthy tissue. In addition, some photons also traverse the patient's body beyond the treatment volume 106, thereby causing still healthier tissue behind the tumor before eventually leaving the other side of the patient's body. Irradiate. The radiation dose to these other healthy tissues is lower than the dose delivered in the vicinity of the patient's skin, but this is still undesirable.
[005] 光子と異なり、陽子は、患者の組織との非常に望ましい相互作用を示す。図1の曲線104によって示されているように、患者の組織との陽子のピーク相互作用は、患者内のより深いところで発生し、且つピーク相互作用後に突然終了し得る。加えて、陽子は、光子よりも表面組織との相互作用がはるかに小さく、これは、陽子線のエネルギーの大半が治療容積106に供給され得、且つ健康な組織の照射が低減され得ることを意味する。従って、これらの利益を活用することにより、陽子療法は、健康な組織に対する損傷を回避しつつ、患者内の不健康な組織に対するエネルギーのより正確な投与を可能にする。例えば、陽子療法は、X線療法と比較して2〜6倍だけ周囲の健康な組織に対する損傷を低減し、それにより患者の生存及び生活の質を改善することができる。陽子は、X線と比較して97%だけ子供の二次癌の生涯リスクを低減することができる。 [005] Unlike photons, protons exhibit highly desirable interactions with patient tissues. As shown by curve 104 in FIG. 1, peak proton interactions with the patient's tissue may occur deeper within the patient and may end abruptly after the peak interaction. In addition, protons have a much smaller interaction with surface tissue than photons, which means that most of the energy of the proton beam can be delivered to the treatment volume 106 and irradiation of healthy tissue can be reduced. means. Thus, by harnessing these benefits, proton therapy allows for more accurate delivery of energy to unhealthy tissue within a patient while avoiding damage to healthy tissue. For example, proton therapy can reduce damage to surrounding healthy tissue by 2-6 times compared to X-ray therapy, thereby improving patient survival and quality of life. Protons can reduce the lifetime risk of secondary cancer in children by 97% compared to X-rays.
[006] 商用の陽子療法センターは、現時点において、大規模であり且つ費用を要する粒子加速器を使用することによって陽子線を生成する既存の陽子療法システムの欠点に起因して稀な存在である。加速器に基づくシステムは、大きく且つスケーラブルではない。一例として、図2は、フットボール場に対する、加速器に基づく陽子療法システムの概略サイズ比較を示す。また、加速器に基づくシステムの稼働に伴うエネルギー要件及び維持費用も莫大である。総合すれば、これらの欠点は、陽子療法と関連する途方もない構造及び維持費用に結び付いている。加速器に基づく陽子線生成と関連する膨大な費用に加えて、このようなシステムでは、(例えば、ビームエネルギー及びビームフラックスなどの)陽子線の特定のプロパティの調節が面倒であり得、且つ時間を要し得る。これは、より長い治療時間と、低い患者スループットとをもたらし、その結果、より少ない数の患者が費用負担を分担することになるため、個々の治療の費用が更に増大する。相応して、現時点で存在している陽子治療センターの数は、少なく、部分的に陽子療法の利用不能性に起因して、患者が受ける治療は、多くの場合に劣っている。 [006] Commercial proton therapy centers are presently rare due to the shortcomings of existing proton therapy systems that produce proton beams by using large and costly particle accelerators. Accelerator-based systems are large and not scalable. As an example, FIG. 2 shows a schematic size comparison of an accelerator-based proton therapy system for a football field. The energy requirements and maintenance costs associated with the operation of accelerator-based systems are also enormous. Taken together, these shortcomings are linked to the tremendous structural and maintenance costs associated with proton therapy. In addition to the enormous costs associated with accelerator-based proton beam production, adjusting such certain properties of the proton beam (eg, beam energy and beam flux) can be cumbersome and time consuming in such systems. Can take This results in longer treatment times and lower patient throughput, resulting in a lower number of patients sharing the cost burden, further increasing the cost of individual treatments. Correspondingly, the number of proton therapy centers currently existing is small, and patients often receive poor treatment, partly due to the unavailability of proton therapy.
[007] 本開示は、陽子療法の代替方式を対象とする。本明細書において開示される実施形態は、陽子線療法の医療的な適用を想定しているが、当業者は、後述する新規の陽子線生成方法及びシステムが、陽子線が望まれる任意の用途において使用され得ることを理解するであろう。 [007] The present disclosure is directed to alternative modes of proton therapy. While the embodiments disclosed herein contemplate medical applications of proton therapy, one of ordinary skill in the art will appreciate that the novel proton beam generation methods and systems described below will be used in any application where proton beams are desired. It will be understood that can be used in.
例示のための開示される実施形態の簡単な概要
[008] 本明細書において開示される実施形態のいくつかは、陽子線の改善された生成のための方法及びシステムを提供する。例えば、開示される実施形態は、上述のように、例えば改善された速度、精度及び構成可能性を提供し、それにより陽子線生成がより効率的に且つより小さい費用で実行されることを可能にすることにより、いくつかの従来の陽子生成技術の欠点を改善することができる。開示される実施形態は、既存のシステムのサイズ及び複雑性を更に低減することができる。
Brief overview of the disclosed embodiment for illustration
[008] Some of the embodiments disclosed herein provide methods and systems for improved production of proton beams. For example, the disclosed embodiments provide, for example, improved speed, accuracy, and configurability, as described above, thereby allowing proton beam generation to be performed more efficiently and at less cost. Can improve the drawbacks of some conventional proton production techniques. The disclosed embodiments can further reduce the size and complexity of existing systems.
[009] 本実施形態に合致して、陽子線を生成するシステムは、イオン生成ターゲットを支持するように構成された相互作用チャンバと、電磁放射ビームを提供するように構成された電磁放射ソースと、電磁放射ビームをイオン生成ターゲットに導いて、それにより結果的に得られる陽子線を生じさせるように構成された1つ又は複数のオプティクスコンポーネントと、少なくとも1つのレーザー−ターゲット相互作用プロパティを計測するように構成された検出器と、検出器によって計測された少なくとも1つのレーザー−ターゲット相互作用プロパティに基づいてフィードバック信号を生成し、且つ電磁放射ソース、1つ又は複数のオプティクスコンポーネント並びにイオン生成ターゲットに対する電磁放射ビームの相対的な位置及び向きの少なくとも1つの少なくとも1つを調節することにより、陽子線を変更するように構成された少なくとも1つのプロセッサとを含み得る。 [009] Consistent with this embodiment, a system for producing a proton beam includes an interaction chamber configured to support an ion production target, and an electromagnetic radiation source configured to provide a beam of electromagnetic radiation. Measuring at least one laser-target interaction property and one or more optics components configured to direct a beam of electromagnetic radiation to an ion producing target, thereby producing a resulting proton beam. And a feedback signal based on at least one laser-target interaction property measured by the detector and for an electromagnetic radiation source, one or more optics components and an ion-producing target At least one processor configured to modify the proton beam by adjusting at least one of the relative position and orientation of the electromagnetic radiation beams.
[010] いくつかの実施形態は、電磁放射ビームを提供することと、電磁放射ビームを相互作用チャンバ内のイオン生成ターゲットに導いて、それにより結果的に得られる陽子線を生じさせることと、少なくとも1つのレーザー−ターゲット相互作用プロパティを計測することと、電磁放射ソース、1つ又は複数のオプティクスコンポーネント並びにイオン生成ターゲットに対する電磁放射ビームの相対的な位置及び向きの少なくとも1つの少なくとも1つを調節することにより、陽子線を変更するために、少なくとも1つの計測されたレーザー−ターゲット相互作用プロパティに基づいてフィードバック信号を生成することとを含む方法を含み得る。 [010] Some embodiments provide an electromagnetic radiation beam and direct the electromagnetic radiation beam to an ion-producing target in the interaction chamber, thereby producing a resulting proton beam. Measuring at least one laser-target interaction property and adjusting at least one of an electromagnetic radiation source, one or more optics components and at least one of a relative position and orientation of the electromagnetic radiation beam with respect to an ion-producing target. And modifying the proton beam to generate a feedback signal based on the at least one measured laser-target interaction property.
[011] 例として、少なくとも1つのレーザー−ターゲット相互作用プロパティは、陽子線プロパティ(例えば、陽子線エネルギー又は陽子線フラックス)を含み得る。 [011] As an example, the at least one laser-target interaction property may include a proton beam property (eg, proton beam energy or proton beam flux).
[012] レーザー−ターゲット相互作用プロパティは、例えば、X線放出プロパティなどの二次電子放出プロパティを含み得る。 [012] Laser-target interaction properties may include, for example, secondary electron emission properties such as X-ray emission properties.
[013] 電磁放射ソースは、レーザービーム又は例えばパルス化陽子線を生成するためのパルス化電磁放射ビームの1つ又は複数を提供するように構成され得る。 [013] The electromagnetic radiation source may be configured to provide one or more of a laser beam or a pulsed electromagnetic radiation beam to generate, for example, a pulsed proton beam.
[014] 相互作用チャンバは、イオン生成ターゲットを支持するターゲットステージを含み得、且つ少なくとも1つのプロセッサは、ターゲットステージと電磁放射ビームとの間の相対的な移動を生じさせるように更に構成され得る。 [014] The interaction chamber may include a target stage that supports the ion producing target, and the at least one processor may be further configured to cause relative movement between the target stage and the electromagnetic radiation beam. ..
[015] イオン生成ターゲットの構造は、少なくとも部分的に、例えば計測されたレーザー−ターゲット相互作用プロパティから生成される、生成されたフィードバック信号に基づいて判定され得る。 [015] The structure of the ion-generating target may be determined at least in part based on the generated feedback signal, eg, generated from the measured laser-target interaction properties.
[016] 更に、本実施形態に合致して、少なくとも1つのレーザー−ターゲット相互作用プロパティは、陽子線エネルギーを含み得る。 [016] Further, consistent with this embodiment, the at least one laser-target interaction property may include proton beam energy.
[017] 更に、本実施形態に合致して、少なくとも1つのレーザー−ターゲット相互作用プロパティは、陽子線フラックスを含み得る。 [017] Further consistent with this embodiment, the at least one laser-target interaction property may include a proton beam flux.
[018] 更に、本実施形態に合致して、電磁放射ソースは、フィードバック信号に応答して電磁放射ビームの時間プロファイルを変更するように構成され得る。 [018] Further consistent with this embodiment, the electromagnetic radiation source may be configured to modify the time profile of the electromagnetic radiation beam in response to the feedback signal.
[019] 更に、本実施形態に合致して、電磁放射ソースは、少なくともメインパルス及びプレパルスを生成するように構成され得、且つ少なくとも1つのプロセッサは、電磁放射ソースがフィードバック信号に応答してメインパルスに対するプレパルスのコントラスト比を変更することを生じさせるように構成され得る。 [019] Further consistent with this embodiment, the electromagnetic radiation source may be configured to generate at least a main pulse and a pre-pulse, and the at least one processor may include the electromagnetic radiation source in response to the feedback signal. It may be configured to cause altering the contrast ratio of the pre-pulse to the pulse.
[020] 更に、本実施形態に合致して、少なくとも1つのプロセッサは、電磁放射ソースがフィードバック信号に応答して電気放射ビームのエネルギーを変更することを生じさせるように構成され得る。 [020] Furthermore, consistent with this embodiment, at least one processor may be configured to cause the electromagnetic radiation source to modify the energy of the electrical radiation beam in response to the feedback signal.
[021] 更に、本実施形態に合致して、1つ又は複数のプロセッサは、電磁放射ソースが、例えば、フィードバック信号に応答して電磁放射ビームのスポットサイズを変更することにより、電磁放射ビームの空間プロファイルを変更することを生じさせるように構成され得る。 [021] Further consistent with this embodiment, the one or more processors may include a source of electromagnetic radiation, for example, by changing the spot size of the electromagnetic radiation beam in response to a feedback signal. It may be configured to cause altering the spatial profile.
[022] 更に、本実施形態に合致して、少なくとも1つのプロセッサは、1つ又は複数のオプティクスコンポーネントが、例えば、フィードバック信号に応答して電磁放射ビームのスポットサイズを変更することにより、電磁放射ビームの空間プロファイルを変更することを生じさせるように構成され得る。 [022] Further consistent with this embodiment, at least one processor may include one or more optics components, such as by changing the spot size of an electromagnetic radiation beam in response to a feedback signal. It may be configured to cause altering the spatial profile of the beam.
[023] 更に、本実施形態に合致して、少なくとも1つのプロセッサは、モーターがフィードバック信号に応答して電磁放射ビームとイオン生成ターゲットとの間の相対的な向きを変更することを生じさせるように構成され得る。 [023] Further consistent with this embodiment, the at least one processor causes the motor to cause the motor to change relative orientation between the beam of electromagnetic radiation and the ion producing target in response to the feedback signal. Can be configured to.
[024] 本開示に合致する別の実施形態は、陽子線を生成するシステムを含み得、システムは、イオン生成ターゲットを支持するように構成された相互作用チャンバと、電磁放射ビームを提供するように構成された電磁放射ソースと、電磁放射ビームを相互作用チャンバ内のイオン生成ターゲットに導いて、それにより陽子線を生成するように構成された適応型ミラーと、電磁放射ビームの空間プロファイル並びに電磁放射ビームとイオン生成ターゲットとの間の相対的な位置及び向きの少なくとも1つの少なくとも1つを調節するように適応型ミラーを制御するように構成された少なくとも1つのプロセッサとを含む。 [024] Another embodiment consistent with the present disclosure may include a system for producing a proton beam, the system configured to provide an interaction chamber configured to support an ion producing target, and a beam of electromagnetic radiation. And an adaptive mirror configured to direct the beam of electromagnetic radiation to an ion-producing target in the interaction chamber, thereby producing a proton beam, and the spatial profile of the beam of electromagnetic radiation as well as the spatial profile of the beam of electromagnetic radiation. And at least one processor configured to control the adaptive mirror to adjust at least one of at least one of a relative position and orientation between the radiation beam and the ion producing target.
[025] いくつかの実施形態は、電磁放射ビームを提供することと、適応型ミラーを使用することにより、電磁放射ビームを相互作用チャンバ内のイオン生成ターゲットに導いて、それにより結果的に得られる陽子線を生じさせることと、電磁放射ビームの空間プロファイル並びに電磁放射ビームとイオン生成ターゲットとの間の相対的な位置及び向きの少なくとも1つの少なくとも1つを調節するように、少なくとも1つのプロセッサによって適応型ミラーを制御することとを含む方法を含み得る。 [025] Some embodiments direct the beam of electromagnetic radiation to an ion-producing target in the interaction chamber, thereby providing a resulting beam of electromagnetic radiation and using an adaptive mirror. At least one processor for producing at least one of a spatial profile of the electromagnetic radiation beam and at least one of a relative position and orientation between the electromagnetic radiation beam and the ion-producing target. Controlling the adaptive mirror according to the present invention.
[026] 例として、適応型ミラーは、電磁放射ビームを調節すること、電磁放射ビームを方向転換すること及び電磁放射ビームをスキャンすることの少なくとも1つにより、電磁放射ビームを導くように構成され得る。 [026] By way of example, the adaptive mirror is configured to direct the beam of electromagnetic radiation by at least one of conditioning the beam of electromagnetic radiation, redirecting the beam of electromagnetic radiation, and scanning the beam of electromagnetic radiation. obtain.
[027] 更に、本実施形態に合致して、適応型ミラーは、電磁放射ビームをイオン生成ターゲットにわたってラスタ走査するように構成され得る。 [027] Furthermore, consistent with this embodiment, the adaptive mirror may be configured to raster scan the beam of electromagnetic radiation across the ion producing target.
[028] 更に、本実施形態に合致して、適応型ミラーは、複数の面を含み得、複数の面のそれぞれは、デジタル論理回路によって独立して制御可能である。 [028] Further, consistent with this embodiment, the adaptive mirror may include multiple surfaces, each of the multiple surfaces being independently controllable by digital logic circuitry.
[029] 更に、本開示に合致して、適応型ミラーは、反射防止被覆された基材上に合焦されたレーザーパルスを含み得、レーザーパルス及び反射防止被覆された基材の一方又は両方は、デジタル論理回路によって制御可能である。 [029] Further consistent with the present disclosure, an adaptive mirror may include a laser pulse focused on an anti-reflection coated substrate, one or both of the laser pulse and the anti-reflection coated substrate. Are controllable by digital logic circuits.
[030] 更に、本実施形態に合致して、少なくとも1つのプロセッサは、適応型ミラーがフィードバック信号に応答して電磁放射ビームをイオン生成ターゲットに導くことを生じさせるように構成され得る。 [030] Further, consistent with this embodiment, the at least one processor may be configured to cause the adaptive mirror to direct a beam of electromagnetic radiation to the ion producing target in response to the feedback signal.
[031] 更に、本実施形態に合致して、少なくとも1つのプロセッサは、適応型ミラーが電磁放射ビームをイオン生成ターゲットの表面上の既定の場所に導くことを生じさせるように構成され得る。 [031] Further consistent with this embodiment, the at least one processor may be configured to cause the adaptive mirror to direct the beam of electromagnetic radiation to a predetermined location on the surface of the ion producing target.
[032] 更に、本実施形態に合致して、イオン生成ターゲットの表面は、パターン化されたアレイを含み得る。 [032] Furthermore, consistent with this embodiment, the surface of the ion generating target may include a patterned array.
[033] 更に、本実施形態に合致して、イオン生成ターゲットの表面は、実質的に共通軸に沿って方向付けられた複数のイオン生成構造を含み得る。 [033] Further consistent with this embodiment, the surface of the ion-generating target may include a plurality of ion-generating structures oriented substantially along a common axis.
[034] 更に、本実施形態に合致して、イオン生成ターゲットの表面は、少なくとも1つのナイフエッジを含むことができる。 [034] Furthermore, consistent with this embodiment, the surface of the ion production target may include at least one knife edge.
[035] 本実施形態に合致して、陽子線を生成するシステムは、ターゲット場所においてイオン生成ターゲットを支持するように構成された相互作用チャンバと、軌跡に沿って電磁放射ビームを提供するように構成された電磁放射ソースであって、電磁放射ビームは、エネルギー、偏光、空間プロファイル及び時間プロファイルを有する、電磁放射ソースと、電磁放射ソースとイオン生成ターゲットの表面との間において電磁放射ビームの軌跡に沿って位置決めされた1つ又は複数のオプティクスコンポーネントであって、電磁放射ビームがイオン生成ターゲットを照射し、それによりエネルギー及びフラックスを有する陽子線の形成を促進することを生じさせるために電磁放射ビームと協働するように構成されている1つ又は複数のオプティクスコンポーネントと、少なくとも1つのプロセッサであって、陽子線のエネルギーを実質的に一定に保持している間の陽子線のフラックス及び陽子線のフラックスを実質的に一定に保持している間の陽子線のエネルギーの少なくとも1つを調節するために、電磁放射ソース及び1つ又は複数のオプティクスコンポーネントの少なくとも1つを制御して、それにより電磁放射ビームのエネルギー、電磁放射ビームの偏光、電磁放射ビームの空間プロファイル及び電磁放射ビームの時間プロファイルの少なくとも1つを変更するように構成された少なくとも1つのプロセッサとを含み得る。 [035] Consistent with this embodiment, a system for producing a proton beam is provided to provide an electromagnetic radiation beam along a trajectory with an interaction chamber configured to support an ion producing target at a target location. A configured electromagnetic radiation source, the electromagnetic radiation beam having an energy, polarization, spatial profile, and temporal profile, the trajectory of the electromagnetic radiation beam between the electromagnetic radiation source and the surface of the electromagnetic radiation source and the ion-producing target. One or more optics components positioned along the electromagnetic radiation to cause a beam of electromagnetic radiation to illuminate an ion-generating target, thereby promoting the formation of proton beams having energy and flux. One or more optics components configured to cooperate with a beam and at least one processor, the flux of protons and the protons while holding the energy of the protons substantially constant. Controlling at least one of the electromagnetic radiation source and one or more optics components to adjust at least one of the energy of the proton beam while holding the flux of the line substantially constant, At least one processor configured to modify at least one of energy of the electromagnetic radiation beam, polarization of the electromagnetic radiation beam, spatial profile of the electromagnetic radiation beam, and temporal profile of the electromagnetic radiation beam.
[036] いくつかの実施形態は、陽子線を生成する方法を含み得、方法は、相互作用チャンバ内のターゲット場所においてイオン生成ターゲットを支持することと、電磁放射ソースにより、軌跡に沿って電磁放射ビームを提供することであって、電磁放射ビームは、エネルギー、偏光、空間プロファイル及び時間プロファイルを有する、提供することと、電磁放射ソースとイオン生成ターゲットの表面との間において電磁放射ビームの軌跡に沿って位置決めされた1つ又は複数のオプティクスコンポーネントにより、イオン生成ターゲットを電磁放射ビームによって照射することであって、1つ又は複数のオプティクスコンポーネントは、エネルギー及びフラックスを有する陽子線を形成することを促進するために電磁放射ビームと協働するように構成されている、照射することと、陽子線のエネルギーを実質的に一定に保持している間の陽子線のフラックス及び陽子線のフラックスを実質的に一定に保持している間の陽子線のエネルギーの少なくとも1つを調節するために、少なくとも1つのプロセッサにより、電磁放射ビームのエネルギー、電磁放射ビームの偏光、電磁放射ビームの空間プロファイル及び電磁放射ビームの時間プロファイルの少なくとも1つを変更するように電磁放射ソース及び1つ又は複数のオプティクスコンポーネントの少なくとも1つを制御することとを含む。 [036] Some embodiments may include a method of producing a proton beam, the method comprising supporting an ion-producing target at a target location within an interaction chamber and electromagnetic radiation along a trajectory by an electromagnetic radiation source. Providing a beam of radiation, the beam of electromagnetic radiation having an energy, polarization, spatial profile and temporal profile, and providing a trajectory of the beam of electromagnetic radiation between the source of electromagnetic radiation and the surface of the ion production target. Illuminating an ion-producing target with a beam of electromagnetic radiation by means of one or more optics components positioned along the one or more optics components forming a proton beam with energy and flux. A proton beam flux and a proton beam flux during irradiating and holding the proton beam energy substantially constant, which is configured to cooperate with an electromagnetic radiation beam to promote The energy of the beam of electromagnetic radiation, the polarization of the beam of electromagnetic radiation, the spatial profile of the beam of electromagnetic radiation, and the spatial profile of the beam of electromagnetic radiation by at least one processor for adjusting at least one of the energies of the proton beam while holding it substantially constant. Controlling the electromagnetic radiation source and at least one of the one or more optics components to modify at least one of the temporal profiles of the electromagnetic radiation beam.
[037] 更に、本実施形態に合致して、陽子線を生成するシステムは、ターゲット場所においてイオン生成ターゲットを支持するように構成された相互作用チャンバと、軌跡に沿って電磁放射ビームを提供するように構成された電磁放射ソースであって、電磁放射ビームは、エネルギー、偏光、空間プロファイル及び時間プロファイルを有する、電磁放射ソースと、電磁放射ソースとイオン生成ターゲットの表面との間において電磁放射ビームの軌跡に沿って位置決めされた1つ又は複数のオプティクスコンポーネントであって、電磁放射ビームがイオン生成ターゲットを照射し、それによりエネルギー及びフラックスを有する陽子線の形成を促進することを生じさせるために電磁放射ビームと協働するように構成されている1つ又は複数のオプティクスコンポーネントと、陽子線のエネルギーを変化させている間の陽子線のフラックス及び陽子線のフラックスを変化させている間の陽子線のエネルギーの少なくとも1つを調節するために、電磁放射ソース及び1つ又は複数のオプティクスコンポーネントの少なくとも1つを制御して、それにより電磁放射ビームのエネルギー、電磁放射ビームの偏光、電磁放射ビームの空間プロファイル、電磁放射ビームの時間プロファイルの少なくとも1つを変更するように構成された少なくとも1つのプロセッサとを含み得る。 [037] Further consistent with this embodiment, a system for producing a proton beam provides an interaction chamber configured to support an ion producing target at a target location and a beam of electromagnetic radiation along a trajectory. An electromagnetic radiation source configured to have an energy, polarization, spatial profile and temporal profile, the electromagnetic radiation source and the electromagnetic radiation beam between the electromagnetic radiation source and the surface of the ion-generating target. One or more optics components positioned along the locus of to cause an electromagnetic radiation beam to illuminate an ion-generating target, thereby promoting the formation of a proton beam with energy and flux. One or more optics components configured to cooperate with a beam of electromagnetic radiation and a proton beam flux during changing the energy of the proton beam and a proton during changing the flux of the proton beam. Controlling at least one of the electromagnetic radiation source and the one or more optics components to adjust at least one of the energy of the lines, whereby the energy of the electromagnetic radiation beam, the polarization of the electromagnetic radiation beam, the electromagnetic radiation beam , At least one processor configured to modify at least one of the spatial profile of the electromagnetic radiation beam and the temporal profile of the electromagnetic radiation beam.
[038] いくつかの実施形態は、陽子線を生成する方法を含み得、方法は、相互作用チャンバ内のターゲット場所においてイオン生成ターゲットを支持することと、電磁放射ソースにより、軌跡に沿って電磁放射ビームを提供することであって、電磁放射ビームは、エネルギー、偏光、空間プロファイル及び時間プロファイルを有する、提供することと、電磁放射ソースとイオン生成ターゲットの表面との間において電磁放射ビームの軌跡に沿って位置決めされた1つ又は複数のオプティクスコンポーネントにより、電磁放射ビームによってイオン生成ターゲットを照射することであって、1つ又は複数のオプティクスコンポーネントは、エネルギー及びフラックスを有する陽子線の形成を促進するために電磁放射ビームと協働するように構成されている、照射することと、陽子線のエネルギーを変化させている間の陽子線のフラックス及び陽子線のフラックスを変化させている間の陽子線のエネルギーの少なくとも1つを調節するために、電磁放射ビームのエネルギー、電磁放射ビームの偏光、電磁放射ビームの空間プロファイル、電磁放射ビームの時間プロファイルの少なくとも1つを変更するように、少なくとも1つのプロセッサにより、電磁放射ソース及び1つ又は複数のオプティクスコンポーネントの少なくとも1つを制御することとを含む。 [038] Some embodiments may include a method of producing a proton beam, the method comprising supporting an ion-producing target at a target location in an interaction chamber and electromagnetic radiation along a trajectory by an electromagnetic radiation source. Providing a beam of radiation, the beam of electromagnetic radiation having an energy, polarization, spatial profile and temporal profile, and providing a trajectory of the beam of electromagnetic radiation between the source of electromagnetic radiation and the surface of the ion production target. Irradiating an ion-generating target with a beam of electromagnetic radiation by means of one or more optics components positioned along the one or more optics components, which promote the formation of proton beams with energy and flux. A proton beam flux during irradiating and changing the proton beam energy, and a proton beam during changing the proton beam flux, configured to cooperate with an electromagnetic radiation beam for At least one so as to modify at least one of the energy of the electromagnetic radiation beam, the polarization of the electromagnetic radiation beam, the spatial profile of the electromagnetic radiation beam, the temporal profile of the electromagnetic radiation beam to adjust at least one of the energy of the lines Controlling at least one of the electromagnetic radiation source and the one or more optics components by one processor.
[039] 例として、少なくとも1つのプロセッサは、電磁放射ビームのスポットサイズを変更することより、電磁放射ビームの空間プロファイルを変更するように構成され得る。 [039] As an example, at least one processor may be configured to modify the spatial profile of the electromagnetic radiation beam by modifying the spot size of the electromagnetic radiation beam.
[040] 更に、本実施形態に合致して、少なくとも1つのプロセッサは、電磁放射ビームのチャープを変更することにより、電磁放射ビームの時間プロファイルを変更するように構成され得る。 [040] Further consistent with this embodiment, the at least one processor may be configured to change the time profile of the electromagnetic radiation beam by changing the chirp of the electromagnetic radiation beam.
[041] 更に、本実施形態に合致して、少なくとも1つのプロセッサは、1つ又は複数のポンプソースのタイミングを変更することにより、電磁放射ビームの時間プロファイルを変更するように構成され得る。 [041] Further consistent with this embodiment, the at least one processor may be configured to change the time profile of the electromagnetic radiation beam by changing the timing of one or more pump sources.
[042] 更に、本実施形態に合致して、電磁放射ビームの偏光は、電磁放射ビームが偏光されていないようなものであり得る。 [042] Further, consistent with this embodiment, the polarization of the electromagnetic radiation beam may be such that the electromagnetic radiation beam is unpolarized.
[043] 更に、本実施形態に合致して、電磁放射ソースは、パルス化電磁放射ビームを提供し、且つそれによりパルス化陽子線を生成するように構成され得る。 [043] Further consistent with this embodiment, the electromagnetic radiation source may be configured to provide a pulsed beam of electromagnetic radiation and thereby generate a pulsed proton beam.
[044] 更に、本実施形態に合致して、少なくとも1つのプロセッサは、電磁放射ソースが電磁放射ビームのエネルギー及び電磁放射ビームの時間プロファイルを変更することを生じさせるように構成され得る。 [044] Further consistent with this embodiment, the at least one processor may be configured to cause the electromagnetic radiation source to alter the energy of the electromagnetic radiation beam and the time profile of the electromagnetic radiation beam.
[045] 更に、本実施形態に合致して、1つ又は複数のプロセッサは、電磁放射ソースが電磁放射ビームのエネルギー及び電磁放射ビームの空間プロファイルを変更することを生じさせるように構成され得る。 [045] Further, consistent with this embodiment, the one or more processors may be configured to cause the electromagnetic radiation source to alter the energy of the electromagnetic radiation beam and the spatial profile of the electromagnetic radiation beam.
[046] 更に、本実施形態に合致して、少なくとも1つのプロセッサは、電磁放射ソースが電磁放射ビームのエネルギーを変更することを生じさせるように構成され得、且つ少なくとも1つのプロセッサは、1つ又は複数のオプティクスコンポーネントが電磁放射ビームの空間プロファイルを変更することを生じさせるように構成され得る。 [046] Further consistent with this embodiment, at least one processor may be configured to cause the electromagnetic radiation source to modify the energy of the electromagnetic radiation beam, and the at least one processor Alternatively, multiple optics components may be configured to cause the spatial profile of the electromagnetic radiation beam to be altered.
[047] 更に、本実施形態に合致して、少なくとも1つのプロセッサは、1つ又は複数のオプティクスコンポーネントが電磁放射ビームのエネルギー及び電磁放射ビームの空間プロファイルを変更することを生じさせるように構成され得る。 [047] Further consistent with this embodiment, the at least one processor is configured to cause one or more optics components to alter the energy of the electromagnetic radiation beam and the spatial profile of the electromagnetic radiation beam. obtain.
[048] 本実施形態に合致して、陽子線を生成するシステムは、複数のパターン化された特徴が提供されたイオン生成ターゲットを支持するように構成された相互作用チャンバと、複数のパターン化された特徴を照射するための電磁放射ビームを提供するように構成された電磁放射ソースと、電磁放射ビームが複数のパターン化された特徴の個々の1つに当たり、且つそれにより結果的に得られる陽子線を生成することを生じさせるように構成された少なくとも1つのプロセッサとを含み得る。 [048] Consistent with this embodiment, a system for producing a proton beam includes an interaction chamber configured to support an ion producing target provided with a plurality of patterned features, and a plurality of patterned chambers. An electromagnetic radiation source configured to provide an electromagnetic radiation beam for illuminating a patterned feature, the electromagnetic radiation beam impinging upon and resulting in each one of a plurality of patterned features. And at least one processor configured to cause producing a proton beam.
[049] いくつかの実施形態は、相互作用チャンバ内において、複数のパターン化された特徴が提供されたイオン生成ターゲットを支持することと、電磁放射ソースにより、複数のパターン化された特徴を照射するための電磁放射ビームを提供することと、電磁放射ビームを複数のパターン化された特徴の個々の1つに当て、且つそれにより結果的に得られる陽子線を生成することとを含む方法を含み得る。 [049] Some embodiments support an ion-generating target provided with a plurality of patterned features in an interaction chamber and irradiate the plurality of patterned features with an electromagnetic radiation source. Providing a beam of electromagnetic radiation for illuminating, and directing the beam of electromagnetic radiation to each one of the plurality of patterned features and thereby producing a resulting proton beam. May be included.
[050] 更に、本実施形態に合致して、陽子線を生成するシステムは、少なくとも1つのナイフエッジでパターン化されたイオン生成ターゲットを支持するように構成された相互作用チャンバと、イオン生成ターゲットの少なくとも1つのナイフエッジを照射するための電磁放射ビームを提供するように構成された電磁放射ソースと、電磁放射ビームが少なくとも1つのナイフエッジに当たり、且つそれにより結果的に得られる陽子線を生成することを生じさせるように構成された少なくとも1つのプロセッサとを含み得る。 [050] Further consistent with this embodiment, a system for producing a proton beam includes an interaction chamber configured to support an ion producing target patterned with at least one knife edge, and an ion producing target. An electromagnetic radiation source configured to provide an electromagnetic radiation beam for illuminating at least one knife edge of the electromagnetic radiation beam, the electromagnetic radiation beam striking the at least one knife edge, and thereby producing a resulting proton beam. And at least one processor configured to cause.
[051] 更に、いくつかの実施形態は、相互作用チャンバ内において、少なくとも1つのナイフエッジでパターン化されたイオン生成ターゲットを支持することと、電磁放射ソースにより、イオン生成ターゲットの少なくとも1つのナイフエッジを照射するための電磁放射ビームを提供することと、電磁放射ビームを少なくとも1つのナイフエッジに当て、且つそれにより結果的に得られる陽子線を生成することとを含む方法を含み得る。 [051] Further, some embodiments support an ion-producing target patterned in the interaction chamber with at least one knife edge, and the electromagnetic radiation source provides at least one knife of the ion-producing target. The method may include providing an electromagnetic radiation beam for illuminating the edge, and applying the electromagnetic radiation beam to the at least one knife edge and thereby producing a resulting proton beam.
[052] 更に、本実施形態に合致して、電磁放射ソースは、波長を有するレーザービームを提供するように構成され得、且つ複数のパターン化された特徴の少なくとも1つは、レーザービームの波長よりも小さい寸法を有することができる。同様に、ナイフエッジも、レーザービームの波長よりも小さい寸法を有することができる。 [052] Further consistent with this embodiment, the electromagnetic radiation source may be configured to provide a laser beam having a wavelength, and at least one of the plurality of patterned features is a wavelength of the laser beam. Can have smaller dimensions than. Similarly, the knife edge can also have dimensions smaller than the wavelength of the laser beam.
[053] 更に、本実施形態に合致して、複数のパターン化された特徴は、イオン生成ターゲットの表面から離れて延在する突出部を含む。 [053] Further consistent with this embodiment, the plurality of patterned features includes protrusions that extend away from the surface of the ion generation target.
[054] 更に、本実施形態に合致して、少なくとも1つのプロセッサは、イオン生成ターゲットをラスタ走査するように構成され得る。 [054] Further consistent with this embodiment, the at least one processor may be configured to raster scan the ion producing target.
[055] 更に、本実施形態に合致して、少なくとも1つのプロセッサは、電磁放射ビームが連続的又は不連続的にイオン生成ターゲットの表面をスキャンすることを生じさせるように構成され得る。 [055] Further consistent with this embodiment, the at least one processor may be configured to cause the beam of electromagnetic radiation to scan the surface of the ion producing target continuously or discontinuously.
[056] 更に、本実施形態に合致して、少なくとも1つのプロセッサは、適応型ミラーが、連続的又は不連続的に少なくとも1つのナイフエッジをスキャンするように電磁放射ビームを調節することを生じさせるように構成され得る。 [056] Further consistent with this embodiment, the at least one processor causes the adaptive mirror to condition the beam of electromagnetic radiation to scan the at least one knife edge continuously or discontinuously. Can be configured.
[057] 更に、本実施形態に合致して、複数のパターン化された特徴又はナイフエッジは、氷を含むことができる。 [057] Furthermore, consistent with this embodiment, the plurality of patterned features or knife edges can include ice.
[058] 更に、本実施形態に合致して、複数のパターン化された特徴又はナイフエッジは、シリコンを含むことができる。 [058] Furthermore, consistent with this embodiment, the plurality of patterned features or knife edges can include silicon.
[0059] 更に、本実施形態に合致して、複数のパターン化された特徴又はナイフエッジは、炭素を含むことができる。 [0059] Further consistent with this embodiment, the plurality of patterned features or knife edges can include carbon.
[060] 更に、本実施形態に合致して、複数のパターン化された特徴又はナイフエッジは、プラスチックを含むことができる。 [060] Furthermore, consistent with this embodiment, the plurality of patterned features or knife edges can include plastic.
[061] 更に、本実施形態に合致して、複数のパターン化された特徴又はナイフエッジは、ステンレス鋼を含むことができる。 [061] Further consistent with this embodiment, the plurality of patterned features or knife edges can include stainless steel.
[062] 更に、本実施形態に合致して、少なくとも1つのプロセッサは、適応型ミラーが、複数のパターン化された特徴の個々の1つに順番に又は同時に当たるか又はナイフエッジに当たるように電磁放射ビームを調節することを生じさせるように構成され得る。 [062] Further in accordance with this embodiment, at least one processor is configured to electromagnetically direct the adaptive mirror to sequentially or simultaneously hit one of each of the plurality of patterned features or a knife edge. It may be configured to cause conditioning of the radiation beam.
[063] 更に、本実施形態に合致して、少なくとも1つのプロセッサは、電磁放射ビームがパターン化された特徴の個々の1つに順番に当たることを生じさせるようにモーターを調節するように構成され得る。 [063] Further consistent with this embodiment, the at least one processor is configured to adjust the motor to cause the beam of electromagnetic radiation to sequentially strike each one of the patterned features. obtain.
[064] 更に、本実施形態に合致して、少なくとも1つのプロセッサは、複数のパターン化された特徴の連続した1つにわたって電磁放射ビームの連続的なスキャンをもたらすように構成され得る。 [064] Further consistent with this embodiment, the at least one processor may be configured to provide a continuous scan of the electromagnetic radiation beam over a continuous one of the plurality of patterned features.
[065] 更に、本実施形態に合致して、ターゲットは、2つ以上のナイフエッジでパターン化することができる。 [065] Further, consistent with this embodiment, the target can be patterned with more than one knife edge.
[066] 本実施形態に合致して、陽子線を生成するシステムは、少なくとも1つのイオン群を含むパルス化イオンビームを生成するように構成されたイオンソースと、少なくとも1つの電磁石と、電磁石の近傍のゾーンであって、パルス化ビームがそれを通して横断するように方向付けられたゾーンと、少なくとも1つの電磁石を選択的に起動するために少なくとも1つの電磁石に電気的に接続された少なくとも1つの自動化されたスイッチと、少なくとも1つの自動化されたスイッチを起動するように構成された放射トリガソースと、イオン群がゾーンを横断するときに少なくとも1つの電磁石を起動するように構成された少なくとも1つのプロセッサとを含み得る。 [066] Consistent with this embodiment, a system for producing a proton beam comprises an ion source configured to produce a pulsed ion beam comprising at least one group of ions, at least one electromagnet, and an electromagnet. A nearby zone, wherein the pulsed beam is directed to traverse therethrough, and at least one electrically connected to the at least one electromagnet for selectively activating the at least one electromagnet. An automated switch, a radiation trigger source configured to activate at least one automated switch, and at least one configured to activate at least one electromagnet as the group of ions traverses the zone. And a processor.
[067] 本開示に合致する別の実施形態は、帯電粒子のパルス化ビームを導く方法を含み得、方法は、少なくとも1つのイオン群を含むパルス化イオンビームを生成することであって、パルス化イオンビームは、少なくとも1つの電磁石の近傍のゾーンを通して横断するように構成されている、生成することと、放射トリガソースにより、少なくとも1つの自動化されたスイッチを起動することであって、少なくとも1つの自動化されたスイッチは、少なくとも1つの電磁石に電気的に接続されている、起動することと、イオン群がゾーンを横断するとき、自動化されたスイッチの起動に基づいて、少なくとも1つのプロセッサにより、少なくとも1つの電磁石を選択的に起動することとを含む。 [067] Another embodiment consistent with the present disclosure may include a method of directing a pulsed beam of charged particles, the method comprising producing a pulsed ion beam comprising at least one group of ions, the method comprising: The generating ion beam is configured to traverse through a zone in the vicinity of the at least one electromagnet, the generating and activating at least one automated switch by a radiation trigger source, the method comprising: One automated switch electrically connected to the at least one electromagnet, activating and based on the activation of the automated switch as the group of ions traverses the zone, by at least one processor, Selectively activating at least one electromagnet.
[068] 例として、本実施形態に合致して、放射トリガソースは、イオン、X線、電子及びレーザー放射のソースの1つ又は複数を含み得る。 [068] By way of example, consistent with this embodiment, the radiation trigger source may include one or more of a source of ion, x-ray, electron and laser radiation.
[069] 更に、本実施形態に合致して、電磁石は、電磁界を生成するように構成され得、且つゾーンは、電磁石が起動されるときに電磁界内にあるように方向付けられ得る。本実施形態に合致して、ゾーンは、約1インチよりも小さい寸法を有することができる。 [069] Further consistent with this embodiment, the electromagnet may be configured to produce an electromagnetic field and the zone may be oriented to be in the electromagnetic field when the electromagnet is activated. Consistent with this embodiment, the zones can have dimensions less than about 1 inch.
[070] 更に、本実施形態に合致して、イオンソースは、放射トリガソース及びイオン生成ターゲットを含み得、且つ放射トリガソースは、自動化されたスイッチを起動することと、イオン生成ターゲットを照射して、それによりパルス化イオンビームを生成することとの両方を行うように構成され得る。 [070] Further consistent with this embodiment, the ion source may include a radiation trigger source and an ion generation target, and the radiation trigger source activates an automated switch and illuminates the ion generation target. And thereby generate a pulsed ion beam.
[071] 更に、本実施形態に合致して、放射トリガソースが自動化されたスイッチを起動する時点は、制御された遅延ラインによって調節され得る。制御された遅延ラインは、例えば、放射トリガソースが自動化されたスイッチを起動する時点をパルス化イオンビームと同期して調節するように構成され得る。 [071] Further consistent with this embodiment, the point in time at which the radiant trigger source activates the automated switch can be adjusted by a controlled delay line. The controlled delay line can be configured, for example, to adjust the point in time at which the radiation trigger source activates the automated switch, synchronously with the pulsed ion beam.
[072] 更に、本実施形態に合致して、自動化されたスイッチは、光伝導半導体スイッチ又はスパークスイッチを含み得る。 [072] Further, consistent with this embodiment, the automated switch may include a photoconductive semiconductor switch or a spark switch.
[073] 更に、本実施形態に合致して、少なくとも1つの電磁石は、パルス化イオンビームの軌跡に沿って直列の複数の電磁石を含み得、且つ少なくとも1つの自動化されたスイッチは、複数の自動化されたスイッチを含み得、複数の自動化されたスイッチのそれぞれは、複数の電磁石の異なる1つと関連付けられている。少なくとも1つのプロセッサは、イオン群がそれぞれの電磁石を横断するとき、複数の自動化されたスイッチを順番に起動するように構成され得る。 [073] Further consistent with this embodiment, the at least one electromagnet may include a plurality of electromagnets in series along a trajectory of the pulsed ion beam, and the at least one automated switch comprises a plurality of automation switches. A plurality of automated switches, each of which is associated with a different one of the plurality of electromagnets. The at least one processor may be configured to sequentially activate a plurality of automated switches as the groups of ions traverse respective electromagnets.
[074] 更に、本実施形態に合致して、直列における1つ又は複数の電磁石の第1の電磁石は、オリジナルの軌跡から、方向転換された軌跡にパルス化イオンビームの一部分を方向転換するように構成され得、且つ直列における1つ又は複数の電磁石の第2の電磁石は、方向転換された軌跡から、オリジナルの軌跡に実質的に平行な経路にパルス化イオンビームの方向転換された一部分の少なくとも一部を再方向転換するように構成され得る。 [074] Further consistent with this embodiment, the first electromagnet of the one or more electromagnets in series is configured to redirect a portion of the pulsed ion beam from an original trajectory to a redirected trajectory. And a second electromagnet of the one or more electromagnets in series is arranged from the redirected trajectory to a redirected portion of the pulsed ion beam in a path substantially parallel to the original trajectory. It may be configured to redirect at least a portion.
[075] 本実施形態に合致して、陽子線を生成するシステムは、陽子エネルギースプレッド内の複数の陽子エネルギーを有する陽子線を提供するように構成された陽子ソースと、少なくとも1つのプロセッサであって、3次元座標系の2つの次元において陽子線と治療容積との間の相対的な移動を制御することと、実質的に固定された座標を他の2つの次元において維持しつつ、3次元座標システムの第3の次元において治療容積の深さを調節するように陽子エネルギースプレッドを制御することとを行うように構成された少なくとも1つのプロセッサとを含み得る。 [075] Consistent with this embodiment, a system for producing a proton beam comprises a proton source configured to provide a proton beam having a plurality of proton energies within a proton energy spread, and at least one processor. Controlling the relative movement between the proton beam and the treatment volume in the two dimensions of the three-dimensional coordinate system, while maintaining a substantially fixed coordinate in the other two dimensions. And controlling the proton energy spread to adjust the depth of the treatment volume in the third dimension of the coordinate system.
[076] 本開示に合致する別の実施形態は、陽子で治療容積を治療する方法を含み得、方法は、陽子ソースにより、陽子エネルギースプレッド内の複数の陽子エネルギーを有する陽子線を提供することと、少なくとも1つのプロセッサにより、3次元座標系の2つの次元において陽子線と治療容積との間の相対的な移動を制御することと、少なくとも1つのプロセッサにより、実質的に固定された座標を他の2つの次元において維持しつつ、3次元座標系の第3の次元において治療容積の深さを調節するように陽子エネルギースプレッドを制御することとを含む。 [076] Another embodiment consistent with the present disclosure may include a method of treating a therapeutic volume with a proton, the method comprising providing a proton beam having a plurality of proton energies within a proton energy spread with a proton source. And controlling relative movement between the proton beam and the treatment volume in two dimensions of the three-dimensional coordinate system by at least one processor, and by at least one processor providing substantially fixed coordinates. Controlling the proton energy spread to adjust the depth of the treatment volume in the third dimension of the three-dimensional coordinate system while maintaining it in the other two dimensions.
[077] 例として、本実施形態に合致して、少なくとも1つのプロセッサは、例えば、ガントリを回転させること、電磁石で陽子線を導くこと及び/又は患者支持プラットフォームを移動させることにより、陽子線と治療容積との間の相対的な移動を制御するように構成され得る。 [077] By way of example, consistent with this embodiment, the at least one processor may provide the proton beam with, for example, rotating the gantry, guiding the proton beam with an electromagnet, and/or moving the patient support platform. It can be configured to control relative movement to and from the treatment volume.
[078] 更に、本実施形態に合致して、陽子で治療容積を治療するシステムは、磁気アナライザ、飛行時間制御ユニット及びエネルギーデグレーダの少なくとも1つで陽子エネルギースプレッド及び陽子エネルギー分布を制御するように構成され得る。 [078] Further consistent with this embodiment, a system for treating a therapeutic volume with a proton controls the proton energy spread and the proton energy distribution with at least one of a magnetic analyzer, a time-of-flight control unit and an energy degrader. Can be configured to.
[079] 他の開示される実施形態に合致して、非一時的コンピュータ可読ストレージ媒体は、1つ又は複数のプロセッサ装置によって実行され、且つ本明細書において記述されている方法の任意のものを実行するプログラム命令を保存することができる。 [079] Consistent with other disclosed embodiments, a non-transitory computer-readable storage medium is implemented by one or more processor units and may include any of the methods described herein. The program instructions to be executed can be saved.
[080] 上述の概要は、いくつかの開示される実施形態のみの簡単な概要であり、以下の図面、詳細な説明及び請求項において記述されている多数の発明概念の限定を意図するものではない。 [080] The above summary is a brief summary of only some disclosed embodiments and is not intended to be limiting of the numerous inventive concepts set forth in the following figures, detailed description, and claims. Absent.
図面の簡単な説明
[081] 本明細書に組み込まれ、且つその一部分を構成する添付図面は、開示される実施形態の特定の態様を示し、且つ開示される実施形態を説明と共に説明するものである。
Brief description of the drawings
[081] The accompanying drawings, which are incorporated in and constitute a part of this specification, illustrate certain aspects of the disclosed embodiments, and illustrate the disclosed embodiments with a description.
詳細な説明
[097] ここで、その例が添付図面において図示され、且つ本明細書において開示される例示のための実施形態を詳細に参照する。適宜、同一又は類似の部分を参照するために図面の全体を通して同一の参照符号が使用される。
Detailed description
[097] Reference will now be made in detail to the exemplary embodiments, examples of which are illustrated in the accompanying drawings and disclosed herein. Where appropriate, the same reference numbers will be used throughout the drawings to refer to the same or like parts.
[098] 本明細書では、イオンビーム療法を提供するシステム及び方法が提供される。以下の実施形態は、陽子療法との関係で記述されている。本明細書において使用される「陽子療法」は、最も一般的には癌の治療において、病変組織を照射するために陽子線を使用する粒子療法医療手順を意味する。本説明は、この治療手順を参照するが、本明細書における革新の意図された範囲は、療法又は医療手順に限定されないことを理解されたい。むしろ、本発明は、陽子線が任意の目的のために生成される任意の時点において適用することができる。加えて、本開示は、陽子線の生成に限定されず、且つ他の形態のイオンビーム生成にも適用される。 [098] Provided herein are systems and methods for providing ion beam therapy. The following embodiments are described in the context of proton therapy. As used herein, "proton therapy" refers to a particle therapy medical procedure that most commonly uses a proton beam to irradiate diseased tissue in the treatment of cancer. Although the present description refers to this therapeutic procedure, it is to be understood that the intended scope of innovation herein is not limited to therapeutic or medical procedures. Rather, the present invention can be applied at any time when a proton beam is produced for any purpose. Additionally, the present disclosure is not limited to the production of proton beams, but also applies to other forms of ion beam production.
[099] 本開示に従って陽子線を生成するシステムは、1つ又は複数の電磁放射のソースを含み得る。本開示において使用される「電磁放射」は、任意の波長、周波数、エネルギー、パワー、偏光及び/又は空間若しくは時間プロファイルを有する任意の形態の電磁放射を意味し得る。いくつかの実施形態では、電磁放射は、ビームの形態で伝播することができる。例えば、電磁放射ビームは、所望の場所を照射するのに適した任意の形態の電磁放射であり得る。いくつかの実施形態では、陽子療法システムを提供するシステムは、電磁放射ビームを軌跡に沿って提供するように構成され得る。電磁放射ビームは、例えば、(更に詳細に後述するように)イオン生成ターゲット上の複数のパターン化された特徴を照射するか、又は(同様に更に詳細に後述するように)イオン生成ターゲット上の1つ又は複数のナイフエッジを照射するように構成され得る。 [099] A system for producing a proton beam according to the present disclosure may include one or more sources of electromagnetic radiation. As used in this disclosure, "electromagnetic radiation" can mean any form of electromagnetic radiation having any wavelength, frequency, energy, power, polarization and/or spatial or temporal profile. In some embodiments, electromagnetic radiation can propagate in the form of a beam. For example, the beam of electromagnetic radiation can be any form of electromagnetic radiation suitable for illuminating a desired location. In some embodiments, a system providing a proton therapy system can be configured to provide a beam of electromagnetic radiation along a trajectory. The beam of electromagnetic radiation illuminates, for example, a plurality of patterned features on the ion-producing target (as described in more detail below), or on the ion-producing target (also as described below in more detail). It may be configured to illuminate one or more knife edges.
[0100] 電磁放射ビームは、定義されたエネルギー、波長、パワー、エネルギー、偏光(又はこれは、偏光されていなくてもよい)、空間プロファイル及び/又は時間プロファイルを含み得る。これらの特性のいずれかは、固定され得るか又は変化し得る。一例として、電磁放射ソースは、イオン生成ターゲットのプロパティに対して適合された特性を有するレーザービームを提供するように構成され得る。電磁放射ビームは、結果的に、パルス化された陽子線をもたらすためにパルス化され得るか、又は結果的に連続陽子線をもたらすために連続的なものであり得る。 [0100] The beam of electromagnetic radiation may include a defined energy, wavelength, power, energy, polarization (or it may be unpolarized), spatial profile and/or temporal profile. Any of these properties can be fixed or can change. As an example, the electromagnetic radiation source may be configured to provide a laser beam having properties tailored to the properties of the ion producing target. The beam of electromagnetic radiation can be pulsed to result in a pulsed proton beam, or can be continuous to result in a continuous proton beam.
[0101] 本開示による陽子線を生成するシステムは、イオン生成ターゲットを含むことができる。本開示において使用されるイオン生成ターゲットは、電磁放射に応答してイオンを生成するように構成された任意の材料、装置又は要素の組合せを意味し得る。後述するように、イオン生成ターゲットは、陽子線を生成するように構成され得るが、陽子線は、一例に過ぎない。いくつかの実施形態では、イオン生成ターゲットに複数のパターン化された特徴を提供することができる。例えば、複数のパターン化された特徴は、イオン生成ターゲットの表面から延在する突出部を含み得る。いくつかの実施形態では、イオン生成ターゲットは、1つ又は複数のナイフエッジでパターン化することができる。例えば、イオン生成ターゲットのナイフエッジは、尾根又はブレードのエッジに類似した1つ又は複数の狭いエッジを含み得る。 [0101] A system for producing a proton beam according to the present disclosure can include an ion producing target. An ion producing target, as used in this disclosure, can refer to any material, device or combination of elements configured to produce ions in response to electromagnetic radiation. As described below, the ion producing target can be configured to produce a proton beam, but a proton beam is just one example. In some embodiments, the ion producing target can be provided with a plurality of patterned features. For example, the plurality of patterned features may include protrusions extending from the surface of the ion producing target. In some embodiments, the ion-generating target can be patterned with one or more knife edges. For example, the knife edge of the ion producing target may include one or more narrow edges similar to the edges of a ridge or blade.
[0102] 本開示に従って陽子線を生成するシステムは、1つ又は複数のオプティクスコンポーネントを含むことができる。本開示において使用される1つ又は複数のオプティクスコンポーネントは、例えば、電磁照射ビームの成形、導波、フィルタリング、分割、遅延、変調、吸収、増幅、合焦、チョッピング及び/又は反射を含む任意の方式によって電磁放射ビームを操作及び/又は制御するための任意の1つ又は複数のコンポーネントを意味し得る。一例として、オプティクスコンポーネントは、例えば、電磁放射ソースとイオン生成ターゲットの表面との間において電磁放射ビームの軌跡に沿って位置決めすることができる。いくつかの実施形態では、オプティクスコンポーネントは、例えば、結果として、結果的に得られる陽子線を生成するために、電磁放射ビームをイオン生成ターゲットに導くように構成され得る。更に、電磁放射ソースは、電磁放射ビームの形成を促進するための1つ又は複数のオプティクスコンポーネントを含むことができる。 [0102] A system for producing a proton beam in accordance with the present disclosure may include one or more optics components. One or more optics components used in the present disclosure may include any of, for example, shaping, guiding, filtering, splitting, delaying, modulating, absorbing, amplifying, focusing, chopping and/or reflecting an electromagnetic radiation beam. It may refer to any one or more components for manipulating and/or controlling an electromagnetic radiation beam in a manner. As an example, the optics component may be positioned along the trajectory of the electromagnetic radiation beam, for example, between the electromagnetic radiation source and the surface of the ion production target. In some embodiments, the optics component can be configured to direct a beam of electromagnetic radiation to an ion producing target, for example, to produce a resulting proton beam. Further, the electromagnetic radiation source can include one or more optics components to facilitate formation of the beam of electromagnetic radiation.
[0103] 本開示に合致して、オプティクスコンポーネントは、1つ又は複数の適応型ミラーを含むことができる。本開示において使用される適応型ミラーは、適合され得る反射性表面を含む要素を意味し得る。例えば、適応型ミラーは、複数の面を含む変形可能ミラーであり得、複数の面のそれぞれは、デジタル論理回路によって独立して制御可能である。別の例として、適応型ミラーは、反射防止被覆された基材上に合焦されたレーザーパルスを含むプラズマミラーであり得、レーザーパルス及び反射防止被覆された基材の一方又は両方は、デジタル論理回路によって制御可能である。いくつかの実施形態では、適応型ミラーは、電磁放射ビームをイオン生成ターゲットに導くように構成され得るか、又はいくつかの例では、電磁放射ビームがイオン生成ターゲットを照射し、それにより陽子線の形成を促進することを生じさせるために電磁放射ビームと協働するように構成され得る。本開示による適応型ミラーは、電磁放射ビームの空間プロファイルを調節又は制御し、及び/又は電磁ビームとイオン生成ターゲットとの間の相対的な位置及び向きの少なくとも1つを調節又は制御するように構成され得る。いくつかの例では、適応型ミラーは、電磁放射ビームの1つ又は複数のプロパティを調節することにより、電磁放射ビームを導くように構成され得る。例えば、調節は、電磁放射ビームの焦点を調節すること、電磁放射ビームを方向転換すること及び電磁放射ビームをスキャンすることの少なくとも1つによって実現することができる。 [0103] Consistent with this disclosure, optics components may include one or more adaptive mirrors. Adaptive mirror as used in this disclosure may mean an element that includes a reflective surface that can be adapted. For example, the adaptive mirror may be a deformable mirror that includes multiple surfaces, each of the multiple surfaces being independently controllable by digital logic circuitry. As another example, the adaptive mirror may be a plasma mirror that includes a laser pulse focused on an anti-reflection coated substrate, wherein one or both of the laser pulse and the anti-reflection coated substrate are digital. It can be controlled by a logic circuit. In some embodiments, the adaptive mirror can be configured to direct a beam of electromagnetic radiation to the ion producing target, or in some examples, the beam of electromagnetic radiation illuminates the ion producing target, thereby causing a proton beam. Can be configured to cooperate with the beam of electromagnetic radiation to cause promoting formation of Adaptive mirrors according to the present disclosure adjust or control the spatial profile of the electromagnetic radiation beam and/or adjust or control at least one of the relative position and orientation between the electromagnetic beam and the ion production target. Can be configured. In some examples, the adaptive mirror may be configured to direct the beam of electromagnetic radiation by adjusting one or more properties of the beam of electromagnetic radiation. For example, the adjusting can be accomplished by at least one of adjusting the focus of the electromagnetic radiation beam, redirecting the electromagnetic radiation beam, and scanning the electromagnetic radiation beam.
[0104] 本開示に合致して、陽子線を生成するシステムは、例えば、イオン生成ターゲットにわたって電磁放射ビームをラスタ走査するように構成され得る。本開示において使用されるラスタ走査は、任意の形状を有する表面又は容積上における連続的なスキャンのパターンを意味し得る。ラスタ走査は、例えば、電磁放射ビームが表面又は容積を連続的にスキャンすることを生じさせるように構成された1つ又は複数のモーターにより実現することができる。いくつかの実施形態では、電磁放射ビームは、イオン生成ターゲットの個々のパターン化された特徴又はイオン生成ターゲットのナイフエッジにわたってラスタ走査することができる。いくつかの実施形態では、適応型ミラーは、イオン生成ターゲットの個々の特徴に当たるように電磁放射ビームを導くように構成され得る。 [0104] Consistent with the present disclosure, a system for producing a proton beam may be configured, for example, to raster scan a beam of electromagnetic radiation across an ion producing target. Raster scan as used in this disclosure may refer to a pattern of continuous scans on a surface or volume having any shape. Raster scanning can be accomplished, for example, by one or more motors configured to cause a beam of electromagnetic radiation to continuously scan a surface or volume. In some embodiments, the beam of electromagnetic radiation may be raster-scanned over individual patterned features of the ion producing target or knife edges of the ion producing target. In some embodiments, the adaptive mirror can be configured to direct the beam of electromagnetic radiation to strike individual features of the ion producing target.
[0105] 本開示による陽子線を生成するシステムは、1つ又は複数の陽子線調節コンポーネントを含むことができる。本開示において使用される1つ又は複数の陽子線調節コンポーネントは、例えば、陽子線の加速、分析、導波、成形、フィルタリング、分割、遅延、変調、吸収、増幅、合焦、チョッピング及び/又は反射を含む任意の方式によって陽子線を操作及び/又は制御するための任意の1つ又は複数のコンポーネントを意味し得る。例えば、陽子線調節コンポーネントは、1つ又は複数の四重極レンズ、円筒形ミラーレンズ/アナライザ(「CMA」)、球面ミラーレンズ/アナライザ(「SMA」)、コリメータ、エネルギーデグレーダ、飛行時間制御ユニット、磁気ダイポール又は帯電イオンの操作に適した任意の他のコンポーネントを含み得る。 [0105] A system for producing a proton beam according to the present disclosure can include one or more proton beam conditioning components. One or more proton beam conditioning components used in this disclosure include, for example, proton beam acceleration, analysis, waveguiding, shaping, filtering, splitting, delaying, modulating, absorbing, amplifying, focusing, chopping and/or It may refer to any one or more components for manipulating and/or controlling the proton beam by any manner including reflection. For example, the proton conditioning component may include one or more quadrupole lenses, cylindrical mirror lens/analyzer (“CMA”), spherical mirror lens/analyzer (“SMA”), collimator, energy degrader, time-of-flight control. It may include a unit, a magnetic dipole or any other component suitable for manipulating charged ions.
[0106] 本開示に従って陽子線を生成するシステムは、陽子で治療容積を治療するためのシステムとの関連において使用することができる。医療的な治療の場合、容積は、細胞のグループ又は組織のエリアであり得る。医療分野以外において利用される場合、容積は、放射の適用を通して利益が実現され得る任意のエリア又は領域であり得る。 [0106] A system for producing a proton beam according to the present disclosure can be used in connection with a system for treating a treatment volume with protons. For medical treatment, the volume can be a group of cells or an area of tissue. When utilized outside the medical field, the volume may be any area or region where benefits may be realized through the application of radiation.
[0107] 本開示によれば、ガントリを提供することができる。ガントリは、ターゲットに向かう放射の導波を支援するように構成された任意の装置を意味し得る。照射対象のターゲットは、例えば、患者の身体内の腫瘍などの治療容積であり得る。本開示に合致する、陽子で治療容積を治療するシステムは、開示される陽子線を生成するシステムの一適用に過ぎないことから、これは、一例に過ぎないことを理解されたい。また、ガントリも、陽子線又は他の放射ビームを照射対象の任意のターゲットに向かって導くために使用することができる。 [0107] According to the present disclosure, a gantry can be provided. A gantry may refer to any device configured to assist in guiding radiation towards a target. The target to be irradiated can be, for example, a treatment volume such as a tumor in the patient's body. It should be understood that this is only an example, as a system for treating a therapeutic volume with a proton consistent with the present disclosure is only one application of the disclosed system for producing a proton beam. A gantry can also be used to direct a proton beam or other beam of radiation toward any target to be illuminated.
[0108] 本開示によれば、患者支持プラットフォームを提供することができる。患者支持プラットフォームは、照射療法時に患者を支持するように構成された任意の表面、土台又は他の構造を意味し得る。患者支持プラットフォームは、固定され得るか又は任意の次元において調節可能であり得る。 [0108] According to the present disclosure, a patient support platform can be provided. A patient support platform can refer to any surface, foundation or other structure configured to support a patient during radiation therapy. The patient support platform can be fixed or adjustable in any dimension.
[0109] 本開示によるシステムの任意のものは、システム内に含まれている任意のコンポーネントの使用を監視、制御及び/又は促進するように構成された少なくとも1つのプロセッサを含むことができる。開示される実施形態に合致して、プロセッサは、例えば、用途固有の集積回路(ASIC)、デジタル信号プロセッサ(DSP)、プログラム可能な論理装置(PLD)、フィールドプログラム可能なゲートアレイ(FPGA)、コントローラ、マイクロプロセッサ又は他の類似の電子装置及び/又はこれらの組合せを含む任意の1つ又は複数の処理装置を意味し得る。プロセッサは、制御システムの1つ又は複数のモジュールを含むことができる。 [0109] Any of the systems according to the present disclosure may include at least one processor configured to monitor, control, and/or facilitate the use of any of the components contained within the system. Consistent with the disclosed embodiments, the processor may be, for example, an application specific integrated circuit (ASIC), digital signal processor (DSP), programmable logic device (PLD), field programmable gate array (FPGA), It may mean any one or more processing units, including controllers, microprocessors or other similar electronic devices and/or combinations thereof. The processor may include one or more modules of the control system.
[0110] 本開示に合致するいくつかの実施形態では、少なくとも1つのプロセッサは、電磁放射ビームが、イオン生成ターゲットの複数のパターン化された特徴を構成する個々のパターン化された特徴に当たり、且つそれにより結果的に得られる陽子線を生成することを生じさせるように構成され得る。本開示に合致するいくつかの実施形態では、少なくとも1つのプロセッサは、電磁放射ビームがイオン生成ターゲットの1つ又は複数のナイフエッジに当たり、且つそれにより結果的に得られる陽子線を生成することを生じさせるように構成され得る。 [0110] In some embodiments consistent with the present disclosure, at least one processor is configured such that the beam of electromagnetic radiation strikes individual patterned features that make up a plurality of patterned features of the ion-producing target, and It may be configured to cause the resulting production of a proton beam. In some embodiments consistent with the present disclosure, the at least one processor is configured to cause the beam of electromagnetic radiation to strike one or more knife edges of the ion producing target and produce a resulting proton beam. Can be configured to cause.
[0111] いくつかの実施形態では、少なくとも1つのプロセッサは、電磁放射ソース及び/又はオプティクスコンポーネントの少なくとも1つを制御することができる。例えば、プロセッサ又はプロセッサのグループは、電磁放射ビームのエネルギー、電磁放射ビームのフラックス、電磁放射ビームの偏光、電磁放射ビームの空間プロファイル、電磁放射ビームの時間プロファイル又は電磁放射ビームの他の側面の少なくとも1つを制御することができる。更に詳細には、少なくとも1つのプロセッサは、電磁放射ビームのスポットサイズを変更することにより、電磁放射ソースが電磁放射ビームの空間プロファイルを変更するようにするための命令を生成することができる。別の例として、少なくとも1つのプロセッサは、電磁放射ビームのチャープを変更することにより、電磁放射ビームの時間プロファイルを変更することができる。更なる一例として、少なくとも1つのプロセッサは、1つ又は複数のレーザーポンプソースのタイミングを変更することにより、電磁放射ビームの時間プロファイルを変更することができる。 [0111] In some embodiments, the at least one processor can control at least one of the electromagnetic radiation source and/or the optics component. For example, the processor or group of processors may be at least the energy of the electromagnetic radiation beam, the flux of the electromagnetic radiation beam, the polarization of the electromagnetic radiation beam, the spatial profile of the electromagnetic radiation beam, the time profile of the electromagnetic radiation beam, or other aspects of the electromagnetic radiation beam. One can be controlled. More specifically, at least one processor may generate instructions to cause the electromagnetic radiation source to modify the spatial profile of the electromagnetic radiation beam by modifying the spot size of the electromagnetic radiation beam. As another example, at least one processor may change the time profile of the electromagnetic radiation beam by changing the chirp of the electromagnetic radiation beam. As a further example, at least one processor can change the time profile of the electromagnetic radiation beam by changing the timing of one or more laser pump sources.
[0112] 本開示に合致する実施形態では、少なくとも1つのプロセッサは、適応型ミラーが電磁放射ビームをイオン生成ターゲットの表面上の既定の場所に導くことを生じさせるように構成され得る。例えば、1つ又は複数のプロセッサは、電磁放射ビームがイオン生成ターゲットをラスタ走査することを生じさせるように構成され得る。このようなラスタ走査は、複数のパターン化された特徴を構成する連続的なパターン化された特徴にわたる電磁放射ビームの連続的なスキャンを含み得る。個々のパターン化された特徴に当たることは、例えば、イオン生成ターゲットの表面の連続的又は不連続的なスキャンを含み得る。いくつかの実施形態では、プロセッサは、適応型ミラーが、パターン化された特徴に個々に当たるように電磁放射ビームを調節することを生じさせるように構成され得るか、又はプロセッサは、個々のパターン化された特徴に同時に当たるように構成され得る。 [0112] In embodiments consistent with the present disclosure, at least one processor may be configured to cause the adaptive mirror to direct a beam of electromagnetic radiation to a predetermined location on the surface of the ion producing target. For example, one or more processors may be configured to cause the beam of electromagnetic radiation to raster scan the ion producing target. Such a raster scan may include a continuous scan of the beam of electromagnetic radiation over successive patterned features that make up the plurality of patterned features. Hitting the individual patterned features may include, for example, continuous or discontinuous scanning of the surface of the ion producing target. In some embodiments, the processor may be configured to cause the adaptive mirrors to condition the beam of electromagnetic radiation to individually strike the patterned features, or the processor may configure the individual patterned Can be configured to hit the identified features simultaneously.
[0113] 本開示によれば、少なくとも1つのプロセッサは、システムの複数の態様を独立して又は同時に制御するように構成され得る。例えば、少なくとも1つのプロセッサは、陽子線のエネルギーを実質的に一定に保持しつつ、陽子線のフラックスを調節するように構成され得るか、又は陽子線のフラックスを実質的に一定に保持しつつ、陽子線のエネルギーを調節するように構成され得る。代わりに、少なくとも1つのプロセッサは、陽子線のフラックス及び陽子線のエネルギーを同時に調節するように構成され得る。 [0113] According to the present disclosure, at least one processor may be configured to control multiple aspects of the system independently or simultaneously. For example, the at least one processor may be configured to adjust the flux of the proton beam while keeping the energy of the proton beam substantially constant, or while keeping the flux of the proton beam substantially constant. , Can be configured to regulate the energy of the proton beam. Alternatively, at least one processor may be configured to simultaneously adjust the proton beam flux and the proton beam energy.
[0114] 図3は、陽子線を生成するための例示のためのシステムを含む、陽子療法を提供する例示のためのシステム300を描いている。また、システム300は、治療容積を陽子で治療するシステムの一例でもある。開示される実施形態によれば、システム300は、電磁放射ソース302、イオン生成ターゲット304、1つ又は複数のオプティクスコンポーネント306、1つ又は複数の陽子線調節コンポーネント308、ガントリ310、患者支持プラットフォーム312及び上述の任意の1つ又は複数と通信するように構成された制御システム314の1つ又は複数を含み得る。 [0114] FIG. 3 depicts an exemplary system 300 for providing proton therapy, including an exemplary system for producing a proton beam. The system 300 is also an example of a system for treating a treatment volume with protons. According to the disclosed embodiments, the system 300 includes an electromagnetic radiation source 302, an ion production target 304, one or more optics components 306, one or more proton beam conditioning components 308, a gantry 310, a patient support platform 312. And one or more of the control systems 314 configured to communicate with any one or more of the above.
[0115] 患者は、患者支持プラットフォーム312上において位置決めすることができる。患者支持プラットフォーム312は、システム300の他のコンポーネントと共に使用されるのに適し、且つ治療時に患者の支持に有用である任意の形状又は形態であり得る。患者支持プラットフォーム312は、ガントリ310に対して定位置に固定され得るか、又は患者支持プラットフォーム312は、治療前の又はその間の平行移動及び/又は回転のために構成され得る。いくつかの実施形態では、患者支持プラットフォーム312は、異なるサイズの患者を受け入れるか、又は陽子線の経路内において治療容積を位置決めするように調節することができる。更に、いくつかの実施形態では、患者支持プラットフォーム312は、陽子線に対して治療容積を再位置決めするために治療時に調節することができる。 [0115] The patient can be positioned on the patient support platform 312. The patient support platform 312 can be any shape or form suitable for use with other components of the system 300 and useful for supporting a patient during treatment. The patient support platform 312 may be fixed in place with respect to the gantry 310, or the patient support platform 312 may be configured for translation and/or rotation prior to or during treatment. In some embodiments, the patient support platform 312 can be adjusted to accommodate different sized patients or to position the treatment volume within the proton beam path. Further, in some embodiments, the patient support platform 312 can be adjusted during treatment to reposition the treatment volume with respect to the proton beam.
[0116] ガントリ310は、患者の身体内の腫瘍などの治療容積に向かって陽子線を導くように構成され得る。ガントリ310は、陽子線の経路に影響を及ぼすために1つ又は複数の方法によって操作されるように構成され得、且ついくつかの材料から構成され得、且つ多数のコンポーネントを内蔵し得る。本開示の実施形態に合致するガントリ310の例について更に詳細に後述するが、これらは、限定を意図したものではない [0116] The gantry 310 may be configured to direct a proton beam toward a treatment volume, such as a tumor, within a patient's body. Gantry 310 can be configured to be manipulated by one or more methods to affect the path of the proton beam, and can be constructed from several materials and can contain multiple components. Examples of gantry 310 consistent with embodiments of the present disclosure are described in further detail below, but these are not intended to be limiting.
電磁放射ソース302は、イオン生成ターゲット304に向かって導かれる例えばレーザービームなどの電磁放射ビーム316を放出することができる。いくつかの実施形態では、電磁放射ソース302は、1つ又は複数のガスレーザー(例えば、CO2レーザー)、ダイオード励起型固体(DPSS)レーザー(例えば、イッテルビウムレーザー、ネオジミウムドープ型のイットリウムアルミニウムガーネットレーザー(Nd:YAG)若しくはチタニウム−サファイアレーザー(Ti:サファイア))及び/又はフラッシュランプ励起型の固体レーザー(例えば、Nd:YAG又はネオジミウムガラス)を含み得る。更に広い意味において、ターゲットからのイオンの放出をもたらす能力を有する任意の放射ソースを利用することができる。 The electromagnetic radiation source 302 can emit a beam of electromagnetic radiation 316, such as a laser beam, that is directed toward an ion producing target 304. In some embodiments, the electromagnetic radiation source 302 includes one or more gas lasers (eg, CO 2 lasers), diode pumped solid state (DPSS) lasers (eg, ytterbium lasers, neodymium-doped yttrium aluminum garnet lasers). (Nd:YAG) or titanium-sapphire laser (Ti:sapphire)) and/or flashlamp pumped solid state lasers (eg Nd:YAG or neodymium glass). In a broader sense, any radiation source capable of effecting the ejection of ions from the target can be utilized.
電磁放射ソース302は、その強度、即ちパルスの持続時間及びイオン生成ターゲット304上のレーザーのスポットサイズによって除算されたエネルギーに基づいて選択することができる。同一の強度を依然として提供しつつ、空間プロファイル(例えば、スポットサイズ)、波長、持続時間及びエネルギーの様々な組合せを使用することができる。例えば、いくつかの実施形態では、電磁放射ビーム316は、1J〜25000Jのエネルギー範囲及び400nm〜10000nmの波長範囲であり得る。電磁放射ビーム316は、例えば、10fs〜100nsのパルス幅の範囲によりパルス化することができる。電磁放射ビーム316は、様々なスポットサイズを有し得る。いくつかの実施形態では、1μm2〜1cm2のスポットサイズを使用することができる。電磁放射ビーム316の空間プロファイルは、任意のビームプロファイルを有し得るが、いくつかの実施形態では、空間プロファイルは、ガウス、スーパーガウス、トップハット、ベッセル又は環状のビームファイルを含み得る。 The source of electromagnetic radiation 302 can be selected based on its intensity, ie, the duration of the pulse and the energy divided by the spot size of the laser on the ion producing target 304. Various combinations of spatial profile (eg spot size), wavelength, duration and energy can be used while still providing the same intensity. For example, in some embodiments, the beam of electromagnetic radiation 316 can be in the energy range of 1 J to 25000 J and in the wavelength range of 400 nm to 10000 nm. The electromagnetic radiation beam 316 can be pulsed, for example, with a pulse width range of 10 fs to 100 ns. The beam of electromagnetic radiation 316 can have various spot sizes. In some embodiments, a spot size of 1 μm 2 to 1 cm 2 can be used. The spatial profile of the electromagnetic radiation beam 316 may have any beam profile, but in some embodiments the spatial profile may include a Gaussian, super Gaussian, top hat, Bessel or annular beam file.
[0117] いくつかの実施形態では、電磁放射ソース302は、1つ又は複数のプレパルス後にメインパルスを生成するように構成され得る。コントラスト比(即ちメインパルスと、メインパルス前に到達する「ペデスタル」と呼称されるプレパルスとの間の比率)は、陽子生成に影響を及ぼし得る。コントラスト比は、レーザーの強度が大きいほど、より具体的に定義することができる。一例として、100psよりも短い時間スケールにおいて、コントラスト比率は、10−8〜10−12の範囲をとり得る。 [0117] In some embodiments, the electromagnetic radiation source 302 may be configured to generate a main pulse after one or more pre-pulses. The contrast ratio (ie the ratio between the main pulse and the pre-pulse called “pedestal” that arrives before the main pulse) can influence the proton production. The contrast ratio can be more specifically defined as the laser intensity increases. As an example, on a time scale shorter than 100 ps, the contrast ratio can range from 10 −8 to 10 −12 .
[0118] 更に具体的な一例として、電磁放射ソース302は、Ti:サファイアレーザーであり得る。Ti:サファイアレーザーの例では、電磁放射ビーム316は、約1J〜25Jのエネルギー範囲であり得、且つ約800nmの波長を有し得る。この例では、電磁放射ビーム316は、約10fs〜400fsのパルス幅範囲、約2μm2〜1mm2のスポットサイズ並びにガウス又はトップハットの空間プロファイルを有し得る。これらのプロパティは、例示を目的としたものに過ぎず、且つ他の構成が利用され得る。 [0118] As a more specific example, the electromagnetic radiation source 302 may be a Ti:sapphire laser. In the example of a Ti:sapphire laser, the electromagnetic radiation beam 316 may be in the energy range of about 1 J-25 J and have a wavelength of about 800 nm. In this example, the electromagnetic radiation beam 316 may have a pulse width range of approximately 10 fs to 400 fs, a spot size of approximately 2 μm 2 to 1 mm 2 and a Gaussian or top hat spatial profile. These properties are for illustrative purposes only, and other configurations may be utilized.
[0119] 電磁放射ビーム316は、例えば、電磁放射ソース302とイオン生成ターゲット304との間において軌跡に沿って配設された1つ又は複数のオプティクスコンポーネント306により、イオン生成ターゲット304に導くことができる。1つ又は複数のオプティクスコンポーネント306は、スペクトルプロパティ、空間プロパティ、時間プロパティ、エネルギー、偏光、コントラスト比又は他のプロパティを含む、電磁放射ビーム316のプロパティを変更するように構成された1つ又は複数の光学的及び/又は機械的コンポーネントを含み得る。1つ又は複数のコンポーネント306は、例えば、電磁放射ビーム316の生成、最適化、操向、アライメント、変更及び計測又はシステム300の他の態様に関与し得る。1つ又は複数のオプティクスコンポーネント306は、レンズ、ミラー、レーザー結晶及び他のレーザー発振材料、圧電起動型のミラー、プレート、プリズム、ビームスプリッタ、フィルタ、光パイプ、ウィンドウ、ブランク、光ファイバ、周波数シフタ、光増幅器、格子、パルス整形器、XPW、マズラー(又はダズラー)フィルタ、偏光器、ポッケルスセル、光学変調器、アパーチャ、飽和可能なアブゾーバ及び他の光学要素などの様々な光学要素を含み得る。 [0119] The electromagnetic radiation beam 316 may be directed to the ion production target 304 by, for example, one or more optics components 306 disposed along a trajectory between the electromagnetic radiation source 302 and the ion production target 304. it can. The one or more optics components 306 are one or more configured to modify properties of the electromagnetic radiation beam 316, including spectral properties, spatial properties, temporal properties, energy, polarization, contrast ratio or other properties. Optical and/or mechanical components of One or more components 306 may be involved, for example, in the generation, optimization, steering, alignment, modification and metrology of electromagnetic radiation beam 316 or other aspects of system 300. The one or more optics components 306 include lenses, mirrors, laser crystals and other lasing materials, piezoelectric actuated mirrors, plates, prisms, beamsplitters, filters, light pipes, windows, blanks, optical fibers, frequency shifters. , Optical amplifiers, gratings, pulse shapers, XPWs, Mazzler (or Dazzler) filters, polarizers, Pockels cells, optical modulators, apertures, saturable absorbers and other optical elements.
[0120] 1つ又は複数のオプティクスコンポーネント306は、固定され得るか又は適応型であり得る。例えば、1つ又は複数のオプティクスコンポーネント306は、変形可能ミラー、プラズマミラー、ポッケルスセル、位相シフタ、光学変調器、アイリス、シャッタ(手動型及びコンピュータ制御型)及び他の類似のコンポーネントなどの1つ又は複数の能動型の、適応型の又は再構成可能なコンポーネントを含み得る。適応型のプロパティは、変形可能ミラー又はプラズマミラーの場合のように、光学コンポーネント自体を操作し得る。また、1つ又は複数のオプティクスコンポーネント306の向きは、1つ又は複数のオプティクスコンポーネント306を平行移動させるか、又は回転軸を中心として1つ又は複数のオプティクスコンポーネント306を回転させるなどにより調節可能であり得る。調節は、手動的なものであり得るか又は自動化され得る。一例として、制御システム314は、フィードバック信号を受け取ることができ、且つこれに応答して、制御信号を電磁放射ビーム316とイオン生成ターゲット304との間において配置された1つ又は複数のオプティクスコンポーネント306に接続されたモーターに提供することができる。その結果、モーターの移動により、(例えば、レーザー−ターゲット相互作用の場所を再位置決めすることにより)電磁放射ビーム316とイオン生成ターゲット304との間の相対的な向きを変更するために1つ又は複数のオプティクスコンポーネント306を調節することができる。 [0120] The one or more optics components 306 may be fixed or adaptive. For example, one or more optics components 306 may be one of a deformable mirror, a plasma mirror, a Pockels cell, a phase shifter, an optical modulator, an iris, a shutter (manual and computer controlled), and other similar components. Or it may include multiple active, adaptive or reconfigurable components. Adaptive properties may manipulate the optical component itself, as in the case of deformable mirrors or plasma mirrors. Also, the orientation of the one or more optics components 306 can be adjusted, such as by translating the one or more optics components 306, or rotating the one or more optics components 306 about a rotation axis. possible. The adjustment can be manual or automated. As one example, control system 314 can receive a feedback signal and, in response, one or more optics components 306 that place a control signal between electromagnetic radiation beam 316 and ion production target 304. Can be provided to the motor connected to. As a result, movement of the motor causes one or more to change the relative orientation between the electromagnetic radiation beam 316 and the ion production target 304 (eg, by repositioning the location of the laser-target interaction). Multiple optics components 306 can be adjusted.
[0121] 1つ又は複数のオプティクスコンポーネント306内において利用され得る変形可能ミラーの例は、例えば、セグメント型のミラー、連続的なフェースプレートミラー、磁気ミラー、MEMSミラー、メンブレインミラー、バイモルフミラー及び/又は磁性流体ミラーを含む。また、電磁放射ビームの波面を変更する能力を有する任意の数の他のミラー技術を使用することもできる。 [0121] Examples of deformable mirrors that may be utilized within the one or more optics components 306 include, for example, segmented mirrors, continuous faceplate mirrors, magnetic mirrors, MEMS mirrors, membrane mirrors, bimorph mirrors, and And/or a ferrofluid mirror. Also, any number of other mirror technologies having the ability to modify the wavefront of an electromagnetic radiation beam may be used.
[0122] 1つ又は複数のオプティクスコンポーネント306内において利用され得るプラズマミラーの例は、パルスのより低い強度のバックグラウンドから高強度のピークを反射及び分離するようにイオン化する、反射防止被覆された基材上に合焦されたレーザーパルスを含む。一例として、プラズマミラーは、レーザーパルスを、反射防止被覆された基材の前面に配置されたパラボラミラーに向かって導くことにより、確立することができる。また、プラズマミラーを実装する他の方法も当業者に既知であり、且つ本明細書において記述されているシステム及び方法の実施形態と共に使用するのに適している。 [0122] Examples of plasma mirrors that may be utilized within one or more optics components 306 are anti-reflection coated, ionizing to reflect and separate high intensity peaks from the lower intensity background of the pulse. It includes a laser pulse focused on a substrate. As an example, a plasma mirror can be established by directing a laser pulse towards a parabolic mirror located in front of an antireflection coated substrate. Other methods of implementing plasma mirrors are also known to those skilled in the art and are suitable for use with the system and method embodiments described herein.
[0123] 1つ又は複数のオプティクスコンポーネント306は、意図されているビームと関係するパラメータに対して適合させることができる。例えば、オプティクスコンポーネント306は、意図されているビームの波長、強度、時間的なパルス形状(例えば、パルス幅)、空間サイズ及びエネルギー分布、偏光及び他のプロパティの観点において適合させることができる。このようなビームパラメータは、オプティクス基材材料、サイズ(例えば、横方向のサイズ又は厚さ)、被覆材料(存在する場合)、形状(例えば、平坦、球面又はその他)、ビームとの関係における向き又は他の仕様に関係し得る。 [0123] One or more optics components 306 can be adapted for parameters related to the intended beam. For example, the optics component 306 can be tailored in terms of wavelength, intensity, temporal pulse shape (eg, pulse width), spatial size and energy distribution, polarization, and other properties of the intended beam. Such beam parameters may include optics substrate material, size (eg lateral size or thickness), coating material (if present), shape (eg flat, spherical or otherwise), orientation in relation to the beam. Or it may relate to other specifications.
[0124] 1つ又は複数のオプティクスコンポーネント306は、例えば、平行移動及び回転のみならず、他の自由度などの適切な程度の精度における要素の位置決めを許容しつつ、要素を定位置に保持するように構成された1つ又は複数の対応するホルダを含み得る。一実施形態では、このようなホルダは、光学テーブル又は任意の他の機械的ホルダによって定位置に保持された光機械マウントを含み得る。このような自由度は、手動により又は電気モーターなどの任意の適切な自動手段を介して操作することができる。 [0124] The one or more optics components 306 hold the elements in place while allowing them to be positioned with an appropriate degree of accuracy, such as translation and rotation, as well as other degrees of freedom. May include one or more corresponding holders configured to. In one embodiment, such a holder may include an opto-mechanical mount held in place by an optical table or any other mechanical holder. Such degrees of freedom can be manipulated manually or via any suitable automatic means such as an electric motor.
[0125] 1つ又は複数のオプティクスコンポーネント306は、真空及び/又は1つ又は複数のガスによって浄化された環境などの特定の環境条件に配設することができる。更に、オプティクスコンポーネント306は、電磁放射ソース302とイオン生成ターゲット304との間の電磁放射ソース302の経路に沿った様々な場所において、又は光学コンポーネントが望まれるシステム300の任意の他のシステム内において配設することができる。1つ又は複数のオプティクスコンポーネント306は、レーザービームの操向、レーザービームの診断、レーザー−ターゲット相互作用の診断及び/又はイオン生成ターゲットの観察及び位置決めなどの様々な使用法のために構成され得る。 [0125] The one or more optics components 306 may be disposed in specific environmental conditions, such as a vacuum and/or one or more gas-purified environments. Further, optics component 306 may be present at various locations along the path of electromagnetic radiation source 302 between electromagnetic radiation source 302 and ion producing target 304, or in any other system of system 300 where an optical component is desired. It can be provided. The one or more optics components 306 may be configured for various uses such as steering a laser beam, diagnosing a laser beam, diagnosing a laser-target interaction and/or observing and positioning an ion-producing target. ..
[0126] いくつかの実施形態では、1つ又は複数のオプティクスコンポーネント306の寿命は、変化し得る。1つ又は複数のいくつかのオプティクスコンポーネント306は、多数回にわたって再使用される長期間のための機器であり得る。代わりに又は加えて、1つ又は複数のいくつかのオプティクスコンポーネント306は、消費可能なものであり得、より少ない回数使用された後に交換される。このような分類は、レーザーの強度及びデブリ/汚染の存在などのいくつかの要因に基づき得る。いくつかの実施形態では、頻繁な交換のニーズを低減するために、高価な又はデリケートなオプティクスの近傍にデブリ遮蔽体を設置することができる。損傷が疑われるオプティクスについて、定期的な検査を実行することができる。リスク状態にあるオプティクスを検査するために専用の光学システムを設置することができる。 [0126] In some embodiments, the life of one or more optics components 306 can vary. One or more of several optics components 306 may be long term equipment that is reused multiple times. Alternatively or in addition, some of the one or more optics components 306 may be consumable and are replaced after being used fewer times. Such classification may be based on several factors such as laser intensity and the presence of debris/contamination. In some embodiments, debris shields can be placed in the vicinity of expensive or delicate optics to reduce the need for frequent replacement. Regular inspections can be performed for suspected optics. A dedicated optical system can be installed to inspect at-risk optics.
[0127] 1つ又は複数のオプティクスコンポーネント306は、手動で、自動的に又はこれらの任意の組合せにより操作することができる。オプティクスコンポーネント306を操作するための入力タイプは、高電圧信号、トリガ信号、光学ポンピング又は任意の他の形態の入力を含み得る。更に、オプティクスコンポーネント306は、CCDカメラなどの1つ又は複数のカメラによって監視することもできる。例えば、制御システム314によって提供される1つ又は複数の信号に応答して1つ又は複数の適応型ミラーの自動的な操作が実行され得る。制御システム314は、例えば、1つ又は複数のモーター、1つ又は複数の圧電要素、1つ又は複数のマイクロ電気機械(MEMS)要素及び/又は変形可能ミラーと関連するこれらに類似したものを制御することができる。代わりに又は加えて、制御システム314は、例えば、1つ又は複数のレーザーパルス、1つ又は複数の反射防止被覆された基材及び/又はプラズマミラーと関連するこれらに類似したものを制御することができる。 [0127] The one or more optics components 306 may be operated manually, automatically, or any combination thereof. Input types for operating the optics component 306 may include high voltage signals, trigger signals, optical pumping or any other form of input. Further, the optics component 306 can also be monitored by one or more cameras, such as CCD cameras. For example, automatic operation of one or more adaptive mirrors may be performed in response to one or more signals provided by control system 314. The control system 314 controls, for example, one or more motors, one or more piezoelectric elements, one or more microelectromechanical (MEMS) elements, and/or the like associated with deformable mirrors. can do. Alternatively or additionally, the control system 314 controls, for example, one or more laser pulses, one or more anti-reflective coated substrates and/or the like associated with plasma mirrors. You can
[0128] いくつかの実施形態では、1つ又は複数のオプティクスコンポーネント306は、複数の面を有する変形可能ミラーなどの適応型の変形可能ミラーを含み得、複数の面のそれぞれは、独立して制御可能である。面は、制御システム314内に含まれているデジタル制御論理回路などのデジタル制御論理回路によって制御することができる。別の例として、適応型ミラーは、反射防止被覆された基材をイオン化させ、それによりレーザーパルスのより低い強度のバックグラウンドから高強度のピークを反射及び分離するために、合焦されたレーザーパルスを使用するプラズマミラーであり得る。レーザーパルス及び/又は反射防止被覆された基材は、制御システム314内に含まれているデジタル制御論理回路などのデジタル制御論理回路によって制御することができる。 [0128] In some embodiments, the one or more optics components 306 can include an adaptive deformable mirror, such as a deformable mirror having multiple surfaces, each of the multiple surfaces independently. It is controllable. The surface can be controlled by digital control logic, such as digital control logic included in control system 314. As another example, an adaptive mirror is a focused laser to ionize an antireflective coated substrate, thereby reflecting and separating high intensity peaks from the lower intensity background of the laser pulse. It can be a plasma mirror using pulses. The laser pulse and/or anti-reflective coated substrate can be controlled by digital control logic, such as digital control logic included in control system 314.
[0129] 適応型ミラーは、電磁放射ビームの焦点を調節すること、電磁放射ビームを方向転換すること及び電磁放射ビームをスキャンすることの1つ又は複数により、電磁放射ビーム316を導くように構成され得る。適応型ミラーは、当業者に明らかな任意の方法によって電磁放射ビームの焦点を調節するように構成され得る。例えば、電磁放射ビーム316は、変形可能ミラーの複数の面に当たり得るか、又は電磁放射ビーム316は、プラズマミラーに当たり得る。いくつかの構成では、電磁放射ビーム316が導かれる場所の調節又は電磁放射ビーム316のプロパティの調節が望ましい場合がある。変形可能ミラーの複数の面は、所望の場所におけるそのスポットサイズが、変形可能なミラーに当たる直前のそのスポットサイズよりも小さくなるか、大きくなるか又は異なる方式で成形されるように電磁放射ビーム316を反射するように制御することができる。同様に、プラズマミラーも、所望の場所におけるそのスポットサイズが、プラズマミラーに当たる直前のそのスポットサイズよりも小さくなるか、大きくなるか又は異なる方式で成形されるように電磁放射ビーム316を反射するように制御することができる。 [0129] The adaptive mirror is configured to direct the beam of electromagnetic radiation 316 by one or more of adjusting the focus of the beam of electromagnetic radiation, redirecting the beam of electromagnetic radiation, and scanning the beam of electromagnetic radiation. Can be done. The adaptive mirror may be configured to focus the electromagnetic radiation beam by any method apparent to those of skill in the art. For example, the beam of electromagnetic radiation 316 may strike multiple faces of the deformable mirror, or the beam of electromagnetic radiation 316 may strike a plasma mirror. In some configurations, adjusting where the electromagnetic radiation beam 316 is directed or adjusting the properties of the electromagnetic radiation beam 316 may be desirable. The multiple faces of the deformable mirror 316 have a spot size at a desired location that is smaller, larger, or shaped differently than their spot size just prior to hitting the deformable mirror. Can be controlled to reflect. Similarly, the plasma mirror will also reflect the electromagnetic radiation beam 316 such that its spot size at the desired location will be smaller, larger, or shaped differently than its spot size just prior to striking the plasma mirror. Can be controlled.
[0130] また、適応型ミラーは、電磁放射ビーム316を方向転換するように構成され得る。例えば、システム300は、電磁放射ビーム316が、連続的に又は同時に、イオン生成ターゲット304上の複数の場所又はシステム300内の異なる場所において配設された複数のイオン生成ターゲット304に当たるように構成され得る。このような構成では、適応型ミラー又は1つ又は複数の他のオプティクスコンポーネント306は、ビームを複数の場所及び/又は複数のイオン生成ターゲット上に導くために電磁放射ビーム316の経路を変更することができる。例えば、適応型ミラー又は1つ又は複数の他のオプティクスコンポーネント306は、段階的な方式によるものなどのように、連続的又は不連続的に所定のパターンにおいて電磁放射ビーム316を1つの場所から隣接する場所に連続的に方向転換(例えば、スキャン)することができる。自動化されたプロセスでは、制御システム314は、適応型ミラーが電磁放射ビーム316をイオン生成ターゲット304の表面上の既定の場所に導くことを生じさせるように構成され得る。例えば、イオン生成ターゲット304の表面において提供されたイオン生成特徴のパターン化されたアレイ上において電磁放射ビーム316をスキャンすることが有利である場合がある。また、イオン生成ターゲット304の表面から離れて実質的に延在する突出部など、実質的に共通軸に沿って方向付けられた複数のイオン生成構造を含むイオン生成ターゲット304上において電磁放射ビーム316をスキャンすることが有利である場合もある。また、尾根又はブレードのエッジに類似した狭いエッジを有する1つ又は複数の特徴を含むイオン生成ターゲットなど、1つ又は複数のナイフエッジでパターン化されたイオン生成ターゲット304上において電磁放射ビーム316をスキャンすることが有利である場合もある。適応型ミラーは、一例として記述されている。当業者は、1つ又は複数の他のオプティクスコンポーネント306が、適応型ミラーを参照して上述したものと同一又は類似の機能を実行し得ることを認識するであろう。 [0130] The adaptive mirror may also be configured to redirect the beam of electromagnetic radiation 316. For example, the system 300 is configured such that the beam of electromagnetic radiation 316 strikes the ion production targets 304 at multiple locations on the ion production target 304 or at different locations within the system 300, either sequentially or simultaneously. obtain. In such a configuration, the adaptive mirror or one or more other optics components 306 redirect the electromagnetic radiation beam 316 to direct the beam at multiple locations and/or multiple ion-producing targets. You can For example, adaptive mirrors or one or more other optics components 306 may adjoin electromagnetic radiation beam 316 from one location in a predetermined pattern, either continuously or discontinuously, such as in a stepwise manner. The direction can be continuously changed (eg, scanned) to the desired location. In an automated process, the control system 314 may be configured to cause the adaptive mirror to direct the beam of electromagnetic radiation 316 to a predetermined location on the surface of the ion production target 304. For example, it may be advantageous to scan the electromagnetic radiation beam 316 over a patterned array of ion producing features provided at the surface of the ion producing target 304. The electromagnetic radiation beam 316 also on the ion production target 304 including a plurality of ion production structures directed substantially along a common axis, such as protrusions that extend substantially away from the surface of the ion production target 304. In some cases it may be advantageous to scan. Also, the electromagnetic radiation beam 316 is directed onto an ion producing target 304 that is patterned with one or more knife edges, such as an ion producing target that includes one or more features with narrow edges similar to the edges of a ridge or blade. It may be advantageous to scan. Adaptive mirrors are described as an example. Those skilled in the art will recognize that one or more other optics components 306 may perform the same or similar functions as described above with reference to adaptive mirrors.
[0131] 本開示によれば、イオン生成ターゲットは、イオンの生成を促進するように構成され得る。例えば、イオン生成ターゲットは、1つ又は複数のイオン生成構造又は特徴を有する表面を含み得る。このような構造又は特徴は、氷(雪とも呼称される)、プラスチック、シリコン、ステンレス鋼又は様々な金属の任意のもの、炭素及び/又はイオンビームがそれから生成され得る任意の他の材料を含む1つ又は複数の適切な材料から構成され得る。このような構造は、ランダムに配列され得、成長又は堆積プロセスによって定義されるように配列され得、及び/又はパターン化されたアレイとして配列され得る。代わりに又は加えて、このような構造は、尾根又はブレードエッジに類似した1つ又は複数の狭いエッジを含むこともできる。構造は、電磁放射ビームの1つ又は複数の属性に基づいて構成され得る。例えば、このような構造は、レーザーなどの電磁放射ビームの波長よりも小さい寸法を有し得る。 [0131] According to the present disclosure, an ion production target may be configured to facilitate the production of ions. For example, the ion-generating target can include a surface having one or more ion-generating structures or features. Such structures or features include ice (also called snow), plastic, silicon, stainless steel or any of various metals, carbon and/or any other material from which an ion beam may be produced. It may be composed of one or more suitable materials. Such structures may be randomly arranged, arranged as defined by the growth or deposition process, and/or arranged as a patterned array. Alternatively or additionally, such a structure may also include one or more narrow edges similar to ridges or blade edges. The structure may be configured based on one or more attributes of the electromagnetic radiation beam. For example, such a structure may have dimensions that are smaller than the wavelength of an electromagnetic radiation beam such as a laser.
[0132] イオン生成ターゲット304は、電磁放射ビーム316が当たると、電子、陽子、X線及び他の粒子を含む様々な粒子を放出し得る。イオン生成ターゲット304は、様々な材料から構成され得る。イオン生成ターゲット304は、電磁放射ビーム316と相互作用するように構成された1つ又は複数の個々の特徴を含むように構成され得る。代わりに又は加えて、イオン生成ターゲット304は、電磁放射ビーム316との相互作用に好ましい材料から形成された連続的な表面又はテクスチャを含むこともできる。当業者は、電磁放射ビームとの相互作用時に粒子を放出するために利用され得る多数の構成が存在し、開示される実施形態が例示に過ぎないことを理解するであろう。 [0132] The ion production target 304 may emit a variety of particles, including electrons, protons, x-rays, and other particles, when hit by a beam of electromagnetic radiation 316. The ion generation target 304 can be composed of various materials. The ion production target 304 may be configured to include one or more individual features configured to interact with the beam of electromagnetic radiation 316. Alternatively or in addition, the ion production target 304 can also include a continuous surface or texture formed from a material that is favorable for interacting with the beam of electromagnetic radiation 316. Those skilled in the art will appreciate that there are numerous configurations that can be utilized to emit particles upon interaction with a beam of electromagnetic radiation, and the disclosed embodiments are merely exemplary.
[0133] いくつかの実施形態では、イオン生成ターゲット304は、事前に製造することができる。他の実施形態では、イオン生成ターゲット304は、システム300又は付着しているサンプル調製システム内で原位置において生成することができる。例えば、イオン生成ターゲット304は、後述する相互作用チャンバ1000などの相互作用チャンバ内において配設することができる。これには、基材上におけるこのような材料の形成を含む、イオン生成ターゲットを適切な材料から形成することが伴い得る。このような材料は、蒸発、物理蒸着、化学蒸着、分子ビームエピタキシー、原子層堆積及びこれらに類似したものなどの技法において一般的に既知であるタイプの任意のガス、固体又は液体化学ソースを含み得る。例えば、イオン生成ターゲット304が氷を含む実施形態では、イオン生成ターゲットを形成するために使用される材料は、水蒸気(H2O)、水素ガス(H2)及び/又は酸素ガス(O2)を含み得る。更に、イオン生成ターゲット304がシリコンを含む実施形態では、イオン生成ターゲット304を形成するために使用される材料は、例えば、シラン(SiH4)、ジシラン(Si2H6)、トリクロロシラン(SiHCl3)又は任意の他のシリコンソースを含み得る。更に、イオン生成ターゲット304がプラスチックを含む実施形態では、ソースは、例えば、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)ポリマーソース材料又は任意の他のPTFEソースを含み得る。当業者が認識するように、これらは、多くの利用可能なターゲット材料及びターゲットソース材料のいくつかの例示のための例に過ぎない。加えて、相互作用チャンバも、利用されるターゲットの形態に適するように構造において変化し得る。例えば、ターゲットが氷である場合、相互作用チャンバは、具体的には、氷を支持するための適切な温度を維持するように構成され得る。それぞれのターゲット材料は、異なる持続要件を有し得、且つ従って、相互作用チャンバの構造は、ターゲットに適するように変化し得る。 [0133] In some embodiments, the ion generation target 304 can be pre-fabricated. In other embodiments, the ion generation target 304 can be generated in situ within the system 300 or an attached sample preparation system. For example, the ion production target 304 can be disposed within an interaction chamber, such as interaction chamber 1000 described below. This may involve forming the ion-generating target from a suitable material, including forming such material on the substrate. Such materials include any gas, solid or liquid chemical source of the type commonly known in the art such as evaporation, physical vapor deposition, chemical vapor deposition, molecular beam epitaxy, atomic layer deposition and the like. obtain. For example, in embodiments where the ion-generating target 304 comprises ice, the materials used to form the ion-generating target are water vapor (H 2 O), hydrogen gas (H 2 ) and/or oxygen gas (O 2 ). Can be included. Further, in embodiments where the ion generation target 304 comprises silicon, the material used to form the ion generation target 304 may be, for example, silane (SiH 4 ), disilane (Si 2 H 6 ), trichlorosilane (SiHCl 3 ). ) Or any other silicon source. Further, in embodiments where the ion generating target 304 comprises plastic, the source may include, for example, a polytetrafluoroethylene (PTFE) polymer source material or any other PTFE source. As one of ordinary skill in the art will recognize, these are merely illustrative examples of the many available target materials and target source materials. In addition, the interaction chamber may also vary in structure to suit the morphology of the target utilized. For example, if the target is ice, the interaction chamber may be specifically configured to maintain the proper temperature to support the ice. Each target material may have different persistence requirements, and thus the structure of the interaction chamber may vary to suit the target.
[0134] 図4は、イオン生成ターゲット304として利用され得る例示のためのイオン生成ターゲットを描いている。例えば、図4Aは、中空の砂時計形状のコーン406上において配置されたキャップ構造404を含むイオン生成ターゲット402を示す。一実施形態では、コーンの少なくとも2つの反対側の地点間の距離は、約15pm未満であり得る。特定の例では、この距離は、約1pm未満であり得る。いくつかの実施形態では、イオン生成ターゲット402の特徴は、自立型であり得る。このような特徴は、例えば、コーン、ピラミッド、半球及びキャップを有する構造を含む任意の数の形状を含み得る。図4に示されている例示のためのイオン生成ターゲット402(及びイオン生成ターゲット304の他の実施形態)の構造は、フォトリソグラフィ技法などのリソグラフィ技法を使用することにより形成することができる。具体的な例では、イオン生成ターゲットコーン406は、シリコンウエハ408上において製造され得、次いで1つ又は複数の金属410によって被覆され得る。いくつかの実施形態では、陽子は、裏面の開口部412から放出することができる。図4Bは、本発明と共に使用されるイオン生成ターゲット304として適した別の例示のためのイオン生成ターゲットを描いている。図4Bは、その表面上において1つ又は複数のマイクロコーンターゲット420を有するイオン生成ターゲットの一部分を描いている。それぞれのマイクロコーンターゲット420は、高エネルギーで低発散の粒子ビームを生成するのに適し得る。一実施形態では、マイクロコーンターゲット420は、外側表面424、内側表面426、ほぼフラットな且つ丸いオープンエンド型のベース428及び頂点を定義する先端430を有する実質的にコーン形状のボディ422を含み得る。コーン形状のボディ422は、ほぼフラットな且つ丸いオープンエンド型のベース428から、頂点を定義する先端430まで、その長さに沿ってテーパー化され得る。外側表面424及び内側表面426は、ベース428を先端430に接続することができる。 [0134] FIG. 4 depicts an exemplary ion generation target that may be utilized as the ion generation target 304. For example, FIG. 4A shows an ion generation target 402 that includes a cap structure 404 disposed on a hollow hourglass-shaped cone 406. In one embodiment, the distance between at least two opposite points on the cone can be less than about 15 pm. In a particular example, this distance may be less than about 1 pm. In some embodiments, the features of the ion producing target 402 can be self-supporting. Such features may include, for example, any number of shapes including structures having cones, pyramids, hemispheres and caps. The structure of the exemplary ion producing target 402 (and other embodiments of the ion producing target 304) shown in FIG. 4 can be formed by using lithographic techniques, such as photolithographic techniques. In a specific example, the ion producing target cone 406 can be fabricated on a silicon wafer 408 and then coated with one or more metals 410. In some embodiments, the protons can be emitted through the backside opening 412. FIG. 4B depicts another exemplary ion producing target suitable as the ion producing target 304 for use with the present invention. FIG. 4B depicts a portion of an ion producing target having one or more microcone targets 420 on its surface. Each microcone target 420 may be suitable for producing a high energy, low divergence particle beam. In one embodiment, the micro-cone target 420 can include a substantially cone-shaped body 422 having an outer surface 424, an inner surface 426, a generally flat and rounded open-ended base 428 and a tip 430 defining an apex. .. The cone-shaped body 422 may taper along its length from a generally flat and round open-ended base 428 to a tip 430 defining the apex. Outer surface 424 and inner surface 426 can connect base 428 to tip 430.
[0135] 図4C、図4D及び図4Eは、本発明の実施形態と共に使用するのに適した他の例示のためのイオン生成ターゲット304を描いている。具体的には、図4C、図4D及び図4Eは、氷の結晶から形成され得る雪ターゲットの表面を描いている。氷は、イオン生成ターゲットとして使用するのに有利であり得、なぜなら、水は、水素が豊富であるからである。更に、図4Cに示されているように、イオン生成ターゲット上の構造は、針様の形状を示し得る。このような形状は、電磁放射ビーム316とイオン生成ターゲット304との相互作用によって生成される電界を改善し得る。イオン生成ターゲット304上の個々の針様の構造は、電磁放射ビーム316の波長とほぼ同一であり得る。一例として、構造は、約1μm〜10μmであり得る。 [0135] FIGS. 4C, 4D and 4E depict another exemplary ion producing target 304 suitable for use with embodiments of the present invention. Specifically, FIGS. 4C, 4D and 4E depict the surface of a snow target that may be formed from ice crystals. Ice can be advantageous for use as an ion production target, since water is rich in hydrogen. Further, as shown in FIG. 4C, the structure on the ion producing target may exhibit a needle-like shape. Such a shape may improve the electric field produced by the interaction of the beam of electromagnetic radiation 316 and the ion production target 304. The individual needle-like structures on the ion producing target 304 can be approximately the same wavelength as the electromagnetic radiation beam 316. As an example, the structure may be about 1 μm to 10 μm.
[0136] イオン生成ターゲット304の表面上の個々のパターン化された特徴は、連続的にスキャンされ得るようにイオン生成ターゲット304上において物理的に構成され得る。例えば、このような構造は、ほぼ平坦な表面上においてアレイとして構成され得る。個々の構造は、図4Cに示されているように、表面全体にわたって均等にパターンを形成するように分散させることができる。代わりに、構造は、図4D及び図4Eに示されているように、構造間に空間を有する反復パターンとして構成することもできる。 [0136] The individual patterned features on the surface of the ion producing target 304 may be physically configured on the ion producing target 304 so that they can be sequentially scanned. For example, such structures can be configured as an array on a substantially flat surface. The individual structures can be evenly distributed over the surface to form a pattern, as shown in FIG. 4C. Alternatively, the structures can be configured as a repeating pattern with spaces between the structures, as shown in FIGS. 4D and 4E.
[0137] 図3を再度参照すると、1つ又は複数の陽子線調節コンポーネント308は、イオン生成ターゲット304によって生成された陽子から陽子線318を形成し、且つ陽子線をガントリ310及び患者内の治療容積に導くように構成された1つ又は複数のコンポーネントを含み得る。陽子線調節コンポーネント308は、陽子などの帯電粒子を操作する能力を有する任意の機器を含み得る。例えば、1つ又は複数の陽子線調節コンポーネント308は、電磁コンポーネントを含むことができる。更に詳細には、1つ又は複数の陽子線調節コンポーネント308は、四重極レンズ、円筒形ミラーレンズ/アナライザ(「CMA」)、球面ミラーレンズ/アナライザ(「SMA」)、コリメータ、エネルギーデグレーダ、飛行時間制御ユニット、磁気ダイポール又は帯電イオンを操作するのに適した任意の他のコンポーネントなどの1つ又は複数の電磁構成要素を含み得る。また、1つ又は複数の陽子線調節コンポーネント308は、陽子線318の1つ又は複数のプロパティを調節することもできる。例えば、ビーム調節コンポーネント308は、フラックス又はスポットサイズなどのプロパティを操作することができる。また、1つ又は複数の陽子線調節コンポーネント308は、特定のエネルギーを有する粒子をフィルタリングし得るか、又は様々な粒子のエネルギーを低減し得る。 [0137] Referring again to FIG. 3, the one or more proton beam conditioning components 308 form the proton beam 318 from the protons produced by the ion producing target 304, and the proton beam is treated in the gantry 310 and in the patient. It may include one or more components configured to guide the volume. Proton beam conditioning component 308 may include any instrument capable of manipulating charged particles such as protons. For example, one or more proton conditioning components 308 can include electromagnetic components. More specifically, one or more proton beam conditioning components 308 include quadrupole lenses, cylindrical mirror lenses/analyzers (“CMA”), spherical mirror lenses/analyzers (“SMA”), collimators, energy degraders. , A time-of-flight control unit, a magnetic dipole, or any other component suitable for manipulating charged ions, such as one or more electromagnetic components. The one or more proton beam conditioning components 308 may also adjust one or more properties of the proton beam 318. For example, the beam conditioning component 308 can manipulate properties such as flux or spot size. Also, the one or more proton beam conditioning components 308 may filter particles with particular energies or reduce the energy of various particles.
[0138] 1つ又は複数の陽子線調節コンポーネント308は、相互作用チャンバの内側、陽子線ラインに沿ったところ、ガントリ310の内部又はこれらの任意の組合せを含む、システム300内の様々な場所において配設することができる。例えば、陽子線調節コンポーネントは、イオン生成ターゲット304とガントリ310との間において延在するビームラインに沿って配設することができる。ビームラインは、温度、圧力(例えば、真空)又は陽子線318を伝播及び/又は操作するために有用である1つ又は複数の他の状態などの様々な状態を維持するように構成され得る。ビームラインは、限定を伴うことなしに、ビームダンプ、ビーム減衰器及び保護遮蔽体などの要素を含む、帯電粒子ビームを収容するための他のコンポーネントを更に含み得る。 [0138] One or more proton beam conditioning components 308 may be located at various locations within system 300, including inside the interaction chamber, along the proton beam line, within gantry 310, or any combination thereof. It can be provided. For example, the proton beam conditioning component can be disposed along a beamline that extends between the ion producing target 304 and the gantry 310. The beamline may be configured to maintain various states such as temperature, pressure (eg, vacuum), or one or more other states useful for propagating and/or manipulating the proton beam 318. The beamline may further include, without limitation, other components for containing the charged particle beam, including elements such as beam dumps, beam attenuators and protective shields.
[0139] 制御システム314は、システム300の様々な態様を監視及び/又は制御することができる。例えば、制御システム314は、電磁放射ソース302、1つ又は複数のオプティクスコンポーネント306、イオン生成ターゲット304、1つ又は複数の陽子線調節コンポーネント308、ガントリ310及び/又は患者支持プラットフォーム312と関連する様々な検出器を監視することができる。また、制御システム314は、技術者又は他の操作者などのシステム300のユーザーから入力を受け付けることもできる。また、制御システム314は、例えば、システム300の任意の機能の開始及び維持を含む、システム300に関係する動作を受け付け、保存し、且つ実行し得る。また、制御システム314は、1つ又は複数の検出器とシステム300の様々なコンポーネントの1つ又は複数との間においてフィードバックを実装するように構成することもできる。例えば、このようなフィードバックは、システム300又はその動作の精度、効率、速度及び/又は他の態様を改善し得る。このようなフィードバックの例について更に詳細に後述する。 [0139] The control system 314 may monitor and/or control various aspects of the system 300. For example, control system 314 may be associated with various sources associated with electromagnetic radiation source 302, one or more optics components 306, ion production target 304, one or more proton beam conditioning components 308, gantry 310, and/or patient support platform 312. Various detectors can be monitored. The control system 314 can also accept input from users of the system 300, such as technicians or other operators. The control system 314 may also accept, store, and execute operations associated with the system 300, including, for example, initiating and maintaining any functionality of the system 300. The control system 314 may also be configured to implement feedback between the one or more detectors and one or more of the various components of the system 300. For example, such feedback may improve the accuracy, efficiency, speed and/or other aspects of system 300 or its operation. An example of such feedback will be described in more detail below.
[0140] 図5は、制御システム314と関連し得、且つ開示される実施形態に合致し得る構成を示す例示のための演算システム500の図である。当業者であれば理解するように、制御システム314と関連する機能のいくつか又はすべては、演算システム500と関連するソフトウェア、ハードウェア又はこれらの任意の組合せによって実行又は促進することができる。一実施形態では、演算システム500は、1つ又は複数のプロセッサ520、1つ又は複数のメモリ540及び1つ又は複数の入出力(I/O)装置530を有し得る。いくつかの実施形態では、演算システム500は、サーバー、汎用コンピュータ、カスタマイズされた専用コンピュータ、メインフレームコンピュータ、ラップトップ、モバイル装置又はこれらのコンポーネントの任意の組合せの形態を有することができる。特定の実施形態では、演算システム500(又は演算システム500を含むシステム)は、開示される実施形態に合致する1つ又は複数の動作を実行し得るソフトウェア命令の保存、実行及び/又は実装に基づいて特定の装置、システム又はこれらに類似したものとして構成され得る。演算システム500は、スタンドアロン型であり得るか、又はこれは、更に大きいシステムの一部分であり得るサブシステムの一部分であり得る。 [0140] FIG. 5 is a diagram of an exemplary computing system 500 illustrating a configuration that may be associated with the control system 314 and consistent with disclosed embodiments. As those skilled in the art will appreciate, some or all of the functionality associated with control system 314 may be performed or facilitated by software, hardware, or any combination thereof associated with computing system 500. In one embodiment, computing system 500 may include one or more processors 520, one or more memories 540 and one or more input/output (I/O) devices 530. In some embodiments, computing system 500 may take the form of a server, general purpose computer, customized special purpose computer, mainframe computer, laptop, mobile device or any combination of these components. In particular embodiments, computing system 500 (or a system including computing system 500) is based on storing, executing and/or implementing software instructions that may perform one or more operations consistent with disclosed embodiments. Can be configured as a particular device, system or the like. The computing system 500 may be stand-alone or it may be part of a subsystem that may be part of a larger system.
[0141] プロセッサ520は、用途固有の集積回路(ASIC)、デジタル信号プロセッサ(DSP)、プログラム可能な論理装置(PLD)、フィールドプログラム可能なゲートアレイ(FPGA)、プロセッサ、コントローラ、マイクロプロセッサ、他の電子ユニット並びにこれらの組合せなどの1つ又は複数の既知の処理装置を含み得る。例えば、プロセッサ520は、Intel(商標)によって製造されるPentium(商標)又はXeon(商標)ファミリー、AMD(商標)によって製造されるTurion(商標)ファミリー又はSun Microsystemsによって製造される様々なプロセッサの任意のものからのプロセッサを含み得る。プロセッサ520は、単一のコアを構成し得るか、又は並列プロセスを同時に実行する複数のコアプロセッサを構成し得る。例えば、プロセッサ520は、仮想処理技術によって構成されたシングルコアプロセッサであり得る。特定の実施形態では、プロセッサ520は、複数のプロセスを同時に実行及び制御するために論理的プロセッサを使用することができる。プロセッサ520は、複数のソフトウェアプロセス、アプリケーション、プログラムなどの実行、制御、稼働、操作、保存などを行う能力を提供するために仮想機械技術又は他の既知の技術を実装することができる。プロセッサ520は、演算システム500が複数のプロセスを同時に実行することを許容するために、並列処理機能を提供するように構成された複数コアプロセッサ構成(例えば、デュアル又はクアッドコアなど)を含み得る。当業者は、本明細書において開示される能力を提供する他のタイプのプロセッサ構成が実装され得ることを理解するであろう。開示される実施形態は、プロセッサのいずれかのタイプに限定されない。 [0141] The processor 520 may be an application specific integrated circuit (ASIC), digital signal processor (DSP), programmable logic device (PLD), field programmable gate array (FPGA), processor, controller, microprocessor, etc. Electronic unit as well as one or more known processing devices such as combinations thereof. For example, processor 520 is any of various processors manufactured by Pentium (trademark) or Xeon (trademark) family manufactured by Intel (trademark), Turion (family) family manufactured by AMD (trademark), or Sun Microsystems. A processor from Processor 520 may comprise a single core or may comprise multiple core processors executing parallel processes simultaneously. For example, the processor 520 may be a single core processor configured by virtual processing technology. In particular embodiments, processor 520 may use a logical processor to execute and control multiple processes simultaneously. The processor 520 may implement virtual machine technology or other known technology to provide the ability to execute, control, run, operate, store, etc., multiple software processes, applications, programs, and so on. Processor 520 may include a multiple core processor configuration (eg, dual or quad core, etc.) configured to provide parallel processing capabilities to allow computing system 500 to execute multiple processes simultaneously. Those of ordinary skill in the art will appreciate that other types of processor configurations that provide the capabilities disclosed herein may be implemented. The disclosed embodiments are not limited to any type of processor.
[0142] メモリ540は、開示される実施形態に関係する機能を実行するためにプロセッサ520によって使用される命令を保存するように構成された1つ又は複数のストレージ装置を含み得る。例えば、メモリ540は、プロセッサ520によって実行された際に1つ又は複数の動作を実行し得る、1つ又は複数のプログラム550などの1つ又は複数のソフトウェア命令によって構成され得る。開示される実施形態は、専用のタスクを実行するように構成された別個のプログラム又はコンピュータに限定されない。例えば、メモリ540は、演算システム500の機能を実行するプログラム550を含み得るか、又はプログラム550は、複数のプログラムを含むこともできるであろう。加えて、プロセッサ520は、演算システム500から離れたところに配置された1つ又は複数のプログラムを実行することもできる。例えば、コントローラ314は、演算システム500(又はその変形)を介して、実行された際に特定の開示される実施形態に関係する機能を実行する1つ又は複数のリモートプログラムにアクセスすることができる。プロセッサ520は、データベース570内に配置されている1つ又は複数のプログラムを更に実行することができる。いくつかの実施形態では、プログラム550は、演算システム500の外部に配置されているサーバーなどの外部ストレージ装置内において保存され得、且つプロセッサ520は、プログラム550をリモート実行することができる。 [0142] The memory 540 may include one or more storage devices configured to store instructions used by the processor 520 to perform functions related to the disclosed embodiments. For example, memory 540 may be configured with one or more software instructions, such as one or more programs 550, that may perform one or more operations when executed by processor 520. The disclosed embodiments are not limited to separate programs or computers configured to perform specialized tasks. For example, memory 540 may include programs 550 that perform the functions of computing system 500, or programs 550 could also include multiple programs. Additionally, the processor 520 may execute one or more programs located remotely from the computing system 500. For example, the controller 314 may access, via the computing system 500 (or a variant thereof), one or more remote programs that, when executed, perform the functions associated with the particular disclosed embodiment. .. Processor 520 may further execute one or more programs located within database 570. In some embodiments, the program 550 may be stored in an external storage device such as a server located outside the computing system 500, and the processor 520 can execute the program 550 remotely.
[0143] また、メモリ540は、システムが、開示される実施形態に合致する動作を実行するために使用され得る任意のフォーマットにおいて、任意のタイプの情報を反映し得るデータを保存することができる。メモリ540は、プロセッサ520が、サーバーアプリケーション、ネットワーク通信プロセス及び任意の他のタイプのアプリケーション又はソフトウェアなどの1つ又は複数のアプリケーションを実行することを可能にする命令を保存し得る。代わりに、命令やアプリケーションプログラムなどは、ローカルエリアネットワーク又はインターネットを含む、適切なネットワークを介して演算システム500との通信状態にある外部ストレージ(図示されていない)内において保存することもできる。メモリ540は、揮発性又は不揮発性、磁気、半導体、テープ、光、着脱自在、非着脱自在又は他のタイプのストレージ装置又は有体の(即ち非一時的)コンピュータ可読媒体であり得る。 [0143] The memory 540 may also store data that may reflect any type of information, in any format that the system may be used to perform operations consistent with the disclosed embodiments. .. Memory 540 may store instructions that enable processor 520 to execute one or more applications, such as server applications, network communication processes, and any other type of application or software. Alternatively, the instructions, application programs, etc. may be stored in an external storage (not shown) in communication with computing system 500 via a suitable network, including a local area network or the internet. The memory 540 may be volatile or non-volatile, magnetic, semiconductor, tape, optical, removable, non-removable or other type of storage device or tangible (ie non-transitory) computer readable medium.
[0144] メモリ540は、データ560を含むことができる。データ560は、システム300を介してイオン(例えば、陽子)療法の治療を制御する際にコントローラ314によって使用される任意の形態のデータを含み得る。例えば、データ560は、システム300の様々なコンポーネントの動作に関係するデータ、オペレーティングシステム300の様々なコンポーネントと関連するフィードバックパラメータ、システム300と関連する1つ又は複数の検出器から収集されたデータ、特定の患者又は特定の疾病のための治療計画、システム300の様々なコンポーネントのための較正データなどを含み得る。 [0144] The memory 540 may include data 560. Data 560 may include any form of data used by controller 314 in controlling ion (eg, proton) therapy treatment via system 300. For example, data 560 may include data related to the operation of various components of system 300, feedback parameters associated with various components of operating system 300, data collected from one or more detectors associated with system 300, It may include treatment plans for particular patients or particular diseases, calibration data for various components of system 300, and the like.
[0145] I/O装置530は、データの演算システム500による受信及び/又は送信を許容するように構成された1つ又は複数の装置を含み得る。I/O装置530は、図3に示されているシステム300の他のコンポーネントなどの演算システム500が他の機械及び装置と通信することを許容する1つ又は複数のデジタル及び/又はアナログ通信装置を含み得る。例えば、演算システム500は、インターフェイスコンポーネントを含み得、インターフェイスコンポーネントは、1つ又は複数のキーボード、マウス装置、ディスプレイ、タッチスクリーン、カードリーダー、生体計測リーダー、カメラ、スキャナ、マイクロフォン、無線通信装置及びこれらに類似したものなどの1つ又は複数の入力装置に対するインターフェイスを提供し得、この結果、演算システム500は、コントローラ314の操作者から入力を受け取ることができる。更に、I/O装置は、制御システム314が有線又は無線通信チャネルなどを通してシステム300の様々な装置の1つ又は複数と通信することを許容するように構成された1つ又は複数の装置を含み得る。 [0145] I/O device 530 may include one or more devices configured to allow reception and/or transmission of data by computing system 500. I/O device 530 is one or more digital and/or analog communication devices that allow computing system 500, such as other components of system 300 shown in FIG. 3, to communicate with other machines and devices. Can be included. For example, computing system 500 may include interface components that include one or more keyboards, mouse devices, displays, touch screens, card readers, biometric readers, cameras, scanners, microphones, wireless communication devices, and the like. An interface to one or more input devices, such as those similar to, can be provided so that computing system 500 can receive input from an operator of controller 314. Further, I/O devices include one or more devices configured to allow control system 314 to communicate with one or more of the various devices of system 300, such as through wired or wireless communication channels. obtain.
[0146] また、演算システム500は、1つ又は複数のデータベース570を含むこともできる。代わりに、演算システム500は、通信自在に1つ又は複数のデータベース570に通信自在に接続することもできる。演算システム500は、有線又は無線ネットワークなどのネットワークを介して1つ又は複数のデータベース570に通信自在に接続することができる。データベース570は、情報を保存し、且つ演算システム500を通してアクセス及び/又は管理される1つ又は複数のメモリ装置を含み得る。 [0146] The computing system 500 may also include one or more databases 570. Alternatively, computing system 500 may be communicatively coupled to one or more databases 570. The computing system 500 can be communicatively coupled to one or more databases 570 via a network, such as a wired or wireless network. Database 570 may include one or more memory devices that store information and are accessed and/or managed through computing system 500.
[0147] 図6は、例示のための電磁放射ソース302の概略図である。図6に示されているように、電磁放射ソース302は、1つ又は複数の発振器602、ポンプソース604、オプティクスコンポーネント606、診断コンポーネント608、ストレッチャ610、増幅器612、コンプレッサ614及びコントローラ616を含むことができる。図6の構成は、一例に過ぎず、且つ開示された実施形態に合致して、電磁放射ソース302、システム300のコンポーネント又は他のコンポーネントの1つ又は複数を内蔵する多数の他の構成を実装することができる。 [0147] FIG. 6 is a schematic diagram of an exemplary electromagnetic radiation source 302. As shown in FIG. 6, the electromagnetic radiation source 302 includes one or more oscillators 602, pump sources 604, optics components 606, diagnostic components 608, stretchers 610, amplifiers 612, compressors 614 and controllers 616. You can The configuration of FIG. 6 is merely one example and consistent with the disclosed embodiments, implementing a number of other configurations incorporating one or more of electromagnetic radiation source 302, components of system 300, or other components. can do.
[0148] 発振器602は、電磁放射ビーム316の要件に到達するように操作(例えば、成形及び/又は増幅)される初期レーザーパルス618を生成するための1つ又は複数のレーザーを含み得る。商用のレーザーシステムを含む様々なレーザー又はレーザーシステムを発振器602として使用することができる。 [0148] Oscillator 602 may include one or more lasers to generate an initial laser pulse 618 that is manipulated (eg, shaped and/or amplified) to reach the requirements of electromagnetic radiation beam 316. Various lasers or laser systems can be used as the oscillator 602, including commercial laser systems.
[0149] ポンプソース604は、エネルギーをレーザーパルス618に転送するように構成された独立したレーザー又は1つ若しくは複数のレーザーシステムを含み得る。いくつかの実施形態では、ポンプソース604は、1つ又は複数のオプティクスコンポーネント306を内蔵する光学ビームラインにより、発振器602の出力に接続することができる。加えて又は代わりに、ポンプソース604は、フラッシュランプ、ダイオードレーザー及びダイオード励起型固体(DPSS)レーザー又はこれらに類似したものなどの他のポンプメカニズムを含むこともできる。いくつかの実施形態では、ポンプソース604は、電磁放射ビーム316の時間プロファイルを変更するように構成され得る。例えば、制御システム314は、ポンプソース604のタイミングを制御し、それにより電磁放射ビームのプレパルス及びペデスタルのタイミングを制御するように構成され得る。 [0149] Pump source 604 may include an independent laser or one or more laser systems configured to transfer energy into laser pulses 618. In some embodiments, pump source 604 can be connected to the output of oscillator 602 by an optical beamline that incorporates one or more optics components 306. Additionally or alternatively, pump source 604 can include other pumping mechanisms such as flash lamps, diode lasers and diode pumped solid state (DPSS) lasers or the like. In some embodiments, pump source 604 may be configured to modify the time profile of electromagnetic radiation beam 316. For example, the control system 314 may be configured to control the timing of the pump source 604 and thereby the pre-pulse and pedestal timing of the electromagnetic radiation beam.
[0150] オプティクスコンポーネント606は、オプティクスコンポーネント306との関係において記述されたコンポーネントの任意のものを含むことができ、且つオプティクスコンポーネント306との関係において記述された役割及び/又は機能の任意のものを実行することができる。 [0150] Optics component 606 may include any of the components described in relation to optics component 306, and may include any of the roles and/or functions described in relation to optics component 306. Can be performed.
[0151] 診断608は、例えば、その時間及び空間プロパティ、スペクトルプロパティ、タイミング及び/又は他のプロパティなどのレーザーパルス618を監視するように設計された光学的、光機械的又は電子的コンポーネントを含み得る。更に詳細には、診断608は、1つ又は複数のフォトダイオード、オシロスコープ、カメラ、スペクトルメータ、位相センサ、自己相関器、相互相関器、パワーメータ又はエネルギーメータ、レーザー位置及び/又は方向センサ(例えば、ポインティングセンサ)、ダズラー(又はマズラー)などを含み得る。また、診断608は、オプティクスコンポーネント606との関係において上記で識別されているコンポーネントの任意のものを含み得るか又は内蔵し得る。 [0151] The diagnostic 608 includes optical, opto-mechanical or electronic components designed to monitor the laser pulse 618, eg, its temporal and spatial properties, spectral properties, timing and/or other properties. obtain. More specifically, diagnostic 608 includes one or more photodiodes, oscilloscopes, cameras, spectrum meters, phase sensors, autocorrelators, cross-correlators, power meters or energy meters, laser position and/or direction sensors (eg, , A pointing sensor), a dazzler (or a muzzler), and the like. Also, diagnostics 608 may include or include any of the components identified above in relation to optics component 606.
[0152] ストレッチャ610は、レーザーパルス618をチャーピング又はストレッチングするように構成され得る。更に詳細には、ストレッチャ610は、1つ又は複数の回折格子を含み得るか、又はプリズム、チャーピングされたミラー及びこれらに類似したものなどの他の分散コンポーネントを含み得る。 [0152] The stretcher 610 may be configured to chirp or stretch the laser pulses 618. More specifically, stretcher 610 may include one or more diffraction gratings, or may include other dispersive components such as prisms, chirped mirrors and the like.
[0153] 増幅器612は、例えば、チタニウムサファイア結晶、CO2ガス又はNd:YAG結晶などの増幅媒体を含むことができる。また、増幅器612は、増幅媒体のためのホルダを含むこともできる。ホルダは、位置決め、温度及び他のものなど、支持環境の状態と適合するように構成され得る。増幅器612は、エネルギーをポンプソース604から受け取り、且つこのエネルギーをレーザーパルス618に転送するように構成され得る。 [0153] The amplifier 612 can include an amplification medium such as, for example, titanium sapphire crystal, CO 2 gas, or Nd:YAG crystal. The amplifier 612 can also include a holder for the amplification medium. The holder may be configured to match the conditions of the supporting environment, such as positioning, temperature and others. Amplifier 612 may be configured to receive energy from pump source 604 and transfer this energy to laser pulses 618.
[0154] コンプレッサ614は、レーザーパルス618を例えば最終的な持続時間まで時間的に圧縮するように構成された光学コンポーネントを含み得る。コンプレッサ614は、ホルダ上において位置決めされ、且つ真空チャンバ内において位置決めされた回折格子から構築することができる。代わりに、コンプレッサ614は、例えば、分散ファイバ又はプリズムから構築することもできる。加えて、コンプレッサ614は、ミラー又は他のオプティクスコンポーネント306並びにモーター及び他の電子的に制御された光メカニクスを含むこともできる。 [0154] The compressor 614 may include optical components configured to temporally compress the laser pulse 618 to, for example, a final duration. The compressor 614 can be constructed from a diffraction grating positioned on the holder and positioned in the vacuum chamber. Alternatively, the compressor 614 can be constructed from, for example, dispersive fibers or prisms. In addition, compressor 614 may also include mirrors or other optics components 306 as well as motors and other electronically controlled opto-mechanics.
[0155] コントローラ616は、電磁放射ソース302の様々なコンポーネントを制御及び/又は同期化する1つ又は複数の電子システムを含み得る。コントローラ616は、コントローラ、電源、コンピュータ、プロセッサ、パルス生成器、高電圧電源及び他のコンポーネントの任意の組合せを含み得る。一例として、コントローラ616は、1つ又は複数の演算システム500を含み得、これらの演算システムは、電磁放射ソース302に専用のものであり得るか、又はシステム300の他のコンポーネントとの間において共有され得る。いくつかの実施形態では、コントローラ616の機能の一部分又はすべては、システム300のコントローラ314によって実行することができる。 [0155] The controller 616 may include one or more electronic systems that control and/or synchronize various components of the electromagnetic radiation source 302. The controller 616 may include any combination of controllers, power supplies, computers, processors, pulse generators, high voltage power supplies and other components. By way of example, controller 616 may include one or more computing systems 500, which may be dedicated to electromagnetic radiation source 302 or shared with other components of system 300. Can be done. In some embodiments, some or all of the functions of controller 616 may be performed by controller 314 of system 300.
[0156] コントローラ616は、様々な通信チャネルを介して、電磁放射ソース302の様々なコンポーネント及びシステム300の他のコンポーネントとインターフェイスすることができる。通信チャネルは、放射ソース302又はシステム300と関連する様々な光学的及び光機械的コンポーネントを制御するために電気又は他の信号を送信するように構成され得る。通信チャネルは、高電圧、電気トリガ、様々な有線又は無線通信プロトコル、光通信及び他のコンポーネントと適合した導体を含み得る。コントローラ616は、電磁放射ソース302に沿った光学的及び機械的診断器から、且つシステム300の他の部分に沿った診断器608から入力を受け取ることができる。更に、コントローラ616は、例えば、ユーザーによって入力された患者治療計画に基づく信号などのユーザーからの入力から又はそれに基づいて信号を受け取ることもできる。 [0156] The controller 616 may interface with various components of the electromagnetic radiation source 302 and other components of the system 300 via various communication channels. The communication channel may be configured to transmit electrical or other signals to control the various optical and opto-mechanical components associated with the radiation source 302 or system 300. Communication channels may include conductors compatible with high voltage, electrical triggers, various wired or wireless communication protocols, optical communication and other components. The controller 616 can receive inputs from optical and mechanical diagnostics along the electromagnetic radiation source 302 and from diagnostics 608 along other parts of the system 300. In addition, the controller 616 can also receive signals from or based on inputs from the user, such as signals based on patient treatment plans entered by the user.
[0157] 図7は、本開示の実施形態に合致するガントリ700の一例を描いている。いくつかの実施形態では、ガントリ310(図3)は、ガントリ700の形態において構成され得るが、これは、限定を意図したものではなく、且つ他のガントリ設計を利用することもできる。ガントリ700は、陽子線318をアイソセンタ712に供給することができる。いくつかの実施形態では、アイソセンタ712は、治療容積の場所又は治療容積内の場所を表し得る。また、ガントリ700は、治療前又はその間に陽子線318を適切に導くためにビームの調節及び再構成のために構成することもできる。ガントリ700は、ソレノイド704、カプリング706、1つ又は複数のビーム調節コンポーネント708、1つ又は複数のコリメータ718及び1つ又は複数のスキャニング磁石710を含み得る。高さ714及び幅716は、ガントリ700の多数の可能な構成に基づいて幅広に変化し得る。いくつかの実施形態では、高さ714及び幅716のいずれか又は両方は、2.5メートルほどに小さいものであり得る。 [0157] FIG. 7 depicts an example of a gantry 700 consistent with embodiments of the present disclosure. In some embodiments, gantry 310 (FIG. 3) may be configured in the form of gantry 700, but this is not intended to be limiting and other gantry designs may be utilized. The gantry 700 can supply the proton beam 318 to the isocenter 712. In some embodiments, the isocenter 712 may represent a location in or within a treatment volume. The gantry 700 may also be configured for beam conditioning and reconstruction to properly direct the proton beam 318 before or during treatment. The gantry 700 may include a solenoid 704, a coupling 706, one or more beam conditioning components 708, one or more collimators 718 and one or more scanning magnets 710. Height 714 and width 716 can vary widely based on a number of possible configurations of gantry 700. In some embodiments, either or both height 714 and width 716 can be as small as 2.5 meters.
[0158] いくつかの実施形態では、ガントリ700は、壁702又は他の障壁により、システム300の他のコンポーネントから分離することができる。壁702は、陽子線318及び陽子線318を供給するように構成された任意のビームライン又は他の機器の通過を許容するために1つ又は複数の開口部(図示されていない)を含み得る。壁702の場所は、いくつかの要因に応じて変化し得、且ついくつかの実施形態では、壁702は、存在していなくてもよい。 [0158] In some embodiments, the gantry 700 can be separated from other components of the system 300 by walls 702 or other barriers. The wall 702 may include one or more openings (not shown) to allow passage of the proton beam 318 and any beam lines or other equipment configured to supply the proton beam 318. .. The location of wall 702 may vary depending on several factors, and in some embodiments wall 702 may be absent.
[0159] ソレノイド704は、イオン生成ターゲット304によって放出された陽子をキャプチャするように構成され得る。いくつかの実施形態では、イオン生成ターゲット304によって放出された陽子は、大きい発散を示し得る。一例として、イオン生成ターゲット304から放出された陽子のビームサイズは、1cmなどの短い距離において100の倍率で膨張し得る。ソレノイド704は、陽子線318の収束を低減するように構成され得る。 [0159] Solenoid 704 may be configured to capture the protons emitted by ion producing target 304. In some embodiments, the protons emitted by the ionogenic target 304 can exhibit large divergence. As an example, the beam size of the protons emitted from the ion production target 304 may expand by a factor of 100 at short distances such as 1 cm. Solenoid 704 may be configured to reduce the convergence of proton beam 318.
[0160] ソレノイド704は、例えば、9〜15Tにおける超電導ソレノイドなどの高磁界ソレノイドを含み得る。磁界強度は、ソレノイドの長さ及び結果的に得られるビームサイズに関係し得る。ソレノイドの磁界強度が大きいほど、結果的にソレノイド704において必要とされるビームサイズ及びアパーチャが小さくなり得る。ソレノイド704は、磁界強度及び他の要因に基づいて長さが変化し得る。いくつかの実施形態では、ソレノイド704は、アパーチャが4cm〜20cmである状態において、長さが0.55m〜0.85mであり得る。いくつかの実施形態では、ソレノイド704は、1つ又は複数のコリメータとの関連において使用することができる。更に、いくつかの実施形態では、ソレノイド704に加えて又はその代わりに、1つ又は複数の四重極を利用することができる。 [0160] The solenoid 704 may include, for example, a high field solenoid such as a superconducting solenoid at 9-15T. The magnetic field strength may be related to the length of the solenoid and the resulting beam size. The higher the magnetic field strength of the solenoid, the smaller the beam size and aperture required in the solenoid 704 may result. Solenoid 704 may vary in length based on magnetic field strength and other factors. In some embodiments, the solenoid 704 can have a length of 0.55 m to 0.85 m with an aperture of 4 cm to 20 cm. In some embodiments, the solenoid 704 can be used in connection with one or more collimators. Further, in some embodiments, one or more quadrupoles may be utilized in addition to or instead of solenoid 704.
[0161] カプリング706は、軸716などの回転軸を中心とした回転などのガントリ700の物理的移動を促進するように構成された任意の機械的且つ光学的な接続であり得る。ガントリは、制御システム314によって制御され得るモーター及び/又はアクチュエータの任意の適切な構成によって物理的に移動するように構成され得る。カプリング706は、1つ又は複数のベアリング又はブッシングを含み得、且つ陽子線318を搬送するビームラインに接続され得、及び/又はこの内部に統合され得る。従って、カプリング706は、ビームライン内の真空状態又は他の環境状態の損失を防止するために封止体又は他の障壁を維持するように構成され得る。更に、カプリング706は、例えば、ガントリ位置の関数としてのチューニング依存性を低減するために、回転の観点において不変であるオプティクスを含むことができる。 [0161] Coupling 706 may be any mechanical and optical connection configured to facilitate physical movement of gantry 700, such as rotation about an axis of rotation such as axis 716. The gantry may be configured to physically move by any suitable configuration of motors and/or actuators that may be controlled by the control system 314. Coupling 706 may include one or more bearings or bushings and may be connected to and/or integrated into the beamline carrying proton beam 318. Accordingly, the coupling 706 may be configured to maintain an encapsulant or other barrier to prevent loss of vacuum or other environmental conditions within the beamline. Further, the coupling 706 can include optics that are invariant in terms of rotation, eg, to reduce tuning dependence as a function of gantry position.
[0162] ガントリ700は、1つ又は複数のビーム調節コンポーネント708を更に含み得る。ビーム調節コンポーネント708は、ガントリを通して陽子線318を導波するように構成された上述のビーム調節コンポーネント308のいずれかを含み得る。いくつかの実施形態では、ビーム調節コンポーネント708は、ガントリ700を通して陽子線318を方向転換するように構成された、ダイポール及び/又は四重極などの電磁石を含み得る。ビーム調節コンポーネント708は、常伝導ダイポール、超強磁性超電導ダイポール、ストリップラインダイポールなどを含み得る。 [0162] The gantry 700 may further include one or more beam conditioning components 708. Beam conditioning component 708 may include any of the beam conditioning components 308 described above configured to guide a proton beam 318 through a gantry. In some embodiments, the beam conditioning component 708 can include an electromagnet, such as a dipole and/or quadrupole, configured to redirect the proton beam 318 through the gantry 700. The beam conditioning component 708 may include a normal conducting dipole, a super ferromagnetic superconducting dipole, a stripline dipole, and the like.
[0163] いくつかの実施形態では、ビーム調節コンポーネント708は、矩形(又は矩形若しくは別の所望の形状を形成するための角度の任意の他の組合せ)を形成するために、(例えば、それぞれ約45°だけ陽子線318を折り曲げる)ダイポールペアを含み得る。ダイポールペアは、約4.8Tにおいて動作することができ、且つ長さが約0.6mであり得る。ダイポールペア間の直線のセクションを独立して調節し、それによりチューニング範囲、柔軟性並びに従って電磁オプティクス内のカスタマイズを提供することができる。90°の曲がりを2つに分割することにより、それぞれのダイポールが、例えば、単一電源上におけるシャントを介して独立して調節されるときに基準軌跡制御が改善され、それにより少なくとも10%の変動(2つを考慮した場合には20%の合計相対変化)を提供することができる。従って、ダイポールペアは、ガントリ700のそれぞれのアーム上における独立した軌跡補正を促進し、それによりトレランス及び費用を減少させることができる。 [0163] In some embodiments, the beam conditioning component 708 can form a rectangle (or any other combination of angles to form a rectangle or another desired shape) (eg, each of about (Fold the proton beam 318 by 45°) dipole pairs. The dipole pair can operate at about 4.8T and can be about 0.6m in length. The straight sections between the dipole pairs can be independently adjusted, thereby providing customization within the electromagnetic optics according to tuning range, flexibility alignment. By splitting the 90° bend in two, reference trajectory control is improved when each dipole is independently adjusted, eg, via a shunt on a single power supply, thereby providing at least 10%. Variations (20% total relative change when considering the two) can be provided. Thus, the dipole pairs can facilitate independent trajectory correction on each arm of the gantry 700, thereby reducing tolerance and cost.
[0164] また、ガントリ700は、1つ又は複数のコリメータ718を含み得る。コリメータ718は、所望の方向において移動する及び/又は所望の移動量を有する陽子のみが通過することを許容されるように、陽子線318をフィルタリングするように構成され得る。コリメータ718は、ガントリ700内の様々な場所において配設することができる。例えば、ビーム調節コンポーネント708が下流のビームに対して望ましくない効果を生成する無色プロパティを有する場合、コリメータ718は、このような効果を相殺するように構成され得る。 [0164] The gantry 700 may also include one or more collimators 718. The collimator 718 may be configured to filter the proton beam 318 such that only protons that move in a desired direction and/or have a desired amount of travel are allowed to pass. Collimator 718 can be located at various locations within gantry 700. For example, if the beam conditioning component 708 has a colorless property that produces an undesired effect on the downstream beam, the collimator 718 may be configured to offset such effect.
[0165] ガントリ700は、1つ又は複数のスキャニング磁石710を更に含み得る。スキャニング磁石710は、空間内のアイソセンタ712の場所を調節するように構成されたビーム調節コンポーネント308又は708などのビーム調節コンポーネントを含むことができる。スキャニング磁石710は、例えば、治療容積に提供される治療の場所を調節するように制御システム314によって制御することができる。スキャニング磁石710は、ガントリ700内のいくつかの場所の任意ものにおいて配設することができる。例えば、スキャニング磁石710は、図7に示されているように、ビーム調節コンポーネント708の1つ又は複数の上流に位置し得、すべてのビーム調節コンポーネントの下流に位置し得るか、又はこのような上流及び下流の場所の組合せとして位置し得る。 [0165] The gantry 700 may further include one or more scanning magnets 710. Scanning magnet 710 can include a beam conditioning component, such as beam conditioning component 308 or 708, configured to adjust the location of isocenter 712 in space. The scanning magnet 710 can be controlled by the control system 314 to adjust the location of treatment provided to the treatment volume, for example. Scanning magnet 710 can be located at any of several locations within gantry 700. For example, scanning magnet 710 may be located upstream of one or more beam conditioning components 708 and downstream of all beam conditioning components, as shown in FIG. 7, or such. It can be located as a combination of upstream and downstream locations.
[0166] システム300は、スキャニング磁石が、患者内の治療の場所を制御するために他のコンポーネントとの協働状態において動作するように構成され得る。例えば、制御システム314は、スキャニング磁石710の任意の組合せ、ガントリ700の移動及び患者支持プラットフォーム312の移動を制御することができる。1つ又は複数のコンポーネントは、特定の次元及び/又は自由度の制御のために構成され得る。例えば、患者支持プラットフォームは、この第1の次元に直交する別の次元においてスキャニング磁石710が調節している間、1つの次元において患者位置を調節するように構成され得る。 [0166] The system 300 may be configured such that the scanning magnet operates in cooperation with other components to control the location of treatment within the patient. For example, control system 314 can control any combination of scanning magnets 710, movement of gantry 700, and movement of patient support platform 312. One or more components may be configured for control of particular dimensions and/or degrees of freedom. For example, the patient support platform can be configured to adjust the patient position in one dimension while the scanning magnet 710 is adjusting in another dimension orthogonal to this first dimension.
[0167] 代わりに又は加えて、システム300は、所与の次元における、微細調節ではなく、粗い調節が異なるコンポーネントによって実行され得るように構成することもできる。例えば、特定の次元における粗い調節は、微細調節がスキャニング磁石710によって実行され得る状態において、特許支持プラットフォーム312を操作するように構成されたモーターにより実行することができる。このような調節の多数の組合せが当業者に明らかになるであろう。 [0167] Alternatively or in addition, the system 300 may be configured such that coarse adjustment, rather than fine adjustment, in a given dimension may be performed by different components. For example, a coarse adjustment in a particular dimension can be performed by a motor configured to operate the patent support platform 312, with fine adjustment being performed by the scanning magnet 710. Many combinations of such adjustments will be apparent to those of skill in the art.
[0168] 図8は、ガントリ800の更なる例を描いている。ガントリ800は、ソレノイド704、カプリング706、1つ又は複数のビーム調節コンポーネント708、1つ又は複数のコリメータ718及び1つ又は複数のスキャニング磁石710などのガントリ700と同一のコンポーネントのいくつか又はすべてを含むことができ、且つ更なる四重極要素802を更に含むことができる。四重極要素802は、磁気ビームラインの一部分であり、且つ治療容積への陽子線の供給を支援する磁気要素である。四重極要素802は、通常、多くの場合に陽子線を折り曲げるための折り曲げ磁石として使用され得る、いくつかのより大きいダイポールとは対照的に、帯電粒子のビームを合焦又は合焦解除するために使用される。四重極要素802は、(例えば、希土類元素及び/又は他の磁性材料から製造された)永久磁石、常伝導電磁石、超電導電磁石、パルス化磁石又は適切な固定された若しくはチューニング可能な磁界を提供する能力を有する他の装置であり得る。 [0168] FIG. 8 depicts a further example of a gantry 800. Gantry 800 includes some or all of the same components as gantry 700, such as solenoid 704, coupling 706, one or more beam conditioning components 708, one or more collimators 718 and one or more scanning magnets 710. Can be included and can further include an additional quadrupole element 802. Quadrupole element 802 is a part of the magnetic beam line and is a magnetic element that assists in the delivery of proton beams to the treatment volume. The quadrupole element 802 typically focuses or defocuses the beam of charged particles, as opposed to some larger dipoles, which can often be used as bending magnets to fold the proton beam. Used for. Quadrupole element 802 provides a permanent magnet (eg, made of a rare earth element and/or other magnetic material), a normal electromagnet, a superconducting electromagnet, a pulsed magnet, or a suitable fixed or tunable magnetic field. It could be another device with the ability to
[0169] 図9は、陽子線形成のためのプロセス900の例示のためのフローチャートである。ステップ902において、電磁放射ソース(例えば、ソース302)は、電磁放射ビーム(例えば、ビーム316)を放出し得る。ステップ904において、電磁放射ビームは、イオン生成ターゲット(例えば、ターゲット304)に当たり得る。ステップ906では、イオン生成ターゲットとの電磁放射ビームの相互作用により、陽子を含む粒子を生成することができる。ステップ908において、1つ又は複数の陽子線調節コンポーネント(例えば、コンポーネント308)は、粒子から陽子線(例えば、ビーム318)を形成することができ、且つ陽子線を患者内の治療容積に導くことができる。プロセス900のステップは、制御システム314などにより自動的に実行することができる。また、プロセス900のステップは、制御システムなどを通してユーザー入力に応答して実行され得るか、又は様々なコンポーネントの自動及び手動動作の組合せにより実行され得る。いくつかの実施形態では、プロセス900は、治療計画における仕様に基づいて実行され得、この仕様は、特定の患者、治療タイプ及び/又は治療容積に基づいて様々な程度でカスタマイズすることができる。 [0169] FIG. 9 is an exemplary flowchart of a process 900 for proton beam formation. At step 902, an electromagnetic radiation source (eg, source 302) may emit a beam of electromagnetic radiation (eg, beam 316). At step 904, the beam of electromagnetic radiation may strike an ion producing target (eg, target 304). At step 906, the interaction of the electromagnetic radiation beam with the ion producing target may produce particles containing protons. In step 908, one or more proton beam conditioning components (eg, component 308) can form a proton beam (eg, beam 318) from the particles and direct the proton beam to a treatment volume within the patient. You can The steps of process 900 may be performed automatically, such as by control system 314. Also, the steps of process 900 may be performed in response to user input, such as through a control system, or may be performed by a combination of automatic and manual operation of various components. In some embodiments, process 900 can be performed based on specifications in a treatment plan, which can be customized to varying degrees based on the particular patient, treatment type, and/or treatment volume.
[0170] ステップ902において放出される電磁放射ビームは、例えば、図6との関係において記述されているコンポーネントの様々な組合せなど、放射ビーム生成の能力を有する任意のコンポーネントを介して生成することができる。 [0170] The electromagnetic radiation beam emitted in step 902 may be generated via any component capable of generating a radiation beam, eg, various combinations of components described in relation to FIG. it can.
[0171] ステップ904において、電磁放射ビームは、イオン生成ターゲットに当たり得る。例えば、イオン生成ターゲット304は、イオン生成ターゲットを外部環境から隔離する相互作用チャンバ内において配設することができる。イオン生成ターゲット304に当たると、電磁放射ビーム316とイオン生成ターゲット304との相互作用は、陽子線318において使用され得る陽子を含む様々な粒子を生成し得る。いくつかの実施形態では、陽子は、約10〜100μmのスポットサイズに合焦された電磁照射ビーム316が当たったイオン生成ターゲット304上の場所から、約250MeVの陽子エネルギーを有する状態で放出され得る。イオン生成ターゲット304から放出された陽子の2次元発散角度は、約0.2ラジアン(即ち約11度)であり得る。加えて、陽子エネルギー角度分布∂Ω/∂E及び陽子数エネルギー分布∂N/∂Eは、エネルギー角度分布及び陽子数エネルギー分布が合理的に一定となるように非常に小さいものであり得る。一例として、電磁放射ビームのパルスは、108個の陽子の放出を結果的にもたらすことができ、且つパルスは、10〜1000Hzのレートにおいて反復させることができる。従って、パルス化された電磁放射ビーム316は、それによりパルス化された陽子線318を生成し得る。また、陽子のパルスは、陽子「群」と呼称することができる。 [0171] At step 904, a beam of electromagnetic radiation may strike the ion-producing target. For example, the ion production target 304 can be disposed in an interaction chamber that isolates the ion production target from the external environment. Upon striking the ion producing target 304, the interaction of the beam of electromagnetic radiation 316 with the ion producing target 304 may produce various particles including protons that may be used in the proton beam 318. In some embodiments, the protons can be emitted with a proton energy of about 250 MeV from a location on the ion-producing target 304 that was hit by an electromagnetic radiation beam 316 focused to a spot size of about 10-100 μm. .. The two-dimensional divergence angle of the protons emitted from the ion production target 304 can be about 0.2 radians (ie, about 11 degrees). In addition, the proton energy angular distribution ∂Ω/∂E and the proton number energy distribution ∂N/∂E can be very small so that the energy angle distribution and the proton number energy distribution are reasonably constant. As an example, a pulse of an electromagnetic radiation beam can result in the emission of 10 8 protons and the pulse can be repeated at a rate of 10-1000 Hz. Accordingly, the pulsed electromagnetic radiation beam 316 may thereby produce pulsed proton beams 318. Also, the proton pulse can be referred to as a proton "group."
[0172] 本開示によれば、イオン生成ターゲットは、相互作用チャンバによって支持され得、及び/又はその内部において収容され得る。本開示において使用される相互作用チャンバは、ターゲットを周辺条件から隔離し、且つイオン生成のための適切な環境を提供するように構成された任意の構造を意味し得る。 [0172] According to the present disclosure, an ion generation target may be supported by and/or housed within an interaction chamber. An interaction chamber as used in this disclosure can mean any structure configured to isolate a target from ambient conditions and provide a suitable environment for ion production.
[0173] 本開示によれば、相互作用チャンバは、例えば、ターゲットステージを含むことができる。本開示において使用されるターゲットステージは、イオン生成ターゲットを支持するように構成された任意の構造を意味し得る。いくつかの実施形態では、ターゲットステージは、ターゲットステージと電磁放射ビームとの間の相対的な移動を生じさせるように構成されたプロセッサによって制御することができる。 [0173] According to the present disclosure, the interaction chamber may include, for example, a target stage. A target stage as used in this disclosure can refer to any structure configured to support an ion producing target. In some embodiments, the target stage can be controlled by a processor configured to cause relative movement between the target stage and the electromagnetic radiation beam.
[0174] 本開示によれば、相互作用チャンバは、1つ又は複数の検出器を含み得る。本明細書において使用される検出器は、サンプルチャンバ状態、電磁放射ソース又はビーム、陽子線及び/又はレーザー−ターゲット相互作用の1つ又は複数のプロパティを検出する装置を意味し得る。検出器は、例えば、相互作用チャンバ内及び/又はその近傍の任意の状態を観察することができる。いくつかの実施形態では、陽子線を生成するシステムは、相互作用チャンバとは別個の他の検出器を含み得る。一例として、検出器は、少なくとも1つのレーザー−ターゲット相互作用プロパティを計測するように構成され得る。 [0174] According to the present disclosure, the interaction chamber may include one or more detectors. A detector as used herein may mean a device that detects one or more properties of sample chamber conditions, electromagnetic radiation source or beam, proton beam and/or laser-target interaction. The detector can, for example, observe any condition in and/or near the interaction chamber. In some embodiments, the system for producing a proton beam may include other detectors separate from the interaction chamber. As an example, the detector may be configured to measure at least one laser-target interaction property.
[0175] 本開示において使用されるレーザー−ターゲット相互作用は、イオン生成ターゲットとの電磁放射ビームの相互作用に関係する観察可能なプロパティを意味し得る。レーザー−ターゲット相互作用プロパティは、例えば、陽子線プロパティ、二次電子放出プロパティ、X線放出プロパティ、陽子線エネルギー、陽子線フラックス及び/又は電磁放射ビームとイオン生成ターゲットとの間の相互作用を示す他のプロパティを含み得る。 [0175] Laser-target interaction as used in this disclosure may refer to observable properties related to the interaction of an electromagnetic radiation beam with an ion-producing target. The laser-target interaction property indicates, for example, a proton beam property, a secondary electron emission property, an X-ray emission property, a proton beam energy, a proton beam flux, and/or an interaction between an electromagnetic radiation beam and an ion-producing target. Other properties may be included.
[0176] 図10は、相互作用チャンバ1000の一例を描いている。相互作用チャンバ1000は、任意のサイズ及び形状を有することができ、且つレーザー−ターゲット相互作用時にターゲットを収容する能力を有する任意の1つ又は複数の材料から構築することができる。ステンレス鋼は、相互作用チャンバ1000を構築するために使用され得る材料の一例である。 [0176] FIG. 10 depicts an example of an interaction chamber 1000. The interaction chamber 1000 can have any size and shape and can be constructed from any one or more materials capable of containing a target during laser-target interaction. Stainless steel is an example of a material that can be used to build the interaction chamber 1000.
[0177] 相互作用チャンバ1000は、イオン生成ターゲット304及び/又は1つ又は複数のオプティクスコンポーネント、1つ又は複数のビーム調節コンポーネント、検出器又はこれらに類似したものなどの相互作用チャンバ1000内の他の機器を支持するように構成された1つ又は複数のステージ1002を含み得る。1つ又は複数のステージ1002は、固定され得るか又は調節可能であり得る。調節可能なステージは、1つ又は複数の軸に沿った平行移動及び/又は回転のために構成され得る。1つ又は複数のステージ1002の調節は、手動であり得るか又は自動化され得る。自動化された調節は、例えば、制御システム314によって提供される1つ又は複数の信号に応答して実行することができる。1つ又は複数のステージ1002は、任意選択により、イオン生成ターゲット304を加熱するか、冷却するか又はその温度を維持するように構成され得る。温度制御は、例えば、イオン生成ターゲット304の温度を監視し、且つ計測された温度に応答してイオン生成ターゲット304の温度を上昇させるか、降下させるか又は維持することにより実現することができる。温度監視は、例えば、1つ又は複数の熱電対、1つ又は複数の赤外線温度センサ及び/又は温度を計測するために使用される任意の他の技法により実現することができる。温度調節は、例えば、加熱要素を通して流れる電流の量を調節することにより実施することができる。加熱要素は、例えば、タングステン、レニウム、タンタル、モリブデンニオビウム及び/又はこれらの合金などの高融点金属であり得る。また、温度調節は、例えば、直接又は間接的にイオン生成ターゲット304との熱連通状態において配置されたコンジットを通して、水又は低温流体などの冷媒(液体酸素、液体ヘリウム、液体窒素など)を流すことにより実施することもできる。当業者であれば理解するように、温度を調節するこれらの例示のための方式は、互換性を有し且つ組み合わされ得る。当然のことながら、これらの温度調節方法は、限定を目的としたものではなく、イオン生成ターゲット304を加熱し、冷却し、且つその温度を維持するための任意の他の既知の方法を本明細書における開示と共に使用することができる。 [0177] The interaction chamber 1000 may include other components within the interaction chamber 1000, such as the ion production target 304 and/or one or more optics components, one or more beam conditioning components, detectors or the like. May include one or more stages 1002 configured to support the device of FIG. The one or more stages 1002 can be fixed or adjustable. The adjustable stage may be configured for translation and/or rotation along one or more axes. The adjustment of the one or more stages 1002 can be manual or automated. Automated adjustments may be performed in response to one or more signals provided by control system 314, for example. One or more stages 1002 may optionally be configured to heat, cool, or maintain the temperature of ion production target 304. Temperature control can be achieved, for example, by monitoring the temperature of the ion production target 304 and raising, lowering, or maintaining the temperature of the ion production target 304 in response to the measured temperature. Temperature monitoring can be accomplished, for example, by one or more thermocouples, one or more infrared temperature sensors and/or any other technique used to measure temperature. Temperature adjustment can be performed, for example, by adjusting the amount of current flowing through the heating element. The heating element can be, for example, a refractory metal such as tungsten, rhenium, tantalum, molybdenum niobium and/or alloys thereof. In addition, for the temperature adjustment, for example, a refrigerant such as water or a cryogenic fluid (liquid oxygen, liquid helium, liquid nitrogen, etc.) is caused to flow through a conduit arranged in direct or indirect thermal communication with the ion generation target 304. Can also be carried out. As will be appreciated by one of skill in the art, these exemplary schemes for adjusting temperature are compatible and combinable. Of course, these temperature adjustment methods are not intended to be limiting, and any other known method for heating, cooling, and maintaining the temperature of the ion-generating target 304 herein may be used herein. Can be used with the disclosure in the book.
[0178] 相互作用チャンバ1000は、1つ又は複数の関連する真空ポンプ1004を含み得る。例えば、サンプル調製及び陽子線形成のいずれか又は両方は、大気圧以下の雰囲気圧力要件を有するか、又は大気圧以下の圧力の特定の範囲内において最適な性能を実現する場合がある。相互作用チャンバ1000内の圧力状態及び/又は相互作用チャンバ1000と関連するコンポーネントに対して影響を及ぼすために1つ又は複数の真空ポンプ1004を使用することができる。例えば、1つ又は複数の真空ポンプ1004は、真空状態又は真空に近い状態を相互作用チャンバ1000内において維持することができる。1つ又は複数の真空ポンプ1004の例は、1つ又は複数のターボ分子ポンプ、低温ポンプ、イオンポンプ又はダイアフラム若しくはルーツポンプなどの機械的ポンプを含み得る。1つ又は複数の真空ポンプ1004は、1つ又は複数の圧力調節器(図示されていない)との関連において動作することができる。 [0178] Interaction chamber 1000 may include one or more associated vacuum pumps 1004. For example, either or both sample preparation and proton beam formation may have sub-atmospheric atmospheric pressure requirements or achieve optimal performance within certain ranges of sub-atmospheric pressure. One or more vacuum pumps 1004 may be used to affect the pressure conditions within the interaction chamber 1000 and/or the components associated with the interaction chamber 1000. For example, one or more vacuum pumps 1004 can maintain a vacuum or near vacuum in the interaction chamber 1000. Examples of one or more vacuum pumps 1004 may include one or more turbomolecular pumps, cryogenic pumps, ion pumps or mechanical pumps such as diaphragm or roots pumps. One or more vacuum pumps 1004 can operate in connection with one or more pressure regulators (not shown).
[0179] 相互作用チャンバ1000は、オプティクスコンポーネント1006を含み得る。電磁放射ビーム316を更に導くために、1つ又は複数のオプティクスコンポーネント306との関係において上述したコンポーネントの任意のものを相互作用チャンバの内側において使用することができる。例えば、図10に示されているように、相互作用チャンバは、電磁放射ビーム316をイオン生成ターゲット304に向かって導くように構成されたミラー1006aを含み得る。一実施形態では、相互作用チャンバ1000は、電磁放射ビーム316をイオン生成ターゲット304上に合焦するように構成されたパラボラミラー1006bを含み得る。 [0179] Interaction chamber 1000 may include optics component 1006. Any of the components described above in connection with one or more optics components 306 can be used inside the interaction chamber to further direct the beam of electromagnetic radiation 316. For example, as shown in FIG. 10, the interaction chamber may include a mirror 1006a configured to direct the beam of electromagnetic radiation 316 toward the ion production target 304. In one embodiment, the interaction chamber 1000 may include a parabolic mirror 1006b configured to focus the beam of electromagnetic radiation 316 onto the ion production target 304.
[0180] 相互作用チャンバ800は、任意の数の陽子線調節コンポーネント308を含み得る。例えば、図8に示されているように、相互作用チャンバ1000は、コリメータ1010を含み得る。当業者は、代わりに又は加えて、1つ又は複数の他の陽子線調節コンポーネント308が相互作用チャンバ800内において含まれ得ることを理解するであろう。様々な実施形態では、1つ又は複数のビーム調節コンポーネント308の任意のものを相互作用チャンバ1000に内蔵することができる。 [0180] The interaction chamber 800 may include any number of proton beam conditioning components 308. For example, as shown in FIG. 8, interaction chamber 1000 may include collimator 1010. One of ordinary skill in the art will appreciate that one or more other proton beam conditioning components 308 may alternatively or additionally be included in the interaction chamber 800. In various embodiments, any of the one or more beam conditioning components 308 can be incorporated into the interaction chamber 1000.
[0181] 相互作用チャンバ1000は、1つ又は複数の陽子線調節コンポーネント308との関連において上述したように、ビームライン1012を含むことができ、且つこれとインターフェイスすることができる。ビームライン1012は、陽子線318の伝播を促進するために、大気圧以下の圧力において維持されたコンジットを含み得る。ビームライン812は、1つ又は複数の陽子線調節コンポーネント308との関係において以上において参照された要素の任意のものなどの陽子線調節コンポーネントを含み得る。また、ビームライン812は、大気圧以下の状態を実現及び/又は維持するために、1つ又は複数の真空ポンプ1004との関係において記述したポンプの任意のものなどの真空ポンプを含み得る。 [0181] Interaction chamber 1000 may include and interface with beamline 1012, as described above in connection with one or more proton beam conditioning components 308. Beamline 1012 may include a conduit maintained at sub-atmospheric pressure to facilitate propagation of proton beam 318. Beamline 812 may include a proton beam conditioning component, such as any of the elements referenced above in relation to one or more proton beam conditioning components 308. The beamline 812 may also include a vacuum pump, such as any of the pumps described in connection with one or more vacuum pumps 1004, for achieving and/or maintaining sub-atmospheric pressure conditions.
[0182] 相互作用チャンバ1000は、1つ又は複数の弁1014を含み得る。1つ又は複数の任意の適切な弁が使用され得、且つ例えば相互作用チャンバ1000の様々な部分間において又は相互作用チャンバ1000とシステム300の他のコンポーネント又はその周辺環境との間に配置され得る。1つ又は複数の弁1014は、例えば、1つ又は複数の真空ポンプ1004又はビームライン1012を隔離するように構成され得る。1つ又は複数の弁1014は、手動的なもの又は自動的なものであり得る。自動的な弁は、例えば、ガス圧的なもの/又は電子的なものであり得る。1つ又は複数の弁1014は、2位置ゲート弁などの単純な開閉弁であり得るか、1つ又は複数の弁1014は、部分的に開放するように構成され得る。1つ又は複数の真空ポンプ1004と関連する1つ又は複数の弁1014は、例えば、開放状態と閉鎖状態との間において連続的に変化し得る1つ又は複数のバタフライ弁を含み得る。1つ又は複数の弁1014は、圧力を維持し、材料を保持又は放出し、及び/又はイオン生成ターゲットの一部分の維持又は置換のために相互作用チャンバ800に対するアクセスを許容するように構成され得る。 [0182] Interaction chamber 1000 may include one or more valves 1014. Any one or more suitable valves may be used and may be positioned, for example, between various parts of the interaction chamber 1000 or between the interaction chamber 1000 and other components of the system 300 or its surrounding environment. .. The one or more valves 1014 may be configured to isolate one or more vacuum pumps 1004 or beamlines 1012, for example. The one or more valves 1014 can be manual or automatic. The automatic valve can be, for example, gas pressure and/or electronic. The one or more valves 1014 can be simple on-off valves, such as a two-position gate valve, or the one or more valves 1014 can be configured to partially open. The one or more valves 1014 associated with the one or more vacuum pumps 1004 may include, for example, one or more butterfly valves that may continuously change between open and closed states. One or more valves 1014 may be configured to maintain pressure, retain or release material, and/or allow access to interaction chamber 800 for maintenance or replacement of a portion of the ion-generating target. ..
[0183] 相互作用チャンバ1000は、1つ又は複数のシャッタ1016を含み得る。1つ又は複数のシャッタ1016は、例えば、チャンバ1000内への電磁放射ビーム1016を阻止又は許容するように構成され得る。1つ又は複数のシャッタ1016は、例えば、単純な開放/閉鎖シャッタであり得る。また、1つ又は複数のシャッタ1016は、適宜、電磁放射ビーム316をチョッピングするように構成され得る。1つ又は複数のシャッタ1016の動作は、手動的なものであり得るか又は自動化され得る。自動化された動作は、例えば、制御システム314によって提供される1つ又は複数の信号に応答して発生し得る。 [0183] Interaction chamber 1000 may include one or more shutters 1016. The one or more shutters 1016 may be configured to block or allow the beam of electromagnetic radiation 1016 into the chamber 1000, for example. The one or more shutters 1016 can be, for example, simple open/close shutters. Also, one or more shutters 1016 may be configured to chop the electromagnetic radiation beam 316, as appropriate. The operation of the one or more shutters 1016 may be manual or automated. Automated operation may occur in response to one or more signals provided by control system 314, for example.
[0184] 相互作用チャンバ1000は、1つ又は複数のウィンドウ1018を含み得る。ウィンドウ1018は、相互作用チャンバ1000と関連する圧力、温度及び他の環境要因に適した任意の材料から構成され得る。 [0184] The interaction chamber 1000 may include one or more windows 1018. The window 1018 may be constructed of any material suitable for pressure, temperature and other environmental factors associated with the interaction chamber 1000.
[0185] 上述のように、相互作用チャンバ1000は、イオン生成ターゲットを原位置において形成するように構成され得る。また、システム300は、相互作用チャンバ1000に接続され、且つターゲットの調製及び/又はコンディショニングのために構成された別個の又は実質的に別個の調製チャンバ(図6又は図10には示されていない)を含み得る。調製チャンバは、蒸発、物理蒸着、化学蒸着、分子ビームエピタキシー、原子層堆積及びこれらに類似したものを実行するシステム内において見出され得る機器など、イオン生成ターゲットを調製するための様々な機器及び装置を含み得る。また、調製チャンバは、イオン生成ターゲット304又はイオン生成ターゲット304を形成するためのテンプレートとして機能することになるターゲット基材を保持する1つ又は複数のステージを含み得る。また、調製チャンバは、調製に続いて、イオン生成ターゲットを相互作用チャンバ内の場所に転送するメカニズムも含み得る。別個の又は実質的に別個の調製チャンバの使用の代わりに又はそれに加えて、相互作用チャンバ1000は、サンプルの調製又はコンディショニングが相互作用チャンバ1000内において発生し得るような装備を同様に有することもできる(図6又は図10には示されていない)。 [0185] As mentioned above, the interaction chamber 1000 may be configured to form an ion-generating target in situ. The system 300 also includes a separate or substantially separate preparation chamber (not shown in FIG. 6 or FIG. 10) that is connected to the interaction chamber 1000 and is configured for target preparation and/or conditioning. ) May be included. The preparation chamber contains various equipment for preparing ion-producing targets, such as equipment that may be found in systems performing evaporation, physical vapor deposition, chemical vapor deposition, molecular beam epitaxy, atomic layer deposition, and the like. A device may be included. The preparation chamber may also include one or more stages that hold the ion-generating target 304 or a target substrate that will serve as a template for forming the ion-generating target 304. The preparation chamber may also include a mechanism to transfer the ion producing target to a location within the interaction chamber following preparation. Instead of or in addition to the use of separate or substantially separate preparation chambers, the interaction chamber 1000 may also have provisions such that sample preparation or conditioning may occur within the interaction chamber 1000. Yes (not shown in Figure 6 or Figure 10).
[0186] また、調製チャンバは、(ステージ1002との関係において記述されている)温度制御要素、真空システムに当業者に周知の転送アーム又は任意の他の転送装置などの1つ又は複数のサンプル転送メカニズムも含み得る。また、システム300は、サンプル調製チャンバと相互作用チャンバ1000との間においてロードロックを含むこともできる。 [0186] The preparation chamber may also include one or more samples such as temperature control elements (described in relation to stage 1002), transfer arms or any other transfer device known to those skilled in the vacuum system to those skilled in the art. Transport mechanisms may also be included. The system 300 can also include a load lock between the sample preparation chamber and the interaction chamber 1000.
[0187] 相互作用チャンバ1000は、加熱及び/又は冷却要素(図10には示されていない)を更に含み得る。サンプル調製及び粒子ビーム形成のいずれか又は両方は、温度要件を有するか、又は特定の範囲の温度において最適な性能を実現する場合がある。相互作用チャンバは、このような温度状態を実現及び維持するように構成された加熱要素及び/又は冷却要素を含み得る。加熱及び冷却要素は、1つ又は複数のステージ1002との関係において記述されているが、但し、相互作用チャンバ1000の他の部分の又は相互作用チャンバ1000の全体の温度状態を制御するように構成された温度制御機器及び/又は方法の任意のものを含み得る。 [0187] The interaction chamber 1000 may further include heating and/or cooling elements (not shown in Figure 10). Either or both sample preparation and particle beam forming may have temperature requirements or achieve optimal performance at a particular range of temperatures. The interaction chamber may include heating and/or cooling elements configured to achieve and maintain such temperature conditions. The heating and cooling elements have been described in connection with one or more stages 1002, provided that they are configured to control the temperature conditions of other parts of the interaction chamber 1000 or of the interaction chamber 1000 as a whole. Any of the described temperature control devices and/or methods may be included.
[0188] 相互作用チャンバ1000は、1つ又は複数の検出器1020を含み得る。検出器1020は、相互作用チャンバ1000と関連する状態を計測するように構成され得る。いくつかの実施形態では、計測値は、1つずつ取得され得る。即ち、検出器1020は、電磁放射ビーム316とイオン生成ターゲット304との間の個々の相互作用と関連するプロパティを計測するように構成され得る。また、検出器1020は、例えば、処理の後の結果の提供などのように、より連続的な方式で同一又は異なるプロパティを計測することもできる。 [0188] Interaction chamber 1000 may include one or more detectors 1020. Detector 1020 may be configured to measure a condition associated with interaction chamber 1000. In some embodiments, the measurements may be taken one at a time. That is, the detector 1020 may be configured to measure properties associated with individual interactions between the electromagnetic radiation beam 316 and the ion production target 304. The detector 1020 can also measure the same or different properties in a more continuous manner, eg, providing results after processing.
[0189] 検出器1020の配置は、計測の空間制約及び最適な場所を含むいくつかの要因に基づいて変化し得る。図10に示されているように、検出器1020は、(検出器1020aなどのように)相互作用チャンバ1000の外側壁に沿って、(検出器1020b及び1020cなどのように)イオン生成ターゲット304の近傍において又は(1020dなどのように)陽子線318に沿って配置することができる。 [0189] The placement of the detector 1020 may vary based on several factors, including the space constraints of the measurement and the optimal location. As shown in FIG. 10, the detector 1020 may be configured such that the ion producing target 304 (such as detectors 1020b and 1020c) along the outer wall of the interaction chamber 1000 (such as detector 1020a). Can be located in the vicinity of or along a proton beam 318 (such as 1020d).
[0190] いくつかの検出器1020の場合、イオン生成ターゲット304及び従って電磁放射ビーム316とイオン生成ターゲット304との間の相互作用(レーザー−ターゲット相互作用)の近傍における検出には、利点が存在し得る。一実施形態では、システム300は、時間と共に安定することになり、その後、このような近接性は、不要となり得る。いくつかの実施形態では、1つ又は複数の検出器1020は、相互作用チャンバ1000の外側において取り付けることができる。例えば、図10は、ウィンドウ1018の近傍の相互作用チャンバ1000の外側における検出器1020eを描いている。検出器1020は、本質的に計測が意図されているプロパティに対して曝露されるか、又は相互作用チャンバ1000内の状態が計測を促進するように変更され得るように配設することができる。例えば、1つ又は複数のオプティクスコンポーネント1006は、ウィンドウ1018を通して、相互作用エリアから、検出器1020eなどの検出器に信号を一時的に又は間欠的に偏向させるように構成された操向ミラーを含み得る。上述の検出器配置は、例示を目的としたものに過ぎず、且つ多数の他のものが当業者に明らかとなり得る。 [0190] For some detectors 1020, there are advantages to detection in the vicinity of the interaction between the ion producing target 304 and thus the electromagnetic radiation beam 316 and the ion producing target 304 (laser-target interaction). You can In one embodiment, system 300 will be stable over time, after which such proximity may be unnecessary. In some embodiments, one or more detectors 1020 can be mounted outside the interaction chamber 1000. For example, FIG. 10 depicts detector 1020e outside interaction chamber 1000 near window 1018. The detector 1020 can be arranged so that it is exposed to the property for which the measurement is intended, or conditions within the interaction chamber 1000 can be modified to facilitate the measurement. For example, one or more optics components 1006 include steering mirrors configured to temporarily or intermittently deflect the signal from the interaction area to a detector, such as detector 1020e, through window 1018. obtain. The detector arrangements described above are for illustrative purposes only, and many others will be apparent to those skilled in the art.
[0191] いくつかの実施形態では、1つ又は複数の検出器1020は、電磁放射ビーム316又は陽子線318の1つ又は複数のレーザー−ターゲット相互作用プロパティを計測するように構成され得る。いくつかの実施形態では、検出器1020は、四重極アナライザ、球面ミラーアナライザ(「SMA」)、円筒形ミラーアナライザ(「CMA」)、二次電子検出器、光電子増倍管、シンチレータ、固体検出器、飛行時間検出器、レーザーオンターゲット光学診断検出器、X線検出器、カメラ、ファラデーカップ又は他の検出器を含み得る。検出器1020は、吸収又は反射などのプロパティ、二次電子放出プロパティ、電子温度及び/又は密度などのプラズマプロパティ及び/又はX線放出プロパティを検出し得る。電子及び/又はX線の放出などの二次放出は、レーザー−ターゲット相互作用プロパティ及び/又は陽子線318のプロパティを示し得る。例えば、電子及び/又はX線のエネルギースペクトル及び/又はフラックスは、陽子線プロパティを示し得る。この結果、これらの信号は、例えば、更に詳細に後述するように、電磁放射ソース302、1つ又は複数のオプティクスコンポーネント306、1つ又は複数の陽子線調節コンポーネント308及びイオン生成ターゲット304の位置/向きの1つ又は複数を調節することにより、レーザー−ターゲット相互作用を変更するためのフィードバックループにおいて入力として使用することができる。 [0191] In some embodiments, the one or more detectors 1020 can be configured to measure one or more laser-target interaction properties of the electromagnetic radiation beam 316 or the proton beam 318. In some embodiments, the detector 1020 is a quadrupole analyzer, spherical mirror analyzer (“SMA”), cylindrical mirror analyzer (“CMA”), secondary electron detector, photomultiplier tube, scintillator, solid state. It may include detectors, time-of-flight detectors, laser-on-target optical diagnostic detectors, X-ray detectors, cameras, Faraday cups or other detectors. The detector 1020 may detect properties such as absorption or reflection, secondary electron emission properties, plasma properties such as electron temperature and/or density and/or x-ray emission properties. Secondary emission, such as electron and/or x-ray emission, may be indicative of laser-target interaction properties and/or proton beam 318 properties. For example, electron and/or x-ray energy spectra and/or fluxes may indicate proton beam properties. As a result, these signals may result in, for example, position/position of the electromagnetic radiation source 302, the one or more optics components 306, the one or more proton beam conditioning components 308, and the ion production target 304, as described in more detail below. By adjusting one or more of the orientations, it can be used as an input in a feedback loop to modify the laser-target interaction.
[0192] 検出器1020は、陽子線の方向、空間スプレッド、強度、フラックス、エネルギー、陽子エネルギー及び/又はエネルギースプレッドを検出するように構成され得る。例えば、いくつかの実施形態では、トンプソンパラボラを利用することができる。このような実施形態では、陽子線318は、磁界及び電界が陽子を検出スクリーン上の場所に偏向させるエリア内に導くことができる。陽子がスクリーンと接触した場所は、陽子エネルギーを示し得る。このようなスクリーンの場合、CR−39プレート、画像プレート及び/又は(CCDカメラなどの撮像装置に結合された)シンチレータなど、任意の陽子に感度を有する装置を使用することができる。別の例として、空間陽子線分布は、CR−39及び画像プレートなど、陽子に感度を有するスクリーンにより検出され得るか、又は検出装置(カメラなどの)を有するシンチレータが使用され得る。 [0192] The detector 1020 may be configured to detect a proton beam direction, spatial spread, intensity, flux, energy, proton energy and/or energy spread. For example, in some embodiments a Thompson parabola can be utilized. In such an embodiment, the proton beam 318 can be guided within an area where magnetic and electric fields deflect the protons to locations on the detection screen. Where the protons come into contact with the screen can indicate proton energy. For such screens, any proton sensitive device can be used, such as a CR-39 plate, an image plate and/or a scintillator (coupled to an imaging device such as a CCD camera). As another example, the spatial proton distribution can be detected by a screen sensitive to protons, such as CR-39 and image plates, or a scintillator with a detection device (such as a camera) can be used.
[0193] また、検出器1020は、飛行時間検出器を含むこともできる。飛行時間検出器は、平均陽子エネルギーを計測することができる。いくつかの実施形態では、飛行時間検出器は、陽子シンチレータと、光電子増倍管(PMT)など、十分な時間分解能を有する検出器とを含み得る。陽子シグネチャがPMT上において検出された時点は、陽子速度と、従って陽子エネルギーとを示し得る。 [0193] The detector 1020 may also include a time-of-flight detector. Time-of-flight detectors can measure average proton energy. In some embodiments, the time-of-flight detector may include a proton scintillator and a detector with sufficient time resolution, such as a photomultiplier tube (PMT). The time at which the proton signature is detected on the PMT may indicate the proton velocity and thus the proton energy.
[0194] また、検出器1020は、電子温度及び密度を検出するように構成されたX線スペクトロメータ又はプラズマ密度を検出するように構成された干渉計など、プラズマ診断のために構成された装置を含むこともできる。光学診断は、レーザー吸収効率を計測するための反射されたレーザービームの撮像を含み得る。これらの検出器は、初期システム設計、較正及び試験時に使用され得、且つこれらは、任意選択により、最終的なシステム内に含まれ得る。 [0194] The detector 1020 is also a device configured for plasma diagnostics, such as an X-ray spectrometer configured to detect electron temperature and density or an interferometer configured to detect plasma density. Can also be included. Optical diagnostics can include imaging the reflected laser beam to measure laser absorption efficiency. These detectors may be used during initial system design, calibration and testing, and they may optionally be included in the final system.
[0195] 再度図9を参照すると、ステップ906において、イオン生成ターゲット(例えば、304)との電磁放射ビーム(例えば、316)の相互作用は、陽子を含む粒子を生成し得る。いくつかの実施形態では、イオン生成ターゲット304の表面を電磁放射ビーム316によってスキャンすることができる。例えば、電磁ビーム316は、連続的又は不連続的なラスタリング、階段状のスキャニング又は所望の任意の他のスキャニング波形により、イオン生成ターゲット304の表面上において連続的にスキャンすることができる。代わりに、電磁ビーム316は、イオン生成ターゲット304の表面上において不連続的にスキャンされ得る。電磁放射ビームのスキャンは、電磁放射ソース302とイオン生成ターゲット304との間において配置された1つ又は複数のオプティクスコンポーネント306を手動又は自動で調節することにより実現することができる。1つ又は複数のオプティクスコンポーネント306の自動的な調節は、例えば、制御システム314によって提供される1つ又は複数の信号に応答して実現することができる。制御システム314によって提供される1つ又は複数の制御信号は、演算システム500内において保存されているプログラムなどのプログラムにより既定され得るか、又は1つ又は複数の検出器などのシステム300の様々な要素から受け取られた1つ又は複数のフィードバックに応答して提供され得る。例えば、システム300内の1つ又は複数の検出器からの情報は、レーザー−ターゲット相互作用のサイトの場所の変更が望ましいことを示し得る。フィードバックのこの及び他の例について更に詳細に後述する。 [0195] Referring again to FIG. 9, in step 906, the interaction of the beam of electromagnetic radiation (eg, 316) with the ion producing target (eg, 304) may produce particles containing protons. In some embodiments, the surface of the ion producing target 304 can be scanned by the electromagnetic radiation beam 316. For example, the electromagnetic beam 316 can be continuously scanned over the surface of the ion producing target 304 by continuous or discontinuous rastering, step scanning, or any other scanning waveform desired. Alternatively, the electromagnetic beam 316 may be discontinuously scanned over the surface of the ion production target 304. Scanning the beam of electromagnetic radiation can be accomplished by manually or automatically adjusting one or more optics components 306 disposed between the source of electromagnetic radiation 302 and the ion production target 304. Automatic adjustment of the one or more optics components 306 can be accomplished, for example, in response to one or more signals provided by control system 314. The one or more control signals provided by control system 314 may be predefined by a program, such as a program stored in computing system 500, or may be different from system 300, such as one or more detectors. It may be provided in response to one or more feedbacks received from the element. For example, information from one or more detectors in system 300 may indicate that changing the site location of the laser-target interaction is desirable. This and other examples of feedback are described in more detail below.
[0196] ステップ908において、システム300は、粒子から陽子線318を形成することができ、且つ陽子線318を治療容積に導くことができる。ステップ906において生成された陽子は、当初、有用な構成又は軌跡において配設されていない場合がある。陽子は、例えば、1つ又は複数のビーム調節コンポーネント308により、陽子線として形成することができる。陽子線のプロパティは、システム300の構成に基づいて且つ使用間において変化し得る。一実施形態では、陽子エネルギーは、上述のように、約250MeVであり得、且つ例えば60〜250MeVの範囲を有し得る。陽子フラックスは、約2Gy/分であり、且つ陽子パルス持続時間は、100psec未満であり得る。また、システム300によって生成された陽子は、対称的な位相空間プロファイルを有し得、それにより加速器に基づく陽子生成システムと比較して陽子線の操向及びフィルタリングの改善が許容され、それにより陽子線供給及び治療の精度及び効率が改善される。当然のことながら、上述の範囲は、例に過ぎず、且つこれらの具体的なエネルギー及びフラックスは、構成の詳細に基づいて変化し得る。 [0196] At step 908, the system 300 can form a proton beam 318 from the particles and can direct the proton beam 318 into a treatment volume. The protons generated in step 906 may not initially be arranged in a useful configuration or trajectory. Protons can be formed as proton beams, for example by one or more beam conditioning components 308. The properties of the proton beam may change based on the configuration of system 300 and between uses. In one embodiment, the proton energy can be about 250 MeV, and can have a range of, for example, 60-250 MeV, as described above. The proton flux is about 2 Gy/min, and the proton pulse duration can be less than 100 psec. Also, the protons produced by the system 300 may have a symmetrical phase space profile, which allows for improved steering and filtering of the proton beam as compared to accelerator-based proton production systems, thereby protons. The accuracy and efficiency of line delivery and treatment is improved. Of course, the above ranges are examples only, and these specific energies and fluxes may vary based on configuration details.
[0197] 本開示によれば、陽子線の1つ又は複数のプロパティを調節するためにフィードバックを使用することができる。本開示において使用されるフィードバックは、1つ又は複数のシステム出力が、「原因と結果」のチェーンの一部分として、1つ又は複数の入力としてシステム内に戻される(即ちシステム内にフィードバックされる)制御プロトコルを意味し得る。例えば、(上述の)プロセッサは、電磁放射ビーム、陽子線及び/又はレーザー−ターゲット相互作用の態様を制御するためにフィードバック信号を生成するように構成され得る。このようなフィードバック信号は、例えば、電磁放射ビーム、陽子線及び/又はレーザー−ターゲット相互作用の1つ又は複数のプロパティに基づき得る。いくつかの実施形態では、フィードバック信号は、電磁放射ソース、1つ又は複数のオプティクスコンポーネント及び/又はイオン生成ターゲットとの関係における電磁放射ビームの位置及び向きの少なくとも1つを調節することにより、陽子線を変更することができる。フィードバックは、いくつかの例では、イオン生成ターゲットの構造を判定するために使用することができる。 [0197] According to the present disclosure, feedback can be used to adjust one or more properties of the proton beam. The feedback used in this disclosure is that one or more system outputs are returned (i.e. fed back into the system) as one or more inputs as part of a "cause and effect" chain. It can mean a control protocol. For example, the processor (described above) may be configured to generate a feedback signal to control aspects of the electromagnetic radiation beam, the proton beam and/or the laser-target interaction. Such feedback signals may be based on, for example, one or more properties of the electromagnetic radiation beam, the proton beam and/or the laser-target interaction. In some embodiments, the feedback signal adjusts at least one of the position and orientation of the electromagnetic radiation beam in relation to the electromagnetic radiation source, the one or more optics components, and/or the ion producing target to produce a proton. You can change the line. Feedback can be used, in some examples, to determine the structure of the ion producing target.
[0198] フィードバック信号は、電磁放射ビームの態様を変更するように構成され得る。例えば、プロセッサは、電磁放射ビームの時間プロファイルを変更するために電磁放射ソースを調節するように構成された1つ又は複数のフィードバック信号を生成することができる。更に、電磁放射ソースは、電磁放射ビームのメインパルス及びプレパルスを生成するように構成され得、且つプロセッサは、電磁放射ソースがフィードバック信号に応答してメインパルスに対するプレパルスのコントラスト比を変更することを生じさせるように構成され得る。 [0198] The feedback signal may be configured to modify the aspect of the electromagnetic radiation beam. For example, the processor may generate one or more feedback signals configured to adjust the electromagnetic radiation source to change the temporal profile of the electromagnetic radiation beam. Further, the electromagnetic radiation source may be configured to generate a main pulse and a prepulse of the electromagnetic radiation beam, and the processor causes the electromagnetic radiation source to change the contrast ratio of the prepulse to the main pulse in response to the feedback signal. Can be configured to cause.
[0199] 更に、プロセッサは、電磁放射ビームのエネルギー又は電磁放射ビームの空間又は時間プロファイルを変更するためにフィードバック信号を生成するように構成され得る。例えば、1つ又は複数のオプティクスコンポーネントは、フィードバック信号に応答して電磁放射ビームのスポットサイズを変更することができる。いくつかの実施形態では、モーターは、フィードバック信号に応答して電磁放射ビームとイオン生成ターゲットとの間の相対的な向きを変更することができる。また、いくつかの実施形態では、適応型ミラーは、フィードバック信号に応答して電磁放射ビームをイオン生成ターゲットに導くことができる。 [0199] Further, the processor may be configured to generate a feedback signal to modify the energy of the electromagnetic radiation beam or the spatial or temporal profile of the electromagnetic radiation beam. For example, one or more optics components can change the spot size of the electromagnetic radiation beam in response to the feedback signal. In some embodiments, the motor can change the relative orientation of the beam of electromagnetic radiation and the ion producing target in response to the feedback signal. Also, in some embodiments, the adaptive mirror can direct the beam of electromagnetic radiation to the ion producing target in response to the feedback signal.
[0200] いくつかの実施形態では、フィードバックは、陽子線318のプロパティを調節するために使用することができる。図11は、このようなフィードバックを利用するための例示のためのプロセス1100におけるプロセスフローを描いている。ステップ1102において、システム300は、レーザー−ターゲット相互作用プロパティの所望の値を判定し得るか、又はこれによってプログラミングされ得る。レーザー−ターゲット相互作用プロパティは、上述の検出器1020の任意のものによって検出されるプロパティの任意のものに基づき得る。所望の値は、例えば、陽子線318における所望の品質に関係する公称値、治療計画における所望のプロパティに基づく値、システム300の最適な動作状態に関係する公称値などに基づき得る。 [0200] In some embodiments, feedback can be used to adjust the properties of the proton beam 318. FIG. 11 depicts a process flow in an exemplary process 1100 for utilizing such feedback. At step 1102, the system 300 may determine or program a desired value for the laser-target interaction property. The laser-target interaction properties may be based on any of the properties detected by any of the detectors 1020 described above. The desired value may be based on, for example, a nominal value associated with a desired quality at the proton beam 318, a value based on a desired property in a treatment plan, a nominal value associated with optimal operating conditions of the system 300, and the like.
[0201] ステップ1104において、システム300は、検出されたレーザー−ターゲット相互作用プロパティに基づいて1つ又は複数のフィードバック信号を生成することができる。フィードバックは、制御システム314により受け取られ得、及び/又は処理され得る。例えば、制御システム314は、レーザー−ターゲット相互作用プロパティをステップ1102において確立されたレーザー−ターゲット相互作用プロパティの所望の値と比較することにより、システム300の様々なコンポーネントに対する調節を算出することができる。いくつかの実施形態では、調節及び比較は、PID(比例−積分−微分)制御ループなどのフィードバック制御アルゴリズムに従って実行することができる。1つ又は複数のフィードバック信号によって定義される1つ又は複数の関係は、線形であり得る(例えば、パルス持続時間の増大は、逆比例して陽子エネルギーに対して影響を及ぼし得る
)。フィードバック信号は、多くの場合、(例えば、スタートアップ又はアイドル期間において)ゼロに設定され得、調節が不要であることを示す初期値に設定され得るか、又は初期状態を示す既定値に設定され得る。
[0201] At step 1104, the system 300 may generate one or more feedback signals based on the detected laser-target interaction properties. Feedback may be received and/or processed by the control system 314. For example, control system 314 can calculate adjustments for various components of system 300 by comparing the laser-target interaction property to the desired value of the laser-target interaction property established in step 1102. .. In some embodiments, the adjustment and comparison can be performed according to a feedback control algorithm such as a PID (Proportional-Integral-Derivative) control loop. The one or more relationships defined by the one or more feedback signals may be linear (eg, increasing pulse duration may affect proton energy inversely).
). The feedback signal can often be set to zero (e.g., during start-up or idle periods) and can be set to an initial value that indicates no adjustment is required, or a default value that indicates an initial condition. ..
[0202] ステップ1106において、システム300は、フィードバック信号に基づいて1つ又は複数のシステムコンポーネントを調節することができる。例えば、いくつかの実施形態では、制御システム314は、フィードバック信号に基づいて電磁放射ビーム316のプロパティを調節するように構成され得る。生成されたフィードバックは、モーターが電磁放射ビーム316の経路を調節するようにすることができる。モーターは、例えば、1つ又は複数のオプティクスコンポーネント306の1つ又は複数を調節することができる。このような調節は、例えば、電磁放射ビーム316がより望ましい1つ又は複数の場所においてイオン生成ターゲット304に当たるようにし、それにより電磁放射ビーム316がイオン生成ターゲット304に当たった結果として得られる陽子線318のプロパティを変更することができる。また、このような調節は、特徴が所望のレートにおいて照射されるように、電磁放射ビームがイオン生成ターゲット304の複数の連続的な特徴に連続的に当たるようにすることもできる。加えて、1つ又は複数のオプティクスコンポーネント306は、電磁放射ビーム316をイオン生成ターゲット304の表面上においてスキャンするように構成することもできる。別の例として、イオン生成ターゲット304は、6つの自由度のいずれかにおいてイオン生成ターゲット304を移動させるためのフィードバック信号に基づいてモーターにより操作することができる。 [0202] At step 1106, the system 300 may adjust one or more system components based on the feedback signal. For example, in some embodiments the control system 314 can be configured to adjust the properties of the electromagnetic radiation beam 316 based on the feedback signal. The generated feedback may cause the motor to adjust the path of the electromagnetic radiation beam 316. The motor can regulate one or more of the one or more optics components 306, for example. Such adjustments may, for example, cause the beam of electromagnetic radiation 316 to strike the ion-producing target 304 at one or more more desirable locations, thereby resulting in the proton beam resulting from the beam of electromagnetic radiation 316 striking the ion-producing target 304. The properties of 318 can be changed. Such adjustments can also be such that the beam of electromagnetic radiation sequentially strikes a plurality of successive features of the ion producing target 304 such that the features are illuminated at a desired rate. In addition, the one or more optics components 306 can be configured to scan the beam of electromagnetic radiation 316 over the surface of the ion production target 304. As another example, the ion producing target 304 can be operated by a motor based on a feedback signal to move the ion producing target 304 in any of the six degrees of freedom.
[0203] いくつかの実施形態では、ステップ1108において、制御システム314は、電磁放射ソース302がフィードバック信号に応答して電磁放射ビーム316のエネルギー、波長又は時間若しくは空間プロファイルを変更するようにすることができる。また、制御システム314は、電磁放射ソース302がフィードバック信号に応答してメインパルスに対するプレパルスのコントラスト比を変更するようにすることもできる。電磁放射ソース302を介した電磁放射ビーム316のこのような調節は、例えば、1つ又は複数のコントローラ616を介して、1つ又は複数の発振器602、1つ又は複数のポンプソース604、オプティクス606、1つ又は複数のストレッチャ610、1つ又は複数の増幅器612並びに1つ又は複数のコンプレッサ614の1つ又は複数を調節することにより実現することができる。いくつかの実施形態では、電磁放射ソース302又は1つ若しくは複数のオプティクスコンポーネント306の任意の光学要素又は他のコンポーネントは、フィードバック信号に基づいて変更されるか、移動されるか、方向付けられるか、又は他の方法で構成され、それにより任意の数の変化を結果的にもたらすことができる。上述の例は、限定を意図したものではない。 [0203] In some embodiments, in step 1108, the control system 314 causes the electromagnetic radiation source 302 to change the energy, wavelength or temporal or spatial profile of the electromagnetic radiation beam 316 in response to the feedback signal. You can The control system 314 can also cause the electromagnetic radiation source 302 to change the contrast ratio of the pre-pulse to the main pulse in response to the feedback signal. Such adjustment of the beam of electromagnetic radiation 316 via the source of electromagnetic radiation 302 may be accomplished via, for example, one or more controllers 616, one or more oscillators 602, one or more pump sources 604, optics 606. It may be implemented by adjusting one or more of the one or more stretchers 610, the one or more amplifiers 612 and the one or more compressors 614. In some embodiments, the electromagnetic radiation source 302 or any optical element or other component of the one or more optics components 306 is modified, moved, or directed based on the feedback signal. , Or otherwise, which can result in any number of changes. The above examples are not intended to be limiting.
[0204] ステップ1108において、システム300は、図9に示されているプロセス900のステップ902及び904との関係において、例えば上述したようにイオン生成ターゲット304に当たるように電磁放射ビーム316を導くことができる。 [0204] At step 1108, the system 300 may direct the beam of electromagnetic radiation 316 to impinge the ion producing target 304, eg, as described above, in connection with steps 902 and 904 of the process 900 shown in FIG. it can.
[0205] ステップ1110において、システム300は、レーザー−ターゲット相互作用プロパティを検出することができる。検出されたレーザー−ターゲット相互作用プロパティは、検出器1020との関係において上述したプロパティ及び/又は電磁放射ビーム316、陽子線318、レーザー−ターゲット相互作用、障害状態又はシステムの任意のコンポーネントによって生成される任意の他の信号との関係において検出された任意のプロパティの任意の1つ又は複数を含み得る。 [0205] At step 1110, the system 300 can detect laser-target interaction properties. The detected laser-target interaction property is generated by the properties described above in connection with detector 1020 and/or electromagnetic radiation beam 316, proton beam 318, laser-target interaction, fault condition or any component of the system. May include any one or more of any of the properties detected in relation to any other signal.
[0206] ステップ1110において検出されたレーザー−ターゲット相互作用プロパティは、ステップ1104に戻すことができ、且つプロセス1100は、任意の回数にわたって反復することができる。例えば、プロセス1100は、標準的な固定された回数、制御システム314によって予め設定された回数、治療計画によって定義されている回数又はリアルタイムで判定された可変の回数にわたって反復し得る。 [0206] The laser-target interaction properties detected in step 1110 can be returned to step 1104, and the process 1100 can be repeated any number of times. For example, the process 1100 may be repeated a standard fixed number of times, a number preset by the control system 314, a number defined by the treatment plan, or a variable number determined in real time.
[0207] いくつかの実施形態では、特定のエネルギー及び/又はフラックスの陽子の選択が望まれ得る。例えば、陽子療法の利点との関係において上述したように、患者内の特定の深さの治療容積の治療が望まれ得る。治療の深さは、特定のエネルギーレベル又はエネルギーレベルの範囲の陽子を選択的に放出することにより規定することができる。治療容積に供給される放射の線量は、部分的に陽子線のフラックスに依存している。従って、システム300によって生成される陽子フラックス及び陽子エネルギーを調節することが望ましい場合がある。 [0207] In some embodiments, the selection of protons of a particular energy and/or flux may be desired. For example, treatment of a particular depth of treatment volume within a patient may be desired, as described above in connection with the benefits of proton therapy. The depth of treatment can be defined by the selective release of protons at a particular energy level or range of energy levels. The dose of radiation delivered to the treatment volume depends in part on the proton flux. Therefore, it may be desirable to adjust the proton flux and proton energy produced by system 300.
[0208] 本開示によれば、帯電粒子のパルス化ビームを導くシステムは、イオンソースを含み得る。本開示において使用されるイオンソースは、連続的な又はパルス化されたイオンビームを生成するように構成された任意の構造又は装置を意味し得る。パルス化イオンビームは、少なくとも1つのイオン群(例えば、イオンのクラスタ)を含むイオンの任意のグループを意味し得る。いくつかの実施形態では、イオンソースは、上述のように、少なくとも放射ビーム及びイオン生成ターゲットを含み得るが、この例は、限定を目的としたものではない。例えば、本開示に合致する帯電粒子のパルス化ビームを導くシステムは、(例えば、サイクロトロン、シンクロトロン又は他の粒子加速器を含む)任意の方法又は装置によって生成された帯電粒子の任意のビームと共に使用することができる。 [0208] According to the present disclosure, a system for directing a pulsed beam of charged particles may include an ion source. An ion source as used in this disclosure can mean any structure or device configured to produce a continuous or pulsed ion beam. A pulsed ion beam can mean any group of ions that includes at least one group of ions (eg, a cluster of ions). In some embodiments, the ion source can include at least a radiation beam and an ion-producing target, as described above, but this example is not intended to be limiting. For example, a system for directing a pulsed beam of charged particles consistent with the present disclosure may be used with any beam of charged particles produced by any method or device (including, for example, a cyclotron, synchrotron or other particle accelerator). can do.
[0209] 更に、本開示によれば、帯電粒子のパルス化ビームを導くシステムは、少なくとも1つの電磁石を含み得る。本明細書において使用される電磁石は、電磁界を生成するように制御可能な任意の装置を意味し得る。いくつかの実施形態では、少なくとも1つの電磁石は、パルス化イオンビームの軌跡に沿って直列の複数の電磁石を含み得る。 [0209] Further, according to the present disclosure, a system for directing a pulsed beam of charged particles may include at least one electromagnet. Electromagnet, as used herein, can mean any device that can be controlled to produce an electromagnetic field. In some embodiments, the at least one electromagnet may include a plurality of electromagnets in series along the trajectory of the pulsed ion beam.
[0210] 更に、本開示に合致して、帯電粒子のパルス化ビームを導くシステムは、少なくとも電磁石の近傍のゾーンを含み得る。本開示において使用される電磁石の近傍のゾーンは、電磁石によって生成された電磁界が、ゾーン内において配置されている帯電粒子の軌跡を変更する能力を有する任意の場所を意味し得る。例えば、電磁石の近傍のゾーンは、イオンビームがそれを通して横断し得るように方向付けられた任意の場所を含み得る。いくつかの実施形態では、ゾーンは、電磁石の起動によって生成された電磁界内の場所を含み得る。ゾーンのサイズは、いくつかの要因に応じて変化し得るが、いくつかの実施形態では、ゾーンは、約1インチよりも小さい寸法を有することができる。 [0210] Further consistent with the present disclosure, a system for directing a pulsed beam of charged particles may include at least a zone proximate to an electromagnet. A zone in the vicinity of an electromagnet as used in this disclosure can mean any location where the electromagnetic field produced by the electromagnet has the ability to modify the trajectory of charged particles located within the zone. For example, the zone in the vicinity of the electromagnet may include any location oriented such that the ion beam may traverse through it. In some embodiments, the zones may include locations within the electromagnetic field created by the activation of the electromagnet. The size of the zones can vary depending on several factors, but in some embodiments the zones can have dimensions less than about 1 inch.
[0211] 本開示によれば、帯電粒子のパルス化ビームを導くシステムは、少なくとも1つの自動化されたスイッチを含み得る。本開示において使用される自動化されたスイッチは、電磁石に電気的に接続されるように構成され、且つ信号によってトリガされた際に少なくとも1つの電磁石を選択的に起動又は停止するように構成された装置を意味し得る。自動化されたスイッチは、選択的に起動又は停止され得る任意のスイッチであり得る。例えば、自動化されたスイッチは、光伝導半導体スイッチ又はスパークスイッチを含み得る。いくつかの実施形態では、少なくとも1つの自動化されたスイッチは、複数の自動化されたスイッチを含み得る。個々の自動化されたスイッチは、異なる電磁石と関連付けられ得るか、又は同一の電磁石と関連付けられ得る。いくつかの実施形態では、第1の電磁石は、オリジナルの軌跡から、方向転換された軌跡にパルス化イオンビームの一部分を方向転換するように構成され得る。いくつかの実施形態は、第1電磁石と直列であり、且つ方向転換された軌跡から、オリジナルの軌跡と実質的に平行な経路にパルス化イオンビームの方向転換された一部分の少なくとも一部を再方向転換するように構成された第2電磁石を更に含み得る。 [0211] According to the present disclosure, a system for directing a pulsed beam of charged particles may include at least one automated switch. An automated switch used in the present disclosure is configured to be electrically connected to an electromagnet and to selectively activate or deactivate at least one electromagnet when triggered by a signal. It can mean a device. The automated switch can be any switch that can be selectively activated or deactivated. For example, automated switches may include photoconductive semiconductor switches or spark switches. In some embodiments, the at least one automated switch can include multiple automated switches. Individual automated switches may be associated with different electromagnets or the same electromagnet. In some embodiments, the first electromagnet can be configured to redirect a portion of the pulsed ion beam from the original trajectory to the redirected trajectory. Some embodiments reconfigure at least a portion of the redirected portion of the pulsed ion beam from the redirected trajectory in series with the first electromagnet and into a path substantially parallel to the original trajectory. A second electromagnet configured to redirect can further be included.
[0212] 本開示によれば、帯電粒子のパルス化ビームを導くシステムは、放射トリガソースを含み得る。本開示において使用される放射トリガソースは、少なくとも1つの自動化されたスイッチを起動又は停止するために、放射トリガを生成する能力を有する任意の構造を含み得る。例えば、放射トリガソースは、イオンソース、X線ソース、電子ソース及び光源(例えば、レーザー)の1つ又は複数を含み得る。いくつかの実施形態では、放射トリガソースによって生成された放射トリガは、自動化されたスイッチを起動又は停止し、且つイオン生成ターゲットを照射し、それによりパルス化イオンビームを生成するように構成され得る。 [0212] According to the present disclosure, a system for directing a pulsed beam of charged particles may include a radiation trigger source. Radiation trigger sources used in the present disclosure may include any structure capable of generating a radiation trigger to activate or deactivate at least one automated switch. For example, the radiation trigger source may include one or more of an ion source, an x-ray source, an electron source and a light source (eg, laser). In some embodiments, a radiation trigger generated by a radiation trigger source may be configured to activate or deactivate an automated switch and illuminate an ion producing target, thereby producing a pulsed ion beam. ..
[0213] 本開示によれば、少なくとも1つのプロセッサは、イオン群が電磁石の近傍のゾーンを横断するときに少なくとも1つの電磁石を起動するように構成され得る。少なくとも1つのプロセッサは、上述のプロセッサの任意のものを含むことができ、且つイオン群が一連の電磁石を横断するときに複数の自動化されたスイッチを順番に起動するように構成され得る。 [0213] According to the present disclosure, at least one processor may be configured to activate the at least one electromagnet as the group of ions traverses a zone in the vicinity of the electromagnet. The at least one processor can include any of the processors described above and can be configured to sequentially activate a plurality of automated switches as the group of ions traverses a series of electromagnets.
[0214] 本開示によれば、制御された遅延ラインを提供することができる。本開示において使用される制御された遅延ラインは、放射のビーム又は帯電粒子がそれを横断するのに所要する時間を延長するように構成された経路を意味し得る。例えば、制御された遅延ラインは、イオン群が電磁石の近傍のゾーンを横断する時点を遅延させるために使用することができる。別の例として、制御された遅延ラインは、放射ビームが自動化されたスイッチを起動する時点を遅延させるために使用することができる。いくつかの実施形態では、制御された遅延ラインは、放射ビームが電磁石の自動化されたスイッチを起動する時点をパルス化イオンビームが電磁石の近傍のゾーンを横断する時点と同期化させるように構成され得る。 [0214] According to the present disclosure, a controlled delay line can be provided. A controlled delay line as used in this disclosure may mean a beam of radiation or a path configured to extend the time required for a charged particle to traverse it. For example, a controlled delay line can be used to delay the point in time when a group of ions crosses a zone near the electromagnet. As another example, a controlled delay line can be used to delay the point in time when a radiation beam activates an automated switch. In some embodiments, the controlled delay line is configured to synchronize the time the radiation beam activates the automated switch of the electromagnet with the time the pulsed ion beam traverses a zone in the vicinity of the electromagnet. obtain.
[0215] 図12は、例えば、陽子線318内の陽子群などのイオン群における陽子エネルギープロファイルの例示のためのグラフである。図12に示されているパルス(即ち「群」)1202は、システム300及びイオン生成ターゲット304との関係において上述したように生成することができる。但し、イオン生成ターゲット304の使用は、一例に過ぎず、且つ限定を意図したものではない。他のイオンソース及びイオンのタイプを使用することもできる。 [0215] FIG. 12 is a graph for illustration of a proton energy profile in an ion group such as a proton group in the proton beam 318, for example. The pulse (or “swarm”) 1202 shown in FIG. 12 can be generated as described above in connection with the system 300 and the ion generation target 304. However, the use of the ion generation target 304 is merely an example and is not intended to be limiting. Other ion sources and ion types can also be used.
[0216] 陽子療法に関連して、患者内の特定の深さにおいて位置した治療容積を照射するために特定のエネルギーの陽子が望まれ得る。所望のエネルギーの陽子を隔離するために、システム300は、陽子線から他のエネルギーを有する陽子を除去することにより、所望のエネルギーを有する陽子を患者に供給するために陽子線318をフィルタリングすることができる。例えば、エネルギー1206〜エネルギー1208のエネルギーを有する陽子1204を供給するために、システム300は、エネルギー1206未満且つエネルギー1208超のエネルギーを有するすべての陽子を除去することにより、陽子群1202をフィルタリングすることができる。 [0216] In connection with proton therapy, specific energies of protons may be desired to irradiate a treatment volume located at a specific depth within a patient. To sequester protons of the desired energy, system 300 filters proton beam 318 to deliver protons of the desired energy to the patient by removing protons of the other energy from the proton beam. You can For example, to provide protons 1204 with energies from energy 1206 to energy 1208, system 300 filters protons 1202 by removing all protons with energies below energy 1206 and above energy 1208. You can
[0217] このようなフィルタリングは、特定の陽子線調節コンポーネント308を組み合わせることにより実現することができる。例えば、陽子線調節コンポーネント308は、特定のエネルギーを有する陽子が、他のエネルギーを有する陽子と異なる軌跡に沿って方向転換されるように陽子線318を操作することができる。これは、いくつかの方法で実現することができる。例えば、陽子線調節コンポーネント308は、エネルギー1206〜エネルギー1208のエネルギーを有する陽子を隔離するための帯域通過フィルタとして構成され得る。別の実施形態では、陽子線調節コンポーネント308は、エネルギー1206又は1208など、エネルギーカットオフ超のエネルギーを有する陽子を隔離するための高域通過フィルタとして構成され得る。別の実施形態では、陽子線調節コンポーネント308は、エネルギー1206又は1208など、エネルギーカットオフ未満のエネルギーを有する陽子を隔離するための低域通過フィルタとして構成され得る。 [0217] Such filtering can be realized by combining specific proton beam adjusting components 308. For example, the proton beam conditioning component 308 can manipulate the proton beam 318 such that protons having a particular energy are redirected along a different trajectory than protons having other energies. This can be achieved in several ways. For example, the proton beam conditioning component 308 can be configured as a bandpass filter for isolating protons having energies 1206-1208. In another embodiment, the proton beam conditioning component 308 may be configured as a high pass filter for isolating protons having energy above the energy cutoff, such as energy 1206 or 1208. In another embodiment, the proton beam conditioning component 308 may be configured as a low pass filter for isolating protons having an energy below the energy cutoff, such as energy 1206 or 1208.
[0218] 上述の実施形態は、組み合わされ得、且つ複数のフィルタが使用され得る。例えば、帯域通過フィルタを生成するために低域通過フィルタ及び高域通過フィルタを直列に組み合わせることができる。このような実施形態では、低域通過フィルタは、エネルギー1208未満のエネルギーを有する陽子を隔離するように構成され得、且つ高域通過フィルタは、エネルギー1206超のエネルギーを有する陽子を隔離するように構成され得る。これは、狭いエネルギー帯域、特にスタンドアロンの帯域通過フィルタが対応し得るものよりも狭いエネルギー帯域内の陽子を選択するのに特に有利であり得る。 [0218] The embodiments described above may be combined and multiple filters may be used. For example, a low pass filter and a high pass filter can be combined in series to produce a band pass filter. In such an embodiment, the low pass filter may be configured to isolate protons having an energy below energy 1208, and the high pass filter may isolate protons having an energy above energy 1206. Can be configured. This may be particularly advantageous for selecting protons in a narrow energy band, especially in a narrower energy band than a standalone bandpass filter may accommodate.
[0219] 陽子エネルギーのフィルタリングを実現するために、陽子線調節コンポーネント308の1つ又は複数は、スパークスイッチ又は光伝導スイッチなどの1つ又は複数の自動化されたスイッチにより、選択的に起動及び/又は制御することができる。選択的な起動は、自動化されたスイッチ及び陽子線調節コンポーネント308との間のインターフェイスを有し得るコントローラ314によって制御することができる。自動化されたスイッチは、コントローラ314によって生成される信号により起動又は停止することができる。信号は、上述のフィードバックの形態の任意のものなどのフィードバックに基づいて生成することができる。 [0219] In order to achieve proton energy filtering, one or more of the proton beam conditioning components 308 are selectively activated and/or activated by one or more automated switches, such as spark switches or photoconductive switches. Or it can be controlled. Selective activation can be controlled by a controller 314, which can have an interface between automated switches and a proton beam conditioning component 308. The automated switch can be activated or deactivated by a signal generated by the controller 314. The signal may be generated based on feedback such as any of the forms of feedback described above.
[0220] 加えて又は代わりに、いくつかの実施形態では、自動化されたスイッチは、レーザー又は別の光源などの電磁放射による起動又は停止のために構成することもできる。例えば、自動化されたスイッチは、電磁放射ビーム316の経路に沿って配設された光伝導半導体スイッチを含むことができる。代わりに、電磁放射ビーム316は、オプティクスコンポーネント306の1つ又は複数によって方向転換され得るか、又はオプティクスコンポーネント306によって複数のビームに分割され得、複数のビームの1つ又は複数は、自動化されたスイッチに送達される。このような実施形態では、自動化されたスイッチは、電磁放射ビーム316が当たると、起動又は停止することができる。従って、電磁放射ビームは、自動化されたスイッチの起動及び陽子線318を生成するためのイオン生成ターゲット304の照射の両方のために構成され得る。 [0220] In addition or in the alternative, in some embodiments, the automated switch may be configured for activation or deactivation by electromagnetic radiation, such as a laser or another light source. For example, the automated switch can include a photoconductive semiconductor switch disposed along the path of the electromagnetic radiation beam 316. Alternatively, the beam of electromagnetic radiation 316 may be redirected by one or more of the optics components 306, or split into multiple beams by the optics component 306, one or more of the multiple beams being automated. Delivered to the switch. In such an embodiment, the automated switch may be activated or deactivated when hit by the beam of electromagnetic radiation 316. Thus, the beam of electromagnetic radiation may be configured for both automated switch activation and irradiation of the ion producing target 304 to produce the proton beam 318.
[0221] 他の実施形態では、スイッチング電磁放射ソースは、電磁放射ソース302又は電磁放射ソース316と関連しないものであり得る。例えば、制御システム314は、別個のスイッチング電磁放射ソースが1つ又は複数の光伝導半導体スイッチ又はスパークスイッチを照射し、それにより1つ又は複数の陽子エネルギーフィルタの陽子線調節コンポーネント308を起動又は停止することを生じさせ得る。 [0221] In other embodiments, the switching electromagnetic radiation source may not be associated with the electromagnetic radiation source 302 or the electromagnetic radiation source 316. For example, the control system 314 may cause the separate switching electromagnetic radiation source to illuminate one or more photoconductive semiconductor switches or spark switches, thereby activating or deactivating the proton beam conditioning component 308 of the one or more proton energy filters. Can occur.
[0222] 陽子エネルギーフィルタ内における自動化されたスイッチの起動と関連するタイミングには、少なくとも部分的に、放射ビームが自動化されたスイッチを起動する時点を調節するように構成された制御された遅延ラインなどの飛行時間制御ユニットにより、影響を及ぼすことができる。例えば、制御された遅延ラインは、自動化されたスイッチのタイミングを放射ビームと同期化させるように構成され得る。加えて又は代わりに、陽子エネルギーフィルタ内における自動化されたスイッチの起動と関連するタイミングは、例えば、ユーザーコマンドに応答して、システム300からのフィードバック信号に応答して又は既定のプログラムに従って制御システム314により制御することもできる。 [0222] Timing associated with automated switch activation within the proton energy filter includes, at least in part, a controlled delay line configured to adjust when the radiation beam activates the automated switch. Can be affected by a flight time control unit such as. For example, the controlled delay line may be configured to synchronize the timing of the automated switch with the radiation beam. Additionally or alternatively, the timing associated with automated switch activation within the proton energy filter may be controlled by the control system 314, eg, in response to a user command, in response to a feedback signal from the system 300, or according to a predetermined program. Can also be controlled by.
[0223] 以上の説明は、陽子が陽子療法システム内においてフィルタリングされる用途を想定しているが、当業者は、これらのフィルタリングシステム及び方法が広い適用性を有することを理解するであろう。例えば、陽子のフィルタリングに関連して記述されているこれらの方法及びシステムは、任意の様々な他のシステム及び用途において使用される任意の様々な他の帯電粒子をフィルタリングするために使用することもできる。 [0223] While the above description contemplates applications where protons are filtered within a proton therapy system, those skilled in the art will appreciate that these filtering systems and methods have wide applicability. For example, these methods and systems described in connection with proton filtering may also be used to filter any of a variety of other charged particles used in any of a variety of other systems and applications. it can.
[0224] 図13は、上述のように陽子エネルギーの選択を実現するように構成された陽子線調節コンポーネント308の構成の一例を描いている。このような構成は、1つ又は複数の陽子線調節コンポーネント1302及び1306と、ビームダンプ1304とを含み得る。 [0224] FIG. 13 depicts an example configuration of a proton beam conditioning component 308 configured to provide selection of proton energy as described above. Such a configuration may include one or more proton beam conditioning components 1302 and 1306 and a beam dump 1304.
[0225] いくつかの実施形態では、ビーム調節コンポーネント1302及び1306は、陽子線318の軌跡に沿って直列に配設された複数の電磁石を含み得る。複数の自動化されたスイッチを1つ又は複数の異なる磁石又は磁石のグループと関連付けることができる。制御システム314は、陽子線318を操作するために、様々な組合せにおいて、このような複数のスイッチを起動するように構成され得る。例えば、制御システム314は、陽子群が複数の電磁石の磁石を横断するとき、自動化されたスイッチを順番に起動することができる。一実施形態では、ビーム調節コンポーネント1302は、オリジナルの軌跡から、方向転換された軌跡に陽子線318の一部分を方向転換するように構成され得る。ビーム調節コンポーネント1302は、方向転換された軌跡から、オリジナルの軌跡に実質的に平行な経路にパルス化陽子線の方向転換された一部分の少なくとも一部を再方向転換するように構成され得る。 [0225] In some embodiments, the beam conditioning components 1302 and 1306 can include a plurality of electromagnets arranged in series along the trajectory of the proton beam 318. Multiple automated switches can be associated with one or more different magnets or groups of magnets. The control system 314 may be configured to activate such multiple switches in various combinations to operate the proton beam 318. For example, the control system 314 can sequentially activate the automated switches as the protons traverse the magnets of the electromagnets. In one embodiment, the beam conditioning component 1302 may be configured to redirect a portion of the proton beam 318 from the original trajectory to the redirected trajectory. Beam conditioning component 1302 may be configured to redirect at least a portion of the redirected portion of the pulsed proton beam from the redirected trajectory into a path that is substantially parallel to the original trajectory.
[0226] 図13に示されているように、陽子線318は、陽子線調節コンポーネント1302の近傍のゾーンを通過し得る。ゾーンは、任意のサイズであり得るが、いくつかの実施形態では1インチ未満の寸法を有し得る。陽子線調節コンポーネント1302の近傍のゾーンは、陽子線318(例えば、連続ビーム又はパルス1202などのパルスを含むパルス化ビーム)がゾーンを横断するように構成及び/又は方向付けすることができる。陽子調節コンポーネント1302は、例えば、ダイポール、CMA、SMA又は飛行時間アナライザなどの電磁石など、陽子線調節コンポーネント308の任意のものを含み得る。陽子線が陽子線調節コンポーネント1302の近傍のゾーンを横断するとき、自動化されたスイッチは、図13Aに示されているように、所望のエネルギーを有する陽子が軌跡1310に沿ってビーム調節コンポーネント1306に向かって方向転換されるように、陽子線調節コンポーネント1302を起動することができる。陽子線318からフィルタリングによって除去されるべきエネルギーを有する陽子が陽子線調節コンポーネント1302の近傍のゾーンを横断するとき、自動化されたスイッチは、起動されなくてもよく、又は代替スイッチが起動され得、従って、陽子は、図13Bに示されているように、軌跡1308に沿ってビームダンプ1304に向かって移動し得る。所望のエネルギーを有する陽子は、ビーム調節コンポーネント1306を通過し得、これらは、ビームライン軌跡1312に沿って且つ最終的に治療容積に向かって戻るようにリダイレクトされる。 [0226] As shown in FIG. 13, the proton beam 318 may pass through a zone in the vicinity of the proton beam conditioning component 1302. The zones can be of any size, but in some embodiments can have dimensions less than 1 inch. The zone in the vicinity of the proton beam conditioning component 1302 can be configured and/or directed such that a proton beam 318 (eg, a continuous beam or a pulsed beam containing pulses such as pulse 1202) traverses the zone. The proton conditioning component 1302 may include any of the proton beam conditioning components 308, such as, for example, an electromagnet such as a dipole, CMA, SMA or time of flight analyzer. As the proton beam traverses the zone in the vicinity of the proton beam conditioning component 1302, the automated switch causes the protons with the desired energy to travel along the trajectory 1310 to the beam conditioning component 1306, as shown in FIG. 13A. The proton beam conditioning component 1302 can be activated to be redirected. When a proton having energy to be removed from the proton beam 318 traverses a zone in the vicinity of the proton beam conditioning component 1302, the automated switch may not be activated, or an alternative switch may be activated, Therefore, the protons can move toward the beam dump 1304 along the trajectory 1308, as shown in FIG. 13B. Protons with the desired energy may pass through the beam conditioning component 1306, where they are redirected along the beamline trajectory 1312 and finally back towards the treatment volume.
[0227] (図示されていない)いくつかの実施形態では、陽子エネルギーフィルタは、単一のビーム調節コンポーネントと、ビームダンプとのみを含み得る。所望のエネルギーを有する陽子を第2電磁要素に向かって方向転換する代わりに、所望のエネルギーを有する陽子は、方向転換されることなしに、陽子線調節コンポーネントの近傍のゾーンを通過するように許容することができる。陽子線からフィルタリングによって除去されるべきエネルギーを有する陽子が陽子線調節コンポーネントの近傍のゾーンを通過するとき、それらは、軌跡に沿ってビームダンプに向かって方向転換させることができる。 [0227] In some embodiments (not shown), the proton energy filter may include only a single beam conditioning component and a beam dump. Instead of redirecting the protons with the desired energy towards the second electromagnetic element, the protons with the desired energy are allowed to pass through a zone in the vicinity of the proton beam conditioning component without being redirected. can do. As the protons with the energy to be filtered out of the proton beam pass through the zone in the vicinity of the proton beam conditioning component, they can be redirected along the trajectory towards the beam dump.
[0228] いくつかの実施形態では、陽子エネルギーフィルタは、エネルギーデグレーダを含み得る。例えば、エネルギーデグレーダは、ビームダンプ1304の一部分として使用することができる。加えて、エネルギーデグレーダは、ビームダンプに向かって方向転換されない陽子のエネルギー及び/又はフラックスを低減するために使用することができる。エネルギーデグレーダを使用して陽子をフィルタリングするために、陽子は、デグレーダを通して方向転換され得、この場合、これらの陽子は、デグレーダと相互作用する。陽子の軌跡に沿ってデグレーダを透過した陽子は、その結果、低減されたエネルギーを有し、それにより陽子線のエネルギーが低下する。そ他の陽子は、エネルギーデグレーダによって吸収され得るか、又は陽子線の軌跡から方向転換され得、それによりもはや透過された陽子線の一部分を形成せず、且つそれにより透過した陽子線のフラックスが低減される。エネルギーデグレーダは、例えば、炭素、プラスチック、ベリリウム、銅若しくは鉛などの金属又は陽子線のエネルギー若しくはフラックスの低減において有効である任意の材料を含み得る。また、エネルギーデグレーダは、ウェッジ、(空気又は別の材料によって充填され得る)ギャップによって分離されたダブルウェッジ、円筒体、矩形又はビームを劣化させる能力を有する任意の他の材料若しくは構成を含む、陽子線のエネルギー又はフラックスの低減に有効な任意の形状から構成され得る。 [0228] In some embodiments, the proton energy filter may include an energy degrader. For example, the energy degrader can be used as part of the beam dump 1304. In addition, energy degraders can be used to reduce the energy and/or flux of protons that are not redirected towards the beam dump. To filter the protons using an energy degrader, the protons can be redirected through the degrader, where the protons interact with the degrader. Protons that have passed through the degrader along the proton trajectory will have a reduced energy, which results in a lower proton beam energy. The other protons may be absorbed by the energy degrader, or may be diverted from the trajectory of the proton beam, so that they no longer form part of the transmitted proton beam, and the flux of the proton beam transmitted thereby. Is reduced. The energy degrader may include, for example, carbon, plastics, metals such as beryllium, copper or lead, or any material that is effective in reducing the energy or flux of the proton beam. The energy degrader also includes wedges, double wedges separated by gaps (which may be filled with air or another material), cylinders, rectangles, or any other material or configuration having the ability to degrade the beam, It can be composed of any shape that is effective in reducing the energy or flux of the proton beam.
[0229] 当業者は、上述の陽子線のフィルタ構成は、例示を目的としたものに過ぎず、且つ本明細書において記述されている実施形態に合致して他の構成が想定されることを認識するであろう。 [0229] Those skilled in the art will appreciate that the above proton beam filter configurations are for illustrative purposes only, and that other configurations are envisioned consistent with the embodiments described herein. You will recognize.
[0230] 本開示によれば、陽子で治療容積を治療するシステムは、陽子ソースを含み得る。本開示において使用される陽子ソースは、放出可能な陽子を有するか又は陽子を放出する能力を有する任意の材料、システム又はサブシステムを意味し得る。陽子ソースは、陽子エネルギースプレッド内の複数の陽子エネルギーを有する陽子線を提供するように構成され得る。 [0230] According to the present disclosure, a system for treating a treatment volume with a proton may include a proton source. A proton source as used in this disclosure can mean any material, system or subsystem that has releasable protons or has the ability to release protons. The proton source may be configured to provide a proton beam with multiple proton energies within the proton energy spread.
[0231] 更に、本開示によれば、陽子で治療容積を治療するシステムは、3次元座標系の2つの次元において陽子線と治療容積との間の相対的な移動を制御するように構成された少なくとも1つのプロセッサを含み得る。少なくとも1つのプロセッサは、例えば、上述のプロセッサの任意のものを含み得る。いくつかの実施形態では、プロセッサは、実質的に固定された座標を他の2つの次元において維持しつつ、3次元座標系の第3の次元において治療容積の深さを調節するように陽子エネルギースプレッドを制御するように構成され得る。例えば、3次元座標系の第3の次元は、陽子線軌跡の適切な方向を意味し得、且つ他の2つの次元は、第3の次元に直交するプレーンを意味する。 [0231] Further in accordance with the present disclosure, a system for treating a therapeutic volume with a proton is configured to control relative movement between a proton beam and the therapeutic volume in two dimensions of a three-dimensional coordinate system. And at least one processor. The at least one processor may include, for example, any of the processors described above. In some embodiments, the processor causes the proton energy to adjust the depth of the treatment volume in the third dimension of the three-dimensional coordinate system while maintaining substantially fixed coordinates in the other two dimensions. It can be configured to control the spread. For example, the third dimension of the three-dimensional coordinate system may mean the proper direction of the proton trajectory, and the other two dimensions mean the plane orthogonal to the third dimension.
[0232] 3次元座標系の2つの次元における陽子線と治療容積との間の相対的な移動の制御は、多数の方法によって実現することができる。例えば、陽子線と治療容積との間の相対的な移動の制御は、ガントリを回転させることにより実現することができる。代わりに又は加えて、陽子線と治療容積との間の相対的な移動の制御は、電磁石によって陽子線を導くこと及び/又は患者支持プラットフォームを移動させることにより実現することができる。 [0232] Controlling the relative movement between the proton beam and the treatment volume in the two dimensions of the three-dimensional coordinate system can be accomplished in a number of ways. For example, control of relative movement between the proton beam and the treatment volume can be achieved by rotating the gantry. Alternatively or additionally, control of the relative movement between the proton beam and the treatment volume can be achieved by guiding the proton beam by an electromagnet and/or moving the patient support platform.
[0233] 同様に、エネルギースプレッド及び分布又は陽子の制御も様々な方法によって実現することができる。本開示によれば、エネルギースプレッドの制御は、例えば、磁気アナライザ、飛行時間制御ユニット及びエネルギーデグレーダの1つ又は複数を介して実現することができる。 [0233] Similarly, control of energy spread and distribution or protons can also be achieved by various methods. According to the present disclosure, control of energy spread may be achieved, for example, via one or more of a magnetic analyzer, a time-of-flight control unit and an energy degrader.
[0234] システム300は、他のものが実質的に固定状態において留まっている状態において、陽子線318の1つ又は複数のプロパティを変化させるように構成され得る。いくつかの実施形態では、このような変動は、プロセス1100との関係において記述したものなどのフィードバックを介して実現することができる。例えば、制御システム314は、陽子線318のエネルギーを独立して調節しつつ、陽子線318のフラックスを実質的に一定に保持し得るか、又はそのフラックスを独立して調節しつつ、陽子線318のエネルギーを実質的に一定に保持し得る。このような独立した調節は、その大きいサイズ及び低速の応答時間に起因して、加速器に基づくシステムでは実現不能であり得る。但し、本明細書において開示されるシステム及び方法は、電磁放射ビーム316及びレーザー−ターゲット相互作用のプロパティを再構成し、それにより陽子線318のエネルギー及びフラックを独立して調節するために、(上述の)フィードバックを(同様に上述の)システム300の調節可能なコンポーネントと結合することにより、独立したエネルギー及びフラックスの制御を実現することができる。従って、正確な治療を従来のシステムよりも迅速に供給することができ、それにより治療において消費される患者の時間が低減され、且つ患者のスループットが増大する。更に、より正確に且つ健康な組織に対するより少ない損傷を伴って治療を提供することができる。代わりに、本明細書において開示されるシステム及び方法は、電磁放射ビーム316及びレーザー−ターゲット相互作用のプロパティを再構成し、それにより陽子線318のエネルギー及びフラックスを同時に調節するために、(上述の)フィードバックを(同様に上述の)システム300の調節可能なコンポーネントと結合することにより、エネルギー及びフラックスの同時制御を実現することもできる。 [0234] The system 300 may be configured to change one or more properties of the proton beam 318 while others remain substantially stationary. In some embodiments, such variations may be achieved via feedback such as those described in connection with process 1100. For example, the control system 314 may keep the flux of the proton beam 318 substantially constant while independently adjusting the energy of the proton beam 318, or the proton beam 318 while adjusting its flux independently. Energy can be held substantially constant. Such independent adjustment may not be feasible in accelerator-based systems due to its large size and slow response time. However, the systems and methods disclosed herein reconfigure the properties of the electromagnetic radiation beam 316 and the laser-target interaction, thereby independently adjusting the energy and flux of the proton beam 318 ( By combining feedback (described above) with the adjustable components of system 300 (also described above), independent energy and flux control can be achieved. Accordingly, accurate therapy can be delivered more quickly than conventional systems, which reduces patient time spent in therapy and increases patient throughput. Moreover, the treatment can be provided more accurately and with less damage to healthy tissue. Instead, the systems and methods disclosed herein reconfigure the properties of the electromagnetic radiation beam 316 and the laser-target interaction, thereby simultaneously adjusting the energy and flux of the proton beam 318 (described above). By combining feedback (of the above) with adjustable components of system 300 (also described above), simultaneous control of energy and flux may also be achieved.
[0235] 一実施形態では、陽子線318のエネルギー及びフラックスは、電磁放射ビーム316の強度、イオン生成ターゲット304上の電磁放射ビームの場所、電磁放射ビーム316の時間プロファイル、放射ビーム316の空間プロファイル、1つ又は複数の陽子線調節コンポーネント308の設定及び選択肢に従って調節することができる。一例として、陽子線318のエネルギーは、電磁放射ビーム316の強度に比例し得、且つ陽子線318のフラックスは、電磁放射ビーム316のエネルギーに比例し得る。これは、以下の関係:、
及び
φp〜EL (2)
によって表現することができ、ここで、ILは、電磁放射ビーム316の強度であり、ELは、電磁放射ビーム316の強度であり、Aは、電磁放射ビーム316の空間プロファイル(例えば、スポットサイズ)を表し、Δτは、電磁放射ビーム316の時間プロファイル(例えば、パルス持続時間)を表し、Epは、陽子線318のエネルギーであり、且つφpは、陽子線318のフラックスである。従って、電磁放射ビーム316のエネルギー、空間プロファイル及び時間プロファイルの1つ又は複数を適切に調節することにより、陽子線318のフラックスが変化する状態において陽子線318のエネルギーを実質的に一定に保持することができ、且つ逆も真である。例えば、陽子フラックスを変更することなしに陽子線318の陽子エネルギーを変更するために、イオン生成ターゲット304におけるパルス持続時間及び/又はスポットサイズを変化させつつ、電磁放射ビーム316のエネルギーを約1MeVにおいて一定に保持することができる。
[0235] In one embodiment, the energy and flux of the proton beam 318 is determined by the intensity of the electromagnetic radiation beam 316, the location of the electromagnetic radiation beam on the ion production target 304, the temporal profile of the electromagnetic radiation beam 316, the spatial profile of the radiation beam 316. It can be adjusted according to the settings and options of one or more proton beam adjustment components 308. As an example, the energy of the proton beam 318 may be proportional to the intensity of the electromagnetic radiation beam 316, and the flux of the proton beam 318 may be proportional to the energy of the electromagnetic radiation beam 316. It has the following relationships:
And φ p to E L (2)
Can be expressed by, where, I L is the intensity of the electromagnetic radiation beam 316, E L is the intensity of the electromagnetic radiation beam 316, A is the spatial profile of the beam of electromagnetic radiation 316 (e.g., spot Size), Δτ represents the time profile (eg, pulse duration) of the electromagnetic radiation beam 316, E p is the energy of the proton beam 318, and φ p is the flux of the proton beam 318. Accordingly, by appropriately adjusting one or more of the energy, spatial profile and temporal profile of the beam of electromagnetic radiation 316, the energy of the proton beam 318 is kept substantially constant under varying fluxes of the proton beam 318. Yes, and vice versa. For example, to change the proton energy of the proton beam 318 without changing the proton flux, the energy of the electromagnetic radiation beam 316 at about 1 MeV while changing the pulse duration and/or spot size at the ion production target 304. It can be held constant.
[0236] 代わりに又は加えて、適宜、1つ又は複数の陽子線調節コンポーネント308を選択又は調節することにより、陽子線318のエネルギー及びフラックスを独立して変更することもできる。例えば、これは、図13との関係において上述したフィルタリングシステム及び方法の1つを使用することにより又は例えば1つ又は複数のエネルギーデグレーダを使用することにより実現することができる。 [0236] Alternatively or additionally, the energy and flux of the proton beam 318 may be independently changed by selecting or adjusting one or more proton beam adjusting components 308, as appropriate. For example, this can be achieved by using one of the filtering systems and methods described above in connection with FIG. 13 or by using one or more energy degraders, for example.
[0237] 陽子線318のフラックスを独立して調節する際、使用可能な陽子線318のエネルギーの変動は、±25%以上という大きいものであり得、この場合、陽子線318が最初に形成され、且つシステム300は、このような変動をビームラインの更に下流において約±5%以下に低減する能力を有し得る。陽子線318のエネルギーを独立して調節する際、使用可能な陽子線318のフラックスの変動は、±25%以上という大きいものであり得、この場合、陽子線318が最初に形成され、且つシステム300は、このような変動をビームラインの更に下流において約±5%以下に低減する能力を有し得る。 [0237] In independently adjusting the flux of the proton beam 318, the variation of the usable proton beam 318 energy can be as large as ±25% or more, in which case the proton beam 318 is first formed. And, the system 300 may be capable of reducing such variations to about ±5% or less further down the beamline. In independently adjusting the energy of the proton beam 318, the variation of the usable proton beam 318 flux can be as large as ±25% or more, in which case the proton beam 318 is first formed and the system The 300 may have the ability to reduce such variations to about ±5% or less further down the beamline.
[0238] 陽子線318のエネルギー及びフラックスの独立した調節の代替として、適宜、例えば1つ又は複数の陽子線調節コンポーネント308を選択又は調節することにより、陽子線318のエネルギー及びフラックスを同時に変更することができる。例えば、これは、図13との関係において上述したフィルタリングシステム及び方法の1つを使用することにより又は例えば1つ又は複数のエネルギーデグレーダを使用することにより実現することができる。 [0238] As an alternative to independent adjustment of the energy and flux of the proton beam 318, the energy and flux of the proton beam 318 may be changed simultaneously by, for example, selecting or adjusting one or more proton beam adjusting components 308 as appropriate. be able to. For example, this can be achieved by using one of the filtering systems and methods described above in connection with FIG. 13 or by using one or more energy degraders, for example.
[0239] プロセス変数が動作時に変動することから、陽子線318のエネルギー及びフラックスの独立した変化は、図11との関係において上述したフィードバック調節から大きい利益を享受する。例えば、動作時、検出されたレーザー−ターゲット相互作用プロパティがステップ1108において変化するとき、制御システム314は、ステップ1110において判定されたフィードバック信号を介して、ステップ1104においてシステム300を相応して自動的に調節することができる。 [0239] Since the process variables fluctuate during operation, independent changes in the energy and flux of the proton beam 318 benefit greatly from the feedback adjustments described above in connection with FIG. For example, in operation, when the detected laser-target interaction property changes in step 1108, the control system 314 automatically automatically adjusts the system 300 in step 1104 via the feedback signal determined in step 1110. Can be adjusted.
[0240] システム300は、治療容積のシステマチックな治療のためのプロセスにおいて、陽子線318の他のプロパティを固定状態で保持しつつ、このような陽子線318の1つ又は複数のプロパティの変動を利用するように構成され得る。図14は、このようなシステマチックな治療のためのプロセス1400の一例を描いている。ステップ1402において、制御システム314は、3次元座標系の2つの次元において治療容積に対して陽子線(例えば、ビーム318)を位置決めすることができる。例えば、第3の次元は、ガントリ(例えば、ガントリ310)を離脱するとき、陽子線の軌跡により定義することができ、且つ3次元座標系の2つの次元は、ガントリ310を離脱するとき、陽子線318の軌跡に垂直のプレーンにより定義することができる。2つの次元における陽子線318と治療容積との間の相対的な移動は、システム300の1つ又は複数のコンポーネントによって制御することができる。例えば、相対的な移動は、ガントリ310と関連する1つ又は複数のモーター及び/又は磁石及び/又は患者支持プラットフォーム312と関連する1つ又は複数のモーターの任意の組合せによって制御することができる。更に詳細には、制御システム314は、ガントリ310の回転、スキャニング磁石710の調節及び患者支持プラットフォーム312の再位置決めの1つ又は複数を制御することにより、陽子線318と治療容積との間の相対的な移動を制御するように構成され得る。 [0240] The system 300 varies one or more properties of such a proton beam 318 while keeping other properties of the proton beam 318 fixed in the process for systematic treatment of the treatment volume. Can be configured to utilize. FIG. 14 depicts an example process 1400 for such a systematic treatment. At step 1402, the control system 314 can position a proton beam (eg, beam 318) with respect to the treatment volume in two dimensions of the three-dimensional coordinate system. For example, the third dimension can be defined by the trajectory of the proton line when leaving the gantry (eg, gantry 310), and the two dimensions of the three-dimensional coordinate system are the protons when leaving the gantry 310. It can be defined by a plane perpendicular to the locus of line 318. Relative movement between the proton beam 318 and the treatment volume in the two dimensions can be controlled by one or more components of the system 300. For example, relative movement can be controlled by any combination of one or more motors and/or magnets associated with gantry 310 and/or one or more motors associated with patient support platform 312. More specifically, the control system 314 controls one or more of rotation of the gantry 310, adjustment of the scanning magnet 710, and repositioning of the patient support platform 312 to provide relative movement between the proton beam 318 and the treatment volume. Can be configured to control physical movement.
[0241] ステップ1404において、制御システム(例えば、システム314)は、3次元座標系の第3の次元において陽子線と治療容積との間の相対的な移動を制御するように構成され得る。制御システム314は、実質的に固定された座標を他の2つの次元において維持しつつ、第3の次元においてこのような相対的な移動を制御するように構成され得る。例えば、制御システム314は、他の2つの次元における陽子線318の位置を固定状態で残しつつ、治療の深さを調節するように陽子エネルギーを制御することができる。ステップ1404における陽子エネルギーの制御は、(上述の特定の構造の参照を伴って又は伴うことなしに)上述の技法の1つ又は複数を介して実現することができる。例えば、電磁放射ビーム316のエネルギー、時間プロファイル及び空間プロファイルの少なくとも1つが上述の式1に従って調節され得、図12及び図13における陽子エネルギーの選択が使用され得、及び/又は磁気アナライザ、飛行時間制御ユニット及びエネルギーデグレーダの1つ又は複数が使用され得る。 [0241] At step 1404, a control system (eg, system 314) may be configured to control relative movement between the proton beam and the treatment volume in a third dimension of the three-dimensional coordinate system. Control system 314 can be configured to control such relative movement in the third dimension while maintaining substantially fixed coordinates in the other two dimensions. For example, the control system 314 can control the proton energy to adjust the treatment depth while leaving the position of the proton beam 318 in the other two dimensions fixed. Control of the proton energy in step 1404 can be accomplished via one or more of the techniques described above (with or without reference to the particular structure described above). For example, at least one of the energy, time profile and space profile of the electromagnetic radiation beam 316 may be adjusted according to Equation 1 above, the proton energy selection in FIGS. 12 and 13 may be used, and/or a magnetic analyzer, time of flight. One or more of the control unit and the energy degrader may be used.
[0242] ステップ1404の一例が図15A、図15B及び図15Cにおいて示されており、これらの図は、治療容積1506に治療を提供するために患者1504の皮膚1502を貫通する陽子線318を描いている。図15A、図15B及び図15Cは、開示される実施形態に合致する一連の治療の場所を表し得る。システム300は、図15Bにおいて示されているように、且つ陽子線318のエネルギーを低減することによりエリア1510を治療し、且つ次いで陽子線318のエネルギーを更に低減することにより、図15Cにおいて示されているエリア1512を治療する前に、第3次元においてより大きい距離である(即ち患者1504の皮膚1502から離れた)、図15Aにおいて示されているエリア1508を治療するように構成され得る。代わりに、図15Cのエリア1512を治療し、次いで陽子線318のエネルギーを増大して図15Bのエリア1510を治療し、次いで陽子線318のエネルギーを更に増大して図15Aのエリア1508を治療することにより、順序を逆転させることもできる。 [0242] An example of step 1404 is shown in FIGS. 15A, 15B and 15C, which depict a proton beam 318 penetrating the skin 1502 of a patient 1504 to provide treatment to a treatment volume 1506. ing. 15A, 15B and 15C may represent a series of treatment locations consistent with the disclosed embodiments. The system 300 is shown in FIG. 15C, as shown in FIG. 15B, and by treating the area 1510 by reducing the energy of the proton beam 318, and then further reducing the energy of the proton beam 318. 15A may be configured to treat area 1508 shown in FIG. 15A, which is a greater distance in the third dimension (ie, away from skin 1502 of patient 1504) prior to treating area 1512. Alternatively, area 1512 of FIG. 15C is treated, then the energy of proton beam 318 is increased to treat area 1510 of FIG. 15B, and then the energy of proton beam 318 is further increased to treat area 1508 of FIG. 15A. By doing so, the order can be reversed.
[0243] ステップ1404では、図15A、図15B及び図15Cにおいて示されているエリア1508、1510及び1512前、その後又はその間において治療の更なる場所を含むことができる。また、制御システム314は、特定の順序の効果を考慮するために治療を最適化するように構成することもできる。例えば、エリア1508を治療するように意図された(即ち図15Aに示されている)治療容積1506を通過する陽子は、1508に到達する前に、エリア1510及び1512に対する何らかの付随した治療を提供し得る。制御システム314は、患者の治療計画における線量を相応して調節することより、エリア1510及び1512に投与される付随した線量を考慮することができる。例えば、制御システム314は、エリア1508などの他のエリアを直接的に治療しつつ、エリア1510及び1512に供給されることになる付随した線量のすべてを積算し、且つエリア1510及び1512の治療に適するように直接的な線量からその付随した線量を減算するように構成され得る。この結果、より正確な治療を実現することができる。 [0243] Step 1404 may include additional locations for treatment before, after, or in between areas 1508, 1510 and 1512 shown in Figures 15A, 15B and 15C. The control system 314 can also be configured to optimize treatment to consider the effects of a particular sequence. For example, protons passing through a treatment volume 1506 intended to treat area 1508 (ie, shown in FIG. 15A) will provide some associated treatment to areas 1510 and 1512 before reaching 1508. obtain. The control system 314 can take into account the associated doses delivered to areas 1510 and 1512 by adjusting the doses in the patient's treatment plan accordingly. For example, the control system 314 integrates all of the associated doses that would be delivered to areas 1510 and 1512 while directly treating other areas, such as area 1508, and the treatment of areas 1510 and 1512. It may be adapted to subtract its associated dose from the direct dose as appropriate. As a result, more accurate treatment can be realized.
[0244] ステップ1406において、制御システム(例えば、制御システム314)は、別の位置が治療を必要としているかどうか、又は治療が完了したかどうかを判定することができる。治療が完了している場合(ステップ1006:はい)、プロセス1400は、終了することができる。治療が完了していない場合(ステップ1006:いいえ)、プロセス1000は、ステップ1002に戻り得、それにより、図15Dに示されているように、2つの次元に対して陽子線318が再位置決めされ、且つ陽子線318のエネルギーを変化させることにより、第3の次元における深さのスキャンのプロセスが反復される。 [0244] At step 1406, the control system (eg, control system 314) may determine if another location is in need of treatment, or if treatment is complete. If the treatment is complete (step 1006: yes), the process 1400 can end. If the treatment is not complete (step 1006: NO), the process 1000 may return to step 1002, which repositions the proton beam 318 for the two dimensions, as shown in FIG. 15D. , And by changing the energy of the proton beam 318, the process of depth scanning in the third dimension is repeated.
[0245] 本明細書では、例示のための実施形態について記述されているが、その範囲は、本開示に基づいて当業者が理解するように、均等な要素、変更形態、省略形態、(例えば、様々な実施形態にわたる態様の)組合せ、適合形態及び/又は改変形態を有する任意の且つすべての実施形態を含む。例えば、例示のためのシステムにおいて示されているコンポーネントの数及び向きを変更することができる。更に、添付図面において示されている例示のための方法との関係において、ステップの順序及び順番を変更することができ、且つステップを追加又は削除することができる。 [0245] While described herein with reference to exemplary embodiments, the scope is to be understood by equivalent elements, modifications, omissions, (eg, as those skilled in the art based on this disclosure). , Any and all embodiments having combinations, adaptations and/or modifications (of aspects across various embodiments). For example, the number and orientation of the components shown in the exemplary system can be changed. Moreover, the order and order of steps may be changed, and steps may be added or deleted, in the context of the exemplary method illustrated in the accompanying drawings.
[0246] 本発明の態様は、陽子線を生成するシステムを含み得、システムは、イオン生成ターゲットを支持するように構成された相互作用チャンバと、電磁放射ビームを提供するように構成された電磁放射ソースと、電磁放射ビームをイオン生成ターゲットに導いて、それにより結果的に得られる陽子線を生じさせるように構成された1つ又は複数のオプティクスコンポーネントと、少なくとも1つのレーザー−ターゲット相互作用プロパティを計測するように構成された検出器と、検出器によって計測された少なくとも1つのレーザー−ターゲット相互作用プロパティに基づいてフィードバック信号を生成し、且つ電磁放射ソース、1つ又は複数のオプティクスコンポーネント並びにイオン生成ターゲットに対する電磁放射ビームの相対的な位置及び向きの少なくとも1つの少なくとも1つを調節することにより、陽子線を変更するように構成されたプロセッサとを含む。 [0246] Aspects of the invention may include a system for producing a proton beam, the system comprising an interaction chamber configured to support an ion producing target, and an electromagnetic chamber configured to provide a beam of electromagnetic radiation. A radiation source, one or more optics components configured to direct a beam of electromagnetic radiation to an ion-generating target, thereby producing a resulting proton beam, and at least one laser-target interaction property. A feedback signal based on at least one laser-target interaction property measured by the detector and an electromagnetic radiation source, one or more optics components and ions. A processor configured to modify the proton beam by adjusting at least one of at least one of a position and an orientation of the electromagnetic radiation beam relative to the production target.
[0247] レーザー−ターゲット相互作用プロパティは、例えば、陽子線エネルギーや陽子線フラックスなどの陽子線プロパティを含むことができ、且つこのプロパティは、二次電子放出プロパティを含むこともできる。別の例として、レーザー−ターゲット相互作用プロパティは、X線放出プロパティを含むことができる。 [0247] The laser-target interaction properties can include proton beam properties such as proton beam energy and proton beam flux, and the properties can also include secondary electron emission properties. As another example, the laser-target interaction properties can include x-ray emission properties.
[0248] 電磁放射ソースは、パルス化電磁放射ビームを提供し、且つそれによりパルス化陽子線を生成するように構成され得る。 [0248] The electromagnetic radiation source may be configured to provide a pulsed electromagnetic radiation beam and thereby generate a pulsed proton beam.
[0249] 相互作用チャンバは、イオン生成ターゲットを支持するためのターゲットステージを含むことができ、且つプロセッサは、ターゲットステージと電磁放射ビームとの間の相対的な移動を生じさせるように更に構成され得る。 [0249] The interaction chamber may include a target stage for supporting the ion producing target, and the processor is further configured to cause relative movement between the target stage and the electromagnetic radiation beam. obtain.
[0250] イオン生成ターゲットの構造は、少なくとも部分的に、計測されたレーザー−ターゲット相互作用プロパティから生成される、生成されたフィードバック信号に基づいて判定され得る。 [0250] The structure of the ion-generating target can be determined based, at least in part, on the generated feedback signal generated from the measured laser-target interaction properties.
[0251] 電磁放射ソースは、フィードバック信号に応答して電磁放射ビームの時間プロファイルを変更するように構成され得、及び/又はメインパルス及びプレパルスを生成するようにも構成され得る。少なくとも1つのプロセッサは、電磁放射ソースがフィードバック信号に応答してメインパルスに対するプレパルスのコントラスト比を変更することを生じさせるように構成され得る。 [0251] The electromagnetic radiation source may be configured to change the time profile of the electromagnetic radiation beam in response to the feedback signal, and/or may also be configured to generate a main pulse and a prepulse. The at least one processor may be configured to cause the electromagnetic radiation source to change the contrast ratio of the pre-pulse to the main pulse in response to the feedback signal.
[0252] フィードバック信号に応答して、少なくとも1つのプロセッサは、電磁放射ソースが電磁放射ビームの1つ又は複数のもののエネルギー又は電磁放射ビームのスポットサイズを変更することを生じさせるように構成され得る。 [0252] In response to the feedback signal, at least one processor may be configured to cause the electromagnetic radiation source to alter the energy of one or more of the electromagnetic radiation beam or the spot size of the electromagnetic radiation beam. ..
[0253] 少なくとも1つのプロセッサは、1つ又は複数のオプティクスコンポーネントがフィードバック信号に応答して電磁放射ビームのスポットサイズを変更し、及び/又はモーターがフィードバック信号に応答して電磁放射ビームとイオン生成ターゲットとの間の相対的な向きを変更することを生じさせるように構成され得る。 [0253] At least one processor includes one or more optics components for changing a spot size of the electromagnetic radiation beam in response to the feedback signal, and/or a motor for generating the electromagnetic radiation beam and the ion generation in response to the feedback signal. It may be configured to cause a change in relative orientation with the target.
[0254] また、本発明の態様は、陽子線を生成するシステムを含み得、システムは、イオン生成ターゲットを支持するように構成された相互作用チャンバと、電磁放射ビームを提供するように構成された電磁放射ソースと、電磁放射ビームを相互作用チャンバ内のイオン生成ターゲットに導いて、それにより陽子線を生成するように構成された適応型ミラーと、電磁放射ビームのスポットサイズ並びに電磁放射ビームとイオン生成ターゲットとの間の相対的な位置及び向きの少なくとも1つの少なくとも1つを調節するように適応型ミラーを制御するように構成された少なくとも1つのプロセッサとを含む。 [0254] Aspects of the invention may also include a system for producing a proton beam, the system configured to provide an interaction chamber configured to support an ion producing target, and a beam of electromagnetic radiation. A source of electromagnetic radiation and an adaptive mirror configured to direct the beam of electromagnetic radiation to an ion-producing target in the interaction chamber, thereby producing a proton beam, the spot size of the beam of electromagnetic radiation and the beam of electromagnetic radiation. And at least one processor configured to control the adaptive mirror to adjust at least one of at least one of a relative position and orientation with respect to the ion producing target.
[0255] 適応型ミラーは、電磁放射ビームの焦点を調節すること、電磁放射ビームを方向転換すること及び電磁放射ビームをスキャンすることの少なくとも1つにより、電磁放射ビームを導くように構成され得る。また、適応型ミラーは、イオン生成ターゲットにわたって電磁放射ビームをラスタ走査するようにも構成され得る。適応型ミラーは、複数の面を含み得、複数の面のそれぞれは、デジタル論理回路によって独立して制御可能である。適応型ミラーは、反射防止被覆された基材上に合焦されたレーザーパルスを含み得、レーザーパルス及び反射防止被覆された基材の一方又は両方は、デジタル論理回路によって制御可能である。 [0255] The adaptive mirror may be configured to direct the beam of electromagnetic radiation by at least one of adjusting the focus of the beam of electromagnetic radiation, redirecting the beam of electromagnetic radiation, and scanning the beam of electromagnetic radiation. .. The adaptive mirror may also be configured to raster scan a beam of electromagnetic radiation across an ion producing target. The adaptive mirror may include multiple surfaces, each of the multiple surfaces being independently controllable by digital logic circuitry. The adaptive mirror may include a laser pulse focused on the antireflection coated substrate, one or both of the laser pulse and the antireflection coated substrate being controllable by digital logic circuitry.
[0256] 少なくとも1つのプロセッサは、適応型ミラーがフィードバック信号に応答して電磁放射ビームをイオン生成ターゲットに導き、及び/又は適応型ミラーが電磁放射ビームをイオン生成ターゲットの表面上の既定の場所に導くことを生じさせるように構成され得る。イオン生成ターゲットの表面は、パターン化されたアレイ及び/又は実質的に共通軸に沿って方向付けられた複数のイオン生成構造を含み得る。代わりに又は加えて、イオン生成ターゲットの表面は、1つ又は複数のナイフエッジを含み得る。 [0256] At least one processor may be configured such that the adaptive mirror directs the beam of electromagnetic radiation to the ion producing target in response to the feedback signal, and/or the adaptive mirror directs the beam of electromagnetic radiation to a predetermined location on the surface of the ion producing target. Can be configured to cause leading to. The surface of the ion producing target may include a patterned array and/or a plurality of ion producing structures oriented substantially along a common axis. Alternatively or in addition, the surface of the ion producing target may include one or more knife edges.
[0257] 本発明の態様は、陽子線を生成するシステムを含み得、システムは、イオン生成ターゲットを支持するように構成された相互作用チャンバと、電磁放射ビームを提供するように構成された電磁放射ソースと、電磁放射ビームをイオン生成ターゲットに導いて、それにより結果的に得られる陽子線を生じさせるように構成された1つ又は複数のオプティクスコンポーネントと、少なくとも1つのレーザー−ターゲット相互作用プロパティを計測するように構成された検出器と、検出器によって計測された少なくとも1つのレーザーターゲット相互作用プロパティに基づいてフィードバック信号を生成し、且つ電磁放射ソース、1つ又は複数のオプティクスコンポーネント並びにイオン生成ターゲットに対する電磁放射ビームの相対的な位置及び向きの少なくとも1つの少なくとも1つを調節することにより、陽子線を変更するように構成された1つ又は複数のプロセッサとを含む。 [0257] Aspects of the invention may include a system for producing a proton beam, the system comprising an interaction chamber configured to support an ion producing target, and an electromagnetic chamber configured to provide a beam of electromagnetic radiation. A radiation source, one or more optics components configured to direct a beam of electromagnetic radiation to an ion-generating target, thereby producing a resulting proton beam, and at least one laser-target interaction property. A feedback signal based on at least one laser target interaction property measured by the detector and an electromagnetic radiation source, one or more optics components, and ion generation One or more processors configured to modify the proton beam by adjusting at least one of at least one of a position and an orientation of the electromagnetic radiation beam relative to the target.
[0258] レーザー−ターゲット相互作用プロパティは、二次電子放出プロパティを含み得る、例えば陽子線エネルギー及び/又は陽子線フラックスなどの陽子線プロパティを含むことができる。別の例として、レーザー−ターゲット相互用プロパティは、X線放出プロパティを含み得る。 [0258] Laser-target interaction properties may include proton beam properties, which may include secondary electron emission properties, such as proton beam energy and/or proton beam flux. As another example, the laser-target interaction properties may include x-ray emission properties.
[0259] 電磁放射ソースは、パルス化電磁放射ビームを提供し、且つそれによりパルス化陽子線を生成するように構成され得る。 [0259] The electromagnetic radiation source may be configured to provide a pulsed electromagnetic radiation beam and thereby produce a pulsed proton beam.
[0260] 相互作用チャンバは、イオン生成ターゲットを支持するためのターゲットステージを含むことができ、且つ1つ又は複数のプロセッサは、ターゲットステージと電磁放射ビームとの間の相対的な移動を生じさせるように更に構成され得る。 [0260] The interaction chamber may include a target stage for supporting the ion-producing target, and one or more processors cause relative movement between the target stage and the electromagnetic radiation beam. Can be further configured as follows.
[0261] イオン生成ターゲットの構造は、少なくとも部分的に、計測されたレーザー−ターゲット相互作用プロパティから生成される、生成されたフィードバック信号に基づいて判定され得る。 [0261] The structure of the ion-generating target can be determined, at least in part, based on the generated feedback signal generated from the measured laser-target interaction properties.
[0262] レーザー−ターゲット相互作用プロパティは、陽子線エネルギー及び/又は陽子線フラックスを含み得る。 [0262] The laser-target interaction properties may include proton energy and/or flux.
[0263] フィードバック信号に応答して、少なくとも1つのプロセッサは、電磁放射ソースが電磁放射ビームのエネルギー、電磁放射ビームの時間プロファイル及び/又は電磁放射ビームの空間プロファイル(例えば、電磁放射ビームのスポットサイズ)を変更することを生じさせるように構成され得る。 [0263] Responsive to the feedback signal, the at least one processor determines that the electromagnetic radiation source is the energy of the electromagnetic radiation beam, the time profile of the electromagnetic radiation beam and/or the spatial profile of the electromagnetic radiation beam (eg, spot size of the electromagnetic radiation beam ) Can be caused to occur.
[0264] フィードバック信号に応答して、少なくとも1つのプロセッサは、1つ又は複数のオプティクスコンポーネントが電磁放射ビームのエネルギー、電磁放射ビームの時間プロファイル及び/又は電磁放射ビームの空間プロファイル(例えば、電磁放射ビームのスポットサイズ)を変更することを生じさせるように構成され得る。 [0264] In response to the feedback signal, at least one processor is configured such that the one or more optics components have energy of the electromagnetic radiation beam, temporal profile of the electromagnetic radiation beam and/or spatial profile of the electromagnetic radiation beam (eg, electromagnetic radiation Beam spot size).
[0265] 電磁放射ソースは、フィードバック信号に応答して電磁放射ビームの時間プロファイルを変更するように構成され得、及び/又は少なくともメインパルス及びプレパルスを生成するようにも構成され得る。少なくとも1つのプロセッサは、電磁放射ソースがフィードバック信号に応答してメインパルスに対するプレパルスのコントラスト比を変更することを生じさせるように構成され得る。 [0265] The electromagnetic radiation source may be configured to modify the time profile of the electromagnetic radiation beam in response to the feedback signal, and/or may also be configured to generate at least a main pulse and a prepulse. The at least one processor may be configured to cause the electromagnetic radiation source to change the contrast ratio of the pre-pulse to the main pulse in response to the feedback signal.
[0266] 少なくとも1つのプロセッサは、モーターがフィードバック信号に応答して電磁放射ビームとイオン生成ターゲットとの間の相対的な向きを変更することを生じさせるように構成され得る。 [0266] The at least one processor may be configured to cause the motor to change relative orientation between the beam of electromagnetic radiation and the ion producing target in response to the feedback signal.
[0267] また、本発明の態様は、陽子線を生成するシステムを含み得、システムは、イオン生成ターゲットを支持するように構成された相互作用チャンバと、電磁放射ビームを提供するように構成された電磁放射ソースと、電磁放射ビームを相互作用チャンバ内のイオン生成ターゲットに導いて、それにより陽子線を生成するように構成された適応型ミラーと、電磁放射ビームの空間プロファイル及び電磁放射ビームとイオン生成ターゲットとの間の相対的な位置及び向きの少なくとも1つの少なくとも1つを調節するように適応型ミラーを制御するように構成された少なくとも1つのプロセッサとを含む。 [0267] Aspects of the invention may also include a system for producing a proton beam, the system configured to provide an interaction chamber configured to support an ion producing target, and an electromagnetic radiation beam. A source of electromagnetic radiation, an adaptive mirror configured to direct the beam of electromagnetic radiation to an ion-producing target in the interaction chamber, thereby producing a proton beam, and a spatial profile of the beam of electromagnetic radiation and the beam of electromagnetic radiation. And at least one processor configured to control the adaptive mirror to adjust at least one of at least one of a relative position and orientation with respect to the ion producing target.
[0268] 適応型ミラーは、電磁放射ビームの焦点を調節すること、電磁放射ビームを方向転換すること及び電磁放射ビームをスキャンすることの少なくとも1つにより、電磁放射ビームを導くように構成され得る。また、適応型ミラーは、イオン生成ターゲットにわたって電磁放射ビームをラスタ走査するように構成され得る。適応型ミラーは、複数の面を含み得、複数の面のそれぞれは、デジタル論理回路によって独立して制御可能である。適応型ミラーは、反射防止被覆された基材上に合焦されたレーザーパルスを含み得、レーザーパルス及び反射防止被覆された基材の一方又は両方は、デジタル論理回路によって制御可能である。 [0268] The adaptive mirror may be configured to direct the beam of electromagnetic radiation by at least one of adjusting the focus of the beam of electromagnetic radiation, redirecting the beam of electromagnetic radiation, and scanning the beam of electromagnetic radiation. .. The adaptive mirror may also be configured to raster scan the electromagnetic radiation beam across the ion producing target. The adaptive mirror may include multiple surfaces, each of the multiple surfaces being independently controllable by digital logic circuitry. The adaptive mirror may include a laser pulse focused on the antireflection coated substrate, one or both of the laser pulse and the antireflection coated substrate being controllable by digital logic circuitry.
[0269] 少なくとも1つのプロセッサは、適応型ミラーがフィードバック信号に応答して電磁放射ビームをイオン生成ターゲットに導き、及び/又は適応型ミラーが電磁放射ビームをイオン生成ターゲットの表面上の既定の場所に導くことを生じさせるように構成され得る。イオン生成ターゲットの表面は、パターン化されたアレイ及び/又は実質的に共通軸に沿って方向付けられた複数のイオン生成構造を含み得る。代わりに又は加えて、イオン生成ターゲットの表面は、1つ又は複数のナイフエッジを含み得る。 [0269] At least one processor includes an adaptive mirror directing a beam of electromagnetic radiation to an ion producing target in response to a feedback signal and/or the adaptive mirror directing the beam of electromagnetic radiation to a predetermined location on the surface of the ion producing target. Can be configured to cause leading to. The surface of the ion producing target may include a patterned array and/or a plurality of ion producing structures oriented substantially along a common axis. Alternatively or in addition, the surface of the ion producing target may include one or more knife edges.
[0270] 本発明の態様は、陽子線を生成するシステムを含み得、システムは、ターゲット場所においてイオン生成ターゲットを支持するように構成されたイオン生成チャンバと、軌跡に沿って電磁放射ビームを提供するように構成された電磁放射ソースであって、電磁放射ビームは、エネルギー、偏光、空間プロファイル及び時間プロファイルを有する、電磁放射ソースと、電磁放射ソースとイオン生成ターゲットの表面との間において電磁放射ビームの軌跡に沿って位置決めされた1つ又は複数のオプティクスコンポーネントであって、電磁放射ビームがイオン生成ターゲットを照射し、それによりエネルギー及びフラックスを有する陽子線の形成を促進することを生じさせるために電磁放射ビームと協働するように構成されている1つ又は複数のオプティクスコンポーネントと、陽子線のエネルギーを実質的に一定に保持している間の陽子線のフラックス及び陽子線のフラックスを実質的に一定に保持している間の陽子線のエネルギーの少なくとも1つを調節するために、電磁放射ソース及び1つ又は複数のオプティクスコンポーネントの少なくとも1つを制御して、それにより電磁放射ビームのエネルギー、電磁放射ビームの偏光、電磁放射ビームの空間プロファイル及び電磁放射ビームの時間プロファイルを変更するように構成された少なくとも1つのプロセッサとを含む。 [0270] Aspects of the invention may include a system for producing a proton beam, the system providing an ion production chamber configured to support an ion production target at a target location and a beam of electromagnetic radiation along a trajectory. A source of electromagnetic radiation having an energy, polarization, spatial profile and temporal profile, the electromagnetic radiation source and the electromagnetic radiation between the electromagnetic radiation source and the surface of the ion production target. One or more optics components positioned along a beam trajectory for causing a beam of electromagnetic radiation to illuminate an ion-producing target, thereby promoting the formation of proton beams with energy and flux. One or more optics components configured to co-operate with a beam of electromagnetic radiation, the flux of the proton beam and the flux of the proton beam being substantially constant while keeping the energy of the proton beam substantially constant. Control of at least one of the electromagnetic radiation source and the one or more optics components to adjust at least one of the energy of the proton beam while being kept substantially constant, whereby the electromagnetic radiation beam At least one processor configured to modify energy, polarization of the beam of electromagnetic radiation, spatial profile of the beam of electromagnetic radiation, and temporal profile of the beam of electromagnetic radiation.
[0271] 更に、本発明の態様は、陽子線を生成するシステムを含み得、システムは、ターゲット場所においてイオン生成ターゲットを支持するように構成された相互作用チャンバと、軌跡に沿って電磁放射ビームを提供するように構成された電磁放射ソースであって、電磁放射ビームは、エネルギー、偏光、空間プロファイル及び時間プロファイルを有する、電磁放射ソースと、電磁放射ソースとイオン生成ターゲットの表面との間において電磁放射ビームの軌跡に沿って位置決めされた1つ又は複数のオプティクスコンポーネントであって、電磁放射ビームがイオン生成ターゲットを照射し、それによりエネルギー及びフラックスを有する陽子線の形成を促進することを生じさせるために電磁放射ビームと協働するように構成されている1つ又は複数のオプティクスコンポーネントと、陽子線のエネルギーを変更している間の陽子線のフラックス並びに陽子線のフラックスを変更している間の陽子線のエネルギーの少なくとも1つを調節するために、電磁放射ソース及び1つ又は複数のオプティクスコンポーネントの少なくとも1つを制御して、それにより電磁放射ビームのエネルギー、電磁放射ビームの偏光、電磁放射ビームの空間プロファイル及び電磁放射ビームの時間プロファイルの少なくとも1つを変更するように構成された少なくとも1つのプロセッサとを含む。 [0271] Further, aspects of the invention may include a system for producing a proton beam, the system comprising an interaction chamber configured to support an ion producing target at a target location, and a beam of electromagnetic radiation along a trajectory. An electromagnetic radiation source configured to provide an electromagnetic radiation source having an energy, polarization, spatial profile and temporal profile between the electromagnetic radiation source and the surface of the electromagnetic radiation source and the ion production target. One or more optics components positioned along a trajectory of an electromagnetic radiation beam that causes the electromagnetic radiation beam to illuminate an ion-producing target, thereby promoting the formation of a proton beam having energy and flux. One or more optics components configured to cooperate with the beam of electromagnetic radiation to cause the flux of the proton beam as well as the flux of the proton beam to change the energy of the proton beam. Controlling the electromagnetic radiation source and at least one of the one or more optics components to adjust at least one of the energy of the proton beam between, thereby causing the energy of the electromagnetic radiation beam, the polarization of the electromagnetic radiation beam, At least one processor configured to modify at least one of a spatial profile of the electromagnetic radiation beam and a temporal profile of the electromagnetic radiation beam.
[0272] 少なくとも1つのプロセッサは、電磁放射ビームのスポットサイズを変更することにより、電磁放射ビームの空間プロファイルを変更するように構成され得る。 [0272] At least one processor may be configured to modify the spatial profile of the electromagnetic radiation beam by modifying the spot size of the electromagnetic radiation beam.
[0273] 少なくとも1つのプロセッサは、電磁放射ビームのチャープを変更することにより、電磁放射ビームの時間プロファイルを変更するように構成され得る。 [0273] At least one processor may be configured to modify the time profile of the electromagnetic radiation beam by modifying the chirp of the electromagnetic radiation beam.
[0274] 少なくとも1つのプロセッサは、1つ又は複数のポンプソースのタイミングを変更することにより、電磁放射ビームの時間プロファイルを変更するように構成され得る。 [0274] The at least one processor may be configured to change the time profile of the electromagnetic radiation beam by changing the timing of one or more pump sources.
[0275] 電磁放射ビームは、偏光されていなくてもよい。 [0275] The beam of electromagnetic radiation may be unpolarized.
[0276] 電子放射ソースは、パルス化電磁放射ビームを提供し、且つそれによりパルス化陽子線を生成するように構成され得る。 [0276] The electron radiation source may be configured to provide a pulsed electromagnetic radiation beam and thereby generate a pulsed proton beam.
[0277] 少なくとも1つのプロセッサは、電磁放射ソースが電磁放射ビームのエネルギー及び電磁放射ビームの時間プロファイルを変更することを生じさせるように構成され得る。また、少なくとも1つのプロセッサは、電磁放射ソースが電磁放射ビームのエネルギー及び電磁放射ビームの空間プロファイルを変更することを生じさせるように構成され得る。また、少なくとも1つのプロセッサは、電磁放射ソースが電磁放射ビームのエネルギーを変更し、且つ1つ又は複数のオプティクスコンポーネントが電磁放射ビームの空間プロファイルを変更することを生じさせるように構成され得る。また、少なくとも1つのプロセッサは、1つ又は複数のオプティクスコンポーネントが電磁放射ビームのエネルギー及び電磁放射ビームの空間プロファイルを変更することを生じさせるように構成され得る。 [0277] The at least one processor may be configured to cause the electromagnetic radiation source to modify the energy of the electromagnetic radiation beam and the time profile of the electromagnetic radiation beam. Also, at least one processor may be configured to cause the electromagnetic radiation source to modify the energy of the electromagnetic radiation beam and the spatial profile of the electromagnetic radiation beam. Also, at least one processor may be configured to cause the electromagnetic radiation source to alter the energy of the electromagnetic radiation beam and cause the one or more optics components to alter the spatial profile of the electromagnetic radiation beam. Also, at least one processor may be configured to cause one or more optics components to alter the energy of the electromagnetic radiation beam and the spatial profile of the electromagnetic radiation beam.
[0278] 本発明の態様は、陽子線を生成するシステムを含み得、システムは、複数のパターン化された特徴が提供されたイオン生成ターゲットを支持するように構成された相互作用チャンバと、複数のパターン化された特徴を照射するための電磁放射ビームを提供するように構成された電磁放射ソースと、電磁放射ビームが複数のパターン化された特徴の個々の1つに当たり、且つそれにより結果的に得られる陽子線を生成することを生じさせるように構成された少なくとも1つのプロセッサとを含む。 [0278] Aspects of the invention may include a system for producing a proton beam, the system comprising: an interaction chamber configured to support an ion producing target provided with a plurality of patterned features; An electromagnetic radiation source configured to provide a beam of electromagnetic radiation for illuminating the patterned features of, and the beam of electromagnetic radiation impinging upon each one of the plurality of patterned features and thereby resulting in And at least one processor configured to cause generating a proton beam obtained in.
[0279] また、本発明の態様は、陽子線を生成するシステムを含み得、システムは、少なくとも1つのナイフエッジでパターン化されたイオン生成ターゲットを支持するように構成された相互作用チャンバと、イオン生成ターゲットの少なくとも1つのナイフエッジを照射するための電磁放射ビームを提供するように構成された電磁放射ソースと、電磁放射ビームが少なくとも1つのナイフエッジに当たり、且つそれにより結果的に得られる陽子線を生成することを生じさせるように構成された少なくとも1つのプロセッサとを含む。 [0279] Aspects of the invention may also include a system for producing a proton beam, the system comprising an interaction chamber configured to support an ion producing target patterned with at least one knife edge, An electromagnetic radiation source configured to provide a beam of electromagnetic radiation for illuminating at least one knife edge of an ion producing target, and a proton that the beam of electromagnetic radiation impinges on and results in at least one knife edge. And at least one processor configured to cause generating the line.
[0280] 電磁放射ソースは、波長を有するレーザービームを提供するように構成され得、且つ複数のパターン化された特徴の少なくとも1つは、レーザービームの波長よりも小さい寸法を有することができる。同様に、ナイフエッジも、レーザービームの波長よりも小さい寸法を有することができる。複数のパターン化された特徴は、イオン生成ターゲットの表面から離れて延在する突出部を含み得る。 [0280] The electromagnetic radiation source may be configured to provide a laser beam having a wavelength, and at least one of the plurality of patterned features may have a dimension that is less than the wavelength of the laser beam. Similarly, the knife edge can also have dimensions smaller than the wavelength of the laser beam. The plurality of patterned features may include protrusions that extend away from the surface of the ion producing target.
[0281] 少なくとも1つのプロセッサは、イオン生成ターゲットをラスタ走査するように構成され得る。更に、少なくとも1つのプロセッサは、電磁放射ビームが、例えば、モーター及び/又は適応型ミラーを制御することにより、イオン生成ターゲットの表面を連続的又は不連続的にスキャンすることを生じさせるように構成され得る。イオン生成ターゲットの表面は、例えば、複数のパターン化された特徴及び/又は1つ又は複数のナイフエッジを含むことができ、且つ例えば氷、シリコン、炭素、プラスチック又は鋼を含むことができる。少なくとも1つのプロセッサは、モーター及び/又は適応型ミラーが、複数のパターン化された特徴の個々の1つに連続的又は同時に当たるように又はナイフエッジに当たるように電磁放射ビームを調節することを生じさせるように構成され得る。更に、少なくとも1つのプロセッサは、複数のパターン化された特徴の連続的な1つにわたる電磁放射ビームの連続的なスキャンを生じさせるように構成され得る。 [0281] At least one processor may be configured to raster scan the ion producing target. Further, the at least one processor is configured to cause the electromagnetic radiation beam to scan the surface of the ion producing target continuously or discontinuously, for example by controlling a motor and/or an adaptive mirror. Can be done. The surface of the ion generating target can include, for example, a plurality of patterned features and/or one or more knife edges, and can include, for example, ice, silicon, carbon, plastic or steel. At least one processor causes the motor and/or the adaptive mirror to condition the electromagnetic radiation beam to sequentially or simultaneously strike an individual one of the plurality of patterned features or to strike a knife edge. Can be configured. Further, the at least one processor may be configured to produce a continuous scan of the electromagnetic radiation beam over a continuous one of the plurality of patterned features.
[0282] 本発明の態様は、陽子線を生成するシステムを含み得、システムは、少なくとも1つのイオン群を含むパルス化されたイオンビームを生成するように構成されたイオンソースと、少なくとも1つの電磁石と、電磁石の近傍のゾーンであって、パルス化ビームがそれを通して横断するように方向付けられたゾーンと、少なくとも1つの電磁石を選択的に起動するために少なくとも1つの電磁石に電気的に接続された少なくとも1つの自動化されたスイッチと、少なくとも1つの自動化されたスイッチを起動するように構成された放射トリガソースと、イオン群がゾーンを横断するときに少なくとも1つの電磁石を起動するように構成された少なくとも1つのプロセッサとを含む。 [0282] Embodiments of the invention can include a system for producing a proton beam, the system comprising an ion source configured to produce a pulsed ion beam comprising at least one group of ions, and at least one ion source. An electromagnet, a zone in the vicinity of the electromagnet, the zone directed through the pulsed beam, and electrically connected to the at least one electromagnet for selectively activating the at least one electromagnet At least one automated switch, an emission trigger source configured to activate the at least one automated switch, and an at least one electromagnet when the group of ions traverses the zone. And at least one processor.
[0283] 放射トリガソースは、イオン、X線、電子及びレーザー放射のソースの1つ又は複数を含み得る。 [0283] The radiation trigger source may include one or more of sources of ion, x-ray, electron and laser radiation.
[0284] 電磁石は、電磁界を生成するように構成され得、且つゾーンは、電磁石が起動されたるときに電磁界内にあるように方向付けられ得る。ゾーンは、約1インチよりも小さい寸法を有し得る。 [0284] The electromagnet may be configured to generate an electromagnetic field, and the zone may be oriented to be in the electromagnetic field when the electromagnet is activated. The zones can have dimensions less than about 1 inch.
[0285] イオンソースは、放射トリガソース及びイオン生成ターゲットを含むことができ、且つ放射トリガソースは、自動化されたスイッチを起動することと、イオン生成ターゲットを照射して、パルス化イオンビームを生成することとの両方を行うように構成され得る。 [0285] The ion source can include a radiation trigger source and an ion generation target, and the radiation trigger source activates an automated switch and illuminates the ion generation target to generate a pulsed ion beam. May be configured to do both.
[0286] 放射トリガソースが自動化されたスイッチを起動する時点は、制御された遅延ラインによって調節され得る。制御された遅延ラインは、例えば、放射トリガソースが自動化されたスイッチを起動する時点をパルス化イオンビームと同期して調節するように構成され得る。 [0286] The point in time at which the radiant trigger source activates the automated switch may be adjusted by a controlled delay line. The controlled delay line can be configured, for example, to adjust the point in time at which the radiation trigger source activates the automated switch, synchronously with the pulsed ion beam.
[0287] 自動化されたスイッチは、光伝導半導体スイッチ又はスパークスイッチを含み得る。 [0287] The automated switch may include a photoconductive semiconductor switch or a spark switch.
[0288] 少なくとも1つの電磁石は、パルス化イオンビームの軌跡に沿って直列の複数の電磁石を含み得、且つ少なくとも1つの自動化されたスイッチは、複数の自動化されたスイッチを含み得、複数の自動化されたスイッチのそれぞれは、複数の電磁石の異なる1つと関連付けられている。少なくとも1つのプロセッサは、イオン群がそれぞれの電磁石を横断するときに複数の自動化されたスイッチを順番に起動するように構成され得る。 [0288] The at least one electromagnet may include a plurality of electromagnets in series along the trajectory of the pulsed ion beam, and the at least one automated switch may include a plurality of automated switches. Each of the activated switches is associated with a different one of the plurality of electromagnets. At least one processor may be configured to sequentially activate a plurality of automated switches as the groups of ions traverse respective electromagnets.
[0289] 直列における1つ又は複数の電磁石の第1の電磁石は、オリジナルの軌跡から、方向転換された軌跡にパルス化イオンビームの一部分を方向転換するように構成され得、且つ直列における1つ又は複数の電磁石の第2の電磁石は、方向転換された軌跡から、オリジナルの軌跡に実質的に平行な経路にパルス化イオンビームの方向転換された一部分の少なくとも一部を再方向転換するように構成され得る。 [0289] The first electromagnet of the one or more electromagnets in series may be configured to redirect a portion of the pulsed ion beam from an original trajectory to a redirected trajectory, and one in series Or a second electromagnet of the plurality of electromagnets for redirecting at least a portion of the redirected portion of the pulsed ion beam from the redirected trajectory into a path substantially parallel to the original trajectory. Can be configured.
[0290] 本発明の態様は、陽子線を生成するシステムを含み得、システムは、陽子エネルギースプレッド内の複数の陽子エネルギーを有する陽子線を提供するように構成された陽子ソースと、3次元座標系の2つの次元における陽子線と治療容積との間の相対的な移動を制御することと、実質的に固定された座標を他の2つの次元において維持しつつ、3次元座標系の第3の次元において治療容積の深さを調節するように陽子エネルギースプレッドを制御することとを行うように構成された少なくとも1つのプロセッサとを含む。 [0290] Aspects of the invention may include a system for producing a proton beam, the system comprising a proton source configured to provide a proton beam having a plurality of proton energies within a proton energy spread, and a three-dimensional coordinate. Controlling the relative movement between the proton beam and the treatment volume in the two dimensions of the system, and maintaining a substantially fixed coordinate in the other two dimensions, the third dimension of the three-dimensional coordinate system. At least one processor configured to control the proton energy spread to adjust the depth of the treatment volume in the dimension.
[0291] 少なくとも1つのプロセッサは、例えば、ガントリを回転させること、電磁石で陽子線を導くこと及び/又は患者支持プラットフォームを移動させることにより、陽子線と治療容積との間の相対的な移動を制御するように構成され得る。 [0291] At least one processor provides relative movement between the proton beam and the treatment volume by, for example, rotating the gantry, guiding the proton beam with an electromagnet, and/or moving the patient support platform. It can be configured to control.
[0292] 陽子で治療容積を治療するシステムは、磁気アナライザ、飛行時間制御ユニット及びエネルギーデグレーダの少なくとも1つにより、陽子エネルギースプレッド及び陽子エネルギー分布を制御するように構成され得る。 [0292] The system for treating a therapeutic volume with protons may be configured to control the proton energy spread and the proton energy distribution by at least one of a magnetic analyzer, a time-of-flight control unit and an energy degrader.
[0293] 本明細書及び請求項は、「プロセッサ」又は「検出器」などのように単数形において要素を参照している場合がある。この表記法は、複数のこのような要素を包含することを意図していることを理解されたい。即ち、特定の機能は、同一の基板又はシステム上において配置された複数のプロセッサにわたって分割され得るか、又は別のボード上若しくは別のシステム内において遠隔配置され得る。プロセッサに対する参照は、「少なくとも1つのプロセッサ」として解釈することを要し、これは、引用された機能が複数のプロセッサにわたって発生し得、且つ依然として本開示及び請求項の範囲に含まれるものと見なされ得ることを意味するものとして理解されたい。これは、本明細書及び請求項の全体を通して単数形において記述及び参照されている検出器及び他の要素についても当てはまる。 [0293] This specification and claims may refer to elements in the singular, such as "processor" or "detector." It is to be understood that this notation is intended to encompass multiple such elements. That is, a particular function may be split across multiple processors located on the same board or system, or may be remotely located on another board or in another system. References to processors are to be construed as "at least one processor," which means that the recited functionality may occur across multiple processors and is still considered to be within the scope of this disclosure and the claims. It should be understood as meaning that it can be done. This also applies to the detectors and other elements described and referenced in the singular throughout the specification and claims.
[0294] 更に、上述の説明は、例示を目的として提示されたものである。これは、すべてを網羅したものではなく、且つ正確な開示される形態及び実施形態に限定することを意図したものでもない。本明細書の検討及び開示される実施形態の実施から変更形態及び適合形態が当業者に明らかになるであろう。例えば、陽子の生成がイオン生成ターゲットのレーザーによる照射との関係において上述されている場合、高周波結合などの他の陽子生成プロセスを使用することができる。更に、上述の説明の一部分は、放射線療法の治療としての医療における陽子の使用法に関係しているが、本明細書において記述されているシステム及び方法は、陽子線の他の用途及び陽子以外の他のイオンを伴う用途でも使用することができる。 [0294] Further, the above description is presented for purposes of illustration. It is not exhaustive and is not intended to be limited to the precise disclosed forms and embodiments. Modifications and adaptations will become apparent to those skilled in the art from consideration of this specification and practice of the disclosed embodiments. For example, if the production of protons is described above in relation to irradiation of the ion producing target with a laser, other proton producing processes such as radio frequency coupling can be used. Further, while some of the above description relates to the use of protons in medicine as a treatment for radiation therapy, the systems and methods described herein are not limited to other uses of proton beams and other than protons. It can also be used in applications involving other ions of.
[0295] 請求項は、請求項において利用されている言語に基づいて広く解釈することを要し、且つ本明細書において記述されている例に限定されず、これらの例は、非排他的なものとして解釈することを要する。更に、開示される方法のステップは、ステップの再順序付け及び/又はステップの挿入又は削除によるものを含む任意の方式により変更することができる。
[0295] The claims are to be construed broadly based on the language utilized in the claims, and are not limited to the examples described herein, and these examples are non-exclusive. It is necessary to interpret it as a thing. Moreover, the steps of the disclosed methods can be modified in any manner, including by reordering the steps and/or inserting or deleting steps.
Claims (97)
イオン生成ターゲットを支持するように構成された相互作用チャンバと、
電磁放射ビームを提供するように構成された電磁放射ソースと、
前記電磁放射ビームを前記イオン生成ターゲットに導いて、それにより結果的に得られる陽子線を生じさせるように構成された1つ又は複数のオプティクスコンポーネントと、
少なくとも1つのレーザー−ターゲット相互作用プロパティを計測するように構成された検出器と、
前記検出器によって計測された前記少なくとも1つのレーザー−ターゲット相互作用プロパティに基づいてフィードバック信号を生成し、且つ前記電磁放射ソース、前記1つ又は複数のオプティクスコンポーネント並びに前記イオン生成ターゲットに対する前記電磁放射ビームの相対的な位置及び向きの少なくとも1つの少なくとも1つを調節することにより、前記陽子線を変更するように構成された少なくとも1つのプロセッサと
を含むシステム。 A system for generating a proton beam,
An interaction chamber configured to support an ion producing target,
An electromagnetic radiation source configured to provide a beam of electromagnetic radiation,
One or more optics components configured to direct the beam of electromagnetic radiation to the ion producing target, thereby producing a resulting proton beam;
A detector configured to measure at least one laser-target interaction property;
Generating a feedback signal based on the at least one laser-target interaction property measured by the detector, and the electromagnetic radiation beam to the electromagnetic radiation source, the one or more optics components and the ion producing target. At least one processor configured to alter the proton beam by adjusting at least one of at least one of the relative position and orientation of the.
イオン生成ターゲットを支持するように構成された相互作用チャンバと、
電磁放射ビームを提供するように構成された電磁放射ソースと、
前記電磁放射ビームを前記相互作用チャンバ内の前記イオン生成ターゲットに導いて、それにより陽子線を生成するように構成された適応型ミラーと、
前記電磁放射ビームの空間プロファイル並びに前記電磁放射ビームと前記イオン生成ターゲットとの間の相対的な位置及び向きの少なくとも1つの少なくとも1つを調節するように前記適応型ミラーを制御するように構成された少なくとも1つのプロセッサと
を含むシステム。 A system for generating a proton beam,
An interaction chamber configured to support an ion producing target,
An electromagnetic radiation source configured to provide a beam of electromagnetic radiation,
An adaptive mirror configured to direct the beam of electromagnetic radiation to the ion producing target in the interaction chamber, thereby producing a proton beam.
Configured to control the adaptive mirror to adjust at least one of a spatial profile of the electromagnetic radiation beam and at least one of a relative position and orientation between the electromagnetic radiation beam and the ion producing target. And a system including at least one processor.
ターゲット場所においてイオン生成ターゲットを支持するように構成された相互作用チャンバと、
軌跡に沿って電磁放射ビームを提供するように構成された電磁放射ソースであって、前記電磁放射ビームは、エネルギー、偏光、空間プロファイル及び時間プロファイルを有する、電磁放射ソースと、
前記電磁放射ソースと前記イオン生成ターゲットの表面との間において前記電磁放射ビームの前記軌跡に沿って位置決めされた1つ又は複数のオプティクスコンポーネントであって、前記電磁放射ビームが前記イオン生成ターゲットを照射し、それによりエネルギー及びフラックスを有する陽子線の形成を促進することを生じさせるために前記電磁放射ビームと協働するように構成されている1つ又は複数のオプティクスコンポーネントと、
少なくとも1つプロセッサであって、
前記陽子線の前記エネルギーを実質的に一定に保持している間の前記陽子線の前記フラックス、及び
前記陽子線の前記フラックスを実質的に一定に保持している間の前記陽子線の前記エネルギー
の少なくとも1つを調節するために、前記電磁放射ソース及び前記1つ又は複数のオプティクスコンポーネントの少なくとも1つを制御して、それにより前記電磁放射ビームの前記エネルギー、前記電磁放射ビームの前記偏光、前記電磁放射ビームの前記空間プロファイル及び前記電磁放射ビームの前記時間プロファイルの少なくとも1つを変更するように構成された少なくとも1つプロセッサと
を含むシステム。 A system for generating a proton beam,
An interaction chamber configured to support the ion producing target at the target location;
An electromagnetic radiation source configured to provide a beam of electromagnetic radiation along a trajectory, the electromagnetic radiation beam having an energy, polarization, spatial profile and temporal profile;
One or more optics components positioned along the trajectory of the electromagnetic radiation beam between the electromagnetic radiation source and the surface of the ion production target, the electromagnetic radiation beam illuminating the ion production target. And one or more optics components configured to cooperate with the beam of electromagnetic radiation to cause promoting the formation of a proton beam having energy and flux.
At least one processor,
The flux of the proton beam while holding the energy of the proton beam substantially constant, and the energy of the proton beam while holding the flux of the proton beam substantially constant. Controlling at least one of said electromagnetic radiation source and said one or more optics components to adjust at least one of said energy radiation of said electromagnetic radiation beam, said polarization of said electromagnetic radiation beam, At least one processor configured to modify at least one of the spatial profile of the beam of electromagnetic radiation and the temporal profile of the beam of electromagnetic radiation.
ターゲット場所においてイオン生成ターゲットを支持するように構成された相互作用チャンバと、
軌跡に沿って電磁放射ビームを提供するように構成された電磁放射ソースであって、前記電磁放射ビームは、エネルギー、偏光、空間プロファイル及び時間プロファイルを有する、電磁放射ソースと、
前記電磁放射ソースと前記イオン生成ターゲットの表面との間において前記電磁放射ビームの前記軌跡に沿って位置決めされた1つ又は複数のオプティクスコンポーネントであって、前記電磁放射ビームが前記イオン生成ターゲットを照射し、それによりエネルギー及びフラックスを有する陽子線の形成を促進することを生じさせるために前記電磁放射ビームと協働するように構成されている1つ又は複数のオプティクスコンポーネントと、
少なくとも1つのプロセッサであって、
前記陽子線の前記エネルギーを変更している間の前記陽子線の前記フラックス、及び
前記陽子線の前記フラックスを変更している間の前記陽子線の前記エネルギー
の少なくとも1つを調節するために、前記電磁放射ソース及び前記1つ又は複数のオプティクスコンポーネントの少なくとも1つを制御して、それにより前記電磁放射ビームの前記エネルギー、前記電磁放射ビームの前記偏光、前記電磁放射ビームの前記空間プロファイル及び前記電磁放射ビームの前記時間プロファイルの少なくとも1つを変更するように構成された少なくとも1つのプロセッサと
を含むシステム。 A system for generating a proton beam,
An interaction chamber configured to support the ion producing target at the target location;
An electromagnetic radiation source configured to provide a beam of electromagnetic radiation along a trajectory, the electromagnetic radiation beam having an energy, polarization, spatial profile and temporal profile;
One or more optics components positioned along the trajectory of the electromagnetic radiation beam between the electromagnetic radiation source and a surface of the ion generation target, the electromagnetic radiation beam illuminating the ion generation target. And one or more optics components configured to cooperate with the beam of electromagnetic radiation to cause promoting the formation of a proton beam having energy and flux.
At least one processor,
To adjust at least one of the flux of the proton beam during changing the energy of the proton beam and the energy of the proton beam during changing the flux of the proton beam, Controlling at least one of the electromagnetic radiation source and the one or more optics components such that the energy of the electromagnetic radiation beam, the polarization of the electromagnetic radiation beam, the spatial profile of the electromagnetic radiation beam and the At least one processor configured to modify at least one of the time profiles of the electromagnetic radiation beam.
複数のパターン化された特徴が提供されたイオン生成ターゲットを支持するように構成された相互作用チャンバと、
前記複数のパターン化された特徴を照射するための電磁放射ビームを提供するように構成された電磁放射ソースと、
前記電磁放射ビームが前記複数のパターン化された特徴の個々の1つに当たり、且つそれにより結果的に得られる陽子線を生成することを生じさせるように構成された少なくとも1つのプロセッサと
を含むシステム。 A system for generating a proton beam,
An interaction chamber configured to support an ion producing target provided with a plurality of patterned features;
An electromagnetic radiation source configured to provide a beam of electromagnetic radiation for illuminating the plurality of patterned features,
At least one processor configured to cause the beam of electromagnetic radiation to impinge upon an individual one of the plurality of patterned features and thereby generate a resulting proton beam. ..
少なくとも1つのナイフエッジでパターン化されたイオン生成ターゲットを支持するように構成された相互作用チャンバと、
前記イオン生成ターゲットの前記少なくとも1つのナイフエッジを照射するための電磁放射ビームを提供するように構成された電磁放射ソースと、
前記電磁放射ビームが前記少なくとも1つのナイフエッジに当たり、且つそれにより結果的に得られる陽子線を生成することを生じさせるように構成された少なくとも1つのプロセッサと
を含むシステム。 A system for generating a proton beam,
An interaction chamber configured to support an ion producing target patterned with at least one knife edge;
An electromagnetic radiation source configured to provide a beam of electromagnetic radiation for illuminating the at least one knife edge of the ion producing target;
At least one processor configured to cause the beam of electromagnetic radiation to impinge on the at least one knife edge and thereby generate a resulting proton beam.
少なくとも1つのイオン群を含むパルス化イオンビームを生成するように構成されたイオンソースと、
少なくとも1つの電磁石と、
前記電磁石の近傍のゾーンであって、前記パルス化ビームがそれを通して横断するように方向付けられるゾーンと、
前記少なくとも1つの電磁石を選択的に起動するために前記少なくとも1つの電磁石に電気的に接続された少なくとも1つの自動化されたスイッチと、
前記少なくとも1つの自動化されたスイッチを起動するように構成された放射トリガソースと、
前記イオン群が前記ゾーンを横断するときに前記少なくとも1つの電磁石を起動するように構成された少なくとも1つのプロセッサと
を含むシステム。 A system for directing a pulsed beam of charged particles,
An ion source configured to generate a pulsed ion beam including at least one group of ions;
At least one electromagnet,
A zone in the vicinity of the electromagnet, wherein the pulsed beam is directed transversely therethrough;
At least one automated switch electrically connected to the at least one electromagnet for selectively activating the at least one electromagnet;
A radiant trigger source configured to activate the at least one automated switch;
At least one processor configured to activate the at least one electromagnet as the group of ions traverses the zone.
陽子エネルギースプレッド内の複数の陽子エネルギーを有する陽子線を提供するように構成された陽子ソースと、
少なくとも1つのプロセッサであって、
3次元座標系の2つの次元において前記陽子線と前記治療容積との間の相対的な移動を制御することと、
実質的に固定された座標を前記他の2つの次元において維持しつつ、前記3次元座標系の第3の次元において前記治療容積の深さを調節するように前記陽子エネルギースプレッドを制御することと
を行うように構成された少なくとも1つのプロセッサと
を含むシステム。 A system for treating a treatment volume with protons,
A proton source configured to provide a proton beam having a plurality of proton energies within a proton energy spread;
At least one processor,
Controlling relative movement between the proton beam and the treatment volume in two dimensions of a three-dimensional coordinate system;
Controlling the proton energy spread to adjust the depth of the treatment volume in a third dimension of the three-dimensional coordinate system while maintaining substantially fixed coordinates in the other two dimensions. And at least one processor configured to perform.
101. A method of operating a system according to any one of 1 to 96 above.
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