JP6792732B2 - イオンビームを提供するシステム及び方法 - Google Patents
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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。
[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。
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。
[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。
[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。
[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。
[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。
[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。
[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。
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。
[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。
[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。
[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。
[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。
[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。
[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。
[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。
[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。
[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。
[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。
[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。
[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。
[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。
[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。
[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。
[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。
[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。
[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。
[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。
[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。
[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。
[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。
[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。
[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。
[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。
[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。
[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。
[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。
[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。
[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。
[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。
[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。
[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。
[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。
[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。
[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。
[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。
[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。
[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。
[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。
[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。
[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。
[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。
[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。
[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。
[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。
[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。
[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。
[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。
[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。
[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。
[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。
[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。
[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。
[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。
[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。
[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。
[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。
[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。
[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。
[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。
[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。
[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。
[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。
[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。
[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。
[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。
[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。
[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。
[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。
[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。
[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。
[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。
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。
[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。
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。
[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。
[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。
[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。
[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。
[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。
[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。
[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。
[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。
[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。
[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。
[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。
[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。
[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。
[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。
[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。
[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。
[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。
[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。
[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。
[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
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。
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。
[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。
[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。
[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。
[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。
[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。
[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。
[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。
[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。
[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。
[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。
[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。
[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。
[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。
[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。
[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。
[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。
[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。
[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。
[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。
[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。
[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。
[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。
[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。
[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。
[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。
[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。
[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。
[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。
[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。
[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。
[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。
[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。
[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。
[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。
[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。
[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。
[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。
[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。
[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。
[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。
[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。
[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。
[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。
[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。
[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。
[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。
[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。
[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。
[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。
[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。
[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。
[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。
[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。
[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。
[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。
[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。
[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。
[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。
[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。
[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。
[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。
[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。
[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。
[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。
[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。
[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。
[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。
[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。
[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）。
[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。
[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。
[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。
[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。
[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。
[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。
[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。
[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。
[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。
[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。
[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。
[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。
[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。
[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。
[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。
[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。
）。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。
[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。
[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。
[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。
[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。
[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。
[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。
[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。
[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。
[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。
[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。
[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。
[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。
[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。
[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。
[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。
[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。
[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。
[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。
[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。
[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。
[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。
[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。
[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。
[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。
[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。
[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。
[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。
[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。
[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。
[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。
[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。
[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。
[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。
[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。
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。
[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。
[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。
[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。
[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。
[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。
[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。
[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。
[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。
[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。
[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。
[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。
[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。
[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。
[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。
[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。
[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。
[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。
[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。
[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。
[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。
[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。
[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。
[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。
[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。
[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。
[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。
[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。
[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。
[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。
[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。
[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。
[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。
[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。
[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。
[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。
[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。
[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。
[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。
[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。
[0275] 電磁放射ビームは、偏光されていなくてもよい。
[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。
[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。
[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。
[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。
[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。
[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。
[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。
[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。
[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。
[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。
[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。
[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。
[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。
[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。
[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。
[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。
[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。
[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。
[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。
[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。
Claims (20)
- 陽子線を生成するシステムであって、
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つのプロセッサと
を含むシステム。 - 前記少なくとも１つのプロセッサは、前記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、前記電磁放射ビームの前記空間プロファイルを変更するように構成されている、請求項１に記載の陽子線を生成するシステム。
- 前記少なくとも１つのプロセッサは、前記電磁放射ビームのチャープを変更することにより、前記電磁放射ビームの前記時間プロファイルを変更するように構成されている、請求項１に記載の陽子線を生成するシステム。
- 前記少なくとも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、前記電磁放射ビームの前記時間プロファイルを変更するように構成されている、請求項１に記載の陽子線を生成するシステム。
- 前記電磁放射ビームは、偏光されていない、請求項１に記載の陽子線を生成するシステム。
- 前記電磁放射ソースは、パルス化された電磁放射ビームを提供し、且つそれによりパルス化された陽子線を生じさせるように構成されている、請求項１に記載の陽子線を生成するシステム。
- 前記少なくとも１つのプロセッサは、前記電磁放射ソースが前記電磁放射ビームの前記エネルギー及び前記電磁放射ビームの前記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ている、請求項１に記載の陽子線を生成するシステム。
- 前記少なくとも１つのプロセッサは、前記電磁放射ソースが前記電磁放射ビームの前記エネルギー及び前記電磁放射ビームの前記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ている、請求項１に記載の陽子線を生成するシステム。
- 前記少なくとも１つのプロセッサは、前記電磁放射ソースが前記電磁放射ビームの前記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ており、且つ前記少なくとも１つのプロセッサは、前記１つ又は複数のオプティクスコンポーネントが前記電磁放射ビームの前記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ている、請求項１に記載の陽子線を生成するシステム。
- 前記少なくとも１つのプロセッサは、前記１つ又は複数のオプティクスコンポーネントが前記電磁放射ビームの前記エネルギー及び前記電磁放射ビームの前記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ている、請求項１に記載の陽子線を生成するシステム。
- 陽子線を生成するシステムであって、
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。 - 前記少なくとも１つのプロセッサは、前記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、前記電磁放射ビームの前記空間プロファイルを変更するように構成されている、請求項１１に記載の陽子線を生成するシステム。
- 前記少なくとも１つのプロセッサは、前記電磁放射ビームのチャープを変更することにより、前記電磁放射ビームの前記時間プロファイルを変更するように構成されている、請求項１１に記載の陽子線を生成するシステム。
- 前記少なくとも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、前記電磁放射ビームの前記時間プロファイルを変更するように構成されている、請求項１１に記載の陽子線を生成するシステム。
- 前記電磁放射ビームは、偏光されていない、請求項１１に記載の陽子線を生成するシステム。
- 前記電磁放射ソースは、パルス化された電磁放射ビームを提供し、且つそれによりパルス化された陽子線を生じさせるように構成されている、請求項１１に記載の陽子線を生成するシステム。
- 前記少なくとも１つのプロセッサは、前記電磁放射ソースが前記電磁放射ビームの前記エネルギー及び前記電磁放射ビームの前記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ている、請求項１１に記載の陽子線を生成するシステム。
- 前記少なくとも１つのプロセッサは、前記電磁放射ソースが前記電磁放射ビームの前記エネルギー及び前記電磁放射ビームの前記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ている、請求項１１に記載の陽子線を生成するシステム。
- 前記少なくとも１つのプロセッサは、前記電磁放射ソースが前記電磁放射ビームの前記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ており、且つ前記少なくとも１つのプロセッサは、前記１つ又は複数のオプティクスコンポーネントが前記電磁放射ビームの前記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ている、請求項１１に記載の陽子線を生成するシステム。
- 前記少なくとも１つのプロセッサは、前記１つ又は複数のオプティクスコンポーネントが前記電磁放射ビームの前記エネルギー及び前記電磁放射ビームの前記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ている、請求項１１に記載の陽子線を生成するシステム。
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