KR20200096727A - Systems and methods for providing an ion beam - Google Patents

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KR20200096727A KR1020197038781A KR20197038781A KR20200096727A KR 20200096727 A KR20200096727 A KR 20200096727A KR 1020197038781 A KR1020197038781 A KR 1020197038781A KR 20197038781 A KR20197038781 A KR 20197038781A KR 20200096727 A KR20200096727 A KR 20200096727A
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Abstract

양성자 빔을 생성하기 위한 시스템은 이온-생성 타겟으로 지향하는 전자기 방사선 빔을 포함할 수 있다. 검출기는 레이저-타겟 상호 작용을 측정하도록 구성될 수 있으며, 프로세서는 양성자 빔을 조정하기 위한 피드백을 생성하는 데 사용할 수 있다. 펄스화된 이온 빔의 에너지를 필터링하고 및/또는 원하는 시간에 펄스화된 이온 방사선을 제공하기 위해, 시스템은 전자석 및 자동화된 스위치를 포함할 수 있다. 양성자 빔 시스템은 양성자 빔의 침투 깊이를 포함하여 양성자 빔과 환자 사이의 상대적인 움직임을 제어함으로써 양성자 요법으로 환자를 치료하는 데 사용될 수 있다. 이러한 시스템은 양성자 빔 생성의 크기, 복잡성 및 비용을 감소시키면서, 또한 속도, 정밀도 및 구성 가능성을 향상시킨다. 양성자 요법에서 사용될 때, 이들 시스템은 더 짧은 치료 시간, 더 높은 환자 치료량, 원하는 영역의 보다 정밀한 치료 및 건강한 조직에 대한 부수적인 손상의 덜함을 가능하게 한다.A system for generating a proton beam may include a beam of electromagnetic radiation directed at an ion-generating target. The detector can be configured to measure the laser-target interaction, and the processor can be used to generate feedback to steer the proton beam. To filter the energy of the pulsed ion beam and/or provide the pulsed ion radiation at a desired time, the system may include an electromagnet and an automated switch. The proton beam system can be used to treat patients with proton therapy by controlling the relative motion between the proton beam and the patient, including the depth of penetration of the proton beam. These systems reduce the size, complexity and cost of generating proton beams, while also improving speed, precision and configurability. When used in proton therapy, these systems allow for shorter treatment times, higher patient therapeutics, more precise treatment of the desired area and less collateral damage to healthy tissue.

Description

이온 빔을 제공하기 위한 시스템 및 방법{SYSTEMS AND METHODS FOR PROVIDING AN ION BEAM}System and method for providing an ion beam TECHNICAL FIELD [SYSTEMS AND METHODS FOR PROVIDING AN ION BEAM]

개시된 실시예는 일반적으로 양성자 빔 생성을 포함하는 이온 빔 생성에서의 개선에 관한 것이며, 특히 전자기 방사선 빔과 이온-생성 타겟 사이의 상호 작용을 통한 이온 빔 생성에 관한 것이다.The disclosed embodiments generally relate to improvements in ion beam generation, including proton beam generation, and in particular to ion beam generation through interaction between an electromagnetic radiation beam and an ion-generating target.

본 개시의 양태는 많은 시스템, 하위 시스템, 구성 요소 및 하위 구성 요소를 포함한다. 이미 알려진 배경기술의 상세 사항은 본원에서 반복하지 않는다. 이러한 배경 정보는 이하의 자료에 포함된 정보를 포함할 수 있다:Aspects of the present disclosure include many systems, subsystems, components and subcomponents. The details of the known background art are not repeated herein. This background information may include information contained in the following sources:

· 2012년 7월 24일자로 발행되고, 발명의 명칭이 "타겟 및 타겟을 제조하기 위한 프로세스"인 Cowan 등의 미국 특허 제8,229,075호;US Patent No. 8,229,075 to Cowan et al. issued on July 24, 2012 and entitled "Targets and Processes for Manufacturing Targets";

· 2013년 3월 5일자로 발행되고, 발명의 명칭이 "빠른 이온 생성을 위한 시스템 및 그 방법"인 Zigler 등의 미국 특허 제8,389,954호;US Patent No. 8,389,954 to Zigler et al. issued on March 5, 2013, entitled "System and Method for Rapid Ion Generation";

· 2013년 9월 10일자로 발행되고, 발명의 명칭이 "높은 에너지 및 낮은 발산 입자 빔 생성을 위한 마이크로-콘(Micro-Cone) 타겟"인 Le Galloudec의 미국 특허 제8,530,852호;US Patent No. 8,530,852 to Le Galloudec, issued on September 10, 2013, entitled "Micro-Cone Targets for High Energy and Low Diverging Particle Beam Generation";

· 2014년 6월 10일자로 발행되고, 발명의 명칭이 "타겟 및 타겟을 제조하기 위한 프로세스"인 Cowan 등의 미국 특허 제8,750,459호;US Patent No. 8,750,459 to Cowan et al. issued on June 10, 2014 and entitled "Targets and Processes for Manufacturing Targets";

· 2016년 1월 12일자로 발행되고, 발명의 명칭이 "빠른 이온 생성을 위한 시스템 및 그 방법"인 Zigler 등의 미국 특허 제9,236,215호;US Patent No. 9,236,215 to Zigler et al. issued on January 12, 2016 and entitled "System and Method for Rapid Ion Generation";

· 2016년 5월 17일자로 발행되고, 발명의 명칭이 "타겟 및 타겟을 제조하기 위한 프로세스"인 Adams 등의 미국 특허 제9,345,119호; 및US Patent No. 9,345,119 to Adams et al. issued May 17, 2016, entitled "Targets and Processes for Manufacturing Targets"; And

· 2016년 12월 27일자로 발행되고, 발명의 명칭이 "레이저 구동된 이온 빔의 레이저 활성화된 자기장 조작"인 Nahum 등의 미국 특허 제9,530,605호.U.S. Patent No. 9,530,605 to Nahum et al. issued on December 27, 2016 and entitled "Laser Activated Magnetic Field Manipulation of Laser Driven Ion Beam".

이온으로 수행된 입자 방사선-요법은 질병을 치료하는 데 사용될 수 있다. 양성자 요법이라 칭해지는 하나의 형태의 입자 요법에서, 종양은 양성자(예를 들어, 수소 이온)를 조사하여 치료된다. 양성자 요법은 부분적으로 양성자와 광자가 환자의 조직과 상호 작용하는 방식으로 인해 종래의 광자-기반 요법(예를 들어, x선 및 감마선 요법)에 비해 이점을 갖는다.Particle radiation-therapy performed with ions can be used to treat disease. In one form of particle therapy called proton therapy, tumors are treated by irradiating protons (eg, hydrogen ions). Proton therapy has advantages over conventional photon-based therapy (eg x-ray and gamma ray therapy), in part due to the way protons and photons interact with the patient's tissues.

도 1은 광자 및 양성자 요법 모두에 대한 조직 깊이의 함수로서 방사선 투여량을 나타낸다. 입자가 환자의 치료 계획에 의해 정의된 치료 체적(106)을 조사하기 전에, 통상적으로 환자의 치료 체적(106)에 도달하기 전에 환자의 피부 및 다른 건강한 조직을 횡단해야 한다. 그렇게 함으로써, 입자는 건강한 조직을 손상시킬 수 있으며, 이는 치료의 바람직하지 않은 부작용이다. 도 1의 곡선(102)에 나타낸 바와 같이, 광자(예를 들어, x선)는 대부분의 에너지를 환자의 피부 근처의 영역으로 전달한다. 환자의 신체의 더 깊은 곳에 있는 종양의 경우, 이러한 상호 작용은 건강한 조직에 손상을 줄 수 있다. 또한, 일부 광자는 치료 체적(106)을 넘어 환자의 신체를 횡단하여, 궁극적으로 환자의 신체의 다른 쪽을 떠나기 전에 종양 뒤에 더 건강한 조직을 조사한다. 이러한 다른 건강한 조직에 대한 방사선 투여량은 환자의 피부 근처에 전달되는 투여량보다 낮지만, 여전히 바람직하지 않다.1 shows the radiation dose as a function of tissue depth for both photon and proton therapy. Before the particles can irradiate the treatment volume 106 defined by the patient's treatment plan, they typically have to traverse the patient's skin and other healthy tissue before reaching the patient's treatment volume 106. By doing so, the particles can damage healthy tissue, which is an undesirable side effect of treatment. As shown by curve 102 of FIG. 1, photons (eg, x-rays) transfer most of the energy to an area near the patient's skin. In the case of tumors located deeper in the patient's body, this interaction can damage healthy tissue. In addition, some photons traverse the patient's body beyond the treatment volume 106 to irradiate healthier tissue behind the tumor before ultimately leaving the other side of the patient's body. The dose of radiation to these other healthy tissues is lower than the dose delivered near the patient's skin, but is still undesirable.

광자와는 달리, 양성자는 환자의 조직과 매우 바람직한 상호 작용을 나타낸다. 도 1의 곡선(104)으로 나타낸 바와 같이, 환자 조직과 양성자의 피크 상호 작용은 환자 내부에서 더 깊게 발생하고 피크 상호 작용 후에 급격히 중단될 수 있다. 또한, 양성자는 광자보다 훨씬 적은 표면 조직과 상호 작용하는 데, 이는 양성자 빔의 에너지의 대부분이 치료 체적(106)으로 전달될 수 있고, 건강한 조직의 조사가 감소될 수 있음을 의미한다. 이들 이점을 이용하여, 양성자 요법은 건강한 조직에 대한 손상을 피하면서 환자의 건강하지 않은 조직에 대한 에너지의 보다 정밀한 투여를 허용한다. 예를 들어, 양성자 요법은 x선 요법과 비교할 때 주위의 건강한 조직에 대한 손상을 2배 내지 6배 감소시킬 수 있어, 환자의 생존과 삶의 질을 향상시킬 수 있다. 양성자는 x선에 비해 어린이의 2차 암의 수명 위험을 97% 줄일 수 있다.Unlike photons, protons exhibit highly desirable interactions with the patient's tissues. As indicated by curve 104 of FIG. 1, the peak interaction of the patient tissue and the proton occurs deeper inside the patient and may be abruptly stopped after the peak interaction. In addition, protons interact with much less surface tissue than photons, which means that most of the energy of the proton beam can be transferred to the treatment volume 106 and irradiation of healthy tissue can be reduced. Utilizing these advantages, proton therapy allows a more precise administration of energy to unhealthy tissues of a patient while avoiding damage to healthy tissues. For example, proton therapy can reduce damage to surrounding healthy tissue by 2 to 6 times as compared to x-ray therapy, thereby improving patient survival and quality of life. Protons can reduce the risk of lifespan of secondary cancer in children by 97% compared to x-rays.

상업적 양성자 요법 센터는 크고 고가의 입자 가속기를 사용하여 양성자 빔을 생성하는 기존의 양성자 요법 시스템의 단점으로 인해 현재에는 드물다. 가속기-기반 시스템은 대규모일 수 있으며 스케일링 가능하지 않다. 예를 들어, 도 2는 축구장에 대한 가속기 기반 양성자 요법 시스템의 근사적인 크기 비교를 나타낸다. 가속기-기반 시스템 운영에 고유한 에너지 요건 및 유지 보수 비용 또한 막대하다. 종합하면, 이러한 단점은 양성자 요법과 연관된 엄청난 구축 및 유지 보수 비용으로 이어진다. 가속기-기반 양성자 빔 생성과 연관된 지나친 비용 이외에, 이러한 시스템에서 양성자 빔의 특정 특성(예를 들어, 빔 에너지 및 빔 플럭스)을 조정하는 것은 번거롭고 시간 소모적일 수 있다. 이는 더 긴 치료 시간과 낮은 환자 치료량으로 이어져, 더 적은 환자가 비용 부담을 공유함에 따라 개별 치료 비용을 추가로 증가시킨다. 따라서, 현재 양성자 요법 센터는 거의 존재하지 않으며, 환자는 부분적으로 양성자 요법의 이용 불능으로 인해 열등한 치료를 종종 받는다.Commercial proton therapy centers are rare today due to the shortcomings of existing proton therapy systems that use large and expensive particle accelerators to generate proton beams. Accelerator-based systems can be large and not scalable. For example, FIG. 2 shows an approximate size comparison of an accelerator-based proton therapy system for a soccer field. The energy requirements and maintenance costs inherent in operating accelerator-based systems are also enormous. Taken together, these drawbacks lead to the enormous construction and maintenance costs associated with proton therapy. In addition to the excessive cost associated with accelerator-based proton beam generation, adjusting certain properties of the proton beam (eg, beam energy and beam flux) in such systems can be cumbersome and time consuming. This leads to longer treatment times and lower patient treatment volumes, further increasing individual treatment costs as fewer patients share the cost burden. Thus, currently few proton therapy centers exist, and patients often receive inferior treatment, in part due to the inability to use proton therapy.

본 개시는 양성자 요법에 대한 대안적인 접근법에 관한 것이다. 본원에 개시된 실시예는 양성자 빔 요법의 의료적 어플리케이션을 고려하지만, 본 기술 분야의 통상의 기술자는 후술되는 신규한 양성자 빔 생성 방법 및 시스템이 양성자 빔이 요구되는 임의의 어플리케이션에 사용될 수 있음을 이해할 것이다.The present disclosure relates to an alternative approach to proton therapy. While the embodiments disclosed herein contemplate the medical application of proton beam therapy, those skilled in the art will understand that the novel proton beam generation method and system described below can be used in any application where a proton beam is required. will be.

본원에 개시된 일부 실시예는 양성자 빔의 개선된 생성을 위한 방법 및 시스템을 제공한다. 예를 들어, 개시된 실시예는 예를 들어 개선된 속도, 정밀성 및 구성 가능성을 제공하여 양성자 빔 생성이 보다 효율적이고 더 낮은 비용으로 수행될 수 있게 함으로써, 상술한 바와 같은 일부 종래의 양성자 생성 기술의 단점에 대해 개선될 수 있다. 개시된 실시예는 기존 시스템의 크기 및 복잡성을 추가로 감소시킬 수 있다.Some embodiments disclosed herein provide methods and systems for improved generation of proton beams. For example, the disclosed embodiments provide improved speed, precision and configurability, for example, so that proton beam generation can be performed more efficiently and at a lower cost, so that some of the conventional proton generation techniques as described above are It can be improved for the shortcomings. The disclosed embodiments can further reduce the size and complexity of existing systems.

본 실시예에 따르면, 양성자 빔을 생성하기 위한 시스템은 이온-생성 타겟을 지지하도록 구성된 상호 작용 챔버; 전자기 방사선 빔을 제공하도록 구성된 전자기 방사선 소스; 전자기 방사선 빔을 이온-생성 타겟으로 지향시켜 결과적인 양성자 빔을 발생시키도록 구성된 하나 이상의 광학 구성 요소들(optics components); 적어도 하나의 레이저-타겟 상호 작용 특성을 측정하도록 구성된 검출기; 및 검출기에 의해 측정된 적어도 하나의 레이저-타겟 상호 작용 특성에 기초하여 피드백 신호를 생성하고 전자기 방사선 소스, 하나 이상의 광학 구성 요소, 및 이온-생성 타겟에 대한 전자기 방사선 빔의 상대 위치 및 배향 중 적어도 하나 중 적어도 하나를 조정함으로써 양성자 빔을 변경시키도록 구성된 적어도 하나의 프로세서를 포함할 수 있다.In accordance with this embodiment, a system for generating a proton beam includes an interaction chamber configured to support an ion-generating target; An electromagnetic radiation source configured to provide a beam of electromagnetic radiation; One or more optical components configured to direct the beam of electromagnetic radiation to the ion-generating target to generate a resulting proton beam; A detector configured to measure at least one laser-target interaction characteristic; And generating a feedback signal based on the at least one laser-target interaction characteristic measured by the detector, and at least one of an electromagnetic radiation source, one or more optical components, and a position and orientation of the electromagnetic radiation beam relative to the ion-generating target. And at least one processor configured to change the proton beam by adjusting at least one of the ones.

일부 실시예는, 전자기 방사선 빔을 제공하는 단계; 전자기 방사선 빔을 상호 작용 챔버 내의 이온-생성 타겟으로 지향시켜 결과적인 양성자 빔을 발생시키는 단계; 적어도 하나의 레이저-타겟 상호 작용 특성을 측정하는 단계; 및 적어도 하나의 측정된 레이저-타겟 상호 작용 특성에 기초하여 피드백 신호를 생성하여, 전자기 방사선 소스, 하나 이상의 광학 구성 요소, 및 이온-생성 타겟에 대한 전자기 방사선 빔의 상대 위치 및 배향 중 적어도 하나 중 적어도 하나를 조정함으로써 양성자 빔을 변경하는 단계를 포함할 수 있다.Some embodiments include providing a beam of electromagnetic radiation; Directing a beam of electromagnetic radiation to an ion-generating target in the interaction chamber to generate a resulting beam of protons; Measuring at least one laser-target interaction characteristic; And generating a feedback signal based on the at least one measured laser-target interaction characteristic, such that at least one of an electromagnetic radiation source, one or more optical components, and a position and orientation of the electromagnetic radiation beam relative to the ion-generating target. It may comprise altering the proton beam by adjusting at least one.

예를 들어, 적어도 하나의 레이저-타겟 상호 작용 특성은 양성자 빔 특성(예를 들어, 양성자 빔 에너지 또는 양성자 빔 플럭스)을 포함할 수 있다.For example, the at least one laser-target interaction characteristic may include a proton beam characteristic (eg, proton beam energy or proton beam flux).

레이저-타겟 상호 작용 특성은 예를 들어, x선 방출 특성과 같은 2차 전자 방출 특성을 포함할 수 있다.The laser-target interaction characteristics may include secondary electron emission characteristics such as, for example, x-ray emission characteristics.

전자기 방사선 소스는 펄스화된 양성자 빔을 발생시키기 위해 하나 이상의 레이저 빔 또는 예를 들어, 펄스화된 전자기 방사선 빔을 제공하도록 구성될 수 있다.The electromagnetic radiation source may be configured to provide one or more laser beams or, for example, pulsed electromagnetic radiation beams to generate a pulsed proton beam.

상호 작용 챔버는 이온-생성 타겟을 지지하기 위한 타겟 스테이지를 포함할 수 있고, 적어도 하나의 프로세서는 타겟 스테이지와 전자기 방사선 빔 사이의 상대 이동을 야기하도록 추가로 구성될 수 있다.The interaction chamber may include a target stage for supporting the ion-generating target, and at least one processor may be further configured to cause relative movement between the target stage and the electromagnetic radiation beam.

이온-생성 타겟의 구조는 예를 들어, 측정된 레이저-타겟 상호 작용 특성으로부터 생성된 피드백 신호에 적어도 부분적으로 기초하여 결정될 수 있다.The structure of the ion-generating target can be determined based at least in part on a feedback signal generated from, for example, measured laser-target interaction properties.

또한, 본 실시예에 따르면, 적어도 하나의 레이저-타겟 상호 작용 특성은 양성자 빔 에너지를 포함할 수 있다.Further, according to this embodiment, at least one laser-target interaction characteristic may include proton beam energy.

또한, 본 실시예에 따르면, 적어도 하나의 레이저-타겟 상호 작용 특성은 양성자 빔 플럭스를 포함할 수 있다.Further, according to this embodiment, at least one laser-target interaction characteristic may include a proton beam flux.

또한, 본 실시예에 따르면, 전자기 방사선 소스는 피드백 신호에 응답하여 상기 전자기 방사선 빔의 시간 프로파일을 변경하도록 구성될 수 있다.Further, according to this embodiment, the electromagnetic radiation source may be configured to change the temporal profile of the electromagnetic radiation beam in response to a feedback signal.

또한, 본 실시예에 따르면, 전자기 방사선 소스는 메인 펄스 및 프리-펄스를 생성하도록 구성될 수 있고, 적어도 하나의 프로세서는 전자기 방사선 소스로 하여금 피드백 신호에 응답하여 메인 펄스에 대한 프리-펄스의 콘트라스트 비를 변경하게 하도록 구성될 수 있다.Further, according to this embodiment, the electromagnetic radiation source may be configured to generate a main pulse and a pre-pulse, and the at least one processor causes the electromagnetic radiation source to respond to the feedback signal to provide a contrast of the pre-pulse with respect to the main pulse. It can be configured to change the ratio.

또한, 본 실시예에 따르면, 적어도 하나의 프로세서는 전자기 방사선 소스로 하여금 피드백 신호에 응답하여 전자기 방사선 빔의 에너지를 변경하게 하도록 구성될 수 있다.Further, according to this embodiment, at least one processor may be configured to cause the electromagnetic radiation source to change the energy of the electromagnetic radiation beam in response to the feedback signal.

또한, 본 실시예에 따르면, 적어도 하나의 프로세서는 전자기 방사선 소스로 하여금 피드백 신호에 응답하여 예를 들어, 전자기 방사선 빔의 스폿 크기를 변경함으로써 전자기 방사선 빔의 공간 프로파일을 변경하게 하도록 구성될 수 있다.Further, according to this embodiment, the at least one processor may be configured to cause the electromagnetic radiation source to change the spatial profile of the electromagnetic radiation beam in response to the feedback signal, for example, by changing the spot size of the electromagnetic radiation beam. .

또한, 본 실시예에 따르면, 적어도 하나의 프로세서는 하나 이상의 광학 구성 요소들로 하여금 피드백 신호에 응답하여 예를 들어, 전자기 방사선 빔의 스폿 크기를 변경함으로써 전자기 방사선 빔의 공간 프로파일을 변경하게 하도록 구성될 수 있다.Further, according to this embodiment, the at least one processor is configured to cause one or more optical components to change the spatial profile of the electromagnetic radiation beam, for example, by changing the spot size of the electromagnetic radiation beam in response to the feedback signal. Can be.

또한, 본 실시예에 따르면, 적어도 하나의 프로세서는 모터로 하여금 피드백 신호에 응답하여 전자기 방사선 빔과 이온-생성 타겟 사이의 상대 배향을 변경하게 하도록 구성될 수 있다.Further, according to this embodiment, the at least one processor may be configured to cause the motor to change the relative orientation between the electromagnetic radiation beam and the ion-generating target in response to the feedback signal.

본 개시에 따른 다른 실시예는 양성자 빔을 생성하기 위한 시스템을 포함할 수 있으며, 본 시스템은 이온-생성 타겟을 지지하도록 구성된 상호 작용 챔버; 전자기 방사선 빔을 제공하도록 구성된 전자기 방사선 소스; 전자기 방사선 빔을 상호 작용 챔버의 이온-생성 타겟으로 지향시켜 양성자 빔을 생성하도록 구성된 적응형 미러; 및 전자기 방사선 빔의 공간 프로파일 및 전자기 방사선 빔과 이온-생성 타겟 사이의 상대 위치 및 배향 중 적어도 하나 중 적어도 하나를 조정하기 위하여 적응형 미러를 제어하도록 구성된 적어도 하나의 프로세서를 포함한다.Another embodiment according to the present disclosure may include a system for generating a beam of protons, the system comprising: an interaction chamber configured to support an ion-generating 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-generating target of the interaction chamber to produce a proton beam; And at least one processor configured to control the adaptive mirror to adjust at least one of at least one of a spatial profile of the electromagnetic radiation beam and a relative position and orientation between the electromagnetic radiation beam and the ion-generating target.

일부 실시예는 전자기 방사선 빔을 제공하는 단계; 적응형 미러를 사용하여 전자기 방사선 빔을 상호 작용 챔버 내의 이온-생성 타겟으로 지향시켜 결과적인 양성자 빔을 발생시키는 단계; 전자기 방사선 빔의 공간 프로파일 및 전자기 방사선 빔과 이온-생성 타겟 사이의 상대 위치 및 배향 중 적어도 하나 중 적어도 하나를 조정하기 위하여 적어도 하나의 프로세서로 적응형 미러를 제어하는 단계를 포함하는 방법을 포함할 수 있다.Some embodiments include providing a beam of electromagnetic radiation; Directing the beam of electromagnetic radiation to an ion-generating target in the interaction chamber using an adaptive mirror to generate a resulting proton beam; A method comprising controlling the adaptive mirror with at least one processor 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-generating target. I can.

예를 들어, 적응형 미러는 전자기 방사선 빔의 초점을 조정하고, 전자기 방사선 빔의 방향을 전환시키고, 전자기 방사선 빔을 스캐닝하는 것 중 적어도 하나에 의해 전자기 방사선 빔을 지향시키도록 구성될 수 있다.For example, the adaptive mirror may be configured to direct the electromagnetic radiation beam by at least one of refocusing the electromagnetic radiation beam, redirecting the electromagnetic radiation beam, and scanning the electromagnetic radiation beam.

또한, 본 실시예에 따르면, 적응형 미러는 이온-생성 타겟 위에 전자기 방사선 빔을 래스터(raster)화하도록 구성될 수 있다.Further, according to this embodiment, the adaptive mirror can be configured to raster the electromagnetic radiation beam over the ion-generating target.

또한, 본 실시예에 따르면, 적응형 미러는 복수의 패싯(facet)들을 포함하고, 복수의 패싯들의 각각은 디지털 논리 회로에 의해 독립적으로 제어될 수 있다.Further, according to this embodiment, the adaptive mirror includes a plurality of facets, and each of the plurality of facets may be independently controlled by a digital logic circuit.

또한, 본 실시예에 따르면, 적응형 미러는 반사-방지 코팅된 기판 상에 포커싱된 레이저 펄스를 포함하고, 레이저 펄스 및 반사-방지 코팅된 기판 중 하나 또는 둘 모두는 디지털 논리 회로에 의해 제어될 수 있다.Further, according to this embodiment, the adaptive mirror comprises a laser pulse focused on an anti-reflective coated substrate, and one or both of the laser pulse and the anti-reflective coated substrate may be controlled by a digital logic circuit. I can.

또한, 본 실시예에 따르면, 적어도 하나의 프로세서는 적응형 미러로 하여금 피드백 신호에 응답하여 전자기 방사선 빔을 이온-생성 타겟으로 지향하게 하도록 구성될 수 있다.Further, according to this embodiment, the at least one processor may be configured to cause the adaptive mirror to direct the electromagnetic radiation beam to the ion-generating target in response to the feedback signal.

또한, 본 실시예에 따르면, 적어도 하나의 프로세서는 적응형 미러로 하여금 전자기 방사선 빔을 이온-생성 타겟의 표면 상의 미리 정해진 위치들로 지향하게 하도록 구성될 수 있다.Further, according to this embodiment, the at least one processor may be configured to cause the adaptive mirror to direct the electromagnetic radiation beam to predetermined locations on the surface of the ion-generating target.

또한, 본 실시예에 따르면, 이온-생성 타겟의 표면은 패턴화된 어레이를 포함할 수 있다.Further, according to this embodiment, the surface of the ion-generating target may include a patterned array.

또한, 본 실시예에 따르면, 이온-생성 타겟의 표면은 실질적으로 공통 축을 따라 배향된 복수의 이온-생성 구조들을 포함할 수 있다.Further, according to this embodiment, the surface of the ion-generating target may include a plurality of ion-generating structures oriented substantially along a common axis.

또한, 본 실시예에 따르면, 이온-생성 타겟의 표면은 적어도 하나의 나이프 에지(knife edge)를 포함할 수 있다.Further, according to this embodiment, the surface of the ion-generating target may include at least one knife edge.

본 실시예에 따르면, 양성자 빔을 생성하기 위한 시스템은, 타겟 위치에서 이온-생성 타겟을 지지하도록 구성된 상호 작용 챔버; 궤적을 따라 전자기 방사선 빔을 제공하도록 구성된 전자기 방사선 소스로서, 전자기 방사선 빔은 에너지, 편광, 공간 프로파일 및 시간 프로파일을 갖는, 전자기 방사선 소스; 전자기 방사선 소스와 이온-생성 타겟의 표면 사이의 전자기 방사선 빔의 궤적을 따라 위치되고, 전자기 방사선 빔으로 하여금 이온-생성 타겟을 조사하게 하여 에너지 및 플럭스를 갖는 양성자 빔의 형성을 용이하게 하기 위해 전자기 방사선 빔과 협업하도록 구성되는, 하나 이상의 광학 구성 요소들; 및 양성자 빔의 에너지를 실질적으로 일정하게 유지하면서 양성자 빔의 플럭스; 및 양성자 빔의 플럭스를 실질적으로 일정하게 유지하면서 양성자 빔의 에너지 중 적어도 하나를 조정하기 위하여, 전자기 방사선 소스 및 하나 이상의 광학 구성 요소들 중 적어도 하나를 제어하여 전자기 방사선 빔의 에너지, 전자기 방사선 빔의 편광, 전자기 방사선 빔의 공간 프로파일 및 전자기 방사선 빔의 시간 프로파일 중 적어도 하나를 변경하도록 구성되는 적어도 하나의 프로세스를 포함할 수 있다.In accordance with this embodiment, a system for generating a proton beam comprises: an interaction chamber configured to support an ion-generating target at a target location; An electromagnetic radiation source configured to provide an electromagnetic radiation beam along a trajectory, the electromagnetic radiation beam having an energy, polarization, spatial profile and temporal profile; Electromagnetic to facilitate the formation of a proton beam with energy and flux by being positioned along the trajectory of the electromagnetic radiation beam between the electromagnetic radiation source and the surface of the ion-generating target, causing the electromagnetic radiation beam to irradiate the ion-generating target. One or more optical components configured to cooperate with the radiation beam; And the flux of the proton beam while keeping the energy of the proton beam substantially constant. And controlling at least one of the electromagnetic radiation source and one or more optical components to adjust at least one of the energy of the proton beam while maintaining the flux of the proton beam substantially constant. It may include at least one process configured to change at least one of polarization, a spatial profile of an electromagnetic radiation beam, and a temporal profile of an electromagnetic radiation beam.

일부 실시예는 양성자 빔을 생성하기 위한 방법을 포함할 수 있으며, 본 방법은, 상호 작용 챔버 내의 타겟 위치에서 이온-생성 타겟을 지지하는 단계; 전자기 방사선 소스에 의해, 궤적을 따라 전자기 방사선 빔을 제공하는 단계로서, 전자기 방사선 빔은 에너지, 편광, 공간 프로파일 및 시간 프로파일을 갖는, 단계; 전자기 방사선 소스와 이온-생성 타겟의 표면 사이의 전자기 방사선 빔의 궤적을 따라 위치된 하나 이상의 광학 구성 요소들에 의해 이온-생성 타겟을 전자기 방사선 빔으로 조사하는 단계로서, 하나 이상의 광학 구성 요소들은 에너지 및 플럭스를 갖는 양성자 빔의 형성을 용이하게 하기 위해 전자기 방사선 빔과 협업하도록 구성되는, 단계; 적어도 하나의 프로세서에 의해, 양성자 빔의 에너지를 실질적으로 일정하게 유지하면서 양성자 빔의 플럭스; 및 양성자 빔의 플럭스를 실질적으로 일정하게 유지하면서 양성자 빔의 에너지 중 적어도 하나를 조정하기 위하여, 전자기 방사선 소스 및 하나 이상의 광학 구성 요소들 중 적어도 하나를 제어하여 전자기 방사선 빔의 에너지, 전자기 방사선 빔의 편광, 전자기 방사선 빔의 공간 프로파일 및 전자기 방사선 빔의 시간 프로파일 중 적어도 하나를 변경하는 단계를 포함한다.Some embodiments may include a method for generating a proton beam, the method comprising: supporting an ion-generating target at a target location within an interaction chamber; Providing, by an electromagnetic radiation source, an electromagnetic radiation beam along a trajectory, the electromagnetic radiation beam having an energy, polarization, spatial profile and a temporal profile; Irradiating the ion-generating target with an electromagnetic radiation beam by one or more optical components positioned along a trajectory of the electromagnetic radiation beam between the electromagnetic radiation source and the surface of the ion-generating target, wherein the one or more optical components And configured to cooperate with the electromagnetic radiation beam to facilitate formation of a proton beam having a flux; By at least one processor, the flux of the proton beam while maintaining the energy of the proton beam substantially constant; And controlling at least one of the electromagnetic radiation source and one or more optical components to adjust at least one of the energy of the proton beam while maintaining the flux of the proton beam substantially constant. Changing at least one of polarization, the spatial profile of the electromagnetic radiation beam, and the temporal profile of the electromagnetic radiation beam.

또한, 본 실시예에 따르면, 양성자 빔을 생성하기 위한 시스템은, 타겟 위치에서 이온-생성 타겟을 지지하도록 구성된 상호 작용 챔버; 궤적을 따라 전자기 방사선 빔을 제공하도록 구성된 전자기 방사선 소스로서, 전자기 방사선 빔은 에너지, 편광, 공간 프로파일 및 시간 프로파일을 갖는, 전자기 방사선 소스; 전자기 방사선 소스와 이온-생성 타겟의 표면 사이의 전자기 방사선 빔의 궤적을 따라 위치되고, 전자기 방사선 빔으로 하여금 이온-생성 타겟을 조사하게 하여 에너지 및 플럭스를 갖는 양성자 빔의 형성을 용이하게 하기 위해 전자기 방사선 빔과 협업하도록 구성되는, 하나 이상의 광학 구성 요소들; 및 양성자 빔의 에너지를 변화시키면서 양성자 빔의 플럭스; 및 양성자 빔의 플럭스를 변화시키면서 양성자 빔의 에너지 중 적어도 하나를 조정하기 위하여, 전자기 방사선 소스 및 하나 이상의 광학 구성 요소들 중 적어도 하나를 제어하여 전자기 방사선 빔의 에너지, 전자기 방사선 빔의 편광, 전자기 방사선 빔의 공간 프로파일 및 전자기 방사선 빔의 시간 프로파일 중 적어도 하나를 변경하도록 구성되는 적어도 하나의 프로세스를 포함할 수 있다.Further, in accordance with this embodiment, a system for generating a proton beam includes: an interaction chamber configured to support an ion-generating target at a target location; An electromagnetic radiation source configured to provide an electromagnetic radiation beam along a trajectory, the electromagnetic radiation beam having an energy, polarization, spatial profile and temporal profile; Electromagnetic to facilitate the formation of a proton beam with energy and flux by being positioned along the trajectory of the electromagnetic radiation beam between the electromagnetic radiation source and the surface of the ion-generating target, causing the electromagnetic radiation beam to irradiate the ion-generating target. One or more optical components configured to cooperate with the radiation beam; And the flux of the proton beam while changing the energy of the proton beam. And the energy of the electromagnetic radiation beam, polarization of the electromagnetic radiation beam, and electromagnetic radiation by controlling at least one of the electromagnetic radiation source and one or more optical components to adjust at least one of the energy of the proton beam while changing the flux of the proton beam. And at least one process configured to change at least one of the spatial profile of the beam and the temporal profile of the electromagnetic radiation beam.

일부 실시예는 양성자 빔을 생성하기 위한 방법을 포함할 수 있으며, 본 방법은, 상호 작용 챔버 내의 타겟 위치에서 이온-생성 타겟을 지지하는 단계; 전자기 방사선 소스에 의해, 궤적을 따라 전자기 방사선 빔을 제공하는 단계로서, 전자기 방사선 빔은 에너지, 편광, 공간 프로파일 및 시간 프로파일을 갖는, 단계; 전자기 방사선 소스와 이온-생성 타겟의 표면 사이의 전자기 방사선 빔의 궤적을 따라 위치된 하나 이상의 광학 구성 요소들에 의해 이온-생성 타겟을 전자기 방사선 빔으로 조사하는 단계로서, 하나 이상의 광학 구성 요소들은 에너지 및 플럭스를 갖는 양성자 빔의 형성을 용이하게 하기 위해 전자기 방사선 빔과 협업하도록 구성되는, 단계; 적어도 하나의 프로세서에 의해, 양성자 빔의 에너지를 변화시키면서 양성자 빔의 플럭스; 및 양성자 빔의 플럭스를 변화시키면서 양성자 빔의 에너지 중 적어도 하나를 조정하기 위하여, 전자기 방사선 소스 및 하나 이상의 광학 구성 요소들 중 적어도 하나를 제어하여 전자기 방사선 빔의 에너지, 전자기 방사선 빔의 편광, 전자기 방사선 빔의 공간 프로파일 및 전자기 방사선 빔의 시간 프로파일 중 적어도 하나를 변경하는 단계를 포함한다.Some embodiments may include a method for generating a proton beam, the method comprising: supporting an ion-generating target at a target location within an interaction chamber; Providing, by an electromagnetic radiation source, an electromagnetic radiation beam along a trajectory, the electromagnetic radiation beam having an energy, polarization, spatial profile and a temporal profile; Irradiating the ion-generating target with an electromagnetic radiation beam by one or more optical components positioned along a trajectory of the electromagnetic radiation beam between the electromagnetic radiation source and the surface of the ion-generating target, wherein the one or more optical components And configured to cooperate with the electromagnetic radiation beam to facilitate formation of a proton beam having a flux; The flux of the proton beam while changing the energy of the proton beam by at least one processor; And the energy of the electromagnetic radiation beam, polarization of the electromagnetic radiation beam, and electromagnetic radiation by controlling at least one of the electromagnetic radiation source and one or more optical components to adjust at least one of the energy of the proton beam while changing the flux of the proton beam. And changing at least one of the spatial profile of the beam and the temporal profile of the electromagnetic radiation beam.

예를 들어, 적어도 하나의 프로세서는 전자기 방사선 빔의 스폿 크기를 변경함으로써 전자기 방사선 빔의 상기 공간 프로파일을 변경하도록 구성될 수 있다.For example, at least one processor may be configured to change the spatial profile of the electromagnetic radiation beam by changing the spot size of the electromagnetic radiation beam.

또한, 본 실시예에 따르면, 적어도 하나의 프로세서는 전자기 방사선 빔의 처프(chrip)를 변경함으로써 전자기 방사선 빔의 시간 프로파일을 변경하도록 구성될 수 있다.Further, according to the present embodiment, at least one processor may be configured to change the time profile of the electromagnetic radiation beam by changing a chirp of the electromagnetic radiation beam.

또한, 본 실시예에 따르면, 적어도 하나의 프로세서는 하나 이상의 펌프 소스들의 타이밍을 변경함으로써 전자기 방사선 빔의 시간 프로파일을 변경하도록 구성될 수 있다.Further, according to 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.

또한, 본 실시예에 따르면, 전자기 방사선 빔이 편광되지 않도록 전자기 방사선 빔의 편광이 이루어질 수 있다.In addition, according to the present embodiment, the electromagnetic radiation beam may be polarized so that the electromagnetic radiation beam is not polarized.

또한, 본 실시예에 따르면, 전자기 방사선 소스는 펄스화된 전자기 방사선 빔을 제공하여 펄스화된 양성자 빔을 발생시키도록 구성될 수 있다.Further, according to this embodiment, the electromagnetic radiation source may be configured to provide a pulsed electromagnetic radiation beam to generate a pulsed proton beam.

또한, 본 실시예에 따르면, 적어도 하나의 프로세서는 전자기 방사선 소스로 하여금 전자기 방사선 빔의 에너지 및 전자기 방사선 빔의 시간 프로파일을 변경하게 하도록 구성될 수 있다.Further, according to the present embodiment, the at least one processor may be configured to cause the electromagnetic radiation source to change the energy of the electromagnetic radiation beam and the time profile of the electromagnetic radiation beam.

또한, 본 실시예에 따르면, 적어도 하나의 프로세서는 전자기 방사선 소스로 하여금 전자기 방사선 빔의 에너지 및 전자기 방사선 빔의 공간 프로파일을 변화하게 하도록 구성될 수 있다.Further, according to the present embodiment, the at least one processor may be configured to cause the electromagnetic radiation source to change the energy of the electromagnetic radiation beam and the spatial profile of the electromagnetic radiation beam.

또한, 본 실시예에 따르면, 적어도 하나의 프로세서는 전자기 방사선 소스로 하여금 전자기 방사선 빔의 에너지를 변화하게 하도록 구성될 수 있고, 적어도 하나의 프로세서는 하나 이상의 광학 구성 요소들로 하여금 전자기 방사선 빔의 공간 프로파일을 변화하게 하도록 구성될 수 있다.Further, according to the present embodiment, at least one processor may be configured to cause the electromagnetic radiation source to change the energy of the electromagnetic radiation beam, and the at least one processor allows the one or more optical components to cause the space of the electromagnetic radiation beam. It can be configured to change the profile.

또한, 본 실시예에 따르면, 적어도 하나의 프로세서는 하나 이상의 광학 구성 요소들로 하여금 전자기 방사선 빔의 에너지 및 전자기 방사선 빔의 공간 프로파일을 변화하게 하도록 구성될 수 있다.Further, according to this embodiment, the at least one processor may be configured to cause one or more optical components to change the energy of the electromagnetic radiation beam and the spatial profile of the electromagnetic radiation beam.

또한, 본 실시예에 따르면, 양성자 빔을 생성하기 위한 시스템은, 복수의 패턴화된 피처들이 제공된 이온-생성 타겟을 지지하도록 구성된 상호 작용 챔버; 상기 복수의 패턴화된 피처들을 조사하기 위해 전자기 방사선 빔을 제공하도록 구성된 전자기 방사선 소스; 및 전자기 방사선 빔으로 하여금 복수의 패턴화된 피처들 중 개별적인 피처들을 타격하게 하여 결과적인 양성자 빔을 생성하도록 구성된 적어도 하나의 프로세서를 포함할 수 있다.Further, in accordance with this embodiment, a system for generating a proton beam includes: an interaction chamber configured to support an ion-generating target provided with a plurality of patterned features; An electromagnetic radiation source configured to provide an electromagnetic radiation beam to irradiate the plurality of patterned features; And at least one processor configured to cause the electromagnetic radiation beam to strike individual ones of the plurality of patterned features to produce a resulting proton beam.

일부 실시예는 복수의 패턴화된 피처들이 제공된 이온-생성 타겟을 상호 작용 챔버 내에 지지하는 단계; 전자기 방사선 소스에 의해, 복수의 패턴화된 피처들을 조사하기 위해 전자기 방사선 빔을 제공하는 단계; 및 전자기 방사선 빔으로 복수의 패턴화된 피처들 중 개별적인 피처들을 타격하여 결과적인 양성자 빔을 생성하는 단계를 포함하는 방법을 포함할 수 있다.Some embodiments include supporting an ion-generating target provided with a plurality of patterned features within an interaction chamber; Providing, by an electromagnetic radiation source, an electromagnetic radiation beam to irradiate a plurality of patterned features; And striking individual ones of the plurality of patterned features with an electromagnetic radiation beam to produce a resulting proton beam.

또한, 본 실시예에 따르면, 양성자 빔을 생성하기 위한 시스템은, 적어도 하나의 나이프 에지로 패턴화된 이온-생성 타겟을 지지하도록 구성된 상호 작용 챔버; 이온-생성 타겟의 적어도 하나의 나이프 에지를 조사하기 위한 전자기 방사선 빔을 제공하도록 구성된 전자기 방사선 소스; 및 전자기 방사선 빔으로 하여금 적어도 하나의 나이프 에지를 타격하게 하여 결과적인 양성자 빔을 발생시키도록 구성된 적어도 하나의 프로세서를 포함할 수 있다.Further, in accordance with this embodiment, a system for generating a proton beam includes an interaction chamber configured to support an ion-generating target patterned with at least one knife edge; An electromagnetic radiation source configured to provide an electromagnetic radiation beam for irradiating at least one knife edge of the ion-generating target; And at least one processor configured to cause the beam of electromagnetic radiation to strike at least one knife edge to generate a resulting beam of protons.

또한, 일부 실시예는 상호 작용 챔버 내의 적어도 하나의 나이프 에지로 패턴화된 이온-생성 타겟을 지지하는 단계; 전자기 방사선 소스에 의해, 이온-생성 타겟의 적어도 하나의 나이프 에지를 조사하기 위한 전자기 방사선 빔을 제공하는 단계; 및 전자기 방사선 빔으로 적어도 하나의 나이프 에지를 타격하여 결과적인 양성자 빔을 발생시키는 단계를 포함하는 방법을 포함할 수 있다.Additionally, some embodiments include supporting a patterned ion-generating target with at least one knife edge within an interaction chamber; Providing, by an electromagnetic radiation source, an electromagnetic radiation beam for irradiating at least one knife edge of the ion-generating target; And striking at least one knife edge with a beam of electromagnetic radiation to generate a resulting beam of protons.

또한, 본 실시예에 따르면, 전자기 방사선 소스는 파장을 갖는 레이저 빔을 제공하도록 구성될 수 있고, 복수의 패턴화된 피처들 중 적어도 하나는 레이저 빔의 파장보다 작은 치수를 가질 수 있다. 유사하게, 나이프 에지는 레이저 빔의 파장보다 작은 치수를 가질 수 있다.Further, according to 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 may have a dimension smaller than the wavelength of the laser beam. Similarly, the knife edge can have a dimension smaller than the wavelength of the laser beam.

또한, 본 실시예에 따르면, 복수의 패턴화된 피처들은 이온-생성 타겟의 표면으로부터 멀어지게 연장되는 돌출부들을 포함한다.Further, according to this embodiment, the plurality of patterned features include protrusions extending away from the surface of the ion-generating target.

또한, 본 실시예에 따르면, 적어도 하나의 프로세서는 이온-생성 타겟을 래스터화하도록 구성될 수 있다.Further, according to this embodiment, at least one processor may be configured to rasterize the ion-generating target.

또한, 본 실시예에 따르면, 적어도 하나의 프로세서는 전자기 방사선 빔으로 하여금 이온-생성 타겟의 표면을 연속적으로 또는 불연속적으로 스캐닝하게 하도록 구성될 수 있다.Further, according to this embodiment, the at least one processor may be configured to cause the electromagnetic radiation beam to continuously or discontinuously scan the surface of the ion-generating target.

또한, 본 실시예에 따르면, 적어도 하나의 프로세서는 적어도 하나의 나이프 에지를 연속적으로 또는 불연속적으로 스캐닝하기 위하여 적응형 미러로 하여금 전자기 방사선 빔을 조정하게 하도록 구성될 수 있다.Further, according to this embodiment, the at least one processor may be configured to cause the adaptive mirror to adjust the electromagnetic radiation beam to continuously or discontinuously scan the at least one knife edge.

또한, 본 실시예에 따르면, 복수의 패턴화된 피처들 또는 나이프 에지는 얼음을 포함할 수 있다.Further, according to this embodiment, the plurality of patterned features or knife edges may include ice.

또한, 본 실시예에 따르면, 복수의 패턴화된 피처들 또는 나이프 에지는 실리콘을 포함할 수 있다.Further, according to this embodiment, the plurality of patterned features or knife edges may include silicon.

또한, 본 실시예에 따르면, 복수의 패턴화된 피처들 또는 나이프 에지는 탄소를 포함할 수 있다.Further, according to this embodiment, the plurality of patterned features or knife edges may include carbon.

또한, 본 실시예에 따르면, 복수의 패턴화된 피처들 또는 나이프 에지는 플라스틱을 포함할 수 있다.Further, according to this embodiment, the plurality of patterned features or knife edges may include plastic.

또한, 본 실시예에 따르면, 복수의 패턴화된 피처들 또는 나이프 에지는 스테인레스 스틸을 포함할 수 있다.Further, according to the present embodiment, the plurality of patterned features or knife edges may include stainless steel.

또한, 본 실시예에 따르면, 적어도 하나의 프로세서는 적응형 미러로 하여금 복수의 패턴화된 피처들 중 개별적인 피처들을 순차적으로 또는 동시에 타격하기 위하여, 또는 나이프 에지를 타격하기 위하여 전자기 방사선 빔을 조정하게 하도록 구성될 수 있다.Further, according to the present embodiment, the at least one processor causes the adaptive mirror to adjust the electromagnetic radiation beam to strike the individual features of the plurality of patterned features sequentially or simultaneously, or to strike the knife edge. Can be configured to

또한, 본 실시예에 따르면, 적어도 하나의 프로세서는 전자기 방사선 빔으로 하여금 패턴화된 피처들 중 개별적인 피처들을 순차적으로 타격하게 하기 위하여 모터를 조정하도록 구성될 수 있다.Further, according to this embodiment, at least one processor may be configured to adjust the motor to cause the electromagnetic radiation beam to sequentially strike individual features among the patterned features.

또한, 본 실시예에 따르면, 적어도 하나의 프로세서는 복수의 패턴화된 피처들 중 인접한 피처들 위의 전자기 방사선 빔의 순차적 스캐닝을 야기하도록 구성될 수 있다.Further, according to this embodiment, at least one processor may be configured to cause sequential scanning of an electromagnetic radiation beam over adjacent ones of a plurality of patterned features.

또한, 본 실시예에 따르면, 타겟은 하나 초과의 나이프 에지로 패턴화될 수 있다.Further, according to this embodiment, the target may be patterned with more than one knife edge.

본 실시예에 따르면, 양성자 빔을 생성하기 위한 시스템은 적어도 하나의 이온 다발(ion bunch)을 포함하는 펄스화된 이온 빔을 생성하도록 구성된 이온 소스; 적어도 하나의 전자석; 전자석에 근접하고, 펄스화된 빔이 통하여 횡단하도록 배향되는 구역(zone); 적어도 하나의 전자석을 선택적으로 활성화시키기 위해 적어도 하나의 전자석에 전기적으로 접속된 적어도 하나의 자동화된 스위치; 적어도 하나의 자동화된 스위치를 활성화시키도록 구성된 방사선 트리거 소스; 및 이온 다발이 구역을 횡단할 때 적어도 하나의 전자석을 활성화시키도록 구성된 적어도 하나의 프로세서를 포함할 수 있다.In accordance with this embodiment, a system for generating a proton beam comprises an ion source configured to generate a pulsed ion beam comprising at least one ion bunch; At least one electromagnet; A zone proximate the electromagnet and oriented to traverse through the pulsed beam; At least one automated switch electrically connected to the at least one electromagnet for selectively activating the at least one electromagnet; A radiation trigger source configured to activate at least one automated switch; And at least one processor configured to activate the at least one electromagnet as the ion bundle traverses the region.

본 개시에 따른 다른 실시예는 대전 입자들의 펄스화된 빔을 지향시키기 위한 방법을 포함할 수 있으며, 본 방법은 적어도 하나의 이온 다발을 포함하는 펄스화된 이온 빔을 생성하는 단계로서, 펄스화된 이온 빔은 적어도 하나의 전자석에 근접한 구역을 통해 횡단하도록 구성되는, 단계; 방사선 트리거 소스에 의해, 적어도 하나의 자동화된 스위치를 활성화시키는 단계로서, 적어도 하나의 자동화된 스위치는 적어도 하나의 전자석에 전기적으로 접속되는, 단계; 및 자동화된 스위치의 활성화에 기초하여, 적어도 하나의 프로세서에 의해, 이온 다발이 구역을 횡단할 때 적어도 하나의 전자석을 선택적으로 활성화시키는 단계를 포함한다.Another embodiment according to the present disclosure may include a method for directing a pulsed beam of charged particles, the method comprising generating a pulsed ion beam comprising at least one ion bundle, pulsed The ion beam being configured to traverse through a region proximate the at least one electromagnet; Activating at least one automated switch by a radiation trigger source, wherein the at least one automated switch is electrically connected to the at least one electromagnet; And selectively activating, by the at least one processor, at least one electromagnet as the ion bundle traverses the zone based on the activation of the automated switch.

예를 들어, 본 실시예에 따르면, 방사선 트리거 소스는 이온, x선, 전자 및 레이저 방사선 중 하나 이상의 소스를 포함할 수 있다.For example, according to the present embodiment, the radiation trigger source may include one or more of ion, x-ray, electron, and laser radiation.

또한, 본 실시예에 따르면, 전자석은 전자기장을 생성하도록 구성되고, 구역은 전자석이 활성화될 때 전자기장 내에 있도록 배향될 수 있다. 본 실시예에 따르면, 구역은 약 1 인치보다 작은 치수를 가질 수 있다.Further, according to this embodiment, the electromagnet is configured to generate an electromagnetic field, and the zone may be oriented to be within the electromagnetic field when the electromagnet is activated. According to this embodiment, the zone may have dimensions less than about 1 inch.

또한, 본 실시예에 따르면, 이온 소스는 방사선 트리거 소스 및 이온-생성 타겟을 포함할 수 있으며, 방사선 트리거 소스는 자동화된 스위치를 활성화시키고 이온-생성 타겟을 조사하여 펄스화된 이온 빔을 생성하도록 구성될 수 있다.Further, according to this embodiment, the ion source may include a radiation trigger source and an ion-generating target, and the radiation trigger source activates an automated switch and irradiates the ion-generating target to generate a pulsed ion beam. Can be configured.

또한, 본 실시예에 따르면, 방사선 트리거 소스가 자동화된 스위치를 활성화시키는 시간은 제어된 지연 라인에 의해 조정될 수 있다. 제어된 지연 라인은 예를 들어, 방사선 트리거 소스가 펄스화된 이온 빔과 동기하여 자동화된 스위치를 활성화시키는 시간을 조정하도록 구성될 수 있다.Further, according to this embodiment, the time for the radiation trigger source to activate the automated switch can be adjusted by a controlled delay line. The controlled delay line can be configured, for example, to adjust the time for the radiation trigger source to activate the automated switch in synchronization with the pulsed ion beam.

또한, 본 실시예에 따르면, 자동화된 스위치는 광도전성 반도체 스위치 또는 스파크(spark) 스위치를 포함할 수 있다.In addition, according to this embodiment, the automated switch may include a photoconductive semiconductor switch or a spark switch.

또한, 본 실시예에 따르면, 적어도 하나의 전자석은 펄스화된 이온 빔의 궤적을 따라 직렬로 복수의 전자석들을 포함할 수 있고, 적어도 하나의 자동화된 스위치는 복수의 자동화된 스위치들을 포함할 수 있고, 복수의 자동화된 스위치들의 각각은 복수의 전자석들 중 다른 것과 연관된다. 적어도 하나의 프로세서는 이온 다발이 각각의 전자석을 횡단할 때 복수의 자동화된 스위치들을 순차적으로 활성화시키도록 구성될 수 있다.Further, according to the present embodiment, at least one electromagnet may include a plurality of electromagnets in series along the trajectory of the pulsed ion beam, and at least one automated switch may include a plurality of automated switches, , Each of the plurality of automated switches is associated with another of the plurality of electromagnets. The at least one processor may be configured to sequentially activate a plurality of automated switches as the ion bundle traverses each electromagnet.

또한, 본 실시예에 따르면, 직렬의 하나 이상의 전자석들 중 제1 전자석은 펄스화된 이온 빔의 일부를 원래의 궤적으로부터 방향 전환된 궤적으로 방향 전환시키도록 구성될 수 있고, 직렬의 하나 이상의 전자석들 중 제2 전자석은 펄스화된 이온 빔의 방향 전환된 부분의 적어도 일부를 방향 전환된 궤적으로부터 원래의 궤적에 실질적으로 평행한 경로로 다시 방향 전환시키도록 구성될 수 있다.In addition, according to the present embodiment, the first electromagnet among the one or more electromagnets in the series may be configured to redirect a part of the pulsed ion beam to a directional trajectory from the original trajectory, and one or more electromagnets in the series Among them, the second electromagnet may be configured to redirect at least a portion of the redirected portion of the pulsed ion beam back from the redirected trajectory to a path substantially parallel to the original trajectory.

본 실시예에 따르면, 양성자 빔을 생성하기 위한 시스템은 양성자 에너지 확산 내의 복수의 양성자 에너지들을 갖는 양성자 빔을 제공하도록 구성된 양성자 소스; 및 적어도 하나의 프로세서를 포함할 수 있고, 적어도 하나의 프로세서는, 3차원 좌표계의 2차원에서 양성자 빔과 치료 체적 사이의 상대 이동을 제어하고; 그리고 다른 2차원에서 실질적으로 고정된 좌표들을 유지하면서 3차원 좌표계의 제3 차원에서 치료 체적의 깊이를 조정하도록 양성자 에너지 확산을 제어하도록 구성된다.In accordance with this embodiment, a system for generating a proton beam includes a proton source configured to provide a proton beam having a plurality of proton energies within the proton energy diffusion; And at least one processor, wherein the at least one processor controls relative movement between the proton beam and the treatment volume in two dimensions of the three-dimensional coordinate system; And controlling the proton energy diffusion to adjust the depth of the treatment volume in the third dimension of the three-dimensional coordinate system while maintaining the substantially fixed coordinates in the other two dimensions.

본 개시에 따른 다른 실시예는 양성자들로 치료 체적을 치료하기 위한 방법을 포함할 수 있으며, 본 방법은 양성자 소스에 의해 양성자 에너지 확산 내의 복수의 양성자 에너지들을 갖는 양성자 빔을 제공하는 단계; 적어도 하나의 프로세서에 의해, 3차원 좌표계의 2차원에서 양성자 빔과 치료 체적 사이의 상대 이동을 제어하는 단계; 및 적어도 하나의 프로세서에 의해, 다른 2차원에서 실질적으로 고정된 좌표들을 유지하면서 3차원 좌표계의 제3 차원에서 치료 체적의 깊이를 조정하도록 양성자 에너지 확산을 제어하는 단계를 포함한다.Another embodiment according to the present disclosure may include a method for treating a treatment volume with protons, the method comprising: providing a proton beam having a plurality of proton energies in the proton energy diffusion by a proton source; Controlling, by at least one processor, the relative movement between the proton beam and the treatment volume in two dimensions of the three-dimensional coordinate system; And controlling, by at least one processor, the proton energy diffusion 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.

예를 들어, 본 실시예에 따르면, 적어도 하나의 프로세서는 예를 들어, 갠트리(gantry)를 회전시키고, 양성자 빔을 전자석으로 지향시키고 및/또는 환자 지지 플랫폼을 이동시키는 것에 의해 양성자 빔과 치료 체적 사이의 상대 이동을 제어하도록 구성될 수 있다.For example, according to the present embodiment, the at least one processor may be configured with the proton beam and the treatment volume, for example by rotating the gantry, directing the proton beam to the electromagnet, and/or moving the patient support platform. It can be configured to control the relative movement between.

또한, 본 실시예에 따르면, 양성자들로 치료 체적을 치료하기 위한 시스템은 자기 분석기, 비행-시간(time-of-flight) 제어 유닛 및 에너지 저하기 중 적어도 하나를 사용하여 양성자 에너지 확산 및 양성자 에너지 분산을 제어하도록 구성될 수 있다.In addition, according to the present embodiment, the system for treating the treatment volume with protons uses at least one of a magnetic analyzer, a time-of-flight control unit, and an energy reduction to provide proton energy diffusion and proton energy. It can be configured to control distribution.

다른 개시된 실시예에 따르면, 비일시적 컴퓨터-판독 가능 저장 매체가 하나 이상의 프로세서 디바이스에 의해 실행되고 본원에 설명된 임의의 방법을 수행하는 프로그램 명령들을 저장할 수 있다.According to another disclosed embodiment, a non-transitory computer-readable storage medium may store program instructions that are executed by one or more processor devices and perform any of the methods described herein.

상술한 일반적인 설명은 단지 개시된 몇몇 실시예의 간략한 개요이며, 이하의 도면, 상세한 설명 및 청구항에 제시된 많은 발명의 개념을 한정하려고 의도된 것이 아니다.The above general description is merely a brief summary of some disclosed embodiments and is not intended to limit the concepts of the many inventions set forth in the following drawings, detailed description, and claims.

본 명세서에 통합되어 본 명세서의 일부를 구성하는 첨부 도면은 개시된 실시예의 특정 양태를 나타내고, 설명과 함께, 개시된 실시예를 설명한다. 도면에서:
도 1은 조직 깊이와 상관된 방사선 투여량을 도시하는 그래프이다.
도 2는 상술한 바와 같이, 일부 종래의 가속기-기반 입자 요법 시스템의 크기의 근사적인 표현이다.
도 3은 개시된 실시예에 따른 양성자 요법을 제공하기 위한 시스템의 상호 접속된 구성 요소의 예의 도면이다.
도 4a, 도 4b, 도 4c, 도 4d 및 도 4e는 개시된 실시예에 따른 양성자 빔 생성을 위한 이온-생성 타겟의 예이다.
도 5는 개시된 실시예에 따른 양성자 요법 시스템을 제어하기 위한 제어기의 예의 개략도이다.
도 6은 개시된 실시예에 따른 전자기 방사선 소스의 예의 개략도이다.
도 7은 개시된 실시예에 따른 갠트리의 예의 개략도이다.
도 8은 개시된 실시예에 따른 갠트리의 다른 예의 개략도이다.
도 9는 개시된 실시예에 따른 양성자 요법 프로세스의 예의 흐름도이다.
도 10은 개시된 실시예에 따른 상호 작용 챔버의 예의 양태를 나타낸다.
도 11은 개시된 실시예에 따른 양성자 생성 피드백으로 양성자 요법을 제어하기 위한 프로세스의 예의 흐름도이다.
도 12는 개시된 실시예에 따른 예시적인 양성자 빔 펄스의 에너지를 도시한다.
도 13a 및 도 13b는 개시된 실시예에 따른 양성자 에너지 선택 시스템의 예를 도시한다.
도 14는 개시된 실시예에 따른 양성자 생성 피드백에 기초하여 3차원 공간에서 양성자 요법 치료를 제어하기 위한 프로세스의 예의 흐름도이다.
도 15a, 도 15b, 도 15c 및 도 15d는 도 14의 프로세스에 기초한 예시적인 양성자 요법 치료의 양태를 도시한다.
BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The accompanying drawings, which are incorporated herein and constitute a part of this specification, illustrate certain aspects of the disclosed embodiments, and together with the description, describe the disclosed embodiments. In the drawing:
1 is a graph showing radiation dose correlated with tissue depth.
2 is an approximate representation of the size of some conventional accelerator-based particle therapy systems, as described above.
3 is a diagram of an example of interconnected components of a system for providing proton therapy in accordance with a disclosed embodiment.
4A, 4B, 4C, 4D and 4E are examples of an ion-generating target for generating a proton beam according to the disclosed embodiment.
5 is a schematic diagram of an example of a controller for controlling a proton therapy system in accordance with a disclosed embodiment.
6 is a schematic diagram of an example of an electromagnetic radiation source according to a disclosed embodiment.
7 is a schematic diagram of an example of a gantry according to the disclosed embodiment.
8 is a schematic diagram of another example of a gantry according to the disclosed embodiment.
9 is a flow diagram of an example of a proton therapy process according to a disclosed embodiment.
10 shows aspects of an example of an interaction chamber according to the disclosed embodiments.
11 is a flow diagram of an example of a process for controlling proton therapy with proton generation feedback in accordance with a disclosed embodiment.
12 shows the energy of an exemplary proton beam pulse according to a disclosed embodiment.
13A and 13B illustrate an example of a proton energy selection system according to the disclosed embodiment.
14 is a flow diagram of an example of a process for controlling proton therapy treatment in a three dimensional space based on proton generation feedback in accordance with disclosed embodiments.
15A, 15B, 15C and 15D illustrate an embodiment of an exemplary proton therapy treatment based on the process of FIG. 14.

이하 예시적인 실시예를 상세히 참조하며, 이들의 예는 첨부 도면에 나타내어지고 본원에 개시된다. 편리하다면, 동일하거나 유사한 부분을 지칭하기 위해 도면 전체에 걸쳐 동일한 참조 번호가 사용된다.Reference is made in detail to exemplary embodiments below, examples of which are shown in the accompanying drawings and disclosed herein. Where convenient, the same reference numbers are used throughout the drawings to refer to the same or similar parts.

이온 빔 요법을 제공하기 위한 시스템 및 방법이 본원에 제공된다. 후술하는 실시예는 양성자 요법과 관련하여 설명된다. 본원에서 사용되는 "양성자 요법"은 가장 흔히 암 치료에서 양성자 빔을 사용하여 질병 조직을 조사하는 입자 요법 의료 절차를 지칭한다. 이 설명은 이러한 요법 절차를 지칭하지만, 본원의 혁신의 의도된 범위는 요법 또는 의료 절차로 한정되지 않는 것으로 이해되어야 한다. 오히려, 임의의 목적으로 양성자 빔이 생성되는 임의의 시간에 적용될 수 있다. 또한, 본 개시는 양성자 빔의 생성에 한정되지 않고, 다른 형태의 이온 빔 생성에 또한 적용된다.Systems and methods for providing ion beam therapy are provided herein. The examples described below are described in connection with proton therapy. As used herein, “proton therapy” refers to a particle therapy medical procedure that most often uses a proton beam in cancer treatment to examine diseased tissue. While this description refers to such a therapy procedure, it is to be understood that the intended scope of the innovations herein is not limited to therapy or medical procedures. Rather, it can be applied at any time at which a proton beam is generated for any purpose. Further, the present disclosure is not limited to the generation of a proton beam, but also applies to other types of ion beam generation.

본 개시에 따라 양성자 빔을 생성하기 위한 시스템은 하나 이상의 전자기 방사선 소스를 포함할 수 있다. 본 개시에서 사용되는 "전자기 방사선"은 임의의 파장, 주파수, 에너지, 전력, 편광 및/또는 공간 또는 시간 프로파일을 갖는 임의의 형태의 전자기 방사선을 지칭할 수 있다. 일부 실시예에서, 전자기 방사선은 빔 형태로 전파될 수 있다. 예를 들어, 전자기 방사선 빔은 원하는 위치를 조사하기에 적절한 임의의 형태의 전자기 방사선일 수 있다. 일부 실시예에서, 양성자 요법 시스템을 제공하기 위한 시스템은 궤적을 따라 전자기 방사선 빔을 제공하도록 구성될 수 있다. 전자기 방사선 빔은, 예를 들어, 이온-생성 타겟(또한 더욱 상세히 후술됨)에 복수의 패턴화된 피처를 조사하도록 또는 이온-생성 타겟(또한 더욱 상세히 후술됨)에 하나 이상의 나이프 에지를 조사하도록 구성될 수 있다.A system for generating a beam of protons according to the present disclosure may include one or more sources of electromagnetic radiation. “Electromagnetic radiation” as used in this disclosure may refer to any form of electromagnetic radiation having any wavelength, frequency, energy, power, polarization, and/or spatial or temporal profile. In some embodiments, the electromagnetic radiation may be propagated in the form of a beam. For example, the electromagnetic radiation beam can be any form of electromagnetic radiation suitable for irradiating a desired location. In some embodiments, a system for providing a proton therapy system may be configured to provide a beam of electromagnetic radiation along a trajectory. The electromagnetic radiation beam, for example, to irradiate a plurality of patterned features to an ion-generating target (also described in more detail below) or to irradiate one or more knife edges to an ion-generating target (also described in more detail below). Can be configured.

전자기 방사선 빔은 규정된 에너지, 파장, 전력, 에너지, 편광(또는 편광되지 않을 수 있음), 공간 프로파일 및/또는 시간 프로파일을 포함할 수 있다. 이러한 특성 중 임의의 것은 고정되거나 변할 수 있다. 예를 들어, 전자기 방사선 소스는 이온-생성 타겟의 특성에 맞춤화된 특성을 갖는 레이저 빔을 제공하도록 구성될 수 있다. 전자기 방사선 빔은 펄스화되어 펄스화된 양성자 빔을 발생시키거나, 연속적일 수 있어 연속적인 양성자 빔을 발생시킬 수 있다.The electromagnetic radiation beam may comprise a defined energy, wavelength, power, energy, polarized (or may not be polarized), spatial profile and/or temporal profile. Any of these properties can be fixed or variable. For example, the electromagnetic radiation source can be configured to provide a laser beam with properties tailored to the properties of the ion-generating target. The electromagnetic radiation beam can be pulsed to generate a pulsed proton beam, or can be continuous to generate a continuous beam of protons.

본 개시에 따른 양성자 빔을 생성하기 위한 시스템은 이온-생성 타겟을 포함할 수 있다. 본 개시에서 사용되는 바와 같이, 이온-생성 타겟은 전자기 조사에 응답하여 이온을 생성하도록 구성된 임의의 재료, 장치 또는 요소의 조합을 지칭할 수 있다. 후술하는 바와 같이, 이온-생성 타겟은 양성자 빔을 생성하도록 구성될 수 있지만; 양성자 빔은 단지 예일 뿐이다. 일부 실시예에서, 이온-생성 타겟에는 복수의 패턴화된 피처가 제공될 수 있다. 예를 들어, 복수의 패턴화된 피처는 이온-생성 타겟의 표면으로부터 연장되는 돌출부를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 이온-생성 타겟은 하나 이상의 나이프 에지로 패턴화될 수 있다. 예를 들어, 이온-생성 타겟의 나이프 에지는 아레테(

Figure pat00001
) 또는 블레이드의 에지와 유사한 하나 이상의 좁은 에지를 포함할 수 있다.A system for generating a proton beam according to the present disclosure may comprise an ion-generating target. As used in this disclosure, an ion-generating target may refer to any material, device, or combination of elements configured to generate ions in response to electromagnetic irradiation. As described below, the ion-generating target may be configured to generate a proton beam; The proton beam is just an example. In some embodiments, the ion-generating target may be provided with a plurality of patterned features. For example, the plurality of patterned features can include protrusions extending from the surface of the ion-generating target. In some embodiments, the ion-generating target may be patterned with one or more knife edges. For example, the knife edge of the ion-generating target is the Arete (
Figure pat00001
) Or one or more narrow edges similar to the edge of the blade.

본 개시에 따라 양성자 빔을 생성하기 위한 시스템은 광학 구성 요소(들)를 포함할 수 있다. 본 개시에서 사용되는 바와 같이, 광학 구성 요소(들)는 예를 들어, 전자기 방사선 빔의 성형, 지향, 필터링, 분할, 지연, 변조, 흡수, 증폭, 포커싱, 초핑(chopping) 및/또는 반사를 포함하는 임의의 방식으로 전자기 방사선 빔을 조작 및/또는 제어하기 위한 임의의 하나 이상의 구성 요소를 지칭할 수 있다. 예로서, 광학 구성 요소는 예를 들어, 전자기 방사선 소스와 이온-생성 타겟의 표면 사이에서 전자기 방사선 빔의 궤적을 따라 위치될 수 있다. 일부 실시예에서, 광학 구성 요소는 전자기 방사선 빔을 이온-생성 타겟으로 지향시켜, 예를 들어, 결과적인 양성자 빔을 발생시키도록 구성될 수 있다. 또한, 전자기 방사선 소스는 전자기 방사선 빔의 형성을 용이하게 하기 위해 하나 이상의 광학 구성 요소를 포함할 수 있다.A system for generating a proton beam in accordance with the present disclosure may include optical component(s). As used in the present disclosure, the optical component(s) may, for example, shape, direct, filter, split, delay, modulate, absorb, amplify, focus, chop and/or reflect an electromagnetic radiation beam. It may refer to any one or more components for manipulating and/or controlling an electromagnetic radiation beam in any manner including. As an example, the optical 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-generating target. In some embodiments, the optical component may be configured to direct a beam of electromagnetic radiation to an ion-generating target, eg, to generate a resulting beam of protons. Additionally, the electromagnetic radiation source may include one or more optical components to facilitate formation of the electromagnetic radiation beam.

본 개시에 따르면, 광학 구성 요소는 하나 이상의 적응형 미러(들)를 포함할 수 있다. 본 개시에서 사용되는 바와 같이, 적응형 미러는 적응될 수 있는 반사 표면을 포함하는 요소를 지칭할 수 있다. 예를 들어, 적응형 미러는 복수의 패싯(facet)을 포함하는 변형 가능한 미러일 수 있으며, 복수의 패싯의 각각은 디지털 논리 회로에 의해 독립적으로 제어 가능하다. 다른 예로서, 적응형 미러는 반사-방지 코팅된 기판 상에 포커싱된 레이저 펄스를 포함하는 플라즈마 미러일 수 있으며, 레이저 펄스 및 반사-방지 코팅된 기판 중 하나 또는 둘 모두는 디지털 논리 회로에 의해 제어될 수 있다. 일부 실시예에서, 적응형 미러는 전자기 방사선 빔을 이온-생성 타겟으로 지향시키도록 구성될 수 있거나, 일부 경우에는 전자기 방사선 빔으로 하여금 이온-생성 타겟을 조사하게 하여 양성자 빔의 형성을 용이하게 하기 위해 전자기 방사선 빔과 협업하도록 구성될 수 있다. 본 개시에 따른 적응형 미러는 전자기 방사선 빔의 공간 프로파일을 조정 또는 제어하고 및/또는 전자기 빔과 이온-생성 타겟 사이의 상대 위치 및 배향 중 적어도 하나를 조정 또는 제어하도록 구성될 수 있다. 일부 예에서, 적응형 미러는 전자기 방사선 빔의 하나 이상의 특성을 조정함으로써 전자기 방사선 빔을 지향시키도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 조정은 전자기 방사선 빔의 초점을 조정하고, 전자기 방사선 빔을 방향 전환시키고, 전자기 방사선 빔을 스캐닝하는 것 중 적어도 하나에 의해 달성될 수 있다.In accordance with the present disclosure, an optical component may include one or more adaptive mirror(s). As used in this disclosure, an adaptive mirror may refer to an element comprising a reflective surface that may be adapted. For example, the adaptive mirror may be a deformable mirror including a plurality of facets, and each of the plurality of facets can be independently controlled by a digital logic circuit. As another example, the adaptive mirror may be a plasma mirror comprising a laser pulse focused on an anti-reflective coated substrate, and one or both of the laser pulse and the anti-reflective coated substrate are controlled by a digital logic circuit. Can be. In some embodiments, the adaptive mirror may be configured to direct the beam of electromagnetic radiation to the ion-generating target, or in some cases cause the beam of electromagnetic radiation to irradiate the ion-generating target to facilitate formation of the proton beam. It can be configured to cooperate with the electromagnetic radiation beam for harm. The adaptive mirror according to the present disclosure may be configured to adjust or control the spatial profile of the electromagnetic radiation beam and/or to adjust or control at least one of the relative position and orientation between the electromagnetic beam and the ion-generating target. In some examples, the adaptive mirror may be configured to direct the electromagnetic radiation beam by adjusting one or more properties of the electromagnetic radiation beam. For example, the adjustment may be achieved by at least one of adjusting the focus of the electromagnetic radiation beam, redirecting the electromagnetic radiation beam, and scanning the electromagnetic radiation beam.

본 개시에 따르면, 양성자 빔을 생성하기 위한 시스템은 예를 들어 이온-생성 타겟 위에 전자기 방사선 빔을 래스터화하도록 구성될 수 있다. 본 개시에서 사용되는 바와 같이, 래스터화는 임의의 형상을 갖는 표면 또는 체적 위의 순차적 스캐닝의 패턴을 지칭할 수 있다. 래스터화는, 예를 들어, 전자기 방사선 빔으로 하여금 표면 또는 체적을 순차적으로 스캐닝하게 하도록 구성된 하나 이상의 모터에 의해 달성될 수 있다. 일부 실시예에서, 전자기 방사선 빔은 이온-생성 타겟 또는 이온-생성 타겟의 나이프 에지의 개별적인 패턴화된 피처 위에 래스터화될 수 있다. 일부 실시예에서, 적응형 미러는 이온-생성 타겟의 개별적인 피처를 타격하기 위하여 전자기 방사선 빔을 지향시키도록 구성될 수 있다.According to the present disclosure, a system for generating a beam of protons may be configured to rasterize a beam of electromagnetic radiation over an ion-generating target, for example. As used in this disclosure, rasterization can refer to a pattern of sequential scanning over a surface or volume having any shape. Rasterization may be achieved, for example, by one or more motors configured to cause a beam of electromagnetic radiation to sequentially scan a surface or volume. In some embodiments, the electromagnetic radiation beam may be rasterized over the ion-generating target or individual patterned features of the knife edge of the ion-generating target. In some embodiments, the adaptive mirror may be configured to direct the beam of electromagnetic radiation to strike individual features of the ion-generating target.

본 개시에 따라 양성자 빔을 생성하기 위한 시스템은 양성자 빔 조정 구성 요소(들)를 포함할 수 있다. 본 개시에서 사용되는 바와 같이, 양성자 빔 조정 구성 요소(들)는 예를 들어, 양성자 빔을 가속, 분석, 지향, 성형, 필터링, 분할, 지연, 변조, 흡수, 증폭, 포커싱, 초핑 및/또는 반사하는 것을 포함하여 임의의 방식으로 양성자 빔을 조작 및/또는 제어하기 위한 임의의 하나 이상의 구성 요소를 지칭할 수 있다. 예를 들어, 양성자 빔 조정 구성 요소는 하나 이상의 4중극 렌즈, 원통형 미러 렌즈/분석기("CMA: cylindrical mirror lens/analyzer)"), 구형 미러 렌즈/분석기("SMA(spherical mirror lens/analyzer)"), 콜리메이터(collimator), 에너지 저하기, 비행-시간(time-of flight) 제어 유닛, 자기 쌍극자, 또는 대전 이온을 조작하기에 적절한 다른 구성 요소를 포함할 수 있다.A system for generating a proton beam in accordance with the present disclosure may include a proton beam steering component(s). As used in this disclosure, the proton beam steering component(s) can be used to accelerate, analyze, direct, shape, filter, split, delay, modulate, absorb, amplify, focus, chop, and/or a proton beam, for example. It may refer to any one or more components for manipulating and/or controlling a proton beam in any manner, including reflecting. For example, the proton beam steering component may be one or more quadrupole lenses, cylindrical mirror lenses/analyzers ("CMA"), spherical mirror lenses/analyzers ("spherical mirror lens/analyzers"). ), a collimator, energy reduction, time-of flight control unit, magnetic dipole, or other components suitable for manipulating charged ions.

본 개시에 따른 양성자 빔을 생성하기 위한 시스템은 양성자로 치료 체적을 치료하기 위한 시스템과 연계하여 사용될 수 있다. 의료적 치료의 경우, 체적은 세포 그룹 또는 조직 영역일 수 있다. 의료 분야 외에서 채용되는 경우, 체적은 방사선의 인가를 통해 이익이 달성될 수 있는 임의의 영역 또는 구역일 수 있다.The system for generating a proton beam according to the present disclosure can be used in conjunction with a system for treating a treatment volume with a proton. For medical treatment, the volume can be a group of cells or an area of tissue. When employed outside of the medical field, the volume can be any area or area where benefits can be achieved through the application of radiation.

본 개시에 따르면, 갠트리가 제공될 수 있다. 갠트리는 방사선을 타겟을 향해 지향시키는 데 지원하도록 구성된 임의의 장치를 지칭할 수 있다. 조사될 타겟은 예를 들어, 환자의 신체 내의 종양과 같은 치료 체적일 수 있다. 본 개시에 따른 양성자로 치료 체적을 치료하기 위한 시스템은 양성자 빔을 생성하기 위해 개시된 시스템의 단지 하나의 어플리케이션일 뿐이므로, 이것은 단지 예일 뿐이라는 것이 이해되어야 한다. 갠트리는 또한 양성자 빔 또는 다른 방사선 빔을 조사될 임의의 타겟을 향하도록 지향시키는 데 사용될 수 있다.According to the present disclosure, a gantry may be provided. Gantry may refer to any device configured to assist in directing radiation towards a target. The target to be irradiated may be a therapeutic volume, such as a tumor in the patient's body, for example. It should be understood that the system for treating a treatment volume with a proton according to the present disclosure is only one application of the disclosed system to generate a proton beam, so this is only an example. The gantry can also be used to direct a beam of protons or other radiation towards any target to be irradiated.

본 개시에 따르면, 환자 지지 플랫폼이 제공될 수 있다. 환자 지지 플랫폼은 조사 요법 동안 환자를 지지하도록 구성된 임의의 표면, 기초 또는 다른 구조를 지칭할 수 있다. 환자 지지 플랫폼은 고정될 수 있거나 임의의 치수로 조절 가능할 수 있다.According to the present disclosure, a patient support platform may be provided. The patient support platform may refer to any surface, foundation, or other structure configured to support a patient during an irradiation therapy. The patient support platform may be fixed or may be adjustable to any dimension.

본 개시에 따른 임의의 시스템은 시스템에 포함된 임의의 구성 요소의 사용을 모니터링, 제어 및/또는 용이하게 하도록 구성된 적어도 하나의 프로세서를 포함할 수 있다. 개시된 실시예에 따르면, 프로세서는 예를 들어, 어플리케이션 특정 집적 회로(ASIC: application specific integrated circuit), 디지털 신호 프로세서(DSP: digital signal processor), 프로그래머블 논리 디바이스(PLC: programmable logic device), 필드 프로그래머블 게이트 어레이(FPGA: field programmable gate array), 컨트롤러, 마이크로프로세서 또는 다른 유사한 전자 디바이스 및/또는 이들의 조합을 포함하여 임의의 하나 이상의 프로세싱 디바이스를 지칭할 수 있다. 프로세서는 제어 시스템의 하나 이상의 모듈을 포함할 수 있다.Any system according to the present disclosure may include at least one processor configured to monitor, control and/or facilitate the use of any component included in the system. According to the disclosed embodiment, the processor includes, for example, an application specific integrated circuit (ASIC), a digital signal processor (DSP), a programmable logic device (PLC), and a field programmable gate. Arrays (FPGAs), controllers, microprocessors, or other similar electronic devices, and/or combinations thereof. The processor may include one or more modules of the control system.

본 개시에 따른 일부 실시예에서, 적어도 하나의 프로세서는 전자기 방사선 빔으로 하여금 이온-생성 타겟의 복수의 패턴화된 피처를 구성하는 개별적인 패턴화된 피처를 타격하여 결과적인 양성자 빔을 생성하게 하도록 구성될 수 있다. 본 개시에 따른 일부 실시예에서, 적어도 하나의 프로세서는 전자기 방사선 빔으로 하여금 이온-생성 타겟의 하나 이상의 나이프 에지를 타격하게 하여 결과적인 양성자 빔을 생성하게 하도록 구성될 수 있다.In some embodiments according to the present disclosure, the at least one processor is configured to cause the beam of electromagnetic radiation to strike individual patterned features that make up the plurality of patterned features of the ion-generating target to produce the resulting proton beam. Can be. In some embodiments according to the present disclosure, the at least one processor may be configured to cause the beam of electromagnetic radiation to strike one or more knife edges of the ion-generating target to produce a resulting beam of protons.

일부 실시예에서, 적어도 하나의 프로세서는 전자기 방사선 소스 및/또는 광학 구성 요소 중 적어도 하나를 제어할 수 있다. 예를 들어, 프로세서 또는 프로세서 그룹은 전자기 방사선 빔의 에너지, 전자기 방사선 빔의 플럭스, 전자기 방사선 빔의 편광, 전자기 에너지 빔의 공간 프로파일, 전자기 방사선 빔의 시간 프로파일 또는 전자기 방사선 빔의 다른 양태 중 적어도 하나를 제어할 수 있다. 보다 구체적으로, 적어도 하나의 프로세서는 전자기 방사선 소스로 하여금 전자기 방사선 빔의 스폿(spot) 크기를 변경함으로써 전자기 방사선 빔의 공간 프로파일을 변경하게 하는 명령을 생성할 수 있다. 다른 예로서, 적어도 하나의 프로세서는 전자기 방사선 빔의 처프(chirp)를 변경함으로써 전자기 방사선 빔의 시간 프로파일을 변경할 수 있다. 다른 예로서, 적어도 하나의 프로세서는 하나 이상의 레이저 펌프 소스의 타이밍을 변경함으로써 전자기 방사선 빔의 시간 프로파일을 변경할 수 있다.In some embodiments, at least one processor may control at least one of an electromagnetic radiation source and/or an optical component. For example, the processor or group of processors may comprise at least one of 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 energy beam, the temporal profile of the electromagnetic radiation beam, or other aspects of the electromagnetic radiation beam. Can be controlled. More specifically, the at least one processor may generate instructions that cause the electromagnetic radiation source to change the spatial profile of the electromagnetic radiation beam by changing the spot size of the electromagnetic radiation beam. As another example, the at least one processor may change the temporal profile of the electromagnetic radiation beam by changing a chirp of the electromagnetic radiation beam. As another example, the at least one processor may change the temporal profile of the electromagnetic radiation beam by changing the timing of one or more laser pump sources.

본 개시에 따른 실시예에서, 적어도 하나의 프로세서는 적응형 미러로 하여금 전자기 방사선 빔이 이온-생성 타겟의 표면상의 미리 정해진 위치로 지향하게 하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 프로세서 또는 프로세서들은 전자기 방사선 빔으로 하여금 이온-생성 타겟을 래스터화하게 하도록 구성될 수 있다. 이러한 래스터화는 복수의 패턴화된 피처를 구성하는 인접하는 패턴화된 피처 위의 전자기 방사선 빔의 순차적 스캐닝을 포함할 수 있다. 개별적인 패턴화된 피처를 타격하는 것은 예를 들어, 이온-생성 타겟의 표면을 연속적으로 또는 불연속적으로 스캐닝하는 것을 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 프로세서는 적응형 미러로 하여금 패턴화된 피처를 개별적으로 타격하기 위하여 전자기 방사선 빔을 조정하게 하도록 구성될 수 있거나, 개별적인 패턴화된 피처를 동시에 타격하도록 구성될 수 있다.In an embodiment according to the present disclosure, the at least one processor may be configured to cause the adaptive mirror to direct the electromagnetic radiation beam to a predetermined location on the surface of the ion-generating target. For example, the processor or processors may be configured to cause the electromagnetic radiation beam to rasterize the ion-generating target. Such rasterization may include sequential scanning of a beam of electromagnetic radiation over adjacent patterned features comprising a plurality of patterned features. Striking individual patterned features may include, for example, continuously or discontinuously scanning the surface of an ion-generating target. In some embodiments, the processor may be configured to cause the adaptive mirror to adjust the electromagnetic radiation beam to individually strike the patterned features, or may be configured to strike individual patterned features simultaneously.

본 개시에 따르면, 적어도 하나의 프로세서는 시스템의 복수의 양태를 독립적으로 또는 동시에 제어하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 적어도 하나의 프로세서는 양성자 빔의 에너지를 실질적으로 일정하게 유지하면서 양성자 빔의 플럭스를 조정하도록 구성될 수 있거나, 양성자 빔의 플럭스를 실질적으로 일정하게 유지하면서 양성자 빔의 에너지를 조정하도록 구성될 수 있다. 대안적으로, 적어도 하나의 프로세서는 양성자 빔의 플럭스와 양성자 빔의 에너지를 동시에 조정하도록 구성될 수 있다.In accordance with the present disclosure, at least one processor may be configured to independently or simultaneously control multiple aspects of the system. 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 to adjust the energy of the proton beam while keeping the flux of the proton beam substantially constant. Can be configured. Alternatively, the at least one processor may be configured to simultaneously adjust the flux of the proton beam and the energy of the proton beam.

도 3은 양성자 빔을 생성하기 위한 예시적인 시스템을 포함하는 양성자 요법을 제공하기 위한 예시적인 시스템(300)을 도시한다. 시스템(300)은 또한 치료 체적을 양성자로 치료하기 위한 시스템의 일례이다. 개시된 실시예에 따르면, 시스템(300)은 전자기 방사선 소스(302), 이온-생성 타겟(304), 광학 구성 요소(들)(306), 양성자 빔 조정 구성 요소(들)(308), 갠트리(310), 환자 지지 플랫폼(312) 및 상술한 것 중 임의의 하나 이상과 통신하도록 구성된 제어 시스템(314) 중 하나 이상을 포함할 수 있다.3 depicts an exemplary system 300 for providing proton therapy, including an exemplary system for generating a proton beam. System 300 is also an example of a system for treating a treatment volume with a proton. In accordance with the disclosed embodiment, the system 300 comprises an electromagnetic radiation source 302, an ion-generating target 304, an optical component(s) 306, a proton beam steering component(s) 308, a gantry ( 310), a patient support platform 312, and a control system 314 configured to communicate with any one or more of the foregoing.

환자 지지 플랫폼(312) 상에 환자가 위치될 수 있다. 환자 지지 플랫폼(312)은 시스템(300)의 다른 구성 요소와 함께 사용하기에 적절하고 치료 동안 환자를 지지하는 데 도움이 되는 임의의 형상 또는 형태일 수 있다. 환자 지지 플랫폼(312)은 갠트리(310)에 대해 제자리에 고정될 수 있거나, 환자 지지 플랫폼(312)은 치료 전 또는 치료 동안 병진 및/또는 회전을 위해 구성될 수 있다. 일부 실시예에서, 환자 지지 플랫폼(312)은 상이한 크기의 환자를 수용하거나 양성자 빔의 경로에 치료 체적을 위치시키도록 조정될 수 있다. 또한, 일부 실시예에서, 환자 지지 플랫폼(312)은 양성자 빔에 대한 치료 체적을 재위치시키기 위해 치료 동안 조정될 수 있다.The patient may be positioned on the patient support platform 312. The patient support platform 312 may be of any shape or shape suitable for use with other components of the system 300 and assist in supporting the patient during treatment. The patient support platform 312 may be secured in place relative to the gantry 310 or the patient support platform 312 may be configured for translation and/or rotation before or during treatment. In some embodiments, the patient support platform 312 may be adjusted to accommodate patients of different sizes or to position the treatment volume in the path of the proton beam. Further, in some embodiments, the patient support platform 312 may be adjusted during treatment to reposition the treatment volume for the proton beam.

갠트리(310)는 양성자 빔을 환자의 신체 내에서 종양과 같은 치료 체적을 향하도록 지향시키도록 구성될 수 있다. 갠트리(310)는 양성자 빔의 경로에 영향을 주기 위해 하나 이상의 방식으로 조작되도록 구성될 수 있고, 다수의 재료로 구성되고 다수의 구성 요소를 포함할 수 있다. 본 개시의 실시예에 따른 갠트리(310)의 예가 더욱 상세하게 후술되며, 이는 한정하려는 의도가 아니다.The gantry 310 may be configured to direct the proton beam toward a treatment volume, such as a tumor, within the patient's body. The gantry 310 may be configured to be manipulated in one or more ways to influence the path of the proton beam, and may be constructed of a number of materials and may include a number of components. An example of the gantry 310 according to an embodiment of the present disclosure will be described later in more detail, and this is not intended to be limiting.

 전자기 방사선 소스(302)는 이온-생성 타겟(304)을 향해 지향되는 전자기 방사선 빔(316), 예를 들어, 레이저 빔을 방출할 수 있다. 일부 실시예에서, 전자기 방사선 소스(302)는 하나 이상의 가스 레이저(예를 들어, CO2 레이저), 다이오드 펌핑된 솔리드 스테이트(DPSS: diode pumped solid state) 레이저(예를 들어, 이테르븀 레이저, 네오디뮴-도핑된 이트륨 알루미늄 가넷 레이저(Nd: YAG) 또는 티타늄-사파이어 레이저(Ti: 사파이어)) 및/또는 플래시 램프 펌핑된 솔리드 스테이트 레이저(예를 들어, Nd: YAG 또는 네오디뮴 유리)를 포함할 수 있다. 보다 넓은 의미에서, 타겟으로부터 이온을 방출시킬 수 있는 임의의 방사선 소스가 채용될 수 있다.The electromagnetic radiation source 302 may emit an electromagnetic radiation beam 316, eg, a laser beam, directed towards the ion-generating target 304. In some embodiments, the electromagnetic radiation source 302 is one or more gas lasers (e.g., CO2 lasers), diode pumped solid state (DPSS) lasers (e.g., ytterbium lasers, neodymium-doped lasers). Yttrium aluminum garnet laser (Nd: YAG) or titanium-sapphire laser (Ti: sapphire)) and/or flash lamp pumped solid state laser (e.g., Nd: YAG or neodymium glass). In a broader sense, any radiation source capable of emitting ions from the target may be employed.

전자기 방사선 소스(302)는 그 강도, 펄스의 시간적인 지속 기간 및 이온-생성 타겟(304) 상의 레이저의 스폿 크기로 나눈 에너지에 기초하여 선택될 수 있다. 공간 프로파일(예를 들어, 스폿 크기), 파장, 시간적 지속 기간 및 에너지의 다양한 조합이 여전히 동일한 강도를 제공하면서 사용될 수 있다. 예를 들어, 일부 실시예에서, 전자기 방사선 빔(316)은 1 J 내지 25,000 J의 에너지 범위 및 400 nm 내지 10,000 nm의 파장 범위 내에 있을 수 있다. 전자기 방사선 빔(316)은 예를 들어, 10 fs 내지 100 ns의 펄스 폭 범위로 펄스화될 수 있다. 전자기 방사선 빔(316)은 다양한 스폿 크기를 가질 수 있다. 일부 실시예에서, 1 μm2 내지 1 cm2의 스폿 크기가 사용될 수 있다. 전자기 방사선 빔(316)의 공간 프로파일이 임의의 빔 프로파일을 가질 수 있지만, 일부 실시예에서 공간 프로파일은 가우시안(Gaussian), 수퍼-가우시안, 탑 햇(Top Hat), 베셀(Bessel) 또는 환형 빔 프로파일을 포함할 수 있다.The electromagnetic radiation source 302 may be selected based on its intensity, the temporal duration of the pulse, and the energy divided by the spot size of the laser on the ion-generating target 304. Various combinations of spatial profile (eg, spot size), wavelength, temporal duration and energy can be used while still providing the same intensity. For example, in some embodiments, the electromagnetic radiation beam 316 may be in an energy range of 1 J to 25,000 J and a wavelength range of 400 nm to 10,000 nm. The electromagnetic radiation beam 316 may be pulsed in a pulse width range of 10 fs to 100 ns, for example. The electromagnetic radiation beam 316 can have various spot sizes. In some embodiments, a spot size of 1 μm 2 to 1 cm 2 may be used. Although the spatial profile of the electromagnetic radiation beam 316 can have any beam profile, in some embodiments the spatial profile is Gaussian, Super-Gaussian, Top Hat, Bessel, or annular beam profile. It may include.

일부 실시예에서, 전자기 방사선 소스(302)는 하나 이상의 프리-펄스 후에 메인 펄스를 생성하도록 구성될 수 있다. 콘트라스트 비(즉, 메인 펄스와 또한 메인 펄스 전에 도달하는 "페데스탈(pedestal)"이라 칭해지는 프리-펄스 사이의 비)는 양성자 생성에 영향을 줄 수 있다. 콘트라스트 비는 레이저의 강도가 높을수록 더 구체적으로 규정될 수 있다. 예로서, 100 ps보다 짧은 타임스케일에서, 콘트라스트 비는 10-8 내지 10-12의 범위일 수 있다.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, also referred to as "pedestal" that arrives before the main pulse) can affect proton generation. The contrast ratio can be more specifically defined as the intensity of the laser increases. As an example, at a time scale shorter than 100 ps, the contrast ratio may range from 10 -8 to 10 -12 .

보다 구체적인 예로서, 전자기 방사선 소스(302)는 Ti:사파이어 레이저일 수 있다. Ti:사파이어 레이저의 예에서, 전자기 방사선 빔(316)은 약 1 J 내지 25 J의 에너지 범위 내에 있을 수 있고, 약 800 nm의 파장을 가질 수 있다. 이 예에서, 전자기 방사선 빔(316)은 약 10 fs 내지 400 fs의 펄스 폭 범위, 약 2 μm2 내지 1 mm2의 스폿 크기, 및 가우시안 또는 탑 햇 공간 프로파일을 가질 수 있다. 이들 특성은 단지 예시적인 것이며, 다른 구성이 채용될 수 있다.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 can be in the energy range of about 1 J to 25 J, and can have a wavelength of about 800 nm. In this example, the electromagnetic radiation beam 316 may have a pulse width range of about 10 fs to 400 fs, a spot size of about 2 μm 2 to 1 mm 2 , and a Gaussian or top hat spatial profile. These characteristics are merely exemplary, and other configurations may be employed.

전자기 방사선 빔(316)은 예를 들어, 전자기 방사선 소스(302)와 이온-생성 타겟(304) 사이의 궤적을 따라 배치된 하나 이상의 광학 구성 요소(들)(306)에 의해 이온-생성 타겟(304)으로 지향될 수 있다. 광학 구성 요소(들)(306)는 스펙트럼 특성, 공간 특성, 시간 특성, 에너지, 편광, 콘트라스트 비 또는 다른 특성을 포함하여 전자기 방사선 빔(316)의 특성을 변경하도록 구성된 하나 이상의 광학 및/또는 기계적 구성 요소를 포함할 수 있다. 광학 구성 요소(들)(306)는, 예를 들어, 전자기 방사선 빔(316)을 생성, 최적화, 조향, 정렬, 수정 및/또는 측정하는 데, 또는 시스템(300)의 다른 양태에 관련될 수 있다. 광학 구성 요소(들)(306)는 렌즈, 미러, 레이저 결정 및 기타 레이징 재료, 피에조 활성화된 미러, 플레이트, 프리즘, 빔 스플리터, 필터, 광 파이프, 윈도우, 블랭크, 광섬유, 주파수 시프터, 광 증폭기, 격자, 펄스 성형기, XPW, Mazzler(또는 Dazzler) 필터, 편광기, 포켓 셀(Pocket cell), 광 변조기, 조리개, 가포성 흡수제 및 다른 광학 요소와 같은 광범위하게 다양한 광학 요소를 포함할 수 있다.The electromagnetic radiation beam 316 is, for example, by one or more optical component(s) 306 disposed along a trajectory between the electromagnetic radiation source 302 and the ion-generating target 304. 304). The optical component(s) 306 may be configured to modify one or more optical and/or mechanical properties of the electromagnetic radiation beam 316, including spectral properties, spatial properties, temporal properties, energy, polarization, contrast ratio, or other properties. It may contain components. Optical component(s) 306 may be related to, for example, generating, optimizing, steering, aligning, modifying, and/or measuring an electromagnetic radiation beam 316, or to other aspects of system 300. have. Optical component(s) 306 may include lenses, mirrors, laser crystals and other lasing materials, piezo activated mirrors, plates, prisms, beam splitters, filters, light pipes, windows, blanks, optical fibers, frequency shifters, optical amplifiers. , Gratings, pulse shapers, XPWs, Mazzler (or Dazzler) filters, polarizers, pocket cells, light modulators, diaphragms, foamable absorbers, and other optical elements.

광학 구성 요소(들)(306)는 고정적이거나 적응적일 수 있다. 예를 들어, 광학 구성 요소(들)(306)는 변형 가능한 미러, 플라즈마 미러, 포켓 셀, 위상 시프터, 광 변조기, 홍채, 셔터(수동 및 컴퓨터 제어) 및 다른 유사한 구성 요소와 같은 하나 이상의 능동적인, 적응적인 또는 재구성 가능한 구성 요소를 포함할 수 있다. 변형 가능한 미러 또는 플라즈마 미러의 경우와 같이, 적응적 특성은 광학 구성 요소 자체를 조작할 수 있다. 광학 구성 요소(들)(306)의 배향은 또한 광학 구성 요소(들)(306)를 병진 이동시키거나 광학 구성 요소(들)(306)를 회전 축 주위로 회전시키는 것과 같이 조정 가능할 수 있다. 조정은 수동 또는 자동일 수 있다. 일례로서, 제어 시스템(314)은 피드백 신호를 수신할 수 있고, 이에 응답하여 전자기 방사선 빔(316)과 이온-생성 타겟(304) 사이에 위치된 광학 구성 요소(들)(306)에 접속된 모터에 제어 신호를 제공할 수 있다. 결과적으로, 모터의 이동은 전자기 방사선 빔(316)과 이온-생성 타겟(304) 사이의 상대 배향을 변경하도록(예를 들어, 레이저-타겟 상호 작용의 위치를 재위치시킴으로써) 광학 구성 요소(들)(306)를 조정할 수 있다.Optical component(s) 306 may be stationary or adaptive. For example, optical component(s) 306 may be one or more active components such as deformable mirrors, plasma mirrors, pocket cells, phase shifters, light modulators, irises, shutters (manual and computer controlled), and other similar components. , Adaptive or reconfigurable components. As in the case of deformable mirrors or plasma mirrors, adaptive properties can manipulate the optical component itself. The orientation of the optical component(s) 306 may also be adjustable, such as translating the optical component(s) 306 or rotating the optical component(s) 306 about an axis of rotation. Adjustment can be manual or automatic. As an example, the control system 314 may receive a feedback signal, in response to which is connected to the optical component(s) 306 located between the electromagnetic radiation beam 316 and the ion-generating target 304. It can provide control signals to the motor. Consequently, movement of the motor changes the relative orientation between the electromagnetic radiation beam 316 and the ion-generating target 304 (e.g., by repositioning the laser-target interaction) of the optical component(s). ) 306 can be adjusted.

광학 구성 요소(들)(306)에 채용될 수 있는 변형 가능한 미러의 예는 예를 들어, 세그먼트화된 미러, 연속적인 면판의 미러, 자기 미러, MEMS 미러, 멤브레인 미러, 바이모프(bimorph) 미러 및/또는 페로플루이드(ferrofluid) 미러를 포함한다. 전자기 방사선 빔의 파면을 변경할 수 있는 임의의 수의 다른 미러 기술이 또한 사용될 수 있다.Examples of deformable mirrors that can be employed in the optical component(s) 306 are, for example, segmented mirrors, mirrors of continuous faceplates, magnetic mirrors, MEMS mirrors, membrane mirrors, bimorph mirrors. And/or a ferrofluid mirror. Any number of other mirror techniques that can change the wavefront of the electromagnetic radiation beam can also be used.

광학 구성 요소(들)(306)에 채용될 수 있는 플라즈마 미러의 예는 반사-방지 코팅된 기판 상에 포커싱된 레이저 펄스를 포함하며, 이는 펄스의 저 강도 백그라운드로부터 고강도 피크를 반사 및 분리시키도록 이온화한다. 예로서, 플라즈마 미러는 반사-방지 코팅된 기판의 전방에 위치된 포물면 미러를 향해 레이저 펄스를 지향하게 함으로써 확립될 수 있다. 플라즈마 미러를 구현하는 다른 방식이 또한 본 기술 분야의 통상의 기술자에게 알려져 있으며, 본원에서 설명되는 시스템 및 방법의 실시예와 함께 사용하기에 적절하다.Examples of plasma mirrors that may be employed in the optical component(s) 306 include laser pulses focused on an anti-reflective coated substrate, which reflects and separates high intensity peaks from the low intensity background of the pulses. Ionize. As an example, a plasma mirror can be established by directing a laser pulse toward a parabolic mirror positioned in front of an anti-reflective coated substrate. Other ways of implementing plasma mirrors are also known to those skilled in the art and are suitable for use with embodiments of the systems and methods described herein.

광학 구성 요소(들)(306)는 의도된 빔과 관련된 파라미터에 맞춤화될 수 있다. 예를 들어, 광학 구성 요소(306)는 파장, 강도, 시간 펄스형상(예를 들어, 펄스 폭), 공간 크기 및 에너지 분산, 편광 및 의도된 빔의 다른 특성의 관점에서 맞춤화될 수 있다. 이러한 빔 파라미터는 광학 기판 재료, 크기(예를 들어, 횡방향 크기 또는 두께), 코팅 재료(존재하는 경우), 형상(예를 들어, 평면, 구형 또는 기타), 빔에 대한 배향 또는 다른 사양과 관련될 수 있다.The optical component(s) 306 can be customized to parameters related to the intended beam. For example, the optical component 306 can be customized in terms of wavelength, intensity, time pulse shape (eg, pulse width), spatial size and energy dispersion, polarization, and other properties of the intended beam. These beam parameters depend on the optical substrate material, size (e.g., transverse size or thickness), coating material (if present), shape (e.g., flat, spherical or other), orientation to the beam, or other specifications. Can be related.

광학 구성 요소(들)(306)는 적절한 정확도, 예를 들어, 병진 및 회전뿐만 아니라 다른 자유도로 요소의 위치 결정을 허용하면서 요소를 제 자리에 유지시키도록 구성된 하나 이상의 대응하는 홀더를 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 이러한 홀더는 광학 테이블 또는 임의의 다른 기계적 홀더에 의해 제 자리에 유지된 광-기계적 마운트를 포함할 수 있다. 이러한 자유도는 수동으로 또는 전기 모터와 같은 임의의 적절한 자동화 수단을 통해 조작될 수 있다.The optical component(s) 306 may include one or more corresponding holders configured to hold the element in place while allowing appropriate accuracy, e.g., translation and rotation, as well as positioning of the element in other degrees of freedom. have. In one embodiment, such a holder may include an opto-mechanical mount held in place by an optical table or any other mechanical holder. These degrees of freedom can be manipulated manually or through any suitable automated means such as an electric motor.

광학 구성 요소(들)(306)는 진공 및/또는 하나 이상의 가스에 의해 퍼징(purging)되는 환경과 같은 특정 환경 조건에 배치될 수 있다. 또한, 광학 구성 요소(306)는 전자기 방사선 소스(302)와 이온-생성 타겟(304) 사이의 전자기 방사선 소스(302)의 경로를 따라 다양한 위치에, 또는 광학 구성 요소가 요구되는 임의의 다른 시스템(300)에 배치될 수 있다. 광학 구성 요소(들)(306)는 레이저 빔 조향, 레이저 빔 진단, 레이저-타겟 상호 작용 진단, 및/또는 이온-생성 타겟 뷰잉 및 위치 결정과 같은 다양한 용도로 구성될 수 있다.Optical component(s) 306 may be placed in specific environmental conditions, such as vacuum and/or an environment purged by one or more gases. In addition, the optical component 306 can be located at various locations along the path of the electromagnetic radiation source 302 between the electromagnetic radiation source 302 and the ion-generating target 304, or any other system where the optical component is required. Can be placed at 300. The optical component(s) 306 may be configured for a variety of uses, such as laser beam steering, laser beam diagnostics, laser-target interaction diagnostics, and/or ion-generating target viewing and positioning.

일부 실시예에서, 광학 구성 요소(들)(306)의 수명은 변할 수 있다. 일부 광학 구성 요소(들)(306)는 여러 회 재사용되는 장기간의 장비일 수 있다. 대안적으로 또는 추가적으로, 일부 광학 구성 요소(들)(306)는 더 적은 횟수로 사용되고 교체되는 소모적인 것일 수 있다. 이러한 분류는 레이저 강도 및 잔해/오염의 존재와 같은 많은 요인에 기초할 수 있다. 일부 실시예에서 잔해 차폐는 빈번한 교체의 필요성을 줄이기 위해 고가이거나 섬세한 광학 기기에 근접하여 설치될 수 있다. 손상이 의심되는 광학 기기에 대해 정기적인 검사가 수행될 수 있다. 특수 광학 시스템이 설치되어 위험한 광학 기기를 검사할 수 있다.In some embodiments, the lifetime of the optical component(s) 306 may vary. Some optical component(s) 306 may be long-term equipment that is reused multiple times. Alternatively or additionally, some optical component(s) 306 may be consumable that are used and replaced fewer times. This classification can be based on many factors such as laser intensity and the presence of debris/contamination. In some embodiments, debris shielding can be installed in close proximity to expensive or delicate optics to reduce the need for frequent replacement. Periodic inspections may be performed on optical instruments suspected of damage. Special optical systems can be installed to inspect dangerous optical instruments.

광학 구성 요소(들)(306)는 수동, 자동 또는 이들의 임의의 조합에 의해 조작될 수 있다. 광학 구성 요소(306)를 조작하기 위한 입력 유형은 고전압 신호, 트리거링 신호, 광학 펌핑 또는 임의의 다른 형태의 입력을 포함할 수 있다. 또한, 광학 구성 요소(들)(306)는 CCD 카메라와 같은 하나 이상의 카메라에 의해 모니터링될 수 있다. 적응형 미러(들)의 자동 조작은 예를 들어, 제어 시스템(314)에 의해 제공된 하나 이상의 신호에 응답하여 발생할 수 있다. 제어 시스템(314)은 예를 들어, 변형 가능 미러와 연관된 하나 이상의 모터(들), 압전 소자(들), 미세 전자 기계(MEMS: microelectromechanical) 요소(들) 등을 제어할 수 있다. 대안적으로 또는 추가적으로, 제어 시스템(314)은, 예를 들어, 플라즈마 미러와 연관된 하나 이상의 레이저 펄스(들), 반사-방지 코팅된 기판(들) 등을 제어할 수 있다.The optical component(s) 306 can be manipulated manually, automatically, or any combination thereof. Input types for manipulating the optical component 306 may include high voltage signals, triggering signals, optical pumping, or any other form of input. Additionally, the optical component(s) 306 may be monitored by one or more cameras, such as a CCD camera. Automatic manipulation of the adaptive mirror(s) may occur, for example, in response to one or more signals provided by the control system 314. The control system 314 may control, for example, one or more motor(s) associated with the deformable mirror, piezoelectric element(s), microelectromechanical (MEMS) element(s), and the like. Alternatively or additionally, the control system 314 may control one or more laser pulse(s) associated with the plasma mirror, anti-reflective coated substrate(s), and the like, for example.

일부 실시예에서, 광학 구성 요소(들)(306)는 복수의 패싯을 갖는 변형 가능한 미러와 같은 적응형의 변형 가능한 미러를 포함할 수 있으며, 복수의 패싯의 각각은 독립적으로 제어 가능하다. 패싯은 제어 시스템(314)에 포함된 디지털 제어 논리 회로와 같은 디지털 제어 논리 회로에 의해 제어될 수 있다. 다른 예로서, 적응형 미러는 포커싱된 레이저 펄스를 사용하여 반사-방지 코팅된 기판을 이온화하여 레이저 펄스의 저 강도 백그라운드로부터 고강도 피크를 반사 및 분리하는 플라즈마 미러일 수 있다. 레이저 펄스 및/또는 반사-방지 코팅된 기판은 제어 시스템(314)에 포함된 디지털 제어 논리 회로와 같은 디지털 제어 논리 회로에 의해 제어될 수 있다.In some embodiments, optical component(s) 306 may include an adaptive deformable mirror, such as a deformable mirror having a plurality of facets, each of the plurality of facets being independently controllable. The facets may be controlled by digital control logic circuitry, such as digital control logic circuitry included in control system 314. As another example, the adaptive mirror may be a plasma mirror that reflects and separates high intensity peaks from the low intensity background of laser pulses by ionizing an anti-reflective coated substrate using a focused laser pulse. The laser pulsed and/or anti-reflective coated substrate may be controlled by digital control logic circuitry, such as digital control logic circuitry included in control system 314.

적응형 미러는 전자기 방사선 빔의 초점을 조정하고, 전자기 방사선 빔을 방향 전환시키고, 전자기 방사선 빔을 스캐닝하는 것 중 하나 이상에 의해 전자기 방사선 빔(316)을 지향시키도록 구성될 수 있다. 적응형 미러는 본 기술 분야의 통상의 기술자에게 명백한 임의의 방식으로 전자기 방사선 빔의 초점을 조정하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 전자기 방사선 빔(316)은 변형 가능한 미러의 복수의 패싯을 타격할 수 있거나, 전자기 방사선 빔(316)은 플라즈마 미러를 타격할 수 있다. 일부 구성에서, 전자기 방사선 빔(316)이 지향되는 곳을 조정하거나 전자기 방사선 빔(316)의 특성을 조정하는 것이 바람직할 수 있다. 변형 가능한 미러의 복수의 패싯은 원하는 위치에서의 스폿 크기가 변형 가능 미러를 타격하기 직전의 스폿 크기보다 작거나, 크거나 또는 다르게 성형되도록 전자기 방사선 빔(316)을 반사하도록 제어될 수 있다. 마찬가지로, 플라즈마 미러는 원하는 위치에서의 스폿 크기가 플라즈마 미러를 타격하기 직전의 스폿 크기보다 작거나, 크거나, 다르게 성형되도록 전자기 방사선 빔(316)을 반사하도록 제어될 수 있다.The adaptive mirror may be configured to direct the electromagnetic radiation beam 316 by one or more of refocusing the electromagnetic radiation beam, redirecting the electromagnetic radiation beam, and scanning the electromagnetic radiation beam. The adaptive mirror can be configured to adjust the focus of the electromagnetic radiation beam in any manner apparent to one of ordinary skill in the art. For example, the electromagnetic radiation beam 316 may strike a plurality of facets of the deformable mirror, or the electromagnetic radiation beam 316 may strike the plasma mirror. In some configurations, it may be desirable to adjust where the electromagnetic radiation beam 316 is directed or to adjust the properties of the electromagnetic radiation beam 316. The plurality of facets of the deformable mirror may be controlled to reflect the electromagnetic radiation beam 316 such that the spot size at a desired location is smaller, larger or shaped differently than the spot size just before striking the deformable mirror. Likewise, the plasma mirror can be controlled to reflect the electromagnetic radiation beam 316 such that the spot size at the desired location is smaller, larger, or shaped differently than the spot size immediately before striking the plasma mirror.

적응형 미러는 또한 전자기 방사선 빔(316)을 방향 전환시키도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 시스템(300)은 전자기 방사선 빔(316)이 이온-생성 타겟(304) 상의 복수의 위치 또는 시스템(300) 내의 상이한 위치에 배치된 복수의 이온-생성 타겟(304)을 순차적으로 또는 동시에 타격하도록 구성될 수 있다. 이러한 구성에서, 적응형 미러 또는 다른 광학 구성 요소(들)(306)는 전자기 방사선 빔(316)의 경로를 변경하여 빔을 복수의 위치 및/또는 복수의 이온-생성 타겟으로 지향시킬 수 있다. 예를 들어, 적응형 미러 또는 다른 광학 구성 요소(들)(306)는 단계적 방식과 같이, 연속적으로 또는 불연속적으로 패턴으로 전자기 방사선 빔(316)을 한 위치로부터 인접한 위치로 순차적으로 방향 전환(예를 들어, 스캐닝)할 수 있다. 자동화된 프로세스에서, 제어 시스템(314)은 적응형 미러로 하여금 전자기 방사선 빔(316)을 이온-생성 타겟(304)의 표면 상의 미리 정해진 위치로 지향시키도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 이온-생성 타겟(304)의 표면에 제공된 이온-생성 피처의 패턴화된 어레이 위에 전자기 방사선 빔(316)을 스캐닝하는 것이 유리할 수 있다. 또한 이온-생성 타겟(304)의 표면으로부터 실질적으로 멀어지게 연장되는 돌출부와 같이, 실질적으로 공통 축을 따라 배향되는 복수의 이온-생성 구조를 포함하는 이온-생성 타겟(304) 위에 전자기 방사선 빔(316)을 스캐닝하는 것이 유리할 수 있다. 또한 아레테 또는 블레이드의 에지와 유사한 좁은 에지를 갖는 하나 이상의 피처를 포함하는 이온-생성 타겟과 같이, 하나 이상의 나이프 에지로 패턴화된 이온-생성 타겟(304) 위에 전자기 방사선 빔(316)을 스캐닝하는 것이 유리할 수 있다. 적응형 미러가 예로서 설명된다. 본 기술 분야의 통상의 기술자는 다른 광학 구성 요소(들)(306)가 적응형 미러를 참조하여 상술한 것과 동일하거나 유사한 기능을 수행할 수 있음을 인식할 것이다.The adaptive mirror can also be configured to redirect the electromagnetic radiation beam 316. For example, the system 300 may sequentially target a plurality of ion-generating targets 304 where the electromagnetic radiation beam 316 is disposed at a plurality of locations on the ion-generating target 304 or at different locations within the system 300. Or it can be configured to strike simultaneously. In this configuration, the adaptive mirror or other optical component(s) 306 can redirect the electromagnetic radiation beam 316 to direct the beam to a plurality of locations and/or to a plurality of ion-generating targets. For example, the adaptive mirror or other optical component(s) 306 may sequentially redirect the electromagnetic radiation beam 316 from one location to an adjacent location in a continuous or discontinuous pattern, such as in a stepwise manner. For example, you can scan). In an automated process, the control system 314 can be configured to cause the adaptive mirror to direct the electromagnetic radiation beam 316 to a predetermined location on the surface of the ion-generating target 304. For example, it may be advantageous to scan the electromagnetic radiation beam 316 over a patterned array of ion-generating features provided on the surface of the ion-generating target 304. Also, an electromagnetic radiation beam 316 over the ion-generating target 304 comprising a plurality of ion-generating structures oriented substantially along a common axis, such as protrusions extending substantially away from the surface of the ion-generating target 304. ) Can be advantageous. Also, scanning an electromagnetic radiation beam 316 over an ion-generating target 304 patterned with one or more knife edges, such as an ion-generating target comprising one or more features with narrow edges similar to the edge of an arete or blade. It can be advantageous to do. An adaptive mirror is described as an example. One of ordinary skill in the art will recognize that other optical component(s) 306 may perform the same or similar functions as described above with reference to the adaptive mirror.

본 개시에 따르면, 이온-생성 타겟은 이온 생성을 용이하게 하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 이온-생성 타겟은 하나 이상의 이온-생성 구조 또는 피처를 갖는 표면을 포함할 수 있다. 이러한 구조 또는 피처는 얼음(또한 눈이라고도 칭함), 플라스틱, 실리콘, 스테인레스 스틸 또는 임의의 다양한 금속, 탄소 및/또는 이온 빔이 생성될 수 있는 임의의 다른 재료를 포함하여 하나 이상의 적절한 재료로 구성될 수 있다. 이러한 구조는 무작위로 배열되고, 성장 또는 증착 프로세스에 의해 규정된 바와 같이 배열되고 및/또는 패턴화된 어레이로 배열될 수 있다. 이러한 구조는 대안적으로 또는 추가적으로 아레테 또는 블레이드의 에지와 유사한 하나 이상의 좁은 에지를 포함할 수 있다. 구조는 전자기 방사선 빔의 하나 이상의 속성에 기초하여 구성될 수 있다. 예를 들어, 이러한 구조는 레이저와 같은 전자기 방사선 빔의 파장보다 작은 치수를 가질 수 있다.According to the present disclosure, an ion-generating target may be configured to facilitate ion generation. For example, an ion-generating target can include a surface having one or more ion-generating structures or features. Such structures or features may be composed of one or more suitable materials, including ice (also referred to as snow), plastic, silicon, stainless steel, or any of a variety of metals, carbon, and/or any other material from which an ion beam can be generated. I can. These structures may be randomly arranged, arranged as defined by the growth or deposition process, and/or arranged in a patterned array. Such structures may alternatively or additionally include one or more narrow edges similar to the edges of aretes or blades. The structure may be constructed based on one or more properties of the electromagnetic radiation beam. For example, such structures may have dimensions smaller than the wavelength of an electromagnetic radiation beam such as a laser.

전자기 방사선 빔(316)에 의해 타격될 때 이온-생성 타겟(304)은 전자, 양성자, x선 및 다른 입자를 포함하는 다양한 입자를 방출할 수 있다. 이온-생성 타겟(304)은 다양한 재료로 구성될 수 있다. 이온-생성 타겟(304)은 전자기 방사선 빔(316)과 상호 작용하도록 구성된 하나 이상의 개별 피처를 포함하도록 구성될 수 있다. 대안적으로 또는 추가적으로, 이온-생성 타겟(304)은 전자기 방사선 빔(316)과 상호 작용하기에 유리한 재료로 형성된 연속 표면 또는 텍스처를 포함할 수 있다. 본 기술 분야의 통상의 기술자는 전자기 방사선 빔과 상호 작용할 때 입자를 방출하기 위해 채용될 수 있는 다수의 구성이 있으며, 개시된 실시예는 단지 예시적이라는 것을 이해할 것이다.When hit by the electromagnetic radiation beam 316, the ion-generating target 304 can emit a variety of particles including electrons, protons, x-rays and other particles. The ion-generating target 304 can be made of a variety of materials. The ion-generating target 304 may be configured to include one or more individual features configured to interact with the electromagnetic radiation beam 316. Alternatively or additionally, the ion-generating target 304 may include a continuous surface or texture formed of a material advantageous for interacting with the electromagnetic radiation beam 316. One of ordinary skill in the art will appreciate that there are a number of configurations that can be employed to emit particles when interacting with a beam of electromagnetic radiation, and the disclosed embodiments are merely exemplary.

일부 실시예에서, 이온-생성 타겟(304)은 사전 제조될 수 있다. 다른 실시예에서, 이온-생성 타겟(304)은 시스템(300) 또는 부착된 샘플 준비 시스템 내에서 현장에서 생성될 수 있다. 예를 들어, 이온-생성 타겟(304)은 후술하는 상호 작용 챔버(1000)와 같은 상호 작용 챔버 내에 배치될 수 있다. 이는 기판 상에 이러한 재료를 형성하는 것을 포함하여 적절한 재료로부터 이온-생성 타겟을 형성하는 것을 포함할 수 있다. 이러한 재료는 증발, 물리 기상 증착, 화학 기상 증착, 분자 빔 에피택시, 원자층 증착 등과 같은 기술에서 통상적으로 알려진 유형의 임의의 가스, 고체 또는 액체 화학 소스를 포함할 수 있다. 예를 들어, 이온-생성 타겟(304)이 얼음을 포함하는 실시예에서, 이온-생성 타겟을 형성하는 데 사용되는 재료는 수증기(H2O), 수소 가스(H2) 및/또는 산소 가스(O2)를 포함할 수 있다. 또한, 이온-생성 타겟(304)이 실리콘을 포함하는 실시예에서, 이온-생성 타겟(304)을 형성하는 데 사용되는 재료는 예를 들어, 실란(SiH4), 디실란(Si2H6), 트리클로로실란(SiHCl3) 또는 임의의 다른 실리콘 소스를 포함할 수 있다. 또한, 이온-생성 타겟(304)이 플라스틱을 포함하는 실시예에서, 소스는 예를 들어, 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE) 중합체 소스 재료 또는 임의의 다른 PTFE 소스를 포함할 수 있다. 본 기술 분야의 통상의 기술자가 인식할 수 있는 바와 같이, 이들은 많은 이용 가능한 타겟 재료 및 타겟 소스 재료 중에서 단지 몇몇 예시적인 예일 뿐이다. 또한, 상호 작용 챔버는 채용되는 타겟의 형태에 맞게 구조가 다양할 수 있다. 예를 들어, 타겟이 얼음인 경우, 상호 작용 챔버는 얼음을 지지하기 위해 적절한 온도를 유지하도록 구체적으로 구성될 수 있다. 각각의 타겟 재료는 상이한 유지 요건을 가질 수 있고, 따라서 상호 작용 챔버의 구조는 타겟에 적합하도록 변할 수 있다.In some embodiments, the ion-generating target 304 may be prefabricated. In other embodiments, the ion-generating target 304 may be created in situ within the system 300 or an attached sample preparation system. For example, the ion-generating target 304 may be disposed within an interaction chamber such as the interaction chamber 1000 described below. This may include forming an ion-generating target from a suitable material, including forming such a material on a substrate. Such materials may include any gaseous, solid or liquid chemical source of the type commonly known in techniques such as evaporation, physical vapor deposition, chemical vapor deposition, molecular beam epitaxy, atomic layer deposition, and the like. For example, in embodiments where the ion-generating target 304 comprises ice, the material used to form the ion-generating target is water vapor (H 2 O), hydrogen gas (H 2 ), and/or oxygen gas. It may contain (O 2 ). Further, in an embodiment in which the ion-generating target 304 comprises silicon, the material used to form the ion-generating target 304 is, 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 comprise, for example, a polytetrafluoroethylene (PTFE) polymer source material or any other PTFE source. As those skilled in the art will recognize, these are only a few illustrative examples of the many available target materials and target source materials. In addition, the interaction chamber may have various structures according to the shape of the target to be employed. For example, if the target is ice, the interaction chamber can be specifically configured to maintain an appropriate temperature to support the ice. Each target material may have different maintenance requirements, and thus the structure of the interaction chamber may be varied to suit the target.

도 4는 이온-생성 타겟(304)으로서 채용될 수 있는 예시적인 이온-생성 타겟을 도시한다. 예를 들어, 도 4a는 중공형, 모래시계형 원추(406) 위에 위치된 캡 구조(404)를 포함하는 이온-생성 타겟(402)을 나타낸다. 일 실시예에서, 원추의 적어도 2개의 대향 지점 사이의 거리는 약 15 pm 미만일 수 있다. 특정 예에서, 거리는 약 1 pm 미만일 수 있다. 일부 실시예에서, 이온-생성 타겟(402)의 피처는 자유 독립형일 수 있다. 이러한 피처는 예를 들어, 원추, 피라미드, 반구 및 캡핑된 구조를 포함하는 임의의 수의 형상을 포함할 수 있다. (이온-생성 타겟(304)의 다른 실시예뿐만 아니라) 도 4에 나타낸 예시적인 이온-생성 타겟(402)의 구조는 포토리소그래피 기술과 같은 리소그래피 기술을 사용하여 형성될 수 있다. 특정 예에서, 이온-생성 타겟 원추(406)는 실리콘 웨이퍼(408) 상에 제조된 후 하나 이상의 금속(410)으로 코팅될 수 있다. 일부 실시예에서, 양성자는 후면 개구(412)로부터 방출될 수 있다. 도 4b는 본 발명에 사용하기 위한 이온-생성 타겟(304)으로서 적절한 다른 예시적인 이온-생성 타겟을 도시한다. 도 4b는 표면에 하나 이상의 마이크로-원추 타겟(420)을 갖는 이온-생성 타겟의 일부를 도시한다. 각각의 마이크로-원추 타겟(420)은 고 에너지, 저 발산 입자 빔을 생성하는 데 적절할 수 있다. 일 실시예에서, 마이크로-원추 타겟(420)은 외부 표면(424), 내부 표면(426), 대체로 편평하고 둥근 개방형 베이스(428) 및 정점을 규정하는 팁(430)을 갖는 실질적으로 원추형의 몸체(422)를 포함할 수 있다. 원추형 몸체(422)는 대체적으로 편평하고 둥근 개방형 베이스(428)로부터 팁(430)까지의 길이를 따라 테이퍼링될 수 있으며, 이는 정점을 규정한다. 외부 표면(424) 및 내부 표면(426)은 베이스(428)를 팁(430)에 접속할 수 있다.4 shows an exemplary ion-generating target that may be employed as the ion-generating target 304. For example, FIG. 4A shows an ion-generating target 402 comprising a cap structure 404 positioned over a hollow, hourglass-shaped cone 406. In one embodiment, the distance between at least two opposing points of the cone may be less than about 15 pm. In certain examples, the distance may be less than about 1 pm. In some embodiments, features of ion-generating target 402 may be free standalone. Such features can include any number of shapes including, for example, cones, pyramids, hemispheres and capped structures. The structure of the exemplary ion-generating target 402 shown in FIG. 4 (as well as other embodiments of the ion-generating target 304) can be formed using a lithographic technique such as a photolithographic technique. In certain examples, the ion-generating target cone 406 may be fabricated on a silicon wafer 408 and then coated with one or more metals 410. In some embodiments, protons may be released from rear opening 412. 4B shows another exemplary ion-generating target suitable as an ion-generating target 304 for use in the present invention. 4B shows a portion of an ion-generating target having one or more micro-conical targets 420 on its surface. Each micro-cone target 420 may be suitable for generating a high energy, low diverging particle beam. In one embodiment, the micro-conical target 420 is a substantially conical body having an outer surface 424, an inner surface 426, a generally flat and rounded open base 428, and a tip 430 defining an apex. (422) may be included. The conical body 422 can be tapered along the length from the generally flat rounded open base 428 to the tip 430, which defines the apex. The outer surface 424 and the inner surface 426 can connect the base 428 to the tip 430.

도 4c, 도 4d 및 도 4e는 본 발명의 실시예와 함께 사용하기에 적절한 다른 예시적인 이온-생성 타겟(304)을 도시한다. 구체적으로, 도 4c, 도 4d 및 도 4e는 얼음 결정으로부터 형성될 수 있는 눈(snow) 타겟의 표면을 도시한다. 물은 수소가 풍부하기 때문에 얼음은 이온-생성 타겟으로서 사용하기에 유리할 수 있다. 또한, 도 4c에 나타낸 바와 같이, 이온-생성 타겟 상의 구조는 바늘형 형상을 나타낼 수 있다. 이러한 형상은 전자기 방사선 빔(316)과 이온-생성 타겟(304)의 상호 작용에 의해 생성된 전기장을 향상시킬 수 있다. 이온-생성 타겟(304) 상의 개별 바늘형 구조는 전자기 방사선 빔(316)의 파장과 근사적으로 동일할 수 있다. 예로서, 구조는 근사적으로 1 ㎛ 내지 10 ㎛일 수 있다.4C, 4D and 4E illustrate another exemplary ion-generating target 304 suitable for use with embodiments of the present invention. Specifically, FIGS. 4C, 4D and 4E illustrate the surface of a snow target that may be formed from ice crystals. Because water is rich in hydrogen, ice can be advantageous for use as an ion-generating target. Further, as shown in FIG. 4C, the structure on the ion-generating target may exhibit a needle-like shape. This shape can enhance the electric field generated by the interaction of the electromagnetic radiation beam 316 and the ion-generating target 304. Individual needle-like structures on the ion-generating target 304 may be approximately equal to the wavelength of the electromagnetic radiation beam 316. As an example, the structure may be approximately 1 μm to 10 μm.

이온-생성 타겟(304)의 표면 상의 개별적인 패턴화된 피처는 순차적으로 스캐닝될 수 있도록 이온-생성 타겟(304) 상에 물리적으로 배열될 수 있다. 예를 들어, 이러한 구조는 대체로 평면 표면 상의 어레이로 배열될 수 있다. 도 4c에 나타낸 바와 같이, 개별 구조가 전체 표면에 걸쳐 패턴을 균일하게 형성하여 분산될 수 있다. 대안적으로, 구조는 도 4d 및 도 4e에 나타낸 바와 같이, 구조 사이에 공간을 갖는 반복 패턴으로 배열될 수 있다.Individual patterned features on the surface of the ion-generating target 304 may be physically arranged on the ion-generating target 304 so that they can be sequentially scanned. For example, these structures can be arranged in an array on a generally planar surface. As shown in Fig. 4c, individual structures can be dispersed uniformly forming a pattern over the entire surface. Alternatively, the structures can be arranged in a repeating pattern with spaces between the structures, as shown in Figs. 4D and 4E.

도 3을 다시 참조하면, 양성자 빔 조정 구성 요소(들)(308)는 이온-생성 타겟(304)에 의해 생성된 양성자로부터 양성자 빔(318)을 형성하고 양성자 빔을 갠트리(310) 및 환자의 치료 체적으로 지향시키도록 구성된 하나 이상의 구성 요소를 포함할 수 있다. 양성자 빔 조정 구성 요소(308)는 양성자와 같은 대전 입자를 조작할 수 있는 임의의 장비를 포함할 수 있다. 예를 들어, 양성자 빔 조정 구성 요소(들)(308)는 전자기 구성 요소를 포함할 수 있다. 더욱 구체적으로, 양성자 빔 조정 구성 요소(들)(308)는 4중극 렌즈, 원통형 미러 렌즈/분석기("CMA"), 구형 미러 렌즈/분석기("SMA"), 콜리메이터, 에너지 저하기, 비행-시간 제어 유닛, 자기 쌍극자 또는 대전 이온을 조작하기에 적절한 다른 구성 요소와 같은 하나 이상의 전자기 구성 요소를 포함할 수 있다. 양성자 빔 조정 구성 요소(들)(308)는 또한 양성자 빔(318)의 하나 이상의 특성을 조정할 수 있다. 예를 들어, 빔 조정 구성 요소(308)는 플럭스 또는 스폿 크기와 같은 특성을 조작할 수 있다. 양성자 빔 조정 구성 요소(들)(308)는 또한 특정 에너지를 갖는 입자를 필터링하거나 다양한 입자의 에너지를 감소시킬 수 있다.Referring again to Figure 3, the proton beam steering component(s) 308 forms a proton beam 318 from the protons produced by the ion-generating target 304 and directs the proton beam to the gantry 310 and the patient. It may include one or more components configured to be directed to a therapeutic volume. The proton beam steering component 308 may include any equipment capable of manipulating charged particles such as protons. For example, the proton beam steering component(s) 308 may comprise an electromagnetic component. More specifically, the proton beam steering component(s) 308 includes a quadrupole lens, a cylindrical mirror lens/analyzer ("CMA"), a spherical mirror lens/analyzer ("SMA"), a collimator, energy reduction, flight- It may include one or more electromagnetic components such as a time control unit, a magnetic dipole, or other components suitable for manipulating charged ions. The proton beam steering component(s) 308 may also adjust one or more properties of the proton beam 318. For example, beam steering component 308 can manipulate properties such as flux or spot size. The proton beam steering component(s) 308 may also filter out particles having a specific energy or reduce the energies of various particles.

양성자 빔 조정 구성 요소(들)(308)는 상호 작용 챔버 내, 양성자 빔 라인을 따라, 갠트리(310) 내, 또는 이들의 임의의 조합을 포함하여 시스템(300) 내의 다양한 위치에 배치될 수 있다. 예를 들어, 양성자 빔 조정 구성 요소는 이온-생성 타겟(304)과 갠트리(310) 사이에서 연장되는 빔 라인을 따라 배치될 수 있다. 빔 라인은 양성자 빔(318)을 전파 및/또는 조작하는 데 도움이 되는 온도, 압력(예를 들어, 진공) 또는 다른 조건(들)과 같은 다양한 조건을 유지하도록 구성될 수 있다. 빔 라인은 빔 덤프(dump), 빔 감쇠기, 및 보호 차폐와 같은 요소를 포함하지만 이에 한정되지 않는 대전 입자 빔을 수용하기 위한 다른 구성 요소를 추가로 포함할 수 있다.The proton beam steering component(s) 308 may be placed at various locations within the system 300, including within the interaction chamber, along the proton beam line, within the gantry 310, or any combination thereof. . For example, the proton beam steering component may be disposed along a beam line extending between the ion-generating target 304 and the gantry 310. The beam line may be configured to maintain various conditions such as temperature, pressure (eg, vacuum) or other condition(s) to aid in propagating and/or manipulating the proton beam 318. The beam line may further include other components for receiving the charged particle beam including, but not limited to, elements such as a beam dump, a beam attenuator, and a protective shield.

제어 시스템(314)은 시스템(300)의 다양한 양태를 모니터링 및/또는 제어할 수 있다. 예를 들어, 제어 시스템(314)은 전자기 방사선 소스(302), 광학 구성 요소(들)(306), 이온-생성 타겟(304), 양성자 빔 조정 구성 요소(들)(308), 갠트리(310), 및/또는 환자 지지 플랫폼(312)과 연관된 다양한 검출기를 모니터링할 수 있다. 제어 시스템(314)은 또한 기술자 또는 다른 운영자와 같은 시스템(300)의 사용자로부터의 입력을 수용할 수 있다. 제어 시스템(314)은 또한 예를 들어, 시스템(300)의 임의의 기능을 개시 및 유지하는 것을 포함하여, 시스템(300)에 속하는 동작을 수용, 저장 및 실행할 수 있다. 제어 시스템(314)은 또한 하나 이상의 검출기와 시스템(300)의 하나 이상의 다양한 구성 요소 사이에서 피드백을 구현하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 이러한 피드백은 시스템(300)의 정밀도, 효율, 속도 및/또는 다른 양태 또는 그 동작을 개선할 수 있다. 이러한 피드백의 예가 훨씬 더 상세하게 후술된다.The control system 314 can monitor and/or control various aspects of the system 300. For example, control system 314 may include an electromagnetic radiation source 302, optical component(s) 306, ion-generating target 304, proton beam steering component(s) 308, gantry 310 ), and/or various detectors associated with the patient support platform 312. The control system 314 may also accept input from a user of the system 300 such as a technician or other operator. Control system 314 may also accept, store, and execute operations pertaining to system 300, including, for example, initiating and maintaining any function of system 300. Control system 314 may also be configured to implement feedback between one or more detectors and one or more various components of system 300. For example, such feedback may improve the precision, efficiency, speed and/or other aspects of system 300 or its operation. Examples of such feedback are described in much more detail below.

도 5는 제어 시스템(314)과 연관될 수 있고 개시된 실시예에 따른 구성을 나타내는 예시적인 컴퓨팅 시스템(500)의 도면이다. 본 기술 분야의 통상의 기술자라면 이해할 바와 같이, 제어 시스템(314)과 연관된 기능의 일부 또는 전부는 컴퓨팅 시스템(500)과 연관된 소프트웨어, 하드웨어 또는 이들의 임의의 조합에 의해 실행되거나 촉진될 수 있다. 일 실시예에서, 컴퓨팅 시스템(500)은 하나 이상의 프로세서(520), 하나 이상의 메모리(540) 및 하나 이상의 입력/출력(I/O) 디바이스(530)를 가질 수 있다. 일부 실시예에서, 컴퓨팅 시스템(500)은 서버, 범용 컴퓨터, 맞춤형 전용 컴퓨터, 메인프레임 컴퓨터, 랩톱, 모바일 디바이스 또는 이들 구성 요소의 임의의 조합의 형태를 취할 수 있다. 특정 실시예에서, 컴퓨팅 시스템(500)(또는 컴퓨팅 시스템(500)을 포함하는 시스템)은 개시된 실시예에 따른 하나 이상의 동작을 수행할 수 있는 소프트웨어 명령의 저장, 실행 및/또는 구현에 기초하여 특정 장치, 시스템 등으로 구성될 수 있다. 컴퓨팅 시스템(500)은 독립형일 수 있거나, 더 큰 시스템의 일부일 수 있는 하위 시스템의 일부일 수 있다.5 is a diagram of an exemplary computing system 500 that may be associated with the control system 314 and represents a configuration in accordance with the disclosed embodiments. As will be appreciated by those of ordinary skill in the art, some or all of the functionality associated with the control system 314 may be executed or facilitated by software, hardware, or any combination thereof associated with the computing system 500. In one embodiment, computing system 500 may have 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, a general purpose computer, a custom dedicated computer, a mainframe computer, a laptop, a mobile device, or any combination of these components. In certain embodiments, computing system 500 (or a system including computing system 500) is based on storage, execution, and/or implementation of software instructions capable of performing one or more actions in accordance with the disclosed embodiments. It can be composed of devices, systems, and the like. Computing system 500 may be standalone, or may be part of a subsystem that may be part of a larger system.

프로세서(520)는 어플리케이션 특정 집적 회로(ASIC), 디지털 신호 프로세서(DSP), 프로그래머블 논리 디바이스(PLC), 필드 프로그래머블 게이트 어레이(FPGA), 프로세서, 컨트롤러, 마이크로프로세서, 다른 전자 유닛 및 이들의 조합과 같은 하나 이상의 알려진 프로세싱 디바이스를 포함할 수 있다. 예를 들어, 프로세서(520)는 Intel™에 의해 제조된 Pentium™ 또는 Xeon™ 제품군, AMD™에 의해 제조된 Turion™ 제품군, 또는 Sun Microsystems에 의해 제조된 임의의 다양한 프로세서 중의 프로세서를 포함할 수 있다. 프로세서(520)는 병렬 프로세스를 동시에 실행하는 단일 코어 또는 다중 코어 프로세서를 구성할 수 있다. 예를 들어, 프로세서(520)는 가상 프로세싱 기술로 구성된 단일 코어 프로세서일 수 있다. 특정 실시예에서, 프로세서(520)는 다중 프로세스를 동시에 실행 및 제어하기 위해 논리 프로세서를 사용할 수 있다. 프로세서(520)는 다중 소프트웨어 프로세스, 어플리케이션, 프로그램 등을 실행, 제어, 실행, 조작, 저장하는 등의 능력을 제공하기 위해 가상 머신 기술 또는 다른 알려진 기술을 구현할 수 있다. 프로세서(520)는 컴퓨팅 시스템(500)이 다중 프로세스를 동시에 실행할 수 있도록 병렬 프로세싱 기능을 제공하도록 구성된 다중-코어 프로세서 배열(예를 들어, 듀얼, 쿼드 코어 등)을 포함할 수 있다. 본 기술 분야의 통상의 기술자는 본원에 개시된 능력을 제공하는 다른 유형의 프로세서 배열이 구현될 수 있음을 이해할 것이다. 개시된 실시예는 임의의 유형의 프로세서(들)에 한정되지 않는다.The processor 520 includes an application specific integrated circuit (ASIC), a digital signal processor (DSP), a programmable logic device (PLC), a field programmable gate array (FPGA), a processor, a controller, a microprocessor, other electronic units, and combinations thereof. It may include one or more of the same known processing devices. For example, the processor 520 may include a Pentium™ or Xeon™ family manufactured by Intel™, a Turion™ family manufactured by AMD™, or any of a variety of processors manufactured by Sun Microsystems. . The processor 520 may constitute a single core or multiple core processors that simultaneously execute parallel processes. For example, the processor 520 may be a single core processor configured with virtual processing technology. In certain 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 capabilities such as execution, control, execution, manipulation, storage, etc. of multiple software processes, applications, programs, and the like. Processor 520 may include an array of multi-core processors (eg, dual, quad core, etc.) configured to provide parallel processing functionality so that computing system 500 can execute multiple processes simultaneously. One of ordinary skill in the art will understand that other types of processor arrangements may be implemented that provide the capabilities disclosed herein. The disclosed embodiment is not limited to any type of processor(s).

메모리(540)는 개시된 실시예와 관련된 기능을 수행하기 위해 프로세서(520)에 의해 사용되는 명령을 저장하도록 구성된 하나 이상의 저장 디바이스를 포함할 수 있다. 예를 들어, 메모리(540)는 프로세서(520)에 의해 실행될 때 하나 이상의 동작을 수행할 수 있는 프로그램(들)(550)과 같은 하나 이상의 소프트웨어 명령으로 구성될 수 있다. 개시된 실시예는 전용 작업을 수행하도록 구성된 별도의 프로그램 또는 컴퓨터로 한정되지 않는다. 예를 들어, 메모리(540)는 컴퓨팅 시스템(500)의 기능을 수행하는 프로그램(550)을 포함할 수 있거나, 프로그램(550)은 복수의 프로그램을 포함할 수 있다. 추가적으로, 프로세서(520)는 컴퓨팅 시스템(500)으로부터 원격에 위치된 하나 이상의 프로그램을 실행할 수 있다. 예를 들어, 제어기(314)는 컴퓨팅 시스템(500)(또는 그 변형)을 통해 실행될 때에 특정의 개시된 실시예와 관련된 기능을 수행하는 하나 이상의 원격 프로그램에 액세스할 수 있다. 프로세서(520)는 데이터베이스(570)에 위치된 하나 이상의 프로그램을 추가로 실행할 수 있다. 일부 실시예에서, 프로그램(550)은 컴퓨팅 시스템(500) 외부에 위치된 서버와 같은 외부 저장 디바이스에 저장될 수 있고, 프로세서(520)는 프로그램(550)을 원격으로 실행할 수 있다.Memory 540 may include one or more storage devices configured to store instructions used by processor 520 to perform functions related to the disclosed embodiments. For example, the memory 540 may be composed of one or more software instructions such as program(s) 550 that can perform one or more operations when executed by the processor 520. The disclosed embodiment is not limited to a separate program or computer configured to perform a dedicated task. For example, the memory 540 may include a program 550 that performs a function of the computing system 500, or the program 550 may include a plurality of programs. Additionally, processor 520 may execute one or more programs located remotely from computing system 500. For example, the controller 314 can access one or more remote programs that, when executed through the computing system 500 (or variations thereof), perform functions related to a particular disclosed embodiment. The processor 520 may additionally execute one or more programs located in the 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 may remotely execute the program 550.

메모리(540)는 또한 시스템이 개시된 실시예에 따른 동작을 수행하기 위해 사용할 수 있는 임의의 포맷으로 임의의 유형의 정보를 반영할 수 있는 데이터를 저장할 수 있다. 메모리(540)는 프로세서(520)가 서버 어플리케이션, 네트워크 통신 프로세스, 및 임의의 다른 유형의 어플리케이션 또는 소프트웨어와 같은 하나 이상의 어플리케이션을 실행할 수 있게 하는 명령을 저장할 수 있다. 대안적으로, 명령, 어플리케이션 프로그램 등은 근거리 네트워크 또는 인터넷을 포함하는 적절한 네트워크를 통해 컴퓨팅 시스템(500)과 통신하는 외부 저장소(미도시)에 저장될 수 있다. 메모리(540)는 휘발성 또는 비휘발성, 자기, 반도체, 테이프, 광학, 제거 가능, 제거 불능, 또는 다른 유형의 저장 디바이스 또는 유형의(즉, 비일시적인) 컴퓨터-판독 가능 매체일 수 있다.Memory 540 may also store data that may reflect any type of information in any format the system may use to perform operations in accordance with the disclosed embodiments. The memory 540 may store instructions that enable the processor 520 to execute one or more applications, such as server applications, network communication processes, and any other type of application or software. Alternatively, instructions, application programs, and the like may be stored in an external storage (not shown) that communicates with the computing system 500 over a local area network or a suitable network including the Internet. Memory 540 may be volatile or nonvolatile, magnetic, semiconductor, tape, optical, removable, non-removable, or other type of storage device or tangible (ie, non-transitory) computer-readable medium.

메모리(540)는 데이터(560)를 포함할 수 있다. 데이터(560)는 시스템(300)을 통한 이온(예를 들어, 양성자) 요법 치료를 제어하는 데 제어기(314)에 의해 사용되는 임의의 형태의 데이터를 포함할 수 있다. 예를 들어, 데이터(560)는 시스템(300)의 다양한 구성 요소의 동작과 관련된 데이터, 운영 시스템(300)의 다양한 구성 요소와 연관된 피드백 파라미터, 시스템(300)과 연관된 하나 이상의 검출기로부터 수집된 데이터, 특정 환자 또는 특정 질병에 대한 치료 계획, 시스템(300)의 다양한 구성 요소에 대한 교정 데이터 등을 포함할 수 있다.The memory 540 may include data 560. Data 560 may include any form of data used by controller 314 to control ion (eg, proton) therapy treatment through system 300. For example, data 560 may be data related to the operation of various components of system 300, feedback parameters associated with various components of operating system 300, and data collected from one or more detectors associated with system 300. , A treatment plan for a specific patient or a specific disease, correction data for various components of the system 300, and the like.

I/O 디바이스(530)는 컴퓨팅 시스템(500)에 의해 데이터가 수신 및/또는 송신될 수 있도록 구성되는 하나 이상의 디바이스를 포함할 수 있다. I/O 디바이스(530)는 컴퓨팅 시스템(500)이 도 3에 나타낸 시스템(300)의 다른 구성 요소와 같은 다른 머신 및 디바이스와 통신할 수 있게 하는 하나 이상의 디지털 및/또는 아날로그 통신 디바이스를 포함할 수 있다. 예를 들어, 컴퓨팅 시스템(500)은 컴퓨팅 시스템(500)이 제어기(314)의 운영자로부터 입력을 수신할 수 있게 하는 하나 이상의 키보드, 마우스 디바이스, 디스플레이, 터치 센서, 카드 판독기, 생체 판독기, 카메라, 스캐너, 마이크로폰, 무선 통신 디바이스 등과 같은 하나 이상의 입력 디바이스에 인터페이스를 제공할 수 있는 인터페이스 구성 요소를 포함할 수 있다. 또한, I/O 디바이스는 제어 시스템(314)이 유선 또는 무선 통신 채널을 통하는 것과 같이 시스템(300)의 하나 이상의 다양한 디바이스와 통신할 수 있도록 구성된 하나 이상의 디바이스를 포함할 수 있다.The I/O device 530 may include one or more devices configured to allow data to be received and/or transmitted by the computing system 500. I/O devices 530 may include one or more digital and/or analog communication devices that enable computing system 500 to communicate with other machines and devices, such as other components of system 300 shown in FIG. I can. For example, computing system 500 may include one or more keyboards, mouse devices, displays, touch sensors, card readers, biometric readers, cameras, and/or other devices that enable computing system 500 to receive input from an operator of controller 314. It may include an interface component capable of providing an interface to one or more input devices such as scanners, microphones, wireless communication devices, and the like. In addition, the I/O devices may include one or more devices configured to allow the control system 314 to communicate with one or more of the various devices of the system 300, such as over a wired or wireless communication channel.

컴퓨팅 시스템(500)은 또한 하나 이상의 데이터베이스(들)(570)를 포함할 수 있다. 대안적으로, 컴퓨팅 시스템(500)은 하나 이상의 데이터베이스(들)(570)에 통신 가능하게 접속될 수 있다. 컴퓨팅 시스템(500)은 유선 또는 무선 네트워크와 같은 네트워크를 통해 데이터베이스(들)(570)에 통신 가능하게 접속될 수 있다. 데이터베이스(570)는 정보를 저장하고 컴퓨팅 시스템(500)을 통해 액세스 및/또는 관리되는 하나 이상의 메모리 디바이스를 포함할 수 있다.Computing system 500 may also include one or more database(s) 570. Alternatively, computing system 500 may be communicatively connected to one or more database(s) 570. The computing system 500 may be communicatively connected to the database(s) 570 through 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.

도 6은 예시적인 전자기 방사선 소스(302)의 일반적인 개략도이다. 도 6에 나타낸 바와 같이, 전자기 방사선 소스(302)는 하나 이상의 발진기(602), 펌프 소스(604), 광학 구성 요소(606), 진단 구성 요소(608), 신장기(610), 증폭기(612), 압축기(614) 및 제어기(616)를 포함할 수 있다. 도 6의 구성은 단지 예일 뿐이고, 전자기 방사선 소스(302)의 하나 이상의 구성 요소, 시스템(300) 또는 다른 구성 요소를 통합하여 개시된 실시예에 따른 많은 다른 구성이 구현될 수 있다.6 is a general schematic diagram of an exemplary electromagnetic radiation source 302. As shown in Figure 6, the electromagnetic radiation source 302 includes one or more oscillators 602, pump sources 604, optical components 606, diagnostic components 608, expanders 610, amplifiers 612. , A compressor 614 and a controller 616 may be included. The configuration of FIG. 6 is merely an example, and many other configurations according to the disclosed embodiments may be implemented by incorporating one or more components of the electromagnetic radiation source 302, system 300, or other components.

발진기(602)는 전자기 방사선 빔(316)에 대한 요건에 도달하기 위해 조작(예를 들어, 성형 및/또는 증폭)될 초기 레이저 펄스(618)를 생성하기 위한 하나 이상의 레이저를 포함할 수 있다. 상용 레이저 시스템을 포함하여 광범위하게 다양한 레이저 또는 레이저 시스템이 발진기(602)로서 사용될 수 있다.Oscillator 602 may include one or more lasers to generate initial laser pulses 618 to be manipulated (eg, shaped and/or amplified) to reach the requirements for electromagnetic radiation beam 316. A wide variety of lasers or laser systems can be used as the oscillator 602, including commercial laser systems.

펌프 소스(604)는 에너지를 레이저 펄스(618)로 전달하도록 구성된 독립적인 레이저 또는 레이저 시스템(들)을 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 펌프 소스(604)는 하나 이상의 광학 구성 요소(들)(306)를 포함하는 광학 빔 라인에 의해 발진기(602)의 출력에 접속될 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 펌프 소스(604)는 플래시 램프, 다이오드 레이저, 및 다이오드-펌핑된 솔리드-스테이트(DPSS: diode-pumped solid-state) 레이저 등과 같은 다른 펌프 메커니즘을 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 펌프 소스(604)는 전자기 방사선 빔(316)의 시간 프로파일을 변경하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 제어 시스템(314)은 펌프 소스(604)의 타이밍을 제어함으로써 프리-펄스 및 전자기 방사선 빔의 페데스탈의 타이밍을 제어하도록 구성될 수 있다.Pump source 604 may include an independent laser or laser system(s) configured to deliver energy in laser pulses 618. In some embodiments, pump source 604 may be connected to the output of oscillator 602 by an optical beam line comprising one or more optical component(s) 306. Additionally or alternatively, the pump source 604 may include other pump mechanisms such as flash lamps, diode lasers, and diode-pumped solid-state (DPSS) lasers. In some embodiments, the pump source 604 may be configured to change the temporal profile of the electromagnetic radiation beam 316. For example, the control system 314 can be configured to control the timing of the pre-pulse and pedestal of the electromagnetic radiation beam by controlling the timing of the pump source 604.

광학 구성 요소(606)는 광학 구성 요소(306)와 관련하여 논의된 임의의 구성 요소를 포함할 수 있고, 광학 구성 요소(306)와 관련하여 설명된 역할 및/또는 기능 중 임의의 것을 수행할 수 있다.Optical component 606 may include any component discussed with respect to optical component 306 and may perform any of the roles and/or functions described with respect to optical component 306. I can.

진단 구성 요소(608)는 예를 들어, 시간적 및 공간적 특성, 스펙트럼 특성, 타이밍 및/또는 다른 특성과 같이, 레이저 펄스(618)를 모니터링하도록 설계된 광학적, 광-기계적 또는 전자적 구성 요소를 포함할 수 있다. 보다 구체적으로, 진단 구성 요소(608)는 하나 이상의 포토다이오드, 오실로스코프, 카메라, 분광계, 위상 센서, 자기-상관기, 상호-상관기, 파워 미터 또는 에너지 미터, 레이저 위치 및/또는 방향 센서(예를 들어, 포인팅 센서), 대즐러(dazzler)(또는 매즐러(mazzler)) 등을 포함할 수 있다. 진단 구성 요소(608)는 또한 광학 구성 요소(606)와 관련하여 위에서 식별된 임의의 구성 요소를 포함하거나 통합할 수 있다.Diagnostic component 608 may include optical, opto-mechanical or electronic components designed to monitor laser pulses 618, such as, for example, temporal and spatial properties, spectral properties, timing and/or other properties. have. More specifically, diagnostic component 608 includes one or more photodiodes, oscilloscopes, cameras, spectrometers, phase sensors, auto-correlators, cross-correlators, power meters or energy meters, laser position and/or orientation sensors (e.g. , A pointing sensor), a dazzler (or a mazzler), and the like. Diagnostic component 608 may also include or incorporate any of the components identified above with respect to optical component 606.

신장기(610)는 레이저 펄스(618)를 처프(chrip) 또는 신장하도록 구성될 수 있다. 보다 구체적으로, 신장기(610)는 회절 격자(들) 또는 프리즘, 처프드(chriped) 미러 등과 같은 다른 분산 구성 요소를 포함할 수 있다.The stretcher 610 may be configured to chirip or stretch the laser pulse 618. More specifically, the stretcher 610 may include diffraction grating(s) or other dispersive components such as prisms, chirped mirrors, and the like.

증폭기(612)는 예를 들어, 티타늄 사파이어 결정, CO2 가스 또는 Nd:YAG 결정과 같은 증폭 매체를 포함할 수 있다. 증폭기(612)는 또한 증폭 매체를 위한 홀더를 포함할 수 있다. 홀더는 위치 결정, 온도 등과 같은 지원 환경 조건과 호환되도록 구성될 수 있다. 증폭기(612)는 펌프 소스(604)로부터 에너지를 수용하고 이 에너지를 레이저 펄스(618)로 전달하도록 구성될 수 있다.The amplifier 612 may include an amplification medium such as, for example, titanium sapphire crystal, CO 2 gas, or Nd:YAG crystal. Amplifier 612 may also include a holder for the amplification medium. The holder can be configured to be compatible with supporting environmental conditions such as positioning, temperature, and the like. Amplifier 612 may be configured to receive energy from pump source 604 and deliver this energy to laser pulses 618.

압축기(614)는 레이저 펄스(618)를 예를 들어, 최종 시간의 지속 기간까지 일시적으로 압축하도록 구성된 광학 구성 요소를 포함할 수 있다. 압축기(614)는 홀더 상에 위치되고 진공 챔버 내에 위치된 회절 격자로 구성될 수 있다. 대안적으로, 압축기(614)는 예를 들어, 분산 섬유 또는 프리즘으로 구성될 수 있다. 추가적으로, 압축기(614)는 모터 및 다른 전자적으로 제어되는 광-기계적인 것뿐만 아니라 미러 또는 다른 광학 구성 요소(306)를 포함할 수 있다.Compressor 614 may include an optical component configured to temporarily compress laser pulses 618, for example, up to a duration of the final time. Compressor 614 may consist of a diffraction grating placed on a holder and placed in a vacuum chamber. Alternatively, the compressor 614 may be constructed of, for example, dispersing fibers or prisms. Additionally, the compressor 614 may include a motor and other electronically controlled opto-mechanical, as well as a mirror or other optical component 306.

제어기(616)는 전자기 방사선 소스(302)의 다양한 구성 요소를 제어 및/또는 동기화하는 전자 시스템(들)을 포함할 수 있다. 제어기(616)는 제어기, 전력 공급기, 컴퓨터, 프로세서, 펄스 생성기, 고전압 전력 공급기, 및 다른 구성 요소의 임의의 조합을 포함할 수 있다. 예로서, 제어기(616)는 전자기 방사선 소스(302)에 전용일 수 있거나 시스템(300)의 다른 구성 요소와 공유될 수 있는 하나 이상의 컴퓨팅 시스템(500)을 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 제어기(616)의 기능 중 일부 또는 전부는 시스템(300)의 제어기(314)에 의해 수행될 수 있다.The controller 616 can include electronic system(s) that control and/or synchronize the various components of the electromagnetic radiation source 302. The controller 616 may include any combination of a controller, a power supply, a computer, a processor, a pulse generator, a high voltage power supply, and other components. As an example, the controller 616 may include one or more computing systems 500 that may be dedicated to the electromagnetic radiation source 302 or may be shared with other components of the system 300. In some embodiments, some or all of the functions of controller 616 may be performed by controller 314 of system 300.

제어기(616)는 다양한 통신 채널을 통해 전자기 방사선 소스(302)의 다양한 구성 요소 및 시스템(300)의 다른 구성 요소와 인터페이싱할 수 있다. 통신 채널은 방사선 소스(302) 또는 시스템(300)과 연관된 다양한 광학 및 광-기계 구성 요소를 제어하기 위해 전기 또는 다른 신호를 송신하도록 구성될 수 있다. 통신 채널은 고전압, 전기 트리거, 다양한 유선 또는 무선 통신 프로토콜, 광 통신 및 다른 구성 요소와 호환되는 도전체를 포함할 수 있다. 제어기(616)는 전자기 방사선 소스(302)를 따라 광학 및 기계 진단 구성 요소 및 시스템(300)의 다른 부분을 따라 진단 구성 요소(608)로부터 입력을 수신할 수 있다. 또한, 제어기(616)는 사용자로부터의 신호 또는 입력에 기초한 신호, 예를 들어, 사용자에 의해 입력된 환자 치료 계획에 기초한 신호를 수신할 수 있다.The controller 616 may interface with various components of the electromagnetic radiation source 302 and other components of the system 300 through various communication channels. The communication channel may be configured to transmit electrical or other signals to control the radiation source 302 or various optical and opto-mechanical components associated with the system 300. Communication channels may include conductors compatible with high voltages, electrical triggers, various wired or wireless communication protocols, optical communication, and other components. The controller 616 may receive input from the optical and mechanical diagnostic components along with the electromagnetic radiation source 302 and from the diagnostic components 608 along other portions of the system 300. Further, the controller 616 may receive a signal from a user or a signal based on an input, for example, a signal based on a patient treatment plan input by the user.

도 7은 본 개시의 실시예에 따른 갠트리(700)의 예를 도시한다. 일부 실시예에서, 갠트리(310)(도 3)는 갠트리(700)의 형태로 배열될 수 있지만, 이는 한정하려는 의도는 아니며 다른 갠트리 설계가 채용될 수 있다. 갠트리(700)는 양성자 빔(318)을 아이소센터(isocenter)(712)로 전달할 수 있다. 일부 실시예에서, 아이소센터(712)는 치료 체적의 위치 또는 치료 체적 내의 위치를 나타낼 수 있다. 갠트리(700)는 또한 치료 전 및 치료 동안 양성자 빔(318)을 적절하게 지향시키기 위한 빔 조정 및 재구성을 위해 구성될 수 있다. 갠트리(700)는 솔레노이드(704), 커플링(706), 빔 조정 구성 요소(들)(708), 콜리메이터(들)(718) 및 스캐닝 자석(들)(710)을 포함할 수 있다. 높이(714) 및 폭(716)은 갠트리(700)의 많은 가능한 구성에 기초하여 광범위하게 변할 수 있다. 일부 실시예에서, 높이(714) 및 폭(716) 중 어느 하나 또는 둘 모두는 2.5 미터만큼 작을 수 있다.7 shows an example of a gantry 700 according to an embodiment of the present disclosure. In some embodiments, gantry 310 (FIG. 3) may be arranged in the form of gantry 700, but this is not intended to be limiting and other gantry designs may be employed. The gantry 700 can deliver the proton beam 318 to an isocenter 712. In some embodiments, the isocenter 712 may represent a location of a treatment volume or a location within a treatment volume. The gantry 700 may also be configured for beam conditioning and reconstruction to properly direct the proton beam 318 before and during treatment. The gantry 700 may include a solenoid 704, a coupling 706, a beam steering component(s) 708, a collimator(s) 718, and a scanning magnet(s) 710. The height 714 and width 716 can vary widely based on the many possible configurations of the gantry 700. In some embodiments, either or both of height 714 and width 716 may be as small as 2.5 meters.

일부 실시예에서, 갠트리(700)는 벽(702) 또는 다른 장벽에 의해 시스템(300)의 다른 구성 요소로부터 분리될 수 있다. 벽(702)은 양성자 빔(318) 및 양성자 빔(318)을 전달하도록 구성된 임의의 빔 라인 또는 다른 장비의 통과를 허용하기 위해 하나 이상의 개구(도면에 미도시)를 포함할 수 있다. 벽(702)의 위치는 다수의 요인에 따라 변할 수 있으며, 일부 실시예에서 벽(702)은 존재하지 않을 수도 있다.In some embodiments, gantry 700 may be separated from other components of system 300 by walls 702 or other barriers. The wall 702 may include one or more openings (not shown in the drawings) to allow passage of the proton beam 318 and any beam line or other equipment configured to deliver the proton beam 318. The location of wall 702 may vary depending on a number of factors, and in some embodiments wall 702 may not exist.

솔레노이드(704)는 이온-생성 타겟(304)에 의해 방출된 양성자를 포획하도록 구성될 수 있다. 일부 실시예에서, 이온-생성 타겟(304)에 의해 방출된 양성자는 큰 발산을 나타낼 수 있다. 예로서, 이온-생성 타겟(304)으로부터 방출된 양성자의 빔 크기는 1 cm와 같은 단거리에 걸쳐 100배만큼 확장될 수 있다. 솔레노이드(704)는 양성자 빔(318)의 수렴을 감소시키도록 구성될 수 있다.Solenoid 704 may be configured to capture protons emitted by ion-generating target 304. In some embodiments, protons emitted by ion-generating target 304 may exhibit large divergence. As an example, the beam size of protons emitted from the ion-generating target 304 can be expanded by a factor of 100 over a short distance, such as 1 cm. Solenoid 704 can be configured to reduce the convergence of proton beam 318.

솔레노이드(704)는 예를 들어, 9 내지 15 T의 초전도 솔레노이드와 같은 하이-필드 솔레노이드를 포함할 수 있다. 필드 강도는 솔레노이드 길이 및 결과적인 빔 크기와 관련될 수 있다. 솔레노이드 필드 강도가 높을수록 솔레노이드(704)에 필요한 빔 크기 및 개구가 더 작아질 수 있다. 솔레노이드(704)는 필드 강도 및 다른 요인에 기초하여 길이가 변할 수 있다. 일부 실시예에서, 솔레노이드(704)는 4 cm 내지 20 cm의 개구를 갖는 0.55 m 내지 0.85 m의 길이일 수 있다. 일부 실시예에서, 솔레노이드(704)는 하나 이상의 콜리메이터와 연계하여 사용될 수 있다. 또한, 일부 실시예에서, 하나 이상의 4중극이 솔레노이드(704)에 추가하여 또는 대안으로 채용될 수 있다.The solenoid 704 may include a high-field solenoid, such as a 9 to 15 T superconducting solenoid, for example. The field strength can be related to the solenoid length and the resulting beam size. The higher the solenoid field strength, the smaller the beam size and opening required for the solenoid 704 may be. The solenoid 704 may vary in length based on field strength and other factors. In some embodiments, the solenoid 704 may be 0.55 m to 0.85 m long with an opening of 4 cm to 20 cm. In some embodiments, solenoid 704 may be used in conjunction with one or more collimators. Also, in some embodiments, one or more quadrupoles may be employed in addition to or alternatively to the solenoid 704.

커플링(706)은 축(716)과 같은 회전 축에 주위의 회전과 같은 갠트리(700)의 물리적 이동을 용이하게 하도록 구성된 임의의 기계적 및/또는 광학적 접속일 수 있다. 갠트리는 임의의 적절한 모터 및/또는 액추에이터의 배열에 의해 물리적으로 이동되도록 구성될 수 있으며, 이는 제어 시스템(314)에 의해 제어될 수 있다. 커플링(706)은 하나 이상의 베어링 또는 부싱(bushing)을 포함할 수 있고 양성자 빔(318)을 운반하는 빔 라인에 접속 및/또는 통합될 수 있다. 따라서, 커플링(706)은 빔 라인 내의 진공 상태 또는 다른 환경 조건의 손실을 방지하기 위해 시일(seal) 또는 다른 장벽을 유지하도록 구성될 수 있다. 또한, 커플링(706)은 예를 들어, 갠트리 위치의 함수로서 튜닝 의존성을 감소시키기 위해 회전 불변 광학 기기를 포함할 수 있다.Coupling 706 may be any mechanical and/or optical connection configured to facilitate physical movement of gantry 700, such as rotation around it, to an axis of rotation, such as axis 716. The gantry may be configured to be physically moved by any suitable motor and/or arrangement of actuators, which may be controlled by the control system 314. The coupling 706 may include one or more bearings or bushings and may be connected and/or integrated into a beam line carrying the proton beam 318. Accordingly, the coupling 706 may be configured to maintain a seal or other barrier to prevent loss of vacuum or other environmental conditions within the beam line. Further, the coupling 706 may include rotation-invariant optics, for example, to reduce tuning dependence as a function of gantry position.

갠트리(700)는 빔 조정 구성 요소(들)(708)를 추가로 포함할 수 있다. 빔 조정 구성 요소(708)는 갠트리를 통해 양성자 빔(318)을 안내하도록 구성된 위에서 논의된 빔 조정 구성 요소(308) 중 임의의 것을 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 빔 조정 구성 요소(708)는 양성자 빔(318)을 갠트리(700)를 통해 방향 전환시키도록 구성된 쌍극자 및/또는 4중극과 같은 전자석을 포함할 수 있다. 빔 조정 구성 요소(708)는 정상 도전성 쌍극자, 수퍼페릭(superferric) 초전도 쌍극자, 스트립라인 쌍극자 등을 포함할 수 있다.The gantry 700 can further include a beam steering component(s) 708. The beam steering component 708 may include any of the beam steering components 308 discussed above configured to guide the proton beam 318 through the gantry. In some embodiments, the beam steering component 708 may include an electromagnet such as a dipole and/or quadrupole configured to redirect the proton beam 318 through the gantry 700. The beam steering component 708 may include a normal conductive dipole, a superferric superconducting dipole, a stripline dipole, and the like.

일부 실시예에서, 빔 조정 구성 요소(708)는 직사각형(또는 직사각형 또는 다른 원하는 형상을 형성하기 위한 각도의 임의의 다른 조합)을 형성하기 위해 쌍극자 쌍(예를 들어, 근사적으로 45°만큼 각각의 굽힘 양성자 빔(318))을 포함할 수 있다. 쌍극자 쌍은 약 4.8 T에서 동작할 수 있고 약 0.6 m 길이일 수 있다. 쌍극자 쌍 사이의 직선 섹션은 튜닝 범위, 유연성 및 그에 따른 전자기 광학에서의 맞춤화를 제공하여 독립적으로 조정될 수 있다. 90° 굽힘을 2개로 분할하면 각 쌍극자가 예를 들어, 단일 전력 공급기의 션트(shunt)를 통해 독립적으로 조정되어 적어도 10 % 변동(2개를 고려한 20 %의 총 상대 변화)을 제공할 수 있으므로 기준 궤적 제어를 개선할 수 있다. 따라서, 쌍극자 쌍은 갠트리(700)의 각 아암에 대한 독립적인 궤적 보정을 용이하게 하여 공차 및 비용을 감소시킬 수 있다.In some embodiments, the beam steering component 708 is each dipole pair (e.g., approximately 45° each) to form a rectangle (or any other combination of angles to form a rectangle or other desired shape). It may include a bending proton beam (318). The dipole pair can operate at about 4.8 T and can be about 0.6 m long. The straight section between the dipole pairs can be independently adjusted, providing tuning range, flexibility and thus customization in the electromagnetic optics. Splitting the 90° bend into two allows each dipole to be adjusted independently, e.g. through a shunt of a single power supply, to provide at least 10% variation (20% total relative change taking two). Reference trajectory control can be improved. Thus, the dipole pair facilitates independent trajectory correction for each arm of the gantry 700, thereby reducing tolerance and cost.

갠트리(700)는 또한 하나 이상의 콜리메이터(718)를 포함할 수 있다. 콜리메이터(718)는 원하는 방향으로 진행하고 및/또는 원하는 모멘텀을 갖는 양성자만이 통과할 수 있도록 양성자 빔(318)을 필터링하도록 구성될 수 있다. 콜리메이터(718)는 갠트리(700) 내의 다양한 위치에 배치될 수 있다. 예를 들어, 빔 조정 구성 요소(708)가 빔 하류에서 원하지 않은 효과를 생성하는 무색(achromatic) 특성을 갖는 경우, 콜리메이터(718)는 이러한 효과에 대응하도록 구성될 수 있다.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 having a desired momentum can pass through and/or traveling in a desired direction. The collimator 718 may be disposed at various locations within the gantry 700. For example, if the beam steering component 708 has an achromatic property that creates an undesired effect downstream of the beam, the collimator 718 may be configured to counteract this effect.

갠트리(700)는 스캐닝 자석(들)(710)을 추가로 포함할 수 있다. 스캐닝 자석(710)은 공간에서 아이소센터(712)의 위치를 조정하도록 구성된 빔 조정 구성 요소(308 또는 708)와 같은 빔 조정 구성 요소를 포함할 수 있다. 스캐닝 자석(710)은 예를 들어, 치료 체적으로 제공되는 치료 위치를 조정하기 위해 제어 시스템(314)에 의해 제어될 수 있다. 스캐닝 자석(710)은 갠트리(700) 내의 임의의 다수의 위치에 배치될 수 있다. 예를 들어, 스캐닝 자석(710)은 도 7에 나타낸 바와 같이, 하나 이상의 빔 조정 구성 요소(708)로부터 상류, 모든 빔 조정 구성 요소의 하류, 또는 이러한 상류 및 하류 위치의 조합일 수 있다.The gantry 700 may further include a scanning magnet(s) 710. The scanning magnet 710 may include a beam steering component such as a beam steering component 308 or 708 configured to adjust the position of the isocenter 712 in space. The scanning magnet 710 may be controlled by the control system 314, for example, to adjust the treatment position provided by the treatment volume. The scanning magnet 710 may be placed in any number of locations within the gantry 700. For example, the scanning magnet 710 may be upstream from one or more beam steering components 708, downstream of all beam steering components, or a combination of these upstream and downstream positions, as shown in FIG. 7.

시스템(300)은 환자 내의 치료 위치를 제어하기 위해 스캐닝 자석이 다른 구성 요소와 협업하여 동작되도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 제어 시스템(314)은 스캐닝 자석(710), 갠트리(700)의 이동 및 환자 지지 플랫폼(312)의 이동의 임의의 조합을 제어할 수 있다. 하나 이상의 구성 요소는 특정 차원 및/또는 자유도의 제어를 위해 구성될 수 있다. 예를 들어, 환자 지지 플랫폼은 하나의 1차원에서 환자 위치를 조정하도록 구성될 수 있는 반면, 스캐닝 자석(710)은 1차원에 직교하는 다른 차원으로 조정한다.System 300 may be configured such that the scanning magnet is operated in collaboration with other components to control the treatment location within the patient. For example, control system 314 can control any combination of scanning magnet 710, movement of gantry 700 and movement of patient support platform 312. One or more components may be configured for control of specific dimensions and/or degrees of freedom. For example, the patient support platform may be configured to adjust the patient position in one dimension, while the scanning magnet 710 adjusts to another dimension orthogonal to one dimension.

대안적으로 또는 추가적으로, 시스템(300)은 주어진 차원에서의 대략적인 조정이 미세 조정과 다른 구성 요소에 의해 수행될 수 있도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 특정 차원에서의 대략적인 조정은 환자 지지 플랫폼(312)을 조작하도록 구성된 모터에 의해 수행될 수 있으며, 미세 조정은 스캐닝 자석(710)에 의해 수행될 수 있다. 이러한 조정의 다수의 조합은 본 기술 분야의 통상의 기술자에게 명백할 것이다.Alternatively or additionally, system 300 may be configured such that coarse adjustments in a given dimension may be performed by components other than fine adjustments. For example, coarse adjustment in a particular dimension may be performed by a motor configured to manipulate the patient support platform 312, and fine adjustment may be performed by a scanning magnet 710. Many combinations of these adjustments will be apparent to those skilled in the art.

도 8은 갠트리(800)의 추가적인 예를 도시한다. 갠트리(800)는 솔레노이드(704), 커플링(706), 빔 조정 구성 요소(들)(708), 콜리메이터(들)(718) 및 스캐닝 자석(들)(710)과 같은 갠트리(700)와 동일한 구성 요소의 일부 또는 전부를 포함할 수 있으며, 추가적인 4중극 요소(802)를 추가로 포함할 수 있다. 4중극 요소(802)는 자기 빔 라인의 일부인 자기 요소이며, 양성자 빔을 치료 체적으로 전달하는 것을 돕는다. 4중극 요소(802)는 통상적으로 양성자 빔을 휘게 하는 굽힘 자석으로서 종종 사용될 수 있는 일부 더 큰 쌍극자와는 대조적으로, 대전 입자의 빔을 포커싱 또는 디-포커싱하는 데 사용된다. 4중극 요소(802)는 영구 자석(예를 들어, 리어-어스(rear-earth) 요소 및/또는 다른 자기 재료로 이루어짐), 상전도성 전자석, 초전도 전자석, 펄스화된 자석 또는 적절한 고정 또는 튜닝 가능한 자기장을 제공할 수 있는 다른 디바이스일 수 있다.8 shows a further example of a gantry 800. The gantry 800 includes a gantry 700 such as a solenoid 704, coupling 706, beam steering component(s) 708, collimator(s) 718, and scanning magnet(s) 710. Some or all of the same components may be included, and additional quadrupole elements 802 may be additionally included. The quadrupole element 802 is a magnetic element that is part of a magnetic beam line and helps to deliver the proton beam to the treatment volume. The quadrupole element 802 is typically used to focus or defocus a beam of charged particles, as opposed to some larger dipoles, which can often be used as bending magnets to warp a beam of protons. The quadrupole element 802 may be a permanent magnet (e.g., made of a rear-earth element and/or other magnetic material), a normal conducting electromagnet, a superconducting electromagnet, a pulsed magnet or a suitable fixed or tunable It may be another device capable of providing a magnetic field.

도 9는 양성자 빔 형성을 위한 프로세스(900)의 예시적인 흐름도이다. 단계 902에서, 전자기 방사선 소스(예를 들어, 소스(302))는 전자기 방사선 빔(예를 들어, 빔(316))을 방출할 수 있다. 단계 904에서, 전자기 방사선 빔은 이온-생성 타겟(예를 들어, 타겟(304))을 타격할 수 있다. 단계 906에서, 전자기 방사선 빔과 이온-생성 타겟의 상호 작용은 양성자를 포함하는 입자를 생성할 수 있다. 단계 908에서, 양성자 빔 조정 구성 요소(들)(예를 들어, 구성 요소(308))는 입자로부터 양성자 빔(예를 들어, 빔(318))을 형성하고 양성자 빔을 환자의 치료 체적으로 지향시킬 수 있다. 프로세스(900)의 단계는 제어 시스템(314)에 의해서와 같이 자동으로 수행될 수 있다. 프로세스(900)의 단계는 또한 제어 시스템(314)을 통한 것과 같이 사용자 입력에 응답하여 수행될 수 있거나, 다양한 구성 요소의 자동 및 수동 동작의 조합에 의해 수행될 수 있다. 일부 실시예에서, 프로세스(900)는 치료 계획의 사양에 기초하여 수행될 수 있으며, 이는 특정 환자, 치료 유형 및/또는 치료 체적에 기초하여 다양한 정도로 맞춤화될 수 있다.9 is an exemplary flow diagram of a process 900 for proton beam formation. In step 902, an electromagnetic radiation source (eg, source 302) may emit an electromagnetic radiation beam (eg, beam 316). In step 904, the electromagnetic radiation beam may strike an ion-generating target (eg, target 304). At step 906, the interaction of the beam of electromagnetic radiation and the ion-generating target may produce particles comprising protons. In step 908, the proton beam steering component(s) (e.g., component 308) forms a proton beam (e.g., beam 318) from the particle and directs the proton beam to the patient's treatment volume. I can make it. The steps of process 900 may be performed automatically, such as by control system 314. The steps of process 900 may also be performed in response to user input, such as through control system 314, or may be performed by a combination of automatic and manual actions of various components. In some embodiments, process 900 may be performed based on the specifications of a treatment plan, which may be tailored to varying degrees based on a particular patient, treatment type, and/or treatment volume.

단계 902에서 방출된 전자기 방사선 빔은 예를 들어, 도 6과 관련하여 설명된 구성 요소의 다양한 조합과 같은 방사선 빔 생성이 가능한 임의의 구성 요소를 통해 생성될 수 있다.The electromagnetic radiation beam emitted in step 902 may be generated through any component capable of generating a radiation beam, such as, for example, various combinations of components described in connection with FIG. 6.

단계 904에서, 전자기 방사선 빔은 이온-생성 타겟을 타격할 수 있다. 예를 들어, 이온-생성 타겟(304)은 이온-생성 타겟을 외부 환경으로부터 격리시키는 상호 작용 챔버 내에 배치될 수 있다. 이온-생성 타겟(304)에 타격할 시, 전자기 방사선 빔(316)과 이온-생성 타겟(304)의 상호 작용은 양성자 빔(318)에 사용될 수 있는 양성자를 포함하여 다양한 입자를 생성할 수 있다. 일부 실시예에서, 양성자는 약 10 내지 100 ㎛의 스폿 크기에 포커싱된 전자기 방사선 빔(316)에 의해 타격된 이온-생성 타겟(304) 상의 위치로부터의 약 250 MeV의 양성자 에너지에서 방출될 수 있다. 이온-생성 타겟(304)으로부터 방출된 양성자의 2차원 발산 각도는 약 0.2 라디안(즉, 약 11 도)일 수 있다. 또한, 양성자 에너지 각 분포 ∂Ω/∂E 및 양성자 수 에너지 분포 ∂N/∂E는 매우 작을 수 있어, 에너지 각 분포와 양성자 수 에너지 분포가 상당히 일정하다. 예로서, 전자기 방사선 빔의 펄스는 108개의 양성자의 방출을 야기할 수 있고, 펄스는 10 내지 1000 Hz의 레이트로 반복될 수 있다. 따라서, 펄스화된 전자기 방사선 빔(316)은 그에 의해 펄스화된 양성자 빔(318)을 생성할 수 있다. 양성자의 펄스는 또한 양성자 "다발(bunch)"로 지칭될 수 있다.In step 904, the electromagnetic radiation beam may strike the ion-generating target. For example, the ion-generating target 304 may be placed within an interaction chamber that isolates the ion-generating target from the external environment. Upon striking the ion-generating target 304, the interaction of the electromagnetic radiation beam 316 and the ion-generating target 304 can generate a variety of particles, including protons that can be used in the proton beam 318. . In some embodiments, protons may be emitted at a proton energy of about 250 MeV from a location on ion-generating target 304 striking by an electromagnetic radiation beam 316 focused to a spot size of about 10-100 μm. . The two-dimensional divergence angle of protons emitted from the ion-generating target 304 may be about 0.2 radians (ie, about 11 degrees). In addition, the angular proton energy distribution ∂Ω/∂E and the proton number energy distribution ∂N/∂E can be very small, so that the energy angular distribution and the proton number energy distribution are fairly constant. As an example, a pulse of an electromagnetic radiation beam can cause the emission of 10 8 protons, and the pulse can be repeated at a rate of 10 to 1000 Hz. Thus, the pulsed beam of electromagnetic radiation 316 can thereby produce a pulsed beam of protons 318. A pulse of protons may also be referred to as a “bunch” of protons.

본 개시에 따르면, 이온-생성 타겟은 상호 작용 챔버에 의해 지지되고 및/또는 그 내부에 수용될 수 있다. 본 개시에서 사용되는 바와 같이, 상호 작용 챔버는 타겟을 주위 조건으로부터 격리하고 이온 생성을 위한 적절한 환경을 제공하도록 구성된 임의의 구조를 지칭할 수 있다.According to the present disclosure, the ion-generating target may be supported by and/or received within the interaction chamber. As used in the present disclosure, an interaction chamber may refer to any structure configured to isolate the target from ambient conditions and provide an appropriate environment for ion generation.

본 개시에 따르면, 상호 작용 챔버는 예를 들어, 타겟 스테이지를 포함할 수 있다. 본 개시에서 사용되는 바와 같이, 타겟 스테이지는 이온-생성 타겟을 지지하도록 구성된 임의의 구조를 지칭할 수 있다. 일부 실시예에서, 타겟 스테이지는 타겟 스테이지와 전자기 방사선 빔 사이의 상대 이동을 야기하도록 구성된 프로세서에 의해 제어될 수 있다.According to the present disclosure, the interaction chamber may comprise a target stage, for example. As used in this disclosure, a target stage can refer to any structure configured to support an ion-generating target. In some embodiments, the target stage may be controlled by a processor configured to cause relative movement between the target stage and the electromagnetic radiation beam.

본 개시에 따르면, 상호 작용 챔버는 하나 이상의 검출기를 포함할 수 있다. 본원에서 사용되는 바와 같이, 검출기는 샘플 챔버 상태, 전자기 방사선 소스 또는 빔, 양성자 빔 및/또는 레이저-타겟 상호 작용의 하나 이상의 특성을 검출하는 디바이스를 지칭할 수 있다. 검출기는 예를 들어, 상호 작용 챔버 내에 및/또는 상호 작용 챔버에 근접한 임의의 상태를 관찰할 수 있다. 일부 실시예에서, 양성자 빔을 생성하기 위한 시스템은 상호 작용 챔버로부터 분리된 다른 검출기를 포함할 수 있다. 예로서, 검출기는 적어도 하나의 레이저-타겟 상호 작용 특성을 측정하도록 구성될 수 있다.In accordance with the present disclosure, the interaction chamber may include one or more detectors. As used herein, a detector may refer to a device that detects one or more properties of a sample chamber state, an electromagnetic radiation source or beam, a proton beam, and/or a laser-target interaction. The detector may, for example, observe any condition within and/or in proximity to the interaction chamber. In some embodiments, the system for generating the proton beam may include another detector separate from the interaction chamber. As an example, the detector may be configured to measure at least one laser-target interaction characteristic.

본 개시에서 사용되는 바와 같이, 레이저-타겟 상호 작용은 전자기 방사선 빔과 이온-생성 타겟의 상호 작용과 관련된 관찰 가능한 특성을 지칭할 수 있다. 레이저-타겟 상호 작용 특성은 예를 들어, 양성자 빔 특성, 2차 전자 방출 특성, x선 방출 특성, 양성자 빔 에너지, 양성자 빔 플럭스, 및/또는 전자기 방사선 빔과 이온-생성 타겟 사이의 상호 작용을 나타내는 다른 특성을 포함할 수 있다.As used in this disclosure, laser-target interaction may refer to an observable property associated with the interaction of an electromagnetic radiation beam and an ion-generating target. The laser-target interaction properties are, for example, proton beam properties, secondary electron emission properties, x-ray emission properties, proton beam energy, proton beam flux, and/or interaction between the electromagnetic radiation beam and the ion-generating target. It may contain other characteristics that indicate.

도 10은 상호 작용 챔버(1000)의 예를 도시한다. 상호 작용 챔버(1000)는 임의의 크기 및 형상일 수 있고, 레이저-타겟 상호 작용 동안 타겟을 수용할 수 있는 임의의 적절한 재료 또는 재료들로 구성될 수 있다. 스테인레스 스틸은 상호 작용 챔버(1000)를 구성하는 데 사용될 수 있는 재료의 일례이다.10 shows an example of an interaction chamber 1000. The interaction chamber 1000 can be of any size and shape, and can be constructed of any suitable material or materials capable of receiving a target during laser-target interaction. Stainless steel is an example of a material that can be used to construct the interaction chamber 1000.

상호 작용 챔버(1000)는 광학 구성 요소(들), 빔 조정 구성 요소(들), 검출기 등과 같은 상호 작용 챔버(1000) 내의 이온-생성 타겟(304) 및/또는 다른 장비를 지지하도록 구성된 하나 이상의 스테이지(1002)를 포함할 수 있다. 스테이지(들)(1002)는 고정되거나 조정 가능할 수 있다. 조정 가능한 스테이지는 하나 이상의 축을 따라 병진 및/또는 회전하도록 구성될 수 있다. 스테이지(들)(1002)의 조정은 수동 또는 자동일 수 있다. 자동화된 조정은 예를 들어, 제어 시스템(314)에 의해 제공된 하나 이상의 신호에 응답하여 수행될 수 있다. 스테이지(들)(1002)는 선택적으로 이온-생성 타겟(304)의 온도를 가열, 냉각 또는 유지하도록 구성될 수 있다. 온도 제어는 예를 들어, 이온-생성 타겟(304)의 온도를 모니터링하고, 측정된 온도에 응답하여 이온-생성 타겟(304)의 온도를 상승, 하강 또는 유지함으로써 달성될 수 있다. 온도 모니터링은 예를 들어 하나 이상의 열전쌍, 하나 이상의 적외선 온도 센서 및/또는 온도를 측정하는 데 사용되는 다른 기술로 달성될 수 있다. 온도 조정은 예를 들어, 가열 요소를 통해 흐르는 전류의 양을 조정함으로써 이루어질 수 있다. 가열 요소는 예를 들어 텅스텐, 레늄, 탄탈륨, 몰리브덴 니오븀 및/또는 이들의 합금과 같은 내화성 금속일 수 있다. 온도 조정은 예를 들어, 물 또는 극저온 유체(예를 들어, 액체 산소, 액체 헬륨, 액체 질소 등)와 같은 냉각제를 이온-생성 타겟(304)과 열 연통하도록 직접 또는 간접적으로 배치된 도관을 통해 흐르게 함으로써 또한 이루어질 수 있다. 본 기술 분야의 통상의 기술자는 이해할 수 있는 바와 같이, 온도를 조정하는 이러한 예시적인 방식은 호환 가능하고 조합될 수 있다. 물론, 이러한 온도 조정 방법은 한정적이지 않으며, 이온-생성 타겟(304)의 온도를 가열, 냉각 및/또는 유지하기 위한 임의의 다른 알려진 방법이 본원의 개시와 함께 사용될 수 있다.The interaction chamber 1000 is one or more configured to support the ion-generating target 304 and/or other equipment within the interaction chamber 1000, such as optical component(s), beam steering component(s), detectors, etc. A stage 1002 may be included. Stage(s) 1002 may be fixed or adjustable. The adjustable stage can be configured to translate and/or rotate along one or more axes. Adjustment of stage(s) 1002 may be manual or automatic. Automated adjustment may be performed, for example, in response to one or more signals provided by control system 314. The stage(s) 1002 can optionally be configured to heat, cool or maintain the temperature of the ion-generating target 304. Temperature control can be achieved, for example, by monitoring the temperature of the ion-generating target 304 and raising, lowering or maintaining the temperature of the ion-generating target 304 in response to the measured temperature. Temperature monitoring can be achieved, for example, with one or more thermocouples, one or more infrared temperature sensors and/or other techniques used to measure temperature. Temperature adjustment can be made, for example, by adjusting the amount of current flowing through the heating element. The heating element can be a refractory metal such as tungsten, rhenium, tantalum, molybdenum niobium and/or alloys thereof, for example. The temperature regulation is, for example, through a conduit arranged directly or indirectly to thermally communicate a coolant such as water or cryogenic fluid (e.g., liquid oxygen, liquid helium, liquid nitrogen, etc.) with the ion-generating target 304. It can also be done by flowing. As one of ordinary skill in the art will appreciate, these exemplary ways of adjusting the temperature are compatible and can be combined. Of course, this method of temperature adjustment is not limiting, and any other known method for heating, cooling and/or maintaining the temperature of the ion-generating target 304 may be used with the disclosure herein.

상호 작용 챔버(1000)는 하나 이상의 연관된 진공 펌프(들)(1004)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 샘플 준비 및 양성자 빔 형성 중 어느 하나 또는 둘 모두는 대기압 미만의 대기압 요건을 갖거나 대기압 미만의 특정 범위 내에서 최적의 성능을 달성할 수 있다. 진공 펌프(들)(1004)는 상호 작용 챔버(1000) 내의 압력 조건 및/또는 상호 작용 챔버(1000)와 연관된 구성 요소에 영향을 주는 데 사용될 수 있다. 예를 들어, 진공 펌프(들)(1004)는 상호 작용 챔버(1000)에서 진공 상태 또는 거의 진공 상태를 유지할 수 있다. 진공 펌프(들)(1004)의 예는 하나 이상의 터보-분자 펌프, 극저온 펌프, 이온 펌프, 또는 다이어프램 또는 루트 펌프와 같은 기계식 펌프를 포함할 수 있다. 진공 펌프(들)(1004)는 하나 이상의 압력 조절기(도면에 미도시)와 연계하여 동작할 수 있다.The interaction chamber 1000 may include one or more associated vacuum pump(s) 1004. For example, either or both of sample preparation and proton beamforming may have sub-atmospheric pressure requirements or achieve optimal performance within a specific range of sub-atmospheric pressures. Vacuum pump(s) 1004 may be used to influence pressure conditions within interaction chamber 1000 and/or components associated with interaction chamber 1000. For example, the vacuum pump(s) 1004 may maintain a vacuum state or an almost vacuum state in the interaction chamber 1000. Examples of vacuum pump(s) 1004 may include one or more turbo-molecular pumps, cryogenic pumps, ion pumps, or mechanical pumps such as diaphragm or root pumps. The vacuum pump(s) 1004 may operate in conjunction with one or more pressure regulators (not shown in the drawings).

상호 작용 챔버(1000)는 광학 구성 요소(1006)를 포함할 수 있다. 광학 구성 요소(들)(306)와 관련하여 위에서 언급된 임의의 구성 요소는 전자기 방사선 빔(316)을 추가로 지향시키기 위해 상호 작용 챔버 내부에서 사용될 수 있다. 예를 들어, 도 10에 나타낸 바와 같이, 상호 작용 챔버는 전자기 방사선 빔(316)을 이온-생성 타겟(304)을 향해 지향시키도록 구성된 미러(1006a)를 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 상호 작용 챔버(1000)는 전자기 방사선 빔(316)을 이온-생성 타겟(304) 상에 포커싱하도록 구성된 포물면 미러(1006b)를 포함할 수 있다.The interaction chamber 1000 may include an optical component 1006. Any of the components mentioned above with respect to the optical component(s) 306 may be used inside the interaction chamber to further direct the electromagnetic radiation beam 316. For example, as shown in FIG. 10, the interaction chamber may include a mirror 1006a configured to direct an electromagnetic radiation beam 316 toward an ion-generating target 304. In one embodiment, the interaction chamber 1000 may include a parabolic mirror 1006b configured to focus the electromagnetic radiation beam 316 onto the ion-generating target 304.

상호 작용 챔버(800)는 임의의 수의 양성자 빔 조정 구성 요소(들)(308)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 도 8에 나타낸 바와 같이, 상호 작용 챔버(1000)는 콜리메이터(1010)를 포함할 수 있다. 본 기술 분야의 통상의 기술자는 대안적으로 또는 추가적으로, 다른 양성자 빔 조정 구성 요소(들)(308)가 상호 작용 챔버(800)에 포함될 수 있음을 이해할 것이다. 다양한 실시예에서, 빔 조정 구성 요소(들)(308) 중 임의의 것이 상호 작용 챔버(1000)에 통합될 수 있다.The interaction chamber 800 may include any number of proton beam steering component(s) 308. For example, as shown in FIG. 8, the interaction chamber 1000 may include a collimator 1010. One of ordinary skill in the art will appreciate that, alternatively or additionally, other proton beam steering component(s) 308 may be included in the interaction chamber 800. In various embodiments, any of the beam steering component(s) 308 may be incorporated into the interaction chamber 1000.

상호 작용 챔버(1000)는 양성자 빔 조정 구성 요소(들)(308)와 연관하여 위에서 설명된 바와 같이 빔 라인(1012)을 포함하거나 이와 인터페이싱할 수 있다. 빔 라인(1012)은 양성자 빔(318)의 전파를 용이하게 하기 위해 대기압 미만으로 유지되는 도관을 포함할 수 있다. 빔 라인(812)은 양성자 빔 조정 구성 요소(들)(308)와 관련하여 위에서 언급된 임의의 요소와 같은 양성자 빔 조정 구성 요소들을 포함할 수 있다. 빔 라인(812)은 또한 대기압 미만의 상태를 달성 및/또는 유지하기 위해 진공 펌프(들)(1004)와 관련하여 설명된 임의의 펌프와 같은 진공 펌프를 포함할 수 있다.The interaction chamber 1000 may include or interface with the beam line 1012 as described above in connection with the proton beam steering component(s) 308. The beam line 1012 may include a conduit maintained below atmospheric pressure to facilitate propagation of the proton beam 318. Beam line 812 may include proton beam steering components, such as any of the elements mentioned above with respect to proton beam steering component(s) 308. Beam line 812 may also include a vacuum pump, such as any of the pumps described in connection with vacuum pump(s) 1004 to achieve and/or maintain a condition below atmospheric pressure.

상호 작용 챔버(1000)는 하나 이상의 밸브(들)(1014)를 포함할 수 있다. 임의의 적절한 밸브(들)가 사용될 수 있고, 예를 들어, 상호 작용 챔버(1000)의 다양한 부분들 사이 또는 상호 작용 챔버(1000)와 시스템(300) 또는 그 주위 환경의 다른 구성 요소 사이에 위치될 수 있다. 밸브(들)(1014)는 예를 들어, 진공 펌프(들)(1004) 또는 빔 라인(1012)을 격리시키도록 구성될 수 있다. 밸브(들)(1014)는 수동 또는 자동일 수 있다. 자동 밸브는 예를 들어 공압식 및/또는 전자식일 수 있다. 밸브(들)(1014)는 2-위치 게이트 밸브와 같은 단순한 개방/폐쇄 밸브일 수 있거나, 밸브(들)(1014)는 부분적으로 개방되도록 구성될 수 있다. 진공 펌프(들)(1004)와 연관된 밸브(들)(1014)는 예를 들어, 개방 상태와 폐쇄 상태 사이에서 연속적으로 변할 수 있는 하나 이상의 버터플라이 밸브(들)를 포함할 수 있다. 밸브(들)(1014)는 이온-생성 타겟의 부품의 유지 또는 교체를 위해 압력을 유지하고, 재료를 유지 또는 방출하고, 및/또는 상호 작용 챔버(800)에 대한 접근을 허용하도록 구성될 수 있다.The interaction chamber 1000 may include one or more valve(s) 1014. Any suitable valve(s) may be used, for example located between the various parts of the interaction chamber 1000 or between the interaction chamber 1000 and the system 300 or other components of the surrounding environment. Can be. Valve(s) 1014 may be configured to isolate vacuum pump(s) 1004 or beam line 1012, for example. The valve(s) 1014 can be manual or automatic. Automatic valves can be pneumatic and/or electronic, for example. The valve(s) 1014 may be a simple open/closed valve, such as a two-position gate valve, or the valve(s) 1014 may be configured to be partially open. The valve(s) 1014 associated with the vacuum pump(s) 1004 may include, for example, one or more butterfly valve(s) that may change continuously between an open state and a closed state. The valve(s) 1014 may be configured to maintain pressure, retain or release material, and/or allow access to the interaction chamber 800 for maintenance or replacement of parts of the ion-generating target. have.

상호 작용 챔버(1000)는 하나 이상의 셔터(들)(1016)를 포함할 수 있다. 셔터(들)(1016)는 예를 들어, 전자기 방사선 빔(1016)을 챔버(1000)로 차단 또는 허용하도록 구성될 수 있다. 셔터(들)(1016)는 예를 들어, 단순한 개방/폐쇄 셔터이다. 셔터(들)(1016)는 또한 원하는 경우 전자기 방사선 빔(316)을 초핑하도록 구성될 수 있다. 셔터(들)(1016)의 동작은 수동 또는 자동일 수 있다. 자동화된 동작은 예를 들어, 제어 시스템(314)에 의해 제공된 하나 이상의 신호에 응답하여 발생할 수 있다.The interaction chamber 1000 may include one or more shutter(s) 1016. Shutter(s) 1016 may be configured to block or allow electromagnetic radiation beam 1016 into chamber 1000, for example. The shutter(s) 1016 is, for example, a simple open/closed shutter. The shutter(s) 1016 may also be configured to chop the electromagnetic radiation beam 316 if desired. The operation of the shutter(s) 1016 may be manual or automatic. Automated actions may occur, for example, in response to one or more signals provided by control system 314.

상호 작용 챔버(1000)는 하나 이상의 윈도우(1018)를 포함할 수 있다. 윈도우(1018)는 압력, 온도 및 상호 작용 챔버(1000)와 연관된 다른 환경적 요인에 적절한 임의의 재료로 구성될 수 있다.The interaction chamber 1000 may include one or more windows 1018. Window 1018 may be constructed of any material suitable for pressure, temperature, and other environmental factors associated with interaction chamber 1000.

상술한 바와 같이, 상호 작용 챔버(1000)는 제자리에서 이온-생성 타겟을 형성하도록 구성될 수 있다. 시스템(300)은 또한 상호 작용 챔버(1000)에 접속되고 타겟 준비 및/또는 컨디셔닝을 위해 구성된 개별의 또는 실질적으로 개별의 준비 챔버(도 6 또는 도 10에 미도시)를 포함할 수 있다. 준비 챔버는 증발, 물리 기상 증착, 화학 기상 증착, 분자 빔 에피택시, 원자층 증착 등을 수행하기 위해 시스템에서 발견될 수 있는 장비와 같은 이온-생성 타겟을 준비하기 위한 다양한 장비 및 기구를 포함할 수 있다. 준비 챔버는 또한 이온-생성 타겟(304)을 유지하기 위한 하나 이상의 스테이지(들) 또는 이온-생성 타겟(304)을 형성하기 위한 템플릿으로서의 역할을 할 타겟 기판을 포함할 수 있다. 준비 챔버는 또한 이온-생성 타겟을 준비에 후속하는 상호 작용 챔버 내의 장소로 전달하기 위한 메커니즘을 포함할 수 있다. 개별의 또는 실질적으로 개별의 준비 챔버를 사용하는 것에 대안적으로 또는 이에 추가하여, 상호 작용 챔버(1000)는 샘플 준비 또는 컨디셔닝이 상호 작용 챔버(1000)(도 6 또는 도 10에 미도시) 내에서 일어날 수 있도록 유사하게 장착될 수 있다.As described above, the interaction chamber 1000 may be configured to form an ion-generating target in place. System 300 may also include a separate or substantially separate preparation chamber (not shown in FIGS. 6 or 10) connected to the interaction chamber 1000 and configured for target preparation and/or conditioning. The preparation chamber will contain a variety of equipment and instruments for preparing the ion-generating target, such as equipment that can be found in the system to perform evaporation, physical vapor deposition, chemical vapor deposition, molecular beam epitaxy, atomic layer deposition, etc. I can. The preparation chamber may also include one or more stage(s) for holding 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 for delivering the ion-generating target to a location within the interaction chamber following preparation. Alternatively or in addition to using a separate or substantially separate preparation chamber, the interaction chamber 1000 allows sample preparation or conditioning within the interaction chamber 1000 (not shown in FIG. 6 or 10). It can be fitted similarly so that it can take place in.

준비 챔버는 또한 (스테이지(1002)와 관련하여 상술한 바와 같이) 온도 제어 요소, 전달 아암 또는 진공 시스템에 익숙한 이들에게 공지된 임의의 다른 전달 디바이스와 같은 하나 이상의 샘플 전달 메커니즘을 포함할 수 있다. 시스템(300)은 또한 샘플 준비 챔버와 상호 작용 챔버(1000) 사이의 로드 락(load lock)을 포함할 수 있다.The preparation chamber may also contain one or more sample delivery mechanisms, such as a temperature control element (as described above with respect to stage 1002), a delivery arm, or any other delivery device known to those familiar with vacuum systems. System 300 may also include a load lock between the sample preparation chamber and the interaction chamber 1000.

상호 작용 챔버(1000)는 가열 및/또는 냉각 요소(도 10에 미도시)를 추가로 포함할 수 있다. 샘플 준비 및 입자 빔 형성 중 어느 하나 또는 둘 모두는 온도 요건을 가질 수 있거나 특정 온도 범위 내에서 최적의 성능을 달성할 수 있다. 상호 작용 챔버는 이러한 온도 상태를 달성하고 유지하도록 구성된 가열 요소 및/또는 냉각 요소를 포함할 수 있다. 가열 및 냉각 요소는 스테이지(들)(1002)와 관련하여 설명되었지만 상호 작용 챔버(1000)의 다른 부분 또는 전체적으로 상호 작용 챔버(1000)의 온도 상태를 제어하도록 구성된 임의의 온도 제어 장비 및/또는 방법을 포함할 수 있다.The interaction chamber 1000 may further include heating and/or cooling elements (not shown in FIG. 10 ). Either or both of sample preparation and particle beamforming can have temperature requirements or can achieve optimal performance within a specific temperature range. The interaction chamber may include heating elements and/or cooling elements configured to achieve and maintain this temperature condition. The heating and cooling elements are described with respect to the stage(s) 1002, but any temperature control equipment and/or method configured to control the temperature conditions of the interaction chamber 1000 as a whole or other parts of the interaction chamber 1000. It may include.

상호 작용 챔버(1000)는 하나 이상의 검출기(1020)를 포함할 수 있다. 검출기(1020)는 상호 작용 챔버(1000)와 연관된 상태를 측정하도록 구성될 수 있다. 일부 실시예에서, 측정은 단일-샷 단위로 수행될 수 있다. 즉, 검출기(1020)는 전자기 방사선 빔(316)과 이온-생성 타겟(304) 사이의 개별 상호 작용과 연관된 특성을 측정하도록 구성될 수 있다. 검출기(1020)는 또한 예를 들어, 프로세싱 후 결과를 제공하는 보다 연속적인 기반에서 동일하거나 상이한 특성을 측정할 수 있다.The interaction chamber 1000 may include one or more detectors 1020. The detector 1020 may be configured to measure a condition associated with the interaction chamber 1000. In some embodiments, measurements may be performed on a single-shot basis. That is, the detector 1020 may be configured to measure characteristics associated with the individual interactions between the electromagnetic radiation beam 316 and the ion-generating target 304. The detector 1020 may also measure the same or different properties on a more continuous basis, for example, providing results after processing.

검출기(1020)의 배치는 공간 제약 및 측정을 위한 최적의 위치를 포함하는 다수의 요인에 기초하여 변할 수 있다. 도 10에 나타낸 바와 같이, 검출기(1020)는 (검출기(1020a)와 같이) 상호 작용 챔버(1000)의 외부 벽을 따라, (검출기(1020b 및 1020c)와 같이) 이온-생성 타겟(304)에 근접하게, 또는 (1020d와 같이) 양성자 빔(318)에 따라 위치될 수 있다.The placement of the detector 1020 may vary based on a number of factors including space constraints and optimal location for measurement. As shown in Fig. 10, the detector 1020 is applied to the ion-generating target 304 (such as the detectors 1020b and 1020c) along the outer wall of the interaction chamber 1000 (such as the detector 1020a). It may be positioned in close proximity or along the proton beam 318 (such as 1020d).

일부 검출기(1020)의 경우, 이온-생성 타겟(304)에 근접한, 그에 따라 전자기 방사선 빔(316)과 이온-생성 타겟(304) 사이의 상호 작용(레이저-타겟 상호 작용)에 근접한 검출에 유리할 수 있다. 일 실시예에서, 시스템(300)은 시간이 지남에 따라 안정화될 수 있으며, 그 후 이러한 근접성은 불필요할 수 있다. 일부 실시예에서, 하나 이상의 검출기(1020)는 상호 작용 챔버(1000) 외부에 장착될 수 있다. 예를 들어, 도 10은 윈도우(1018)에 근접한 상호 작용 챔버(1000) 외부의 검출기(1020e)를 도시한다. 검출기(1020)는 본래 측정될 것으로 의도된 특성에 종속되도록 배치될 수 있거나 상호 작용 챔버(1000) 내의 상태가 측정을 용이하게 하도록 변경될 수 있다. 예를 들어, 광학 구성 요소(들)(1006)는 윈도우(1018)를 통해 검출기(1020e)와 같은 검출기로 상호 작용 영역으로부터의 신호를 일시적으로 또는 간헐적으로 편향시키도록 구성된 조향 미러를 포함할 수 있다. 상술한 검출기 배치는 단지 예시적이며, 다수의 다른 것들이 본 기술 분야의 통상의 기술자에게 명백할 수 있다.For some detectors 1020, it may be beneficial for detection in proximity to the ion-generating target 304, and thus close to the interaction (laser-target interaction) between the electromagnetic radiation beam 316 and the ion-generating target 304. I can. In one embodiment, system 300 may stabilize over time, and then such proximity may be unnecessary. In some embodiments, one or more detectors 1020 may be mounted outside the interaction chamber 1000. For example, FIG. 10 shows detector 1020e outside interaction chamber 1000 proximate window 1018. The detector 1020 may be arranged to be dependent on a characteristic originally intended to be measured or the condition within the interaction chamber 1000 may be altered to facilitate measurement. For example, the optical component(s) 1006 may include a steering mirror configured to temporarily or intermittently deflect a signal from the interaction area to a detector, such as detector 1020e, through window 1018. have. The detector arrangement described above is merely exemplary, and many others may be apparent to one of ordinary skill in the art.

일부 실시예에서, 하나 이상의 검출기(1020)가 전자기 방사선 빔(316) 또는 양성자 빔(318)의 하나 이상의 레이저-타겟 상호 작용 특성을 측정하도록 구성될 수 있다. 일부 실시예에서, 검출기(1020)는 4중극 분석기, 구형 미러 분석기("SMA"), 원통형 미러 분석기("CMA"), 2차 전자 검출기, 광전자 증배기, 신틸레이터, 솔리드-스테이트 검출기, 비행-시간 검출기, 레이저-온(on)-타겟 광학 진단 검출기, x선 검출기, 카메라, 패러데이 컵(Faraday cup) 또는 다른 검출기를 포함할 수 있다. 검출기(1020)는 흡수 또는 반사와 같은 특성, 2차 전자 방출 특성, 전자 온도 및/또는 밀도와 같은 플라즈마 특성 및/또는 x선 방출 특성을 검출할 수 있다. 전자 및/또는 x선의 방출과 같은 2차 방출은 레이저-타겟 상호 작용 특성 및/또는 양성자 빔(318)의 특성을 나타낼 수 있다. 예를 들어, 전자 및/또는 x선의 에너지 스펙트럼 및/또는 플럭스는 양성자 빔 특성을 나타낼 수 있다. 그 후, 이들 신호는 예를 들어, 더욱 상세하게 후술하는 바와 같이, 전자기 방사선 소스(302), 광학 구성 요소(들)(306), 양성자 빔 조정 구성 요소(들)(308), 및 이온-생성 타겟(304)의 위치/배향 중 하나 이상을 조정함으로써 레이저-타겟 상호 작용을 수정하기 위한 피드백 루프에서 입력으로서 사용될 수 있다.In some embodiments, one or more detectors 1020 may be configured to measure one or more laser-target interaction characteristics of the electromagnetic radiation beam 316 or proton beam 318. In some embodiments, detector 1020 is a quadrupole analyzer, spherical mirror analyzer ("SMA"), cylindrical mirror analyzer ("CMA"), secondary electron detector, photomultiplier, scintillator, solid-state detector, flight -Time detector, laser-on-target optical diagnostic detector, x-ray detector, camera, Faraday cup 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 emission of electrons and/or x-rays, may indicate the properties of the laser-target interaction and/or of the proton beam 318. For example, the energy spectrum and/or flux of electrons and/or x-rays may exhibit proton beam properties. Thereafter, these signals are, for example, electromagnetic radiation source 302, optical component(s) 306, proton beam steering component(s) 308, and ion- It can be used as an input in a feedback loop to modify the laser-target interaction by adjusting one or more of the position/orientation of the generating target 304.

검출기(1020)는 양성자 빔 방향, 공간 확산, 강도, 플럭스, 에너지, 양성자 에너지 및/또는 에너지 확산을 검출하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 일부 실시예에서, 톰슨(Thompson) 포물선이 채용될 수 있다. 이러한 실시예에서, 양성자 빔(318)은 자기장 및 전기장이 검출 스크린 상의 위치로 양성자를 편향시키는 영역으로 지향될 수 있다. 양성자가 스크린과 접촉하는 위치는 양성자 에너지를 나타낼 수 있다. 이러한 스크린의 경우, CR-39 플레이트, 이미지 플레이트 및/또는 신틸레이터(CCD 카메라와 같은 이미징 디바이스에 커플링됨)와 같은 임의의 양성자 감지 디바이스가 사용될 수 있다. 다른 예로서, 공간 양성자 빔 분포는 CR-39와 같은 양성자에 민감한 스크린으로 검출될 수 있고 이미지 플레이트 또는 (카메라와 같은) 검출 디바이스를 갖는 신틸레이터가 사용될 수 있다.The detector 1020 may be configured to detect proton beam direction, spatial diffusion, intensity, flux, energy, proton energy and/or energy diffusion. For example, in some embodiments, a Thompson parabolic may be employed. In this embodiment, the proton beam 318 may be directed into a region where the magnetic and electric fields deflect the protons to locations on the detection screen. The location where the proton comes into contact with the screen can represent the proton energy. For such a screen, any proton sensing 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 beam distribution can be detected with a proton sensitive screen such as CR-39 and a scintillator with an image plate or detection device (such as a camera) can be used.

검출기(1020)는 또한 비행-시간 검출기를 포함할 수 있다. 비행-시간 검출기는 평균 양성자 에너지를 측정할 수 있다. 일부 실시예에서, 비행-시간 검출기는 양성자 신틸레이터 및 광-증배관(PMT: photo-multiplier-tube)과 같은 적절한 시간 해상도를 갖는 검출기를 포함할 수 있다. PMT 상에서 양성자 시그니처가 검출되는 시간은 양성자 속도 및 그에 따라 양성자 에너지를 나타낼 수 있다.Detector 1020 may also include a time-of-flight detector. The time-of-flight detector can measure the average proton energy. In some embodiments, the time-of-flight detector may include a detector with suitable temporal resolution, such as a proton scintillator and a photo-multiplier-tube (PMT). The time at which a proton signature is detected on the PMT can represent the proton velocity and thus the proton energy.

검출기(1020)는 또한 전자 온도 및 밀도를 검출하도록 구성된 x선 분광계, 또는 플라즈마 밀도를 검출하도록 구성된 간섭계와 같은 플라즈마 진단용으로 구성된 기구를 포함할 수 있다. 광학 진단은 레이저 흡수 효율을 측정하기 위해 반사된 레이저 빔의 이미징을 포함할 수 있다. 이들 검출기는 초기 시스템 설계, 교정 및 테스트 중에 사용될 수 있으며 선택적으로 최종 시스템에 포함될 수 있다.The detector 1020 may also include an instrument configured for plasma diagnosis, such as an x-ray spectrometer configured to detect electron temperature and density, or an interferometer configured to detect plasma density. Optical diagnostics can include imaging of the reflected laser beam to measure laser absorption efficiency. These detectors can be used during initial system design, calibration and testing and can optionally be included in the final system.

도 9를 다시 참조하면, 단계 906에서 전자기 방사선 빔(예를 들어, 316)과 이온-생성 타겟(예를 들어, 304)의 상호 작용은 양성자를 포함하는 입자를 생성할 수 있다. 일부 실시예에서, 이온-생성 타겟(304)의 표면은 전자기 방사선 빔(316)에 의해 스캐닝될 수 있다. 예를 들어, 전자기 빔(316)은 연속적 또는 불연속적 래스터화, 단계적 스캐닝, 또는 원하는 임의의 다른 스캐닝 파형에 의해 이온-생성 타겟(304)의 표면 위에 순차적으로 스캐닝될 수 있다. 대안적으로, 전자기 빔(316)은 이온-생성 타겟(304)의 표면 위에 비순차적으로 스캐닝될 수 있다. 전자기 방사선 빔 스캐닝은 전자기 방사선 소스(302)와 이온-생성 타겟(304) 사이에 위치된 하나 이상의 광학 구성 요소(들)(306)를 수동 또는 자동으로 조정함으로써 달성될 수 있다. 광학 구성 요소(들)(306)의 자동 조정은 예를 들어, 제어 시스템(314)에 의해 제공되는 하나 이상의 신호에 응답하여 달성될 수 있다. 제어 시스템(314)에 의해 제공되는 하나 이상의 제어 신호는 컴퓨팅 시스템(500)에 저장된 프로그램과 같은 프로그램에 의해 미리 정해질 수 있거나, 하나 이상의 검출기와 같은 시스템(300)의 다양한 요소로부터 수신된 하나 이상의 피드백 신호에 응답하여 제공될 수 있다. 예를 들어, 시스템(300)의 하나 이상의 검출기로부터의 정보는 레이저-타겟 상호 작용 사이트의 위치를 변경하는 것이 바람직하다는 것을 나타낼 수 있다. 피드백의 이러한 예 및 다른 예가 더욱 상세하게 후술된다.Referring back to FIG. 9, the interaction of the electromagnetic radiation beam (eg, 316) and the ion-generating target (eg, 304) in step 906 may generate particles containing protons. In some embodiments, the surface of the ion-generating target 304 may be scanned by the electromagnetic radiation beam 316. For example, the electromagnetic beam 316 may be sequentially scanned over the surface of the ion-generating target 304 by continuous or discontinuous rasterization, stepwise scanning, or any other scanning waveform desired. Alternatively, the electromagnetic beam 316 may be scanned out of sequence over the surface of the ion-generating target 304. Electromagnetic radiation beam scanning may be accomplished by manually or automatically adjusting one or more optical component(s) 306 positioned between the electromagnetic radiation source 302 and the ion-generating target 304. Automatic adjustment of the optical component(s) 306 may be accomplished, for example, in response to one or more signals provided by the control system 314. 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 one or more control signals received from various elements of system 300, such as one or more detectors. It may be provided in response to a feedback signal. For example, information from one or more detectors of system 300 may indicate that it is desirable to change the location of the laser-target interaction site. These and other examples of feedback are described in more detail below.

단계 908에서, 시스템(300)은 입자로부터 양성자 빔(318)을 형성하고 양성자 빔(318)을 치료 체적으로 지향시킬 수 있다. 단계 906에서 생성된 양성자는 초기에 유용한 구성 또는 궤적에 배치되지 않을 수 있다. 양성자는 예를 들어, 하나 이상의 빔 조정 구성 요소(들)(308)에 의해 양성자 빔으로 형성될 수 있다. 양성자 빔의 특성은 시스템(300)의 구성 및 용도별로 변할 수 있다. 일 실시예에서, 양성자 에너지는 상술한 바와 같이 약 250 MeV일 수 있고, 예를 들어 60 내지 250 MeV 범위일 수 있다. 양성자 플럭스는 약 2 Gy/분일 수 있으며, 양성자 펄스 지속 기간은 100 psec 미만일 수 있다. 시스템(300)에 의해 생성된 양성자는 또한 대칭 위상 공간 프로파일을 가질 수 있어, 가속기-기반 양성자 생성 시스템에 대한 양성자 빔 조향 및 필터링의 개선을 가능하게 하여, 양성자 빔 전달 및 치료의 정확성 및 효율을 개선한다. 물론, 상술한 범위는 단지 예일 뿐이고, 특정 에너지 및 플럭스는 구성의 특정 사항에 기초하여 변할 수 있다.At step 908, the system 300 can form a proton beam 318 from the particles and direct the proton beam 318 to the treatment volume. The protons generated in step 906 may not be initially placed in useful configurations or trajectories. Protons may be formed into a proton beam, for example by one or more beam steering component(s) 308. The characteristics of the proton beam may vary depending on the configuration and use of the system 300. In one embodiment, the proton energy may be about 250 MeV as described above, for example in the range of 60 to 250 MeV. The proton flux can be about 2 Gy/min, and the proton pulse duration can be less than 100 psec. The protons produced by system 300 may also have a symmetrical phase space profile, enabling improved proton beam steering and filtering for accelerator-based proton generation systems, thereby improving the accuracy and efficiency of proton beam delivery and treatment. Improve. Of course, the above ranges are only examples, and specific energies and fluxes may vary based on the specifics of the configuration.

본 개시에 따르면, 피드백은 양성자 빔의 하나 이상의 특성을 조정하는 데 사용될 수 있다. 본 개시에서 사용되는 바와 같이, 피드백은 하나 이상의 시스템 출력이 원인 및 결과 체인의 일부로서 하나 이상의 입력으로서 시스템으로 다시 라우팅되는(즉, 시스템으로 피드백되는) 제어 프로토콜을 지칭할 수 있다. 예를 들어, 프로세서는 (상술한 바와 같이) 전자기 방사선 빔, 양성자 빔 및/또는 레이저-타겟 상호 작용의 양태를 제어하기 위해 피드백 신호를 생성하도록 구성될 수 있다. 이러한 피드백 신호는, 예를 들어, 전자기 방사선 빔, 양성자 빔 및/또는 레이저-타겟 상호 작용의 하나 이상의 특성에 기초할 수 있다. 일부 실시예에서, 피드백 신호는 전자기 방사선 소스, 하나 이상의 광학 구성 요소들, 및/또는 이온-생성 타겟에 대한 전자기 방사선 빔의 위치 또는 배향 중 적어도 하나를 조정함으로써 양성자 빔을 변경할 수 있다. 일부 경우에, 피드백은 이온-생성 타겟의 구조를 결정하는 데 사용될 수 있다.In accordance with the present disclosure, feedback may be used to adjust one or more properties of the proton beam. As used in this disclosure, feedback may refer to a control protocol in which one or more system outputs are routed back to the system (ie, fed back to the system) as one or more inputs as part of a cause and effect chain. For example, the processor may be configured to generate a feedback signal to control aspects of the electromagnetic radiation beam, proton beam, and/or laser-target interaction (as described above). Such feedback signals may be based, for example, on one or more properties of an electromagnetic radiation beam, a proton beam and/or a laser-target interaction. In some embodiments, the feedback signal may alter the proton beam by adjusting at least one of the electromagnetic radiation source, one or more optical components, and/or the position or orientation of the electromagnetic radiation beam relative to the ion-generating target. In some cases, feedback can be used to determine the structure of the ion-generating target.

피드백 신호는 전자기 방사선 빔의 양태를 변경하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 프로세서는 전자기 방사선 빔의 시간 프로파일을 변경하기 위해 전자기 방사선 소스를 조정하도록 구성된 하나 이상의 피드백 신호를 생성할 수 있다. 또한, 전자기 방사선 소스는 전자기 방사선 빔의 메인 펄스 및 프리-펄스를 생성하도록 구성될 수 있고, 프로세서는 피드백 신호에 응답하여 전자기 방사선 소스로 하여금 프리-펄스 대 메인 펄스의 콘트라스트 비를 변경하게 하도록 구성될 수 있다.The feedback signal can be configured to change 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 can be configured to generate a main pulse and a pre-pulse of the electromagnetic radiation beam, and the processor is configured to cause the electromagnetic radiation source to change the contrast ratio of the pre-pulse to main pulse in response to the feedback signal. Can be.

또한, 프로세서는 전자기 방사선 빔의 에너지 또는 전자기 방사선 빔의 공간 또는 시간 프로파일을 변경하기 위해 피드백 신호를 생성하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 하나 이상의 광학 구성 요소(들)는 피드백 신호에 응답하여 전자기 방사선 빔의 스폿 크기를 변경할 수 있다. 일부 실시예에서, 모터는 피드백 신호에 응답하여 전자기 방사선 빔과 이온-생성 타겟 사이의 상대 배향을 변경할 수 있다. 그리고 일부 실시예에서, 적응형 미러는 피드백 신호에 응답하여 전자기 방사선 빔을 이온-생성 타겟으로 지향시킬 수 있다.Further, the processor may be configured to generate a feedback signal to change the energy of the electromagnetic radiation beam or the spatial or temporal profile of the electromagnetic radiation beam. For example, one or more optical component(s) may change the spot size of the electromagnetic radiation beam in response to the feedback signal. In some embodiments, the motor may change the relative orientation between the electromagnetic radiation beam and the ion-generating target in response to the feedback signal. And, in some embodiments, the adaptive mirror can direct the beam of electromagnetic radiation to the ion-generating target in response to the feedback signal.

일부 실시예에서, 피드백은 양성자 빔(318)의 특성을 조정하는 데 사용될 수 있다. 도 11은 이러한 피드백을 채용하기 위한 예시적인 프로세스(1100)에서의 프로세스 흐름을 도시한다. 단계 1102에서, 시스템(300)은 레이저-타겟 상호 작용 특성의 원하는 값을 결정하거나 이로 프로그래밍될 수 있다. 레이저-타겟 상호 작용 특성은 상술한 임의의 검출기(1020)에 의해 검출된 임의의 특성에 기초할 수 있다. 원하는 값은, 예를 들어, 양성자 빔(318)에서 원하는 품질과 관련된 공칭값, 치료 계획에서의 원하는 특성에 기초한 값, 시스템(300)의 최적 작동 상태 등에 기초할 수 있다.In some embodiments, feedback can be used to adjust the properties of the proton beam 318. 11 shows a process flow in an exemplary process 1100 for employing such feedback. At step 1102, system 300 may determine or program a desired value of the laser-target interaction characteristic. The laser-target interaction characteristics may be based on any characteristics detected by any of the detectors 1020 described above. The desired value may be based, for example, on a nominal value related to a desired quality in the proton beam 318, a value based on a desired characteristic in a treatment plan, an optimal operating condition of the system 300, and the like.

단계 1104에서, 시스템(300)은 검출된 레이저-타겟 상호 작용 특성에 기초하여 하나 이상의 피드백 신호(들)를 생성할 수 있다. 피드백은 제어 시스템(314)에 의해 수신 및/또는 프로세싱될 수 있다. 예를 들어, 제어 시스템(314)은 단계 1102에서 확립된 레이저-타겟 상호 작용 특성의 원하는 값에 대한 레이저-타겟 상호 작용 특성을 비교함으로써 시스템(300)의 다양한 구성 요소에 대한 조정을 계산할 수 있다. 일부 실시예에서, 조정 및 비교는 PID(비례-적분-미분) 제어 루프와 같은 피드백 제어 알고리즘에 따라 수행될 수 있다. 피드백 신호(들)에 의해 규정된 관계(들)는 선형일 수 있다(예를 들어, 펄스 지속 기간의 증가는 양성자 에너지에 역으로 영향을 미칠 수 있다(

Figure pat00002
)). 피드백 신호는 때로는(예를 들어, 기동 또는 휴지 기간 동안) 제로로 설정될 수 있거나, 조정이 필요하지 않음을 나타내는 초기값으로 설정되거나, 초기 상태를 나타내는 디폴트값으로 설정될 수 있다.In step 1104, system 300 may generate one or more feedback signal(s) based on the detected laser-target interaction characteristics. Feedback may be received and/or processed by the control system 314. For example, the control system 314 may calculate adjustments for the various components of the system 300 by comparing the laser-target interaction characteristics to a desired value of the laser-target interaction characteristics established in step 1102. . In some embodiments, adjustments and comparisons may be performed according to a feedback control algorithm such as a proportional-integral-differential (PID) control loop. The relationship(s) defined by the feedback signal(s) may be linear (e.g., an increase in pulse duration may adversely affect proton energy (
Figure pat00002
)). The feedback signal can sometimes be set to zero (e.g., during a start-up or idle period), can be set to an initial value indicating that no adjustment is required, or can be set to a default value indicating an initial state.

단계 1106에서, 시스템(300)은 피드백 신호에 기초하여 하나 이상의 시스템 구성 요소를 조정할 수 있다. 예를 들어, 일부 실시예에서, 제어 시스템(314)은 피드백 신호에 기초하여 전자기 방사선 빔(316)의 특성을 조정하도록 구성될 수 있다. 생성된 피드백은 모터로 하여금 전자기 방사선 빔(316)의 경로를 조정하게 할 수 있다. 모터는 예를 들어, 하나 이상의 광학 구성 요소(들)(306)를 조정할 수 있다. 이러한 조정은 예를 들어, 전자기 방사선 빔(316)으로 하여금 보다 바람직한 위치 또는 위치들에서 이온-생성 타겟(304)을 타격하게 하여 이온-생성 타겟(304)을 타격하는 전자기 방사선 빔(316)으로부터 발생되는 양성자 빔(318)의 특성을 변경할 수 있다. 이러한 조정은 또한 전자기 방사선 빔으로 하여금 이온-생성 타겟(304)의 복수의 인접한 피처를 순차적으로 타격하게 할 수 있어, 피처가 원하는 레이트로 조사된다. 추가적으로, 광학 구성 요소(들)(306)는 이온-생성 타겟(304)의 표면 위에 전자기 방사선 빔(316)을 스캐닝하도록 구성될 수 있다. 다른 예로서, 이온-생성 타겟(304)은 이온-생성 타겟(304)을 임의의 6개의 자유도로 이동시키기 위해 피드백 신호에 기초하여 모터에 의해 조작될 수 있다.In step 1106, system 300 may adjust one or more system components based on the feedback signal. For example, in some embodiments, the control system 314 may be configured to adjust the properties of the electromagnetic radiation beam 316 based on the feedback signal. The generated feedback can cause the motor to orient the path of the electromagnetic radiation beam 316. The motor may, for example, adjust one or more optical component(s) 306. This adjustment, for example, causes the beam of electromagnetic radiation 316 to strike the ion-generating target 304 at more desirable locations or locations from the electromagnetic radiation beam 316 striking the ion-generating target 304. The properties of the generated proton beam 318 can be changed. This adjustment may also cause the beam of electromagnetic radiation to sequentially strike a plurality of adjacent features of the ion-generating target 304 so that the features are irradiated at a desired rate. Additionally, the optical component(s) 306 can be configured to scan the electromagnetic radiation beam 316 over the surface of the ion-generating target 304. As another example, the ion-generating target 304 can be manipulated by a motor based on a feedback signal to move the ion-generating target 304 in any six degrees of freedom.

일부 실시예에서, 단계 1108에서, 제어 시스템(314)은 전자기 방사선 소스(302)로 하여금 피드백 신호에 응답하여 전자기 방사선 빔(316)의 에너지, 파장, 또는 시간 또는 공간 프로파일을 변경하게 할 수 있다. 제어 시스템(314)은 또한 전자기 방사선 소스(302)로 하여금 피드백 신호에 응답하여 프리-펄스 대 메인 펄스의 콘트라스트 비를 변경하게 할 수 있다. 전자기 방사선 소스(302)를 통한 전자기 방사선 빔(316)에 대한 이러한 조정은 예를 들어, 제어기(들)(616)를 통해 발진기(들)(602), 펌프 소스(들)(604), 광학 구성 요소(606), 신장기(들)(610), 증폭기(들)(612) 및 압축기(들)(614) 중 하나 이상을 조정함으로써 달성될 수 있다. 일부 실시예에서, 전자기 방사선 소스(302) 또는 광학 구성 요소(들)(306)의 임의의 광학 요소 또는 다른 구성 요소는 피드백 신호에 기초하여 변화, 이동, 배향 또는 다르게 구성될 수 있어, 임의의 수의 변화를 발생시킨다. 상술한 예는 한정적인 것으로 의도되지 않는다.In some embodiments, at step 1108, the control system 314 may cause 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. . The control system 314 may also cause the electromagnetic radiation source 302 to change the contrast ratio of the pre-pulse to main pulse in response to the feedback signal. This adjustment to the electromagnetic radiation beam 316 through the electromagnetic radiation source 302 can be performed, for example, via the controller(s) 616, the oscillator(s) 602, the pump source(s) 604, optical This may be achieved by adjusting one or more of component 606, expander(s) 610, amplifier(s) 612, and compressor(s) 614. In some embodiments, any optical element or other component of the electromagnetic radiation source 302 or optical component(s) 306 may be changed, moved, oriented, or otherwise configured based on a feedback signal, such that any It causes a change in number. The above examples are not intended to be limiting.

단계 1108에서, 시스템(300)은, 예를 들어, 도 9에 나타낸 프로세스(900)의 단계(902 및 904)와 관련하여 상술한 바와 같이, 전자기 방사선 빔(316)을 이온-생성 타겟(304)으로 지향시킬 수 있다.In step 1108, the system 300 directs the electromagnetic radiation beam 316 to the ion-generating target 304, for example, as described above with respect to steps 902 and 904 of the process 900 shown in FIG. 9. ) Can be directed.

단계 1110에서, 시스템(300)은 레이저-타겟 상호 작용 특성을 검출할 수 있다. 검출된 레이저-타겟 상호 작용 특성은 검출기(1020)와 관련하여 상술한 임의의 하나 이상의 특성 및/또는 전자기 방사선 빔(316), 양성자 빔(318), 레이저-타겟 상호 작용, 결함 조건, 또는 시스템의 임의의 구성 요소에 의해 생성된 임의의 다른 신호를 포함할 수 있다.In step 1110, the system 300 may detect a laser-target interaction characteristic. The detected laser-target interaction characteristics may be any one or more characteristics described above with respect to detector 1020 and/or electromagnetic radiation beam 316, proton beam 318, laser-target interaction, defect condition, or system. May include any other signal generated by any component of.

단계 1110에서 검출된 레이저-타겟 상호 작용 특성은 단계 1104로 다시 전달될 수 있고, 프로세스(1100)는 임의의 횟수로 반복될 수 있다. 예를 들어, 프로세스(1100)는 표준의, 고정된 횟수, 제어 시스템(314)에 의해 사전 설정된 횟수, 치료 계획에 의해 규정된 횟수 또는 실시간으로 결정된 가변 횟수를 반복할 수 있다.The laser-target interaction characteristics detected in step 1110 may be passed back to step 1104, and the process 1100 may be repeated any number of times. For example, the process 1100 may repeat a standard, fixed number of times, a number preset by the control system 314, a number specified by a treatment plan, or a variable number of times determined in real time.

일부 실시예에서, 특정 에너지 및/또는 플럭스의 양성자의 선택이 필요할 수 있다. 예를 들어, 양성자 요법의 이점과 관련하여 상술한 바와 같이, 환자 내의 특정 깊이의 치료 체적의 치료가 필요할 수 있다. 치료 깊이는 특정 에너지 레벨 또는 에너지 레벨 범위의 양성자를 선택적으로 방출함으로써 특정될 수 있다. 치료 체적으로 전달되는 방사선의 투여량은 양성자 빔의 플럭스에 부분적으로 의존한다. 따라서, 시스템(300)에 의해 생성된 양성자 플럭스 및 양성자 에너지를 조정하는 것이 바람직할 수 있다.In some embodiments, it may be necessary to select a specific energy and/or flux of protons. For example, as described above with respect to the benefits of proton therapy, treatment of a treatment volume of a certain depth within a patient may be necessary. The depth of treatment can be specified by selectively releasing protons at a specific energy level or range of energy levels. The dose of radiation delivered to the treatment volume depends in part on the flux of the proton beam. Thus, it may be desirable to adjust the proton flux and proton energies produced by system 300.

본 개시에 따르면, 대전 입자의 펄스화된 빔을 지향시키기 위한 시스템은 이온 소스를 포함할 수 있다. 본 개시에서 사용되는 바와 같이, 이온 소스는 연속 또는 펄스화된 이온 빔을 생성하도록 구성된 임의의 구조 또는 디바이스를 지칭할 수 있다. 펄스화된 이온 빔은 적어도 하나의 이온 다발(예를 들어, 이온의 클러스터)을 포함하는 임의의 이온 그룹을 지칭할 수 있다. 일부 실시예에서, 이온 소스는 상술한 바와 같이 적어도 방사선 빔 및 이온-생성 타겟을 포함할 수 있지만; 이 예는 한정적인 것이 아니다. 예를 들어, 본 개시에 따른 대전 입자의 펄스화된 빔을 지향시키기 위한 시스템은 임의의 방법 또는 디바이스(예를 들어, 사이클로트론, 싱크로트론 또는 다른 입자 가속기를 포함)에 의해 생성된 대전 입자의 빔과 함께 사용될 수 있다.In accordance with the present disclosure, a system for directing a pulsed beam of charged particles may include an ion source. As used in this disclosure, an ion source can refer to any structure or device configured to generate a continuous or pulsed ion beam. A pulsed ion beam can refer to any ion group comprising at least one ion bundle (eg, a cluster of ions). In some embodiments, the ion source may include at least a radiation beam and an ion-generating target as described above; This example is not limiting. For example, a system for directing a pulsed beam of charged particles according to the present disclosure includes a beam of charged particles generated by any method or device (including, for example, a cyclotron, synchrotron or other particle accelerator) and Can be used together.

또한, 본 개시에 따르면, 대전 입자의 펄스화된 빔을 지향시키기 위한 시스템은 적어도 하나의 전자석을 포함할 수 있다. 본원에 사용되는 바와 같이, 전자석은 전자기장을 생성하도록 제어 가능한 임의의 디바이스를 지칭할 수 있다. 일부 실시예에서, 적어도 하나의 전자석은 펄스화된 이온 빔의 궤적을 따른 직렬의 복수의 전자석을 포함할 수 있다.Further, according to the present disclosure, a system for directing a pulsed beam of charged particles may include at least one electromagnet. As used herein, an electromagnet can refer to any device that is controllable to generate 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.

또한, 본 개시에 따르면, 대전 입자의 펄스화된 빔을 지향시키기 위한 시스템은 전자석에 근접한 구역을 적어도 포함할 수 있다. 본 개시에서 사용되는 바와 같이, 전자석에 근접한 구역은 전자석에 의해 생성된 전자기장이 구역 내에 위치된 대전 입자의 궤적을 변경할 수 있는 임의의 위치를 지칭할 수 있다. 예를 들어, 전자석에 근접한 구역은 이온 빔이 통하여 횡단할 수 있도록 배향된 임의의 위치를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 구역은 전자석의 활성화에 의해 생성된 전자기장 내의 위치를 포함할 수 있다. 구역의 크기는 많은 요인에 따라 변할 수 있지만; 일부 실시예에서, 구역은 약 1 인치보다 작은 치수를 가질 수 있다.Further, according to the present disclosure, a system for directing a pulsed beam of charged particles may comprise at least a region proximate the electromagnet. As used in this disclosure, a region proximate an electromagnet may refer to any location in which an electromagnetic field generated by an electromagnet may change the trajectory of charged particles located within the region. For example, a region proximate an electromagnet may include any location oriented such that the ion beam can traverse through it. In some embodiments, a zone may include a location within an electromagnetic field created by activation of an electromagnet. The size of the zone can vary depending on many factors; In some embodiments, the zone may have dimensions less than about 1 inch.

본 개시에 따르면, 대전 입자의 펄스화된 빔을 지향시키기 위한 시스템은 적어도 하나의 자동화된 스위치를 포함할 수 있다. 본 개시에서 사용되는 바와 같이, 자동화된 스위치는 전자석에 전기적으로 접속되도록 구성되고 신호에 의해 트리거링될 때 적어도 하나의 전자석을 선택적으로 활성화 또는 비활성화하도록 구성된 디바이스를 지칭할 수 있다. 자동화된 스위치는 선택적으로 활성화 또는 비활성화될 수 있는 임의의 스위치일 수 있다. 예를 들어, 자동화된 스위치는 광도전성 반도체 스위치 또는 스파크 스위치를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 적어도 하나의 자동화된 스위치는 복수의 자동화된 스위치를 포함할 수 있다. 개별 자동화된 스위치는 상이한 전자석 또는 동일한 전자석과 연관될 수 있다. 일부 실시예에서, 제1 전자석은 펄스화된 이온 빔의 일부를 원래 궤적으로부터 방향 전환된 궤적으로 방향 전환하도록 구성될 수 있다. 일부 실시예는 제1 전자석과 직렬이고 펄스화된 이온 빔의 방향 전환된 부분의 적어도 일부를 방향 전환된 궤적으로부터 원래 궤적과 실질적으로 평행한 경로로 다시 방향 전화하도록 구성된 제2 전자석을 추가로 포함할 수 있다.According to the present disclosure, a system for directing a pulsed beam of charged particles may include at least one automated switch. As used in this disclosure, an automated switch may refer to a device configured to be electrically connected to an electromagnet and configured to selectively activate or deactivate at least one electromagnet when triggered by a signal. The automated switch can be any switch that can be selectively activated or deactivated. For example, an automated switch may comprise a photoconductive semiconductor switch or a spark switch. In some embodiments, at least one automated switch may comprise a plurality of automated switches. Individual automated switches can be associated with different electromagnets or with the same electromagnet. In some embodiments, the first electromagnet may be configured to redirect a portion of the pulsed ion beam from an original trajectory to a redirected trajectory. Some embodiments further include a second electromagnet in series with the first electromagnet and configured to redirect at least a portion of the diverted portion of the pulsed ion beam back from the diverted trajectory to a path substantially parallel to the original trajectory. can do.

본 개시에 따르면, 대전 입자의 펄스화된 빔을 지향시키기 위한 시스템은 방사선 트리거 소스를 포함할 수 있다. 본 개시에서 사용되는 바와 같이, 방사선 트리거 소스는 적어도 하나의 자동화된 스위치를 활성화 또는 비활성화하기 위해 방사선 트리거를 생성할 수 있는 임의의 구조를 포함할 수 있다. 예를 들어, 방사선 트리거 소스는 이온 소스, x선 소스, 전자 소스 및 광원(예를 들어, 레이저) 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 방사선 트리거 소스에 의해 생성된 방사선 트리거는 자동화된 스위치를 활성화 또는 비활성화하고 이온-생성 타겟을 조사하여 펄스화된 이온 빔을 생성하도록 구성될 수 있다.In accordance with the present disclosure, a system for directing a pulsed beam of charged particles may include a radiation trigger source. As used in this disclosure, a radiation trigger source may comprise 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, the radiation trigger generated by the radiation trigger source may be configured to activate or deactivate an automated switch and irradiate the ion-generating target to generate a pulsed ion beam.

본 개시에 따르면, 적어도 하나의 프로세서는 이온 다발이 전자석에 근접한 구역을 횡단할 때 적어도 하나의 전자석을 활성화시키도록 구성될 수 있다. 적어도 하나의 프로세서는 상술한 임의의 프로세서를 포함할 수 있고, 이온 다발이 일련의 전자석을 횡단할 때 복수의 자동화된 스위치를 순차적으로 활성화시키도록 구성될 수 있다.In accordance with the present disclosure, the at least one processor may be configured to activate the at least one electromagnet when the ion bundle traverses a region proximate the electromagnet. The at least one processor may include any of the processors described above and may be configured to sequentially activate a plurality of automated switches as the ion bundle traverses a series of electromagnets.

본 개시에 따르면, 제어된 지연 라인이 제공될 수 있다. 본 개시에서 사용되는 바와 같이, 제어된 지연 라인은 방사선 빔 또는 대전 입자가 횡단하는 데 걸리는 시간을 연장하도록 구성된 경로를 지칭할 수 있다. 예를 들어, 제어된 지연 라인은 이온 다발이 전자석에 근접한 구역을 횡단하는 시간을 지연시키는 데 사용될 수 있다. 다른 예로서, 제어된 지연 라인은 방사선 빔이 자동화된 스위치를 활성화시키는 시간을 지연시키는 데 사용될 수 있다. 일부 실시예에서, 제어된 지연 라인은 방사선 빔이 전자석의 자동화된 스위치를 활성화시키는 시간을 펄스화된 이온 빔이 전자석에 근접한 구역을 횡단하는 시간과 동기화하도록 구성될 수 있다.According to the present disclosure, a controlled delay line can be provided. As used in this disclosure, a controlled delay line may refer to a path configured to extend the time it takes for a beam of radiation or charged particles to traverse. For example, a controlled delay line can be used to delay the time the ion bundle traverses a region proximate the electromagnet. As another example, a controlled delay line can be used to delay the time the radiation beam activates an automated switch. In some embodiments, the controlled delay line may be configured to synchronize the time the radiation beam activates the automated switch of the electromagnet with the time the pulsed ion beam traverses the region proximate the electromagnet.

도 12는 이온 다발, 예를 들어, 양성자 빔(318) 내의 양성자 다발에 대한 양성자 에너지 프로파일의 예시적인 그래프이다. 도 12에 나타낸 펄스(즉, "다발")(1202)는 시스템(300) 및 이온-생성 타겟(304)과 관련하여 상술한 바와 같이 생성될 수 있다. 그러나, 이온-생성 타겟(304)의 사용은 단지 예일 뿐이고, 한정적인 것으로 의도된 것이 아니다. 다른 이온 소스 및 이온 유형이 또한 사용될 수 있다.12 is an exemplary graph of a proton energy profile for an ion bundle, eg, a proton bundle in a proton beam 318. The pulses (ie, “bundles”) 1202 shown in FIG. 12 can be generated as described above with respect to the system 300 and ion-generating target 304. However, the use of the ion-generating target 304 is by way of example only and is not intended to be limiting. Other ion sources and ion types can also be used.

양성자 요법의 관점에서, 환자 내의 특정 깊이에 위치된 치료 체적을 조사하기 위해, 특정 에너지의 양성자가 필요할 수 있다. 원하는 에너지의 양성자를 격리하기 위해, 시스템(300)은 양성자 빔(318)을 필터링하여 원하는 에너지를 갖는 양성자를 환자에게 전달하여 양성자 빔으로부터 다른 에너지를 갖는 양성자를 제거할 수 있다. 예를 들어, 에너지(1206)와 에너지(1208) 사이의 에너지를 갖는 양성자(1204)를 전달하기 위해, 시스템(300)은 에너지(1206)보다 작고 에너지(1208)보다 큰 에너지를 갖는 임의의 양성자를 제거함으로써 양성자 다발(1202)을 필터링할 수 있다.In terms of proton therapy, a specific energy of proton may be required to investigate a treatment volume located at a specific depth within a patient. To isolate a proton of a desired energy, the system 300 may filter the proton beam 318 to deliver a proton having the desired energy to the patient to remove protons of other energy from the proton beam. For example, to transfer a proton 1204 having an energy between energy 1206 and energy 1208, the system 300 may have any proton having an energy less than energy 1206 and greater than energy 1208. It is possible to filter the proton bundle 1202 by removing.

이러한 필터링은 특정 양성자 빔 조정 구성 요소(308)를 조합함으로써 달성될 수 있다. 예를 들어, 양성자 빔 조정 구성 요소(308)는 특정 에너지를 갖는 양성자가 다른 에너지를 갖는 양성자와 다른 궤적을 따라 방향 전환되도록 양성자 빔(318)을 조작할 수 있다. 이는 많은 방식으로 달성될 수 있다. 예를 들어, 양성자 빔 조정 구성 요소(308)는 에너지(1206)와 에너지(1208) 사이의 에너지를 갖는 양성자를 격리하기 위한 대역 통과 필터로서 구성될 수 있다. 다른 실시예에서, 양성자 빔 조정 구성 요소(308)는 에너지(1206 또는 1208)와 같은 에너지 컷-오프(cut-off)보다 큰 에너지를 갖는 양성자를 격리하기 위한 고역 통과 필터로서 구성될 수 있다. 다른 실시예에서, 양성자 빔 조정 구성 요소(308)는 에너지(1206 또는 1208)와 같은 에너지 컷-오프보다 적은 에너지를 갖는 양성자를 격리하기 위한 저역 통과 필터로서 구성될 수 있다.This filtering can be achieved by combining specific proton beam steering components 308. For example, the proton beam steering component 308 can manipulate the proton beam 318 such that a proton with a certain energy is diverted along a different trajectory than a proton with a different energy. This can be achieved in many ways. For example, the proton beam steering component 308 can be configured as a band pass filter to isolate protons having energies between energy 1206 and energy 1208. In another embodiment, the proton beam steering component 308 may be configured as a high-pass filter to isolate protons having an energy greater than an energy cut-off, such as energy 1206 or 1208. In another embodiment, the proton beam steering component 308 may be configured as a low pass filter to isolate protons having less energy than the energy cut-off, such as energy 1206 or 1208.

상술한 실시예는 조합될 수 있으며, 하나 초과의 필터가 사용될 수 있다. 저역 통과 필터 및 고역 통과 필터는 예를 들어, 대역 통과 필터를 생성하기 위해 직렬로 조합될 수 있다. 이러한 실시예에서, 저역 통과 필터는 에너지(1208)보다 적은 에너지를 갖는 양성자를 격리하도록 구성될 수 있고, 고역 통과 필터는 에너지(1206)보다 큰 에너지를 갖는 양성자를 격리하도록 구성될 수 있다. 이는 좁은 에너지 대역, 특히 독립형 대역 통과 필터가 수용할 수 있는 것보다 좁은 에너지 대역 내에서 양성자를 선택하는 데 특히 유리할 수 있다.The above-described embodiments may be combined, and more than one filter may be used. The low pass filter and the high pass filter can be combined in series to create, for example, a band pass filter. In this embodiment, the low pass filter may be configured to isolate protons having energy less than energy 1208 and the high pass filter may be configured to isolate protons having energy greater than energy 1206. This can be particularly advantageous for selecting protons within a narrow energy band, particularly narrow energy bands than the standalone band pass filter can accommodate.

양성자 에너지 필터링을 달성하기 위해, 하나 이상의 양성자 빔 조정 구성 요소(308)는 스파크 스위치 또는 광도전성 스위치와 같은 하나 이상의 자동화된 스위치에 의해 선택적으로 활성화 및/또는 제어될 수 있다. 선택적 활성화는 자동화된 스위치 및 양성자 빔 조정 구성 요소(308)와의 인터페이스를 가질 수 있는 제어기(314)에 의해 규제될 수 있다. 자동화된 스위치는 제어기(314)에 의해 생성된 신호에 의해 활성화 또는 비활성화될 수 있다. 신호는 상술한 피드백의 임의의 형태와 같은 피드백에 기초하여 생성될 수 있다.To achieve proton energy filtering, one or more proton beam steering components 308 may be selectively activated and/or controlled by one or more automated switches such as spark switches or photoconductive switches. Selective activation can be regulated by a controller 314 that can have an automated switch and interface with the proton beam steering component 308. The automated switch can be activated or deactivated by a signal generated by the controller 314. The signal can be generated based on feedback, such as any form of feedback described above.

추가적으로 또는 대안적으로, 일부 실시예에서, 자동화된 스위치는 레이저 또는 다른 광 소스와 같은 전자기 방사선에 의한 활성화 또는 비활성화를 위해 구성될 수 있다. 예를 들어, 자동화된 스위치는 전자기 방사선 빔(316)의 경로를 따라 배치된 광도전성 반도체 스위치를 포함할 수 있다. 대안적으로, 전자기 방사선 빔(316)은 하나 이상의 광학 구성 요소(306)에 의해 방향 전환되거나 광학 구성 요소(306)에 의해 복수의 빔으로 분할될 수 있으며, 복수의 빔 중 하나 이상은 자동화된 스위치로 전달된다. 이러한 실시예에서, 전자기 방사선 빔(316)에 의해 타격될 때 자동화된 스위치가 활성화 또는 비활성화될 수 있다. 따라서, 전자기 방사선 빔은 자동화된 스위치를 활성화시키고 이온-생성 타겟(304)을 조사하여 양성자 빔(318)을 생성하도록 구성될 수 있다.Additionally or alternatively, in some embodiments, an automated switch may be configured for activation or deactivation by electromagnetic radiation such as a laser or other light source. For example, the automated switch may include a photoconductive semiconductor switch disposed along the path of the electromagnetic radiation beam 316. Alternatively, the electromagnetic radiation beam 316 may be diverted by one or more optical components 306 or split into a plurality of beams by the optical component 306, one or more of the plurality of beams being automated. Delivered to the switch. In this embodiment, an automated switch may be activated or deactivated when struck by the electromagnetic radiation beam 316. Thus, the electromagnetic radiation beam can be configured to activate an automated switch and irradiate the ion-generating target 304 to generate a proton beam 318.

다른 실시예에서, 스위칭 전자기 방사선 소스는 전자기 방사선 소스(302) 또는 전자기 방사 빔(316)과 연관되지 않을 수 있다. 예를 들어, 제어 시스템(314)은 별도의 스위칭 전자기 방사선 소스로 하여금 하나 이상의 광도전성 반도체 스위치 또는 스파크 스위치를 조사하게 하여 양성자 에너지 필터(들)의 양성자 빔 조정 구성 요소(308)를 활성화시키거나 비활성화시킬 수 있다.In other embodiments, the switching electromagnetic radiation source may not be associated with the electromagnetic radiation source 302 or the electromagnetic radiation beam 316. For example, the control system 314 causes a separate switching electromagnetic radiation source to irradiate one or more photoconductive semiconductor switches or spark switches to activate the proton beam conditioning component 308 of the proton energy filter(s) or Can be deactivated.

양성자 에너지 필터에서 자동화된 스위치를 활성화시키는 것과 연관된 타이밍은 적어도 부분적으로, 방사선 빔이 자동화된 스위치를 활성화시키는 시간을 조정하도록 구성된 제어된 지연 라인과 같은 비행-시간 제어 유닛에 의해 영향을 받을 수 있다. 예를 들어, 제어된 지연 라인은 자동화된 스위치의 타이밍을 방사선 빔과 동기화하도록 구성될 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 양성자 에너지 필터에서 자동화된 스위치를 활성화시키는 것과 연관된 타이밍은 제어 시스템(314)에 의해, 예를 들어, 사용자 커맨드, 시스템(300)으로부터의 피드백 신호에 응답하여, 또는 미리 정해진 프로그램에 따라 제어될 수 있다.The timing associated with activating the automated switch in the proton energy filter can be influenced, at least in part, by a time-of-flight control unit, such as a controlled delay line, configured to adjust the time the radiation beam activates the automated switch. . For example, the controlled delay line can be configured to synchronize the timing of the automated switch with the radiation beam. Additionally or alternatively, the timing associated with activating the automated switch in the proton energy filter is determined by the control system 314, e.g., in response to a user command, a feedback signal from the system 300, or a predetermined It can be controlled according to the program.

상술한 논의는 양성자 요법 시스템에서 양성자가 필터링되는 어플리케이션을 고려하지만, 본 기술 분야의 통상의 기술자는 이들 필터링 시스템 및 방법이 넓은 응용성을 갖는다는 것을 이해할 것이다. 예를 들어, 양성자 필터링의 관점에서 설명된 이들 방법 및 시스템은 또한 임의의 다양한 다른 시스템 및 어플리케이션에 사용되는 임의의 다양한 다른 대전 입자를 필터링하는 데 사용될 수 있다.While the above discussion contemplates applications in which protons are filtered in proton therapy systems, those skilled in the art will understand that these filtering systems and methods have wide applicability. For example, these methods and systems described in terms of proton filtering can also be used to filter any of a variety of other charged particles used in any of a variety of other systems and applications.

도 13은 상술한 바와 같이, 양성자 에너지 선택을 달성하도록 구성된 양성자 빔 조정 구성 요소(308)의 구성의 예를 도시한다. 이러한 구성은 하나 이상의 양성자 빔 조정 구성 요소(1302 및 1306) 및 빔 덤프(dump)(1304)를 포함할 수 있다.13 shows an example configuration of a proton beam steering component 308 configured to achieve proton energy selection, as described above. Such a configuration can include one or more proton beam steering components 1302 and 1306 and a beam dump 1304.

일부 실시예에서, 빔 조정 구성 요소(1302 및 1306)는 양성자 빔(318)의 궤적을 따라 직렬로 배치된 복수의 전자석을 포함할 수 있다. 복수의 자동화된 스위치는 하나 이상의 상이한 자석 또는 자석 그룹과 연관될 수 있다. 제어 시스템(314)은 양성자 빔(318)을 조작하기 위해 다양한 조합으로 이러한 복수의 스위치를 활성화시키도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 제어 시스템(314)은 양성자 다발이 복수의 전자석의 자석을 횡단할 때 순차적으로 자동화된 스위치를 활성화시킬 수 있다. 일 실시예에서, 빔 조정 구성 요소(1302)는 양성자 빔(318)의 일부를 원래 궤적으로부터 방향 전환된 궤적으로 방향 전환시키도록 구성될 수 있다. 빔 조정 구성 요소(1302)는 펄스화된 양성자 빔의 방향 전환된 부분의 적어도 일부를 방향 전환된 궤적으로부터 원래의 궤적에 실질적으로 평행한 경로로 다시 방향 전환시키도록 구성될 수 있다.In some embodiments, beam steering components 1302 and 1306 may include a plurality of electromagnets arranged in series along the trajectory of proton beam 318. The plurality of automated switches may be associated with one or more different magnets or groups of magnets. The control system 314 can be configured to activate a plurality of such switches in various combinations to manipulate the proton beam 318. For example, the control system 314 may sequentially activate an automated switch as a bundle of protons traverses the magnets of a plurality of electromagnets. In one embodiment, the beam steering component 1302 may be configured to redirect a portion of the proton beam 318 from an original trajectory to a redirected trajectory. The beam steering component 1302 may be configured to redirect at least a portion of the redirected portion of the pulsed proton beam back from the redirected trajectory to a path substantially parallel to the original trajectory.

도 13에 나타낸 바와 같이, 양성자 빔(318)은 양성자 빔 조정 구성 요소(1302)에 근접한 구역을 통과할 수 있다. 구역은 임의의 크기일 수 있지만, 일부 실시예에서 1 인치 미만의 치수를 가질 수 있다. 양성자 빔 조정 구성 요소(1302)에 근접한 구역은 양성자 빔(318)(예를 들어, 연속적인 빔 또는 펄스(1202)와 같은 펄스를 포함하는 펄스화된 빔)이 구역을 횡단하도록 구성 및/또는 배향될 수 있다. 양성자 빔 조정 구성 요소(1302)는 임의의 양성자 빔 조정 구성 요소(308), 예를 들어, 쌍극자, CMA, SMA, 또는 비행-시간 분석기와 같은 전자석을 포함할 수 있다. 도 13a에 나타낸 바와 같이, 양성자 빔이 양성자 빔 조정 구성 요소(1302)에 근접한 구역을 횡단함에 따라, 자동화된 스위치는 원하는 에너지를 갖는 양성자가 궤적(1310)을 따라 빔 조정 구성 요소(1306)를 향해 방향 전환되도록 양성자 빔 조정 구성 요소(1302)를 활성화시킬 수 있다. 양성자 빔(318)으로부터 필터링될 에너지를 갖는 양성자가 양성자 빔 조정 구성 요소(1302)에 근접한 구역을 횡단할 때, 자동화된 스위치가 활성화되지 않을 수 있거나, 대안적인 스위치가 활성화될 수 있고, 양성자는 도 13b에 나타낸 바와 같이, 궤적(1308)을 따라 빔 덤프(1304)를 향해 이동할 수 있다. 원하는 에너지를 갖는 양성자가 빔 조정 구성 요소(1306)를 통과할 수 있으며, 여기서 빔 라인 궤적(1312)을 따라, 그리고 결국 치료 체적을 향해 다시 재지향된다.As shown in FIG. 13, the proton beam 318 may pass through an area proximate to the proton beam steering component 1302. The zone may be of any size, but in some embodiments may have a dimension of less than 1 inch. The region proximate the proton beam steering component 1302 is configured such that the proton beam 318 (e.g., a continuous beam or a pulsed beam comprising a pulse such as pulse 1202) traverses the region and/or Can be oriented. The proton beam steering component 1302 may include any proton beam steering component 308, for example an electromagnet such as a dipole, CMA, SMA, or time-of-flight analyzer. 13A, as the proton beam traverses a region proximate to the proton beam steering component 1302, an automated switch causes the beam steering component 1306 to follow the trajectory 1310 with a proton having the desired energy. The proton beam steering component 1302 can be activated to be diverted toward. When a proton with energy to be filtered from the proton beam 318 traverses a region proximate to the proton beam steering component 1302, the automated switch may not be activated, or an alternative switch may be activated, and the proton may be As shown in FIG. 13B, it can move along trajectory 1308 toward beam dump 1304. A proton with the desired energy can pass through the beam steering component 1306, where it is redirected along the beam line trajectory 1312 and eventually back towards the treatment volume.

일부 실시예(미도시)에서, 양성자 에너지 필터는 단일 빔 조정 구성 요소 및 빔 덤프만을 포함할 수 있다. 원하는 에너지를 갖는 양성자를 제2 전자기 요소를 향해 방향 전환시키는 대신에, 원하는 에너지를 갖는 양성자는 방향 전환되지 않고 양성자 빔 조정 구성 요소에 근접한 구역을 통과하도록 허용될 수 있다. 양성자 빔으로부터 필터링될 에너지를 갖는 양성자가 양성자 빔 조정 구성 요소에 근접한 구역을 통과함에 따라, 궤적을 따라 빔 덤프를 향해 방향 전환될 수 있다.In some embodiments (not shown), the proton energy filter may include only a single beam steering component and a beam dump. Instead of redirecting a proton with the desired energy towards the second electromagnetic element, the proton with the desired energy may be allowed to pass through a region proximate the proton beam steering component without being diverted. As protons with energy to be filtered out of the proton beam pass through a region proximate the proton beam steering component, they can be diverted along the trajectory toward the beam dump.

일부 실시예에서, 양성자 에너지 필터는 에너지 저하기를 포함할 수 있다. 예를 들어, 에너지 저하기는 빔 덤프(1304)의 일부로서 사용될 수 있다. 추가적으로, 에너지 저하기는 빔 덤프로 방향 전환되지 않은 양성자의 에너지 및/또는 플럭스를 감소시키는 데 사용될 수 있다. 에너지 저하기를 사용하여 양성자 빔을 필터링하기 위해, 양성자는 저하기를 통해 방향 전환될 수 있으며, 여기서 저하기와 상호 작용한다. 양성자 빔의 궤적을 따라 저하기를 통해 전달된 양성자는 그 후 에너지가 감소되어, 양성자 빔의 에너지를 저하시킨다. 다른 양성자는 에너지 저하기에 의해 흡수되거나 양성자 빔의 궤적으로부터 방향 전환될 수 있어, 더 이상 전달된 양성자 빔의 일부를 형성하지 않아 전달된 양성자 빔의 플럭스를 감소시킨다. 에너지 저하기는 예를 들어 탄소, 플라스틱, 베릴륨, 구리 또는 납과 같은 금속, 또는 양성자 빔의 에너지 또는 플럭스를 감소시키는 데 효과적인 임의의 재료를 포함할 수 있다. 에너지 저하기는 또한 웨지(wedge), 갭(공기 또는 다른 재료로 충진될 수 있음)에 의해 분리된 이중 웨지, 원통, 직사각형, 또는 빔을 저하시킬 수 있는 임의의 다른 재료 또는 구성을 포함하여, 양성자 빔의 에너지 또는 플럭스를 감소시키는 데 효과적인 임의의 형상으로 구성될 수 있다.In some embodiments, the proton energy filter may include an energy reducer. For example, the energy reducer can be used as part of the beam dump 1304. Additionally, energy reducers can be used to reduce the energy and/or flux of protons that have not been redirected to the beam dump. In order to filter the proton beam using the energy dropper, the protons can be diverted through the dropper, where they interact with the dropper. Protons transferred through the lowering group along the trajectory of the proton beam are then reduced in energy, reducing the energy of the proton beam. Other protons can be absorbed by the energy degradation or diverted from the trajectory of the proton beam, thereby reducing the flux of the delivered proton beam by no longer forming part of the delivered proton beam. The energy reducer may include, for example, a metal such as carbon, plastic, beryllium, copper or lead, or any material effective to reduce the energy or flux of the proton beam. Energy reducers also include wedges, double wedges separated by gaps (which may be filled with air or other materials), cylinders, rectangles, or any other material or configuration that can degrade the beam, It can be configured into any shape effective to reduce the energy or flux of the proton beam.

본 기술 분야의 통상의 기술자는 상술한 양성자 빔 필터 구성이 단지 예시적이며, 다른 구성이 본원에 설명된 실시예에 따라 고려된다는 것을 인식할 것이다.One of ordinary skill in the art will recognize that the proton beam filter configuration described above is merely exemplary, and other configurations are contemplated in accordance with the embodiments described herein.

본 개시에 따르면, 양성자로 치료 체적을 치료하기 위한 시스템은 양성자 소스를 포함할 수 있다. 본 개시에서 사용되는 바와 같이, 양성자 소스는 방출 가능한 양성자를 갖거나 양성자를 방출할 수 있는 임의의 재료, 시스템 또는 하위 시스템을 지칭할 수 있다. 양성자 소스는 양성자 에너지 확산 내에 복수의 양성자 에너지를 갖는 양성자 빔을 제공하도록 구성될 수 있다.According to the present disclosure, a system for treating a treatment volume with a proton may comprise a proton source. As used in this disclosure, a proton source may refer to any material, system, or subsystem that has or is capable of emitting protons. The proton source can be configured to provide a proton beam having a plurality of proton energies within the proton energy diffusion.

또한, 본 개시에 따르면, 양성자로 치료 체적을 치료하기 위한 시스템은 3차원 좌표계의 2차원에서 양성자 빔과 치료 체적 사이의 상대 이동을 제어하도록 구성된 적어도 하나의 프로세서를 포함할 수 있다. 적어도 하나의 프로세서는, 예를 들어, 상술한 임의의 프로세서를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 프로세서는 다른 2차원에서 실질적으로 고정된 좌표를 유지하면서 3차원 좌표계의 제3 차원에서 처리 체적의 깊이를 조정하기 위해 양성자 에너지 확산을 제어하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 3차원 좌표계의 제3 차원은 양성자 빔 궤적의 근사적인 방향을 지칭할 수 있고, 다른 2차원은 3차원에 직교하는 평면을 지칭한다.Further, according to the present disclosure, a system for treating a treatment volume with a proton may include at least one processor configured to control a relative movement between a proton beam and a treatment volume in two dimensions of a three-dimensional coordinate system. At least one processor may include, for example, any of the processors described above. In some embodiments, the processor may be configured to control proton energy diffusion to adjust the depth of the processing volume in a third dimension of the three-dimensional coordinate system while maintaining substantially fixed coordinates in the other two dimensions. For example, the third dimension of the 3D coordinate system may refer to an approximate direction of a proton beam trajectory, and the other 2D refers to a plane orthogonal to the 3D.

3차원 좌표계의 2차원에서 양성자 빔과 치료 체적 사이의 상대 이동을 제어하는 것은 많은 방식으로 달성될 수 있다. 예를 들어, 양성자 빔과 치료 체적 사이의 상대 이동을 제어하는 것은 갠트리를 회전시킴으로써 달성될 수 있다. 대안적으로 또는 추가적으로, 양성자 빔과 치료 체적 사이의 상대 이동을 제어하는 것은 양성자 빔을 전자석으로 지향시키고 및/또는 환자 지지 플랫폼을 이동시킴으로써 달성될 수 있다.Controlling the relative movement between the proton beam and the treatment volume in two dimensions of a three-dimensional coordinate system can be achieved in many ways. For example, controlling the relative movement between the proton beam and the treatment volume can be achieved by rotating the gantry. Alternatively or additionally, controlling the relative movement between the proton beam and the treatment volume can be achieved by directing the proton beam to an electromagnet and/or moving the patient support platform.

마찬가지로, 에너지 확산 및 분산 또는 양성자를 제어하는 것은 다양한 방식으로 달성될 수 있다. 본 개시에 따르면, 에너지 확산을 제어하는 것은, 예를 들어, 자기 분석기, 비행-시간 제어 유닛 및 에너지 저하기 중 하나 이상을 통해 달성될 수 있다.Likewise, controlling energy diffusion and dispersion or protons can be accomplished in a variety of ways. In accordance with the present disclosure, controlling the energy diffusion can be achieved through one or more of, for example, a magnetic analyzer, a time-of-flight control unit and energy reduction.

시스템(300)은 다른 것들은 실질적으로 고정된 상태로 유지되면서 양성자 빔(318)의 하나 이상의 특성을 변화시키도록 구성될 수 있다. 일부 실시예에서, 이러한 변화는 프로세스(1100)와 관련하여 상술한 바와 같은 피드백을 통해 달성될 수 있다. 예를 들어, 제어 시스템(314)은 양성자 빔(318)의 에너지를 독립적으로 조정하면서 양성자 빔(318)의 플럭스를 실질적으로 일정하게 유지할 수 있거나, 그 플럭스를 독립적으로 조정하면서 양성자 빔(318)의 에너지를 실질적으로 일정하게 유지할 수 있다. 이러한 독립적인 조정은 큰 크기 및 늦은 응답 속도 때문에 가속기-기반 시스템에서 가능하지 않을 수 있다. 그러나, 본원에 개시된 시스템 및 방법은 전자기 방사선 빔(316)의 특성 및 레이저-타겟 상호 작용을 재구성하기 위해 (또한, 상술한 바와 같이) 피드백을 (또한, 상술한 바와 같은) 시스템(300)의 조정 가능한 구성 요소와 커플링함으로써 독립적 에너지 및 플럭스 제어를 달성할 수 있으며, 이에 의해, 양성자 빔(318)의 에너지 및 플럭스를 독립적으로 조정한다. 따라서, 정확한 치료가 종래의 시스템보다 더욱 신속하게 제공될 수 있어, 치료에 환자가 소비하는 시간을 줄이고 환자 치료량을 증가시킬 수 있다. 또한, 치료가 더욱 정확하게 그리고 건강한 조직에 대한 더 적은 손상으로 제공될 수 있다. 본원에 개시된 시스템 및 방법은 전자기 방사선 빔(316)의 특성 및 레이저-타겟 상호 작용을 재구성하기 위해 (상술한 바와 같이) 피드백을 (또한 상술한 바와 같은) 시스템(300)의 조정 가능한 구성 요소와 커플링시킴으로써 동시의 에너지 및 플럭스 제어를 달성할 수 있으며, 이에 의해 양성자 빔(318)의 에너지 및 플럭스를 동시에 조정할 수 있다.System 300 may be configured to change one or more properties of proton beam 318 while others remain substantially stationary. In some embodiments, this change may be achieved through feedback as described above with respect to process 1100. For example, the control system 314 may independently adjust the energy of the proton beam 318 while keeping the flux of the proton beam 318 substantially constant, or the proton beam 318 while independently adjusting the flux. The energy of can be kept substantially constant. This independent adjustment may not be possible in accelerator-based systems because of the large size and slow response speed. However, the systems and methods disclosed herein provide feedback (also as described above) of the system 300 (as described above) to reconstruct the properties and laser-target interactions of the electromagnetic radiation beam 316. Independent energy and flux control can be achieved by coupling with adjustable components, thereby independently adjusting the energy and flux of the proton beam 318. Thus, accurate treatment can be provided more quickly than conventional systems, reducing the time spent by the patient on treatment and increasing the amount of patient treatment. In addition, treatment can be provided more accurately and with less damage to healthy tissue. The systems and methods disclosed herein provide feedback (as described above) with adjustable components of system 300 (as described above) to reconstruct the properties of the electromagnetic radiation beam 316 and laser-target interactions. Simultaneous energy and flux control can be achieved by coupling, whereby the energy and flux of the proton beam 318 can be adjusted simultaneously.

일 실시예에서, 양성자 빔(318)의 에너지 및 플럭스는 전자기 방사선 빔(316)의 강도, 이온-생성 타겟(304) 상의 전자기 방사선 빔의 위치, 전자기 방사선 빔(316)의 시간 프로파일, 방사선 빔(316)의 공간 프로파일, 양성자 빔 조정 구성 요소(들)(308)의 설정 및 선택에 따라 조정될 수 있다. 예를 들어, 양성자 빔(318)의 에너지는 전자기 방사선 빔(316)의 강도에 비례할 수 있고, 양성자 빔(318)의 플럭스는 전자기 방사선 빔(316)의 에너지에 비례할 수 있다. 이는 이하의 관계에 의해 표현될 수 있다.In one embodiment, the energy and flux of the proton beam 318 is the intensity of the electromagnetic radiation beam 316, the position of the electromagnetic radiation beam on the ion-generating target 304, the time profile of the electromagnetic radiation beam 316, the radiation beam. The spatial profile of 316, can be adjusted according to the setting and selection of the proton beam steering component(s) 308. For 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. This can be expressed by the following relationship.

Figure pat00003
(1)
Figure pat00003
(One)

And

Figure pat00004
(2)
Figure pat00004
(2)

여기서, IL은 전자기 방사선 빔(316)의 강도이고, EL은 전자기 방사선 빔(316)의 강도이며, A는 전자기 방사선 빔(316)의 공간 프로파일(예를 들어, 스폿 크기)을 나타내고, Δτ는 전자기 방사선 빔(316)의 시간 프로파일(예를 들어, 펄스 지속 기간)을 나타내고, Ep는 양성자 빔(318)의 에너지이고,

Figure pat00005
는 양성자 빔(318)의 플럭스이다. 따라서, 전자기 방사선 빔(316)의 에너지, 공간 프로파일, 시간 프로파일 중 하나 이상을 적절히 조정함으로써 양성자 빔(318)의 에너지는 실질적으로 일정하게 유지될 수 있으며, 양성자 빔(318)의 플럭스는 변하며, 그 역도 가능하다. 예를 들어, 양성자 플럭스를 변화시키지 않고 양성자 빔(318)의 양성자 에너지를 변경하기 위해, 전자기 방사선 빔(316)의 에너지는, 이온-생성 타겟(304)에서 펄스 지속 기간 및/또는 스폿 크기를 변화시키면서 약 1 MeV에서 일정하게 유지될 수 있다.Where I L is the intensity of the electromagnetic radiation beam 316, E L is the intensity of the electromagnetic radiation beam 316, A represents the spatial profile (e.g., spot size) of the electromagnetic radiation beam 316, Δτ represents the time profile (e.g., pulse duration) of the electromagnetic radiation beam 316, E p is the energy of the proton beam 318,
Figure pat00005
Is the flux of the proton beam 318. Thus, by appropriately adjusting one or more of the energy, spatial profile, and temporal profile of the electromagnetic radiation beam 316, the energy of the proton beam 318 can be kept substantially constant, and the flux of the proton beam 318 changes, The reverse is also possible. For example, in order to change the proton energy of the proton beam 318 without changing the proton flux, the energy of the electromagnetic radiation beam 316 can be adjusted to the pulse duration and/or spot size at the ion-generating target 304. It can remain constant at about 1 MeV while changing.

대안적으로 또는 추가로, 양성자 빔(318)의 에너지 및 플럭스는 예를 들어, 적절하게 양성자 빔 조정 구성 요소(들)(308)를 선택 또는 조정함으로써 독립적으로 변화될 수 있다. 예를 들어, 이것은 도 13과 관련하여 상술한 필터링 시스템 및 방법 중 하나를 사용하거나 예를 들어, 하나 이상의 에너지 저하기를 사용함으로써 달성될 수 있다.Alternatively or additionally, the energy and flux of the proton beam 318 can be changed independently, for example by selecting or adjusting the proton beam steering component(s) 308 as appropriate. For example, this may be achieved by using one of the filtering systems and methods described above with respect to FIG. 13 or by using, for example, one or more energy condensers.

양성자 빔(318)의 플럭스를 독립적으로 조정할 때, 양성자 빔(318)의 에너지에서의 사용 가능한 변화는 양성자 빔(318)이 초기에 형성되는 경우 ±25 % 이상으로 클 수 있고, 시스템(300)은 이러한 변동을 빔 라인의 더욱 아래로 약 ±5 % 이하로 감소시킬 수 있다. 유사하게, 양성자 빔(318)의 에너지를 독립적으로 조정할 때, 양성자 빔(318)이 초기에 형성되는 경우 양성자 빔(318)의 플럭스의 사용 가능한 변동은 ±25 % 이상만큼 클 수 있으며, 시스템(300)은 이러한 변동을 빔 라인의 더욱 아래로 약 ±5 % 이하로 감소시킬 수 있다.When independently adjusting the flux of the proton beam 318, the available change in the energy of the proton beam 318 can be as large as ±25% or more if the proton beam 318 is initially formed, and the system 300 Can reduce these fluctuations further down the beam line by about ±5% or less. Similarly, when adjusting the energy of the proton beam 318 independently, the usable fluctuation of the flux of the proton beam 318 can be as large as ±25% or more when the proton beam 318 is initially formed, and the system ( 300) can reduce these fluctuations further down the beam line by about ±5% or less.

양성자 빔(318)의 에너지 및 플럭스를 독립적으로 조정하는 것에 대한 대안으로서, 양성자 빔(318)의 에너지 및 플럭스는 예를 들어, 적절하게 양성자 빔 조정 구성 요소(들)(308)를 선택 또는 조정함으로써 동시에 변할 수 있다. 예를 들어, 이것은 도 13과 관련하여 상술한 필터링 시스템 및 방법 중 하나를 사용하거나 예를 들어, 하나 이상의 에너지 저하기를 사용하여 달성될 수 있다.As an alternative to independently adjusting the energy and flux of the proton beam 318, the energy and flux of the proton beam 318 may, for example, select or adjust the proton beam steering component(s) 308 as appropriate. By doing so, you can change at the same time. For example, this may be accomplished using one of the filtering systems and methods described above with respect to FIG. 13 or using, for example, one or more energy concentrators.

프로세스 변수가 동작 동안 변동할 수 있기 때문에, 양성자 빔(318)의 에너지 및 플럭스의 독립적인 변화는 도 11과 관련하여 상술한 피드백 조정으로부터 상당히 유리하다. 예를 들어, 검출된 레이저-타겟 상호 작용 특성은 동작 동안 단계 1108에서 변하므로, 제어 시스템(314)은 단계 1110에서 결정된 피드백 신호를 통해 단계 1104에서 이에 따라 시스템(300)을 자동으로 조정할 수 있다.Since process variables may fluctuate during operation, independent changes in the energy and flux of the proton beam 318 are significantly beneficial from the feedback adjustment described above with respect to FIG. 11. For example, since the detected laser-target interaction characteristic changes during operation at step 1108, control system 314 can automatically adjust system 300 accordingly at step 1104 via the feedback signal determined at step 1110. .

시스템(300)은 치료 체적의 체계적인 치료를 위해 프로세스에 고정된 양성자 빔(318)의 다른 특성을 유지하면서 양성자 빔(318)의 하나 이상의 특성의 이러한 변화를 채용하도록 구성될 수 있다. 도 14는 이러한 체계적인 치료를 위한 프로세스(1400)의 예를 도시한다. 단계 1402에서, 제어 시스템(314)은 3차원 좌표계의 2차원에서 치료 체적에 대한 양성자 빔(예를 들어, 빔(318))을 위치 결정할 수 있다. 예를 들어, 제3 차원은 갠트리(예를 들어, 갠트리(310))를 빠져나갈 때 양성자 빔의 궤적에 의해 규정될 수 있고, 3차원 좌표계의 2차원은 갠트리(310)를 빠져 나갈 때 양성자 빔(318)의 궤적에 수직인 평면에 의해 규정될 수 있다. 양성자 빔(318)과 2차원에서의 치료 체적 사이의 상대 이동은 시스템(300)의 하나 이상의 구성 요소에 의해 제어될 수 있다. 예를 들어, 상대 이동은 하나 이상의 모터 및/또는 갠트리(310)와 연관된 자석 및/또는 환자 지지 플랫폼(312)과 연관된 하나 이상의 모터의 임의의 조합에 의해 제어될 수 있다. 보다 구체적으로, 제어 시스템(314)은 갠트리(310)의 회전, 스캐닝 자석(710)의 조정, 및 환자 지지 플랫폼(312)의 재배치 중 하나 이상을 제어함으로써 양성자 빔(318)과 치료 체적 사이의 상대 이동을 제어하도록 구성될 수 있다.The system 300 may be configured to employ such changes in one or more properties of the proton beam 318 while maintaining other properties of the proton beam 318 fixed in the process for systematic treatment of the treatment volume. 14 shows an example of a process 1400 for this systematic treatment. In step 1402, the control system 314 may position the proton beam (eg, beam 318) for the treatment volume in two dimensions of the three-dimensional coordinate system. For example, the third dimension may be defined by the trajectory of the proton beam when exiting the gantry (for example, the gantry 310), and the second dimension of the 3D coordinate system is the proton when exiting the gantry 310. It can be defined by a plane perpendicular to the trajectory of the beam 318. The relative movement between the proton beam 318 and the treatment volume in two dimensions may be controlled by one or more components of the system 300. For example, the relative movement may 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 the rotation of the gantry 310, the adjustment of the scanning magnet 710, and the repositioning of the patient support platform 312, thereby controlling the distance between the proton beam 318 and the treatment volume. It can be configured to control relative movement.

단계 1404에서, 제어 시스템(예를 들어, 시스템(314))은 3차원 좌표계의 제3 차원에서 양성자 빔과 치료 체적 사이의 상대 이동을 제어하도록 구성될 수 있다. 제어 시스템(314)은 다른 2차원에서 실질적으로 고정된 좌표를 유지하면서 제3 차원에서의 이러한 상대 이동을 제어하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 제어 시스템(314)은 다른 2차원에서의 양성자 빔(318)의 위치를 고정시키면서 치료 깊이를 조정하도록 양성자 에너지를 제어할 수 있다. 단계 1404에서 양성자 에너지를 제어하는 것은 (상술한 특정 구조를 참조하거나 참조하지 않고) 상술한 하나 이상의 기술을 통해 달성될 수 있다. 예를 들어, 전자기 방사선 빔(316)의 에너지, 시간 프로파일 및 공간 프로파일 중 적어도 하나는 위의 식 1에 따라 조정될 수 있고, 도 12 및 도 13에서의 양성자 에너지 선택이 사용될 수 있고, 및/또는 자기 분석기, 비행-시간 제어 유닛 및 에너지 저하기 중 하나 이상이 사용될 수 있다.In step 1404, the control system (eg, system 314) may be configured to control the relative movement between the proton beam and the treatment volume in the third dimension of the three-dimensional coordinate system. The control system 314 may be configured to control this 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 fixing the position of the proton beam 318 in another two-dimensional. Controlling the proton energy in step 1404 can be accomplished through one or more techniques described above (with or without reference to the specific structures described above). For example, at least one of the energy, temporal profile and spatial profile of the electromagnetic radiation beam 316 may be adjusted according to Equation 1 above, and the proton energy selection in FIGS. 12 and 13 may be used, and/or One or more of a magnetic analyzer, a time-of-flight control unit and an energy reduction may be used.

단계 1404의 예가 도 15a, 도 15b 및 도 15c에 나타내어져 있으며, 이는 치료 체적(1506)에 대한 치료를 제공하기 위해 환자(1504)의 피부(1502)를 관통하는 양성자 빔(318)을 도시한다. 도 15a, 도 15b 및 도 15c는 개시된 실시예에 따른 일련의 치료 위치를 나타낼 수 있다. 시스템(300)은 도 15b에 나타낸 바와 같이 양성자 빔(318)의 에너지를 감소시킨 후, 도 15c에 나타낸 영역(1512)을 치료하고, 추가로 양성자 빔(318)의 에너지를 감소시킴으로써 영역(1510)을 치료하기 전에 제3 차원으로 더 큰 거리의 (즉, 환자(1504)의 피부(1502)로부터 더 멀리) 도 15a에 나타낸 영역(1508)을 치료하도록 구성될 수 있다. 대안적으로, 시퀀스는 역전될 수 있으며, 도 15c의 영역(1512)을 치료한 후, 도 15b의 영역(1510)을 치료하기 위해 양성자 빔(318)의 에너지를 증가시킨 후, 도 15a의 영역(1508)을 치료하기 위해 양성자 빔(318)의 에너지를 추가로 증가시킨다.An example of step 1404 is shown in FIGS. 15A, 15B and 15C, which shows a proton beam 318 penetrating the skin 1502 of a patient 1504 to provide treatment for the treatment volume 1506. . 15A, 15B and 15C may represent a series of treatment locations in accordance with the disclosed embodiments. The system 300 reduces the energy of the proton beam 318 as shown in FIG. 15B, then treats the area 1512 shown in FIG. 15C, and further reduces the energy of the proton beam 318 to thereby reduce the energy of the proton beam 318. ) In a third dimension (ie, further away from the skin 1502 of the patient 1504) before treating the area 1508 shown in FIG. 15A. Alternatively, the sequence can be reversed, after treating the region 1512 of FIG. 15C, increasing the energy of the proton beam 318 to treat the region 1510 of FIG. 15B, and then the region of FIG. 15A. The energy of the proton beam 318 is further increased to treat 1508.

추가적인 치료 위치는 도 15a, 도 15b 및 도 15c에 나타낸 영역(1508, 1510 및 1512) 이전, 이후 또는 중간에 단계 1404에 포함될 수 있다. 제어 시스템(314)은 또한 특정 시퀀스의 효과를 고려하여 치료를 최적화하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 영역(1508)을 치료하도록 의도된 (즉, 도 15a에 나타낸 바와 같은) 치료 체적(1506)을 통과하는 양성자는 1508에 도달하기 전에 영역(1510 및 1512)에 일부 부수적인 치료를 제공할 수 있다. 제어 시스템(314)은 이에 따라 환자의 치료 계획에서 투여량을 조정함으로써 영역(1510 및 1512)에 대해 투여된 부수적 투여량을 설명할 수 있다. 예를 들어, 제어 시스템(314)은 영역(1508)과 같은 다른 영역을 직접 치료하면서 영역(1510 및 1512)으로 전달될 모든 부수적 투여량을 통합하고, 영역(1510 및 1512)을 치료하기에 적절한 직접 투여량으로부터 이러한 부수적인 투여량을 감산하도록 구성될 수 있다. 따라서, 보다 정확한 치료가 달성될 수 있다.Additional treatment locations may be included in step 1404 before, after, or midway regions 1508, 1510 and 1512 shown in FIGS. 15A, 15B and 15C. The control system 314 can also be configured to optimize treatment taking into account the effects of a particular sequence. For example, a proton passing through the treatment volume 1506 intended to treat the region 1508 (i.e., as shown in FIG. 15A) will undergo some collateral treatment to the regions 1510 and 1512 before reaching 1508. Can provide. The control system 314 may account for the incidental doses administered for the regions 1510 and 1512 by adjusting the dose in the patient's treatment plan accordingly. For example, control system 314 incorporates all incidental doses to be delivered to areas 1510 and 1512 while directly treating other areas, such as area 1508, and is suitable for treating areas 1510 and 1512. It can be configured to subtract this incidental dosage from the direct dosage. Thus, a more accurate treatment can be achieved.

단계 1406에서, 제어 시스템(예를 들어, 제어 시스템(314))은 다른 위치가 치료를 필요로 하는지 또는 치료가 완료되었는지 여부를 결정할 수 있다. 치료가 완료되면(단계 1006; 예), 프로세스(1400)가 종료될 수 있다. 치료가 완료되지 않은 경우(단계 1006; 아니오), 프로세스(1000)는 단계 1002로 복귀하여, 도 15d에 나타낸 바와 같이 2차원에 대한 양성자 빔(318)을 재배치하고, 양성자 빔(318)의 에너지를 변화시킴으로써 제3 차원에서 깊이를 스캐닝하는 프로세스를 반복할 수 있다.At step 1406, the control system (eg, control system 314) may determine if another location requires treatment or if treatment has been completed. When treatment is complete (step 1006; YES), process 1400 may end. If the treatment is not complete (step 1006; no), the process 1000 returns to step 1002, repositioning the proton beam 318 for two dimensions as shown in Figure 15D, and the energy of the proton beam 318 It is possible to repeat the process of scanning the depth in the third dimension by changing.

예시적인 실시예들이 본원에 설명되었지만, 본 개시에 기초하여 본 기술 분야의 통상의 기술자에게 이해될 바와 같이, 그 범위는 동등한 요소, 수정, 생략, (예를 들어, 다양한 실시예에 걸친 양태의) 조합, 적응 및/또는 변경을 갖는 임의의 그리고 모든 실시예를 포함한다. 예를 들어, 예시적인 시스템에 나타내어진 구성 요소의 수 및 배향이 수정될 수 있다. 또한, 첨부된 도면에 나타내어진 예시적인 방법과 관련하여, 단계의 순서 및 시퀀스가 수정될 수 있고, 단계가 추가되거나 삭제될 수 있다.Although exemplary embodiments have been described herein, as will be understood by those of ordinary skill in the art based on the present disclosure, the scope is limited to equivalent elements, modifications, omissions, (e.g., aspects of aspects spanning various embodiments. ) Any and all embodiments with combinations, adaptations and/or modifications. For example, the number and orientation of components shown in the exemplary system can be modified. Further, with respect to the exemplary method shown in the accompanying drawings, the order and sequence of steps may be modified, and steps may be added or deleted.

본 발명의 양태는 양성자 빔을 생성하기 위한 시스템을 포함할 수 있으며, 시스템은 이온-생성 타겟을 지지하도록 구성된 상호 작용 챔버; 전자기 방사선 빔을 제공하도록 구성된 전자기 방사선 소스; 전자기 방사선 빔을 이온-생성 타겟으로 지향시켜 결과적인 양성자 빔을 발생시키도록 구성된 하나 이상의 광학 구성 요소들; 적어도 하나의 레이저-타겟 상호 작용 특성을 측정하도록 구성된 검출기; 및 검출기에 의해 측정된 적어도 하나의 레이저-타겟 상호 작용 특성에 기초하여 피드백 신호를 생성하고 전자기 방사선 소스, 하나 이상의 광학 구성 요소, 및 이온-생성 타겟에 대한 전자기 방사선 빔의 상대 위치 및 배향 중 적어도 하나 중 적어도 하나를 조정함으로써 양성자 빔을 변경시키도록 구성된 프로세서를 포함한다.Aspects of the present invention may include a system for generating a proton beam, the system comprising: an interaction chamber configured to support an ion-generating target; An electromagnetic radiation source configured to provide a beam of electromagnetic radiation; One or more optical components configured to direct the beam of electromagnetic radiation to the ion-generating target to generate a resulting proton beam; A detector configured to measure at least one laser-target interaction characteristic; And generating a feedback signal based on the at least one laser-target interaction characteristic measured by the detector, and at least one of an electromagnetic radiation source, one or more optical components, and a position and orientation of the electromagnetic radiation beam relative to the ion-generating target. And a processor configured to alter the proton beam by adjusting at least one of the ones.

레이저-타겟 상호 작용 특성은 예를 들어, 양성자 빔 에너지 및/또는 양성자 빔 플럭스와 같은 양성자 빔 특성을 포함할 수 있으며, 그 특성은 2차 전자 방출 특성을 포함할 수 있다. 다른 예로서, 레이저-타겟 상호 작용 특성은 x선 방출 특성을 포함할 수 있다.The laser-target interaction properties can include, for example, proton beam properties, such as proton beam energy and/or proton beam flux, which properties can include secondary electron emission properties. As another example, the laser-target interaction characteristic may include an x-ray emission characteristic.

전자기 방사선 소스는 펄스화된 전자기 방사선 빔을 제공하여 펄스화된 양성자 빔을 발생시키도록 구성될 수 있다.The electromagnetic radiation source can be configured to provide a pulsed beam of electromagnetic radiation to generate a pulsed beam of protons.

상호 작용 챔버는 이온-생성 타겟을 지지하기 위한 타겟 스테이지를 포함할 수 있고, 프로세서는 타겟 스테이지와 전자기 방사선 빔 사이의 상대 이동을 야기하도록 추가로 구성될 수 있다.The interaction chamber can include a target stage for supporting the ion-generating target, and the processor can be further configured to cause relative movement between the target stage and the electromagnetic radiation beam.

이온-생성 타겟의 구조는 측정된 레이저-타겟 상호 작용 특성으로부터 생성된 피드백 신호에 적어도 부분적으로 기초하여 결정될 수 있다.The structure of the ion-generating target can be determined based at least in part on a feedback signal generated from the measured laser-target interaction characteristics.

전자기 방사선 소스는 피드백 신호에 응답하여 전자기 방사선 빔의 시간 프로파일을 변경하도록 구성될 수 있으며, 및/또는 메인 펄스 및 프리-펄스를 생성하도록 구성될 수 있다. 적어도 하나의 프로세서는 전자기 방사선 소스로 하여금 피드백 신호에 응답하여 메인 펄스에 대한 프리-펄스의 콘트라스트 비를 변경하게 하도록 구성될 수 있다.The electromagnetic radiation source may be configured to change the temporal profile of the electromagnetic radiation beam in response to the feedback signal, and/or may be configured to generate a main pulse and a pre-pulse. 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.

피드백 신호에 응답하여, 적어도 하나의 프로세서는 전자기 방사선 소스로 하여금 하나 이상의 전자기 방사선 빔의 에너지 또는 전자기 방사선 빔의 스폿 크기를 변경하게 하도록 구성될 수 있다.In response to the feedback signal, the at least one processor may be configured to cause the electromagnetic radiation source to change the energy of the one or more electromagnetic radiation beams or the spot size of the electromagnetic radiation beam.

적어도 하나의 프로세서는 하나 이상의 광학 구성 요소들로 하여금 피드백 신호에 응답하여 전자기 방사선 빔의 스폿 크기를 변경하게 하고, 및/또는 모터로 하여금 피드백 신호에 응답하여 전자기 방사선 빔과 이온-생성 타겟 사이의 상대 배향을 변경하게 하도록 구성될 수 있다.The at least one processor causes one or more optical components to change the spot size of the electromagnetic radiation beam in response to the feedback signal, and/or cause the motor to change the size of the spot between the electromagnetic radiation beam and the ion-generating target in response to the feedback signal. It can be configured to change the relative orientation.

본 발명의 양태는 또한 양성자 빔을 생성하기 위한 시스템을 포함하며, 본 시스템은 이온-생성 타겟을 지지하도록 구성된 상호 작용 챔버; 전자기 방사선 빔을 제공하도록 구성된 전자기 방사선 소스; 전자기 방사선 빔을 상호 작용 챔버의 이온-생성 타겟으로 지향시켜 양성자 빔을 생성하도록 구성된 적응형 미러; 및 전자기 방사선 빔의 스폿 크기 및 전자기 방사선 빔과 이온-생성 타겟 사이의 상대 위치 및 배향 중 적어도 하나 중 적어도 하나를 조정하기 위하여 적응형 미러를 제어하도록 구성된 적어도 하나의 프로세서를 포함한다.Aspects of the invention also include a system for generating a beam of protons, the system comprising: an interaction chamber configured to support an ion-generating 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-generating target of the interaction chamber to produce a proton beam; And at least one processor configured to control the adaptive mirror to adjust at least one of at least one of a spot size of the electromagnetic radiation beam and a relative position and orientation between the electromagnetic radiation beam and the ion-generating target.

적응형 미러는 전자기 방사선 빔의 초점을 조정하고, 전자기 방사선 빔의 방향을 전환시키고, 전자기 방사선 빔을 스캐닝하는 것 중 적어도 하나에 의해 전자기 방사선 빔을 지향시키도록 구성될 수 있다. 적응형 미러는 또한 이온-생성 타겟 위에 전자기 방사선 빔을 래스터(raster)화하도록 구성될 수 있다. 적응형 미러는 복수의 패싯(facet)들을 포함할 수 있고, 복수의 패싯들의 각각은 디지털 논리 회로에 의해 독립적으로 제어될 수 있다. 적응형 미러는 반사-방지 코팅된 기판 상에 포커싱된 레이저 펄스를 포함할 수 있고, 레이저 펄스 및 반사-방지 코팅된 기판 중 하나 또는 둘 모두는 디지털 논리 회로에 의해 제어될 수 있다.The adaptive mirror may be configured to direct the electromagnetic radiation beam by at least one of refocusing the electromagnetic radiation beam, redirecting the electromagnetic radiation beam, and scanning the electromagnetic radiation beam. The adaptive mirror can also be configured to raster the electromagnetic radiation beam over the ion-generating target. The adaptive mirror may include a plurality of facets, and each of the plurality of facets may be independently controlled by a digital logic circuit. The adaptive mirror may comprise a laser pulse focused on an anti-reflective coated substrate, and one or both of the laser pulse and the anti-reflective coated substrate may be controlled by a digital logic circuit.

적어도 하나의 프로세서는 적응형 미러로 하여금 피드백 신호에 응답하여 전자기 방사선 빔을 이온-생성 타겟으로 지향하게 하고, 및/또는 적응형 미러로 하여금 전자기 방사선 빔을 이온-생성 타겟의 표면 상의 미리 정해진 위치들로 지향하게 하도록 구성될 수 있다. 이온-생성 타겟의 표면은 패턴화된 어레이, 및/또는 실질적으로 공통 축을 따라 배향된 복수의 이온-생성 구조들을 포함할 수 있다. 대안적으로 또는 추가적으로, 이온-생성 타겟의 표면은 하나 이상의 나이프 에지(knife edge)를 포함할 수 있다.The at least one processor causes the adaptive mirror to direct the electromagnetic radiation beam to the ion-generating target in response to the feedback signal, and/or the adaptive mirror to direct the electromagnetic radiation beam to a predetermined location on the surface of the ion-generating target. Can be configured to be oriented. The surface of the ion-generating target may include a patterned array and/or a plurality of ion-generating structures oriented substantially along a common axis. Alternatively or additionally, the surface of the ion-generating target may comprise one or more knife edges.

본 발명의 양태는 양성자 빔을 생성하기 위한 시스템을 포함할 수 있으며, 시스템은 이온-생성 타겟을 지지하도록 구성된 상호 작용 챔버; 전자기 방사선 빔을 제공하도록 구성된 전자기 방사선 소스; 전자기 방사선 빔을 이온-생성 타겟으로 지향시켜 결과적인 양성자 빔을 발생시키도록 구성된 하나 이상의 광학 구성 요소들; 적어도 하나의 레이저-타겟 상호 작용 특성을 측정하도록 구성된 검출기; 및 검출기에 의해 측정된 적어도 하나의 레이저-타겟 상호 작용 특성에 기초하여 피드백 신호를 생성하고 전자기 방사선 소스, 하나 이상의 광학 구성 요소, 및 이온-생성 타겟에 대한 전자기 방사선 빔의 상대 위치 및 배향 중 적어도 하나 중 적어도 하나를 조정함으로써 양성자 빔을 변경시키도록 구성된 하나 이상의 프로세서를 포함한다.Aspects of the present invention may include a system for generating a proton beam, the system comprising: an interaction chamber configured to support an ion-generating target; An electromagnetic radiation source configured to provide a beam of electromagnetic radiation; One or more optical components configured to direct the beam of electromagnetic radiation to the ion-generating target to generate a resulting proton beam; A detector configured to measure at least one laser-target interaction characteristic; And generating a feedback signal based on the at least one laser-target interaction characteristic measured by the detector, and at least one of an electromagnetic radiation source, one or more optical components, and a position and orientation of the electromagnetic radiation beam relative to the ion-generating target. And one or more processors configured to change the proton beam by adjusting at least one of the ones.

레이저-타겟 상호 작용 특성은 예를 들어, 양성자 빔 에너지, 양성자 빔 플럭스와 같은 양성자 빔 특성을 포함할 수 있으며, 이는 2차 전자 방출 특성을 포함할 수 있다. 다른 예로서, 레이저-타겟 상호 작용 특성은 x선 방출 특성을 포함할 수 있다.The laser-target interaction properties can include, for example, proton beam properties, such as proton beam energy, proton beam flux, which can include secondary electron emission properties. As another example, the laser-target interaction characteristic may include an x-ray emission characteristic.

전자기 방사선 소스는 펄스화된 전자기 방사선 빔을 제공하여 펄스화된 양성자 빔을 발생시키도록 구성될 수 있다.The electromagnetic radiation source can be configured to provide a pulsed beam of electromagnetic radiation to generate a pulsed beam of protons.

상호 작용 챔버는 이온-생성 타겟을 지지하기 위한 타겟 스테이지를 포함할 수 있고, 하나 이상의 프로세서는 타겟 스테이지와 전자기 방사선 빔 사이의 상대 이동을 야기하도록 추가로 구성될 수 있다.The interaction chamber may include a target stage for supporting the ion-generating target, and one or more processors may be further configured to cause relative movement between the target stage and the electromagnetic radiation beam.

이온-생성 타겟의 구조는 측정된 레이저-타겟 상호 작용 특성으로부터 생성된 피드백 신호에 적어도 부분적으로 기초하여 결정될 수 있다.The structure of the ion-generating target can be determined based at least in part on a feedback signal generated from the measured laser-target interaction characteristics.

레이저-타겟 상호 작용 특성은 양성자 빔 에너지 및/또는 양성자 빔 플럭스를 포함할 수 있다.The laser-target interaction properties may include proton beam energy and/or proton beam flux.

피드백 신호에 응답하여, 적어도 하나의 프로세서는 전자기 방사선 소스로 하여금 전자기 방사선 빔의 에너지, 전자기 방사선 빔의 시간 프로파일, 및/또는 전자기 방사선 빔의 공간 프로파일(예를 들어, 전자기 방사선 빔의 스폿 크기)을 변경하게 하도록 구성될 수 있다.In response to the feedback signal, the at least one processor causes the electromagnetic radiation source to cause the energy of the electromagnetic radiation beam, the temporal profile of the electromagnetic radiation beam, and/or the spatial profile of the electromagnetic radiation beam (e.g., spot size of the electromagnetic radiation beam). Can be configured to change.

피드백 신호에 응답하여, 적어도 하나의 프로세서는 하나 이상의 광학 구성 요소들로 하여금 전자기 방사선 빔의 에너지, 전자기 방사선 빔의 시간 프로파일, 및/또는 전자기 방사선 빔의 공간 프로파일(예를 들어, 전자기 방사선 빔의 스폿 크기)을 변경하게 하도록 구성될 수 있다.In response to the feedback signal, the at least one processor causes the one or more optical components to cause the energy of the electromagnetic radiation beam, the temporal profile of the electromagnetic radiation beam, and/or the spatial profile of the electromagnetic radiation beam (e.g., Spot size) can be configured to change.

전자기 방사선 소스는 피드백 신호에 응답하여 전자기 방사선 빔의 시간 프로파일을 변경하도록 구성될 수 있고, 및/또는 또한 적어도 메인 펄스 및 프리-펄스를 생성하도록 구성될 수 있다. 적어도 하나의 프로세서는 전자기 방사선 소스로 하여금 피드백 신호에 응답하여 메인 펄스에 대한 프리-펄스의 콘트라스트 비를 변경하게 하도록 구성될 수 있다.The electromagnetic radiation source may be configured to change the temporal 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 pre-pulse. 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.

적어도 하나의 프로세서는 모터로 하여금 피드백 신호에 응답하여 전자기 방사선 빔과 이온-생성 타겟 사이의 상대 배향을 변경하게 하도록 구성될 수 있다.The at least one processor may be configured to cause the motor to change the relative orientation between the electromagnetic radiation beam and the ion-generating target in response to the feedback signal.

본 발명의 양태는 또한 양성자 빔을 생성하기 위한 시스템을 포함하며, 본 시스템은 이온-생성 타겟을 지지하도록 구성된 상호 작용 챔버; 전자기 방사선 빔을 제공하도록 구성된 전자기 방사선 소스; 전자기 방사선 빔을 상호 작용 챔버의 이온-생성 타겟으로 지향시켜 양성자 빔을 생성하도록 구성된 적응형 미러; 및 전자기 방사선 빔의 공간 프로파일 및 전자기 방사선 빔과 이온-생성 타겟 사이의 상대 위치 및 배향 중 적어도 하나 중 적어도 하나를 조정하기 위하여 적응형 미러를 제어하도록 구성된 적어도 하나의 프로세서를 포함한다.Aspects of the invention also include a system for generating a beam of protons, the system comprising: an interaction chamber configured to support an ion-generating 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-generating target of the interaction chamber to produce a proton beam; And at least one processor configured to control the adaptive mirror to adjust at least one of at least one of a spatial profile of the electromagnetic radiation beam and a relative position and orientation between the electromagnetic radiation beam and the ion-generating target.

적응형 미러는 전자기 방사선 빔의 초점을 조정하고, 전자기 방사선 빔의 방향을 전환시키고, 전자기 방사선 빔을 스캐닝하는 것 중 적어도 하나에 의해 전자기 방사선 빔을 지향시키도록 구성될 수 있다. 적응형 미러는 또한 이온-생성 타겟 위에 전자기 방사선 빔을 래스터화하도록 구성될 수 있다. 적응형 미러는 복수의 패싯들을 포함할 수 있고, 복수의 패싯들의 각각은 디지털 논리 회로에 의해 독립적으로 제어될 수 있다. 적응형 미러는 반사-방지 코팅된 기판 상에 포커싱된 레이저 펄스를 포함할 수 있고, 레이저 펄스 및 반사-방지 코팅된 기판 중 하나 또는 둘 모두는 디지털 논리 회로에 의해 제어될 수 있다.The adaptive mirror may be configured to direct the electromagnetic radiation beam by at least one of refocusing the electromagnetic radiation beam, redirecting the electromagnetic radiation beam, and scanning the electromagnetic radiation beam. The adaptive mirror can also be configured to rasterize the electromagnetic radiation beam over the ion-generating target. The adaptive mirror may include a plurality of facets, and each of the plurality of facets may be independently controlled by a digital logic circuit. The adaptive mirror may comprise a laser pulse focused on an anti-reflective coated substrate, and one or both of the laser pulse and the anti-reflective coated substrate may be controlled by digital logic circuitry.

적어도 하나의 프로세서는 적응형 미러로 하여금 피드백 신호에 응답하여 전자기 방사선 빔을 이온-생성 타겟으로 지향하게 하고, 및/또는 적응형 미러로 하여금 전자기 방사선 빔을 이온-생성 타겟의 표면 상의 미리 정해진 위치들로 지향하게 하도록 구성될 수 있다. 이온-생성 타겟의 표면은 패턴화된 어레이, 및/또는 실질적으로 공통 축을 따라 배향된 복수의 이온-생성 구조들을 포함할 수 있다. 대안적으로 또는 추가적으로, 이온-생성 타겟의 표면은 하나 이상의 나이프 에지를 포함할 수 있다.The at least one processor causes the adaptive mirror to direct the electromagnetic radiation beam to the ion-generating target in response to the feedback signal, and/or the adaptive mirror to direct the electromagnetic radiation beam to a predetermined location on the surface of the ion-generating target. Can be configured to be oriented. The surface of the ion-generating target may include a patterned array and/or a plurality of ion-generating structures oriented substantially along a common axis. Alternatively or additionally, the surface of the ion-generating target may comprise one or more knife edges.

본 발명의 양태는 양성자 빔을 생성하기 위한 시스템을 포함할 수 있으며, 본 시스템은 타겟 위치에서 이온-생성 타겟을 지지하도록 구성된 상호 작용 챔버; 궤적을 따라 전자기 방사선 빔을 제공하도록 구성된 전자기 방사선 소스로서, 전자기 방사선 빔은 에너지, 편광, 공간 프로파일 및 시간 프로파일을 갖는, 전자기 방사선 소스; 전자기 방사선 소스와 이온-생성 타겟의 표면 사이의 전자기 방사선 빔의 궤적을 따라 위치되고, 전자기 방사선 빔으로 하여금 이온-생성 타겟을 조사하게 하여 에너지 및 플럭스를 갖는 양성자 빔의 형성을 용이하게 하기 위해 전자기 방사선 빔과 협업하도록 구성되는, 하나 이상의 광학 구성 요소들; 및 양성자 빔의 에너지를 실질적으로 일정하게 유지하면서 양성자 빔의 플럭스; 및 양성자 빔의 플럭스를 실질적으로 일정하게 유지하면서 양성자 빔의 에너지 중 적어도 하나를 조정하기 위하여, 전자기 방사선 소스 및 하나 이상의 광학 구성 요소들 중 적어도 하나를 제어하여 전자기 방사선 빔의 에너지, 전자기 방사선 빔의 편광, 전자기 방사선 빔의 공간 프로파일 및 전자기 방사선 빔의 시간 프로파일 중 적어도 하나를 변경하도록 구성되는 적어도 하나의 프로세스를 포함한다.Aspects of the present invention may include a system for generating a proton beam, the system comprising: an interaction chamber configured to support an ion-generating target at a target location; An electromagnetic radiation source configured to provide an electromagnetic radiation beam along a trajectory, the electromagnetic radiation beam having an energy, polarization, spatial profile and temporal profile; Electromagnetic to facilitate the formation of a proton beam with energy and flux by being positioned along the trajectory of the electromagnetic radiation beam between the electromagnetic radiation source and the surface of the ion-generating target, causing the electromagnetic radiation beam to irradiate the ion-generating target. One or more optical components configured to cooperate with the radiation beam; And the flux of the proton beam while keeping the energy of the proton beam substantially constant. And controlling at least one of the electromagnetic radiation source and one or more optical components to adjust at least one of the energy of the proton beam while maintaining the flux of the proton beam substantially constant. And at least one process configured to change at least one of polarization, the spatial profile of the electromagnetic radiation beam, and the temporal profile of the electromagnetic radiation beam.

또한, 본 발명의 양태는 양성자 빔을 생성하기 위한 시스템을 포함할 수 있으며, 본 시스템은 타겟 위치에서 이온-생성 타겟을 지지하도록 구성된 상호 작용 챔버; 궤적을 따라 전자기 방사선 빔을 제공하도록 구성된 전자기 방사선 소스로서, 전자기 방사선 빔은 에너지, 편광, 공간 프로파일 및 시간 프로파일을 갖는, 전자기 방사선 소스; 전자기 방사선 소스와 이온-생성 타겟의 표면 사이의 전자기 방사선 빔의 궤적을 따라 위치되고, 전자기 방사선 빔으로 하여금 이온-생성 타겟을 조사하게 하여 에너지 및 플럭스를 갖는 양성자 빔의 형성을 용이하게 하기 위해 전자기 방사선 빔과 협업하도록 구성되는, 하나 이상의 광학 구성 요소들; 및 양성자 빔의 에너지를 변화시키면서 양성자 빔의 플럭스; 및 양성자 빔의 플럭스를 변화시키면서 양성자 빔의 에너지 중 적어도 하나를 조정하기 위하여, 전자기 방사선 소스 및 하나 이상의 광학 구성 요소들 중 적어도 하나를 제어하여 전자기 방사선 빔의 에너지, 전자기 방사선 빔의 편광, 전자기 방사선 빔의 공간 프로파일 및 전자기 방사선 빔의 시간 프로파일 중 적어도 하나를 변경하도록 구성되는 적어도 하나의 프로세스를 포함한다.In addition, aspects of the invention may include a system for generating a proton beam, the system comprising: an interaction chamber configured to support an ion-generating target at a target location; An electromagnetic radiation source configured to provide an electromagnetic radiation beam along a trajectory, the electromagnetic radiation beam having an energy, polarization, spatial profile and temporal profile; Electromagnetic to facilitate the formation of a proton beam with energy and flux by being positioned along the trajectory of the electromagnetic radiation beam between the electromagnetic radiation source and the surface of the ion-generating target, causing the electromagnetic radiation beam to irradiate the ion-generating target. One or more optical components configured to cooperate with the radiation beam; And the flux of the proton beam while changing the energy of the proton beam. And the energy of the electromagnetic radiation beam, polarization of the electromagnetic radiation beam, and electromagnetic radiation by controlling at least one of an electromagnetic radiation source and one or more optical components to adjust at least one of the energy of the proton beam while changing the flux of the proton beam. And at least one process configured to change at least one of the spatial profile of the beam and the temporal profile of the electromagnetic radiation beam.

적어도 하나의 프로세서는 전자기 방사선 빔의 스폿 크기를 변경함으로써 전자기 방사선 빔의 공간 프로파일을 변경하도록 구성될 수 있다.The at least one processor may be configured to change the spatial profile of the electromagnetic radiation beam by changing the spot size of the electromagnetic radiation beam.

적어도 하나의 프로세서는 전자기 방사선 빔의 처프(chirp)를 변경함으로써 전자기 방사선 빔의 시간 프로파일을 변경하도록 구성될 수 있다.The at least one processor may be configured to change the temporal profile of the electromagnetic radiation beam by changing a chirp of the electromagnetic radiation beam.

적어도 하나의 프로세서는 하나 이상의 펌프 소스의 타이밍을 변경함으로써 전자기 방사선 빔의 시간 프로파일을 변경하도록 구성될 수 있다.The at least one processor may be configured to change the temporal profile of the electromagnetic radiation beam by changing the timing of the one or more pump sources.

전자기 방사선 빔은 편광되지 않을 수 있다.The electromagnetic radiation beam may not be polarized.

전자기 방사선 소스는 펄스화된 전자기 방사선 빔을 제공하여 펄스화된 양성자 빔을 발생시키도록 구성될 수 있다.The electromagnetic radiation source can be configured to provide a pulsed beam of electromagnetic radiation to generate a pulsed beam of protons.

적어도 하나의 프로세서는 전자기 방사선 소스로 하여금 전자기 방사선 빔의 에너지 및 전자기 방사선 빔의 시간 프로파일을 변화시키도록 구성될 수 있다. 적어도 하나의 프로세서는 또한 전자기 방사선 소스로 하여금 전자기 방사선 빔의 에너지 및 전자기 방사선 빔의 공간 프로파일을 변화시키도록 구성될 수 있다. 적어도 하나의 프로세서는 또한 전자기 방사선 소스로 하여금 전자기 방사선 빔의 에너지를 변화시키고, 하나 이상의 광학 구성 요소들로 하여금 전자기 방사선 빔의 공간 프로파일을 변화시키도록 구성될 수 있다. 적어도 하나의 프로세서는 또한 하나 이상의 광학 구성 요소들로 하여금 전자기 방사선 빔의 에너지 및 전자기 방사선 빔의 공간 프로파일을 변화시키도록 구성될 수 있다.The at least one processor may be configured to cause the electromagnetic radiation source to change the energy of the electromagnetic radiation beam and the temporal profile of the electromagnetic radiation beam. The at least one processor may also be configured to cause the electromagnetic radiation source to change the energy of the electromagnetic radiation beam and the spatial profile of the electromagnetic radiation beam. The at least one processor may also be configured to cause the electromagnetic radiation source to change the energy of the electromagnetic radiation beam, and to cause the one or more optical components to change the spatial profile of the electromagnetic radiation beam. The at least one processor may also be configured to cause the one or more optical components to change the energy of the electromagnetic radiation beam and the spatial profile of the electromagnetic radiation beam.

본 발명의 양태는 양성자 빔을 생성하기 위한 시스템을 포함할 수 있으며, 본 시스템은 복수의 패턴화된 피처들이 제공된 이온-생성 타겟을 지지하도록 구성된 상호 작용 챔버; 복수의 패턴화된 피처들을 조사하기 위해 전자기 방사선 빔을 제공하도록 구성된 전자기 방사선 소스; 및 전자기 방사선 빔으로 하여금 복수의 패턴화된 피처들 중 개별적인 피처들을 타격하게 하여 결과적인 양성자 빔을 생성하도록 구성된 적어도 하나의 프로세서를 포함한다.Aspects of the invention may include a system for generating a beam of protons, the system comprising: an interaction chamber configured to support an ion-generating target provided with a plurality of patterned features; An electromagnetic radiation source configured to provide an electromagnetic radiation beam to irradiate the plurality of patterned features; And at least one processor configured to cause the electromagnetic radiation beam to strike individual ones of the plurality of patterned features to produce a resulting proton beam.

본 발명의 양태는 양성자 빔을 생성하기 위한 시스템을 포함할 수 있으며, 본 시스템은 적어도 하나의 나이프 에지로 패턴화된 이온-생성 타겟을 지지하도록 구성된 상호 작용 챔버; 이온-생성 타겟의 적어도 하나의 나이프 에지를 조사하기 위한 전자기 방사선 빔을 제공하도록 구성된 전자기 방사선 소스; 및 전자기 방사선 빔으로 하여금 적어도 하나의 나이프 에지를 타격하게 하여 결과적인 양성자 빔을 발생시키도록 구성된 적어도 하나의 프로세서를 포함한다.Aspects of the present invention may include a system for generating a beam of protons, the system comprising: an interaction chamber configured to support an ion-generating target patterned with at least one knife edge; An electromagnetic radiation source configured to provide an electromagnetic radiation beam for irradiating at least one knife edge of the ion-generating target; And at least one processor configured to cause the electromagnetic radiation beam to strike at least one knife edge to generate a resulting proton beam.

전자기 방사선 소스는 파장을 갖는 레이저 빔을 제공하도록 구성될 수 있고, 복수의 패턴화된 피처들 중 적어도 하나는 레이저 빔의 파장보다 작은 치수를 가질 수 있다. 유사하게, 나이프 에지는 레이저 빔의 파장보다 작은 치수를 가질 수 있다. 복수의 패턴화된 피처들은 이온-생성 타겟의 표면으로부터 멀어지도록 연장되는 돌출부들을 포함할 수 있다.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 less than the wavelength of the laser beam. Similarly, the knife edge can have a dimension smaller than the wavelength of the laser beam. The plurality of patterned features may include protrusions extending away from the surface of the ion-generating target.

적어도 하나의 프로세서는 이온-생성 타겟을 래스터화하도록 구성될 수 있다. 또한, 적어도 하나의 프로세서는 전자기 방사선 빔으로 하여금 예를 들어, 모터 및/또는 적응형 미러를 제어함으로써 이온-생성 타겟의 표면을 연속적으로 또는 불연속적으로 스캐닝하게 하도록 구성될 수 있다. 이온-생성 타겟의 표면은 예를 들어, 복수의 패턴화된 피처들 및/또는 하나 이상의 나이프 에지들을 포함할 수 있고, 예를 들어, 얼음, 실리콘, 탄소, 플라스틱 또는 스틸을 포함할 수 있다. 적어도 하나의 프로세서는 모터 및/또는 적응형 미러로 하여금 복수의 패턴화된 피처들 중 개별적인 피처들을 순차적으로 또는 동시에 타격하기 위하여, 또는 나이프 에지를 타격하기 위하여 전자기 방사선 빔을 조정하게 하도록 구성될 수 있다. 또한, 적어도 하나의 프로세서는 복수의 패턴화된 피처들 중 인접한 피처들 위에 전자기 방사선 빔의 순차적 스캐닝을 야기하도록 구성될 수 있다.At least one processor may be configured to rasterize the ion-generating target. Further, the at least one processor may be configured to cause the electromagnetic radiation beam to continuously or discontinuously scan the surface of the ion-generating target, for example by controlling a motor and/or an adaptive mirror. The surface of the ion-generating target may include, for example, a plurality of patterned features and/or one or more knife edges, and may include, for example, ice, silicon, carbon, plastic or steel. The at least one processor may be configured to cause the motor and/or the adaptive mirror to adjust the electromagnetic radiation beam to sequentially or simultaneously strike individual features of the plurality of patterned features, or to strike a knife edge. have. Further, the at least one processor may be configured to cause sequential scanning of the electromagnetic radiation beam over adjacent ones of the plurality of patterned features.

본 발명의 양태는 양성자 빔을 생성하기 위한 시스템을 포함할 수 있으며, 본 시스템은 적어도 하나의 이온 다발을 포함하는 펄스화된 이온 빔을 생성하도록 구성된 이온 소스; 적어도 하나의 전자석; 전자석에 근접하고, 펄스화된 빔이 통하여 횡단하도록 배향되는 구역(zone); 적어도 하나의 전자석을 선택적으로 활성화시키기 위해 적어도 하나의 전자석에 전기적으로 접속된 적어도 하나의 자동화된 스위치; 적어도 하나의 자동화된 스위치를 활성화시키도록 구성된 방사선 트리거 소스; 및 이온 다발이 구역을 횡단할 때 적어도 하나의 전자석을 활성화시키도록 구성된 적어도 하나의 프로세서를 포함한다.Aspects of the present invention may include a system for generating a beam of protons, the system comprising: an ion source configured to generate a pulsed ion beam comprising at least one ion bundle; At least one electromagnet; A zone proximate the electromagnet and oriented to traverse through the pulsed beam; At least one automated switch electrically connected to the at least one electromagnet for selectively activating the at least one electromagnet; A radiation trigger source configured to activate at least one automated switch; And at least one processor configured to activate the at least one electromagnet as the ion bundle traverses the region.

방사선 트리거 소스는 이온, x선, 전자 및 레이저 방사선 중 하나 이상의 소스를 포함할 수 있다.The radiation trigger source may include one or more of ion, x-ray, electron, and laser radiation.

전자석은 전자기장을 생성하도록 구성될 수 있고, 구역은 전자석이 활성화될 때 전자기장 내에 있도록 배향될 수 있다. 구역은 약 1 인치 미만의 치수를 가질 수 있다.The electromagnet can be configured to generate an electromagnetic field, and the zone can be oriented to be within the electromagnetic field when the electromagnet is activated. The zone may have a dimension of less than about 1 inch.

이온 소스는 방사선 트리거 소스 및 이온-생성 타겟을 포함할 수 있고, 방사선 트리거 소스는 자동화된 스위치를 활성화시키고 이온-생성 타겟을 조사하여 펄스화된 이온 빔을 생성하도록 구성될 수 있다.The ion source can include a radiation trigger source and an ion-generating target, and the radiation trigger source can be configured to activate an automated switch and irradiate the ion-generating target to generate a pulsed ion beam.

방사선 트리거 소스가 자동화된 스위치를 활성화시키는 시간은 제어된 지연 라인에 의해 조정될 수 있다. 제어된 지연 라인은 예를 들어, 방사선 트리거 소스가 펄스화된 이온 빔과 동기하여 자동화된 스위치를 활성화시키는 시간을 조정하도록 구성될 수 있다.The time at which the radiation 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 time for the radiation trigger source to activate the automated switch in synchronization with the pulsed ion beam.

자동화된 스위치는 광도전성 반도체 스위치 또는 스파크(spark) 스위치를 포함할 수 있다.The automated switch may include a photoconductive semiconductor switch or a spark switch.

적어도 하나의 전자석은 펄스화된 이온 빔의 궤적을 따라 직렬로 복수의 전자석들을 포함할 수 있으며, 적어도 하나의 자동화된 스위치는 복수의 자동화된 스위치들을 포함할 수 있고, 복수의 자동화된 스위치들의 각각은 복수의 전자석들 중 다른 것과 연관된다. 적어도 하나의 프로세서는 이온 다발이 각각의 전자석을 횡단할 때 복수의 자동화된 스위치들 순차적으로 활성화시키도록 구성될 수 있다.The at least one electromagnet may include a plurality of electromagnets in series along the trajectory of the pulsed ion beam, the at least one automated switch may include a plurality of automated switches, each of the plurality of automated switches Is associated with another of the plurality of electromagnets. The at least one processor may be configured to sequentially activate a plurality of automated switches as the ion bundle traverses each electromagnet.

직렬의 하나 이상의 전자석들 중 제1 전자석은 펄스화된 이온 빔의 일부를 원래의 궤적으로부터 방향 전환된 궤적으로 방향 전환시키도록 구성될 수 있고, 직렬의 하나 이상의 전자석들 중 제2 전자석은 펄스화된 이온 빔의 방향 전환된 부분의 적어도 일부를 방향 전환된 궤적으로부터 원래의 궤적에 실질적으로 평행한 경로로 다시 방향 전환시키도록 구성될 수 있다.A first electromagnet of 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 a second electromagnet of one or more electromagnets in the series is pulsed. It may be configured to redirect at least a portion of the diverted portion of the ion beam from the diverted trajectory back to a path substantially parallel to the original trajectory.

본 발명의 양태는 양성자 빔을 생성하기 위한 시스템을 포함할 수 있으며, 본 시스템은 양성자 에너지 확산 내의 복수의 양성자 에너지들을 갖는 양성자 빔을 제공하도록 구성된 양성자 소스; 및 적어도 하나의 프로세서를 포함하고, 적어도 하나의 프로세서는 3차원 좌표계의 2차원에서 양성자 빔과 치료 체적 사이의 상대 이동을 제어하고; 그리고 다른 2차원에서 실질적으로 고정된 좌표들을 유지하면서 3차원 좌표계의 제3 차원에서 치료 체적의 깊이를 조정하도록 양성자 에너지 확산을 제어하도록 구성된다.Aspects of the invention may include a system for generating a proton beam, the system comprising: a proton source configured to provide a proton beam having a plurality of proton energies within the proton energy diffusion; And at least one processor, wherein the at least one processor controls a relative movement between the proton beam and the treatment volume in two dimensions of the three-dimensional coordinate system; And controlling the proton energy diffusion to adjust the depth of the treatment volume in the third dimension of the three-dimensional coordinate system while maintaining the substantially fixed coordinates in the other two dimensions.

적어도 하나의 프로세서는 예를 들어, 갠트리를 회전시키고, 전자석으로 양성자 빔을 지향시키고, 및/또는 환자 지지 플랫폼을 이동시킴으로써 양성자 빔과 치료 체적 사이의 상대 이동을 제어하도록 구성될 수 있다.The at least one processor may be configured to control the relative movement between the proton beam and the treatment volume, for example by rotating the gantry, directing the proton beam with an electromagnet, and/or moving the patient support platform.

양성자들로 치료 체적을 치료하기 위한 시스템은 자기 분석기, 비행-시간(time-of-flight) 제어 유닛 및 에너지 저하기 중 적어도 하나로 양성자 에너지 확산 및 양성자 에너지 분산을 제어하도록 구성될 수 있다.A system for treating a treatment volume with protons may be configured to control proton energy diffusion and proton energy dissipation with at least one of a magnetic analyzer, a time-of-flight control unit and an energy reduction.

명세서 및 청구항은 "프로세서" 또는 "검출기"와 같은 단수의 요소를 지칭할 수 있다. 이 구문은 이러한 요소의 복수를 포함하도록 의도된 것으로 이해되어야 한다. 즉, 특정 기능은 동일한 보드 또는 시스템 상에 위치되거나 다른 보드 또는 다른 시스템에 원격으로 위치된 여러 프로세서에 걸쳐 분할될 수 있다. 프로세서에 대한 언급은 "적어도 하나의 프로세서"로 해석되어야 하며, 이는 언급된 기능이 복수의 프로세서에 걸쳐 발생할 수 있으며 여전히 본 개시 및 청구항의 범주 내에서 고려된다는 것을 의미한다. 명세서 및 청구항 전반에 걸쳐 단수로 설명되거나 참조된 검출기 및 다른 요소에 대해서도 마찬가지이다.The specification and claims may refer to the singular element, such as “processor” or “detector”. It is to be understood that this syntax is intended to include a plurality of these elements. That is, certain functions may be partitioned across multiple processors located on the same board or system or remotely located on different boards or systems. Reference to a processor is to be interpreted as “at least one processor”, meaning that the stated function may occur across multiple processors and is still contemplated within the scope of this disclosure and claims. The same is true of detectors and other elements described or referenced in the singular throughout the specification and claims.

또한, 상술한 설명은 예시의 목적으로 제시되었다. 이는 철저하지 않으며 개시된 정확한 형태 또는 실시예로 한정되지 않는다. 개시된 실시예의 사양 및 실시를 고려하여 본 기술 분야의 통상의 기술자에게 수정 및 개조가 명백할 것이다. 예를 들어, 이온-생성 타겟에 타격하는 레이저에 대하여 양성자의 생성이 상술된 경우, 무선 주파수 커플링 같은 다른 양성자 생성 프로세스가 사용될 수도 있다. 또한, 상술한 일부 설명은 방사선 치료로서 의료에서의 양성자의 사용에 관한 것이지만, 본원에 설명된 시스템 및 방법은 양성자 빔의 다른 어플리케이션 및 양성자 이외의 다른 이온을 포함하는 어플리케이션에서 사용될 수 있다.In addition, the above description has been presented for purposes of illustration. It is not exhaustive and is not limited to the precise forms or examples disclosed. Modifications and modifications will be apparent to those skilled in the art in view of the specifications and implementation of the disclosed embodiments. For example, if the generation of protons is described above for a laser striking an ion-generating target, other proton generation processes such as radio frequency coupling may be used. Further, while some of the above descriptions relate to the use of protons in medicine as radiotherapy, the systems and methods described herein can be used in other applications of proton beams and in applications involving ions other than protons.

청구항은 청구항에서 채용된 언어에 기초하여 광범위하게 해석되어야 하고, 본 명세서에 설명된 예에 한정되지 않으며, 이 예는 비배타적인 것으로 해석되어야 한다. 또한, 개시된 방법의 단계는 단계를 재정렬하고 및/또는 단계를 삽입 또는 삭제하는 것을 포함하여 임의의 방식으로 수정될 수 있다.The claims are to be interpreted broadly based on the language employed in the claims, and are not to be construed as limited to the examples described herein, which examples are to be interpreted as non-exclusive. Further, the steps of the disclosed method may be modified in any way, including rearranging the steps and/or inserting or deleting steps.

Claims (18)

양성자 빔을 생성하기 위한 시스템으로서,
이온-생성 타겟을 지지하도록 구성된 상호 작용 챔버;
전자기 방사선 빔을 제공하도록 구성된 전자기 방사선 소스;
상기 전자기 방사선 빔을 상기 이온-생성 타겟으로 지향시켜 결과적인 양성자 빔을 발생시키도록 구성된 하나 이상의 광학 구성 요소들;
적어도 하나의 레이저-타겟 상호 작용 특성을 측정하도록 구성된 검출기; 및
적어도 하나의 프로세서를 포함하고, 상기 적어도 하나의 프로세서는:
상기 검출기에 의해 측정된 상기 적어도 하나의 레이저-타겟 상호 작용 특성에 기초하여 피드백 신호를 수신하고 - 상기 피드백 신호는 상기 양성자 빔과 상기 전자기 방사선 빔 사이의 관계를 나타냄 -; 그리고
상기 수신된 피드백 신호에 기초하여:
(A) 상기 전자기 방사선 소스,
(B) 상기 하나 이상의 광학 구성 요소들,
(C) 상기 이온-생성 타겟에 대한 상기 전자기 방사선 빔의 상대 위치 및 배향 중 적어도 하나
중 적어도 하나 간의 항목을 조정함으로써 상기 양성자 빔을 변경하도록 구성되고;
상기 양성자 빔을 변경하는 것은, 상기 수신된 피드백 신호에 나타내어진 상기 양성자 빔과 상기 전자기 방사선 빔 사이의 관계에 기초하여, 그리고 상기 전자기 방사선 빔의 처프를 변경함으로써 상기 전자기 방사선 빔의 시간 프로파일을 변경하는 것을 포함하는, 양성자 빔을 생성하기 위한 시스템.
As a system for generating a proton beam,
An interaction chamber configured to support an ion-generating target;
An electromagnetic radiation source configured to provide a beam of electromagnetic radiation;
One or more optical components configured to direct the electromagnetic radiation beam to the ion-generating target to generate a resulting proton beam;
A detector configured to measure at least one laser-target interaction characteristic; And
At least one processor, wherein the at least one processor:
Receiving a feedback signal based on the at least one laser-target interaction characteristic measured by the detector, wherein the feedback signal indicates a relationship between the proton beam and the electromagnetic radiation beam; And
Based on the received feedback signal:
(A) the electromagnetic radiation source,
(B) the one or more optical components,
(C) at least one of the position and orientation of the electromagnetic radiation beam relative to the ion-generating target
Configured to change the proton beam by adjusting an item between at least one of;
Changing the proton beam changes the temporal profile of the electromagnetic radiation beam based on the relationship between the proton beam and the electromagnetic radiation beam represented in the received feedback signal, and by changing the chirp of the electromagnetic radiation beam. A system for generating a proton beam.
제1항에 있어서,
상기 레이저-타겟 상호 작용 특성은 양성자 빔 특성을 포함하는, 양성자 빔을 생성하기 위한 시스템.
The method of claim 1,
The system for generating a proton beam, wherein the laser-target interaction characteristic comprises a proton beam characteristic.
제1항에 있어서,
상기 레이저-타겟 상호 작용 특성은 x선 방출 특성을 포함하는, 양성자 빔을 생성하기 위한 시스템.
The method of claim 1,
The system for generating a proton beam, wherein the laser-target interaction characteristic comprises an x-ray emission characteristic.
제1항에 있어서,
상기 레이저-타겟 상호 작용 특성은 전자기 방사선의 에너지 스펙트럼을 포함하는, 양성자 빔을 생성하기 위한 시스템.
The method of claim 1,
The system for generating a proton beam, wherein the laser-target interaction characteristic comprises an energy spectrum of electromagnetic radiation.
제1항에 있어서,
상기 상호 작용 챔버는 상기 이온-생성 타겟을 지지하기 위한 타겟 스테이지를 포함하고, 상기 적어도 하나의 프로세서는 상기 타겟 스테이지와 상기 전자기 방사선 빔 사이의 상대 이동을 야기하도록 추가로 구성되는, 양성자 빔을 생성하기 위한 시스템.
The method of claim 1,
The interaction chamber comprises a target stage for supporting the ion-generating target, and the at least one processor is further configured to cause relative movement between the target stage and the electromagnetic radiation beam. System for doing.
제2항에 있어서,
상기 양성자 빔 특성은 양성자 빔 에너지를 포함하는, 양성자 빔을 생성하기 위한 시스템.
The method of claim 2,
The system for generating a proton beam, wherein the proton beam characteristic comprises proton beam energy.
제2항에 있어서,
상기 양성자 빔 특성은 양성자 빔 플럭스를 포함하는, 양성자 빔을 생성하기 위한 시스템.
The method of claim 2,
The system for generating a proton beam, wherein the proton beam characteristic comprises a proton beam flux.
제1항에 있어서,
상기 전자기 방사선 소스는 메인 펄스 및 프리-펄스를 생성하도록 구성되고, 상기 적어도 하나의 프로세서는 상기 전자기 방사선 소스로 하여금 상기 수신된 피드백 신호에 나타내어진 상기 양성자 빔과 상기 전자기 방사선 빔 사이의 관계에 기초하여 상기 메인 펄스에 대한 상기 프리-펄스의 콘트라스트 비를 변경하게 하도록 구성되는, 양성자 빔을 생성하기 위한 시스템.
The method of claim 1,
The electromagnetic radiation source is configured to generate a main pulse and a pre-pulse, and the at least one processor causes the electromagnetic radiation source to be based on a relationship between the electromagnetic radiation beam and the proton beam represented in the received feedback signal. To change the contrast ratio of the pre-pulse to the main pulse.
제1항에 있어서,
상기 적어도 하나의 프로세서는 상기 전자기 방사선 소스로 하여금 상기 수신된 피드백 신호에 나타내어진 상기 양성자 빔과 상기 전자기 방사선 빔 사이의 관계에 기초하여 상기 전자기 방사선 빔의 에너지를 변경하게 하도록 구성되는, 양성자 빔을 생성하기 위한 시스템.
The method of claim 1,
The at least one processor is configured to cause the electromagnetic radiation source to change the energy of the electromagnetic radiation beam based on a relationship between the electromagnetic radiation beam and the proton beam represented in the received feedback signal. System to create.
제1항에 있어서,
상기 적어도 하나의 프로세서는 상기 전자기 방사선 소스로 하여금 상기 수신된 피드백 신호에 나타내어진 상기 양성자 빔과 상기 전자기 방사선 빔 사이의 관계에 기초하여 상기 전자기 방사선 빔의 공간 프로파일을 변경하게 하도록 구성되는, 양성자 빔을 생성하기 위한 시스템.
The method of claim 1,
The at least one processor is configured to cause the electromagnetic radiation source to change the spatial profile of the electromagnetic radiation beam based on a relationship between the electromagnetic radiation beam and the proton beam represented in the received feedback signal. System for creating.
제1항에 있어서,
상기 적어도 하나의 프로세서는 상기 하나 이상의 광학 구성 요소들로 하여금 상기 수신된 피드백 신호에 나타내어진 상기 양성자 빔과 상기 전자기 방사선 빔 사이의 관계에 기초하여 상기 전자기 방사선 빔의 스폿 크기를 변경하게 하도록 구성되는, 양성자 빔을 생성하기 위한 시스템.
The method of claim 1,
The at least one processor is configured to cause the one or more optical components to change the spot size of the electromagnetic radiation beam based on a relationship between the electromagnetic radiation beam and the proton beam indicated in the received feedback signal. , A system for generating a proton beam.
제1항에 있어서,
상기 적어도 하나의 프로세서는 모터로 하여금 상기 수신된 피드백 신호에 나타내어진 상기 양성자 빔과 상기 전자기 방사선 빔 사이의 관계에 기초하여 상기 전자기 방사선 빔과 상기 이온-생성 타겟 사이의 상대 배향을 변경하게 하도록 구성되는, 양성자 빔을 생성하기 위한 시스템.
The method of claim 1,
The at least one processor is configured to cause a motor to change the relative orientation between the electromagnetic radiation beam and the ion-generating target based on a relationship between the electromagnetic radiation beam and the proton beam indicated in the received feedback signal. A system for generating a proton beam.
제1항에 있어서,
상기 적어도 하나의 프로세서는 하나 이상의 레이저 펌프 소스들의 타이밍을 변경함으로써 상기 전자기 방사선 빔의 상기 시간 프로파일을 변경하도록 구성되는, 양성자 빔을 생성하기 위한 시스템.
The method of claim 1,
The at least one processor is configured to change the temporal profile of the electromagnetic radiation beam by changing the timing of one or more laser pump sources.
제1항에 있어서,
상기 전자기 방사선 소스는 메인 펄스 및 프리-펄스를 생성하도록 구성되고, 상기 적어도 하나의 프로세서는 상기 수신된 피드백 신호에 나타내어진 상기 양성자 빔과 상기 전자기 방사선 빔 사이의 관계에 기초하여 상기 프리-펄스의 타이밍을 제어하도록 구성되는, 양성자 빔을 생성하기 위한 시스템.
The method of claim 1,
The electromagnetic radiation source is configured to generate a main pulse and a pre-pulse, and the at least one processor is configured to generate the pre-pulse based on a relationship between the proton beam and the electromagnetic radiation beam indicated in the received feedback signal. A system for generating a proton beam, configured to control timing.
양성자 빔을 생성하기 위한 시스템으로서,
이온-생성 타겟을 지지하도록 구성된 상호 작용 챔버;
전자기 방사선 빔을 제공하도록 구성된 전자기 방사선 소스;
상기 전자기 방사선 빔을 상기 이온-생성 타겟으로 지향시켜 결과적인 양성자 빔을 발생시키도록 구성된 하나 이상의 광학 구성 요소들;
적어도 하나의 레이저-타겟 상호 작용 특성을 측정하도록 구성된 검출기로서, 상기 레이저-타겟 상호 작용 특성은 2차 전자 방출 특성을 포함하는, 검출기;및
적어도 하나의 프로세서를 포함하고, 상기 적어도 하나의 프로세서는:
상기 검출기에 의해 측정된 상기 적어도 하나의 레이저-타겟 상호 작용 특성에 기초하여 피드백 신호를 수신하고 - 상기 피드백 신호는 상기 양성자 빔과 상기 전자기 방사선 빔 사이의 관계를 나타냄 -; 그리고
상기 수신된 피드백 신호에 기초하여, (A) 상기 전자기 방사선 소스, (B) 상기 하나 이상의 광학 구성 요소들, (C) 상기 이온-생성 타겟에 대한 상기 전자기 방사선 빔의 상대 위치 및 배향 중 적어도 하나
중 적어도 하나 간의 항목을 조정함으로써 상기 양성자 빔을 변경하도록 구성되는, 양성자 빔을 생성하기 위한 시스템.
As a system for generating a proton beam,
An interaction chamber configured to support an ion-generating target;
An electromagnetic radiation source configured to provide a beam of electromagnetic radiation;
One or more optical components configured to direct the electromagnetic radiation beam to the ion-generating target to generate a resulting proton beam;
A detector configured to measure at least one laser-target interaction characteristic, the laser-target interaction characteristic comprising a secondary electron emission characteristic; and
At least one processor, wherein the at least one processor:
Receiving a feedback signal based on the at least one laser-target interaction characteristic measured by the detector, wherein the feedback signal indicates a relationship between the proton beam and the electromagnetic radiation beam; And
Based on the received feedback signal, at least one of (A) the electromagnetic radiation source, (B) the one or more optical components, (C) the position and orientation of the electromagnetic radiation beam relative to the ion-generating target.
A system for generating a proton beam, configured to alter the proton beam by adjusting an item between at least one of.
양성자 빔을 생성하기 위한 방법으로서,
전자기 방사선 빔을 생성하는 단계;
상기 전자기 방사선 빔을 이온-생성 타겟으로 지향시켜 결과적인 양성자 빔을 발생시키는 단계;
검출기로 적어도 하나의 레이저-타겟 상호 작용 특성을 측정하는 단계;
상기 검출기에 의해 측정된 상기 적어도 하나의 레이저-타겟 상호 작용 특성에 기초하여 피드백 신호를 수신하는 단계로서, 상기 피드백 신호는 상기 양성자 빔과 상기 전자기 방사선 빔 사이의 관계를 나타내는, 수신하는 단계; 및
상기 수신된 피드백 신호에 기초하여, (A) 상기 전자기 방사선 소스, (B) 상기 하나 이상의 광학 구성 요소들, (C) 상기 이온-생성 타겟에 대한 상기 전자기 방사선 빔의 상대 위치 및 배향 중 적어도 하나
중 적어도 하나 간의 항목을 조정함으로써 상기 양성자 빔을 변경하는 단계를 포함하고,
상기 양성자 빔을 변경하는 단계는, 하나 이상의 레이저 펌프 소스들의 타이밍을 변경함으로써 상기 수신된 피드백 신호에 나타내어진 상기 양성자 빔과 상기 전자기 방사선 빔 사이의 관계에 기초하여 상기 전자기 방사선 빔의 시간 프로파일을 변경하는 단계를 포함하는, 방법.
As a method for generating a proton beam,
Generating a beam of electromagnetic radiation;
Directing the electromagnetic radiation beam to an ion-generating target to generate a resulting proton beam;
Measuring at least one laser-target interaction characteristic with a detector;
Receiving a feedback signal based on the at least one laser-target interaction characteristic measured by the detector, the feedback signal indicative of a relationship between the proton beam and the electromagnetic radiation beam; And
Based on the received feedback signal, at least one of (A) the electromagnetic radiation source, (B) the one or more optical components, (C) the position and orientation of the electromagnetic radiation beam relative to the ion-generating target.
Modifying the proton beam by adjusting an item between at least one of,
The step of changing the proton beam comprises changing the timing profile of the electromagnetic radiation beam based on the relationship between the electromagnetic radiation beam and the proton beam represented in the received feedback signal by changing the timing of one or more laser pump sources. The method comprising the step of.
제16항에 있어서,
상기 적어도 하나의 레이저-타겟 상호 작용 특성을 측정하는 단계는 (A) 양성자 빔 특성, (B) 2차 전자 방출 특성, (C) x선 방출 특성, (D) 전자기 방사선의 에너지 스펙트럼의 카테고리들 중 적어도 하나의 멤버를 측정하는 단계를 포함하는, 방법.
The method of claim 16,
The measuring of the at least one laser-target interaction characteristic includes (A) proton beam characteristics, (B) secondary electron emission characteristics, (C) x-ray emission characteristics, (D) energy spectrum categories of electromagnetic radiation. Measuring at least one member of.
제16항에 있어서,
상기 전자기 방사선 빔의 상기 시간 프로파일을 변경하는 단계는 상기 전자기 방사선 빔의 처프를 변경함으로써 달성되는, 방법.
The method of claim 16,
Wherein the step of changing the temporal profile of the electromagnetic radiation beam is achieved by changing a chirp of the electromagnetic radiation beam.
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