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公開番号2025032299
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-03-11
出願番号2024217443,2022512784
出願日2024-12-12,2020-08-28
発明の名称ビーム位置監視およびビーム撮像のためのシステム、デバイス、ならびに方法
出願人ティーエーイーテクノロジーズ, インコーポレイテッド
代理人個人,個人,個人,個人,個人
主分類G21K 5/04 20060101AFI20250304BHJP(核物理;核工学)
要約【課題】好適なビーム位置監視およびビーム撮像のためのシステム、デバイス、方法を提供すること。
【解決手段】システム、デバイス、方法の実施形態は、ビームライン内のビーム不整合を検出するための高速ビーム位置監視に関する。ある実施例では、高速ビーム位置モニタが、ビームラインの構成要素の内部の中に延在する複数の電極を含む。高速ビーム位置モニタは、ビームハロ電流に基づいて、ビームラインの構成要素を通して通過する、ビームの位置を検出するように構成される。本システム、デバイス、および方法の実施形態はさらに、ビームラインに沿って前進する、ビームのパラメータを非侵襲的に監視することに関する。実施例では、ガスが、ビームラインに沿って、圧送チャンバの中に吹送される。1つまたはそれを上回るビームパラメータが、ビームラインを通して前進するビームのエネルギービーム微粒子の衝突から結果として生じる、蛍光から測定される。
【選択図】図1A
特許請求の範囲【請求項１】
ビーム撮像診断器システムであって、前記ビーム撮像診断器システムは、
圧送チャンバに結合され、前記圧送チャンバの内部の中に延在し、前記圧送チャンバのビーム伝搬軸に直交して配向される２つまたはそれを上回る撮像構成要素であって、前記圧送チャンバは、ビームラインに沿って位置付け可能であり、前記２つまたはそれを上回る撮像構成要素は、ガスの入射を用いて、前記ビームラインを通して前進するビームを実質的に非侵襲的に監視するように構成される、２つまたはそれを上回る撮像構成要素と、
前記圧送チャンバから延在し、通路を前記圧送チャンバの中に提供するガス吹送ポートと
を備える、ビーム撮像診断器システム。
続きを表示（約 1,000 文字）【請求項２】
前記ビーム撮像診断器システムは、前記ビームラインを通して前進する前記ビームのビームパラメータを監視するように構成され、前記ビームパラメータは、サイズ、場所、傾斜度、またはプロファイルのうちの１つまたはそれを上回るものを備える、請求項１に記載のビーム撮像診断器システム。
【請求項３】
前記２つまたはそれを上回る撮像構成要素は、調節可能検出器暴露時間、またはレンズと結合されるカメラのうちの１つまたはそれを上回るものを備える、請求項１に記載のビーム撮像診断器システム。
【請求項４】
光学管が、間接的または直接的のうちの１つまたはそれを上回るものによって、前記レンズと結合され、前記カメラから最も遠い前記光学管の端部は、開口を備える、請求項３に記載のビーム撮像診断器システム。
【請求項５】
前記開口は、前記カメラと合致され、そうでなければ前記カメラのカメラセンサに到達し得る背景光の大部分を遮断するように構成される、請求項４に記載のビーム撮像診断器システム。
【請求項６】
前記２つまたはそれを上回る撮像構成要素はさらに、前記光学管と前記レンズとの間に位置付けられる干渉帯域通過フィルタを備える、請求項４に記載のビーム撮像診断器システム。
【請求項７】
前記調節可能検出器暴露時間は、最高可能信号対雑音比（ＳＮＲ）を維持しながら、可能な限り多くの信号の蓄積を提供するように調節可能である、請求項３に記載のビーム撮像診断器システム。
【請求項８】
前記ガス吹送ポートは、ガス弁によって駆動され、前記ガス弁は、吹送されるガスの量および前記ガスの量が前記圧送チャンバの中に吹送される時間を制御するように構成される、請求項１に記載のビーム撮像診断器システム。
【請求項９】
前記ガス弁はさらに、ガスの均一分布が前記２つまたはそれを上回る撮像構成要素の視野内で達成されるように、前記圧送チャンバの中に吹送されるガスの場所を制御するように構成される、請求項８に記載のビーム撮像診断器システム。
【請求項１０】
前記カメラは、時間分解能、信号対雑音比、またはサイズのうちの１つまたはそれを上回るものを備える、請求項３に記載のビーム撮像診断器システム。
（【請求項１１】以降は省略されています）
発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
（関連出願の相互参照）
本願は、その全てが、参照することによってその全体として本明細書に組み込まれる、「ＳＹＳＴＥＭＳ，ＤＥＶＩＣＥＳ，ＡＮＤＭＥＴＨＯＤＳＦＯＲＦＡＳＴＢＥＡＭＰＯＳＩＴＩＯＮＭＯＮＩＴＯＲＩＮＧ」と題され、２０２０年８月１３日に出願された、米国仮出願第６３／０６５，４４８号、「ＳＹＳＴＥＭＳ，ＤＥＶＩＣＥＳ，ＡＮＤＭＥＴＨＯＤＳＦＯＲＧＡＳＰＵＦＦＢＥＡＭＩＭＡＧＩＮＧ」と題され、２０２０年８月１３日に出願された、米国仮出願第６３／０６５，４４２号、「ＳＹＳＴＥＭＳ，ＤＥＶＩＣＥＳ，ＡＮＤＭＥＴＨＯＤＳＦＯＲＦＡＳＴＢＥＡＭＰＯＳＩＴＩＯＮＭＯＮＩＴＯＲＩＮＧ」と題され、２０１９年８月３０日に出願された、米国仮出願第６２／８９４，２９０号、および「ＳＹＳＴＥＭＳ，ＤＥＶＩＣＥＳ，ＡＮＤＭＥＴＨＯＤＳＦＯＲＧＡＳＰＵＦＦＢＥＡＭＩＭＡＧＩＮＧ」と題され、２０１９年８月３０日に出願された、米国仮出願第、６２／８９４，２２０号の優先権を主張する。
続きを表示（約 2,000 文字）【０００２】
本明細書に説明される主題は、概して、ビームシステムに関し、特に、ビームシステムの荷電粒子ビームラインのビーム診断器に関し、さらに特に、ビームライン内のビーム不整合の検出のための高速ビーム位置監視を促進するためのシステムおよび方法に関する。主題はさらに、非侵襲的ビーム診断器を促進するためのシステムおよび方法に関する。
【背景技術】
【０００３】
ホウ素中性子捕捉療法（ＢＮＣＴ）は、最も困難なタイプのうちのいくつかを含む、種々のタイプの癌の治療のモダリティである。ＢＮＣＴは、ホウ素化合物を使用して、正常細胞を避けながら、腫瘍細胞を治療するように選択的に照準する、技法である。ホウ素を含有する、物質が、血管の中に注入され、ホウ素が、腫瘍細胞内に集中する。患者は、次いで、（例えば、中性子ビームの形態における）中性子を用いた放射線療法を受ける。中性子は、ホウ素と反応し、正常細胞への害を低減または排除させながら、腫瘍細胞を死滅させる。長期臨床研究は、３～３０キロ電子ボルト（ｋｅＶ）以内のエネルギースペクトルを伴う、中性子のビームが、患者への放射線負荷を減少させながら、より効率的癌治療を達成するために好ましくあり得ることを証明している。本エネルギースペクトルまたは範囲は、頻繁に、熱外と称される。
【０００４】
熱外中性子（例えば、熱外中性子ビーム）の発生のための大部分の従来の方法は、陽子（例えば、陽子ビーム）とベリリウムまたはリチウム（例えば、ベリリウム標的またはリチウム標的）のいずれかの核反応に基づく。
【０００５】
静電加速器に基づく解決策に関して、ビーム診断器は、荷電粒子ビームライン設計の固有の部分である。ビーム移送における重要なタスクは、ビームがビームラインの内側に正しく位置付けられる（例えば、ビームライン構成要素および壁との直接ビーム相互作用が存在しない）ことを確実にすることである。そのようなビーム診断器の設置または使用の任意の影響は、ビームの破壊的電力がビームエネルギーに伴って上昇するにつれて、ビームエネルギーに比例し得る。これは、特に、ビームライン構成要素への不可逆的損傷がミリ秒の時間スケールで生成され得る、直流（ＤＣ）ビームの移送に当てはまる。したがって、ビーム位置の持続的監視は、加速器ベースの解決策におけるビーム移送の成功にとって重要である。
【０００６】
二次放出モニタのアレイに基づく、従来のビーム位置モニタ（ＢＰＭ）は、ミリメートル分解能を伴って、信頼性のある動作を実証する。しかしながら、従来のＢＰＭは、そのプローブ（薄箔）とビームの直接相互作用に起因して、比較的に低ビーム電力受容閾値を有する。故に、二次放出モニタのアレイに基づく、ビーム監視は、最大３．５メガワット（ＭＷ）のビームにとって好ましくない。
【０００７】
非破壊的ビーム位置モニタ（ＢＰＭ）は、典型的には、ビームインピーダンスの検出に基づく。そのような非破壊的ＢＰＭは、主に、容量タイプＢＰＭ（例えば、線形切断、ボタンタイプ、およびストリップラインＢＰＭ）である。そのようなビームインピーダンス検出デバイスの動作の原理は、その使用がパルス状ビームに限定される結果をもたらす。
【０００８】
従来のシステムは、１）ＤＣビームと正常に動作することが不可能である、２）ミリ秒の応答時間を欠いている、３）核あたり最大２．５メガ電子ボルト（ＭｅＶ）の電力を有する、ビームを受容することが不可能である、４）簡略化を欠いている、かつ５）信頼性を欠いていると考えられる。
【０００９】
加速器ベースの解決策に関して、そのようなビーム診断器の成果はまた、ビームライン要素の配列および制御、ビーム成形、ビーム集束、ビーム屈曲、ビームライン要素の清掃および回転、ビーム監視および統計等のために広範に使用される、ビームパラメータおよび特性についての情報を提供することを含む。従来、大部分の開発および利用されているビーム診断器は、侵襲的診断と称され得るものであって、（例えば、測定のプロセスの間の）ビームへのその影響は、一般に、１つまたはそれを上回るビームパラメータの望ましくない摂動をもたらす。
【００１０】
ビームサイズおよび断面プロファイルを測定するための従来の侵襲的ビーム診断器は、スリットグリッドおよびアリソンエミッタンススキャナ、ワイヤビームプロファイラ、ならびに同等物を含む。しかしながら、そのような侵襲的ビーム診断器は、それらが、ａ）典型的には、短持続時間後、ビームの望ましくない終了をもたらすように、ビームを摂動させ、ｂ）ビーム微粒子との直接相互作用に起因して、容認可能ビーム電力の観点から限定されるため、リアルタイムビーム追跡のためにあまり好適ではない。
（【００１１】以降は省略されています）

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