提供离子束的系统和方法技术方案

用于生成质子束的系统可以包括被引导到离子生成靶上的电磁辐射束。检测器可以被配置为测量激光靶相互作用，处理器可以使用该相互作用来产生用于调节质子束的反馈。为了过滤脉冲离子束的能量和/或为了在期望的时间提供脉冲离子辐射，系统可以包括电磁体和自动开关。质子束系统可用于通过控制质子束与患者之间的相对运动，包括质子束的穿透深度，来利用质子疗法治疗患者。这样的系统减小了质子束生成的大小、复杂性和成本，同时还提高了它们的速度、精度和可配置性。当用于质子疗法时，这些系统使得能够缩短治疗时间，提高患者周转量，对期望的区域进行更精确的治疗，并减少对健康组织的附带损害。

【技术实现步骤摘要】
提供离子束的系统和方法本申请是申请日为2017年10月11日、申请号为201780093793.8(国际申请号为PCT/US2017/056121)、专利技术名称为“提供离子束的系统和方法”的专利技术专利申请的分案申请。
所公开的实施例总体上涉及离子束生成(包括质子束生成)的改进，并且尤其涉及经由电磁辐射束与离子生成靶之间的相互作用的离子束生成。
技术介绍
本公开的方面包括许多系统、子系统、组件和子组件。本文不再重复已知的背景细节。这样的背景信息可以包括以下材料中包含的信息：·2012年7月24日授权Cowan等人的美国专利8,229,075，标题为“TargetsandProcessesforFabricatingSame”；·2013年3月5日授权Zigler等人的美国专利8,389,954，标题为“SystemforFastIonsGenerationandaMethodThereof”；·2013年9月10日授权LeGalloudec的美国专利8,530,852，标题为“Micro-ConeTargetsforProducingHighEnergyandLowDivergenceParticleBeams”；·2014年6月10日授权Cowan等人的美国专利8,750,459，标题为“TargetsandProcessesforFabricatingSame”；·2016年1月12日授权Zigler等人的美国专利9,236,215，标题为“SystemforFastIonsGenerationandaMethodThereof”；·2016年5月17日授权Adams等人的美国专利9,345,119，标题为“TargetsandProcessesforFabricatingSame”；以及·2016年12月27日授权Nahum等人的美国专利9,530,605，标题为“LaserActivatedMagneticFieldManipulationofLaserDrivenIonBeams”。用离子进行的粒子放射疗法可用于治疗疾病。在一种称为质子疗法的粒子疗法的形式中，通过用质子(例如氢离子)照射来治疗肿瘤。质子疗法优于传统的基于光子的疗法(例如X射线和伽马射线疗法)，这部分由于质子和光子与患者组织相互作用的方式。图1示出了对于光子疗法和质子疗法两者作为组织深度的函数的辐射剂量。在粒子可以照射由患者的治疗计划所定义的治疗体积106之前，其通常必须先穿过患者的皮肤和其他健康组织，然后才能到达患者的治疗体积106。这样，粒子会损害健康组织，由此导致不理想的治疗副作用。如图1的曲线102所示，光子(例如X射线)将其大部分能量传送到患者皮肤附近的部位。对于患者体内更深处的肿瘤来说，这种相互作用可能会损害健康组织。另外，一些光子穿过患者的身体并越过治疗体积106，在最终离开患者身体的另一侧之前照射肿瘤之后的更多健康组织。尽管对这些其他健康组织的辐射剂量低于患者皮肤附近的辐射剂量，但这仍然是不理想的。与光子不同，质子与患者的组织展现出非常理想的相互作用。如图1中的曲线104所示，质子与患者组织的峰值相互作用发生在患者体内的更深处，并且在该峰值相互作用之后可能会突然终止。另外，质子与表面组织的相互作用比光子少得多，这意味着大部分质子束的能量可以传送到治疗体积106，并且可以减少对健康组织的照射。质子疗法因此可以利用这些优势向患者的不健康组织进行更精确的能量管理，同时避免对健康组织的损害。例如，与X射线疗法相比，质子疗法可将对周围健康组织的损害降低2至6倍，从而提高患者的生存率和生活质量。与X射线相比，质子可将儿童终生继发癌症的风险降低97％。由于现有的质子疗法系统(该系统通过使用大型且昂贵的粒子加速器生成质子束)的缺陷，商业质子疗法中心目前是罕见的。基于加速器的系统可能非常庞大，并且无法扩展。作为示例，图2示出了基于加速器的质子疗法系统与足球场的近似大小比较。运行基于加速器的系统所固有的能源需求和维护成本也很大。综上，这些缺陷导致了与质子疗法相关联的高昂的建造和维护成本。除了与基于加速器的质子束生成相关联的昂贵成本之外，在这样的系统中，调节质子束的某些特性(例如，束能量和束通量)可能是麻烦且耗时的。这导致了更长的治疗时间和较低的患者周转量，进一步增加了个别治疗的成本，这是由于更少的患者分担了成本负担。因此，目前几乎不存在质子疗法中心，并且部分地由于不能获得质子疗法而使患者经常接受较差的治疗。本公开涉及质子疗法的替代方法。尽管本文公开的实施例考虑了质子束疗法的医学应用，但是本领域普通技术人员将理解，以下描述的新颖的质子束生成方法和系统可以用于需要质子束的任何应用中。
技术实现思路
本文公开的一些实施方式提供了用于改进质子束的生成的方法和系统。例如，所公开的实施例可以例如通过提供改进的速度、精度和可配置性来改善某些常规质子生成技术的缺点，从而允许更有效地并且以较低的成本执行质子束生成。公开的实施例可以进一步减小现有系统的尺寸和复杂性。与本实施例一致，用于生成质子束的系统可包括：相互作用室，其被配置为支撑离子生成靶；电磁辐射源，其被配置为提供电磁辐射束；一个或多个光学组件，其被配置为将电磁辐射束引导到离子生成靶处，由此引起合成的质子束；检测器，其被配置为测量至少一个激光靶相互作用特性；以及至少一个处理器，其被配置为基于由检测器测量的至少一个激光靶相互作用特性来产生反馈信号，并通过调节以下中的至少一个来更改质子束：电磁辐射源、一个或多个光学组件，以及电磁辐射束到离子生成靶的相对位置和取向中的至少一个。一些实施例可以包括一种方法，该方法包括：提供电磁辐射束；将电磁辐射束引导到相互作用室中的离子生成靶处，由此引起合成的质子束；测量至少一个激光靶相互作用特性；并基于至少一个测量的激光靶相互作用特性来产生反馈信号，以通过调节以下中的至少一个来更改质子束：电磁辐射源、一个或多个光学组件，以及电磁辐射束到离子生成靶的相对位置和取向中的至少一个。举例来说，至少一个激光靶相互作用特性可以包括质子束特性(例如，质子束能量或质子束通量)。激光靶相互作用特性可以包括二次电子发射特性，例如x射线发射特性。电磁辐射源可以被配置为提供激光束或例如脉冲电磁辐射束中的一个或多个，以引起脉冲质子束。相互作用室可以包括用于支撑离子生成靶的靶台，并且至少一个处理器可以进一步被配置为引起靶台和电磁辐射束之间的相对运动。可以至少部分地例如基于根据测量的激光靶相互作用特性生成的产生的反馈信号来确定离子生成靶的结构。此外，与本实施例一致，至少一个激光靶相互作用特性可以包括质子束能量。此外，与本实施例一致，至少一个激光靶相互作用特性可以包括质子束通量。此外，与本实施例一致，电磁辐射源可以被配置为响应于反馈信号而更改电磁辐射束的时间分布。此外，与本实施例一致，电磁辐射源可以被配置为生成至少一个主脉冲和预脉冲，并且至少本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于生成质子束的系统，所述系统包括：/n相互作用室，其配置为支撑离子生成靶；/n电磁辐射源，其被配置为提供电磁辐射束；/n一个或多个光学组件，其被配置为将所述电磁辐射束引导到所述离子生成靶处，由此引起合成的质子束；/n检测器，其被配置为测量至少一个激光靶相互作用特性；以及/n至少一个处理器，其被配置为：/n接收基于由所述检测器测量的所述至少一个激光靶相互作用特性的反馈信号，其中所述反馈信号指示所述质子束与所述电磁辐射束之间的关系；以及/n基于所接收的反馈信号，通过调节以下项目中的至少一个来更改所述质子束：/n(A)所述电磁辐射源、/n(B)所述一个或多个光学组件、/n(C)所述电磁辐射束到所述离子生成靶的相对位置和取向中的至少一个；/n其中，更改所述质子束包括基于在所接收的反馈信号中指示的所述质子束与所述电磁辐射束之间的关系并通过更改所述电磁辐射束的啁啾，更改所述电磁辐射束的时间分布。/n

【技术特征摘要】
1.一种用于生成质子束的系统，所述系统包括：
相互作用室，其配置为支撑离子生成靶；
电磁辐射源，其被配置为提供电磁辐射束；
一个或多个光学组件，其被配置为将所述电磁辐射束引导到所述离子生成靶处，由此引起合成的质子束；
检测器，其被配置为测量至少一个激光靶相互作用特性；以及
至少一个处理器，其被配置为：
接收基于由所述检测器测量的所述至少一个激光靶相互作用特性的反馈信号，其中所述反馈信号指示所述质子束与所述电磁辐射束之间的关系；以及
基于所接收的反馈信号，通过调节以下项目中的至少一个来更改所述质子束：
(A)所述电磁辐射源、
(B)所述一个或多个光学组件、
(C)所述电磁辐射束到所述离子生成靶的相对位置和取向中的至少一个；
其中，更改所述质子束包括基于在所接收的反馈信号中指示的所述质子束与所述电磁辐射束之间的关系并通过更改所述电磁辐射束的啁啾，更改所述电磁辐射束的时间分布。


2.根据权利要求1所述的用于生成质子束的系统，其中，所述激光靶相互作用特性包括质子束特性。


3.根据权利要求1所述的用于生成质子束的系统，其中，所述激光靶相互作用特性包括x射线发射特性。


4.根据权利要求1所述的用于产生质子束的系统，其中，所述激光靶相互作用特性包括电磁辐射的能谱。


5.根据权利要求1所述的用于生成质子束的系统，其中，所述相互作用室包括用于支撑所述离子生成靶的靶台，并且所述至少一个处理器还被配置为引起所述靶台与所述电磁辐射束之间的相对运动。


6.根据权利要求2所述的用于生成质子束的系统，其中，所述质子束特性包括质子束能量。


7.根据权利要求2所述的用于生成质子束的系统，其中，所述质子束特性包括质子束通量。


8.根据权利要求1所述的用于生成质子束的系统，其中，所述电磁辐射源被配置为生成主脉冲和预脉冲，并且所述至少一个处理器被配置为基于在所接收的反馈信号中指示的所述质子束与所述电磁辐射束之间的关系，使所述电磁辐射源更改所述预脉冲与主脉冲的对比度。


9.根据权利要求1所述的用于产生质子束的系统，其中，所述至少一个处理器被配置为基于在所接收的反馈信号中指示的所述质子束与所述电磁辐射束之间的关系，使所述电磁辐射源更改所述电磁辐射束的能量。


10.根据权利要求1所述的用于产生质子束的系统，其中，所述至少一个处理器被配置为基于在所接收的反馈信号中指示的所述质子束与所述电磁辐射束之间的关系，使所述电磁辐射源更改所述电磁辐射束的空间分布。


11.根据权利要求1所述的用于产生质子束的系统，其中，所述至少一个处理器被配置为基于在所接收的反馈信号中指示的所述质子束与所述电磁辐射束之间的关系...

【专利技术属性】
技术研发人员：E佩皮尔，A沙汉姆，S艾森曼，Y费伯，Y赫费茨，O沙维特，B温菲尔德，S布林克达南，
申请(专利权)人：希尔应用医学有限公司，
类型：发明
国别省市：以色列;IL