KR-102960473-B1 - 빔 오정렬 검출을 위한 시스템들, 디바이스들 및 방법들

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Abstract

빔 시스템과 관련된 시스템들, 디바이스들, 및 방법들의 실시예들. 빔 시스템의 빔 오정렬을 검출하는 예시적인 방법은 빔 시스템의 주입기 시스템에서 빔 오정렬을 검출하는 것을 포함한다. 예시적인 방법은 빔 시스템의 가속기 시스템에서 빔 오정렬을 검출하는 것을 더 포함한다.

Inventors

벡셀만, 블라디슬라브

Assignees

티에이이 테크놀로지스, 인크.

Dates

Publication Date: 20260506
Application Date: 20210825
Priority Date: 20200826

Claims (20)

빔 주입기에서 빔 오정렬을 검출하는 방법으로서, 상기 빔 주입기의 적어도 하나의 자기 요소로부터의 적어도 하나의 측정 및 상기 빔 주입기의 적어도 하나의 바이어싱된 컴포넌트로부터의 적어도 하나의 측정을 획득하는 단계 - 상기 빔 주입기는 빔 위치 모니터를 포함함 -; 상기 빔 주입기의 적어도 하나의 자기 요소로부터 획득된 상기 적어도 하나의 측정이 정렬 전류 범위로부터 벗어나는 것 또는 상기 빔 주입기의 적어도 하나의 바이어싱된 컴포넌트로부터 획득된 적어도 하나의 측정이 정렬 전압 범위로부터 벗어나는 것 중 하나 이상일 때 상기 빔 주입기를 통해 전파되는 빔이 오정렬된 것으로 결정하는 단계; 및 상기 빔 위치 모니터로부터의 출력 신호가 상기 빔 위치 모니터의 하나 이상의 개별 전극에서의 전류의 제1 크기가 제1 전류 임계값을 초과하거나 그 미만임을 표시할 때 상기 빔 주입기를 통해 전파되는 상기 빔이 오정렬된 것으로 결정하는 단계를 포함하는, 방법.
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제1항에 있어서, 상기 빔 주입기는 하나 이상의 스크레이퍼 부재를 포함하고, 상기 방법은, 상기 하나 이상의 스크레이퍼 부재 중 적어도 하나의 스크레이퍼 부재로부터 하나 이상의 측정을 획득하는 단계; 및 적어도 하나의 스크레이퍼 부재로부터 획득된 상기 하나 이상의 측정이 정렬 임계값으로부터 벗어날 때 상기 빔 주입기를 통해 전파되는 상기 빔이 오정렬된 것으로 결정하는 단계를 더 포함하는, 방법.
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제1항에 있어서, 상기 빔 주입기는 가속기 시스템에 빔을 주입하는, 방법.
제1항에 있어서, 상기 빔이 오정렬된 것으로 결정 시에 상기 빔 주입기를 통해 전파되는 상기 빔을 비활성화시키는 단계를 더 포함하는, 방법.
제1항에 있어서, 상기 빔이 오정렬된 것으로 결정 시에 제어 시스템 또는 컴퓨팅 디바이스에 빔 오정렬을 시그널링하는 단계를 더 포함하는, 방법.
빔 주입기에서 빔 오정렬을 검출하기 위한 시스템으로서, 빔 위치 모니터를 포함하는 빔 주입기; 및 제어 시스템을 포함하고, 상기 제어 시스템은 적어도 하나의 프로세서, 및 명령어들을 저장한 적어도 하나의 메모리를 포함하고, 상기 명령어들은, 상기 적어도 하나의 프로세서에 의해, 상기 제어 시스템을 상기 빔 주입기의 적어도 하나의 자기 요소로부터의 적어도 하나의 측정 및 상기 빔 주입기의 적어도 하나의 바이어싱된 컴포넌트로부터의 적어도 하나의 측정을 획득하고; 상기 빔 주입기의 적어도 하나의 자기 요소로부터 획득된 상기 적어도 하나의 측정이 정렬 전류 범위로부터 벗어나는 것 또는 상기 빔 주입기의 적어도 하나의 바이어싱된 컴포넌트로부터 획득된 적어도 하나의 측정이 정렬 전압 범위로부터 벗어나는 것 중 하나 이상일 때 상기 빔 주입기를 통해 전파되는 빔이 오정렬된 것으로 결정하고; 상기 빔 위치 모니터로부터의 출력 신호가 상기 빔 위치 모니터의 하나 이상의 개별 전극에서의 전류의 제1 크기가 제1 전류 임계값을 초과하거나 그 미만임을 표시할 때 상기 빔 주입기를 통해 전파되는 상기 빔이 오정렬된 것으로 결정하도록 구성하는, 시스템.
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제12항에 있어서, 상기 빔 주입기는 하나 이상의 스크레이퍼 부재를 포함하는, 시스템.
제16항에 있어서, 상기 적어도 하나의 메모리는 명령어들을 저장하고, 상기 명령어들은, 상기 적어도 하나의 프로세서에 의해, 상기 제어 시스템을 상기 하나 이상의 스크레이퍼 부재 중 적어도 하나의 스크레이퍼 부재로부터 하나 이상의 측정을 획득하고; 적어도 하나의 스크레이퍼 부재로부터 획득된 상기 하나 이상의 측정이 정렬 임계값으로부터 벗어날 때 상기 빔 주입기를 통해 전파되는 상기 빔이 오정렬된 것으로 결정하도록 추가로 구성하는, 시스템.
제12항에 있어서, 상기 적어도 하나의 자기 요소는 빔 조향 자석 또는 솔레노이드를 포함하는, 시스템.
제12항에 있어서, 상기 적어도 하나의 바이어싱된 컴포넌트는 이온 소스, 사전-가속기 튜브, 또는 정전 렌즈를 포함하는, 시스템.
제12항에 있어서, 상기 빔 주입기는 가속기 시스템에 빔을 주입하도록 구성되는, 시스템.

Description

빔 오정렬 검출을 위한 시스템들, 디바이스들 및 방법들 관련 출원들에 대한 상호 참조 본 출원은 2020년 8월 26일자로 출원된, 발명의 명칭이 "SYSTEMS, DEVICES, AND METHODS FOR BEAM MISALIGNMENT DETECTION"인 미국 가출원 제63/070,799호 및 2020년 8월 27일자로 출원된, 발명의 명칭이 "SYSTEMS, DEVICES, AND METHODS FOR BEAM MISALIGNMENT DETECTION"인 미국 가출원 제63/071,185호에 대한 우선권을 주장하며, 이들 양 출원의 내용은 모든 목적을 위해 그 전체가 본 명세서에 참조로 포함된다. 분야 본 명세서에 설명된 청구 대상은 일반적으로 가속기 시스템들에서 오정렬된 빔들을 검출, 조정, 및 안전하게 중단하는 시스템들, 디바이스들, 및 방법들에 관한 것이다. 붕소 중성자 포획 요법(boron neutron capture therapy)(BNCT)은 가장 어려운 유형들 중 일부를 비롯한 다양한 유형의 암의 치료 양식이다. BNCT는 붕소 화합물을 이용하여 정상 세포들을 절약하면서 종양 세포들(tumor cells)을 치료하는 것을 선택적으로 목표로 하는 기술이다. 붕소를 함유하는 물질이 혈관에 주입되고, 붕소가 종양 세포들에서 수집된다. 이어서, 환자는 (예를 들어, 중성자 빔 형태의) 중성자들을 이용한 방사선 요법을 받는다. 중성자는 주변 정상 세포들에 대한 피해를 줄이면서, 붕소와 반응하여 종양 세포들을 죽인다. 장기간의 임상 연구는 3-30 킬로전자볼트(keV) 내의 에너지 스펙트럼을 갖는 중성자들의 빔이 환자에 대한 방사선 부하를 감소시키면서 보다 효율적인 암 치료를 달성하는 것이 바람직하다는 것을 입증하였다. 이 에너지 스펙트럼 또는 범위는 종종 에피서멀(epithermal)이라고 지칭된다. 에피서멀 중성자들(예를 들어, 에피서멀 중성자 빔들)의 생성을 위한 가장 통상적인 방법들은 베릴륨(beryllium) 또는 리튬(lithium)(예를 들어, 베릴륨 타깃 또는 리튬 타깃)과 양성자들의 핵 반응들에 기초한다. 정전 가속기들에 기초한 솔루션들의 경우, 빔 진단들은 하전 입자 빔라인 설계의 고유 부분이다. 빔 전송에서의 중요한 작업은 빔이 빔라인 내부에 정확하게 위치되는 것을 보장하는 것이다(예를 들어, 빔라인 컴포넌트들 및 벽들과의 직접적인 빔 상호작용이 없다). 그러한 빔 진단들의 배치 또는 이용의 임의의 영향은 빔 에너지에 비례할 수 있는데, 그 이유는 빔 파괴 전력이 빔 에너지와 함께 올라가기 때문이다. 이것은 빔라인 컴포넌트들뿐만 아니라 빔들에 기초하여 치료를 받는 환자들에 대한 비가역적 손상이 밀리초 시간 스케일로 생성될 수 있는 직류(DC) 빔들의 전송에 대해 특히 그러하다. 따라서, 빔 위치의 연속적인 모니터링은, 오정렬된 것으로서 검출된 빔들을 신속하게 중단하거나 조정하는 능력이기 때문에, 가속기 기반 솔루션들에서 빔 전송으로 성공하는 핵심이다. 이들 및 다른 이유들로 인해, 가속기 기반 솔루션들에서 전송된 오정렬된 빔들의 중단을 안전하게 모니터링하고 가능하게 하는 개선되고, 효율적이며, 콤팩트한 시스템들, 디바이스들, 및 방법들에 대한 필요성이 존재한다. 중성자 빔 시스템들의 가속기 시스템들뿐만 아니라 중성자 빔 시스템들의 주입기 시스템들에서의 빔 오정렬 검출을 위한 시스템들, 디바이스들, 및 방법들의 예시적인 실시예들이 본 명세서에 설명된다. 예시적인 실시예들은 빔 시스템에서의 빔 오정렬의 검출에 관한 것이다. 다양한 실시예들에서, 빔 오정렬은 빔 주입기의 자기 요소로부터 전류 측정(current measurement)을 획득하는 것 또는 빔 주입기의 바이어싱된 컴포넌트의 전압 측정(voltage measurement)을 획득하는 것에 기초하여 빔 시스템의 빔 주입기 또는 주입기 시스템에서 검출될 수 있다. 빔은 전류 측정이 공칭 조건들로부터 벗어날 때 또는 전압 측정이 공칭 조건들로부터 벗어날 때 오정렬된 것으로 결정될 수 있다. 다양한 실시예들에서, 빔 손실들을 평가하기 위해 가속기 시스템의 전하 교환 디바이스와 연관된 다양한 파라미터들뿐만 아니라 가속기 시스템의 입력 빔 전류 및 출력 빔 전류를 획득하는 것에 기초하여 빔 시스템의 가속기 시스템에서 빔 오정렬이 검출될 수 있다. 검출된 빔 손실들이 빔 손실 임계값을 초과할 때, 빔은 오정렬된 것으로 결정될 수 있다. 본 명세서에 설명된 청구 대상의 다른 시스템들, 디바이스들, 방법들, 특징들 및 이점들은 이하의 도면들 및 상세한 설명의 검토시에 본 기술 분야의 통상의 기술자에게 명백할 것이거나 명백해질 것이다. 모든 그러한 추가적인 시스템들, 방법들, 특징들 및 이점들은 본 설명 내에 포함되고, 본 명세서에 설명된 청구 대상의 범주 내에 있고, 첨부된 청구항들에 의해 보호되는 것으로 의도된다. 예시적인 실시예들의 특징들은 청구항들에서의 이들 특징들의 명시적인 인용이 없으면, 첨부된 청구항들을 제한하는 것으로서 결코 해석되어서는 안된다. 본 명세서에 개시된 청구 대상의 상세는, 그 구조 및 동작 모두에 관하여, 첨부 도면들의 연구에 의해 명백할 수 있고, 여기서, 유사한 참조 번호들은 유사한 부분들을 나타낸다. 도면들에서의 컴포넌트들은 반드시 축척비율대로 그려진 것은 아니고, 대신에 청구 대상의 원리들을 예시할 때 강조된다. 또한, 모든 예시들은 개념들을 전달하도록 의도되며, 여기서, 상대적인 크기들, 형상들 및 다른 상세한 속성들은 문자 그대로 또는 정확하게 예시되기보다는 개략적으로 예시될 수 있다. 도 1a는 본 개시내용의 실시예들과 함께 이용하기 위한 중성자 빔 시스템의 예시적인 실시예의 개략도이다. 도 1b는 붕소 중성자 포획 요법(BNCT)에서 이용하기 위한 중성자 빔 시스템의 예시적인 실시예의 개략도이다. 도 2는 본 개시내용의 실시예들과 함께 이용하기 위한 예시적인 사전-가속기 시스템 또는 이온 빔 주입기를 도시한다. 도 3은 도 2에 도시된 이온 빔 주입기 시스템의 빔 위치 모니터(beam position monitor)(BPM)의 예시적인 실시예의 사시도이다. 도 4a는 도 2에 도시된 이온 소스 및 이온 소스 진공 박스의 사시도이다. 도 4b는 도 4a에 도시된 아인젤 렌즈(einzel lens)의 예시적인 실시예를 도시하는 분해 사시도이다. 도 5는 본 개시내용의 실시예들과 함께 이용하기 위한 예시적인 사전-가속기 튜브를 도시한다. 도 6은 본 개시내용의 예시적인 실시예의 예시적인 동작들을 도시한다. 도 7은 본 개시내용의 실시예들이 동작할 수 있는 시스템의 블록도를 도시한다. 도 8은 본 개시내용의 실시예들에 따라 특별히 구성될 수 있는 예시적인 컴퓨팅 장치를 도시한다. 본 청구 대상이 상세히 설명되기 전에, 본 개시내용은 설명된 특정 실시예들로 제한되지 않으며, 그에 따라 물론 변할 수 있다는 것을 이해할 것이다. 본 개시내용의 범위가 첨부된 청구항들에 의해서만 제한될 것이기 때문에, 본 명세서에 이용된 용어가 특정 실시예들을 설명하기 위한 것에 불과하고 제한하기 위한 것이 아니라는 것을 또한 이해할 것이다. 용어 "입자"는 본 명세서에서 광범위하게 이용되고, 달리 제한되지 않는 한, 전자, 양성자(또는 H+ 이온), 또는 중성자, 뿐만 아니라 1개 초과의 전자, 양성자, 및/또는 중성자(예를 들어, 다른 이온들, 원자들, 및 분자들)를 갖는 종(species)을 설명하는데 이용될 수 있다. 붕소 중성자 포획 요법(BNCT)은 암 치료를 위해 높은 에너지(예를 들어, 2-3 메가전자볼트(MeV)) 및 높은 전류(예를 들어, 최대 20 밀리암페어(mA))의 DC 양성자 빔을 배치하는 것을 수반한다. 그러한 강력한 빔은 빔 오정렬, 중단(interruption), 빔라인 컴포넌트들의 실패, 또는 빔 불안정성들의 전개에 의해 트리거되는 해로운 이벤트들의 가능한 생성을 초래할 수 있다. 예를 들어, 빔라인 벽과 빔의 직접적인 상호작용은 밀리초 내에 비가역적 손상을 초래할 수 있다. 본 개시내용의 실시예들은 빔 오정렬의 검출 및 오정렬된 빔의 조정 또는 중단을 위한 방법들을 이용하도록 구성된 빔 진단 및 제어 시스템의 이용을 통해 시스템 동작 동안 그러한 원하지 않는 이벤트들의 모니터링 및 방지를 가능하게 한다. 빔 전송 시뮬레이션들은 전형적으로 공간 및 위상 좌표들에서의 최적 경로로부터의 빔의 편차, 빔 크기 제한들, 빔 에너지 변동 등을 포함하지만 이에 제한되지 않는 다양한 빔 특성들에 대한 "안전한 통로들(safe corridors)"을 결정하기 위해 수행된다. 이러한 시뮬레이션들은 초기 조건들의 불확실성과 적용된 방법들의 본질적인 부정확성으로 인해 복잡하고 때로는 정확도가 불충분하지만, 결과에 대한 확신을 얻기 위해 시뮬레이션들을 실험들로 벤치마킹할 수 있다. 시뮬레이션 결과들의 벤치마킹은 비침습적 진단 툴을 통해 달성가능한 머신 또는 시스템 커미셔닝 및 동작 동안 정확한 빔 특성화 및 모니터링에 의존한다. 빔 특성들의 비침습적 측정은, 특히 (침습적 진단이 부적절한) 고전력 DC 빔들의 경우, 수행하기에 어렵다. 빔라인을 따라 작용하는 공간 제한들 및 다른 제약들을 고려하면, 빔 진단들의 실제 세트는 빔에 관한 부분 정보만을 전달할 수 있다. 본 개시내용의 예시적인 실시예들은 신뢰성 있는 인터로크 시스템 및 방법들이 빔 전송의 안전성 및 신뢰성을 인증할 수 있게 함으로써 빔의 그러한 스폿형 커버리지(spot-like coverage)를 극복한다. 본 명세서에 설명된 실시예들은 필요한 경우 빔 중단의 개시가 뒤따르는 빔 진단들로부터의 관련 신호들의 시기 적절하고 신뢰성 있는 해석을 가능하게 한다. 본 명세서에 설명된 실시예들은 측정 동안 최소 빔 섭동 또는 교란을 야기하는 전용의 비침습적 또는 최소 침습적 빔 진단들을 포함할 수 있다. 즉, 인터셉티브(interceptive) 또는 침습적 빔 진단들을 이용하는 빔 측정들은 빔-프로브 상호작용을 통해 빔 특성들에 영향을 미친다. 예를 들어, 빔 공간 및 위상 프로파일들은 일반적으로 빔 에너지뿐만 아니라 빔 특성들에도 영향을 받는다. 따라서, 인터셉티브 또는 침습적 빔