JP2023541127A - 中性子ビーム発生のための標的表面上のイオンビーム経路 - Google Patents

Abstract

システム、デバイス、および方法の実施形態は、標的を横断して陽子ビームを走査するためのラスタプロファイルを選択することに関する。ラスタプロファイルは、性能指数の値に基づいて、複数の可能性として考えられるラスタプロファイルの中から選択される。ビームが、標的表面を横断して指向され、異なる半径方向配向において１回またはそれを上回る回数繰り返されるパターンを形成し、走査プロファイルを形成する。標的温度が、走査プロファイルに従って、標的表面を横断してビームを走査する間に監視される。走査パラメータは、標的損傷を回避し、熱性能を改良し、粒子負荷を最適化するために、変更可能である。

Description

（関連出願の相互参照）
本願は、その内容が、参照することによって本明細書に組み込まれる、２０２０年８月２６日に出願された米国仮出願第６３／０７０，７８９号の利益を主張する。

本明細書に説明される主題は、概して、標的表面上のイオンビーム経路を判定および指向するためのシステム、デバイス、ならびに方法に関し、より具体的には、中性子ビーム発生のための標的表面上のイオンビーム経路を判定および指向するためのシステム、デバイス、ならびに方法に関する。

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。ホウ素化合物は、種々の細胞タイプによる効率的な取込および腫瘍細胞等の標的部位における選択的薬物蓄積を可能にする。ホウ素を装填した細胞は、（例えば、中性子ビームの形態における）中性子を用いて照射されることができる。中性子は、ホウ素と反応し、腫瘍細胞を死滅させる。

ＢＮＣＴのための中性子ビームは、陽子ビーム等のイオンビームを用いて好適な標的を照射することによって発生されることができる。イオンは、標的内の原子核と反応し、ＢＮＣＴのために使用され得る中性子のビームを放出する。長い周期にわたるイオンビームへの標的の暴露は、標的および結果として生じる中性子ビームの劣化をもたらし得る。標的は、交換されることができるが、高価であり、システム中断時間をもたらし得る。故に、温度限界を下回って標的の機能性を延長し、システム中断時間を低減させるための改良された陽子ビーム送達の必要性が、存在する。

本明細書に説明されるシステム、デバイス、および方法の例示的実施形態は、標的表面を横断してイオンビーム（例えば、陽子ビーム）を走査するためのプロファイルの選択に関する。いくつかの実装では、標的表面を横断するビーム経路は、第１のパターンを形成する。基本パターンまたはサイクルとも呼ばれる、パターンは、パターンの第１の事例と異なる半径方向配向において１回またはそれを上回る回数繰り返され、走査プロファイルを形成する。ここでは、「半径方向」配向は、円筒座標系における方位、または代替として、円周方向を指す。実施形態は、相互から半径方向にオフセットされる、第１のビームパターンの少なくとも２つの事例を含む。ビームパターンの種々の事例は、走査プロファイルが、規則的な半径方向間隔において時計回転されるパターンの事例を含むように、一定の量だけオフセットされることができる。実施形態は、他の利点の中でもとりわけ、熱性能および粒子負荷を改良するように構成される、算出モデル化に基づく。例えば、算出モデル化は、標的上の粒子負荷の均一性を改良するビーム走査（またはラスタ）プロファイルの選択を可能にすることができる、および／または標的のピーク過渡温度を低減させる（例えば、最小限にする）走査プロファイルの選択を可能にすることができる。算出モデルは、ビームのサイズおよび形状等のいくつかのビームパラメータの標的に対する熱的効果を示す。算出モデルは、標的を包含するメッシュ状空間を含むことができる。メッシュは、標的上の熱負荷がモデル化される、３次元グリッドから成る。温度値は、グリッドの各「ピクセル」（要素）において１次元熱輸送方程式を解くことによって取得される。１次元熱輸送方程式は、ピクセルの間のクロストークまたはピクセルの間の側方熱伝導が無視できると仮定されることを考慮して、ピクセルの深さを通した熱輸送に関して解かれる。１次元熱輸送微分方程式を解くために使用される数値的アプローチは、有限要素および有限差分法を含む。有限要素および有限差分技法のいずれかに関して、標的は、グリッドの一部として平面図において表される。グリッドは、各次元において同一の単位セルサイズを有することができる、または各次元におけるサイズは、異なることができる。分解能は、研究中のシステムの物理的能力に合わせて、異なるサイズおよび構造のビームをモデル化する能力を提供するように選択されることができる。算出モデルは、閾値周期を超える、陽子ビームへの標的の単一の場所の連続した暴露の間の最小遅延を有する、陽子ビームのための経路を定義する走査プロファイルの選択を可能にする。選択されたプロファイルは、複数のローブを含む、トロコイド形状に基づく経路を定義することができる。算出モデルは、トロコイド形状の異なるローブの間で陽子ビームの様々な角周波数を有するプロファイルの選択を可能にする。算出モデルは、標的表面を横断する陽子ビームの様々な角速度を有するプロファイルの選択を可能にする。算出モデルは、標的表面を横断する陽子ビームの様々な線速度を有する走査プロファイルの選択を可能にする。

一側面では、本書は、第１の経路に沿って標的の走査可能表面を横断してビームを走査し、第２の経路に沿って標的の走査可能表面を横断してビームを走査し、第１の経路は、第１の半径方向配向において第１のパターンを形成し、第２の経路は、実質的に、第１の半径方向配向と異なる第２の半径方向配向において第１のパターンを形成する、方法を説明する。ビームは、第１および第２の経路に沿って走査する間、パルス化されることができる。ビームは、第１および第２の経路に沿って走査する間、連続的に伝搬する。ビームは、第１のパターンにおいて、走査可能表面の内側領域から外側領域に移動し、内側領域に戻る。ビームは、第１のパターンにおいて、走査可能表面の外側領域から内側領域に移動し、外側領域に戻る。第１のパターンは、螺旋と、螺旋の鏡像とを含むことができる。第１のパターンは、第１の半体と、第２の半体とを有し、第１および第２の半体は、対称である。第１のパターンは、連続的に湾曲することができる。第１のパターンは、開始場所と、停止場所とを有し、開始場所は、停止場所にある、またはそれに隣接し得る。第１の半径方向配向は、第２の半径方向配向と１８０度だけ異なる。動作はさらに、第３の経路に沿って標的の走査可能表面を横断してビームを走査するステップであって、第３の経路は、第１および第２の半径方向配向と異なる第３の半径方向配向において第１のパターンを形成する、ステップを含むことができる。第１、第２、および第３の半径方向配向は、１２０度だけ異なる。動作はさらに、第４の経路に沿って標的の走査可能表面を横断してビームを走査するステップであって、第４の経路は、第１、第２、および第３の半径方向配向と異なる第４の半径方向配向において第１のパターンを形成する、ステップを含むことができる。第１、第２、第３、および第４の半径方向配向は、９０度だけ異なる。動作はさらに、第５の経路に沿って標的の走査可能表面を横断してビームを走査するステップであって、第５の経路は、第１、第２、第３、および第４の半径方向配向と異なる第５の半径方向配向において第１のパターンを形成する、ステップを含むことができる。第１、第２、第３、第４、および第５の半径方向配向は、７２度だけ異なる。第１の経路は、サイクルの第１の事例に対応し、第２の経路は、サイクルの第２の事例に対応する。いくつかの実装では、サイクルの第１の事例およびサイクルの第２の事例の走査は、閉ループを形成する。ビームは、陽子ビームであり得る。走査可能表面は、リチウムまたはベリリウム表面であり得る。標的は、走査されると、中性子を発生させる。ビームは、円形断面プロファイルを有する。ビームは、楕円形断面プロファイルを有する。ビームは、環状断面プロファイルを有する。ビームは、中空断面プロファイルを有する。動作は、ホウ素中性子捕捉療法（ＢＮＣＴ）を実施する。ビームは、イオン源と、イオン源と結合される、第１のビームラインと、第１のビームラインと結合される、タンデム加速器と、タンデム加速器と結合される、第２のビームラインと、第２のビームラインと結合される、標的とを含む、ビームシステムによって発生されることができる。パターンは、走査可能表面の大部分をビームに暴露する。第２の経路は、第１の半径方向配向と異なる第２の半径方向配向において第１のパターンを形成する。

別の側面では、本書は、第１の経路に沿って標的の走査可能表面を横断してビームを走査するステップと、第２の経路に沿って標的の走査可能表面を横断してビームを走査するステップであって、第１の経路は、第１の半径方向配向において第１のパターンを形成し、第２の経路は、第１の半径方向配向と異なる第２の半径方向配向において第２のパターンを形成し、第１および第２のパターンは、異なる半径方向配向を除いて実質的に同一である、ステップとを含む、ビームを動作させる方法を説明する。第１および第２のパターンは、異なる半径方向配向を除いて同一である。

別の側面では、本書は、メモリと通信可能に結合されるプロセッサを含む、コンピューティングデバイスであって、メモリは、プロセッサによって実行されると、プロセッサに、第１の経路に沿った標的の走査可能表面を横断するビームの移動を制御させ、第２の経路に沿った標的の走査可能表面を横断するビームの移動を制御させ、第１の経路は、第１の半径方向配向において第１のパターンを含むことができ、第２の経路は、実質的に、第１の半径方向配向と異なる第２の半径方向配向において第１のパターンを含むことができる、複数の命令を記憶する、コンピューティングデバイスを含む、ビームシステムを説明する。第１の経路は、第１のパターンにおいて、走査可能表面の内側領域から外側領域に通過し、内側領域に戻る。第１の経路は、第１のパターンにおいて、走査可能表面の外側領域から内側領域に通過し、外側領域に戻る。第１のパターンは、螺旋と、螺旋の鏡像とを含むことができる。第１のパターンは、第１の半体と、第２の半体とを含むことができ、第１および第２の半体は、対称である。第１のパターンは、連続的に湾曲することができる。第１のパターンは、開始場所と、停止場所とを含むことができ、開始場所は、停止場所にある、またはそれに隣接し得る。第１の半径方向配向は、第２の半径方向配向と１８０度だけ異なる。複数の命令はさらに、プロセッサによって実行されると、プロセッサに、第３の経路に沿った標的の走査可能表面を横断するビームの移動を制御させ、第３の経路は、第１および第２の半径方向配向と異なる第３の半径方向配向において第１のパターンを含むことができる。第１、第２、および第３の半径方向配向は、１２０度だけ異なる。複数の命令はさらに、プロセッサによって実行されると、プロセッサに、第４の経路に沿った標的の走査可能表面を横断するビームの移動を制御させ、第４の経路は、第１、第２、および第３の半径方向配向と異なる第４の半径方向配向において第１のパターンを含むことができる。第１、第２、第３、および第４の半径方向配向は、９０度だけ異なる。本システムの複数の命令はさらに、プロセッサによって実行されると、プロセッサに、第５の経路に沿った標的の走査可能表面を横断するビームの移動を制御させ、第５の経路は、第１、第２、第３、および第４の半径方向配向と異なる第５の半径方向配向において第１のパターンを含むことができる。第１、第２、第３、第４、および第５の半径方向配向は、７２度だけ異なる。複数の命令はさらに、プロセッサによって実行されると、プロセッサに、第６の経路に沿った標的の走査可能表面を横断するビームの移動を制御させ、第６の経路は、第１、第２、第３、第４、および第５の半径方向配向と異なる第６の半径方向配向において第１のパターンを含むことができる。第１、第２、第３、第４、第５、および第６の半径方向配向は、６０度だけ異なる。ビームは、陽子ビームであり得る。走査可能表面は、リチウム層またはベリリウム層の表面であり得る。標的は、走査されると、中性子を発生させる。ビームは、円形プロファイルを含むことができる。ビームは、楕円形プロファイルを含むことができる。ビームは、環状プロファイルを含むことができる。ビームは、中空プロファイルを含むことができる。動作は、ホウ素中性子捕捉療法（ＢＮＣＴ）において実施される。ビームは、イオン源と、イオン源と結合される、第１のビームラインと、第１のビームラインと結合される、タンデム加速器と、タンデム加速器と結合される、第２のビームラインと、第２のビームラインと結合される、標的とを含む、ビームシステムによって発生されることができる。第１のパターンは、走査可能表面の大部分をビームに暴露する。第２の経路は、第１の半径方向配向と異なる第２の半径方向配向において第１のパターンを形成する。

別の側面では、本書は、標的を横断して陽子ビームを走査するためのラスタプロファイルを選択するためのコンピュータ実装方法を説明し、本方法は、コンピュータ処理システムを使用して、標的を横断して陽子ビームを走査するための複数の可能性として考えられるラスタプロファイルを確立するステップであって、複数の可能性として考えられるラスタプロファイルはそれぞれ、１つまたはそれを上回るビームパラメータを含み、１つまたはそれを上回るビームパラメータはそれぞれ、陽子ビームの性質を特徴付け、１つまたはそれを上回る経路パラメータは、標的を横断する陽子ビームの経路を特徴付ける、ステップと、コンピュータ処理システムを使用して、標的を特徴付ける１つまたはそれを上回る標的パラメータを確立するステップと、コンピュータ処理システムを使用して、可能性として考えられるビームラスタプロファイル毎に性能指数の値を計算するステップであって、性能指数は、対応する可能性として考えられるラスタプロファイルに関する陽子ビームによる標的の熱負荷に基づき得る、ステップと、コンピュータ処理システムを使用して、性能指数の値に基づいて、複数の可能性として考えられるラスタプロファイルの中からあるラスタプロファイルを選択するステップと、選択されたラスタプロファイルに従って、標的を横断して陽子ビームを指向するステップとを含む。性能指数に関する値を計算するステップは、可能性として考えられるラスタプロファイル毎に、対応するラスタプロファイルに関する各離散部分における熱負荷と陽子流束との間の線形関係に基づいて、標的の複数の離散部分のそれぞれにおける熱負荷を計算するステップを含むことができる。各離散部分は、陽子ビームの寸法よりも小さくあり得る、陽子ビームの経路内の標的の表面の面積に対応する。各離散部分における熱負荷は、その上に陽子ビームが入射し得る標的の表面から離れた標的の深さを通した熱伝達に基づいて計算されることができる。性能指数は、標的のピーク温度、標的の温度変化、標的の平均温度、および標的の使用効率から成る群から選択されることができる。１つまたはそれを上回るビームパラメータは、ビーム寸法、ビーム形状、およびビーム構造から成る群から選択される。ビーム寸法は、１０ｍｍ～３０ｍｍの範囲内であり得る。ビーム形状は、円形または楕円形であり得る。ビームの構造は、円形または環状であり得る。１つまたはそれを上回る経路パラメータは、陽子ビームの経路と関連付けられる周波数、標的の表面を横断する陽子ビームの線速度、陽子ビームの経路のスーパーサイクルにおける半径方向走査層の数、および陽子ビームの経路のスーパーサイクルの数から成る群から選択されることができる。１つまたはそれを上回る標的パラメータは、標的表面積、標的厚、および標的組成から成る群から選択される。標的は、リチウムの層またはベリリウムの層を含むことができる。標的は、リチウムの層またはベリリウムの層を支持する、金属の層を含むことができる。選択するステップは、陽子ビームのオペレータに可能性として考えられるラスタプロファイルのリストを提示し、コンピュータシステムを介して、オペレータによるリストからの選択を受信するステップを含むことができる。動作はさらに、標的の１つまたはそれを上回る性質を測定し、標的の測定された性質に基づいて、ラスタプロファイルを選択するステップを含むことができる。標的の１つまたはそれを上回る性質は、標的上の１つまたはそれを上回る場所における標的の温度を備える。動作はさらに、ビームの１つまたはそれを上回る性質を測定し、ビームの測定された性質に基づいて、ラスタプロファイルを選択するステップを含むことができる。ビームの１つまたはそれを上回る性質は、標的から上流で測定される。選択されたラスタプロファイルは、閾値周期を超える、陽子ビームへの標的の単一の場所の連続した暴露の間の最小遅延を有する、陽子ビームのための経路を定義する。選択されたラスタプロファイルは、トロコイド形状に基づく経路を定義する。トロコイド形状は、複数のローブを含むことができる。陽子ビームの角周波数は、トロコイド形状の異なるローブに対して変動する。選択されたラスタプロファイルは、標的表面を横断する陽子ビームの様々な角速度を含むことができる。選択されたラスタプロファイルは、標的表面を横断する陽子ビームの様々な線速度を含むことができる。

別の側面では、本書は、第１のラスタプロファイルに従って、標的の表面を横断して陽子ビームを走査する間、標的の温度を監視するステップと、監視された温度に基づいて、走査を第１のラスタプロファイルから第２のラスタプロファイルに変更するステップとを含み、第２のラスタプロファイルおよび第１のラスタプロファイルは、第１および第２のラスタプロファイルによる標的の熱負荷のコンピュータモデルに従って、標的の異なる加熱プロファイルをもたらす、コンピュータ実装方法を説明する。走査は、陽子ビームの人間オペレータによる複数のラスタプロファイルの中からの第２のラスタプロファイルの選択に応答して変更されることができる。走査は、フィードバックまたはフィードフォワードアルゴリズムに従って、自動的に変更されることができる。温度は、標的の複数の離散的場所において監視されることができる。温度は、標的の熱画像を取得することによって監視されることができる。

別の側面では、本書は、スーパーサイクルにおいて標的の走査可能表面を横断して荷電粒子ビームを走査するステップであって、スーパーサイクルは、複数のサイクルを含むことができ、複数のサイクルの各サイクルは、同一の形状および異なる方位配向を有し、複数のサイクルは、荷電粒子ビームの経路が、閉ループにおいて複数のサイクルを通過するように、ともに連結される、ステップを含む、ビームを動作させる方法を説明する。複数のサイクルは、相互から１８０度だけ方位角的にオフセットされる、２つのサイクルを含むことができる。複数のサイクルは、相互から１２０度だけ方位角的にオフセットされる、３つのサイクルを含むことができる。複数のサイクルは、相互から９０度だけ方位角的にオフセットされる、４つのサイクルを含むことができる。

本明細書に説明される主題の他のシステム、デバイス、方法、特徴、および利点は、以下の図および詳細な説明の検討に応じて、当業者に明白である、または明白となるであろう。全てのそのような付加的システム、方法、特徴、および利点が、本説明内に含まれ、本明細書に説明される主題の範囲内であり、付随の請求項によって保護されることを意図している。それらの特徴の明確な列挙が請求項内に不在であっても、いかようにも、例示的実施形態の特徴は、添付される請求項を限定するものとして解釈されるべきではない。

その構造および動作の両方に関する、本明細書に記載される主題の詳細は、同様の参照番号が同様の部分を指す、付随の図の精査によって明白となり得る。図中のコンポーネントは、必ずしも縮尺通りではなく、代わりに、主題の原理を図示することに重点が置かれている。また、全ての図示は、概念を伝えることを意図しており、相対的サイズ、形状、および他の詳述される属性は、文字通りまたは精密にではなく、図式的に図示され得る。

図１Ａは、本開示による、中性子ビームシステムの例示的実施形態の概略図である。

図１Ｂは、ホウ素中性子捕捉（ＢＮＣＴ）における使用のための中性子ビームシステムの例示的実施形態の概略図である。

図２Ａは、標的の例示的実施形態の斜視図である。

図２Ｂは、図２Ａの線２Ｂ－２Ｂに沿って得られる、断面図である。

図２Ｃは、標的の別の例示的実施形態の断面図である。

図３Ａは、本主題による、第１のパターンを形成するビーム経路の実施例の概略図である。

図３Ｂ－３Ｃは、それぞれ、楕円形および円形ビーム断面プロファイルを伴う例示的ビーム経路の概略図である。 図３Ｂ－３Ｃは、それぞれ、楕円形および円形ビーム断面プロファイルを伴う例示的ビーム経路の概略図である。

図４Ａ－４Ｇは、異なる半径方向配向において繰り返されるビームパターンの複数の事例を有する、走査プロファイルの例示的実施形態である。 図４Ａ－４Ｇは、異なる半径方向配向において繰り返されるビームパターンの複数の事例を有する、走査プロファイルの例示的実施形態である。 図４Ａ－４Ｇは、異なる半径方向配向において繰り返されるビームパターンの複数の事例を有する、走査プロファイルの例示的実施形態である。 図４Ａ－４Ｇは、異なる半径方向配向において繰り返されるビームパターンの複数の事例を有する、走査プロファイルの例示的実施形態である。 図４Ａ－４Ｇは、異なる半径方向配向において繰り返されるビームパターンの複数の事例を有する、走査プロファイルの例示的実施形態である。 図４Ａ－４Ｇは、異なる半径方向配向において繰り返されるビームパターンの複数の事例を有する、走査プロファイルの例示的実施形態である。 図４Ａ－４Ｇは、異なる半径方向配向において繰り返されるビームパターンの複数の事例を有する、走査プロファイルの例示的実施形態である。

図５Ａおよび５Ｂは、本開示による、標的を含むコンピュータモデルの実施例である。 図５Ａおよび５Ｂは、本開示による、標的を含むコンピュータモデルの実施例である。

図６Ａ－６Ｄは、本開示による、モデル化された熱マップの実施例である。 図６Ａ－６Ｄは、本開示による、モデル化された熱マップの実施例である。 図６Ａ－６Ｄは、本開示による、モデル化された熱マップの実施例である。 図６Ａ－６Ｄは、本開示による、モデル化された熱マップの実施例である。

図７Ａ－７Ｆは、直近経路回避（ＲＰＡ）パターンの実施例である。 図７Ａ－７Ｆは、直近経路回避（ＲＰＡ）パターンの実施例である。 図７Ａ－７Ｆは、直近経路回避（ＲＰＡ）パターンの実施例である。 図７Ａ－７Ｆは、直近経路回避（ＲＰＡ）パターンの実施例である。 図７Ａ－７Ｆは、直近経路回避（ＲＰＡ）パターンの実施例である。 図７Ａ－７Ｆは、直近経路回避（ＲＰＡ）パターンの実施例である。

図８Ａおよび８Ｂは、シミュレートされた境界温度および使用量マップの実施例である。 図８Ａおよび８Ｂは、シミュレートされた境界温度および使用量マップの実施例である。

図９Ａ－９Ｊは、本開示の実装による、シミュレーション結果の実施例である。 図９Ａ－９Ｊは、本開示の実装による、シミュレーション結果の実施例である。 図９Ａ－９Ｊは、本開示の実装による、シミュレーション結果の実施例である。 図９Ａ－９Ｊは、本開示の実装による、シミュレーション結果の実施例である。 図９Ａ－９Ｊは、本開示の実装による、シミュレーション結果の実施例である。 図９Ａ－９Ｊは、本開示の実装による、シミュレーション結果の実施例である。 図９Ａ－９Ｊは、本開示の実装による、シミュレーション結果の実施例である。 図９Ａ－９Ｊは、本開示の実装による、シミュレーション結果の実施例である。 図９Ａ－９Ｊは、本開示の実装による、シミュレーション結果の実施例である。 図９Ａ－９Ｊは、本開示の実装による、シミュレーション結果の実施例である。

図１０は、本開示の実装に従って実行され得る、例示的プロセスを描写する、フローチャートである。

図１１は、本開示に従って実装され得る、例示的システムである。

図１２は、本開示の実装を実行するために使用され得る、例示的コンピュータシステムの概略図示である。

種々の図面における同様の参照記号は、同様の要素を示す。

詳細な説明
本主題が詳細に説明される前に、本開示が、説明される特定の実施形態に限定されず、したがって、当然ながら、変動し得ることを理解されたい。また、本明細書に使用される専門用語が、特定の実施形態を説明する目的のみのためのものであり、本開示の範囲は、添付される請求項によってのみ限定されるであろうため、限定することを意図していないことを理解されたい。

用語「粒子」は、本明細書では、広義に使用され、別様に限定されない限り、電子、陽子（またはＨ＋イオン）、または中性子、ならびに１つを上回る電子、陽子、および／または中性子（例えば、他のイオン、原子、および分子）を有する、種を説明するために使用され得る。

ビームシステム（例えば、粒子加速器を含む）の、またはそれと組み合わせて使用される、標的表面に沿ったビームのビーム経路のためのシステム、デバイス、および方法の例示的実施形態が、本明細書に説明される。本明細書に説明される実施形態は、任意のタイプの粒子加速器と併用される、または粒子加速器に供給するための規定されたエネルギーにおける荷電粒子ビームの生成を伴う、任意の粒子加速器用途において使用されることができる。本明細書の実施形態は、多数の用途において使用されることができ、その実施例は、ホウ素中性子捕捉療法（ＢＮＣＴ）における使用のための中性子ビームの発生のための中性子ビームシステムとしてのものである。ＢＮＣＴは、癌治療のために熱外中性子のビーム（例えば、３～３０キロ電子ボルト以内のエネルギースペクトルを伴う）を使用する。いくつかの実装では、熱外中性子（例えば、熱外中性子ビーム）は、陽子（例えば、陽子ビーム）とベリリウム標的またはリチウム標的のいずれかとの核反応に基づいて発生される。

陽子ビームは、タンデム加速器等の粒子加速器によって発生されることができる。例えば、タンデム加速器は、単一高電圧端子を使用した荷電粒子の２段階加速を採用する、静電加速器であり得る。高電圧は、流入する負に荷電されたイオンのビームに印加され、これを加速器の中心に向かって加速させる、電場を発生させるために使用されることができる。タンデム加速器の中心は、電荷交換のプロセスにおいて負に荷電されたイオンのビームを陽子ビームに変換するように構成されることができる。ビーム寸法、ビーム形状、およびビーム構造等の陽子ビームのパラメータは、標的の局所的加熱に対する標的使用量を最適化するために、変動されることができる。

説明を容易にするために、本明細書に説明される多くの実施形態は、ＢＮＣＴにおける使用のための中性子ビームを発生させるために標的を横断して陽子ビームを走査する文脈においてそのように行われるであろうが、実施形態は、そのように限定されず、他の荷電粒子ビームの走査、中性子ビーム以外のビームの発生、およびＢＮＣＴ用途以外の使用に適用されることができる。標的は、標的表面を横断して陽子ビームを走査する間、固定（不変）位置に維持されることができる。代替として、標的は、陽子ビームが標的表面を横断して走査される間、移動（例えば、回転）されることができる。両方のアプローチが、本明細書に説明される。荷電粒子ビームの走査（ラスタリング）に関連する実施形態は、主として、固定された標的の文脈において説明されるが、しかしながら、全てのそのような実施形態は、標的が移動するアプローチにおける使用のために構成されることができる。

図１Ａは、本開示による、ＢＮＣＴにおける使用のためのシステム１００の例示的実施形態の概略図を図示する。システム１００は、陽子ビーム１０４を発生させるように構成される、ビームシステム１０２と、患者１０８に向かって指向される中性子ビーム１０６を発生させるために陽子ビーム１０４によって走査される、標的１９６とを含む。ビームシステム１０２は、荷電粒子源１２２と、低エネルギービームライン（ＬＥＢＬ）１９０と、加速器１４０と、高エネルギービームライン（ＨＥＢＬ）１５０とを含む。加速器１４０は、低エネルギービームライン（ＬＥＢＬ）１９０に結合され、荷電粒子（陽子）ビームを加速させるように構成される。高エネルギービームライン（ＨＥＢＬ）１５０は、加速器１４０から、その上に荷電粒子ビームが指向され得る標的１９６を格納する標的アセンブリ１１０まで延在する。ＬＥＢＬ１９０は、源１２２から加速器１４０にビームを輸送するように構成される。加速器１４０は、ビームを加速させるように構成される。ＨＥＢＬ１５０は、ビーム１０４を加速器１４０の出力から標的１９６に移送する。いくつかの実装では、ＨＥＢＬ１５０は、標的アセンブリ１１０の標的チャンバを介してビーム１０４を標的１９６に移送する。ビーム１０４は、負荷電粒子ビームまたは正荷電粒子ビームであり得る。標的１９６は、荷電粒子ビーム１０４を中性子ビーム等の別のタイプの粒子ビーム１０６に変換するデバイスであり得、ワークピース、または患者１０８の照射標的等の有用な目的のためにその上に荷電粒子ビームが指向される他の本体であり得る。

図１Ｂは、ＢＮＣＴにおける使用のための中性子ビームシステムとして構成される、ビームシステム１０２の例示的実施形態を図示する、概略図である。ビームシステム１０２は、図１Ａを参照して説明されるように、前段加速器システム１２０が荷電粒子ビーム注入器としての役割を果たす、ＬＥＢＬの少なくとも一部を形成する、前段加速器システム１２０と、前段加速器システム１２０に結合される、高電圧（ＨＶ）タンデム加速器１４０と、ＨＶタンデム加速器１４０から中性子生成標的１９６を格納する、中性子標的アセンブリ１１０まで延在する、高エネルギービームライン１５０とを含む。ビームシステム１０２ならびに前段加速器システム１２０はまた、貨物検査および用途等の他の用途のために使用されることができ、ＢＮＣＴに限定されない。

前段加速器システム１２０（本明細書では、荷電粒子ビーム注入器またはイオンビーム注入器とも称される）は、イオンビームをイオン源１２２からＨＶタンデム加速器１４０の入力（例えば、入力開口）に移送するように構成されることができる。前段加速器システム１２０は、イオン源１２２（例えば、負イオン源）と、ターボ分子ポンプ１２４（例えば、ガスを除去するためのイオン源真空チャンバ）と、前段加速管１２６と、ポンプチャンバ１２８とを含むことができる。いくつかの実装では、ビーム源１２２は、負イオン源を含むことができる。前段加速器システム１２０は、ＨＶタンデム加速器１４０のために要求されるエネルギーレベルまでのビーム粒子の加速を提供し、ＨＶタンデム加速器１４０の入力開口または入口における入力開口面積に合致するように負イオンビームの全体的収束を提供するように構成されることができる。前段加速器システム１２０は、イオン源１２２への損傷および／またはイオン源１２２のフィラメントに到達する逆流の可能性を低減させるために、これがＨＶタンデム加速器１４０から前段加速器システム１２０を通して通過する際、逆流を最小限にする、または外集束させるように構成されることができる。

ＨＶタンデム加速器１４０は、それに結合される高電圧電力供給源１４２によって給電される。ＨＶタンデム加速器１４０は、真空タンクと、電荷交換標的と、加速電極と、高電圧フィードスルーとを含む。ＨＶタンデム加速器１４０は、いくつかの実装では、概して、ＨＶタンデム加速器１４０内に位置付けられる加速電極に印加される電圧の２倍に等しいエネルギーを伴う陽子ビームを生成するために、水素ビームを加速させることができる。陽子ビームのエネルギーレベルは、負の水素イオンのビームをＨＶタンデム加速器１４０の入力から最内側高電位電極まで加速させ、２個の電子を各イオンから奪取し、次いで、結果として生じる陽子を逆の順序で遭遇する同一の電圧によって下流に加速させることによって達成されることができる。

高エネルギービームライン１５０は、陽子ビームを、ＨＶタンデム加速器１４０の出力から、患者治療室の中に延在する、ビームラインの分岐１７０の端部に位置付けられる、中性子標的アセンブリ１１０内の中性子発生標的１９６に移送することができる。

ビームシステム１０２は、陽子ビームを１つまたはそれを上回る標的１９６および関連付けられる治療面積に指向するように構成されることができる。いくつかの実装では、高エネルギービームライン１５０は、複数の異なる患者治療室に延在するように構成される、複数の（例えば、３つの）分岐１７０、１８０、および１９０を含む。分岐１８０および１９０は、分岐１７０と同様に標的アセンブリを含有することができる。高エネルギービームライン１５０は、圧送チャンバ１５１と、ビームの外集束を防止するための四重極磁石１５２および１７２と、ビームを１つまたはそれを上回る標的に向かって操向するための双極子または屈曲磁石１５６および１５８と、ビーム補正器１５３と、電流モニタ１５４および１７６等の診断器と、高速ビーム位置モニタ１５５区分と、走査磁石１７４とを含む。

ビームシステム１０２は、ビームシステム１０２（例えば、中性子ビームシステム１０２）のシステムおよびコンポーネントと相互作用するために、それと１つまたはそれを上回るコンピューティングデバイス１１０２が通信し得る、１つまたはそれを上回る制御システム１１０１を採用してもよい。いくつかの実装では、コンピューティングデバイス１１０２は、図５Ａおよび５Ｂを参照して説明されるように、ラスタプロファイルの選択を可能にする、算出モデルを実行するように構成される。コンピューティングデバイス１１０２は、標的走査プロセスの１つまたはそれを上回るパラメータの選択を含む、ユーザ入力を受信するように構成される。パラメータは、ビーム経路、標的の走査可能表面に対する成形されたビームの配向、ビーム断面プロファイル、およびビーム速度を含む、ラスタプロファイルを定義することができる。パラメータは、標的１９６の回転（例えば、標的の角速度）等の標的特性を定義することができる。本明細書に使用されるようなラスタ経路は、任意の特定のビーム経路（例えば、直交方向にのみ移動する等）を含意しない。いくつかの実装では、コンピューティングデバイス１１０２は、センサ１２１または熱カメラ１２３によって測定されるリアルタイム信号を受信するように構成され、これは、標的１９６の局所的過熱を回避する（例えば、局所温度を１８０℃のリチウム融解温度を下回って保つ）ために、適合可能な走査プログラムを使用して、ラスタプロファイルをリアルタイムで調節するために使用される。１つまたはそれを上回る熱センサ１２１は、標的の一部に対応する局所的温度を検出することができる。熱カメラ１２３は、標的１９６の温度マップを発生させるように処理され得る、信号を発生させるように構成されることができる。コンピューティングデバイス１１０２は、受信された入力を処理し、標的走査プロセスを制御するために１つまたはそれを上回る制御システム１１０１に伝送される走査パラメータのセットを発生させるように構成されることができる。

高エネルギービームライン１５０の設計は、治療設備の構成（例えば、１階建構成の治療設備、２階建構成の治療設備、および同等物）に依存する。ビームは、屈曲磁石１５６の使用を用いて、（例えば、患者１０８を有する治療室の近傍に位置付けられる）標的アセンブリ１１０に送達されることができる。四重極磁石１７２は、次いで、ビームを標的においてあるサイズに集束させるように含まれることができる。ビームは、１つまたはそれを上回る走査磁石１７４を通過することができ、これは、所望のパターン（例えば、螺旋、湾曲、行および列において段階的、それらの組み合わせ、およびその他）において、標的表面上のビームの側方移動を提供する。ビーム側方移動は、標的１９６上で陽子ビームの平滑かつ均一な時間平均分布の発生を可能にし、標的１９６の過熱を防止し、粒子（例えば、中性子）発生を標的層２０１（例えば、リチウム層）内で可能な限り均一にすることができる。

走査磁石１７４は、ビームを電流モニタ１７６に指向するように構成されることができ、これは、ビーム電流を測定する。電流モニタ１７６によって測定される、ビーム電流値は、安全インターロックを動作させるために使用されることができる。標的アセンブリ１１０は、ゲート弁１７７を用いて、高エネルギービームライン体積から物理的に分離されることができる。ゲート弁１７７の機能は、標的交換／装填の間にビームラインの真空体積を標的１９６から分離することである。いくつかの実装では、ビームは、屈曲磁石１５６によって９０度屈曲される代わりに、右に直線に指向され、水平ビームライン内に位置する、四重極磁石１５２に入射することができる。ビームは、別の屈曲磁石１５８によって、設定要件（例えば、患者の場所または部屋構成）に応じて、事前設定された角度まで、屈曲され得る。いくつかの実装では、屈曲磁石１５８は、ビームラインにおける分岐点に配列されることができ、医療施設の同一階上に位置する２つの異なる治療室のために、ビームを２つの方向のうちの１つに指向するように構成されることができる。

図２Ａは、標的１９６の斜視図であり、図２Ｂは、冷却チャネルを図示する、標的１９６の断面図である。本実施形態では、標的１９６は、略円形外側プロファイルを伴うディスク形である。標的１９６は、概して、基板２０３によって支持される、１つまたはそれを上回る標的層２０１を含む。基板２０３の側は、冷却剤のためのチャネル２０４を含む。走査可能表面２１０が、標的層２０１上に存在し、これは、中性子を生成するために陽子ビームによって走査され得る、標的層２０１の表面である。標的層２０１は、リチウム、ベリリウム、または中性子束を生成するために陽子ビーム１０４と相互作用する他の好適な材料の層等の中性子源層を含む。１つまたはそれを上回る標的層２０１の厚さおよび組成は、陽子ビームの性質および所望の中性子束に応じて変動し得る。例えば、リチウムベースの標的層は、約１０ミクロン（μｍ）～約４００μｍの範囲内の厚さを有することができる。標的層２０１は、熱ボンドを介して基板２０３に接着されることができる。

基板２０３は、銅、アルミニウム、ステンレス鋼、チタン、および／またはモリブデンの１つまたはそれを上回る層を含むことができる。反応性金属を含む、標的層２０１は、基板２０３とのアマルガムを形成することができる。標的１９６の特性（例えば、層厚、組成、および接合タイプ）は、標的表面あたりの特定のレベルの粒子用量におけるブリスタリングの開始と関連付けられる。

チャネル２０４は、反応に関与しなかった陽子の基板２０３内での減速からの運動エネルギーの吸収によって生成された熱を放散するために、システム１００の動作の間に基板２０３の裏側を横断して冷却剤を循環させるために使用されることができる。代替として、または加えて、冷却剤は、基板２０３の少なくとも一部と接触する流体チャンバとして提供されることができる。例えば、冷却剤チャネルは、基板２０３を横断し、種々の異なる幾何学形状（例えば、円形または長方形断面）および寸法（例えば、約０．５ミリメートル（ｍｍ）～約３ｍｍに及ぶ断面直径）を伴う閉鎖流体通路を画定する、キャップ付き貫通孔として形成されることができる。

標的１９６は、支持構造（例えば、シャフト１１１または基部１１２）によって支持されることができる。支持構造は、標的１９６を固定位置に維持する、またはビーム軸に公称上垂直である垂直軸１１６を含む垂直平面において標的１９６を時計回り１１４もしくは反時計回り（ＣＣＷ）に回転させるように構成されることができる。粒子ビーム１０４は、経時的に変化し得る特定のパターン（例えば、螺旋、湾曲、行および列において階段状、それらの組み合わせ、およびその他）に従って、標的１９６に向かって動的に指向されることができる。パターンは、所与の頻度で繰り返されることができる。いくつかの実装では、図３Ａ－３Ｃ、４Ａ－４Ｇ、および７Ａ－７Ｆを参照して詳細に説明されるように、標的１９６およびビーム１０４の両方は、回転可能標的１９６の区画が、ビーム１０４によって順次接触され、走査パターンを形成し得るように、動作の間にビーム軸に対して移動する。ビーム１０４と標的層２０１（例えば、中性子源層）との相互作用の結果として、ビーム１０６（例えば、中性子ビーム）が、発生され、患者１０８の治療面積に向かって（例えば、コリメータまたは他のビーム成形構造を介して）指向される。

図２Ｃは、標的１９６が標的層２０１と標的基板２０３との間に位置する中間層２０２を含む、別の例示的実施形態の断面図である。中間層２０２は、ビームの衝突に起因する標的１９６内のブリスタ形成の可能性を低減させることができる。中間層２０２は、タンタル等のブリスタリングに耐性がある熱伝導性材料から成ることができる。

ビームシステム１０２の動作の間、陽子ビーム１０４は、標的１９６の走査可能表面２１０に指向される。過熱を回避するために、陽子ビーム１０４は、表面２１０を横断して２つまたはそれを上回る方向（例えば、ＸおよびＹ）に急速な率において移動され、これは、走査と称されるプロセスである。ビームが表面２１０を横断してとる経路は、表面２１０を横断する異なる場所において生じる加熱の量および標的１９６上の粒子負荷の相対的差異を判定する。ビーム経路は、標的１９６を冷却する本システムの能力および粒子負荷の分散に耐える標的１９６の能力に適合されることができる。

図３Ａは、ビームが表面２１０を横断してとる経路３０１によって形成される、例示的パターン３００を描写する、概略図である。ビーム断面の外側境界は、断面プロファイル３２０によって示され、これは、本実施例では、円形である。経路３０１のパターン３００は、ビームが表面２１０の外側領域から内側領域に進み、次いで、再び外側領域に戻る際に作成される、複数のループまたは軌道を伴って湾曲する。ビーム経路３０１は、開始場所Ａと、停止場所Ｏとを含む。場所Ａ、Ｏは、同一の単一の場所である、または異なる場所であり得る。いくつかの実施形態では、開始および停止場所Ａ、Ｏは、同一の位置である、または相互に近接近し得る（例えば、隣接する位置または相互の１つのビーム直径以内の位置）。

経路３０１は、場所Ａにおいて始まり、矢印Ｂによって示されるＣＣＷ様式で進む。経路３０１は、矢印Ｃ、Ｄ、Ｅ、Ｆ、Ｇ、およびＨによって示されるように、内向きに指向される螺旋方式で（例えば、継続的に減少する半径を伴って）続く。矢印Ｈは、ビーム経路半径が継続的に減少する半径から継続的に増加する半径に遷移する位置をマーキングする、場所Ｉに到達するまでのより小さい半径軌道の中へのビーム経路３０１の進入を示す。言い換えると、場所Ｉにおいて、ビーム経路３０１は、表面２１０の内側領域から外側領域に向かって戻るように遷移し始める。矢印Ｊは、停止場所Ｏに到達するまで、矢印Ｋ、Ｌ、Ｍ、およびＮによって示されるように、外向きに指向される螺旋方式での（例えば、継続的に増加する半径を伴う）反時計回り様式における場所Ｉからのビームの経路３０１を示す。この時点で、経路３０１は、外側領域から内側領域への、および表面２１０の外側領域に戻る遷移を完了している。中心点を中心する少なくとも１つの軌道を伴い、中心点から同一の距離（または半径）において開始および停止場所を有し、中心点からの最小距離（または半径）と中心点からの最大距離（または半径）との間を通過する経路は、サイクルと称される。開始および停止場所は、最小距離と最大距離との間の（およびそれらを含む）任意の距離にあり得る。この場合では、単一のサイクルは、停止場所Ｏが、実質的に、開始場所Ａにある、またはそれに隣接するように、閉ループを形成する。

パターン３００は、標的の走査可能表面２１０の表面積の大部分を網羅することができる。本実施例では、ビームプロファイル３２０は、ビームによって衝突される表面２１０の面積が、ビームが各軌道を通して遷移する際に重複するであろうように、十分に大きい。別の言い方をすれば、ビームの進行の方向に垂直に測定されるビームプロファイル３２０の幅は、隣接する軌道の間の距離を上回る。パターン３００は、パターン３００の第１の半体３３２がパターン３００の第２の半体３３４の鏡像であるように、軸３３０に沿って対称である。場所Ａから場所Ｉへの経路３０１の外向きから内向きの部分は、場所Ｉから場所Ｏへの経路３０１の内向きから外向きの部分の鏡像である。

経路３０１は、外側領域から内側領域に遷移し、戻る、ＣＣＷ方式で遷移するものとして説明されるが、本明細書に説明される実施形態は、そのように限定されない。例えば、いくつかの実装では、ビームは、内側領域において始まり、外側領域に遷移し、次いで、内側領域に戻る（１つのサイクル）、時計回り（ＣＷ）回転を辿る経路を利用することができる。経路３０１は、例えば、内側領域から外側領域への遷移またはその逆を伴う、サイクル全体またはサイクルの一部のみを完了させることができる。

図３Ｂおよび３Ｃは、異なるビーム断面プロファイルを伴ってとられる異なる経路の実施例を描写する、概略図である。図３Ｂでは、Ｙ寸法よりも大きいＸ寸法を有する楕円形（例えば、長円形）ビームプロファイル３４２は、隣接する軌道のビーム断面プロファイルが接触するが、中心Ｘ軸に沿って整合されるときに重複しないように定寸される、経路３４１を辿る。軌道の間に一定の間隔を伴うと、ビームは、Ｙ軸に沿って整合されるときに最も明白であるように、間隙を残すであろう。最小レベルの暴露を用いて面積全体を網羅するために、経路全体は、Ｘ寸法よりも小さい合計Ｙ寸法を伴うプロファイル３４２に類似する縦横比を伴う楕円形にされる必要があるであろう。図３Ｃは、経路３５１をとる、円形断面プロファイル３５２を伴う実施例を示す。いかなる間隙も図３Ｃに存在しないが、軌道の量は、より多い（図３Ｂの３．７５と比較して、４をわずかに超える）。

図４Ａ－４Ｂは、サイクルの半径方向に偏移された事例の群を形成するために、異なる半径方向配向において複数回走査されたサイクル４０５によって形成される、走査（またはラスタ）プロファイル４００の例示的実施形態を描写する、概略図である。本実施形態では、サイクル４０５の各事例は、同一のパターンと、サイクル４０５の開始場所のその事例と異なる停止場所とを有する。図４Ａは、開始位置Ａおよび停止位置Ｏが、本実施例では、１８０度だけオフセットされる、異なる場所にある、ビーム経路４０６によって形成される、サイクル４０５を描写する。サイクル４０５は、異なる半径方向配向における繰り返しのために回転可能または時計回転可能であり、閉ループを形成する。

走査プロファイル４００が、図４Ｂに描写される。ここでは、走査プロファイル４００は、それらの間に半径方向配向における１８０度の差異を伴う、サイクル４０５の２つの事例を含む。サイクル４０５の第１の事例は、経路４０１によって示され、これは、図４Ａと同一の位置における開始場所Ａ１、中点Ｉ１、および停止場所Ｏ１とともに描写される。サイクル４０５の第２の事例は、経路４０２によって示され、これは、開始場所Ａ２、中点Ｉ２、および停止場所Ｏ２を有する。経路４０２は、経路４０１と同一の形状を有するが、１８０度だけ回転（または時計回転）されている。例えば、前方への時計回転が、Ｏ１がＡ１から１８０度離れて終了するように、Ａ１からＯ１のサイクルにわたって変換されたシータ座標を均一に前進させることによって実装されることができる。経路４０１上の全ての場所は、同一の半径方向量だけ、シーケンスにおける次の経路４０２上のその同一または対応する位置から半径方向にオフセットされる。場所Ａ２、Ｉ２、およびＯ２はそれぞれ、それぞれ、Ａ１、Ｉ１、およびＯ１から１８０度の位置に示される。本明細書に説明される本および他の実施形態では、サイクルの時計回転は、ＣＷまたはＣＣＷ方向において実施されることができる。

第１のサイクルの停止場所（例えば、Ｏ１）は、ビームがサイクル４０５の事例から次のものに中断のない方式で移動し得るように、直後の偏移されたサイクルの開始場所（例えば、Ａ２）にある、またはそれに隣接する。第１のサイクル（例えば、経路４０１）の開始場所Ａ１および群の最後のサイクル（例えば、経路４０２）の停止場所Ｏ２は、実質的に同一である、または相互に隣接する。したがって、２つまたはそれを上回る半径方向に偏移されたサイクルの群によって形成されるプロファイルは、同一の（または隣接する）開始および停止場所を有し、閉ループを形成する。各サイクルが、中心点から同一の距離（または半径）において開始場所および停止場所を有し、各サイクルが、隣接するサイクルがともに連結され、群に関して閉ループを形成し得るように、配向において回転可能である、同一のパターンをそれぞれ有する、２つまたはそれを上回るサイクルの群は、本明細書ではスーパーサイクルと称される。標的１９６を走査するステップは、ビームを、第１の半径方向配向における第１のサイクル（例えば、経路４０１）を通して移動させ、次いで、ビームを、少なくとも１回またはそれを上回る回数だけ同一のサイクル（例えば、経路４０２）を通して移動させるが、第１のサイクルのものと異なる半径方向配向における後続サイクルを伴って移動させるステップを伴うことができる。本プロセスは、スーパーサイクルが完了されるまで繰り返され、その時点で、走査のプロセスは、繰り返される。走査プロセスは、手順全体、例えば、ＢＮＣＴ治療が完了するまで、連続的に繰り返されることができる。

半径方向配向、半径方向偏移、および半径方向オフセットという用語は、全体として、サイクルの基本的形状を変化させることなく、中心点を中心として回転（または時計回転）され得るサイクルを説明するために本明細書に使用される。例えば、図４Ａでは、サイクル４０５は、経路４０１によって示される、第１の半径方向配向を有する。サイクル４０５は、次いで、経路４０２によって示される、第２の半径方向配向に１８０度だけ半径方向に（円周方向に）偏移される。サイクル４０５の２つの事例４０１、４０２の間の半径方向オフセットは、１８０度である。特徴付けは、半径方向を方位という用語で代用することによって同様に表されることができる（例えば、方位配向、方位偏移、および方位オフセット）。例えば、シータの値は、走査可能表面上の中心点を中心とする方位の位置を定義することができ（時計の時針に類似し、３時の位置における方位は、９０度のシータに対応し、６時の位置における方位は、１８０度のシータであり、９時の位置における方位は、２７０度のシータである等）、サイクルの位置は、シータおよび方位を参照して表されることができる。

図４Ｃおよび４Ｄは、走査プロファイル４００の別の実施例を形成するために、隣接する事例の間に半径方向配向おいて９０度の差異を伴って４回繰り返される、サイクル４１５を描写する、概略図である。図４Ｃでは、サイクル４１５は、場所Ａ１において始まり、ＣＣＷ方式で表面２１０の内側領域における中点Ｉ１に進み、次いで、停止場所Ｏ１において外側領域に戻る、ビーム経路４１１によって形成される。停止場所Ｏ１は、９０度だけ開始場所Ａ１からＣＣＷに半径方向にオフセットされ、これは、本プロファイル４００のサイクル４１５の間に存在する半径方向オフセットの量と同一である。図４Ｄは、開始場所Ａ２、中点Ｉ２，および停止場所Ｏ２を有する経路４１２によって示される、サイクル４１５の第２の事例を描写する。図４Ｅは、開始場所Ａ３、中点Ｉ３、および停止場所Ｏ３を有する経路４１３によって示されるように、サイクル４１５の第３の事例が追加されることを除いて、図４Ｄと同一である。図４Ｆは、開始場所Ａ４、中点Ｉ４、および停止場所Ｏ４を有する経路４１４によって示されるように、サイクル４１５の第４の事例が追加され、走査プロファイル４００の完了されたスーパーサイクルを形成することを除いて、図４Ｅと同一である。走査プロファイル４００の本実施形態が、使用されるとき、ビームは、経路４１１、次いで、経路４１２、次いで、経路４１３、次いで、経路４１４を通して遷移され、スーパーサイクルを完了させ、本スーパーサイクルは、次いで、手順全体を通して連続的に繰り返されることができる。

図４Ｇによって図示される実施例では、走査プロファイル４００は、同一のサイクルであるが、隣接するものの間に半径方向配向における１２０度の差異を伴う、３つの事例４２１、４２２、４２３を含む、スーパーサイクルである。図４Ｇのサイクルは、１つの閉ループを伴う３つの反復を可能にするために、図４Ａのものから修正される。第２の事例４２２は、第１の事例４２１から１２０度だけＣＣＷに半径方向に偏移され、第３の事例４２３は、事例４２２から１２０度だけＣＣＷに半径方向に偏移される（事例４２１から２４０度だけＣＣＷに半径方向に偏移される）。場所Ａ２、Ｉ２、およびＯ２はそれぞれ、それぞれ、Ａ１、Ｉ１、およびＯ１からＣＣＷに１２０度の位置に示され、場所Ａ３、Ｉ３、およびＯ３はそれぞれ、それぞれ、Ａ２、Ｉ２、およびＯ５からＣＣＷに１２０度の位置に示される。ビームは、事例４２１、次いで、事例４２２、次いで、事例４２３を通して遷移され、スーパーサイクルを完了させる。スーパーサイクルは、手順全体を通して連続的に複数回繰り返されることができる。

走査プロファイル４００の付加的例示的実施形態もまた、実装されることができる。繰り返されるパターン３０１の間の半径方向オフセットの量は、３６０度をパターン事例の数で除算することによって判定されることができる。例えば、サイクルの５個の事例を有するプロファイル４００は、隣接するサイクルの間に７２度の半径方向オフセットを有することができ、サイクルの６個の事例を有するプロファイル４００は、隣接するサイクルの間に６０度の半径方向オフセットを有することができ、サイクルの７個の事例を有するプロファイル４００は、隣接するサイクルの間に約５１．４度の半径方向オフセットを有することができ、サイクルの８個の事例を有するプロファイル４００は、隣接するサイクルの間に４５度の半径方向オフセットを有することができ、サイクルの９個の事例を有するプロファイル４００は、隣接するサイクルの間に４０度の半径方向オフセットを有することができ、サイクルの１０個の事例を有するプロファイル４００は、隣接するサイクルの間に３６度の半径方向オフセットを有することができ、サイクルの１１個の事例を有するプロファイル４００は、隣接するサイクルの間に約３２．７度の半径方向オフセットを有することができ、サイクルの１２個の事例を有するプロファイル４００は、隣接するサイクルの間に３０度の半径方向オフセットを有することができ、以下同様である。

いくつかの実装では、サイクルの第１の事例の停止場所は、サイクルの次の事例の開始場所と同一ではない、またはさらにはそれに近接しない場合がある。例えば、ビームは、全体的熱性能および粒子負荷に対して無視できる効果を及ぼす比較的に急速な方式で間隙を埋め得る。ビームが、パルス化される場合、半径方向偏移は、ビームがオフである間、パルスの合間に生じ得る。

本明細書に説明される実施形態は、スーパーサイクル内で複数回繰り返される同一のサイクルとともに示されるが、サイクルパターンが、同じである必要はなく、半径方向配向においてのみ異なることに留意されたい。実践では、わずかな変動が、本システム内の許容誤差および手順の間の動作条件の分散を前提として、本質的に存在するであろう。実際、本主題の範囲は、繰り返されるサイクルパターンが同じではなく、むしろ、許容誤差、動作条件分散、およびさらにはパターンにおけるプログラムされた、または別様に意図される非同一性によって生じた差異を伴って実質的に同一である実施形態を網羅する。

一般に、標的に対するビームの熱的影響は、算出モデルを使用して算出的に調査されることができる。算出モデル化は、標的上の粒子負荷の均一性を改良するビームラスタプロファイルの選択を可能にすることができる、および／または標的のピーク過渡温度を低減させる（例えば、最小限にする）ラスタプロファイルの選択を可能にすることができる。ラスタプロファイルは、図８および９を参照して説明されるように、ビーム経路およびビームプロファイル（例えば、特定の寸法を伴う円形または楕円形ビーム）によって特徴付けられることができる。いくつかの実装では、ラスタプロファイルは、ビーム走査速度を定義することができる。

算出モデルは、ビームのサイズおよび形状等のいくつかのビームパラメータのうちの様々な１つまたはそれを上回るものの標的に対する効果の調査を可能にすることができる。さらに、ビームの熱的影響は、１つまたはそれを上回る性能指数（例えば、ピーク温度、温度変化、平均温度）を計算することによって計算されることができ、数値分析を性能指数に適用することは、算出モデルがビームのラスタプロファイルを最適化するために使用されることを可能にすることができる。

概して、算出モデルは、標的を包含するメッシュ状空間を発生させることを伴うことができる。算出モデルは、図５Ａおよび５Ｂに図示され、これは、標的１９６の加熱（温度マップ）がモデル化され得る、３次元グリッドから成るメッシュを図示する。温度値は、各「ピクセル」（例えば、５Ａに示されるグリッドの各ｘ－ｙ正方形）における１次元熱輸送方程式を解くことによってモデル化される。１次元熱輸送方程式（ｕ_ｔ＝ｃ^２ｕ_ｘｘ、熱拡散率として定数ｃを使用してピクセルにおける温度を定義する）は、図５Ｂに示されるように、Ｚ方向におけるピクセルの深さを通した熱輸送に関して解かれる。ピクセルの間のクロストークまたはピクセルの間の側方熱伝導は、無視できると仮定され、したがって、熱は、Ｚ方向に水平にのみ移動し、１Ｄアプローチが使用されることを可能にする。ビームは、入射ビームに対応して、各ピクセルの中への特定の深さにわたる熱の伝搬を発生させると見なされる（例えば、ビームエネルギーの約２５％は、リチウム層を通して均一に堆積され、残りのエネルギーは、銅の第１の要素の中に堆積される）。組成変化が、ピクセルの深さを通して考慮される。１次元熱輸送微分方程式を解くことに対する任意の好適な算出アプローチが、使用されることができる。例えば、数値的アプローチは、有限要素および有限差分アプローチを含むことができる。有限要素および有限差分技法のいずれかに関して、標的１９６は、（図５Ａに図示されるように）グリッド２２６の一部として平面図２２０において表されることができる。グリッドのサイズは、変動することができ、標的のサイズ、ビームサイズ、および所望の算出効率ならびに結果正確度に基づいて選択されることができる。概して、より小さいサイズは、より正確な答えを与えるが、算出費用がかかり得る。図５Ａに示される現在の実施例では、グリッド２２６は、３６×３６ピクセル（セル）を含むが、概して、ピクセルの数は、範囲１０^３～１０^５内またはそれを上回るものであり得る。

概して、グリッドは、各次元において同一の単位セルサイズを有することができる、または各次元におけるサイズは、異なることができる。分解能は、研究中のシステムの物理的能力に合わせて、異なるサイズおよび構造のビームをモデル化する能力を提供するように選択されることができる。

図５Ｂは、図２Ａに図示される標的１９６の標的側面図２３０のモデルの実施例である。標的側面図２２０のモデルは、図１Ｂおよび２Ｃを参照して説明される、層２０１、２０２、２０３に対応し得る、複数の層を含む。いくつかの実装では、層は、数値グリッド２２６のピクセルによって定義される厚さを有することができる。いくつかの実装では、標的層２０１の境界は、真空に対応するものとしてモデル化され、標的基板２０３の境界は、冷却剤流体（例えば、水）に対応するものとしてモデル化され、１次元熱輸送方程式の境界条件を定義する。

図６Ａ－６Ｄは、図５Ａおよび５Ｂを参照して説明されるモデルを使用してシミュレートされた熱マップの実施例を示す。図６Ａおよび６Ｂは、それぞれ、１０ｍｍおよび２０ｍｍのビームサイズに関して上記に説明されるような算出モデルを使用して判定された、シミュレートされた熱マップ６１０、６２０の実施例を示す。図６Ｃおよび６Ｄは、それぞれ、１０ｍｍおよび２０ｍｍのビームサイズに関してＡＮＳＹＳ（Ｒ）エンジニアリングシミュレーションソフトウェアを使用して判定された、シミュレートされた熱マップ６３０、６４０の実施例を示す。シミュレートされた熱マップ６１０、６２０を発生させるために使用されるモデルは、任意のラスタプロファイルと組み合わせた任意の所与のビームプロファイルに基づく表面粒子負荷を追跡する、過渡コードに基づく。モデルは、検証として、３次元熱伝達コードＡＮＳＹＳ（Ｒ）を用いて計算された過渡モデルに対してベンチマークされた。

１２０Ｈｚの走査周波数の仮定に基づいて計算された、シミュレートされた熱マップ６１０、６２０、６３０、６４０の全体的プロファイルは、概して、１０ｍｍおよび２０ｍｍの両方のビームサイズに関して合致する。例えば、図６Ａおよび６Ｃの両方は、１０ｍｍの陽子ビームの中心に対応する特徴的な熱最大値を伴う表面温度分布を示す。最も高い平均リチウム表面温度は、モデルによって判定される際に２８４℃であり、ＡＮＳＹＳ（Ｒ）モデルによって判定される際に２９９℃であった。１０ｍｍの陽子ビームの中心から１０ｍｍの陽子ビームの縁までの温度降下は、モデルによって判定される際に１６２．７℃を検知し、ＡＮＳＹＳ（Ｒ）モデルによって判定される際に１７７．７℃を検知した。図６Ｂおよび６Ｄの両方は、２０ｍｍの陽子ビームに対応する分散した表面温度分布を示す。最も高い平均リチウム表面温度は、モデルによって判定される際に１７７℃であり、ＡＮＳＹＳ（Ｒ）モデルによって判定される際に１８４℃であった。２０ｍｍの陽子ビームの中心から２０ｍｍの陽子ビームの縁までの温度降下は、モデルによって判定される際に５５．７℃を検知し、ＡＮＳＹＳ（Ｒ）モデルによって判定される際に６３．３℃を検知した。計算された温度値のうちのいくつかがリチウムに関する許容限界を上回るという事実は、モデルの妥当性を損なわないものとする。

表１は、図５Ａおよび５Ｂを参照して説明されるモデルを使用して、およびＡＮＳＹＳ（Ｒ）エンジニアリングシミュレーションソフトウェアを使用して判定されるような予測温度変動（ΔＴ）とピーク温度（Ｔ_ｍａｘ）との間の比較を可能にする、加熱マップシミュレーション結果を示す。データは、概して、開発されたモデルの信頼性を判定するために、算出的に高価なＡＮＳＹＳ（Ｒ）エンジニアリングシミュレーションソフトウェアを使用して判定された値に関するモデル化された値の間の相関を判定するために分析された。モデルの信頼性は、熱的結果の差異によって反映される。約１０％の温度上昇差が、結果の２つのセットの間に見出され、モデルと過渡ＡＮＳＹＳ（Ｒ）モデルとの間の一致を示した。

図３Ａ－５Ｇに示されるラスタパターンから明白であるように、ビーム経路がそれ自体を横断する、多数の点が、各パターンに存在する。各横断点は、標的表面がスーパーサイクル毎に１回だけ暴露される場所よりも、標的表面が有意により高い粒子束（例えば、２倍）に暴露される場所である。横断点にわたる連続した通過の間の時間が比較的に長く、最初の通過からの熱が２回目の暴露の前に十分に放散されることができる場合、２回目の暴露と関連付けられる増加された用量は、横断点において過剰な加熱をもたらさない場合がある。しかしながら、横断点が比較的に短い周期において２回暴露される場合、これらの横断点は、許容できないほど高い熱負荷の場所となり得る。故に、いくつかの実装では、上記に説明される算出モデルは、迅速に連続してビームの複数の通過を被る横断点の数を低減させる経路を判定することによって、標的上の熱負荷を低減させるために使用されることができる。

例えば、算出モデルは、それを下回るとその標的場所の過剰な加熱が生じ得る、閾値時間周期内に直近で通過されたビーム経路を横断することを回避するために、ラスタプロファイルのパラメータを変動させるために使用されることができる。図７Ａ－７Ｆは、そのような直近経路回避（ＲＰＡ）方略を実証する際に有益であるラスタパターンの実施例を描写する、概略図である。いくつかの実装では、ＲＰＡパターンは、反復プロセスに基づいて判定されることができる。反復プロセスは、所与の時間（ｔ）にわたる（ｘ（ｔ）， ｙ（ｔ））位置として定義される、トロコイド形状で開始されることができる。半径ｒ_１、ｒ_２および周波数ω_１、ω_２に関して、基本的なトロコイドは、時間ｔにわたって以下の方程式に従う。
ｘ（ｔ）＝ｒ_１ ｃｏｓ（ω_１・ｔ）＋ｒ_２ ｃｏｓ（ω_２・ｔ）
ｙ（ｔ）＝ｒ_１ ｓｉｎ（ω_１・ｔ）＋ｒ_２ ｓｉｎ（ω_２・ｔ）

外側半径ｒ_ｍａｘおよび内側半径ｒ_ｍｉｎを伴うＬ個ローブ状トロコイドに関して、半径および周波数に関する値は、以下である。
ｒ_１＝－（ｒ_ｍａｘ＋ｒ_ｍｉｎ）／２
ｒ２＝（ｒ_ｍａｘ－ｒ_ｍｉｎ）／２
ω_１＝Ｌ＋１
ω_２＝１

ビーム幅に実質的に等しい最大半径値ｒ_ｍａｘおよびビーム幅の半分に実質的に等しい最小半径値ｒ_ｍｉｎを伴う半径は、均一な強度のビームに関して良好な結果を提供することができる。ｒ_ｍａｘおよびｒ_ｍｉｎに関する最適な値は、最適化アルゴリズムおよび熱シミュレーションコードを通して見出されることができる。

ｔを時間であるように設定することは、ラスタが移動する速度を決定付け、これは、操向磁石の能力および標的焼損リスクに基づいて変動され得る。例えば、高いラスタ速度は、操向磁石の能力を超え得る、または低いラスタ速度は、（特定の放射線量に過剰に長く暴露される場合）標的の焼損につながり得る。全ての修正されたトロコイドラスタプロファイルに関して、次のビーム位置は、速度がほぼ一定のままであるように計算される。ビーム位置に基づいて速度を変動させることは、改良のための別の道筋をもたらし得る。最適な速度プロファイルは、図８Ａ、８Ｂ、９Ａ、および９Ｂを参照して説明されるように、熱シミュレーションコードによって発生された結果に対して機械学習アルゴリズムを訓練することによって見出されることができる。

一定速度のトロコイドパターンは、標的使用量において良好な結果を与えることができるが、過熱につながり得る。例えば、トロコイドパターンは、トロコイド経路が連続的に各ローブを辿るため、かなり高い頻度で標的の中心に移動する。加熱問題を解決するために、ラスタパターンは、連続的に各ローブに沿って経路を辿る代わりに、ω＝（Ｌ－１）番目のローブ順序が使用されるように修正されることができる。この順序でローブに移動することは、ローブの間で冷却するための付加的時間を中心に与える。直近で移動された経路が回避され、ビームがその直近の経路を横断するためにかかる時間を延長させるため、これが、直近経路回避（ＲＰＡ）ラスタという名前の由来となっている。Ｌのいくつかの値に関して、全てのω＝（Ｌ－１）番目のローブよりも頻繁にローブをとることが、最適であり得る。ローブの総数Ｌと互いに素である任意のローブ周波数ωが、本システムの物理的パラメータ（ビームプロファイル、標的形状、標的材料等）に応じて機能し得る。ローブ周波数ωの選定は、機械学習アルゴリズムを使用する等、算出技法を通して最適化されることができる。

いくつかの実装では、ラスタ経路は、ラスタ経路が、全ての（Ｌ－１）番目のローブを辿り、そうでなければ、ｒ_ｍａｘ値を辿ることのみを可能にし、標的時間の中心が冷却されることを可能にするフィルタを作成するために、ｒ_１およびｒ_２の修正を含む。

例えば、初期ＲＰＡラスタ（ＲＰＡ１）は、以下の半径および周波数を含むことができる。

指数Ｅは、１０よりも大きく、１，０００よりも小さくあり得る（１０＜Ｅ＜１，０００）。指数Ｅの厳密な値は、複数の因子に依存し得る。例えば、Ｅは、外周の周囲でラスタを発振させ、ビームに標的を逃させ得ることを回避するために、フィルタのための明確に定義された窓を与えるために十分に大きく設定されることができる。Ｅは、ローブを過剰に幅狭の状態にさせ、標的を過熱するであろう非常に小さい窓を定義する閾値よりも小さく設定される必要がある。いくつかの実装では、Ｅは、Ｅ＝１００・（Ｌ－３）であるように設定されることができ、Ｌは、４よりも大きい、またはそれに等しく、８よりも小さい、またはそれに等しい（４≦Ｌ≦８）。

ＲＰＡ１は、加熱を最小限にするために良好に機能するが、標的の未使用の領域を残し得る。ＲＰＡ１は、ＲＰＡ２を開発するために使用されることができ、これは、別の項をｒ_１に追加し、未使用の領域を埋め得るＬ個のローブの別のセットを定義する。ＲＰＡ２は、以下の半径および周波数を使用する。

係数ｒは、ｒ_ｍｉｎよりも大きく、半径限界ｒ_ｍａｘとｒ_ｍｉｎとの間の差よりも小さくあり得る（ｒ_ｍｉｎ＜ｒ＜ｒ_ｍａｘ－ｒ_ｍｉｎ）。指数Ｅは、１００よりも大きく、１０，０００よりも小さくあり得る。係数ｒおよび指数Ｅの厳密な値は、熱シミュレーションおよび最適化アルゴリズムを使用して最適化されることができる。いくつかの実装では、１つまたはそれを上回る付加的ラスタ（ＲＰＡ－Ｎ）が、項をｒ_１に追加することによって判定されることができ、各新しい項は、標的加熱および標的使用量変動を最小限にするために最適化されることができる。

図７Ａは、（静的または回転する）標的に向かってビームを指向することによって発生され得る、トロコイドラスタパターン７００の実施例を図示する。トロコイドラスタパターン７００は、図１０を参照して説明されるように、反復プロセスのための初期ラスタパターンとして使用されることができる。トロコイドラスタパターン７００は、複数のローブ７０２、７０４、７０６、７０８（例えば、図７Ａに図示されるような４つのローブ）を含むことができる。いくつかの実装では、内側半径７０１および外側半径７０３に関する値は、最適化アルゴリズムを通して、ならびに図５Ａおよび５Ｂを参照して上記に説明される熱シミュレーションコードを使用することによって見出されることができる。トロコイドラスタパターン７００は、ビーム経路がそれ自体を横断する、複数のビーム横断点７０５ａ、７０５ｂ、７０５ｃ、７０５ｄ、７０５ｅ、７０５ｆ、７０５ｇ、７０５ｈ、７０５ｉ、７０５ｊ、７０５ｋ、７０５ｌ、７０５ｍ、７０５ｎを含む。例えば、トロコイドラスタパターン７００の開始点７０５を考慮すると、第１のビーム横断点は、７０５ａであり、第２のビーム横断点は、７０５ｂであり、第３のビーム横断点は、７０５ｃであり、第４の横断点は、７０５ｄであり、第５の横断点は、７０５ｅである。

図７Ｂは、ローブ７０２、７０８、７０６、７０４の順序が修正され、ビーム経路がそれ自体を横断する点の冷却周期を延長し、直近経路回避（ＲＰＡ）パターンを発生させる、修正されたラスタパターン７１０の実施例を図示する。後続ビーム横断点の間の持続時間は、個別の連続する横断の間にビームによって通過される円弧長に正比例する。例えば、修正されたラスタパターン７１０の開始点７０５を考慮すると、第１の横断点は、７０５ｇであり、これは、トロコイドラスタパターン７００の第１の横断点７０５ａに対応する円弧長よりも長い円弧長と関連付けられる。

いくつかの実装では、ＲＰＡパターンはさらに、図７Ｃ－７Ｆを参照して説明されるように、標的の未使用領域を埋めるように修正されることができる。

図７Ｃ－７Ｆは、走査プロファイルの完全なスーパーサイクルを形成するために複数回（例えば、４回）繰り返される、直近経路回避（ＲＰＡ）パターン７２０の実施例を描写する、概略図である。図７Ｃは、ＲＰＡパターンの第１のサイクル７２２を図示する。７２２Ａにおいて始まり、７２２Ｏにおいて停止する、ＲＰＡパターン７２０の第１のサイクル７２２は、ビーム経路がそれ自体を横断する、複数のビーム横断点７２５ａ、７２５ｂ、７２５ｃ、７２５ｄを含む。例えば、ＲＰＡパターン７２０の第１のサイクル７２２の開始点７２２Ａを考慮すると、第１のビーム横断点は、７２５ａであり、第２のビーム横断点は、７２５ｂであり、第３のビーム横断点は、７２５ｃであり、第４の横断点は、７２５ｄである。

図７Ｄは、ＲＰＡパターンの第１のサイクルの完了後に実施され得る、ＲＰＡパターン７２０の第２のサイクル７２４を図示する。７２４Ａにおいて始まり、７２４Ｏにおいて停止する、ＲＰＡパターン７２０の第２のサイクル７２４は、ビーム経路がそれ自体を横断する、複数のビーム横断点７３５ａ、７３５ｂ、７３５ｃ、７３５ｄを含む。例えば、ＲＰＡパターン７２０の第２のサイクル７２４の開始点７２４Ａを考慮すると、第１のビーム横断点は、７３５ａであり、第２のビーム横断点は、７３５ｂであり、第３のビーム横断点は、７３５ｃであり、第４の横断点は、７３５ｄである。

図７Ｅは、ＲＰＡパターン７２０の最初の２つのサイクル７２６を図示する。ＲＰＡパターン７２０の最初の２つのサイクル７２６は、第１のサイクル７２２のビーム横断点７２５ａ、７２５ｂ、７２５ｃ、７２５ｄと、第２のサイクル７２４のビーム横断点７３５ａ、７３５ｂ、７３５ｃ、７３５ｄと、第２のサイクル７２４の経路が第１のサイクル７２２の経路を横断する、ビーム横断点７４５ａ、７４５ｂ、７４５ｃ、７４５ｄ、７４５ｅ、７４５ｆ、７４５ｇ、７４５ｈ、７４５ｉ、７４５ｊ、７４５ｋ、７４５ｌ、７４５ｍとを含む。

図７Ｆは、ＲＰＡパターン７２０の完全なスーパーサイクル７２８を図示する。ＲＰＡパターン７２０の完全なスーパーサイクル７２８は、各サイクルのビーム横断点（例えば、第１のサイクル７２２のビーム横断点７２５ａ、７２５ｂ、７２５ｃ、７２５ｄ、第２のサイクル７２４のビーム横断点７３５ａ、７３５ｂ、７３５ｃ、７３５ｄ）と、１つのサイクルの経路が別のサイクルの経路と交差する、ビーム横断点とを含む。

ＲＰＡパターン７２０の各サイクルは、対応するサイクル７２２Ａ、７２４Ａの開始位置から距離のある停止位置７２２Ｏ、７２４Ｏを含む。サイクルの停止位置（例えば、第１のサイクルの停止位置７２２Ｏ）は、後続サイクルの開始位置（例えば、第２のサイクルの開始位置７２４Ａ）に対応する。図７Ｆに図示されるように、ＲＰＡパターン７２０は、場所７２２Ａにおいて始まり、４つのサイクル（図７Ｅに図示される最初の２つのサイクル７２６を含む）に沿ってＣＣＷ方式で進み、次いで、開始位置７２２Ａに戻る、ビーム経路７２８によって形成される。図７Ｆに図示される例示的ＲＰＡパターン７２０は、単一の完全なスーパーサイクルに基づいて閉鎖パターンを形成し、ループを閉じる、４つのサイクルを伴うラスタプロファイルを形成する。

図８Ａおよび８Ｂは、一定の速度を伴うＲＰＡパターンを辿る連続的経路に関する、図７Ｂを参照して説明されるＲＰＡパターンを使用する標的走査に対応する、シミュレートされた境界温度マップ８０２およびシミュレートされた標的使用量マップ８０４の実施例を示す。境界温度マップ８０２は、最も熱い測定またはモデル化された温度を伴う最高エネルギー堆積層として境界を識別する中性子モデルを考慮して、標的のリチウム層と銅層との間の境界を定義する。標的使用量マップ８０４は、ＲＰＡパターンを使用して標的に向かって指向される陽子ビームを用いた照射に応答して、標的の各部分（ピクセル）によって消費されるリチウムの量を示す。

図８Ａによって図示されるようなシミュレートされた境界温度マップ８０２は、図８Ｂのシミュレートされた標的使用量マップ８０４によって図示されるように、最も使用されたセルに対応する円形に分散した熱最大値を含む。シミュレートされた境界温度マップ８０２内の最も高いピーク温度は、１５０℃未満であった。シミュレートされた境界温度マップ８０２内の標的表面を横断する温度変動は、約４０℃であった。シミュレートされた境界温度マップ８０２およびシミュレートされた標的使用量マップ８０４は、ＲＰＡパターンを使用して標的を走査することが、ブリスタまたは気泡を通した標的損傷を防止する際に効率的であることを示す。

過渡コードを使用する付加的モデル化は、標的性能を評価するためのいくつかの性能指数を提供する。性能指数は、ピーク温度、温度変化、平均温度、使用効率、公称周波数、およびビーム形状を含む。ピーク温度は、任意の時点で標的に見出される最大温度を含む。温度変化は、任意の時点で標的に見出される最大温度から初期標的温度を差し引いたものを含む。平均温度は、標的における全てのセルの温度の平均値である。使用効率は、合計標的ビーム束を、標的内のセルの合計数に正規化された最大限に使用されたセルの使用量で除算したものを含む。１つのスーパーサイクルまたは複数回（例えば、４回）繰り返されるスーパーサイクルに応答して、標的性能を評価するための過渡コードを使用するモデル化の結果が、表２に含まれる。

図９Ａ－９Ｊは、標的加熱および標的使用量を比較するための複数のビームプロファイルに関するシミュレーション結果の実施例を示す。各シミュレーションは、異なるビームプロファイル自体によって引き起こされる変動を強調するために、ラスタパターン３００を使用する。図９Ａおよび９Ｂは、１２０Ｈｚの周波数を有する、２０ｍｍの円形（中空ではない）ビームに関する、それぞれ、シミュレートされた熱マップ９０２およびシミュレートされた使用量マップ９０４を示す。図９Ｃおよび９Ｄは、１２０Ｈｚの周波数を有する、１０ｍｍの円形（中空ではない）ビームに関する、それぞれ、シミュレートされた熱マップ９０６およびシミュレートされた使用量マップ９０８を示す。図９Ｅおよび９Ｆは、１２０Ｈｚの周波数を有する、１５ｍｍ×２５ｍｍの楕円形（中空ではない）ビームに関する、それぞれ、シミュレートされた熱マップ９１０およびシミュレートされた使用量マップ９１２を示す。図９Ｇおよび９Ｈは、１２０Ｈｚの周波数を有する、１０ｍｍの孔を伴う２０ｍｍの環状（中空）ビームに関する、それぞれ、シミュレートされた熱マップ９１４およびシミュレートされた使用量マップ９１６を示す。図９Ｉおよび９Ｇは、２４０Ｈｚの周波数を有する、１０ｍｍの円形（中空ではない）ビームに関する、それぞれ、シミュレートされた熱マップ９１８およびシミュレートされた使用量マップ９２０を示す。

表３は、図５Ａおよび５Ｂを参照して説明されるモデルを使用して判定されるように、使用量のパーセンテージとピーク温度（Ｔ_ｍａｘ）との間の比較を可能にする、複数のビームプロファイルおよびラスタパターンに関するシミュレーション結果を示す。データは、概して、最適なビームプロファイルおよびラスタパターンを判定するために分析された。例えば、図９Ａおよび９Ｃに図示されるようなシミュレーションの結果は、２０ｍｍのビームが、全体的に均一な温度分布を呈することを示した。図９Ｂおよび９Ｄに図示されるようなシミュレーションの結果は、１０ｍｍのビームが、特に、縁の近傍でより均一な使用量を呈することを示した。それぞれ、図９Ｅおよび９Ｆに図示されるような楕円形ビームに対応するシミュレートされた熱マップ９１０および使用量マップ９１２は、楕円形ビームの主軸の配向に沿って増加された網羅範囲を示す。図９Ｅおよび９Ｆに図示されるようなシミュレーションの結果を図９Ａおよび９Ｂに図示されるようなシミュレーションの結果と比較することは、円形ビームとほぼ同一の面積を伴う楕円に成形されたビームが、円形ビームよりも均一ではない温度および使用量分布を生成することを示す。それぞれ、図９Ｇおよび９Ｈに図示されるような環状ビームに対応するシミュレートされた熱マップ９１４および使用量マップ９１６は、不均一な半径方向分布を伴う減少された周辺網羅範囲を示す。図９Ｇおよび９Ｈに図示されるようなシミュレーションの結果を図９Ａおよび９Ｂに図示されるようなシミュレーションの結果と比較することは、孔を伴う任意の種類のビームを使用することが、効率を減少させ、標的全体を通してより不均一な温度分布を生成することを示す。図９Ｉおよび９Ｊに図示されるようなシミュレーションの結果を図９Ａおよび９Ｂに図示されるようなシミュレーションの結果と比較することは、２４０Ｈｚのビームを使用することが、標的全体を通したより均一な温度分布および類似する標的使用量を生成することを示す。

図１０は、本開示の実装に従って実行され得る、例示的プロセス１０００を描写する、フローチャートである。標的を横断して陽子ビームを走査するための種々の可能性として考えられるラスタプロファイルが、コンピュータ処理システムを使用して確立される（１００２）。各ラスタプロファイルは、標的の異なる走査パターンを定義する。各走査パターンは、１つまたはそれを上回るサイクルに基づく標的表面上の閉鎖された経路を形成し、ループを閉じる、複数のスーパーサイクルを含む。走査パターンは、図７Ａ－７Ｄを参照して説明されるようなＲＰＡパターン（例えば、複数のローブを含むトロコイド形状）または上記に説明される他の走査パターンを含むことができる。走査パターンは、１つまたはそれを上回る経路パラメータによって特徴付けられることができる。いくつかの実装では、パラメータは、以下のパラメータ、すなわち、陽子ビームの経路の各ローブと関連付けられる角周波数、標的の表面を横断する陽子ビームの線速度、陽子ビームの経路のスーパーサイクルにおける半径方向走査層の数、ローブの通過順序、および陽子ビームの経路のスーパーサイクルの数のうちの１つまたはそれを上回るものを含む。陽子ビームの角周波数および角速度は、ＲＰＡパターンの異なるローブに対して変動し得る。ローブの通過順序は、正順、逆順、または互いに素な順序であり得る。経路パラメータは、標的を横断する陽子ビームの経路を特徴付ける。選択されたラスタプロファイルの経路パラメータは、標的損傷を最小限にするために、陽子ビームへの標的の単一の場所の連続した暴露の間の（閾値周期を超える）最小遅延を有する、陽子ビームのための経路を定義する。いくつかの実装では、可能性として考えられるラスタプロファイルは、撮像データ（例えば、標的の熱マップ）に基づくリアルタイム測定に基づいて形成され得る、マスクされたプロファイルを含む。マスクされたプロファイルは、標的の走査可能面積の弱い面積（例えば、融点付近まで加熱された面積）または損傷した領域を含む、標的の部分を回避するように構成される走査プロファイルを定義することができる。

走査パターンに加えて、ラスタプロファイルはそれぞれ、１つまたはそれを上回るビームパラメータに関する設定を含む。ビームパラメータはそれぞれ、陽子ビームの性質を特徴付ける。ビームパラメータは、以下のパラメータ、すなわち、ビーム寸法（例えば、円形ビームの直径）、ビーム形状、およびビーム構造のうちの１つまたはそれを上回るものを含むことができる。いくつかの実装では、ビーム寸法は、１０ｍｍ～３０ｍｍの範囲内である。ラスタプロファイルは、ビーム形状に応じて、ＸおよびＹ方向において正規化係数を用いて修正されることができる。ビーム形状は、円形または楕円形であり得る。ビーム形状が、楕円形である場合、走査は、ビームが外側境界の外側を走査しないように、ビームが最も大きくなる方向において走査半径を低下させることによって、効果的に変化するように修正されることができる。ビームの構造は、その断面を横断するビーム強度分布を指す。いくつかの実装では、分布は、略一定またはガウス分布であり得る。ある実装では、分布は、環状ビーム構造に関して等、１つを上回るピークを有することができる。

標的を特徴付ける１つまたはそれを上回る標的パラメータもまた、コンピュータ処理システムを使用して確立される（１００４）。例えば、標的パラメータは、標的表面積、標的厚、および／または標的組成を含むことができる。

性能指数の値が、可能性として考えられるビームラスタプロファイル毎に計算される（１００６）。概して、性能指数は、対応する可能性として考えられるラスタプロファイルに関する陽子ビームによる標的の熱負荷に基づく。いくつかの実装では、性能指数に関する値を計算するステップは、可能性として考えられるラスタプロファイル毎に、対応するラスタプロファイルに関する各離散部分における熱負荷と陽子流束との間の線形関係に基づいて、標的の複数の離散部分のそれぞれにおける熱負荷を計算するステップを含む。いくつかの実装では、各離散部分は、陽子ビームの寸法よりも小さい、陽子ビームの経路内の標的の表面の面積に対応する。いくつかの実装では、各離散部分における熱負荷は、その上に陽子ビームが入射する標的の表面から離れた標的の深さを通した熱伝達に基づいて計算される。いくつかの実装では、性能指数は、標的のピーク温度、標的の温度変化、標的の平均温度、および標的の使用効率から成る群から選択される。

ラスタプロファイルが、性能指数の値に基づいて、および標的の測定された性質に基づいて、可能性として考えられるラスタプロファイルの中から選択される（１００８）。いくつかの実装では、ラスタプロファイルの選択は、陽子ビームのオペレータへの可能性として考えられるラスタプロファイルのリストの提示と、コンピュータシステムのユーザインターフェースを介して、オペレータによるリストからの選択を含むユーザ入力を受信するステップとを含む。ある場合には、ラスタプロファイル選択は、例えば、ビーム性質、標的性質のいずれか、または両方の測定に基づいて、自動的に行われることができる。例えば、加熱の閾値レベルが、標的上で検出される場合、本システムは、閾値負荷が検出される場所に対してより負担が少ない異なるラスタプロファイルに切り替えることができる。いくつかの実装では、本システムは、アクティブフィードバックまたはフィードフォワードプロセスを使用し、標的の有効寿命を延長させるためにラスタプロファイルを周期的に調節する。

いくつかの実装では、複数のラスタプロファイルが、候補プロファイルＦ_ｋ（ｔ）として選択されることができ、カットオーバー関数ｓ_ｋ（ｔ）が、プロファイルを切り替えるために適用されることができる。出力プロファイルＦ（ｔ）は、以下によって定義されることができる。
式中、出力プロファイルのドメインにおける全ての値ｔに関して、
である。

例えば、ｔ１において始まり、ｔ２において終了する、２つのプロファイルＦ１（ｔ）およびＦ２（ｔ）の間の単純な線形交差が、以下のようにｓ１（ｔ）およびｓ２（ｔ）を定義することによって説明され得る。

特定のラスタプロファイルの選択後、陽子ビームは、選択されたラスタプロファイルに従って、標的を横断して走査される（１０１０）。

ビームの１つまたはそれを上回る性質が、プロセス１０００の一部として測定される（１０１２）。いくつかの実装では、ビームの性質は、標的から上流で測定される。測定され得るビーム性質は、図９Ａ－９Ｊを参照して説明されるように、例えば、ビームサイズ、ビーム構造、およびビームプロファイルを含む。ビームプロファイルは、標的場所におけるビーム形状を判定するように構成される、赤外線カメラを使用して測定されることができる。

標的の１つまたはそれを上回る性質が、プロセス１０００の一部として測定される（１０１４）。いくつかの実装では、標的の１つまたはそれを上回る性質は、標的を横断する１つまたはそれを上回る場所における標的の温度を含む。例えば、１つまたはそれを上回る熱センサ（例えば、赤外線カメラ）が、対応する場所における標的の温度を検出することができる。いくつかの実装では、標的の温度マップが、熱カメラによって入手されることができる。測定された温度は、標的の局所過熱を回避するために、走査プロセスの間にラスタプロファイルを動的に調節または変更するための入力として使用されることができる。ある場合には、本システムは、標的の過熱を回避するために、ビーム動作を完全に一時停止し、いったん標的が許容可能レベルまで冷却されると、動作を再開することができる。

したがって、本開示の実装は、いくつかの利点を含むことができる。いくつかの実施例では、説明される技法は、最小限にされた算出リソース要件を伴って、標的加熱および使用量の正確な推定を提供する。本明細書に説明される設計は、標的の損傷（例えば、ブリスタリング）温度の下にピーク温度を維持することによって、標的の寿命を延長し得る特定のラスタプロファイルおよびビームプロファイルの利点を例証する。説明される実装はまた、患者を照射する粒子ビームのプロファイルに肯定的な影響を及ぼす、標的上の粒子負荷の均一な分布を提供することによって、ＢＮＣＴの改良された性能を可能にすることができる。

一側面では…［弁理士は、いったん請求項が確定されると、ここに請求項の羅列を含めるであろう］

図１１は、本開示に従って実装され得る、例示的システムを示す、ブロック図である。例えば、図示される例示的システム１１００は、ビームシステム１０２と、１つまたはそれを上回るコンピューティングデバイス１１０２と、１つまたはそれを上回るサーバ１１１０とを含む。いくつかの実装では、ビームシステム１０２は、例示的中性子ビームシステム（例えば、図１Ａおよび１Ｂを参照して説明されるシステム１０２）の一部であってもよい。ビームシステム１０２は、ビームシステム１０２（例えば、中性子ビームシステム１０２）のシステムおよびコンポーネントと相互作用するために、それと１つまたはそれを上回るコンピューティングデバイス１１０２が通信し得る、１つまたはそれを上回る制御システム１１０１を採用してもよい。制御システム１１０１は、標的１９６の走査可能表面２１０に入射する陽子ビームのＸ－Ｙ位置を判定する、ＨＥＢＬ５０内の操向デバイス（例えば、磁石、Ｘ－Ｙシフタ）を制御するようにプログラムされることができる。ビームシステム１０２、１つまたはそれを上回るコンピューティングデバイス１１０２、および１つまたはそれを上回るサーバ１１１０は、相互に直接、またはネットワーク１１０４等のローカルネットワークを介して、通信するように構成される。

制御システム１１０１は、全走査パターンの場所を制御するために、ビームの固定された変位を可能にする、振幅およびオフセット制御のパラメータを伴ってプログラムされることができる。いくつかの実施形態では、パラメータは、磁石電力供給源を制御するデジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）において、またはそのためにプログラムされる。振幅およびオフセットパラメータは、ビーム挙動またはエネルギーの変化を補正するために、動作の間にリアルタイムで、すなわち、オンザフライでＤＰＳに入力されることができる。リアルタイムパラメータは、イオン粒子ビーム制御のためのアクティブフィードバックの一般化された方法を形成することができる。

コンピューティングデバイス１１０２は、種々のユーザデバイス、システム、コンピューティング装置、コントローラ、および同等物によって具現化されてもよい。例えば、第１のコンピューティングデバイス１１０２は、特定のユーザと関連付けられる、デスクトップコンピュータであってもよい一方、別のコンピューティングデバイス１１０２は、特定のユーザと関連付けられる、ラップトップコンピュータであってもよく、また別のコンピューティングデバイス１１０２は、モバイルデバイス（例えば、タブレットまたはスマートデバイス）であってもよい。コンピューティングデバイス１１０２はそれぞれ、例えば、コンピューティングデバイスを介してアクセス可能なユーザインターフェースを通して、ビームシステム１０２と通信するように構成されてもよい。例えば、ユーザは、デスクトップアプリケーションをコンピューティングデバイス１１０２上で実行してもよく、これは、ビームシステム１０２と通信するように構成される。

コンピューティングデバイス１１０２を使用し、ビームシステム１０２と通信することによって、ユーザは、本明細書に説明される実施形態による、ビームラインコンポーネント３００５のための動作パラメータ（例えば、動作電圧および同等物）を提供してもよい。

制御システム１１０１は、ビームシステム１０２のコンポーネント１１０５および監視デバイス１１０３から測定値、信号、または他のデータを受信するように構成されてもよい。例えば、制御システム１１０１は、ビームシステム１０２を通して通過するビームの動作条件および／または位置を示す信号を１つまたはそれを上回る監視デバイス１１０３から受信してもよい。制御システム１１０１は、ビームシステム１０２を通して通過するビームの動作条件および／または位置に応じて、本明細書に説明される方法に従って、１つまたはそれを上回るビームラインコンポーネント１１０５の入力への調節を提供してもよい。制御システム１１０１はまた、監視デバイス１１０３を含む、ビームシステム１０２のコンポーネントのうちのいずれかから収集された情報を、直接、または通信ネットワーク１１０４を介してのいずれかで、コンピューティングデバイス１１０２に提供してもよい。制御システム１１０１は、図４、５、および７－１０を参照して説明されるような走査プロファイルの実施形態を実装するようにプログラムされることができる。

通信ネットワーク１１０４は、例えば、有線または無線ローカルエリアネットワーク（ＬＡＮ）、パーソナルエリアネットワーク（ＰＡＮ）、都市規模ネットワーク（ＭＡＮ）、広域ネットワーク（ＷＡＮ）、または同等物を含む、任意の有線または無線通信ネットワーク、ならびにそれを実装するために要求される、任意のハードウェア、ソフトウェア、および／またはファームウェアを含んでもよい（例えば、ネットワークルータ等）。例えば、通信ネットワーク１１０４は、８０２．１１、８０２．１６、８０２．２０、および／またはＷｉＭａｘネットワークを含んでもよい。通信ネットワーク１１０４は、インターネット等のパブリックネットワーク、イントラネット等のプライベートネットワーク、またはそれらの組み合わせを含んでもよく、限定ではないが、ＴＣＰ／ＩＰベースのネットワーキングプロトコルを含む、現在利用可能なまたは後に開発される種々のネットワーキングプロトコルを利用してもよい。コンピューティングデバイス１１０２および制御システム１１０１は、図１２を参照して説明されるシステム１２００等の１つまたはそれを上回るコンピューティングシステムによって具現化されてもよい。

コンピューティングデバイス１１０２および制御システム１１０１は、第１の経路に沿って標的の走査可能表面を横断してビームを走査するステップと、第２の経路に沿って標的の走査可能表面を横断してビームを走査するステップであって、第１の経路は、第１の半径方向配向において第１のパターンを形成し、第２の経路は、実質的に、第１の半径方向配向と異なる第２の半径方向配向において第１のパターンを形成する、ステップとを含む、動作を実施するように構成されることができる。ビームは、第１および第２の経路に沿って走査する間、パルス化される。ビームは、第１および第２の経路に沿って走査する間、連続的に伝搬する。ビームは、第１のパターンにおいて、走査可能表面の内側領域から外側領域に移動し、内側領域に戻る。ビームは、第１のパターンにおいて、走査可能表面の外側領域から内側領域に移動し、外側領域に戻る。第１のパターンは、螺旋と、螺旋の鏡像とを備える。第１のパターンは、第１の半体と、第２の半体とを有し、第１および第２の半体は、対称である。第１のパターンは、連続的に湾曲する。第１のパターンは、開始場所と、停止場所とを有し、開始場所は、停止場所にある、またはそれに隣接する。第１の半径方向配向は、第２の半径方向配向と１８０度だけ異なる。動作はさらに、第３の経路に沿って標的の走査可能表面を横断してビームを走査するステップであって、第３の経路は、第１および第２の半径方向配向と異なる第３の半径方向配向において第１のパターンを形成する、ステップを含む。第１、第２、および第３の半径方向配向は、１２０度だけ異なる。動作はさらに、第４の経路に沿って標的の走査可能表面を横断してビームを走査するステップであって、第４の経路は、第１、第２、および第３の半径方向配向と異なる第４の半径方向配向において第１のパターンを形成する、ステップを含む。第１、第２、第３、および第４の半径方向配向は、９０度だけ異なる。動作はさらに、第５の経路に沿って標的の走査可能表面を横断してビームを走査するステップであって、第５の経路は、第１、第２、第３、および第４の半径方向配向と異なる第５の半径方向配向において第１のパターンを形成する、ステップを含む。第１、第２、第３、第４、および第５の半径方向配向は、７２度だけ異なる。第１の経路は、サイクルの第１の事例に対応し、第２の経路は、サイクルの第２の事例に対応する。いくつかの実装では、サイクルの第１の事例およびサイクルの第２の事例の走査は、閉ループを形成する。ビームは、陽子ビームである。走査可能表面は、リチウムまたはベリリウム表面である。標的は、走査されると、中性子を発生させる。ビームは、円形断面プロファイルを有する。ビームは、楕円形断面プロファイルを有する。ビームは、環状断面プロファイルを有する。ビームは、中空断面プロファイルを有する。動作は、ホウ素中性子捕捉療法（ＢＮＣＴ）を実施する。ビームは、イオン源と、イオン源と結合される、第１のビームラインと、第１のビームラインと結合される、タンデム加速器と、タンデム加速器と結合される、第２のビームラインと、第２のビームラインと結合される、標的とを備える、ビームシステムによって発生される。パターンは、走査可能表面の大部分をビームに暴露する。第２の経路は、第１の半径方向配向と異なる第２の半径方向配向において第１のパターンを形成する。

コンピューティングデバイス１１０２および制御システム１１０１は、第１の経路に沿って標的の走査可能表面を横断してビームを走査するステップと、第２の経路に沿って標的の走査可能表面を横断してビームを走査するステップであって、第１の経路は、第１の半径方向配向において第１のパターンを形成し、第２の経路は、第１の半径方向配向と異なる第２の半径方向配向において第２のパターンを形成し、第１および第２のパターンは、異なる半径方向配向を除いて実質的に同一である、ステップとを含む、動作を実施するように構成されることができる。第１および第２のパターンは、異なる半径方向配向を除いて同一である。

コンピューティングデバイス１１０２および制御システム１１０１は、コンピュータ処理システムを使用して、標的を横断して陽子ビームを走査するための複数の可能性として考えられるラスタプロファイルを確立するステップであって、複数の可能性として考えられるラスタプロファイルはそれぞれ、１つまたはそれを上回るビームパラメータを備え、１つまたはそれを上回るビームパラメータはそれぞれ、陽子ビームの性質を特徴付け、１つまたはそれを上回る経路パラメータは、標的を横断する陽子ビームの経路を特徴付ける、ステップと、コンピュータ処理システムを使用して、標的を特徴付ける１つまたはそれを上回る標的パラメータを確立するステップと、コンピュータ処理システムを使用して、可能性として考えられるビームラスタプロファイル毎に性能指数の値を計算するステップであって、性能指数は、対応する可能性として考えられるラスタプロファイルに関する陽子ビームによる標的の熱負荷に基づく、ステップと、コンピュータ処理システムを使用して、性能指数の値に基づいて、複数の可能性として考えられるラスタプロファイルの中からあるラスタプロファイルを選択するステップと、選択されたラスタプロファイルに従って、標的を横断して陽子ビームを指向するステップとを含む、動作を実施するように構成されることができる。性能指数に関する値を計算するステップは、可能性として考えられるラスタプロファイル毎に、対応するラスタプロファイルに関する各離散部分における熱負荷と陽子流束との間の線形関係に基づいて、標的の複数の離散部分のそれぞれにおける熱負荷を計算するステップを含む。各離散部分は、陽子ビームの寸法よりも小さい、陽子ビームの経路内の標的の表面の面積に対応する。各離散部分における熱負荷は、その上に陽子ビームが入射する標的の表面から離れた標的の深さを通した熱伝達に基づいて計算される。性能指数は、標的のピーク温度、標的の温度変化、標的の平均温度、および標的の使用効率から成る群から選択される。１つまたはそれを上回るビームパラメータは、ビーム寸法、ビーム形状、およびビーム構造から成る群から選択される。ビーム寸法は、１０ｍｍ～３０ｍｍの範囲内である。ビーム形状は、円形または楕円形である。ビームの構造は、円形または環状である。１つまたはそれを上回る経路パラメータは、陽子ビームの経路と関連付けられる周波数、標的の表面を横断する陽子ビームの線速度、陽子ビームの経路のスーパーサイクルにおける半径方向走査層の数、および陽子ビームの経路のスーパーサイクルの数から成る群から選択される。１つまたはそれを上回る標的パラメータは、標的表面積、標的厚、および標的組成から成る群から選択される。標的は、リチウムの層またはベリリウムの層を備える。標的は、リチウムの層またはベリリウムの層を支持する、金属の層を備える。選択するステップは、陽子ビームのオペレータに可能性として考えられるラスタプロファイルのリストを提示し、コンピュータシステムを介して、オペレータによるリストからの選択を受信するステップを含む。動作はさらに、標的の１つまたはそれを上回る性質を測定し、標的の測定された性質に基づいて、ラスタプロファイルを選択するステップを含む。標的の１つまたはそれを上回る性質は、標的上の１つまたはそれを上回る場所における標的の温度を備える。動作はさらに、ビームの１つまたはそれを上回る性質を測定し、ビームの測定された性質に基づいて、ラスタプロファイルを選択するステップを含む。ビームの１つまたはそれを上回る性質は、標的から上流で測定される。選択されたラスタプロファイルは、閾値周期を超える、陽子ビームへの標的の単一の場所の連続した暴露の間の最小遅延を有する、陽子ビームのための経路を定義する。選択されたラスタプロファイルは、トロコイド形状に基づく経路を定義する。トロコイド形状は、複数のローブを備える。陽子ビームの角周波数は、トロコイド形状の異なるローブに対して変動する。選択されたラスタプロファイルは、標的表面を横断する陽子ビームの様々な角速度を備える。選択されたラスタプロファイルは、標的表面を横断する陽子ビームの様々な線速度を備える。

コンピューティングデバイス１１０２および制御システム１１０１は、第１のラスタプロファイルに従って、標的の表面を横断して陽子ビームを走査する間、標的の温度を監視するステップと、監視された温度に基づいて、走査を第１のラスタプロファイルから第２のラスタプロファイルに変更するステップとを含み、第２のラスタプロファイルおよび第１のラスタプロファイルは、第１および第２のラスタプロファイルによる標的の熱負荷のコンピュータモデルに従って、標的の異なる加熱プロファイルをもたらす、動作を実施するように構成されることができる。走査は、陽子ビームの人間オペレータによる複数のラスタプロファイルの中からの第２のラスタプロファイルの選択に応答して変更される。走査は、フィードバックまたはフィードフォワードアルゴリズムに従って、自動的に変更される。温度は、標的の複数の離散的場所において監視される。温度は、標的の熱画像を取得することによって監視される。

コンピューティングデバイス１１０２および制御システム１１０１は、スーパーサイクルにおいて標的の走査可能表面を横断して荷電粒子ビームを走査するステップであって、スーパーサイクルは、複数のサイクルを備え、複数のサイクルの各サイクルは、同一の形状および異なる方位配向を有し、複数のサイクルは、荷電粒子ビームの経路が、閉ループにおいて複数のサイクルを通過するように、ともに連結される、ステップを含む、動作を実施するように構成されることができる。複数のサイクルは、相互から１８０度だけ方位角的にオフセットされる、２つのサイクルを備える。複数のサイクルは、相互から１２０度だけ方位角的にオフセットされる、３つのサイクルを備える。複数のサイクルは、相互から９０度だけ方位角的にオフセットされる、４つのサイクルを備える。

ここで図１２を参照すると、例示的コンピューティングシステム１２００の概略図が、提供される。システム１２００は、本明細書に説明される実装に関連付けて説明される動作のために使用されることができる。例えば、システム１２００は、本明細書に議論されるサーバコンポーネントのうちのいずれかまたは全ての中に含まれてもよい。システム１２００は、プロセッサ１２１０と、メモリ１２２０と、記憶デバイス１２３０と、入力／出力デバイス１２４０とを含む。コンポーネント１２１０、１２２０、１２３０、および１２４０はそれぞれ、システムバス１２５０を使用して相互接続される。プロセッサ１２１０は、システム１２００内で実行のための命令を処理することが可能である。一実装では、プロセッサ１２１０は、シングルスレッドプロセッサである。別の実装では、プロセッサ１２１０は、マルチスレッドプロセッサである。プロセッサ１２１０は、メモリ１２２０内または記憶デバイス１２３０上に記憶された命令を処理し、入力／出力デバイス１２４０上のユーザインターフェースのためのグラフィカル情報を表示することが可能である。

メモリ１２２０は、システム１２００内に情報を記憶する。一実装では、メモリ１２２０は、コンピュータ可読媒体である。一実装では、メモリ１２２０は、揮発性メモリユニットである。別の実装では、メモリ１２２０は、不揮発性メモリユニットである。記憶デバイス１２３０は、システム１２００のための大容量記憶を提供することが可能である。一実装では、記憶デバイス１２３０は、コンピュータ可読媒体である。種々の異なる実装では、記憶デバイス１２３０は、フロッピー（登録商標）ディスクデバイス、ハードディスクデバイス、光学ディスクデバイス、またはテープデバイスであってもよい。入力／出力デバイス１２４０は、システム１２００のための入力／出力動作を提供する。一実装では、入力／出力デバイス１２４０は、キーボードおよび／またはポインティングデバイスを含む。別の実装では、入力／出力デバイス１２４０は、グラフィカルユーザインターフェースを表示するためのディスプレイユニットを含む。

いくつかの実装では、２つのコンポーネントは両方とも、複製ハードウェアがデバイス毎に要求されないように、同一のプロセッサ、ネットワークインターフェース、記憶媒体、または同等物の使用を活用し、それらの関連付けられる機能を実施してもよい。本装置のコンポーネントに関して本明細書に使用されるような用語「デバイス」および／または「回路網」の使用は、したがって、本明細書に説明されるように、その特定のデバイスと関連付けられる機能を実施するためのソフトウェアを伴って構成される特定のハードウェアを包含することができる。

用語「デバイス」および／または「回路網」は、広義には、ハードウェアを含むように理解されるべきであり、いくつかの実施形態では、デバイスおよび／または回路網はまた、ハードウェアを構成するためのソフトウェアを含んでもよい。例えば、いくつかの実施形態では、デバイスおよび／または回路網は、処理回路網、記憶媒体、ネットワークインターフェース、入力／出力デバイス、および同等物を含んでもよい。いくつかの実施形態では、システム１２００の他の要素は、特定のコンポーネントの機能性を提供または補完してもよい。

いくつかの実施形態では、プロセッサ１２１０（および／またはプロセッサを補助する、もしくは別様にそれと関連付けられる、コプロセッサまたは任意の他の処理回路網）は、本装置のコンポーネント間で情報を通過させるために、バスを介して、メモリ１２２０と通信してもよい。メモリ１２２０は、非一過性であってもよく、例えば、１つまたはそれを上回る揮発性および／または不揮発性メモリを含んでもよい。言い換えると、例えば、メモリ１２２０は、電子記憶デバイス（例えば、コンピュータ可読記憶媒体）であってもよい。メモリ１２２０は、図１－１１を参照して説明されるように、システム１２００が、本開示の例示的実施形態による種々の機能を実行することを可能にするために、情報、データ、コンテンツ、アプリケーション、命令、または同等物を記憶するように構成されてもよい。

プロセッサ１２１０は、いくつかの異なる方法において具現化されてもよく、例えば、独立して実施するように構成される、１つまたはそれを上回る処理デバイスを含んでもよい。加えて、または代替として、プロセッサ１２１０は、バスを介して連動し、命令、パイプライン、および／またはマルチスレッドの独立実行を可能にするように構成される、１つまたはそれを上回るプロセッサを含んでもよい。用語「処理デバイス」および／または「処理回路網」の使用は、本装置の内部のシングルコアプロセッサ、マルチコアプロセッサ、複数のプロセッサ、および／または遠隔もしくは「クラウド」プロセッサを含むように理解され得る。

いくつかの実装では、プロセッサ１２１０は、メモリ１２２０内に記憶される、または別様にプロセッサにアクセス可能である、命令を実行するように構成されてもよい。代替として、または加えて、プロセッサ１２１０は、ハードコーディングされた機能性を実行するように構成されてもよい。したがって、ハードウェアまたはソフトウェア方法によって、もしくはハードウェアとソフトウェアの組み合わせによって、構成されるかどうかにかかわらず、プロセッサは、適宜構成される間、本開示のある実施形態による動作を実施することが可能である、（例えば、回路網内で物理的に具現化される）エンティティを表してもよい。代替として、別の実施例として、プロセッサ１２１０が、ソフトウェア命令のエグゼキュータとして具現化されると、命令は、命令が実行されると、本明細書に説明されるアルゴリズムおよび／または動作を実施するように、プロセッサ１２１０を具体的に構成してもよい。命令は、図１－１１を参照して説明されるように、走査プロファイルを判定し、標的を走査するために必要なものを含むことができる。

いくつかの実装では、システム１２００は、入力／出力デバイス１２６０を含んでもよく、これは、順に、プロセッサ１２１０と通信し、出力をユーザに提供し、いくつかの実施形態では、入力をユーザから受信してもよい。入力／出力デバイス１２６０は、ユーザインターフェースを含んでもよく、ウェブユーザインターフェース、モバイルアプリケーション、クライアントデバイス、または同等物を含み得る、ユーザデバイスディスプレイ等のデバイスディスプレイを含んでもよい。いくつかの実施形態では、入力／出力デバイス１２６０はまた、キーボード、マウス、ジョイスティック、タッチスクリーン、タッチエリア、ソフトキー、マイクロホン、スピーカ、または他の入力／出力機構を含んでもよい。プロセッサおよび／またはプロセッサを含むユーザインターフェース回路網は、プロセッサにアクセス可能なメモリ（例えば、メモリ１２２０および／または同等物）上に記憶されたコンピュータプログラム命令（例えば、ソフトウェアおよび／またはファームウェア）を通して、１つまたはそれを上回るユーザインターフェース要素の１つまたはそれを上回る機能を制御するように構成されてもよい。

通信デバイスまたは回路網１２４０は、データを／ネットワークおよび／またはシステム１２００と通信する任意の他のデバイスもしくは回路網から受信し、および／またはそこに伝送するように構成される、ハードウェアまたはハードウェアおよびソフトウェアの組み合わせのいずれかにおいて具現化される、デバイスまたは回路網等の任意の手段であってもよい。通信デバイスまたは回路網１２４０は、例えば、有線または無線通信ネットワークとの通信を可能にするためのネットワークインターフェースを含んでもよい。例えば、通信デバイスまたは回路網１２４０は、１つまたはそれを上回るネットワークインターフェースカード、アンテナ、バス、スイッチ、ルータ、モデム、およびサポートハードウェアおよび／またはソフトウェア、もしくはネットワークを介して通信を可能にするために好適な任意の他のデバイスを含んでもよい。加えて、または代替として、通信インターフェースは、アンテナと相互作用し、アンテナを介して信号の伝送を引き起こす、またはアンテナを介して受信される信号の受信をハンドリングするための回路網を含んでもよい。信号は、システム１２００によって、現在および将来的Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）規格（Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）およびＢｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）低エネルギー（ＢＬＥ）を含む）、赤外線無線（例えば、ＩｒＤＡ）、ＦＲＥＣ、超広帯域（ＵＷＢ）、誘導無線伝送、または同等物等のいくつかの無線パーソナルエリアネットワーク（ＰＡＮ）技術のうちのいずれかを使用して、伝送されてもよい。加えて、信号が、Ｗｉ－Ｆｉ、近距離無線通信（ＮＦＣ）、ワールドワイド・インターオペラビリティ・フォー・マイクロウェーブ・アクセス（ＷｉＭＡＸ）、または他の近接度ベースの通信プロトコルを使用して、伝送され得ることを理解されたい。

任意のそのようなコンピュータプログラム命令および／または他のタイプのコードは、コンピュータ、プロセッサ、または他のプログラマブル装置の回路網上にロードされ、コードを機械上で実行する、コンピュータ、プロセッサ、または他のプログラマブル回路網が、本明細書に説明されるものを含む、種々の機能を実装するための手段を生成するように、機械を生産してもよい。

本開示の実施形態は、システム、方法、モバイルデバイス、バックエンドネットワークデバイス、および同等物として構成されてもよい。故に、実施形態は、完全にハードウェアまたはソフトウェアおよびハードウェアの任意の組み合わせを含む種々の手段を備えてもよい。さらに、実施形態は、記憶媒体内に具現化されるコンピュータ可読プログラム命令（例えば、コンピュータソフトウェア）を有する、少なくとも１つの非一過性コンピュータ可読記憶媒体上のコンピュータプログラム製品の形態をとってもよい。非一過性ハードディスク、ＣＤ－ＲＯＭ、フラッシュメモリ、光学記憶デバイス、または磁気記憶デバイスを含む、任意の好適なコンピュータ可読記憶媒体が、利用されてもよい。

本開示による処理回路網は、１つまたはそれを上回るプロセッサ、マイクロプロセッサ、コントローラ、および／またはマイクロコントローラを含むことができ、そのそれぞれは、離散的チップである、またはいくつかの異なるチップ（およびその一部）間で分散されることができる。本開示による処理回路網は、本開示による処理回路網のハードウェアおよび／またはソフトウェアにおいて実装され得る、デジタル信号プロセッサを含むことができる。本開示による処理回路網は、本明細書の図の他のコンポーネントと通信可能に結合されることができる。本開示による処理回路網は、処理回路網に、異なるアクションの集合を行わせ、本明細書の図における他のコンポーネントを制御させる、メモリ上に記憶されたソフトウェア命令を実行することができる。

本開示によるメモリは、種々の機能ユニットのうちの１つまたはそれを上回るものによって共有されることができる、またはそれらのうちの２つまたはそれを上回るもの間に分散されることができる（例えば、異なるチップ内に存在する別個のメモリとして）。メモリはまた、その独自の別個のチップであり得る。メモリは、非一過性であり得、揮発性（例えば、ＲＡＭ等）および／または不揮発性メモリ（例えば、ＲＯＭ、フラッシュメモリ、Ｆ－ＲＡＭ等）であり得る。

説明される主題による動作を実行するためのコンピュータプログラム命令は、限定ではないが、Ｐｙｔｈｏｎ、Ｎａｔｉｏｎａｌ ＩｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓによるＬａｂｖｉｅｗプラットフォーム、Ｊａｖａ（登録商標）、ＪａｖａＳｃｒｉｐｔ（登録商標）、Ｓｍａｌｌｔａｌｋ、Ｃ＋＋、Ｃ＃、Ｔｒａｎｓａｃｔ－ＳＱＬ、ＸＭＬ、ＰＨＰ、または同等物、および「Ｃ」プログラミング言語または類似するプログラミング言語等の従来の手続型プログラミング言語等の１つまたはそれを上回るプログラミング言語およびソフトウェアプラットフォームの任意の組み合わせで書き込まれてもよい。

本主題の種々の側面は、説明される実施形態の復習として、および／またはその補完として、下記に記載され、以下の実施形態の相互関係および相互交換可能性がここで強調される。言い換えると、実施形態の各特徴は、別様に明示的に記載されない、または論理的にあり得なくない限り、あらゆる他の特徴と組み合わせられ得るという事実が強調される。

本明細書に提供される任意の実施形態に関して説明される、全ての特徴、要素、コンポーネント、機能、およびステップが、自由に組み合わせ可能であり、任意の他の実施形態からのものと代用可能であることを意図していることに留意されたい。ある特徴、要素、コンポーネント、機能、またはステップが、１つのみの実施形態に関して説明される場合、その特徴、要素、コンポーネント、機能、またはステップが、別様に明示的に記載されない限り、本明細書に説明される全ての他の実施形態と併用され得ることを理解されたい。本段落は、したがって、随時、異なる実施形態からの特徴、要素、コンポーネント、機能、およびステップを組み合わせる、または一実施形態からの特徴、要素、コンポーネント、機能、およびステップを別の実施形態からのもので代用することの請求項の導入の前提および記述支援としての役割を果たし、以下の説明が、特定の事例において、そのような組み合わせまたは代用が可能であることを明示的に記載しない場合でも該当する。特に、あらゆるそのような組み合わせおよび代用の許容性は、当業者によって容易に認識されるであろうことを前提として、あらゆる可能性として考えられる組み合わせおよび代用の明確な列挙が、過度に負担であることが明示的に認識される。

本明細書に開示される実施形態が、メモリ、記憶装置、および／またはコンピュータ可読媒体を含む、またはそれと関連付けて動作する限りにおいて、そのメモリ、記憶装置、および／またはコンピュータ可読媒体は、非一過性である。故に、メモリ、記憶装置、および／またはコンピュータ可読媒体が、１つまたはそれを上回る請求項によって網羅される限りにおいて、そのメモリ、記憶装置、および／またはコンピュータ可読媒体は、非一過性にすぎない。

本明細書および添付される請求項に使用されるように、単数形「ａ」、「ａｎ」、および「ｔｈｅ」は、文脈が別様に明確に決定付けない限り、複数指示物を含む。

実施形態は、種々の修正および代替形態を被るが、その具体的実施例が、図面に示され、本明細書で詳細に説明される。しかしながら、これらの実施形態が、開示される特定の形態に限定されず、対照的に、これらの実施形態が、本開示の精神内に該当する、全ての修正、均等物、および代替を網羅するものであることを理解されたい。さらに、実施形態の任意の特徴、機能、ステップ、または要素が、その範囲内に該当しない、特徴、機能、ステップ、または要素によって、請求項の発明的範囲を定義する、負の限定とともに、請求項内に列挙される、もしくはそれに追加され得る。

Claims (93)

1. ビームを動作させる方法であって、
   第１の経路に沿って標的の走査可能表面を横断して前記ビームを走査することと、
   第２の経路に沿って前記標的の走査可能表面を横断して前記ビームを走査することであって、前記第１の経路は、第１の半径方向配向において第１のパターンを形成し、前記第２の経路は、実質的に、前記第１の半径方向配向と異なる第２の半径方向配向において前記第１のパターンを形成する、ことと
   を含む、方法。
2. 前記ビームは、前記第１および第２の経路に沿って走査する間、パルス化される、請求項１に記載の方法。
3. 前記ビームは、前記第１および第２の経路に沿って走査する間、連続的に伝搬する、請求項１に記載の方法。
4. 前記ビームは、前記第１のパターンにおいて、前記走査可能表面の内側領域から外側領域に移動し、前記内側領域に戻る、請求項１に記載の方法。
5. 前記ビームは、前記第１のパターンにおいて、前記走査可能表面の外側領域から内側領域に移動し、前記外側領域に戻る、請求項１に記載の方法。
6. 前記第１のパターンは、螺旋と、前記螺旋の鏡像とを備える、請求項１に記載の方法。
7. 前記第１のパターンは、第１の半体と、第２の半体とを有し、前記第１および第２の半体は、対称である、請求項１に記載の方法。
8. 前記第１のパターンは、連続的に湾曲する、請求項１に記載の方法。
9. 前記第１のパターンは、開始場所と、停止場所とを有し、前記開始場所は、前記停止場所にあるかまたはそれに隣接する、請求項１に記載の方法。
10. 前記第１の半径方向配向は、前記第２の半径方向配向と１８０度だけ異なる、請求項１に記載の方法。
11. 第３の経路に沿って前記標的の走査可能表面を横断して前記ビームを走査することであって、前記第３の経路は、前記第１および第２の半径方向配向と異なる第３の半径方向配向において前記第１のパターンを形成する、こと
    をさらに含む、請求項１に記載の方法。
12. 前記第１、第２、および第３の半径方向配向は、１２０度だけ異なる、請求項１に記載の方法。
13. 第４の経路に沿って前記標的の走査可能表面を横断して前記ビームを走査することであって、前記第４の経路は、前記第１、第２、および第３の半径方向配向と異なる第４の半径方向配向において前記第１のパターンを形成する、こと
    をさらに含む、請求項１１に記載の方法。
14. 前記第１、第２、第３、および第４の半径方向配向は、９０度だけ異なる、請求項１３に記載の方法。
15. 第５の経路に沿って前記標的の走査可能表面を横断して前記ビームを走査することであって、前記第５の経路は、前記第１、第２、第３、および第４の半径方向配向と異なる第５の半径方向配向において前記第１のパターンを形成する、こと
    をさらに含む、請求項１３に記載の方法。
16. 前記第１、第２、第３、第４、および第５の半径方向配向は、７２度だけ異なる、請求項１５に記載の方法。
17. 前記第１の経路は、サイクルの第１の事例に対応し、前記第２の経路は、前記サイクルの第２の事例に対応する、請求項１に記載の方法。
18. 前記サイクルの第１の事例および前記サイクルの第２の事例の走査は、閉ループを形成する、請求項１７に記載の方法。
19. 前記ビームは、陽子ビームである、請求項１－１８のいずれかに記載の方法。
20. 前記走査可能表面は、リチウムまたはベリリウム表面である、請求項１－１９のいずれかに記載の方法。
21. 前記標的は、走査されると、中性子を発生させる、請求項１－２０のいずれかに記載の方法。
22. 前記ビームは、複数の経路に沿って前記標的の走査可能表面を横断して走査され、前記複数の経路は、前記第１および第２の経路を備え、前記複数の経路における経路の数量（Ｎ）は、２つまたはそれを上回るものであり、前記Ｎ個の経路はともに、閉ループを形成し、前記Ｎ個の経路はそれぞれ、実質的に、前記経路のうちの隣接するものから半径方向に３６０／Ｎ度だけオフセットされる前記第１のパターンを形成する、請求項１－２１のいずれかに記載の方法。
23. 前記ビームは、円形または楕円形断面プロファイルを有する、請求項１－２１のいずれかに記載の方法。
24. 前記ビームは、環状断面プロファイルを有する、請求項１－２１のいずれかに記載の方法。
25. 前記ビームは、中空断面プロファイルを有する、請求項１－２１のいずれかに記載の方法。
26. ホウ素中性子捕捉療法（ＢＮＣＴ）において実施される、請求項１－２５のいずれかに記載の方法。
27. 前記ビームは、
    イオン源と、
    前記イオン源と結合される第１のビームラインと、
    前記第１のビームラインと結合されるタンデム加速器と、
    前記タンデム加速器と結合される第２のビームラインと、
    前記第２のビームラインと結合される前記標的と
    を備えるビームシステムによって発生される、請求項１－２６のいずれかに記載の方法。
28. 前記第１のパターンは、前記走査可能表面の大部分を前記ビームに暴露する、請求項１－２７に記載の方法。
29. 前記第２の経路は、前記第１の半径方向配向と異なる前記第２の半径方向配向において前記第１のパターンを形成する、請求項１－２８に記載の方法。
30. ビームを動作させる方法であって、
    第１の経路に沿って標的の走査可能表面を横断して前記ビームを走査することと、
    第２の経路に沿って前記標的の走査可能表面を横断して前記ビームを走査することであって、前記第１の経路は、第１の半径方向配向において第１のパターンを形成し、前記第２の経路は、前記第１の半径方向配向と異なる第２の半径方向配向において第２のパターンを形成し、前記第１および第２のパターンは、前記異なる半径方向配向を除いて実質的に同一である、ことと
    を含む、方法。
31. 前記第１および第２のパターンは、前記異なる半径方向配向を除いて同一である、請求項３０に記載の方法。
32. 請求項２－２９のいずれかによる、請求項３０および３１に記載の方法。
33. ビームシステムであって、
    メモリと通信可能に結合されるプロセッサを備えるコンピューティングデバイスであって、前記メモリは、複数の命令を記憶しており、前記複数の命令は、前記プロセッサによって実行されると、前記プロセッサに、
    第１の経路に沿った標的の走査可能表面を横断するビームの移動を制御することと、
    第２の経路に沿った前記標的の走査可能表面を横断する前記ビームの移動を制御することであって、前記第１の経路は、第１の半径方向配向において第１のパターンを備え、前記第２の経路は、実質的に、前記第１の半径方向配向と異なる第２の半径方向配向において前記第１のパターンを備える、ことと
    を行わせる、コンピューティングデバイス
    を備える、システム。
34. 前記第１の経路は、前記第１のパターンにおいて、前記走査可能表面の内側領域から外側領域に通過し、前記内側領域に戻る、請求項３３に記載のシステム。
35. 前記第１の経路は、前記第１のパターンにおいて、前記走査可能表面の外側領域から内側領域に通過し、前記外側領域に戻る、請求項３３に記載のシステム。
36. 前記第１のパターンは、螺旋と、前記螺旋の鏡像とを備える、請求項３３に記載のシステム。
37. 前記第１のパターンは、第１の半体と、第２の半体とを有し、前記第１および第２の半体は、対称である、請求項３３に記載のシステム。
38. 前記第１のパターンは、連続的に湾曲する、請求項３３に記載のシステム。
39. 前記第１のパターンは、開始場所と、停止場所とを有し、前記開始場所は、前記停止場所にあるかまたはそれに隣接する、請求項３３に記載のシステム。
40. 前記第１の半径方向配向は、前記第２の半径方向配向と１８０度だけ異なる、請求項３３に記載のシステム。
41. 前記複数の命令はさらに、前記プロセッサによって実行されると、前記プロセッサに、
    第３の経路に沿った前記標的の走査可能表面を横断する前記ビームの移動を制御することであって、前記第３の経路は、前記第１および第２の半径方向配向と異なる第３の半径方向配向において前記第１のパターンを備える、こと
    を行わせる、請求項３３に記載のシステム。
42. 前記第１、第２、および第３の半径方向配向は、１２０度だけ異なる、請求項４１に記載のシステム。
43. 前記複数の命令はさらに、前記プロセッサによって実行されると、前記プロセッサに、
    第４の経路に沿った前記標的の走査可能表面を横断する前記ビームの移動を制御することであって、前記第４の経路は、前記第１、第２、および第３の半径方向配向と異なる第４の半径方向配向において前記第１のパターンを備える、こと
    を行わせる、請求項４１に記載のシステム。
44. 前記第１、第２、第３、および第４の半径方向配向は、９０度だけ異なる、請求項４３に記載のシステム。
45. 前記複数の命令はさらに、前記プロセッサによって実行されると、前記プロセッサに、
    第５の経路に沿った前記標的の走査可能表面を横断する前記ビームの移動を制御することであって、前記第５の経路は、前記第１、第２、第３、および第４の半径方向配向と異なる第５の半径方向配向において前記第１のパターンを備える、こと
    を行わせる、請求項４３に記載のシステム。
46. 前記第１、第２、第３、第４、および第５の半径方向配向は、７２度だけ異なる、請求項４５に記載のシステム。
47. 前記複数の命令はさらに、前記プロセッサによって実行されると、前記プロセッサに、
    第６の経路に沿った前記標的の走査可能表面を横断する前記ビームの移動を制御することであって、前記第６の経路は、前記第１、第２、第３、第４、および第５の半径方向配向と異なる第６の半径方向配向において前記第１のパターンを備える、こと
    を行わせる、請求項４５に記載のシステム。
48. 前記第１、第２、第３、第４、第５、および第６の半径方向配向は、６０度だけ異なる、請求項４７に記載のシステム。
49. 前記ビームは、陽子ビームである、請求項３３－４８のいずれかに記載のシステム。
50. 前記走査可能表面は、リチウム層またはベリリウム層の表面である、請求項３３－４９のいずれかに記載のシステム。
51. 前記標的は、走査されると、中性子を発生させる、請求項３３－５０のいずれかに記載のシステム。
52. 前記複数の命令は、前記プロセッサによって実行されると、前記プロセッサに、
    複数の経路に沿った前記標的の走査可能表面を横断する前記ビームの移動を制御することであって、前記複数の経路は、前記第１および第２の経路を含み、前記複数の経路における経路の数量（Ｎ）は、２つまたはそれを上回るものであり、前記Ｎ個の経路はともに、閉ループを形成し、前記Ｎ個の経路はそれぞれ、実質的に、前記経路のうちの隣接するものから半径方向に３６０／Ｎ度だけオフセットされる、前記第１のパターンを形成する、こと
    を行わせる、請求項３３－５１のいずれかに記載のシステム。
53. 前記ビームは、円形プロファイルまたは楕円形プロファイルを有する、請求項３３－５１のいずれかに記載のシステム。
54. 前記ビームは、環状プロファイルを有する、請求項３３－５１のいずれかに記載のシステム。
55. 前記ビームは、中空プロファイルを有する、請求項３３－５１のいずれかに記載のシステム。
56. ホウ素中性子捕捉療法（ＢＮＣＴ）において実施される、請求項３３－５５のいずれかに記載のシステム。
57. 前記ビームは、
    イオン源と、
    前記イオン源と結合される第１のビームラインと、
    前記第１のビームラインと結合されるタンデム加速器と、
    前記タンデム加速器と結合される第２のビームラインと、
    前記第２のビームラインと結合される前記標的と
    を備えるビームシステムによって発生される、請求項３３－５６のいずれかに記載のシステム。
58. 前記第１のパターンは、前記走査可能表面の大部分を前記ビームに暴露する、請求項３３－５７に記載のシステム。
59. 前記第２の経路は、前記第１の半径方向配向と異なる前記第２の半径方向配向において前記第１のパターンを形成する、請求項３３－５８に記載のシステム。
60. 標的を横断して陽子ビームを走査するためのラスタプロファイルを選択するためのコンピュータ実装方法であって、前記方法は、
    コンピュータ処理システムを使用して、前記標的を横断して前記陽子ビームを走査するための複数の可能性として考えられるラスタプロファイルを確立することであって、前記複数の可能性として考えられるラスタプロファイルはそれぞれ、１つまたはそれを上回るビームパラメータを備え、前記１つまたはそれを上回るビームパラメータはそれぞれ、前記陽子ビームの性質を特徴付け、１つまたはそれを上回る経路パラメータは、前記標的を横断する前記陽子ビームの経路を特徴付ける、ことと、
    前記コンピュータ処理システムを使用して、前記標的を特徴付ける１つまたはそれを上回る標的パラメータを確立することと、
    前記コンピュータ処理システムを使用して、前記可能性として考えられるビームラスタプロファイル毎に性能指数の値を計算することであって、前記性能指数は、前記対応する可能性として考えられるラスタプロファイルに関する前記陽子ビームによる前記標的の熱負荷に基づく、ことと、
    前記コンピュータ処理システムを使用して、前記性能指数の値に基づいて、前記複数の可能性として考えられるラスタプロファイルの中からあるラスタプロファイルを選択することと、
    前記選択されたラスタプロファイルに従って、前記標的を横断して前記陽子ビームを指向することと
    を含む、方法。
61. 前記性能指数に関する値を計算することは、前記可能性として考えられるラスタプロファイル毎に、前記対応するラスタプロファイルに関する各離散部分における熱負荷と陽子流束との間の線形関係に基づいて、前記標的の複数の離散部分のそれぞれにおける熱負荷を計算することを含む、請求項６０に記載のコンピュータ実装方法。
62. 各離散部分は、前記陽子ビームの寸法よりも小さい前記陽子ビームの経路内の前記標的の表面の面積に対応する、請求項６１に記載のコンピュータ実装方法。
63. 各離散部分における前記熱負荷は、その上に前記陽子ビームが入射する前記標的の表面から離れた前記標的の深さを通した熱伝達に基づいて計算される、請求項６２に記載のコンピュータ実装方法。
64. 前記性能指数は、前記標的のピーク温度、前記標的の温度変化、前記標的の平均温度、および前記標的の使用効率から成る群から選択される、請求項６０に記載のコンピュータ実装方法。
65. 前記１つまたはそれを上回るビームパラメータは、ビーム寸法、ビーム形状、およびビーム構造から成る群から選択される、請求項６０に記載のコンピュータ実装方法。
66. 前記性能指数の値に基づいて、前記複数の可能性として考えられるラスタプロファイルの中から前記ラスタプロファイルを選択することは、前記標的の１つまたはそれを上回る部分を回避するように構成されるマスクされたプロファイルを選択することを含む、請求項６５に記載のコンピュータ実装方法。
67. 前記ビーム寸法は、１０ｍｍ～３０ｍｍの範囲内である、請求項６５に記載のコンピュータ実装方法。
68. 前記ビーム形状は、円形または楕円形であり、前記ビームの構造は、円形または環状である、請求項６５に記載のコンピュータ実装方法。
69. 前記１つまたはそれを上回る経路パラメータは、前記陽子ビームの経路と関連付けられる周波数、前記標的の表面を横断する前記陽子ビームの線速度、前記陽子ビームの経路のスーパーサイクルにおける半径方向走査層の数、および前記陽子ビームの経路のスーパーサイクルの数から成る群から選択される、請求項６０に記載のコンピュータ実装方法。
70. 前記１つまたはそれを上回る標的パラメータは、標的表面積、標的厚、および標的組成から成る群から選択される、請求項６０に記載のコンピュータ実装方法。
71. 前記標的は、リチウムの層またはベリリウムの層を備える、請求項６０に記載のコンピュータ実装方法。
72. 前記標的は、前記リチウムの層または前記ベリリウムの層を支持する金属の層を備える、請求項６０に記載のコンピュータ実装方法。
73. 選択することは、前記陽子ビームのオペレータに前記可能性として考えられるラスタプロファイルのリストを提示し、前記コンピュータシステムを介して、前記オペレータによる前記リストからの選択を受信することを含む、請求項６０に記載のコンピュータ実装方法。
74. 前記標的の１つまたはそれを上回る性質を測定し、前記標的の測定された性質に基づいて、前記ラスタプロファイルを選択することをさらに含む、請求項６０に記載のコンピュータ実装方法。
75. 前記標的の１つまたはそれを上回る性質は、前記標的上の１つまたはそれを上回る場所における前記標的の温度を備える、請求項７４に記載のコンピュータ実装方法。
76. 前記ビームの１つまたはそれを上回る性質を測定し、前記ビームの測定された性質に基づいて、前記ラスタプロファイルを選択することをさらに含む、請求項６０に記載のコンピュータ実装方法。
77. 前記ビームの１つまたはそれを上回る性質は、前記標的から上流で測定される、請求項７６に記載のコンピュータ実装方法。
78. 前記選択されたラスタプロファイルは、閾値周期を超える前記陽子ビームへの前記標的の単一の場所の連続した暴露の間の最小遅延を有する前記陽子ビームのための経路を定義する、請求項６０に記載のコンピュータ実装方法。
79. 前記選択されたラスタプロファイルは、トロコイド形状に基づく経路を定義する、請求項７８に記載のコンピュータ実装方法。
80. 前記トロコイド形状は、複数のローブを備える、請求項７９に記載のコンピュータ実装方法。
81. 前記陽子ビームの角周波数は、前記トロコイド形状の異なるローブに対して変動する、請求項８０に記載のコンピュータ実装方法。
82. 前記選択されたラスタプロファイルは、前記標的表面を横断する前記陽子ビームの様々な角速度を備える、請求項６０に記載のコンピュータ実装方法。
83. 前記選択されたラスタプロファイルは、前記標的表面を横断する前記陽子ビームの様々な線速度を備える、請求項６０に記載のコンピュータ実装方法。
84. コンピュータ実装方法であって、
    第１のラスタプロファイルに従って、標的の表面を横断して陽子ビームを走査する間、前記標的の温度を監視することと、
    前記監視された温度に基づいて、前記走査を前記第１のラスタプロファイルから第２のラスタプロファイルに変更することと
    を含み、
    前記第２のラスタプロファイルおよび前記第１のラスタプロファイルは、前記第１および第２のラスタプロファイルによる前記標的の熱負荷のコンピュータモデルに従って、前記標的の異なる加熱プロファイルをもたらす、方法。
85. 前記走査は、前記陽子ビームの人間オペレータによる複数のラスタプロファイルの中からの前記第２のラスタプロファイルの選択に応答して変更される、請求項８４に記載のコンピュータ実装方法。
86. 前記走査は、フィードバックまたはフィードフォワードアルゴリズムに従って、自動的に変更される、請求項８４に記載のコンピュータ実装方法。
87. 前記温度は、前記標的の複数の離散的場所において監視される、請求項８４に記載のコンピュータ実装方法。
88. 前記温度は、前記標的の熱画像を取得することによって監視される、請求項８４に記載のコンピュータ実装方法。
89. ラスタプロファイルを選択するためのシステムであって、前記システムは、請求項６０－８８のいずれか１項に記載のコンピュータ実装方法を実施するように構成される複数のモジュールを備える、システム。
90. ビームを動作させる方法であって、
    スーパーサイクルにおいて標的の走査可能表面を横断して荷電粒子ビームを走査することであって、前記スーパーサイクルは、複数のサイクルを備え、前記複数のサイクルの各サイクルは、同一の形状および異なる方位配向を有し、前記複数のサイクルは、前記荷電粒子ビームの経路が、閉ループにおいて前記複数のサイクルを通過するように、ともに連結される、こと
    を含む、方法。
91. 前記複数のサイクルは、相互から１８０度だけ方位角的にオフセットされる２つのサイクルを備える、請求項９０に記載の方法。
92. 前記複数のサイクルは、相互から１２０度だけ方位角的にオフセットされる３つのサイクルを備える、請求項９０に記載の方法。
93. 前記複数のサイクルは、相互から９０度だけ方位角的にオフセットされる４つのサイクルを備える、請求項９０に記載の方法。

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