Brevet FR2029069A1 — publié le 19701016

La présente invention ^concerne une source de radiations comportant un blindage intérieur pour la téléthérapie » Différents types de radiations de grande énergie ont été utilisés depuis un certain temps pour le traitement de certaines formes du cancer. Le 5 radium a été utilisé initialement sous la forme d'implants-et d'éléments moulés de contact. Les essais pour utiliser le radium en téléthérapie, c'est-à-dire en utilisant las radiations colliaaatëes d'une source en radium distante de la peau du patient,naont pas donné de résultats satisfaisants en raison de la faible énergie des radiations du radium entraînant des doses élevées à 10 la surface et des doses faibles en profondeur. De plus., en raison de la faible activité spécifique des sels «le radium» ces sources ont des dimensions importantes et par suite les bords du faisceau du radium sont mal définis. Les rayons X ont par suite été en général préférés pour la thérapeutique par faisceaux en raison des inconvénients précités. Le but de la thérapeutique 15 par faisceaux extérieurs est en principe d'obtenir une distribution homogène de 1'énergie absorbée dans un volume pendant la durée du traitement prescrit tout en ne provoquant pas d'absorption d'énergie dans les tissus situés à l'extérieur de ce volume. Il a été constaté que les caractéristiques-d'un faisceau de rayons X pour le traitement d'un cancer profond sont d'autant plus 20 utiles du point de vue thérapeutique que la tension engendrant ces rayons est plus élevée» C'est pourquoi- des générateurs de rayons X sont réalisés avec des tensions de plus en plus élevées. En 1950, il a été constaté que les radiations gamma émises du fait de la désintégration du-cobalt-60 se trouvent dans la région des grandes 25 énergies très désirables et qu'elles ont-d'autres avantages par-rapport aux rayons X. La téléthérapie utilisant des sources en cobalt-60 présente un grand nombre d'avantages sur la téléthérapie antérieure utilisant le-radium et les rayons X. L'atténuation de ses radiations de grande énergie (1,25 MeV) au passage à travers un milieu absorbant n'est pas aussi rapide que celle des 30 radiations d'énergies plus faibles. De ce fait, la décroissance-du taux de dose avec l'augmentation de la profondeur dans le tissu est plus progressive avec les radiations du cobalt-60 qu'avec les rayons X produits avec des tensions relativement basses ou les faisceaux de radiations du radium. Le cobalt existe à l'état naturel sous une forme isotopique avec 35 un nombre de masse 5-9. Le cobalt-60 peut être facilement obtenu par irradiation par des neutrons de cobalt-59 dans un réacteur nucléaire. L'activité spécifique en curies du cobalt-60 par gramme de cobalt irradié dépend du ï PA0 ORIGINAL" 02513 2 2029069 flux de neutrons thermiques auxquels la manière est soumise dans le réacteur. Quand le fîux de neutrons est relativement faible, l'activité spécifique du cobalt-60 obtenu est relativement faible et une quantité importante de matière est nécessaire pour des performances, efficaces dans une source pour 5 téléthérapie. Pour différentes raisons considérées ci-après, il est particulièrement désirable que l'activité spécifique du cobalt-60 pour la téléthérapie soit relativement élevée. Un avantage important des radiations du cobalt-60 est que le point d'absorption maximale d!énergie pour un faisceau unique de radiations du 10 cobalt-60 est à une profondeur d'environ 0,5 cm en dessous de la peau au lieu d'être à la surface de la psau. Les réactions dans la peau sont par suite minimes même en cas âe doses radicales. Pour les énergies habituelles des rayons X, l'énergie absorbée dans les os est sensiblement supérieure à celle absorbée dans* 15 les tissus mous en raison de la prédominance de l'absorption par le processus photoélectrique. Avec l'énergie des radiations du cobalt-60, le processus principal d'absorption est celui des l'effet Compton pour-lequel l'énergie absorbée par roentgen par grsmme d'os et de tissus mous est approximativement la même. Cela réduit l'endommagiSment des os quand le traitement traverse des 20 os normaux. Comme toutes les structures du corps absorbent les radiations du cobalt-60 approximativement su même degré, les discontinuités dans les distributions des doses 3ont réduites au minimum de sorte que la dasinâtrie thérapeutique est plus précise. Une radiation par diffusion résultant da l'interaction d'une radiation primaire du cobalt-60 avec le tissu a lieu de façon prédoRi» 25 nante vers ,1'avant. En raison de la faible quantité des radiations diffusées latéralement, la chute de la dose au bord géométrique du faisceau de rayons gamma est rapide, ce qui réduit la dose peur les structures sensibles adjacentes. Les appareils à cobalt-60 sont avantageux aussi par rapport au:: générateurs de- rayons X-haute tension ea raison de leur simplicité, de leur 30 souplesse et âe la constance du rayonnement produit. L'absence de circuits électriques st électroniques compliqués réduit les problèmes d'entretien aï supprime le besoin d'un personnel hautement qualifié dans ce but. La simplicité et les dimensions faibles relatives de cette.source et 1'absence de câbles électriques importants donnent une grande souplesse pour la réalisation 35 d'un équipement d'utilisation. Il en est résulté le développement et la production d'appareils à cobalt-60 sur une grande échelle. La source de radiations utilisée dans les appareils-de téléthérapie à cobalt-60 est une petite quantité de cobalt-60 contenue dans uft-récipient qui est introduit dans la tête de l'appareil de téléthérapie. Un appareil habituel de téléthérapie à cobalt-60 comporte une source de cobalt-60 radio- ' • , _ * BAD ORIGINAL 70 02513 3 2029069 actif enfermé dans une capsule, un carter ou un blindage pour la source, un y obturateur pour permettre le passage et pour arrêter le faisceau de-radia-tionset différents mécanismes supports, de commande et de réglage du faisceau. Le carter pour la source et 1'obturateur contiennent suffisamment de matière 5 de blindage, telle que du plomb, pour que le rayonnement de fuites à partir du blingage soit en moyenne inférieur à 2 milliroentgens par heure à une distance d'un mètre de la source dans toutes les directions. Bien qu'il existe un grand nombre d'appareils de téléthérapie, un seul porte-source standard international a été étudié et est adapté à la plupart de ces appareils. Ce porte-10 source peut recevoir une source cylindrique pouvant atteindre jusqu'à 3 cm en diamètre et 3 cm en hauteur. La-quantité de matière de blindage contenue dans le carter de l'appareil est déterminée par la limite de fuites de radiations et par l'activité envisagée des sources devant être utilisées dans ce blindage. Des sources-d'une puissance supérieure peuvent par suite ne pas 15 pouvoir être utilisées dans les appareils de téléthérapie les- plus, anciens en raison de radiations de-fuites dépassant les limites admissibles. Cependant, des sources de grande puissance deviennent actuellement disponibles en raison de la possibilité de produire du cobalt-60 dans les réacteurs nucléaires à grande intensité-de flux. Les sources à activité élevée permettent le traite-20 ment des tissus situés en profondeur dans des temps plus courts» Dans le porte-source standard international, le diamètre maximal de la source est de 3 cm. Bien entendu^ il est possible de placer des sources d'un diamètre plus faible en plaçant une cale ou un adaptateur entre la paroi extérieure de la source et la paroi intérieure du porte-source. Il est en 25 général désirable que le diamètre soit aussi petit que possible pour se rapprocher d'une source ponctuelle et un diaphragme est utilisé entre la source et l'objet recevant la radiation de façon que l'intensité II est par suite nécessaire de disposer d'une source perfectionnée à cobalt-60 d'une forme permettant 1'utilisation de matières à grande activité spécifique sans que les radiations de fuite dépassent la valeur 70 02513 4 2029069 admissible et avec une amélioration de la précision de l'émission de radiations thérapeutiques. L'invention a pour objet une source à cobalt-60 pour la téléthérapie dans laquelle le cobalt-60 est au moins partiellement entouré jïar une certaine quantité de matière de blindage, en étant en contact intime 5 avec la matière de blindage à son tour enfermée dans 2 récipients successifs en acier inoxydable. Les dimensions extérieures de la' source permettent de la placer dans un porte-»source standard international. Le cobalt-60 est de préférence sous la forme de petites pastilles en groupe de forme générale cylindrique avec un élément de blindage annulaire à extrémités ouvertes ou en 10 forme de godet avec un fond. L'épaisseur radiale de la paroi de l'élément de blindage est de préférence comprise entre environ 3 mm et environ 7 mm. Cette plage des épaisseurs est préférable parce que des parois plus minces réduisent la capacité de blindage jusqu'à un point auquel des sources à cobalt-60 de grande puissance ne peuvent pas être utilisées avec sécurité, 15 tandis que des parois plus épaisses réduisent le diamètre du coeur à un point qui nécessiterait une matière de source d'une activité spécifique trop élevée pour pouvoir être obtenue. L'élément de blindage intérieur et. la matière formant la source sont ensuite enfermés deux fois dans des boîtès en acier inoxydable d'une épaisseur d'environ 0,65 mm. Lhcier inoxydable est le métal 20 préféré pour les boîtes en raison de sa résistance mécanique, de sa résistance à la corrosion et de la facilité de fermeture par des soudures d'une qualité supérieure. Il est indésirable d'utiliser-une matière d'une densité élevée pour former les boîtes, parce qu'il en résulterait une atténuation des radiations du faisceau de traitement. 25 Biën "que n'importe quelle matière d'une densité Supérieure à envi ron 10 puisse convenir pour l'élément de blindage intérieur, de l'uranium métallique non allié et non gainé ou un alliage convenable à base de tungstène sont préférés pour constituer le blindage intérieur. L'uranium constitue un blindage intérieur extrêmement efficace. L'uranium est utilisé de préférence 30 non allié et non gainé parce que les matières d'alliage ou de gainage ont des densités plus faibles et réduisent la capacité de blindage de 1'élément de blindage intérieur. Il a été constaté conformément à l'invention que l'uranium non gainé peut être utilisé dans une source selon l'invention parce que l'élément d e (blindage intérieur est entièrement enfermé dans 35 les boîtes. L'uranium-métallique est difficile à utiliser pour former un blindage extérieur exposé à l'air parce qu'il s'oxyde facilement et que par suite son volume augmente. Un blindage extérieur en uranium peut ainsi augmenter de volume au point d'empêcher le démontage d-'éléments supports étroitement ajustés. 70 02513 029069 le tuiigtène est aussi une matière de blindage intérieur satisfaisante r en raison de sa grande densité et de son prix raisonnable. ïl a été constaté que l'adjonction de l'élément de blindage intérieur constitué par une matière de blindage en contact intime avec la 5 matière formant la source est bien plus efficace qu'une quantité équivalente de matière de blindage espacée de la matière formant la source, La masse de matière de blindage pour obtenir-une épaisseur de blindage équivalente est plus faible quand-le blindage est contenu dans les boîtes que quand la matière de blindage est sous la forme d'un élément annulaire autour des 10 boîtes. De même, un blindage extérieur annulaire plus grand permet des fuites plus importantes de radiations par les extrémités de l'anneau. Quand le blindage est intérieur, les faisceauji résultant des fuites aux extrémités sont nettement plus étroits. L'atténuation des rayons gamma à travers la matière est exponen-15 -tielle du fait que pour une énergie particulière des rayons- une mime épaisseur d'une matière réduit l'intensité du rayonnement de fractions égales. Par exemple, une épaisseur de 12 mm de plomb atténue le rayonnement primitif du cobalt-60 par le facteur 2 et une épaisseur supplémentaire de 12 mm de plomb réduit l'exposition initiale par un facteur de réduction totale de 4,. 20 Par suite, s'il est nécessaire que le taux de dose-d'exposition soit réduit de mille fois pour réduire les fuites de radiations au voisinage de l'appareil thérapeutique à des limites admissibles, comme 1024 ~ 2^° une épaisseur de 120 mm de plomb -est- nécessaire pour la protection contre le faisceau primaire. L'épaisseur d'un absorbeur atténuant un faisceau de 1/2 est appelée "épais-25 seur de valeur moitié' , Pour le rayonnement primaire du cobalt-60, l'épaisseur des demi-valeurs d'uranium est de 5,66 mm et celle du tungstène de o - 6,9 mm. Par suite, l'utilisation d'un blindage intérieur en uranium de 3 mm à 7 mm dans une source en boite ou capsule augmente le blindage efficace de l'ensemble par un facteur - d'environ 0,53 à 1,25. Pour le tungstène 30 ce facteur est d'environ 0,43 à 1,02, Par suite, avec une source de téléthérapie selon l'invention, le niveau admissible d'activité de la source dans un appareil classique de tëléthérapie est augmenté d'environ 40% à environ 125%. Comme le blindage intérieur permet 1'utilisation de matières 35 à activité plus élevée, la source peut être plus étroite pour approcher de plus près une source ponctuelle idéale. Cela réduit considérablement l'effet de pénombre et réduit substantiellement l'irradiation indésirable des structures sensibles voisines de la matière irradiée. 70 02513 6 202906V Las caractéristiques de l'invention ressortiroat plus particulièrement de la description suivante, donnée à titre d'exemple et faite en se référant au dessin annexé sur lequel : - la figure 1 est une vue en perspective et en coupe d'une source 5 pour la têlêthêrapie selon un mode de aise en œuvre de l'invention dans un porte-source standard international; - la figure 2 est une vue en perspective et en coupe d'une source pour la têléthérapie selon un autre mode de mise en oeuvre de l'invention dans un porte-source standard international, et 10 - 1s figure 3 est, une vue schématique- en coupe d'un appareil typique de téléthérapie â cobalt-60 comportant une source selon l'invention. La figure 1 représente une source 10 pour la tëléthérapie montée dans an porte-source standard international 11. Les dimensions du porte- i source 11 ont été établies par des accords internationaux. Le porte-source 11 15 comporte un filetage extérieur 12 pour sa fixation dans un appareil de téléthérapie. Le porte-source 11 est chargé par introduction, d'une source cylindrique 10 dans 1'alésage de diamètre standard du porte-source 11. Un rebord annulaire dépassant vers l'intérieur à l'ouverture 13 empêche la sortie de la source 10. Une bague de retenue 14 placée dans line rainure circulaire 20 de la paroi intérieure du porte-source 11 maintient la source 10 en place. La source 10 de la figure 1 est constituée par uns certaine quantité 15 de cobalt-60 à l'intérieur d'un élément de blindage intérieur tabulaire 16, le cobalt et le blindage étant enfermés dans deux boîtes concentri- -§ues 17 et 18 en acier inoxydable formant un*ensemble à double paroi» Les fonds 25 des boîtes 17^ et 18 sont soudés pour empêcher l'échappement de matière radioactive . La construction décrite ci-dessus permet l'utilisation de cobalt-60 d'activité élevée comme source dans un appareil standard de téléthérapie parce que le blindage supplémentaire est situé à l'emplacement le plus efficace. De 30 plus, là source cylindrique en cobalt-60 est relativement étroite ce qui réduit le diamètre du faisceau émis et par suite l'effet indésirable de pénombre. Comme le blindage intérieur 16 est entièrement enfermé dans la c&pfiule double formée par les. boîtes 17 et 18, il est -possible d'utiliser sans inconvénient eies matières telles que 1'uranium métallique qui ont tendance à gonfler quand 35 elles sont exposées à 1'atmosphère. Si un anneau en uranium métallique était utilisé entre le cylindre étroit formant la source et la surface intérieure ân porte-source 11, l'uranium gonflerait au bout d'un certain temps en rendant difficile, si ce n'est itnpôssible,l'enlèvement du blindage et âe la matière formant la source. De même, l'utilisation d'une matière de blindage entre la 70 02513 7 2029069 surface extérieure de la source ç-t la surface intérieure du porte-source est difficile parce que le porte-source standard international ne comporte aucun dispositif pour maintenir un tel ensemble en place. En outre, la quantité de matière de blindage relativement coûteuse pour obtenir l'épaisseur 5 voulue de blindage serait plus importante si leblindage était placé entre la surface extérieure de la source et la surface intérieure du porte-source, au lieu d'être placé à l'intérieur des boîties de la source selon la présente invention. La figure 2 représente une source selon un autre mode de mise en 10 oeuvre de l'invention. Comme dans le cas de la figure 1, la source 10 est retenue entre un rebord de l'ouverture 13 et la bague de retenue 14 à l'intérieur du porte-source standart international 11. Cependant, dans le cas de la figure 2,1e blindage intérieur 16' est une pièce en godet cylindrique, c'est-à-dire avec un fond au lieu d'être une pièce tubulaire à deux extrémités 15 ouvertes comme dans le cas de la figure 1. Le mode de réalisation de la figure 2 est préférable quand l'activité de la source est très élevée. Le blindage intérieur 16' établit le blindage sur les côtés de la matière 15' constituant la source et à l'extrémité arrière de la source. Bien entendu, le blindage de la région de sortie du faisceau est indésirable car il empê-20 dierait l'utilisation de la source pour l'irradiation des objets ou des tissus. De même, dans le cas d'une activité spécifique très élevée de la matière constituant la source et d'un diamètre relativement petit du cylindre formé par cette matière, la partie de la matière constituant la source à 1' extrémité du cylindre opposée à celle de l'ouverture d'Unritssion du faisceau a tendance 25 à être blindée par la matière constituant la source située plus près de l'orifice d'émission. Par suite, l'addition de matières de blindage supplémentaires sous la forme d'un fond d'un élément en godet à l'extrémité arrière de la source et remplaçant une partie de la matière formant la source ne réduit pas sensiblement l'efficacité de la matière à activité très élevée 30 tout en augmentant appréciablement l'efficacité du blindage à cette extrémité. La figure 3 est une coupe schématique d'un appareil typique pour la têléthérapie pour lequel une source selon l'invention est particulièrement utile. La tête 20 de l'appareil est placée au-dessus de l'objet 11 devant être irradié et qui se trouve sur n'importe quelle structure support (non 35 représenté^. Un tambour obturateur 22 de forme générale cylindrique est monté 1 dans un alésage cylindrique horizontal de la tête 20» Le tambour 22 est entraîné en rotation par un dispositif entraînement 23. Le tambour 22 comporte une ouverture horizontale décalée sur un côté du tambour pour recevoir 70 02513 8 2029069 un tiroir coulissant 24. Le tiroir 24 est maintenu par un couvercle amovible 25. La source 10 peut être introduite directement dans une cavité du tiroir 24, ou bien cette cavité peut être taraudée pour recevoir une source 10 contenue dans un porte-source standard 11. Le dispositif d'entraînement 23 fait tourner 5 le tambour 22 d'une position "arrêt" représentée en traits pleins sur la figure 3 pour laquelle la source est entourée par un blindage, et une position "marche" représentée en tirets pour laquelle la source se trouve à côté d'une . ouverture 26 qui permet l'irradiation de l'objet 21. Des blocs collimateurs 26 permettent de régler la largeur du 10 faisceau d'irradiation qui est limitée de la façon représentée par les lignes en tirets 27. Ainsi que le montre la figure 3, quand la source 11 est ponctuelle, les lignes 27 délimitent une zone déterminée à pourtour net sur l'objet 21. Si la source 11 a un diamètre appréciable,il est évident que les bords de la zone délimitée par les lignes 27 sont vagues et indistincts, ce qui rend 15 difficile le traitement d'une zone bien déterminée de l'objet 21. Comme le montre la figure 3, quand la source est dans la position "arrêt", l'extrémité du porte-sourcefcomportant l'ouverture d'émission du faisceau se trouve devant une masse importante de matière de blindage 28 de la tête 20 de l'appareil. Cependant, comme les dimensions matérielles du 20 tiroir 24 et du tambour 22 sont fixes, ils est difficile d'ajouter de la matière de blindage sur les côtés et/ou à l'arrière de la source dans le cas d'utilisation de sources ayant des activités supérieures à l'activité pour laquelle la tête de l'appareil a été prévue. Le mode de blindage d'une source selon l'invention permet ainsi une augmentation appréciable des possibilités 25 des appareils de téléthérapie disponibles commercialement. Bien entendu, la description qui précède n'est pas limitative et l'invention peut être mise en oeuvre suivant d'autres variantes sans que l'on sorte de s>n cadre. 70 02513 9 2029069 y REVENDICATIONS 1 - Source de rayonnement pour la téléthérapie, caractérisée par 5 une certaine quantité de forme générale cylindrique de cobalt-60 à activité spécifique élevée, une certaine quantité? de matière de blindage d'une densité supérieure à 10 entourant au moins partiellement la matière constituant la source et en contact intima avec celle-ci, une première boîte fermée en acier inoxydable autour de la matière formant la source et de la matière 10 de blindage, et une seconde boîte fermée en acier inoxydable enfermant la première boîte en acier inoxydable. 2 - Source de rayonnement selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'activité spécifique du cobalt-60 est comprise entre environ 300 et environ 500 curies par gramme. 15 3 - Source de rayonnement selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisée en ce que la matière de blindage est choisie dans le groupe constitué par l'uranium métallique non allié et non gainé et les alliages de tungstène.