Brevet FR2098205A1 — publié le 19720310

La présente invention concerne un collimateur à rayons gamma de faible énergie, Les caméras à rayonnement (rayons gamma), par exemple la caméra Anger bien connue (brevet des EU.A. n° 3.011.057) comporte en 5 général un collimateur de rayons gamma d'un modèle quelconque entre le détecteur de rayonnement et l'objet radio-actif étudié, (par exemple un organe ou un ensemble d'organes d'un corps humain dans lequel est dispersé un radio-isotope). Le but du collimateur d'une caméra à rayons gamma est de créer essentiellement une seule voie de transmission entre chaque élément de volume 10 de l'objet et un élément de volume correspondant du détecteur. Le collimateur employé le plus couramment avec les camérés à rayonnement est le collimateur à canaux multiples qui comporte un certain nombre d'ouvertures de collimation séparées les unes des autres par une matière opaque pour le rayonnement utilisé, en général du plomb. Il est connu que la réalisation d'un collimateur 15 de rayonnement est basée en principe sur les paramètres ci-après : dimensions et forme des ouvertures, épaisseur des parois de séparation et longueur des ouvertures. Ce sont les paramètres qui déterminent le pouvoir résolvant (ou résolution) ainsi que le rendement d'un collimateur pour rayons gamma ayant une énergie déterminée. En général, l'épaisseur des parois séparatrices et 20 l'épaisseur des intervalles séparant les ouvertures de collimation adjacentes sont choisies en fonction de l'énergie des rayons gamma à collimater, si bien que ledit collimateur bloque quasiment tous les rayons gamma qui pénètrent dans le collimateur sous un angle et en des points tels qu'ils traverseraient dans le cas contraire l'intervalle entre deux ouvertures. Par conséquent, 25 l'épaisseur des parois séparatrices doit être relativement grande pour des isotopes émettant des rayons gamma de haute énergie, mais pour les émetteurs de rayons gamma à faible énergie, la cloison au paroi entre les ouvertures peut être très mince. En fait, il est avantageux d'utiliser des cloisons séparatrices ayant seulement l'épaisseur effectivement nécessaire 30 pour l'énergie des rayons gamma employés afin d'éviter une perte de rendement inutile. L'isotope utilisé le plus souvent pour la formation d'image par les rayons gamma est le technétium~99m qui émet des rayons gamma d'énergie 140 keV. Son emploi très répandu est justifié par sa période de demi-vie 35 relativement courte d'environ 6 h, sa disponibilité facile à partir d'un générateur industriel d'isotopes et sa détection avec un rendement élevé par les cristaux d'iodure de sodium d'épaisseur 1,27 cm utilisés comme détecteurs dans les caméras Anger. On peut démontrer par des calculs théoriques que le i 71 24699 2 2098205 collimateur optimal pur le technétium aurait une épaisseur des parois séparatrices d'environ 0,25 cm et des ouvertures d'environ 1,6 mm de diamètre. Cependant, il se trouve qu'on ne peut pas se fier aux techniques habituelles de réalisation d'un collimateur, telles que la coulée et le 5 laminage de pièces extrudées pour obtenir des collimateurs comportant ces minces cloisons séparatrices. Par conséquent, pour réaliser un collimateur optimal pour des rayons gamma de 140 keV, il faut utiliser.un autre procédé de réalisation. Obligés de trouver une nouvelle technique, certains 10 chercheurs ont étudié la solution générale consistant à utiliser des feuilles ondulées d'une matière telle que le plomb, qui est assez opaque aux rayons gamma de faible énergie. L'emploi de ces feuilles ondulées semblait au premier abord constituer une solution simple du problème de la réalisation d'un collimateur avec des parois séparatrices d'environ 0,25 mm d'épaisseur 15 en associant un grand nombre de bandes ondulées minces de manière à former des alignements afin de réaliser un ensemble ayant les dimensions souhaitées. Cependant, il arrive que l'utilisation d'un grand nombre de bandes ondulées pose des problèmes de tolérances assez sérieux étant donné que ces ondulations doivent être très régulières d'une bande à l'autre, sinon elles ne s'adap-20 teront pas aux surfaces auxquelles elles doivent être associées et fixées sur toute leur longueur. Plus le collimateur est important et plus les ondulations sont petites, plus les difficultés sont grandes. Les problèmes à résoudre lors de l'utilisation de feuilles métalliques ondulées pour la réalisation d'un collimateur de rayonnement 25 de faible énergie sont résolus selon l'invention en plaçant lesdites bandes ondulées minces entre des bandes planes successives minces, de manière à éliminer les difficultés fondamentales dues aux tolérances en façonnant les bandes ondulées de manière qu'elles puissent être associées et en agissant sur ces bandes, assez facilement déformées, après leur façonnage. Selon 30 une deuxième caractéristique de l'invention, cette solution conduit également à un procédé amélioré de réalisation d'un collimateur à bandes ondulées en utilisant des adhésifs, par exemple des adhésifs époxydes au lieu de procéder par soudage ou analogue. De plus, selon une troisième caractéristique de l'invention, le fait inconnu antérieurement que le comportement 35 du collimateur n'est que très peu influencé par la forme de la section transversale des ouvertures du collimateur et, par conséquent, quêteur forme n'est pas obligatoirement de révolution, conduit à un nouveau procédé très avantageux de réalisation desdites bandes ondulées en faisant passer 71 24699 3 2098205 une bande mince plane à travers deux cylindres cannelés pour tringles à pignons quasiment en contact, de manière à réaliser une bande ayant des ondulations sensiblement sinusoïdales. Cette solution ne risque guère de modifier l'épaisseur des bandes et les ouvertures asymétriques formées par 5 les bandes ondulées, et les bandes planes n'influent pas de manière appréciable sur le comportement du collimateur. Un collinateur de faible énergie réalisé selon les principes de l'invention a un rendement accru de 50 % avec une résolution équivalente si on le compare à un collimateur de rayons à faible énergie 10 construit de manière classique. Les procédés selon l'invention peuvent également être utilisés pour réaliser un collimateur ayant le même rendement qu'un collimateur classique mais avec une résolution nettement accrue ou divers collimateurs donnant des résultats intermédiaires. Par conséquent, un collimateur réalisé selon l'invention permet d'utiliser plus efficacement 15 les rayons gamma disponibles pour la formation d'images. D'autres objets et avantages de l'invention seront mieux compris à la lecture de la description qui va suivre d'Un exemple de réalisation et en se référant aux dessins annexés dans lesquels : - la figure 1 représente à titre d'exemple une partie 20 d'une vue en coupe transversale suivant les lignes 1-1 de la figure 6 d'un collimateur réalisé selon l'invention ; - les figures 2 à 5 sont des exemples concernant un procédé de réalisation d'un collimateur selon l'invention ; - la figure 6 représente schématiquement le mode 25 d'utilisation d'un collimateur avec une caméra Anger. La figure 1 représente la configuration de base de la section transversale d'un collimateur selon l'invention, constitué par des bandes 13 minces de plomb ondulées,montées entre des bandes planes successives 12 minces de plomb. L'épaisseur des bandes est exagérée sur la figure 1 et pour 30 des rayons gamma de 140 keV, l'épaisseur préférée serait d'environ 0,25 mm. Il va de soi qu'on peut utiliser, dans le cas présent, des feuilles d'une matière autre que le fiomb très opaque aux rayons gamma. Les ondulations sensiblement sinusoïdales peuvent être obtenues par un procédé décrit ci-après, mais il va de soi qu'on peut également utiliser d'autres types de 35 bandes régulièrement ondulées. Les bandes ondulées sont de préférence disposées (figure 1) de manière à éviter des épaisseurs triples de métal, mais l'emploi de bandes planes de plomb entre des bandes ondulées élimine toutes les difficultés graves dues aux tolérances concernant le formage et l'assemblage 71 24699 4 2098205 des bandes. Comme on l'explique ci-après en détail, les bandes peuvent être assemblées avec un adhésif, par exemple un adhésif époxyde et l'emploi de bandes planes évite égslement de recourir à des procédés de fixation plus compliqués tels que le soudage. Il est évident que les ouvertures formées entre les surfaces des bandes planes et ondulées sont des ouvertures de collimation à travers lesquelles les rayons gamma passent librement et, comme on l'a mentionné ci-dessus, le fait que ces ouvertures ne sont pas de révolution n'affecte guère le comportement du collimateur. Comme l'indique la figure 2, on peut réaliser des bandes minces ondulées de plomb en faisant passer une bande mince 50 de plomb entre deux cylindres cannelés 42, 43 pour tringles à pignons qui sont sensiblement en contact. La bande mince de plomb 50 comporte une partie plane 51 qui pénètre en les cylindres et une partie ondulée 52 qui en sort. Les cylindres cannelés 42 et 43 peuvent être montés sur un ensemble support 40 comportant des pièces verticales 41 dans lesquelles les cylindres peuvent tourner. On peut faire tourner un des cylindres cannelés par une manivelle 44 avec une poignée 45, ou en utilisant un moteur. Les cylindres 42 et 43 doivent être montés de manière à ne pas engrener complètement pour laisser une place suffisante pour l'introduction des feuilles de plomb, afin que ces feuilles ne soient pas étirées avec diminution d'épaisseur aux endroits où elles sont tirées par les cylindres. On peut utiliser des cylindres cannelés au pas d'environ 3,3 mm pour réaliser des bandes ondulées conduisant à des ouvertures ayant une dimension effective d'environ 1,6 à 1,7 mm, avec une feuille de plomb de 0,25 mm d'épaisseur. La figure 3 représente un collimateur encours d'assemblage constitué par des bandes de plomb ondulées et planes (les dimensions des ondulations sont exagérées pour plus de clarté). Un montage 30 est utile pour l'assemblage des bandes étant donné que les parois des éLéments de support 32 et 33 montées sur le socle 31 se coupent à 90° et peuvent être utilisées pour maintenir les bandes de manière qu'elles fassent un angle de 90° avec la surface du collimateur ainsi réalisé. On peut réaliser un collimateur par le procédé ci-après en utilisant le montage 30. On place une bande plane avec un adhésif époxyde étalé sur une de ses faces, sur un support 33, le côté avec l'adhésif étant tourné vers le haut. Ensuite, on place une bande ondulée au-dessus de la bande recouverte d'adhésif. On place une seconde bande plane avec de l'adhésif époxyde étalé des deux côtés au-dessus de la bande ondulée et on place ensuite une seconde bande ondulée sur la bande plane. La seconde bande ondulée est de préférence alignée aussi exactement 71 24699 5 2098205 que possible , à l'oeil nu avec la première. Cette mise en place d'une bande plane enduite d'adhésif époxyde sur ses deux faces, suivie de la mise en place d'une bande ondulée est continuée jusqu'à l'obtention d'un collimateur ayant les dimensions désirées. Evidemment, les longueurs des 5 bandes doivent également être choisies en fonction des dimensions désirées du collimateur. Il est préférable de "charger" l'ensemble du collimateur chaque fois qu'un assemblage de bandes de 2 à 3 cm d'épaisseur est réalisé pour être certain que les bandes sont bien s&Trées les unes contre les autres. Cela peut être fait en posant un bloc massif de plomb sur les bandes pendant 10 quelques secondes. La figure 3 représente une partie 34 d'un collimateur sur le montage 30. Si le nombre désiré de bandes a été assemblé de manière à former un ensemble carré de dimensions appropriées, deux feuilles minces d'aluminium 22 et 23 peuvent être collées à l'adhésif époxyde sur l'ensemble 15 carré 21 semblable à un nid d'abeilles, représenté sur la figure 4, pour former l'ensemble 20. Il faut utiliser au moins une de ces feuilles pour augmenter la rigidité de l'ensemble ainsi que pour protéger les bords des bandes des déformations altérant leur comportement. Il est préférable d'utiliser deux feuilles pour augmenter encore la rigidité et la protection. Ces 20 feuilles minces d'aluminium sont pratiquement transparentes aux rayons gamma de 140 keV. Après que l'adhésif époxyde de l'ensemble 20 a durci, les angles 11 de cet ensemble peuvent être enlevés avec une scie à ruban, laissant une partie centrale circulaire 10 constituant le collimateur. Ce 25 collimateur circulaire est en général monté sur un support de fixation approprié, lui-même fixé à la tête d'une caméra à„ scintillation. La figure 6 représente schématiquement une vue de côté des éléments d'une caméra du type Anger à scintillation. Le collimateur 10 est intercalé entre un sujet 90 dans lequel est répartie une masse de radio-isotope et un mince cristal 60 d'iodure 30 de sodium. Des fibres optiques 70 transmettent la lumière émise par le cristal 60 à un ensemble régulier de tubes 80 multiplicateurs d'électrons. Le collimateur 10 est destiné essentiellement à permettre uniquement aux rayons gamma qui sont émis d'un point de l'objet 90 dans une direction sensiblement perpendiculaire au cristal 60, c'est-à-dire sensiblement 35 parallèle aux ouvertures du collimateur 10, d'atteindre le cristal 60. Par conséquent, des rayons gamma 92 provenant d'un point 91 pourront atteindre le cristal 60 et y produire une scintillation 93. Des rayons gamma émis sous différents angles, tels ceux désignés par 94 seront en général absorbés par une ou plusieurs cloisons du collimateur 10. Tous les détails de fonctionnement d'une caméra à scintillation sont bien connus et il est inutile 71 24699 6 2098205 de les décrire. Le- procédé de réalisation d'un collimateur selon l'invention peut également être utilisé pour réaîiier un collimateur à canaux parallèles inclinés, à utiliser dans une caméra pour tomographie à collimateur tournant 5 décrite dans les demandes de brevets français n° 69.38 241, 70.08738, 70.08739 et 71,13 004. On peut obtenir ce résultat en inclinant les bandes planes et ondulées d'un certain angle, en introduisant lesdites bandes entre les cylindres cannelés pour tringles à pignons sous un certain angle de manière à obtenir des ondulations inclinées ou en introduisant les bandes normalement 10 entre des cylindres comportant des éléments de formage inclinés afin d'obtenir des ondulations obliques. Il va de soi que le procédé de réalisation d'un collimateur à bandes ondulées du type décrit ci-dessus peut être facilement mis en oeuvre à la main. Des montages particuliers ne sont pas nécessaires et les opérations 15 d'assemblage sont simples. Evidemment, on peut également réaliser une machine pour faire ce travail. Bien entendu, diverses modifications peuvent être apportées par l'homme de l'art aux dispositifs ou procédés qui viennent d'être décrits uniquement à titre d'exemples non limitatifs, sans sortir du cadre 20 de l'invention. 71 24699 7 2098205 REVENDICATIONS 1. Collimateur de rayonnement à utiliser en liaison avec une caméra à rayonnement pour former des images avec une résolution élevée et 5 un bon rendement d'une masse répartie in vivo d'un radio-isotope qui émet des rayons gamma ayant une énergie voisine de 140 keV, caractérisé en ce qu'il comprend un grand nombre de bandes planes minces en métal, sensiblement opaques au rayonnement, et plusieurs bandes minces en métal, ondulpes à peu près régulièrement, et pratiquement opaques au rayonnement, formant 10 un ensemble semblable à un nid d'abeilles, chacune desdites bandes ondulées étant intercalée entre lesdites bandes planes successives. 2. Collimateur de rayonnement selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdites bandes planes et lesdites bandes ondulées sont réalisées à partir d'une feuille de plomb d'épaisseur voisine de 0,25 mm 15 et en ce que lesdites bandes ondulées sont façonnées de manière à réaliser des ouvertures de collimation de diamètre voisin de 1,6 mm. 3. Collimateur de rayonnement selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'il comprend une feuille mince d'une matière pratiquement transparente au rayonnement utilisé fixée à au moins un bord desdites bandes 20 pour augmenter la rigidité et la protection de l'ensemble. 4. Collimateur de rayonnement selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdites bandes ondulées sont sensiblement alignées entre elles, de manière que les ouvertures de collimation formées par lesdites bandes forment des alignements pratiquement rectilignes. 25 5. Collimateur de rayonnement selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend plusieurs bandes minces de plomb d'épaisseur voisine de 0,25 mm, et en ce qu'environ la moitié de ces bandes est sensiblement plane, tandis que le reste desdites bandes est ondulé de manière à peu près régulière. 30 6. Collimateur de. rayonnement selon les revendications 1 et 5, caractérisé en ce que lesdites bandes ondulées ont une section transversale qui forme, en liaison avec lesdites bandes planes, des ouvertures de collimation de diamètre voisin de 1,6 mm et en ce que lesdites bandes ondulées sont sensiblement alignées entre elles, de manière que lesdites ouvertures de 35 collimation forment des alignements pratiquement rectilignes. 7. Collimateur de rayonnement selon la revendication 6, caractérisé en ce qu'il comprend une mince feuille d'aluminium fixée à au moins une face de l'ensemble desdites bandes pour augmenter la rigidité et la protection de l'ensemble. 71 24699 8 2098205 Procédé de réalisation d'un collimateur de rayonnement à employer en liaison avec une caméra à rayonnement pour permettre la formation avec une résolution élevée et un bon rendement d'une image d'une masse répartie in vivo d'un radio-isotope qui émet des rayons gamma d'assez faible énergie, 5 caractérisé en ce qu'il comprend les opérations ci-après : gaufrage de manière pratiquement régulière, de plusieurs bandes minces en métal, sensiblement opaques audit rayonnement, application d'une mince couche d'adhésif des deux côtés de plus bandes planes minces en métal, sensiblement opaques au rayonnement utilisé et application d'une pression à chacune desdites bandes 10 ondulées intercalées entre lesdites bandes planes successives pour réaliser un ensemble semblable à un nid d'abeilles constitué par lesdites bandes. 9. Procédé selon la revendication 8, caractérisé en ce qu'il comprend les opérations ci-après : fixation d'une feuille mince d'une matière pratiquement transparente au rayonnement utilisé sur au moins une 15 face dudit ensemble de bandes et découpage à la scie de l'ensemble obtenu, de manière à réaliser un collimateur circulaire. 10. Procédé de réalisation d'un collimateur de rayonnement à employer en liaison avec une caméra à rayonnement pour former avec une résolution élevée et un bon rendement l'image d'une masse répartie in vivo 20 d'un radio-isotope qui émet des rayons gamma d'énergie assez faible, caractérisé en ce qu'il comprend les opérations ci-après ; passage de plusieurs bandes minces de plomb entre deux cylindres cannelés pour tringles à pignons à peu près en contact, de manière à former plusieurs bandes ondulées et fixation de chacune desdites bandes ondulées entre des bandes 25 minces planes successives de plomb pour réaliser un ensemble semblable à un nid d'abeilles. 11. Procédé selon la revendication 10, caractérisé en ce que ladite opération d'assemblage comprend elle-même les opérations ci-après : application d'une mince couche d'adhésif sur chaque face de chacune desdites 30 bandes planes et application par preœLon de chacune desdites bandes ondulées entre lesdites bandes planes successives.