Brevet FR2133701A1 — publié le 19721201

La présente invention concerne un collimateur pour rayons de haute énergie, constitué par un matériau assurant le blindage par rapport à l'environnement d'une source de radiation disposée à l'intérieur et comportant iin diaphragme pour la sortie des faisceaux utiles. On connaît des collimateurs neutroniques pour la neutrothérapie, dans lesquels les faisceaux utiles sortent par des porte-diaphragme à ouverture différente. Divers porte>-diaphragme sont disponibles dans la salle de traitement. Les diaphragmes ayant parfois un poids notable (50 à 100 kg), seul l'emploi d'engins de levage permet souvent de les monter dans le collimateur. L'échange du porte-diaphragme ne peut alors s'effectuer que si le collimateur est amené dans une position déterminée. Ce travail est long et exige une certaine habileté des opérateurs. L'invention a pour objet un collimateur pour rayons, de haute énergie, permettant une irradiation automatique avec une section de faisceau variable, sans remplacement du porte-diaphragme. Selon une.caractéristique essentielle de l'invention, le diaphragme est constitué par de nombreuses cellules remplies d'un matériau de blindage. Dans un tel diaphragme, l'épaisseur de paroi des diverses cellules doit être aussi faible que possible et la paroi des cellules doit comporter une couche à adhérence minimale. Afin de faire varier la forme et la taille du faisceau utile de sortie, il est possible de relier à chaque cellule un tube souple ou rigide, muni de vannes pour l'introduction ou l'aspiration d'un matériau de blindage du rayonnement. Un tel matériau peut être un liquide très visqueux, une émulsion, une pâte ou une substance pulvérulente et/ou granulaire. Dans une autre forme de réalisation de l'invention, des noyaux en matériau de blindage et de forme correspondant à celle des cellules peuvent être bloquées dans ces dernières. Les noyaux peuvent également présenter une constitution identique à celle du bloc collimateur, c'est-à-dire être feuilletés le cas échéant de la même façon que le bloc collimateur. Selon une autre caractéristique, et afin de permettre un blocage approprié et avantageux, des noyaux, ces derniers sont constitués partiellement au moins par un matériau magnétique doux et une bobine annulaire est prévue autour du diaphragme. Le passage d'un courant dans cette bobine produit un champ magnétique hétérogène, qui centre et bloque les noyaux dans les cellules. 13046 2 2133701 Un avantage particulier du collimateur selon l'invention réside dans le fait qu'un porte-diaphragme spécial permet de sortir de nombreux faisceaux utiles différents, sans qu'il soit nécessaire de remplacer le porte-diaphragme et d'augmenter l'épaisseur de couche nécessaire au blindage. On dispose ainsi de possibilités beaucoup plus nombreuses de variation du réglage de la forme et de la taille des champs d'irradiation. Une introduction définie du matériau de blindage dans les diverses cellules permet de faire varier la dose dans les diverses parties du champ d'irradiation, et notamment de rendre la dose homogène sur tout le champ d'irradiation et de compenser les effets périphériques. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention seront mieux compris à l'aide de la description détaillée ci-dessous d'un exemple de réalisation et des dessins annexés sur lesquels : la figure 1 est la coupe d'un collimateur neutronique avec porte-diaphragme selon l'invention; la figure 2 représente le porte-diaphragme séparé du collimateur; la figure 3 est une vue en plan de l'ouverture du diaphragme dont aucune cellule ne contient de matériau de blindage; la figure 4 est une vue en plan de l'ouverture du diaphragme dont certaines cellules sont remplies de matériau de blindage; et la figure 5 représente un collimateur dont les cellules du diaphragme permettent l'introduction de noyaux. Le collimateur neutronique selon la figure 1 comporte le canal d'irradiation 1 d'un accélérateur d'ions avec une cible constituant la source de neutrons 2 et disposée au centre d'un bloc collimateur 3 cylindrique. Ce dernier est constitué de préférence par plusieurs couches, trois par exemple; la première couche ralentit les neutrons de haute ' ' 1 ' énergie, la seconde ralentit encore et absorbe lés neutrons diffusés et la troisième couche absorbe le rayonnement gamma produit. Le blindage de neutrons est particulièrement efficace quand il est constitué par plusieurs couches, dont la première et la troisième" par exemple sont en acier et la seconde dans un matériau à forte teneur en hydrogène par unité de volume. Afin de réduire le rayonnement à haute énergie de capture de l'hydrogène et du fer, la seconde et la troisième couche contiennent en outre des additions de bore. Le bloc collimateur 3 comporte une ouverture 4 pour le logement du diaphragme 5 de sortie du faisceau neutronique utile. Le diaphragme 5 72 13046 3 2133701 est constitué par de nombreuses cellules 5.1 à 5.n, coniques vers l'intérieur et à surface de base rectangulaire. L'épaisseur de paroi de chaque cellule est aussi faible que possible et la paroi est munie d'une couche à adhésion minimale. La figure 2 montre que le diaphragme 5 est monté dans un porte-diaphragme 6 qui est logé dans l'ouverture 4 du collimateur. Le porte-diaphragme comporte un blindage 7 dont le pourtour présente des épau-lements et des paliers qui interdisent la sortie de rayons diffusés par l'ouverture du collimateur. Chacune de ces cellules fermées 5.1 à 5.1 est reliée à un tube souple ou rigide 8 qui, avec les vannes 9, permet à des pompes 11 de refouler dans les cellules ou d'y aspirer un matériau assurant un bon blindage contre les rayons et contenu dans un réservoir 10. Ce matériau de blindage peut, à une température normale ou plus élevée, être un liquide plus ou moins visqueux, une émulsion, une pâte et/ou une substance pulvérulente et/ou granulaire. Des huiles, l'eau, des paraffines et des matières plastiques, des pâtes à base de plastique et de poudre de fer et/ou de plomb ou d'autres- additions, la poudre de plomb, la poudre de fer, etc. sont des exemples de matériaux de blindage appropriés. Cette substance peut par exemple se solidifier dans les cellules, puis être réchauffée et évacuée par pompage lors d'une variation du champ d'irradiation. La couche à adhérence minimale (revêtement de "Téflon" par exemple), disposée sur la paroi des cellules, doit garantir une évacuation totale du matériau de blindage des diverses cellules. Les figures 3 et 4 représentent la grille du champ obtenu par irradiation à travers le diaphragme selon l'invention. Chaque rectangle de la grille est l'image de la surface de base d'une cellule 5.1 à 5.n. La totalité du faisceau utile de la source 2 sort par l'ouverture du diaphragme quand aucune des cellules individuelles n'est remplie de matériau de blindage. La figure 3 représente ce cas. Lorsque le champ d'irradiation doit par contre présenter une forme et une taille déterminées, le nombre correspondant de cellules du diaphragme 5 est rempli de matériau de blindage à l'aide du dispositif de remplissage 8 à 10. Ces cellules sont par exemple hachurées sur la figure 4. Les rayons n'atteignent alors le champ d'irradiation que par les cellules intérieures, libres de matériau de remplissage. Le degré de remplissage des diverses cellules permet aussi de faire varier la dose dans les diverses zones du champ d'irradiation. 72 13046 4 2133701 Il est notamment possible ainsi de rendre la dose homogène sur tout le champ d'irradiation et de compenser des effets périphériques. La figure 5 représente une autre possibilité de remplissage des diverses cellules 5.1 à 5.n. Ces cellules sont ouvertes au moins vers 5 l'extérieur, de façon à permettre l'introduction de noyaux solides 13, en matériau de blindage et de forme correspondant à celle des cellules. Les dimensions des noyaux 13 sont choisies de façon à permettre un ajustement avec un jeu aussi faible que possible dans les cellules correspondantes. 10 Afin d'obtenir un blindage aussi régulier que possible des neu trons, la constitution des noyaux 13 correspond à celle du bloc collimateur 3, c'est-à-dire que les noyaux 13 présentent la même stratification que le bloc collimateur 3. Pour maintenir les noyaux 13 dans les cellules 5.1 à 5.n, il est 15 possible de prévoir par exemple des blocages non représentés. Un blocage préférentiel des noyaux est toutefois électromagnétique. Une bobine électrique 12 est alors disposée autour du diaphragme 5 de façon à produire dans ce dernier, quand elle est parcourue par un courant, un champ magnétique hétérogène dont l'intensité sur la face de la bobine en regard 20 de la cible 2 est supérieure à celle sur la face opposée à la cible, ï Afin que la bobine 12 puisse exercer une force magnétique sur les r noyaux 13, ces- derniers sont réalisés, au moins au voisinage de l'enrou- jp lement de la bobine, dans un matériau magnétique doux, et de préférence |r en fer doux. *' 25 Pour produire le champ désiré, les noyaux 13 correspondants sont ê ' introduits dans les cellules 5.1 à 5.k, selon les conditions géométriques & £ J exigées. Lorsque le courant est établi dans la bobine 12, les noyaux introduits sont attirés dans les cellules par le champ magnétique, et par * ; suite centrés et bloqués dans ces dernières. La force exercée est d'autant fjr être supérieure dans tous les cas à la force de gravité s'exerçant le cas échéant sur les noyaux. Il est ainsi possible de bloquer ou de libérer de nombreux noyaux par une seule commutation et de réaliser et de maintenir des champs de 35 géométrie différente avec relativement peu de manoeuvres et en un temps court. Un collimateur selon 11 invention permet une radiothérapie entière- ç 72 13046 5 2133701 ment automatique. Il est notamment possible d'adapter le champ d'irradiation à l'objet à traiter, même dans le cas de contours irréguliers, de façon relativement précise et simple, à l'aide d'un tracé polygonal. Bien entendu, diverses modifications peuvent être apportées par l'homme de l'art au principe et aux dispositifs qui viennent d'être décrits uniquement à titre d'exemples non limitatifs, sans sortir du cadre de l'invention. 72 13046 6 2133701 Revendications 1. Collimateur pour rayons de haute énergie, constitué par un matériau de blindage par rapport à l'environnement d'une source de radiation disposée à l'intérieur et comportant un diaphragme de sortie des rayons utiles, ledit collimateur étant caractérisé en ce que le diaphragme est constitué par de nombreuses cellules pouvant être remplies par un matériau de blindage. 2. Collimateur selon revendication 1, caractérisé en ce que les cellules présentent une section diminuant vers l'intérieur du collimateur. 3. Collimateur selon les revendications 1 et 2, caractérisé en ce que chaque cellule est reliée à un- tube souple ou rigide, muni de vannes et servant à l'introduction ou à l'aspiration d'un matériau de blindage. 4. Collimateur selon revendication 3,. caractérisé en ce que le matériau de blindage est un liquide, une émulsion bu une pâte. 5. Collimateur selon revendication 3, caractérisé par l'emploi de substances pulvérulentes et/ou granulaires. Collimateur selon revendication 1, caractérisé en ce que l'épaisseur de paroi des cellules est aussi, ■faible que possible et la paroi des cellules est munie d'une couche à adhéreîïtfe-minimale. 7. Collimateur selon revendication 1^caractérisé en ce que des noyaux en matériau de blindage et de forme correspondant à celle des cellules peuvent être introduits dans ces dernières. 8. Collimateur selon revendication 7, caractérisé en ce que les noyaux ont une constitution identique à celle duHjloC collimateur. -9. Collimateur selon revendications 7 et 8, caractérisé en ce que les noyaux sont constitués partiellement au niains d'un matériau magnétique doux et une bobine annulaire est disposée iautour du diaphragme et produit, quand elle est parcourue par un courant, un champ magnétique hétérogène qui centre et bloque les noyaux à l'intérieur des cellules.