Brevet FR2173731A1 — publié le 19731012

L'invention a pour objet un dispositif permettant de connaître la répartition de l'irradiation fournie 1de un appareil de radiothérapie dans une région située à une profondeur prédéterminée dans le corps humain. On désire, en effet, que l'organe ou la partie d'organe à traiter reçoive une dose de rayonnement aussi bien répartie que possible, autrement dit que l'irradiation soit aussi homogène que possible dans toutes les directions contenues dans un plan perpendiculir, à 11 axe du faisceau irradiant. Pour obtenir ce résultat, on fait un contre préalable. Ce contrôle doit avoir lieu dans des conditions extrêmement proches de la réalité, c'est-à-dire que le détecteur de contrôle doit être plongé dans un milieu possédant sensiblement les propriétés absorbantes du corps humain. On utilise à cet effet, un "fantôme", constitué de couches de matière absorbante placées de part et d'autre du détecteur sur l'axe du faisceau d'irradiation. La matière employée est, soit de l'eau contenue dans une cuve transparente au rayonnement, soit des plaques épaisses de résine synthétique. Un procédé connu permettant de détecter le rayonnement à une profondeur déterminée dans un fantôme et de tracer des courbes d'égale intensité dites "isodoses", utilise un détecteur de faible épaisseur à faces planes et parallèles. C'est ainsi qu'on utilise un film radiographique, c'est-à-dire une pellicule capable d'être impressionnée par le rayonnement de façon analogue à uné pellicule photosensible. On développe ensuite le film et on procède à une analyse photométrique. Le tracé des isodosesestprécis (de l'ordre de quelques centièmes) mais demande un temps assez long. La précision est limitée par les défauts d'homogénéité de la pellicule. En ce qui concerne la durée de l'opération, il faut additionner le temps de développement du film et celui de l'analyse photométrique quantitative ce qui peut atteindre parfois environ une heure.Cet ordre de grandeur est jugé prohibitif par les praticiens de la radiothérapie. L'invention remédie à ces inconvénients tout en étant compatible avec la précision désirable. L'appareil de tracé des isodoses selon l'invention est du type utilisant la détection du rayonnement thérapeutique par un scintillateur placé dans un fantôme et l'analyse du détecteur par des moyens photoélectriques. I1 est caractérisé en ce qu'il comporte - un fantôme dans lequel on dispose, à la profondeur désirée, une lame à faces parallèles de faible épaisseur contenant un scintillateur - un dispositif d'analyse point par point de l'émission de photons provenant dudit scintillateur par des moyens optiques assurant le balayage de ladite lame - un dispositif photo électrique recevant les photons des diffé rents points du scintillateur - un modulateur de l'intensité du pinceau d'électrons dlun cathoscope actionné par le courant provenant du dispositif photoélectrique, l'intensité dudit pinceau étant annulée au dessous d'un seuil réglable - des moyens électroniques de balayage de l'écran du cathos cope en synchronisme avec le balayage optique du scintilla teur. L'invention sera mieux comprise et d'autres caractéristiques apparaitront au moyen de la.description qui suit et des dessins annexés parmi lesquels ta figure 1 illustre le principe de l'invention dans le cas des rayons X La figure 2 est un schéma de principe d'une partie de l'appareil selon I'invention La figure 3 est une variante de la partie "détection" du rayonnement thérapeuthique dans le cas d'une irradiation d'électrons. On prendra, à titre d'exemple, un appareil de radiothérapie comportant un accélérateur linéaire d'électrons, pouvant communiquer à ceux-ci une énergie de 25 MeV, un système déviateur ou de transport de faisceau électronique et une tête thérapeutique d'orientation réglable. Celle-ci reçoit du système de transport un faisceau électronique ayant dans une section donnée, une densité uniforme, dit isotrope, d'enveloppe conique à section rectangulaire, et focalisé sur une droite focale perpendiculaire à l'axe du faisceau toutes ces conditions étant réunies lorsque l'appareil est bien réglé. Une cible appropriée placée sur la focale, par exemple en tungstène, émet un rayonnement "gamma" sous l'impact du faisceau d'électrons. On a représenté, figure 1, un faisceau d'électrons 1 focalisé sur la cible 2 et un faisceau li de rayons X traversant un filtre 3 répartiteur de type connu. Un diaphragme rectangulaire 4 limite la largeur du faisceau. I1 est nécessaire, dans la pratique, de régler soigneusement l'appareil préalablement au traitement d'un malade. A cet effet, selon l'invention, on disposera un fantôme sur le trajet du faisceau de rayons X utile et à l'intérieur du fantôme on placera, à la profondeur désirée, un détecteur du type "scintilla teur", c'est-à-dire qui émet des photons sous l'impact des rayons X. On a représenté, figure 1, une cuve 5 parallélépipédique possédant deux grandes faces perpendiculaires à l'axe du faisceau de rayons X. Cette cuve, remplie d'eau, constitue le fantôme à l'intérieur duquel on dispose, perpendiculairement au faisceau, un scintillateur 6, d'épaisseur voisine de 5 mm, formé d'une lame à faces planes et parallèles. Il existe des scintillateurs solides, liquides et gazeux. On utilisera de préférence un scintillateur liquide, que l'on disposera dans une cuve en verre ou en résine synthétique dont les dimensions et la planéité sont rectifiées et contrées au 1/100 de mm. près. En effet, bien que l'utilisation d'un scintillateur solide paraisse plus simple, on rencontre des difficultés pratiques pour obtenir une surface couvrant une plage irradiée carrée ou rectangulaire de 700 cm2 au minimum car il s'agit généralement de monocristaux (iodures de métaux alcalins ou alcalino-terreux activés au thallium). Outre le probième des dimensions, il n'est pas particu lièrement aisé de cliver et de polir de tels cristaux. Par contre, les scintillateurs liquides obtenus sous forme de solutions binaires ou ternaires dans un solvant généralement aromatique, sont plus faciles à réaliser sous de grands volumes. En particulier, on peut placer entre les faces de la cuve un certain nombre d'entretoises pour en améliorer le parallélisme. Ces entretoises sont de petite surface.Elles apparaissent dans les tracés d'isodoses comme des zones sombres, puisqu'il nty a pas de liquide sensible en ces points, ce qui n'est pas gênant, sous réserve que le système d'analyse soit assez fin. I1 est rare en effet que l'on ait des variations rapides de doses entre des points voisins. Outre les scintillateurs déjà cités, on connalt des scintillateurs organiques tels que le naphtalène et l'anthracène et des solvanU tels que les alkylbenzènes, les alkoxyéthers et divers composés aromatiques alkylés. Le fait de pouvoir dissoudre à des concentrations modifiables à volonté des substances scintillatrices minérales ou organiques constitue un avantage supplémentaire des scintillateurs utilisant des liquides. Quant aux scintillateurs utilisant des gaz, ils posent des problèmes de purification et de remplissage ainsi que de conservation sans pollution ; cependant, ils présentent des avantages (rapidité de réponse) dans le cas des flux intenses de particules. Ils sont par contre moins sensibles aux rayons X. Bes photons émis par le scintillateur sont recueillis par un dispositif optique à balayage ligne par ligne. On connaît de nombreux types d'un tel dispositif. On a représenté schématiquement, figure 1, un système de balayage comportant un miroir 8, animé de deux mouvements de rotation autour de deux axes rectangulaires (non représentés), une lentille 9 et un miroir fixe 10. Un tel système est connu en soi, aussi n'en est-il pas fait de description détaillée. On a représenté un pinceau lumineux 12 entrant dans le système et un pinceau lumineux 19 sortant du système et pénétrant dans un dispositif photoélectrique 20. Ce dispositif photo électrique peut - soit comprendre simplement une cellule photo électrique ou une diode photoélectrique ou un phototransistor - soit être couplé par une photocathode à un photomultiplica teur 21. Un oscilloscope 23 transforme les indications du dispositif photoélectrique en tracé oscilloscopique. On a représenté par un simple trait de liaison 22 le couplage des deux dispositifs, lequel fera l'objet d'une description ultérieure plus détaillée. La figure 2, où les mêmes repères désignent les mêmes organes que sur la figure 1, représente un exemple de réalisation des organes de photométrie. Il comprend un dispositif potentiométrique 25 réglant le niveau d'entrée d'un modulateur 26 agissant sur l'intensité du courant cathodique de l'oscilloscope 23. Ce dernier possède un bloc déflecteur 27 recevant des courants de balayage d'un dispositif 28. Ce dispositif est synchronisé par le dispositif 7 de balayage auquel il est relié par une liai-son 29 comportant un retour par la masse. La loi de balayage de l'écran de l'oscilloscope est identique à la loi de balayage du détecteur 6 par le dispositif 7. Les sources d'alimentation électrique des différents appareils ne sont pas représentées. Le fonctionnement est le suivant. Pour une position déterminée du potentio:tre 25 le pinceau cathodique est coupé pour une intensité du pinceau lumineux 12 inférieure à un certain seuil S1 qui correspond à une dose R1 de rayonnement thérapeutique. On obtient donc sur l'écran de l'oscilloscope une zone fluorescente dont le contour représente la courbe isodose correspondant à la dose R1. Pour un seuil S2 inférieur à S1, on obtient une isodose correspondant à la dose R2. Les indications ainsi obtenues dépendent de la relation entre la dose absorbée en chaque point du scintillateur et l'intensité lumineuse de scintillation, relation qui n'est généralement pas simple. I1 y a donc lieu, en général, d'étalonner préalablement le dispositif à l'aide de sondes dosimétriques donnant des valeurs absolues. Cet étalonnage peut être long et délicat, mais une fois effectué, il permet une analyse à la fois rapide et précise à l'aide du dispositif selon l'invention. En ce qui concerne la rapidité de balayage, on peut faire les remarques suivantes 10- Dans le cas de l'emploi d'un photomultiplicateur la vitesse de balayage est limitée par l'inertie mécanique du miroir 8. I1 convient toutefois d'éviter les fréquences multiples de la fréquence de récurrence des impulsions fournies par la source de rayonnement de l'appareil thérapeutique, afin d'éviter les effets de stroboscopie. 2 - Dans le cas d'un dispositif comportant une simple cellule, diode ou un phototransistor, ce dernier devra sature très sen sible et le balayage devra entre assez lent pour faire bénéfi cier l'élément photoélectrique de toute l'énergie de l'impul sion de rayonnement. Des précautions doivent également être prises pour éviter les effets de stroboscopie. On a représenté, figure 3, le cas on on irradie directement le corps humain par un rayonnement d'électrons. Le faisceau d'électrons, de largeur a, frappe le détecteur 6 en son centre si l'appareil est bien réglé. Pour irradier la plage à traiter, on dévie le faisceau à l'aide d'un bloc déflecteur 30 , on focalise le rayonnement par une lentille 31 et on limite sa largeur par un diaphragme 32. On obtient un faisceau utile de largeur A dont on contrôle les effets à l'aide de dispositifs identiques à ceux de la figure 1. Be scintillateur est choisi parmi ceux qui ont une bonne réponse aux électrons. L'invention n'est pas limitée aux dispositifs d'irradiations par des électrons et des photons "gamma". En effet, il existe des scintillateurs sensibles à des rayonnements très divers. L'invention n'est pas limitée au cas de l'emploi d'un oscilloscope monochrome. Dans le cas d'un cathoscope "couleur", chaque couleur est affectée à la détection d'une dose de rayonnement comprise entre deux valeurs R et Rn+î grâce à un discriminateur d'amplitude monté à la place du potentiomètre 25 de la figure 2. L'échelonnement de ces pleurs permet de couvrir la gamme utile des doses prescrites. REVENDICATIONS 1. Appareil pour le tracé des courbes isodoses d'un dispositif d'irradiation, permettant d'irradier une plage située à une profondeur prédéterminée dans un premier milieu absorbant, comportant une épaisseur prédéterminée d'un second milieu reproduisant les caractéristiques d'absorption dudit premier milieu, caractérisé en ce qu'un scintillateur est disposé dans ledit second milieu, en un endroit situé à ladite profondeur prédéterminée sur le trajet des radiations fournies par le dispositif dtirradiation, et capable d'émettre des photons sous l'impact desdites radiations, des moyens optiques permettant de recueillir points pont les dus, des moyens transducteurs étant associés à ces moyens optiques, lesdits moyens transducteurs traduisant en signaux électriques les variations d'intensité desdites radiations à ladite profondeur prédéterminée. 2. Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit scintillateur est un liquide contenu dans une cuve à faces parallèles, munie d'entretoises assurant le parallélisme des faces, à parois transparentes auxdites radiations et auxdits photons, ladite cuve étant plongée dans ledit second milieu. 3. Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit scintillateur est un gaz contenu dans une cuve à faces parallèles, munie d1entretos,esassurant le parallélisme des faces, à parois transparentes auxdites radiations et auxdits photons, ladite cuve étant plongée dans ledit second milieu. 4. Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit scintillateur est un solide constituant une lame à faces parallèles plongée dans ledit second milieu. 5. Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdits moyens optiques sont constitués par un dispositif mécanique comparant au moins un miroir tournant. 6. Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdits moyens transducteurs sont constitués par une cellule photoélectrique, une photodiode ou un phototransistor. 7. Appareil selon la revendication t, caractérisé en ce que lesdits moyens transducteurs sont couplés à un oscilloscope cathodique, lesdits signaux électriques modulant l'intensité du pinceau cathodique dudit oscilloscope. 8. Appareil selon l'une des revendications 6 et 7, caractérisé en ce qu'il comporte en outre un photomultiplicateur. 9. Appareil selon l'une des revendications 6, 7 et 8, caractérisé en ce que ledit oscilloscope comporte un cathoscope "couleur", des moyens électroniques traduisant une intensité prédéterminée du flux desdits photons en image d'une couleur prédéterminée.