Brevet FR2173752A1 — publié le 19731012

Le traitement de certaines maladies, en particulier du cancer, fait appel a llutilisation d'appareils de radiothérapie et notamment de bombes au cobalt et d'accélérateurs de particules. Le traitement proprement dit consiste en l'irradiation de la partie malade, soit par un flux de photons, soit directement par des électrons. Un des problèmes a résoudre est l'obtention d'une irradiation aussi uniforme que possible sur des champs dont les surfaces varient entre 2 x 2 cm et 30 x 30 cm ou plus. A la sortie d'un accélérateur de particules, le faisceau d'électrons présente une section généralement petite, de l'ordre de quelques millimètres de diamètre. Le passage a travers la fenêtre de sortie de l'accélérateur et le trajet dans l'air entre la sortie de l'appareil et le corps à traiter provoque une diffusion généralement trop faible pour pouvoir obtenir une irradiation homogène sur des champs de surface importante. Pour obtenir une irradiation homogène, deux procédés ont déja été utilisés Aux énergies relativement faibles (de l'ordre de 10 Me V), on provoque une diffusion du faisceau par interposition d'une lame placée sur le trajet du faisceau, l'épaisseur de la lame et la nature du matériau qui la constitue étant choisies en fonction des caractéristiques recherchées. Aux énergies plus élevées, on provoque le balayage par le faisceau d'électrons de la surface a traiter. Cependant, le premier procédé comme le second présentent un certain nombre d'inconvénients. La prévision d'une lame sur le trajet des électrons ne permet d'obtenir une irradiation homogène que pour des champs de surface limitée. Quant au balayage de la surface à traiter par le faisceau d'électrons, il nécessite l'emploi d'un dispositif de balayage relativement complexe et, par conséquent, couteux. L'invention vise donc à remédier aux inconvénients précités en créant un dispositif de diffusion simple et peu coûteux, qui permette d'obtenir une irradiation homogène d'un champ présentant une surface relativement importante. Elle a donc pour objet un dispositif de diffusion d'électrons engendrés par un accélérateur de particules, caractérisé en ce qu'il comporte une première lame de diffusion pour diffuser le faisceau d'électrons issu de l'accélérateur , la répartition des doses d'irradiation sur un champ donné, obtenue laide de la première lame présentant un maximum dans sa partie centrale et une seconde lame de diffusion, disposée en aval de la première lame sur le trajet des électrons, et présentant une partie centrale relativement peu transparente aux électrons et une partie périphérique fortement transparente aux électrons, l'arrêt par la partie centrale de la seconde lame d'une partie des électrons transmis par la première lame permettant d'obtenir , sur un champ de surface relativement importante, une répartition de doses d'irradiations pratiquement constante. D'autres caractéristiques de l'invention apparaîtront au cours de la description qui va suivre. Aux dessins annexés,donnés uniquement à titre d'exemple la Fig. 1 est une vue schématique, en coupe, d'un appareil de radiothérapie muni d'un dispositif de diffusion suivant l'invention la Fig. 2 est une vue schématique du dispositif de diffusion de la Fig. 1 les Fig. 3 à 6 représentent des courbes montrant une décompose tion de l'obtention d'une irradiation homogène d'un champ donné, au moyen du dispositif suivant l'invention. L'appareil de radiothérapie représenté à la Fig. 1 comporte un accélérateur de particules A, à la sortie duquel sont montés une lentille magnétique B et un dispositif de déviation électromagnétique C, destiné à donner au faisceau de particules 1, issu de l'accélérateur, une direction verticale. Le dispositif de déviation C présente une fenêtre de sortie 2, dans laquelle est montée une première lame de diffusion 3 qui fait partie du dispositif de diffusion suivant l'invention. En aval de la lame 3, sur le trajet du faisceau 1, est disposé un dispositif de précollimation 4 comportant une deuxième lame de diffusion 5 constituée d'une feuille mince 6,en Mylar par exemple, maintenue dans une monture 7 et produisant une diffusion aussi faible que possible, et d'une pastille 8 en matière diffusante, par exemple en plomb, fixée à la partie centrale de la feuille 6. En aval de la deuxième lame de diffusion 5, sur le trajet du faisceau, on trouve des chambres à ionisation 9, délimitées par des feuilles de Mylar métallisé et destinées à la mesure du flux d'électrons, puis un collimateur 10 pour le fonctionnement de l'appareil avec un faisceau de photons, un collimateur 11 pour le fonctionnement avec un faisceau d'électrons et une lame 12 à ouverture variable destinée à délimiter le champ 13 à traiter. L'ensemble constitué par l'accélérateur A, la lentille magnétique B, le dispositif de déviation C, le dispositif de diffusion et le collimateur 10, est monté sous un capot 14 à la paroi inférieure 15 duquel est fixé le collimateur 11 portant la lame 12 à ouverture variable. Pour décrire le fonctionnement du dispositif de diffusion suivant l'invention, on se refèrera au schéma de la Fig. 2 ainsi qu'aux courbes des Fig. 3 à 6 représentant diverses répartitions de doses dans le champ 13 à traiter. Sur la Fig. 2, on voit qu'à la sortie du dispositif de déviation magnétique C (Fig. 1), le faisceau d'électrons est diffusé par la première lame 3. La Fig. 3 montre la diffusion obtenue avec la lame 3 seule. Sur cette Figure, comme sur les Fig. 4 à 6, on a porté en abscisses les diamètres des champs traités et en ordonnées les irradiations obtenues. On voit à la Fig. 3 que la diffusion à l'aide de la lame 3 seule donnerait sur la surface du champ 13 (Fig. 2) une répartition de dose I1 insuffisante pour obtenir l'homoaénéité nécessaire. En effet, si la répartition est peu près constante dans la région de la courbe de la Fig. 3, délimitée par les deux droites en pointillés 16 et 17, elle se dégrade rapidement dans les régions extérieures à ces droites. Le faisceau diffusé par la lame 3 est alors repris par la lame 5. En supposant tout d'abord que la pastille de plomb 8, située au centre de la lame 5, soit suffisamment épaisse pour arrêter les particules qui la frappent, on obtiendrait dans le champ 13 la répartition de dose I2 représentée à la Fig. 5, sur laauelle on voit que la région du champ située au-dessous de la pastille de plomb 8 reçoit une dose moindre que la région située au-dessous de la partie périphérique 6a de la lame 5 constituée par la feuille de Mylar 6 seule. En supposant ensuite que seule subsiste la partie du faisceau ayant frappé la pastille de plomb 8, la répartition de dose obtenue serait celle représentée à la Fig. 5. En réalité, étant donné que, d'une part, la pastille de plomb 8 est choisie d'une épaisseur telle qu'elle laisse passer des particules et que, d'autre part, un nombre important de particules frappant la partie 6a de la feuille de Mylar 6 parviennent jusqu'au champ 13, la répartition de dose d'irradiation observée est celle représentée à la Fig. 6 qui n'est autre que la somme 14 des répartitions I2 et I3 des Fig. 4 et 5. Un choix judicieux des dimensions du dispositif permet de régler la répartition 14 et, en particulier, de la rendre homogène sur un champ d'irradiation de grandes dimensions. La répartition 14 est déterminée par le rapport d2 du diamètre de la pastille de plomb 8 à celui de la feuille de Mylar 6 lorsque les autres paramètres sont fixés. Le rapport ol de la distance entre la lame 5 et la lame 3 à celle entre le champ 13 et la lame 3 intervient pour l'obtention du champ homogène maximal. La structure des lames 3 et 5 est choisie de manière à perturber au minimum les caractéristiques des électrons du faisceau. On donne, dans l'exemple ci-après, les dimensions et la nature des divers éléments entrant dans la construction du dispositif de diffusion suivant l'invention. La lame 3, comme représenté à la Fig. 1, constitue la fenêtre de sortie du dispositif de déviation magnétique C. Elle est réalisée en acier inoxydable de 0,2 mm d'épaisseur. La lame 5 est constituée d'une feuille de Mylar 6 sur laquel- le est collée une pastille de plomb de 0,03 mm d'épaisseur. Un tel agencement permet d'obtenir une répartition 14 homogène à f 3 % sur un champ de 30 x 30 cm à une distance D2 de 1 m entre la lame 3 et le champ. Le dispositif de collimation 10,11 permet de régler les dimensions du champ à irradier. Le dispositif suivant l'invention permet donc d'obtenir une irradiation homogène sur des champs très étendus , mais il présente en outre, vis à vis des dispositifs connus, l'avantage de réduire fortement les pertes d'énergie. Ainsi, dans l'exemple précité, les pertes d'énergie dans les lames 3 et 5 s'élèvent à 0,4 Me V, alors que si on utilisait une simple lame de plomb d'épaisseur variable, comme c'est le cas dans les dispositifs classiques, les pertes seraient au moins égales à 0,8 Me V. Cette réduction de pertes d'énergie provoque de plus une diminution sensible de production de rayonnement X parasite. Dans le mode de réalisation représenté à la Fig. 1, la première lame 3 constitue en fait la fenêtre de sortie du dispositif de déviation magnétique C. Il est cependant possible de réaliser le dispositif de diffusion suivant l'invention de manière crue les lames de diffusion qui le constituent soient montées dans un bloc indépendant,adaptable à la sortie d'un appareil d'irradiation. REVENDTCATIONS 1. Dispositif de diffusion d'électrons engendrés par un accélérateur de particules, caractérisé en ce qu'il comporte une première lame de diffusion (3) pour diffuser le faisceau d'électrons issu de l'accélérateur, la répartition des doses d'irradiation sur un champ donné, obtenue à l'aide de la première lame (3';;, présentant un maximum dans sa partie centrale, et une seconde lame de diffusion (5) disposée en aval de la première lame (3) sur le trajet des électrons et présentant une partie centrale (8) relativement peu transparente aux électrons et une partie périphérique (6a) fortement transparente aux électrons,la diffusion par la partie centrale (8) de la seconde lame d'une partie des électrons transmis par la première lame (3) permettant d'obtenir,sur un champ (13) de surface relativement importante, une répartition de doses d'irradiation pratiquement constante. 2. Dispositif suivant la revendication 1, caractérisé en ce que la première lame (3) est constituée par la fenêtre de sortie de l'accélérateur ou d'un dispositif de déviation magnétique (C) du faisceau de particules émis par ce dernier lorsqu'un tel dispositif est associé l'accélérateur pour former un appareil de radiothérapie. 3. Dispositif suivant l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que la partie centrale relativement peu transparente aux électrons de la seconde lame (5) est constitue par la superposition d'une feuille mince (6) d'un matériau fortement transparent aux électrons et d'une pastille d'un matériau de densité élevée (8) ,tandis que la partie périphérique (6a) fortement transparente aux électrons est formée par ladite feuille (6)seule. 4. Dispositif suivant l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que l'étendue du champ (13) sur lequel la répartition des doses d'irradiation est homogène est fonction du rapport entre la distance dudit champ à la première lame (3) et la distance de la seconde lame (5) à cette première lame. 5 Dispositif suivant l'une quelconque des revendications 1 et 3, caractérisé en ce que la répartition des doses sur ledit champ (13) est fonction du rapport entre la surface de ladite partie centrale (8) de la seconde lame (5) et la surface totale de cette seconde lame. 6. Dispositif suivant l'une quelconaue des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'il comporte en outre un dispositif de collimation (10,11) monté en aval de ladite seconde lame (5) sur le trajet du faisceau et destiné à régler la surface du champ d'irradiation (13). 7. Dispositif suivant l'une quelconque des revendications 1 et 3 à 6, caractérisé en ce que lesdites première et seconde lames (3,5) constituent un ensemble indépendant pouvant être adapté à la sortie d'un accélérateur de particules ou d'un appareil de radiothérapie.