Brevet FR2346754A1 — publié le 19771028

L'invention concerne une installation d'irradiation pour un rayonnement ionisant,de préférence destinée à être utilisée dans le domaine de la radiothérapie, et comportant une source de rayonnement ainsi que des dispositifs pour dévier un rayon ou un faisceau Otroitement collimaté et provenant de la source de rayonnement, en le déplaçant sur une zone devant être irradiée. En radiothérapie on tire parti du fait que lors de l'irradiation avec un rayonnement ionisant, le tissu orà- nique est endommagé ou détruit par une dose déterminée spécifique au tissu. A cet effet les foyers infectieux situés à l'intérieur du corps d'un patient sont irradiés avec une dose d'irradiation nécessaire pour la destruction du tissu. Afin que cette méthode de traitement réussisse, il est d'une importance décisive qu'aussi bien la dose iniale, nécessaire pour la destruction du tissu > soit atteinte dans l'ensemble de la région du foyer d'infection, que la dose à l'extérieur du foyer d'infection reste suffisamment faible pour ne pas endommager le tissu sain environnant. A cet effet il est en général usuel de limiter ou collimateur le rayonnement sortant de l'installation d'irradiation, par l'intermédiaire d'un diaphragme, e l'adaptant exactement au foyer infectieux devant être irradié, et d'irradier un même foyer infectieux à tartir de différentes directions. Grâce à l'irradiation réalisée à partir de différentes directions, la charge en rayonnement du tissu sain situé en avant et en arrière du foyer infectieux suivant la direction du rayonnement, est réduite. Par suite de la collimation exacte au contour du foyer infectieux, on obtient à la surface de l'objet devant être irradié et au-dessus du foyer infectieux, une variation approxinativement rectangulaire de la dose appliquée, conformément à la ligne en trait plein représentée sur la figure 3 annexée à la présente demande. En profondeur à l'intérieur du corps d'un patient, cette variation de la dose est malheureusement fortement écrêtée ou affaiblie sur les bords de la zone d'irradiation.L'atténuation ou l'é cette, qui augmente avec une profondeur croissante de pénétration du rayonnement dans le corps du patient, de la courbe de variation de la dose qui est représentée sur la figure 4 annexée à la présente demande, au moyen d'une ligne en trait continu , repose sur le fait que par suite de l'interaction avec la substance, c'est-à-dire ici les couches de tissu interposées en avant, le rayonnement ionisant produit des électrons secondaires qui s'écartent par dispersion plus ou moins de la direction originelle de rayonnement (voir la figure 2 annexée à la présente demande). Ces électrons secondaires, qui transmettent un pourcentage important de la dose appliquée, étalent le rayonnement.La dose appliquée dans chaque élément de volume du foyer infectieux irradié se compose par conséquent d'un pourcentage notable de rayonnement de dispersion introduit latéralement, de préférence formé d'électrons secondaires. Etant donné cependant qu'aucun pourcentage de rayonnement de dispersion n'est introduit de l'extérieur au niveau des régions marginales de la zone de rayonnement collimatée, la dose globale dans ces zones rar- ginales diminue. Simultanément par suite du rayonnement de dispersion, une dose notable est également irradiée au niveau des régions marginales à l'extérieur de la zone d'irradiation (voir la ligne en trait plein de la figure 4). Cet aplatissement ou écrêtage de la courbe de variation de la dose est un inconvénient lors de l'irradiation de foyers infectieux situés profondément à l'intérieur du corps du patient. Le tissu du foyer infectieux n'est pas détruit de façon fiable dans la région marginale du champ de rayonnement collimaté. Si cependant on accroît la dose globale appliquée, afin d'obtenir partout des valeurs de dose suffisantes dans la région marginale collimatée, le tissu situé en avant et en arrière du foyer infectieux au centre de la zone d'irradiation est endommagé de façon inutile par suite de la dose également accrue à ce niveau. Ce que l'on vient de dire est valable indépendamment du fait que l'ensemble de la zone d'irradiation soit irradié par exemple par le cône de rayon nement,délimîté en ouverture de façon correspondante, d'un radioisotope ou bien successivement par balayage ligne par ligne de la zone d'irradiation par un rayon ou un faisceau relativement étroit d'un accélérateur de particules. L'invention a pour but d'indiquer un moyen permettant d'irradier également des foyers infectieux, situés en profondeur 3 l'intérieur du corps d'un patient, avec une dose plus uniforme. Ce problème est résolu conformément à l'invention dans le cas d'une installation d'irradiation du type indiqué plus haut grâce au fait qu'un dispositif de dispersion, augmentant la dose appliquée par élément de surface dans la rdgion marginale de la zone devant être irradiée est raccordé a l'installation d'ir radiation en vue de réaliser la compensation de la diminution de la dose en profondeur dans la région marginale de la zone devant être irradiée. De ce fait la diminution de la dose dans la région marginale de la zone devant être irradiée se trouve compensée.Au centre de la zone d'irradiation il n'y a donc pas besoin d'appliquer des doses plus irportantes pour remettre la destruction du tissu également dans la région marginale du goder infectieu::. Suivant une variante particulièrement avantageuse de l'inventson, la vitesse de propagation du rayon sortant de la source de rayonnerent peut être réduite au cioyen du dispositif de cor#ande > dans la région marginale de la zone devant être irradiée. À ceci est lié l'avantage particulier que le dispositif de commande peut être utilise remue dans le cas de sources de rayonnement,dont le débit de dose irradiée par élent de surface ne peut pas être influencé, tel que par exemple dans le cas dlemetteurs de rayonnement isotopique. Suivant une autre variante avantageuse de réalisation de l'invention, le débit de dose irradiée par la source de rayonnement peut être accru par le dispositif de commande, dans la région marginale de la zone devant être irradiée, dans le cas de l'utilisation d'une source de rayonnement dont la puissance peut être commandée. Cette solution particulièrement élégante du problè- me à la base de l'invention permet d'utiliser simultanément, comme dans le cas de nombreuses sources de rayonnement telles que par e temple des tubes à rayons X et des accélérateurs d'électrons, des dispositifs déjà présents pour la régulation du débit de dose.De ce fait la dépense devant être rise en oeuvre de façon supplémen- taire peut être limitée. On obtient une solution, dont le fonctionnement est particulièrement sûr, lorsque, suivant une variante appropriée de réalisation de l'invention, un détecteur de rayonnement raccordé au dispositif de commande est disposé sur le trajet du rayonnerent sortant directement de la source de rayonnement et que le dispositif de commande ne décale le rayon ou le faisceau, d'un élément de surface, qu'après l'obtention d'une dose de consigne prédéterminée pour l'élément respectif de surface précédent de la zone devant être irradiée.De ce fait on peut utiliser les composants numériques présents dans de nombreuses installations modernes d'irradiation, pour la commande et le contrôle du fonctionnement correct de l'installation d'irradiation, ainsi que les valeurs de mesure disponibles au niveau de ces composants lors du fonctionnement de l'installation d'irradiation, pour la compensation de la diminution de puissance de la dose en profondeur dans la région marginale de la zone devant être irradiée. A titre d'exemple on a décrit ci-dessous et illustré schématiquement aux dessins annexés un exemple de réalisa- tion de l'invention. La figure 1 représente schématiquement une installation d'irradiation conforme à l'invention. La figure 2 représente schématiquement l'allure du parcours du rayonnement à l'intérieur du corps d'un patient. La figure 3 représente un diagramme de variation de la dose appliquée dans le plan III-III de la figure 2. La# figure 4 montre un diagramme de variation de la dose appliquée dans le plan IV-IRr de la figure 2. La figure 5 représente le raccordement du dispositif de corz.ande à un accélérateur de particules. La figure 1 montre une vue d'ensemble de la constitution d'une installation d'irradiation 1 conforme à l'invention. Cette dernière est constituée par une source de rayonnement 2, un blindage 3 entourant la source de rayonnement et comportant un perçage 4 pour la sortie d'un rayon ou faisceau 5 étroitement collimaté, une chambre d'ionisation 6 disposée sur le trajet du rayon ainsi qu'un servomoteur 7 pour faire pivoter la source de rayonnement 2 autour d'un axe 8 perpendiculaire au plan du dessin et coupant le rayon sortant. Le pivotement de la source de rayonnement - représenté ici uniquement pour un plan - s'effectue par l'in termédiaire de deux engrenages 9, 10.Un patient 11 représenté en coupe transversale, dont le corps comporte en profondeur un foyer infectieux 12 devant être irradié, est soumis au rayonnement. A l'installation d'irradiation 1 est raccordé un dispositif de corps mande 16 constitué par un générateur de programmes 13, un organe comparateur 14 et une unité de réglage 15. Le générateur de programmes contint une mémoire au niveau de laquelle on peut prédéterminer une dose déterminée par l'intermédi#ire d'une entrée 17 pour chaque élément de surface de la zone devant être irradiée. Les différentes positions ou cases de mémoire peuvent être sélectionn#es par l'intermédiaire de l'engrenage 10 pour la direction du rayonnement.Au générateur de programmes est raccordé l'organe comparateur 14 dans lequel les valeurs de dose de consigne prédéterminées par le généra- teur de nrogrammes pour chaque élément de surface de la zone devant être irradiée, sont comparées à la dose mesurée en avant de la chambre d'ionisation 6. A l'organe comparateur est raccordée l'unitL de réglage 15 au moyen de laquelle les dispositifs. réalisant la déviation du rayon ou du faisceau de rayonnement, à savoir dans le cas présent le servomoteur 7 pour l'installation d'irradiation, sont avancés d'une façon correspondant respectivement à un élément de surface, après l'obtention des valeurs de consigne de la dose prédéterminées par le générateur de programmes. Sur la figure 2 on peut voir, en liaison avec les figures 3 et 4, l'obtention de la répartition de la dose au niveau d'un foyer infectieux situé à l'intérieur du corps du patient. Sur cette figure les flèches 18 à 24 représentent un faisceau de rayons parallèles, dirigé sur la surface du foyer infectieux 12 situé dans le corps du patient 11. Tout d'abord il importe peu que le faisceau de rayons parallèles soit associé à un faisceau de rayons de largeur correspondante ou à un rayon ou pinceau étroitement collimaté envoyé progressivement sur lten- semble du foyer infectieux au moyen d'un déplacement parallèle. La courbe en trait plein de la figure 3 montre la répartition du débit de dose DL, appliqué en moyenne, dans le plan III-III immédiatement au-dessus du patient 11.On voit sur cette figure 3 que la courbe de variation du débit de dose possède un profil exactement rectangulaire. Le débit de dose appliqué est nul sur les côtés de la zone devant être irradiée alors que partout ailleurs au niveau de la zone devant être irradiée, il possède une valeur élevée identique. Dès que le rayonnement pénètre dans le corps du patient, il produit des électrons secondaires par suite de l'interaction avec le tissu. Ces électrons secondaires produisent, pour leur part, à nouveau d'autres électrons secondaires. Sur le dessin simplifié de la figure 2 on a représenté pour chaque quantum de rayonnement, dans un plan du corps du patient, deux électrons secondaires 25 à 38 produits en supplément et s'écartant suivant un angle déterminé par rapport à la direction initiale de rayonnement.Il s'ensuit que la dose appliquée dans le plan IV- IV de la figure 2 à chaque élément de surface du foyer infectieux est formée par une partie de rayonnement primaire originel tombant sur ces éléments et par une partie d'un rayonnement secondaire introduit latéralement par dispersion. Dans la région marginale du foyer infectieux il ne se produit cependant l'insertion d'aucune composante de rayonnement se condaire en provenance de l'extérieur du champ de rayonnement (lignes formées de tirets). Il s'ensuit que le débit de dose est déjà dans cette région notablement réduit par rapport à la dose appliquée à l'intérieur de la zone d'irradiation.Au contraire par suite du rayonnement de dispersion ou rayonnement diffusé à l'ex- térieur du foyer infectieux, une dose imputable aux composantes 25, 38 du rayonnement secondaire, est appliquée sur les côtés du champ de rayonnement proprement dit. La variation de la dose dans le plan IV-IV de la figure 2 est représentée en trait continu sur la figure 4. Sur cette figure on a porté selon une ligne formée de tirets la dose qui serait appliquée à la région du foyer infectieux 12 dans le cas d'un champ d'irradiation de taille infinie. Avant la mise en service de l'installation d'irradiation il faut introduire dans le générateur de programmes 13 du dispositif de commande 16 un programc d'irradiation qui, à partir d'une courbe de variation aussi constante que possible de la dose, devant être mise en oeuvre dans le foyer infectieux 12, comporte une variation en forme de clé des valeurs de consigne de la dose devant être appliquées. Ces valeurs de consigne et la dose sont portées en pointillés sur la figure 3. A ce sujet il faut faire attention au fait que l'accroissement des valeurs de consigne de la dose se produit à une distance de la région marginale, d'autant plus importante que la portée moyenne du rayonnement secondaire dans le tissu du patient 11 est importante.Au moyen du gé- nérateur de programmes 13, une valeur de consigne de la dose correspondant à l'élément de surface respectivement précisément irradié de la zone devant être irradiée est envoyée à l'organe comparateur 14 lors du fonctionnement de l'installation d'irradiation 1. Dans l'organe comparateur 14, cette valeur de consigne introduite de la dose est comparée à la valeur de mesure cumulée de la chambre d'ionisation 6. Lorsque la dose prédéterminée est atteinte, ltorgane comparateur 14 actionne l'unité de réglage 15 branchée en série et en aval et qui met en marche le servomoteur 7, au moyen duquel la direction de rayonne1ent est déplacé, dans l'exemple de réalisation de la figure 1, par pivotement de l'ensemble de la source de rayonnement 2, suffisamment longtemps de manière que l'élé- ment de surface suivant de la zone devant être irradiée soit pré- cisément irradié. Lors du décalage de la direction du rayonnement, le générateur de programmes 13, accouplé à l'un des engrenages 1O, est également avancé simultanément, en sorte que ce générateur de programmes 13 prescrit alors à l'organe comparateur 14 la valeur de consigne de la dose, associée à ce nouvel élément de surface de la zone devant être irradiée. De cette façon, c'est la dose représentée par une courbe en pointillés, qui est appliquée, et non ras la dose repérée par un trait continu rectangulaire de la figure 3, à la zone devant être irradiée. A son tour ceci a pour conséquence qu'à l'intérieur du corps c'est la dose représentée par une courbe en pointillés, et non pas la dose représentée par la courbe en trait continu de la figure 4, qui est active dans le plan Il ' au niveau du foyer infectieux devant être irradié. En comparant la courbe en trait plein et la courbe en pointillés on voit que par suite de l'accroissement de la dose appliquée dans la région marginale on obtient une compensation de la diminution de la dose, à laquelle il faudrait s'attendre sinon ì cet endroit. Dans le cas d'installations dtirradiation, qui accélèrent des particules chargées électriquement, on peut se passer du pivotement de la source de rayonnement au moyen du servomoteur par suite de la possibilité d'obtenir une déviation ou une déflexion du faisceau au moyen de chars électriques et magnétiques. La figure 5 montre le raccordement du dispositif de commande 16 à un tel accélérateur de particules 39. Le rayon 41 sortant de l'enceinte d'accélération 40 traverse successivement une chambre dtionisation 42 et un système de déviation électromagnétique 43, 44. Grâce à ce dernier le rayon 41 peut être déplacé ligne par ligne sur la zone 12 devant être irradiée.A l'opposé de l'exemple de réalisation de la figure 1, l'unité de réglage 15 ne commande pas un servomoteur, mais le courant traversant le système de déviation électromagnétique 43, 44 et, en synchronisme avec ceci , le générateur de programmes de manière à réaliser en permanence pre- cisément dans l'organe comparateur 14, l'introduction de la valeur de consigne de la dose, qui est associée à la zone précisément irradiée par le rayon ou faisceau de particules. Il en va de rême lorsque, à la place du dispositif de déviation électromagnétique, on utilise des électrodes de déviation pour l'obtention d'un champ de déviation électromagnétique. Dans ce cas l'unité de réglage doit commander la tension aux bornes des électrodes de déviation. Dans le cas d'installations d'irradiation, pour lesquelles le débit de dose appliqué peut être modifié comme par exemple dans le cas des tubes à rayons X ou des accélérateurs de particules, on peut faire pivoter le rayon de manier à lui faire balayer ligne par line, avec une vitesse constante, la zone devant être irradiée. L'accroissement de la dose dans la région marginale de la zone devant être irradiée est obtenu dans ce cas par le fait que l'unité de réglage influence le débit de dose délivré de la source de rayonnement 2, 40. REVENDICATIONS 1. Installation d'irradiation pour un rayonnement ionisant, de préférence destinée à être utilisée dans le do aine de la radiothérapie, comportant une source de rayonnement ainsi que des dispositifs pour dévier un rayon ou un faisceau étroitement collimaté et provenant de la source de rayonnement, en le déplaçant sur une zone devant être irradié, caractérisée par le fait qu'un dispositif de commande (16) augmentant la dose appliquée par élément de surface dans la région marginale de la zone devant être irradiée est raccordé à l'installation d!irradiation (1, 39) en vue de réaliser la compensation de la diminution de la dose en profondeur dans la région marginale de la zone devant être irradiée (12). 2. Installation d'irradiation suivant la revendication 1, caractérisée par le fait que la vitesse de propagation du rayon ou faisceau (5, 41) sortant de la source de rayonnement (9, 40) est réduite par le dispositif de commande (16) dans la région marginale de la zone devant être irradiée (12). 3. Installation d'irradiation suivant la revendication 1, caractérisée par le fait que le débit de dose irradié par la source de rayonnement (2) est accru, dans le cas de l'utilisaiton d'une source de rayonnement dont la puissance peut être commandée, par le dispositif de commande (16) dans la région marginale de la zone devant être irradiée (12). 4. Installation d'irradiation suivant la revendication 1, caractérisée par le fait qu'un détecteur de rayonnement (6, 42) raccordé au dispositif de commande (16) est disposé sur le trajet du rayon ou faisceau (5, 41) sortant directement de la source de rayonnement et que le dispositif de commande décale le faisceau, d'un élément de surface, uniquenent lors de l'obtention d'une valeur de consigne de la dose, prédéterminée pour lté- liment de surface respectif précédent, de la zone devant être irradiée (12). 5. Installation d'irradiation suivant la revendication 1, caractérisée par le fait que le faisceau (5) est déplacé par balayage sur la zone devant être irradiée (12) au moyen d'un pivotement de la source de rayonnement (2), réalisé suivant deux dimensions au moyen d'un moteur. 6. Installation d'irradiation suivant la revendication 1 > caractérisée par le fait que le faisceau (5) est déplacé par balayage sur la zone devant être irradiée (12) au moyen d'un déplacement parallèle de la source de rayonnement (2), réalisé suivant deux dimensions au moyen d'un moteur. 7. Installation d'irradiation suivant la re vendication 1, caractérisée par le fait que le faisceau (5) est déplacé par balayage sur la zone devant être irradiée (12) au moyen d'un système de déviation (43, 44) électrique et/ou électromagné tique, dans le cas de l'utilisation d'un accélérateur (39) de particules chargées électriquement.