Brevet FR2500677A1 — publié le 19820827

Collimateur de neutrons. La présente invention concerne un collimateur de neu trons ayant un champ d'irradation réglable, avec des blocs d'absorption de neutrons qui peuvent se présenter sous la forme d'un certain nombre de plaques séparées ayant une con figuration en coin. L' invention porte plus i:articulièrenent sur l'orientation et le mouvement des plaques. Conformément à l'invention, les plaques ayant une configuration en coin sont disposéees c8te à c8te pour former une configuration en éventail dont le sommet (imaginaire) se trouve de façon générale à l'emplacement de la source effective de radiation de neutrons. I1 existe des moyens porteurs séparés qui, sous l'effet du déplacement des plaques. communiquent à ces dernières un mouvement de translation ainsi qu'un mouvement de rotation, de manière que la surface latérale intérieure de chaque plaque soit dirigée de façon générale vers la source effective de radiation de neutrons. pour chaque réglage des plaques.Grâce à cette "double focalisation" des plaques sur la source effective de radiation de neutrons, on obtient une pénombre optimale, c'est à dire aussi étroite que possible, le long du bord du champ d'irradiation. Conformément à l'invention, il existe des moyens porteurs individuels pour chaque plaque, ce qui permet un réglage individuel de chaque plaque. Conformdment à un autre aspect de l'invention, les plaques de chaque paire de plaques en regard peuvent être fermées l'une contre l'autre non seulement dans le plan qui contient le faisceau central provenant de la source effective de radiation de neutrons, at qui est perpendiculaire à toutes les directions de mouvement des plaques, mais également dans des plans qui sont parallèlles à ce plan et qui sont écartés latéralement par rapport à lui.On peut donc obtenir des distributions de dose non centrées. I1 est en outre possible d'éviter que la radiation thérapeutique atteigne des zones, comme par exemple la colonne vertébrale, qui ne doivent pas être irradiées lorsqu'on fait tourner la source effective de radiation de neutrons autour du patient, du fait que le centre de rotation de la source effec tive de radiation de neutrons sera masqué par le collimateur correspondant à l'invention. Un aspect de l'invention porte sur un collimateur de neutrons ayant un champ d'irradiation réglable, comprenant des paires de blocs opposés d'une matière absorbant les reutans, les blocs de ces paires étant montés de façon à pouvoir accomplir un mouvement les approchant et les éloignant l'un de l'autre, le long d'un chemin qui rencontre le champ d'irradiation provenant d'une source effective de radiation de neutrons, chaque bloc comprenant un certain nombre de plaques allongées en forme de coin, des moyens de support pour supporter les plaques, un châssis dans lequel les moyens de support sont montés, et une enceinte de protection contre les radiations entourant le châssis, caractérisé en ce que chaque plaque est montée de façon mobile sur des moyens porteurs individuels; des moyens d'appui sont placés entre les moyens porteurs individuels et chaque plaque individuelle; les plaques sont disposées côte à côte pour former une configuration en éventail dont le sommet se trouve de façon générale à l'emplacement de la source ef festive de neutrons; et lorsque la plaque se déplace, les moyens porteurs communiquent à la plaque un mouvement de translation ainsi qu'un mouvement de rotation de telle manière que la surface latérale intérieure de chaque plaque soit dirigée de façon générale vers la source effective de neutrons, pour chaque réglage des plaques. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre d'un mode de réalisation, donné à titre d'exemple non limitatif. La suite de la description se réfère aux dessins annexés sur lesquels La figure 1 est une coupe du collimateur de neutrons correspondant à l'invention; La figure 2 est une vue de face, partiellement arrachée, du collimateur représenté sur la figure 1, cette vue de face correspondant aux lignes II-II de la figure 1; La figure 3 est une coupe selon la ligne III-III de la figure 1; La figure 4 est une vue de détail, à plus grande échelle, des moyens porteurs de la plaque de gauche représentés sur la figure 1; et La figure 5 est une représentation partiellement' en plan et partiellement en coupe du dispositif qui est représenté sur la figure 4. On va maintenant décrire la structure générale du collimateur de neutrons correspondant à l'invention, en se référant aux figures 1 à 3. Le collimateur comprend un collimateur fixe 1 et un collimateur à variation continue 2. Un roulement 3 accouple mutuellement de façon tournante les éléments 1 et 2. Le collimateur fixe enferme une source effective de radiation de neutrons 4 qui émet des neutrons à haute énergie. Les neutrons frappent un filtre 5 qui augmente l'énergie moyenne du faisceau de neutrons et un filtre d'aplatissement 6, dont l'ordre indiqué, avant de traverser une chambre d'ionisation 7, dans laquelle on mesure l'intensité du faisceau.A partir de cette chambre, les neutrons entit dans le collimateur à variation continue 2, dans lequel ils traversent un filtre en forme de prisme 8 (voir la figure 3) un miroir incliné 9 et finalement un certain nombre depiqpEs de collimateur réglables 10, en une matière absorbant les neutrons. Les plaques 10 sont supportées par des moyens por teurs, non représentés sur les figures 1 à 3, qui sont montés dans un châssis 11. Le châssis 11 est entouré par une enceinte 12 en une matière à faible densité et à forte teneur en atomes d'hydrogène, comme par exemple du polyéthylène. L'enceinte 12 est entourée par une couche mince de plomb, non représentée en détail, ou de toute autre matière à numéro atomique élevé, assurant une protection contre le rayonnement gamma. Un rayonnement gamma est produit lorsque des neutrons sont absorbés dans l'enceinte 12. Une protection similaire contre le rayonnement gamma est assurée par une plaque de verre au plomb 13, placée dans la partie inférieure du châssis 11. La radiation de neutrons à usage thérapeutique sort du collimateur par une fenêtre de protection 14 fixée au châssis 15. Les plaques de collimateur 10 permettent de régler et de faire varier de façon continue le champ d'irradiation émis par le collimateur. La figure 2 montre un exemple de réglage des plaques de collimateur produisant un champ d'irradiation ayant la forme d'un rein. La figure 2 montre également que les plaques de collimateur 10 sont disposées en paires de plaques placées face à face: la plaque 10a face à la plaque lOb, la plaque 10c face à la plaque lord, etc. Les plaques de collimateur sont montées de façon à pouvoir être approchées et éloignées l'une de l'autre. Chaque plaque peut être réglée séparement.Sur la figure 2, les plaques 10a et lOb sont en contact, c'est à dire qu'elles sont fermées l'une contre l'autre, tandis que la paire de plaques lOc-lOd a été réglée de façon à lai.sser entre les plaques un petit espace par lequel la radiation de neutrons peut passer sans rencontrer d'obstacle. La figure 2 montre également que le faisceau de neutrons central provenant de la source effective de radiation de neutrons, ainsi que les faisceaux proches du faisceau central, peuvent être bloqués, c'est à dire absorbés, par la plaque 10q et les plaques qui lui sont adjacentes. Ceci est avantageux lorsqu'un patient est soumis à un traitement thérapeutique avec une configuration en arc, c'est à dire lorsqu'on fait tourner le collimateur autour du patient, du fait qu'un volume, par exemple la colonne vertébrale, qui ne doit pas être soumis au faisceau central est positionné, conformément à l'invention, au centre de rotation de la source effective de radiation de neutrons 4. Ce centre de rotation est désigné par A sur la figure 3. On On voit également sur la figure 2 que les plaques 10 ont des épaisseurs différentes. Les plaques centrales lOq-lOr et les plaques qui leurs sont adjacentes sont plus minces que les plaques extérieures 10a-10b. Dans un mode de réalisation de l'invention, toutes les plaques peuvent avoir la même épaisseur et dans un autre mode de réalisation, les plaques peuvent avoir des épaisseurs différentes choisies d'une autre manière. La figure 3 montre clairement que les plaques ont la forme d'un coin et qu'elles sont disposées c8te à côte pour former une configuration en éventail dont le sommet imaginaire se trouve de façon générale à l'emplacement de la source effective de radiation de neutrons 4. La figure 3 montre également qu'on peut visualiser le champ d'irradiation sur le patient en utilisant une lampe 16a dont la lumière est réfléchie par un miroir incliné 16b à partir duquel la lumière traverse l'ouverture du collimateur, telle qu'elle est réglée, de manière à atteindre la zone qui doit être soumise à la radiation de neutrons. L'image de la lampe 16a que donne le miroir est placée à un point qui correspond de façon générale à la position de la source effective de radiation de neutrons 4. Les figures 4 et 5 montrent que la structure détaillée d'un mode de réalisation préféré des moyens de support de plaques comprend un bras 17 qui s'étend à l'intérieur d'une ouverture 18 formée dans l'une des surfaces latérales de chaque plaques 10. L'ouverture 18 pénètre dans la plaque sur une faible distance et elle débouche dans une ouverture traversante 19. L'ouverture traversante 19 s'étend entre les deux surfaces principales de chaque plaque. Des moyens d'appui 20 sont placés dans chaque 9uver- ture 19 avec l'un de ces moyens d'appui de chaque côté du bras. On peut ainsi déplacer la plaque le long du bras.Dans le mode de réalisation qui est représenté, ces. moyens d'appui comprennent des galets et on peut donc faire rouler la plaque avec un faible frottement le long d'un chemin d'irradiation provenant de la source effective de radiation de neutrons 4. Sur la figure 4, la ligne en trait mixte 21 représente le faisceau central provenant de la source de radiation. Comme le montre cette figure, on peut déplacer la surface latérale intérieure 22 de la plaque 10 en direction du faisceau central 21 et au-delà de ce faisceau. L'ouverture 18 et le bras 17 sont positionnés de façon que le bras supporte la plaque à proximité du centre de gravité de cette dernière. De cette manière, le poids de la plaque est équilibré et une force faible suffit pour déplacer la plaque le long du bras. Comme le montre la figure 4, le bras 17 est courbé vers le haut. Les moyens d'appui 20 et l'ouverture traver sante 19 ont une courbure correspondante. On choisit la courbure de façon que lorsqu'on déplace la plaque le long du bras, la plaque tourne également autour d'un centre de rotation qui coïncide avec la source effective de radiation de neutrons 4 ou qui est proche de cette source. La surface latérale intérieure 22 de la plaque est donc toujours dirigée de façon générale vers la source effective de radiation de neutrons. Cette dernière caractéristique, en combinaison avec la configuration en éventail de l'ensemble de plaques,montre que les plaques sont doublement focalisées à un point qui correspond de façon générale à la source effective de radiation de neutrons. Cette double fosalisation conduit à une pénombre optimale, c'est à dire aussi étroite que possible, le long des régions marginales du champ d'irradiation. Pour réaliser une structure mécaniquement rigide, les extrémités libres extérieures de chaque bras 17 sont mutuellement accouplées à l'aide de barreaux 23 et d'entretoises 24. Les barreaux 23 passent dans les ouvertures traversantes 19 de chaque plaque 10. Dans le mode de réalisation qui est représenté, les moyens d'appui 20 comprennent des chemins de roulement de galets qui sont courbés conformément à la courbure du bras. Chaque chemin de roulement de galets comprend deux gorges en regard ayant une section carrée. L'une des gorges est formée dans le bras et l'autre est formée dans une équerre de montage 25 qui est fixée à une lèvre formée dans ltou- verture traversante 19. Un certain nombre de galets cylin doriques sont placés dans les chemins de roulement de galets, et les axes centraux de ces galets se trouvent dans des plans parallèles mais font un angle mutuel de 900. A la place des chemins de roulement. ont peut employer d'autres moyens d'appui réduisant le frottement, comme par exemple des chemins de roulement de billes, des galets placés dans des rainures de section trapézoldale , etc. Sur la figure 5, les coupes des bras 17 s'étendant dans les plaques 10 sont représentées à différentes positions le long du bras.Dans .la troisième plaque à partir de la droite, sur la figure 5, on voit clairement l'ouverture 18 et les parties de l'âme de la plaque qui entourent cette ouverture. La coupe est effectuée selon les lignes A-A de la figure 4. La coupe qui est représentée dans la quatrième plaque à partir de la droite, sur la figure 5, a été effectuée selon les lignes B-B de la figure 4. Un dispositif de réglage permet de régler individuellement les positions des plaques le long des bras. Dans le mode de réalisation qui est représenté, ce dispositif comprend un moteur électrique 26 qui, lorsqu'il est sous tension, fait tourner une tige filetée 27 sur laquelle est vissée un écrou 28. Cet écrou a une forme sphérique et il est monté de façon tournante dans la partie inférieure de la plaque 1O.Le moteur 26 est monté de façon pivotante au moyen d'un pivot 29 qui est fixé au chassis 11. Un capteur inductif 30 entoure la tige filetée et il émet un nombre prédéterminé d'impulsions électriques pour chaque tour de la tige. Un compteur compte ces impulsions et son compte est converti en une mesure représentant la distance entre le faisceau central 21 et un point prédéterminé défini sur la plaque. On peut utiliser un système à fil et poulie à la place du dispositif de réglage qui est représenté. On peut également utiliser des dispo sitifs de réglage pneumatiouos ou hydrauliques à la place du moteur électrique. Pour éviter que les surfaces principales adjacentes des plaques se coincent lorsqu'on déplace une plaque le long du bras, les parties supérieure et inférieure de chaque plaque comportent un certain nombre de moyens de réduction de frottement, se présentant sous la forme de galets 31 s'étendant seulement sur une faible distance au-dessus d'une seule surface principale de chaque plaque. Les galets de la partie inférieure sont représentés sur les figures 4 et 5 et les positions des galets correspondants de la partie supérieure,sont représentées sur la figure 1. Les plaques 10 sont fabriquées à partir d'une matière absorbant les neutrons. La partie supérieure des plaques est fabriquée à partir de tungstène et la partie inférieure est en fer doux à faible teneur en carbone, comme par exemple de l'acier du type Armco, ou en acier.Les plaques comportent un certain nombre d'ouvertures traversantes 32 qui sont de façon générale entièrement emplies d'une matière ayant une faible densité mais une forte teneur en atomes d'hydrogène comme par exemple du polyéthylène. Ceci permet d'atteindre deux buts, à savoir réduire le poids des plaques et thermaliser (c'est à dire ralentir) les neutrons. On prend plusieurs mesures pour empêcher que les neutrons s'échappent du collimateur. Pour éviter un flux de fuite direct entre les plaques qui sont empilées côte à côte, les parties supérieure et inférieure des surfaces principales des plaques comportent des décrochements 33. Seuls les décrochements inférieurs sont représentés sur les figures 4 et 5. Les décrochements formés dans une surface principale d'une plaque s'adaptent à des décrochents correspondants complémentaires formés dans la surface principale d'une plaque adjacente. Pour éviter un flux de fuite de neutrons entre deux plaques fermées (en contact mutuel), comme par exemple les plaques lOa et lOb sur la figure 2, la surface intérieure 22 de chaque plaque comporte de façon similaire des décrochements 34.Les décrochements 34 qui sont formés sur la surface latérale intérieure d'une plaque sont adaptés à des décrochements 34 de forme complémentaire formés dans. la surface latérale de la plaque opposée. Pour éviter un flux de fuite de neutrons dans la région située au-dessus de la surface supérieure des plaques, la surface supérieure 35, représentée sur la figure 1, est courbée, et un corps 36, en une matière absorbant les neutrons,est placé dans la partie inférieure adjacente du collimateur 2. Ce corps a une forme qui est adaptée à celle de la surface courbée 35. Le corps 36 est constitué par la même matière que l'enceinte 12. Pendant le traitement thérapeutique par une radiation de neutrons, on doit écarter de la fenêtre 14 la plaque de verre au plomb 13 et, dans ce but cette plaque est supportée de façon mobile par des galets 37 eux-mêmes supportés dans des guides 38 qui sont fixés à la partie inférieure du châssis 11. On fixe la position de la plaque de verre au plomb 13 au moyen, par exemple, d'un système à channe et roues dentées 39 (voir la figure 4). Selon un autre mode de réalisation de l'invention, chaque bras 17 est supprimé et, à la place, des moyens d'appui consistant par exemple en galets, sont placés sous la surface inférieure de chaque plaque. Dans ce mode de réalisation, la surface inférieure de chaque plaque est courbée et elle comporte une gorge longitudinale, de section transversale trapézoidale, dans laquelle roulent les galets. Les galets reposent contre une surface courbe qui est formée sur un support fixé à la partie inférieure du châssis. Le centre de courbure de la surface inférieure des plaques et celui de la face courbe des supports en regard se trouvent à l'emplacement de la source effective de radiation de neutrons 4, ou à proximité. Lorsqu'on déplace une plaque, elle accomplit à la fois un mouvement de translation et un mouvement de rotation. Il va de soi que de nombreuses modifications peuvent être apportées au dispositif décrit et représenté, sans sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1. Collimateur de neutrons ayant un champ d'irradiation réglable, comprenant des paires de blocs opposés d'une matière absorbant les neutrons, les blocs de ces paires étant montés de façon qu'on puisse les rapprocher et les éloigner l'un de l'autre le long d'un chemin qui coupe le champ d'irradiation provenant d'une source effective de radiation de neutrons (4), chaque bloc comprenant un certain nombre de plaques allongées en forme de coin (10), des moyens de support destinés B supporter les plaques, un châssis (11) dans lequel sont montés les moyens de support, et une enceinte de protection contre les radiations (12) qui entoure le châssis, caractérisé en ce que chaque plaque (10) est montée de façon mobile sur des moyens de porteurs individuels (17); des moyens d'appui (20) sont placés entre les moyens porteurs individuels et chaqueplaque individuelle; les plaques sont disposées côte à côte de façon à former une configuration en éventail dont le sommet se trouve de façon générale à l'emplacement de la source effective de neutrons (4);et sous l'effet du mouvement de la plaque, les moyens porteurs communiquent à la plaque un mouvement de translation ainsi qu'un mouvement de rotation, de manière que la surface latérale intérieure (22) de chaque plaque soit dirigée de façon générale verslasalme effective de neutrons, pour chaque réglage des plaques. 2. Collimateur de neutrons selon la revendication 1, caractérisé en ce que chaque moyen porteur consiste en un bras (17) qui s'étend dans une ouverture (18) forme dans la surface latérale extérieure de la plaque, ce bras (17) est courbé en direction.de la source de neutrons (4),et l'ouverture est placée près du centre de gravité de la plaque et s'étend sur une faible distance à l'intérieur de l'âme de la plaque, où elle s'ouvre dans une première ouverte retraversante (19) qui s'étend entre les surfaces principales de la plaque. 3. Collimateur de neutrons selon la revenMbatDn 2 caractérisé en ce que les moyens d'appui (20) sont placés à la surface supérieure et à la surface inférieure du bras (17);chaque moyen d'appui comprend un certain nombre de galets cylindriques logés dans des gorges en regard; l'une de ces gorges s'étend le long du bras (17) tandis que l'autre s'étend le long d'une équerre de montage (25) qui est placée dans la première ouverture traversante (19); les gorges ont une section transversale carrée et une courbure qui correspond à celle du bras; et les axes centraux de deux galets adjacents se trouvent dans des plans parallèles et distants et ils sont mutuellement perpendiculaires. 4. Collimateur de neutrons selon la revendication 1, caractérisé en ce que la surface inférieure de chaque plaque est courbée vers la source effective de neutrons (4); les moyens d'appui (20) sont constitués par des galets logés dans des gorges en regard; et l'une des gorges est formée dans la surface inférieure courbe de chaque plaque, tandis que l'autre est formée dans une équerre de montage courbée de façon complémentaire oui est fixée au châssis (11). 5. Collimateur de neutrons selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que chaque plaque est munie d'un dispositif de réglage (25-28) permettant de déplacer la plaque le long des moyens porteurs (17). 6. Collimateur de neutrons selon la revendication 3, caractérisé en ce que les bras (17) sont mutuellement accouplés au moyen de tiges (23) qui passent dans les premières ouvertures traversantes (19). 7. Collimateur de neutrons selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que les surfaceslln- cipales de chaque plaque comportent des premiersdécroehement (33); les premiers décrochements formés sur une surface principales ont une forme complémentaire par rapport aux décrochements formés sur l'autre surface principale; et les surfaces intérieures en regard (22) de plaques en regard d'une paire comportent des seconds décrochements (34), les seconds décrochements d'une plaque ayant une forme complémentaire par rapport aux décrochements de la plaque en regard de la paire. 8. Collimateur de neutrons selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que la surface supérieure (35) d'une plaque est courbe, et la partie de l'enceinte (12) qui fait face à la surface courbe supérieure des plaques a une forme courbe complémentaire. 9. Collimatour de neutrons selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que les deux surfaces principales d'une plaque comportent des secondes ouvertures traversantes (32) qui sont de façon générale entièrement emplies d'une matière à faible densité et à teneur élevéeen atomesd'hydrogène, comme par exemple une résine de polyéthylène, la matière présente dans la partie supérieure d'une plaque est du tungstène et la matière présente dans le reste de la plaque est de l'acier ou de l'acier à faible teneur en carbone. 10. Collimateur de neutrons selon l'une quelconque des revendications I à 9, caractérisé en ce qu'il comporte des seconds moyens d'appui (31) qui sont formés dans une surface principale des plaques, dans les parties supérieure et inférieure de celles-ci, et qui s'étendent sur une faible distance hors de cette surface principale. 11. Collimateur de neutrons selon l'une quelconque des revendications 1 à 1O, caractérisé en ce qu'il comporte une plaque de verre au plomb (13) qui est monté de façon mobile sur des guides (38) qui sont formés dans la partie inférieure du châssis. 12. Collimateur de neutrons selon l'une quelconque des revendications I à 11, caractérisé en ce que la surface latérale intérieure (22) d'une plaque peut être déplacée au-delà d'un plan qui contient le faisceau central (21) de la source effective de neutrons et qui est perpendiculaire à toutes les directions de déplacement des plaques. 13. Collimateur de neutrons selon l'une quelconque des revendications 1 à 12, caractérisé en ce qu'il comporte un miroir (16b) qui est placé dans le chemin du faisceau de neutrons et une source d'éclairage (16a) qui est placée de façon que le faisceau de lumière issu de la source d'ai- rage soit réfléchi vers l'ouverture qui est délimitée par les surfaces latérales intérieures des plaques, comme si ce faisceau de lumière provenait d'une source virtuelle située à l'emplacement de la source effective de radiation de neutrons (4).