Brevet FR2723212A1 — publié le 19960202

InstaLLation de dosimétrie de grande aniabiLite pour La caractérisation des faisceaux de rayonnenents ionisants. La présente invention concerne une installation de dosiiétrie pour la caractérisation des faisceaux de rayonnements ionisants utilisés, entre autre, en radiothérapin ELLe est susceptible de diverses applications réparties en deux grandes catégories : d'abord, les mesures de caractère général relevant du contrôle de qualité des irradiateurs ; ensuite,les mesures ponctuelles devant déteriiner Les conditions d'exécution de certains traitements particuliers tels que les irradiations per opératoires. Les premières esures obéissent à des protocoles rigoureusement définis par des conventions nationales, voire internationales. Elles sont actuelleient réalisées avec des cuves à eau de grande taille dont Les caractéristiques di.enslonnelles, de pose et dépose sont évoquées dans la suite du présent exposé et qui grèvent lourdement Les emplois du temps des appareils. La présente invention vise à réduire considérable.ent les temps de pose et dépose, en replaçant les cuves classiques par des nodules de taille réduite quoiqu'acceptant les faisceaux normalisés pour Les contrôles de qualité. Dans le nêne sens, elle tend à L'acquisition d'un plus grand nombre de données concernant Les faisceaux observés. Les applications aux dosimétries de traitements particuliers sont bien illustrées par le cas des irradiations per opératoires. Les rayonnements ionisants sont utilisés pour freiner et si possible arreter Les processus tumoraux. Ils sont appLiqués seLon diverses modalités : - La Téléthérapie, dans Laquelle la source de rayonnement est extérieure au corps du patient et à distance de La peau. - La Curiethérapie qui met la source en contact avec la tumeur, voire incLut cette source dans le volume tumoral. Les deux problèmes principaux de la Téléthérapie résident dans La nécessité de délivrer La dose prescrite de façon homogène dans le volume cible et dans l'impossibilité de le faire sans toucher des organes sains avoisinants. C'est ce second problème qui a conduit au développement de La Radiothérapie per opératoire. ELle consiste à irradier Le patient au décours même de L'intervention chirurgicale. Une fois La masse tumorale principale excisée, on amène le patient anesthésié sous un irradiateur et on délivre une dose (généralement forte) aux tissus infiltrés non excisables (Le lit tumoral). On utilise, à cet effet, des types de rayonnement et des accessoires qui Limitent considérablement Les doses délivrées aux organes sains à respecter. Une irradiation per opératoire implique un déLai inférieur à une heure entre le départ du bloc et le retour pour achèvement de L'acte chirurgical. Ce Laps de tenps est trop court pour qu'on puisse envisager une simulation dosimétrique préalable, comme iL est démontré pLus haut. Or, cette dernière serait hautement souhaitable compte tenu des comportements des rayonnements utilisés (faisceaux d'électrons de haute énergie) induisant facilement des sur ou sous-dosages, en particulier en présence de caches protecteurs en plomb. Le meilleur outil de simulation est une cuve à eau dosimétrique. Les modèles du commerce sont de grandes dimensions (Ex : 50 x 50 x 50 cm), de poids élevé et nécessitent un fort volume d'eau, d'où généralement un réservoir mobile annexe. IL est impossible de procéder à une mise en place de cet appareil sous un irradiateur en moins de 30 mn. La dépose réclame un temps equivalent. Un grave inconvénient des matériels existants est donc qu'ils ne permettent pas d'effectuer, dans les conditions de facilite et de rapidité souhaitables, des relevés dosimétriques de La répartition du faisceau d'irradiations ionisantes dans un fantôme constitué par une masse d'eau, de sorte qu'iL n'est pas possible d'effectuer une caractérisation du faisceau d'irradiation à appliquer à un patient, à partir de données fournies par La radioscopie et/ou la radiographie de La partie de son corps devant être traitée, pour procéder à une radiothérapie per-opératoire. Un objet de la présente invention est donc de remédier à cette grave lacune. Selon L'invention, l'installation de relevés dosimétriques est remarquable par le fait que le dispositif permettant de procéder à une dosimétrie de la repartition du faisceau d'irradiation dans une masse d'eau ou fantôme, comprend une cuve de dimensions réduites apte à contenir un faibLe volume d'eau et dans laquelle est disposée, avec une aptitude de dépLacement en tous points d'une section horizontale de Ladite cuve, une barrette de détection verticale munie d'une pluralité de détecteurs superposés répartis le long de ladite barrette, laquelle est agencée de manière à permettre de relier ces détecteurs à une installation informatique de traitement des signaux recueillis. Grâce à L'instaLLation de dosimétrie selon l'invention, il est possible, à partir de données anatomiques relevées sur un patient, par radioscopie et/ou radiographie, d'effectuer rapidement des relevées dosimétriques de la répartition du faisceau d'irradiation dans une masse d'eau ou fantôme lesquels permettent une caractérisation rapide de ce faisceau susceptibLe d'etre immédiatement mis en oeuvre dans l'application d'une radiothérapie per-opératoire. De la sorte, Le faisceau d'irradiation est réellement adapté à L'étendue et à La profondeur des zones infiltrées par le cancer. Les buts, caractéristique et avantages ci-dessus et d'autres encore, ressortiront mieux de la description qui suit et des dessins annexés dans lesquels La figure 1 est une vue schématique d'une installation de dosimétrie selon l'invention. La figure 2 est une vue en perspective du dispositif de detection dont les deux parties constitutives essentielles sont représentées séparées,en alignement vertical. La figure 3 est une vue de face de la barrette de détection de ce dispositif. La figure 4 montre la conformation d'une diode 1N4004 utilisée comme détecteur. La figure 5 est une vue en coupe transversale à plus grande échelle, de la barrette de connection. La figure 6 est une vue partielle, en coupe longitudinale, de la barrette de detection. La figure 7 est une vue synoptique de l'installation de dosimétrie selon L'invention La figure 8 représente Le schéma général de La carte de mesure du boftier intermédiaire. La figure 9 est un schéma de l'un des intégrateurs de la carte de mesure. La figure 10 montre Le schéma général de la carte d'interface à l'ordinateur. On se reporte auxdits dessins pour décrire un exemple de réalisation intéressant, bien que nullement limitatif, de l'installation de dosimétrie selon L'invention. Cette installation (figure 1) est du genre comprenant - une cuve 1 ; - une barrette de détection 2 apte à se déplacer par rapport à ladite cuve ; - un bottier intermédiaire 3 renfermant l'électronique de pilotage des moteurs et de traitement des signaux détectés par la barrette de détection ; - un ordinateur 4 ; - un boftier de commande manuelle 5, relié au bottier intermédiaire 3. La cuve 1 est un récipient étanche, ouvert sur sa face supérieure et, selon une disposition caractéristique de L'invention, cette cuve a une forme cubique et des dimensions réduites. Par exemple, le volume interne ou champ d'exploration de cette cuve peut etre de 20 cm x 20 cm x 20 cm. Une telle cuve qui peut contenir 8 Litres d'eau, presente un faible poids, aussi bien vide que pleine, ce qui permet des manutentions de remplissage, de vidange et de déplacement, simples et rapides, sans utilisation de matériel de transport, de manutention et de pompage. L'une des faces latérales au moins de la cuve, est réalisée dans un matériau transparent proche de l'équivalence eau. Toutefois, de manière préférée, l'ensemble des parois de la cuve et, notamment, ses quatre faces latérales sont réalisées dans un matériau transparent qui peut être toute matière plastique adéquate telle que polyméthacrylate de méthyle plus connue sous le nom de Plexiglas (marque déposée) et qui a pour avantage de présenter une bonne résistance aux chocs et à la déformation. En outre, vis-à-vis des radiations, le polyméthacrylate de méthyle présente une équivalence eau et une bonne tenue à une accumulation de doses élevées. L'une au moins des faces latérales transparentes la de la cuve est la face active de celle-ci, c' est-à-dire celle qui est présentée au faisceau d'irradiation. Cette face active la est peu épaisse par rapport aux autres faces de la cuve. Elle présente, par exemple, une épaisseur de l'ordre de 2 millimètres, de façon à permettre L'étude de faisceaux de faible énergie (par exemple 3 ou 4 Mev) peu pénétrants, alors que ses trois autres faces latérales et son fond peuvent avoir une épaisseur de l'ordre de 15 mm afin d'obtenir une excellente tenue mécanique et la robustesse nécessaire pour supporter des manipulations rapides et fréquentes. Sur les quatre bords de la face supérieure de la cuve 1, est positionnée, de préférence de maniére amovible, une coLLerette extérieure 6 supportant l'ensemble mécanique assurant les déplacements de la barrette de détection 2 à l'intérieur de ladite cuve. Cette collerette est, par exemple, constituée par un cadre ayant une largeur de L'ordre de 50 millimètres et positionné sur le sommet de la cuve 1 par encastrement d'une extension saillante 6a dirigée vers le bas et qui lorsque l'ensemble de motorisation de la barrette est en place, se trouve plaquée contre La partie supérieure de la surface interne des trois faces non actives de la cuve 1. La collerette-support 6 peut être exécutée dans un matériau rigide identique à celui dans lequel est réalisée la cuve 1, tel que polyméthacrylate de méthyle. L'ensemble de motorisation conporte un pont mobile 7 portant La barrette de détection 2. Les extremités de ce pont mobile 7 sont assujetties à des coulisseaux 8a, 8b qui se déplacent sur des chemins de guidage 9a, 9b constitués par des paires de tiges parallèles. L'une des tiges de l'un des chemins de guidage 9a est constituée par une tige filetée 9a' se vissant dans le coulisseau associé 8a qui est équipé d'un écrou muni d'un système de rattrapage de jeu (non représenté) coopérant avec ladite tige. Cette tige filetée est entratnée en rotation par un moteur 10 à deux sens de rotation. On comprend que la mise en rotation de la tige 9a' immobilisée en translation permet de déplacer le coulisseau 8a immobilisé en rotation, de sorte que le pont mobile 7 peut être deplacé en direction de L'une ou l'autre de deux faces opposées de la cuve, suivant le sens de rotation de ladite tige. D'autre part, le pont mobile 7 est constitué par deux tiges parallèles sur lesquelles peut se déplacer un bloc porte-barrette réalisé sous forme d'un coulisseau 11, l'une de ces tiges etant constituée par une vis filetée 7a se vissant dans un écrou muni d'un système de rattrapage de jeu (non représente) dont est équipé ledit coulisseau. Cette tige filetée 7a est entraînée en rotation par un moteur 12 à deux sens de rotation. On conçoit que La mise en rotation de la tige 7a immobilisée en translation, du système vis-ecrou 7a-11, entraîne la translation du coulisseau 11 immobilisé en rotation, de sorte que ledit coulisseau peut etre déplacé en direction de l'une ou L'autre des deux autres faces opposées de la cuve, suivant le sens de rotation de ladite tige. Compte tenu de la précision du positionnement et du déplacement demandée (+/- 0,2 mm, voire 0,1 mm) et de la reproductibilité requise (0,15 mm), les tiges 7a et 9a' peuvent être avantageusement des tiges filetées rectifiees d'un diamètre de 6 me et d'un pas de 1 mm. La precision finale est subordonnée à La précision et à la technologie des moteurs fractionnaires utilisés. Bien entendu, le déplacement du bloc porte-barrette 11 pourrait être obtenu par tout autre système permettant la transformation d'un mouvement circulaire en mouvement linéaire, ainsi que l'obtention et la répétabilité de precision de positionnement requises. Comme indiqué ci-dessus, le coulisseau 11 porte la barrette de détection 2 plongeant verticalement dans la cuve 1, et on comprend que le dispositif de motorisation précédemment décrit, permet de déplacer ladite barrette de detection verticale, à l'intérieur de la cuve, suivant deux axes orthogonaux, dans le plan horizontal, c'est-à-dire en tous points d'une section horizontale de ladite cuve. Pour un champ d'exploration de 20 cm x 20 cm x 20 cm, les dimensions de la cuve sont Légèrement supérieures, de façon à prendre en compte l'ensemble des contraintes de volume dues au système de guidage. La barrette 2 supportant les détecteurs doit plonger dans 20 cm d'eau environ et pouvoir se déplacer selon deux vitesses différentes (2 mm/s ou 45 mm/s) en fonction de la phase d'exploration positionnement rapide ou mesure tous Les mm sans mouvements parasites. La plage de déplacement utile est de 200 mm sur chaque axe. Les moteurs 10 et 12 sont des moteurs pas à pas, chacun d'eux pouvant être activé de façon à effectuer un pas, ou ne pas en faire mais rester bloqué dans sa position ; d'autre part, chaque moteur peut être au repos auquel cas son axe est libre. Le bloc porte-barrette 11 est avantageusement muni de détecteurs de fin de course connus en soi (non représentés). Ce bLoc porte-barrette et les moteurs 10 et 12 sont reliés, au moyen de conducteurs C1, C2, C3, respectivement, à un boftier de raccordement 18 placé sous l'un des côtés debordants du cadre-support 6. La barrette de détection 2 comprend une partie de détection 2a destinée à être complètement immergée dans la cuve 1 et une partie de connexion 2b appelée à se trouver hors de Ladite cuve. La partie immergée 2a peut avoir une longueur à peine inférieure à la profondeur de La cuve 1, par exemple une hauteur de l'ordre de 200 mm pour une cuve ayant une profondeur de L'ordre de 210 mm, tandis que La partie de connexion 2b peut avoir une longueur de L'ordre de 70 mm. D'autre part, l'ossature de La barrette est executée dans un matériau rigide ou semi-rigide, peu déformable et proche de l'équivalence eau. Cette barrette peut avoir une Largeur comprise entre 10 mm et 150 mm et une épaisseur comprise entre 1 mm et 10 me permettant son déplacement en milieu aqueux en le perturbant le moins possible. Par exemple, la partie immergée 2a d'une barrette ayant la longueur susmentionnée, peut avoir une largeur de 14 mm et une épaisseur de 3 mm. La partie immergée 2a de la barrette de détection 2 est munie d'une pluralité de détecteurs 13 superposés, à haute impédance, régulièrement répartis Le long de ladite partie immergée Ces detecteurs peuvent etre avantageusement constitués par des puces de silicium telles que des diodes 1N4004 dont un exemple de conformation est illustré à la figure 4, permettant de détecter un rayonnement en électrons d'une énergie de l'ordre de 3 MeV à 25 MeV. La barrette de détection 2 peut etre munie de soixante quatre détecteurs 13 lesquels peuvent etre répartis, par exemple au pas de 3 mm, sur un seul alignement comme le montre la figure 3. Le nombre de soixante quatre détecteurs retenu en fonction de l'électronique d'acquisition et du pas d'exploration, est intéressant, car il permet de réduire le temps d'exploration à une durée compatible avec le décours d'une intervention chirurgicale, par exemple environ 15 minutes. Les diodes ou autres détecteurs 13 sont enrobées dans un matériau opaque à la Lumière, cet enrobage 14 (figure 5) étant par exemple constitué par une résine époxy opaque à la lumière. Les puces ainsi enrobées sont noyées dans le matériau d'ossature 15 de la barrette 2, Lequel est un matériau parfaitement etanche à l'eau. D'autre part, ce matériau est, de préférence opaque à la lumière et il peut etre également constitué par une résine opaque à la lumière. En outre, le matériau dans lequel est exécuté L'ossature 15 et/ou L'enrobage 14, est un matériau proche de l'équivalence eau. Les detecteurs 13 sont reliés à un connecteur multipoints 16 constituant la partie supérieure 2b de la barrette de détection 2, par l'intermédiaire d'un circuit imprimé multicouches 17 (figure 6). Le connecteur multipoints 16 peut être constitué par un connecteur à soixante huit broches et, plus précisément, par deux connecteurs J1, J2 multipoints, par exemple du type HE10 34 points. Les moteurs 10 et 12 et la barrette de détection sont reliés à un ensemble électronique de pilotage desdits moteurs et de traitement des signaux détectés par ladite barrette. Cet ensemble électronique qui comprend une carte de mesure dont le schéma général est représenté à La figure 8, est renfermé dans un bolier intermédiaire 3 qui peut être avantageusement placé à proximité de la cuve 1. La figure 9 donne le schéma de l'un des soixante quatre intégrateurs que comporte la carte de mesure. De La sorte, le premier étage d'amplification est prévu à proximité de la cuve 1, de façon à fixer l'adaptation d'impédance et le filtrage du signal, sur chaque canal, pour limiter au maximum Les parasites. L'ensemble des opérations est piloté par un ordinateur 4 auquel est relié l'ensemble électronique renfermé dans le bouter intermédiaire. Cet ordinateur dont la carte d'interface est représentée sur le schéma de la figure 10, peut être du type compatible IBM PC. Il peut être placé à une distance relativement importante de La cuve 1, par exemple dans une salle voisine de celle ou s'effectuent les relevés dosimétriques. Cet ordinateur comprend une carte de conversion analogique/numérique (figure 10) vers laquelle sont acheminés les signaux recueillis, via la carte de mesure du bottier intermédiaire (figures 8 et 9). Un amplificateur à gain programmable est placé avant le multiplexage des signaux des différents détecteurs afin de pouvoir utiliser un seul convertisseur A/N sur 12 bits (30000 conversions/seconde au minimum, soit 33 us par conversion). Un logiciel de gestion général de l'installation de dosimétrie, peut assurer les fonctions de contrôle de deplacement de la barrette, de gestion de l'acquisition des donnees, de traitement des valeurs Différents modules pourront être développés tels que - le stockage pour examen différé (sauvegarde automatique) ; - l'impression eventuelle sous forme de documents archivables ; - l'affichage des données brutes, de courbes isodoses selon des plans à La demande, de façon à pouvoir apprécier rapidement les qualités des mesures de faisceau ; - la sortie sur imprimante des plans et isodoses choisis. Le logiciel est, de préférence, écrit en langage évolué et programmé de façon modulaire pour offrir des sous-programmes accessibles à l'utilisateur. Le tableau synoptique de La figure 7 illustre l'aspect électronique de l'installation de dosimétrie précédemment décrite. La mise en oeuvre de cette installation de dosimétrie s'opère de La manière suivante - depuis le bloc opératoire, Les chirurgiens et Le radiothérapeute qui suit L'intervention, font parvenir aux radiophysiciens, un schéma coté de la surface idéale à traiter (celle-ci sera de forme quelconque) ; ils précisent L'énergie du faisceau d'électrons à employer et Le biseautage d'applicateur qu'ils adoptent ; - à partir du schéma, le laboratoire des caches réalise le moulage demandé ; compte tenu de la faible épaisseur requise pour bloquer les électrons, Le temps de refroidissement sera rapide, de L'ordre de quelques minutes ; - le cache est adapté à un applicateur de même type que celui qui va être employé ; on fixe l'ensemble à l'accélérateur et on réalise une dosimétrie avec la mini-cuve rapidement mise en place. - les résultats sont montés au bloc ; dans la mesure où ils conviennent, on sterilise le cache qui est mis en place avec l'applicateur stérile et l'irradiation du patient peut être entreprise. La séquence de mise en oeuvre susmentionnée devrait, moyennant une excellente organisation, demander un maximum de trois quarts d'heure. Ce délai est compatible avec les exigences d'une intervention chirurgicale d'excision d'une tumeur cancereuse, et l'affinage des conditions d'irradiation per-opératoire obtenues est susceptible d'améliorer les résultats du traitement REVENDICATIONS 1. - Installation de dosimétrie de grande maniabilité pour la caractérisation des faisceaux de rayonnements ionisants, comportant un dispositif permettant de procéder à une dosimétrie de la répartition du faisceau d'irradiation dans une masse d'eau ou fantôme, caractérisée en ce que ce dispositif comprend une cuve (1) de dimensions réduites apte à contenir un faible volume d'eau et dans laquelle est disposée, avec une aptitude de déplacement en tous points d'une section horizontale de ladite cuve (1), une barrette de détection verticale (2) munie d'une pluralité de détecteurs (13) superposés, répartis le long de ladite barrette (2) laquelle est agencée pour permettre de relier lesdits détecteurs (13) à une installation informatique de traitement des signaux recueillis. 2. - Installation de dosimétrie selon la revendication 1, caractérisée en ce que la cuve (1) a une forme cubique et un volume interne ou champ d'exploration qui est, par exemple, de L'ordre de 20 cm x 20 cm x 20 cm, avec une contenance de l'ordre de 8 litres. 3. - Installation de dosimétrie suivant l'une des revendications 1 ou 2, caractérisée en ce que la cuve (1) est réalisée dans un matériau transparent proche de L'équivalence eau, tel que, par exemple, Le polyméthacrylate de méthyle. 4. - Installation de dosimétrie selon L'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que la cuve (1) comporte au moins une face latérale active (la) dont l'épaisseur est moindre que celle des autres parois latérales de ladite cuve. 5. - Installation de dosimétrie suivant L'une quelconque des revendications 1 à 4, comprenant un dispositif de motorisation (7-7a-8a-8b-9a-9b-9a'-10-11-12) assurant les déplacements de La barrette de détection (2), caractérisée en ce que ce dispositif de motorisation est supporté par une collerette extérieure (6) installée, de préférence de manière amovible, sur le bord supérieur de la cuve (1). 6. - Installation de dosimétrie selon la revendication 5, caractérisée en ce que le dispositif de motorisation assurant les déplacements de la barrette de détection (2) comprend un pont mobile (7) surmontant la cuve (1) et sur lequel peut se déplacer le bloc porte-barrette (11) au moyen d'un système permettant La transformation d'un mouvement circulaire en mouvement linéaire, ainsi que l'obtention et la répétabilité de précision de positionnement requises. 7. - Installation de dosimétrie selon la revendication 6, caractérisée en ce que ledit système de transformation de mouvement est constitué par un système vis-écrou (7a-11) dont la vis (7a) est entrainée en rotation par un petit moteur pas à pas (12) à deux sens de rotation, Les extrémités dudit pont mobile (7) étant assujetties à des coulisseaux (8a, 8b) qui se déplacent sur deux chemins de guidage parallèles (9a, 9b) dont L'un comprend une vis (9a') se vissant dans un écrou équipant le coulisseau associé, cette vis (9a') étant entraînée en rotation par un petit moteur pas à pas (10) à deux sens de rotation. 8. - Installation de dosimétrie suivant l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisée en ce que la barrette de détection (2) est munie de soixante quatre détecteurs (13). 9. - Installation de dosimétrie selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisée en ce que les détecteurs (13) sont constitués par des diodes au silicium. 10. - Installation de dosimétrie suivant l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisée en ce que les détecteurs (13) sont enrobés dans un matériau (14) opaque à la lumière et, de préference, proche de l'équivalence eau. 11. - Installation de dosimétrie selon L'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisée en ce que l'ossature (15) de La barrette de détection (2) dans laquelle sont noyes les détecteurs (13), est réalisée dans un matériau opaque à la Lumière et, de préférence, proche de l'équivalence eau. 12. - Installation de dosimétrie suivant L'une quelconque des revendications 1 à 11, caractérisée en ce que les detecteurs (13) de la barrette de detection sont relies à un connecteur multipoints (16) constituant La partie supérieure (2a) de ladite barrette (2), par l'intermédiaire d'un circuit imprimé multicouches (17). 13. - Installation de dosimétrie selon L'une quelconque des revendications 1 à 12, caractérisée en ce que Les moteurs (10, 12) du dispositif de motorisation de La barrette de detection et ladite barrette de détection (2) sont reliés à un ensemble électronique de pilotage desdits moteurs et de traitement des signaux détectés par ladite barrette de detection. 14. - Installation de dosimétrie suivant La revendication 13, caractérisée en ce que ledit ensemble électronique est relié à un ordinateur assurant la gestion des opérations de ladite installation.