CA2457014A1 - Dispositif et procede d'inspection d'un faisceau ionisant - Google Patents

Abstract

La présente invention concerne un dispositif d'inspection d'un faisceau avec : une tête d'inspection (110) comprenant un scintillateur (114) et au moins un bloc diffuseur (116, 117) associé au scintillateur, un premier moyen (118) d e formation d'au moins une image d'au moins une partie de la tête d'inspection comprenant le scintillateur. Conformément à l'invention, le scintillateur comporte au moins une plaque massive et sensiblement homogène de matériau de scintillation présentant deux faces principales opposées. Application à la radiothérapie.

Description

DISPOSITIF ET PROCEDE D'INSPECTION D'UN FAISCEAU
IONISANT.
Domaine technique La présente invention concerne un procédé et un dispositif d'inspection d'un faisceau ionisant. Elle concerne également des dispositifs de dosimétrie et de radiothérapie mettant en Qeuvre une inspection de faisceau.
L'invention trouve des applications de façon générale pour toute opération d'inspection ou de cartographie d'un faisceau ionisant. Elle trouve notamment des applications dans le réglage et la commande d'équipements mëdicaux tels que des équipements de radiothérapie.
Etat de la technique antérieure.
La radiothérapie est une technique de traitement médical consistant pour l'essentiel à
irradier des tissus au moyen de rayonnements ionisants tels que des rayonnements X, (3 et/ou y. L'irradiation a notamment pour but de détruire des tumeurs cancéreuses d'un patient.
En appliquant aux les tissus cancéreux un faisceau ionisant, il est inévitable d'exposer également des tissus sains. Aussi, pour limiter la dose de rayonnement reçue par les tissus sains au voisinage des tumeurs, on soumet généralement le patient à
plusieurs expositions. Les expositions ont lieu avec des faisceaux de directions différentes, mais gui interceptent chaque fois une même zone correspondant à

2 une tumeur à détruire. La tumeur subit ainsi plusieurs expositions. Les tissus sains périphériques, en revanche, ne subissent que les expositions des seuls faisceaux sur la direction desquels ils sont alignés.
La commande des faisceaux, et notamment de leur orientation, de leur ouverture et de leur intensité est gouvernée par des logiciels de balistique de tir encore appelés logiciels de «planning RTE.
Une commande précise des faisceaux est nécessaire pour obtenir une exposition différentielle des tissus sains et des tissus cancéreux. Les doses reçues par les tissus doivent être contrôlées avec une incertitude inférieure ou égale à 5°s. En effet, une dose trop importante risque de détruire ou endommager des tissus sains tandis qu'une dose trop faible risque de conduire à une récidive du cancer.
Les faisceaux ionisants ne sont généralement pas monochromatiques mais constitués d'un mélange de rayonnements de différentes ënergies. La composition des faisceaux est sensible à des obstacles, par exemple, des diaphragmes, rencontrés sur leur trajectoire. Ainsi, la dose de rayonnement reçue par un tissu ou par une région donnée d'un tissu dépend d'un nombre important de paramëtres difficilement prédictibles. I1 est difficile de prédire exactement et entiërement par calcul la dose reçue en chaque point d'un volume irradié.
Ainsi, pour commander de façon précise les logiciels de balistique de tir de faisceaux, on inspecte les faisceaux pour déterminer la dose de

3 rayonnement qu'ils sont susceptibles de déposer en tout point d'un corps qui y est soumis.
Un premier type de dispositif d'inspection connu comporte des chambres d'ionisation à gaz qui peuvent être déplacées dans un faisceau. Ces chambres ne sont cependant pas sensibles à l'ensemble des composantes radiatives d'un faisceau d'ionisation à qui elles sont soumises, et présentent un comportement d'absorption diffêrent de celui des tissus vivants susceptibles d'être irradiés. De plus, les chambres d'ionisation ne rendent pas compte d'un phénomène de diffusion du rayonnement par des tissus avoisinant une zone explorée. I1 en résulte que le rendement d'ionisation des chambres est différent d'un rendement de dose reçu par un tissu exposé dans les mêmes conditions. Pour en rendre compte correctement, ces chambres doivent être plongées dans un liquide - eau -de caractéristique sensiblement proche de celle de tissus vivants.
Un autre type de dispositif d'inspection comprend des chambres d'ionisation liquides placées dans le champ d'un faisceau. L'utilisation d'un liquide permet de conférer aux châmbres un comportement d'absorption beaucoup plus proche de celui des tissus vivants. En revanche, une faible mobilité des ions dans le liquide, et des phénomènes parasites de recombinaison des. ions formés par le rayonnement, font que la réponse de ces dispositifs d'inspection est lente et non linêaire.
On connaît enfin des dispositifs d'inspection à
scintillateur. Ces dispositifs comportent une multitude

4 de scintillateurs associés chacun à une fibre optique.
Le rôle de cette fibre optique est de relayer le signal hors du faisceau pour pouvoir en assurer la lecture dans un environnement non pollué par les rayonnements ionisants. Un fagot de fibres optiques constitue une tête d'inspection. Le fagot peut comporter en alternance des fibres scintillantes et des fibres non-scintillantes.
De tels dispositifs présentent un coût de fabrication très êlevé, lié notamment à l'agencement des fibres. En outre, la résolution des dispositifs est limitée par la taille de chaque scintillateur individuel et à leur nombre. En l'occurrence le nombre de fibres et leur diamètre.
Enfin, des difficultés apparaissent en raison d'une lumière parasite, dite lumière Cerenkov, qui s'ajoute au phénomène de scintillation.
Une illustration plus détaillée de l'art antérieur évoqué ci-dessus peut être trouvée dans les documents (1) à (5). Les références de ces documents sont précisées à la fin de la description.
Exposé de l'invention.
L'invention a pour but de proposer un dispositif d'inspection de faisceau ne présentant pas les limitations ou difficultés mentionnées ci-dessus.
Un but est notamment de proposer un dispositif d'inspection simple, relativement peu coûteux, et qui permette de rendre compte avec précision des doses susceptibles d'être déposées par un faisceau dans un tissu vivant.

Un but est encore de proposer un dispositif affranchi des effets parasites de la lumière ~erenkov.
L'invention a également pour but de proposer des procëdés d'inspection de faisceau et des

5 dispositifs de dosimétrie et de radiothérapie mettant en aeuvre ces procédés .
Pour atteindre ces buts, l'invention a plus prêcisément pour objet un dispositif d'inspection d'un ou de plusieurs faisceaux avec .
- une tête d'inspection comprenant un scintillateur -matériau réagissant à la présence de rayonnements par une émission de lumiëre - et au moins un diffuseur de rayonnement ionisants associé au scintillateur, - un premier moyen de formation d'au moins une- image correspondant à au moins une partie de la tête d'inspection comprenant le scintillateur.
Conformément â l'invention, le scintillateur comporte au moins une plaque massive et sensiblement homogène de matériau de scintillation présentant deux faces principales opposées. Le bloc diffuseur recouvre au moins l'une des faces principales de la plaque de scintillateur. Ledit dispositif comprend, en outre, des moyens de discrimination entre la lumière de scintillation et une lumiêre Cerenkov parasite, dans la tête d'inspection.
Grâce à l'invention, la résolution du dispositif n'est plus liée à la construction du scintillateur. Elle dépend essentiellement de l'image que l' on forme de la plaque de scintillateur. De plus, l'utilisation d'un scintillateur massif et sensiblement

6 homogène réduit considérablement son coût de fabrication.
La plaque de scintillateur est de préférence très mince. Elle est, par exemple, formée par un feuil d'une épaisseur comprise entre 1 et 5 mm et dont les faces principales présentent une surface comprise entre 100 et 900 cmz. La plaque peut être de forme générale circulaire ou rectangulaire.
La plaque permet, par ses propriétés de scintillation, de rendre compte, selon le plan qu'elle définit, de la dose de rayonnement reçue en chacun de ses points. L'intensitê de la lumière de scintillation en tout point de la plaque de scintillateur est en effet liée à la dose reçue. La plaque permet ainsi d'effectuer, en quelque sorte, une "coupe" du faisceau selon un plan.
Le dispositif peut accessoirement être équipé
de moyens de déplacement relatif entre la tête d'inspection et la source d'un faisceau à inspecter. Le déplacement, par translation ou par rotation permet d'explorer successivement différents plans et ainsi d'appréhender les doses susceptibles d'être déposées dans un volume.
Le diffuseur de rayonnement ionisants, associé
à la plaque de scintillateur, a pour but de simuler la diffusion du rayonnement par l'environnement d'une cible donnée. Plus précisément, la scintillation en chaque point de la plaque traduit non seulement la dose reçue directement en ce point, mais aussi la dose reçu en dehors de la plaque, dans le diffuseur, au voisinage du point considéré. Le diffuseur permet de simuler

7 avantageusement un tissu qui n'est pas isolë dans le corps d'un patient. Un bloc de diffuseur peut être ménagé sur une seule, mais de préférence sur les deux faces de la plaque de scintillateur. L'épaisseur des blocs diffuseurs peut être variable en fonction de l'importance du phénomène de diffusion que l'on souhaite prendre en compte. Pour des plaques de scintillateurs dans les gammes de dimension évoquées ci-dessus, on peut utiliser des blocs diffuseurs d'une épaisseur de 150 à 400 mm, par exemple. Les blocs recouvrent tout ou partie des faces libres de la plaque de scintillateur.
Pour une utilisation du dispositif dans le cadre d'un équipement de radiothérapie, le matériau scintillateur et le matériau du, ou des blocs diffuseurs, sont de préférence des matériaux qui présentent des coefficients d'absorption du rayonnement proches de ceux des tissus vivants. Les blocs diffuseurs sont, par exemple, des blocs de matière plastique telle que le PMMA (Plexiglass), le polyvinyltoluène ou une matiêre plastique transparente chargée en oxyde de Titane par exemple. La plaque de matériau scintillant est, par exemple en un matériau tel que le BC430 de marque BICRON.
Le moyen de formation d'une image peut comporter une ou plusieurs caméras, et notamment des caméras de type CCD. Le signal de sortie des caméras est utilisable pour le calcul de doses en fonction de l'intensité lumineuse en différentes parties de l'image.

8 PCT/FR03/01639 Pour faciliter la saisie de l'image du scintillateur par la caméra, au moins un bloc diffuseur peut être rêalisé en un matêriau transparent. La lumière peut alors se propager librement à travers le bloc jusqu'à la caméra. Le bloc diffuseur peut aussi être pourvu d'un miroir de renvoi de la lumière vers la caméra lorsque celle-ci n'est pas disposée dans son prolongement.
Le bloc diffuseur transparent soumis au faisceau ionisant peut donner naissance, selon l'énergie du faisceau, à une lumière parasite encore appelée lumiêre Cerenkov. La lumière ~erenkov est due à
des électrons relativistes du faisceau ionisant qui se propagent dans la matiêre avec une v~.tesse supêrieure à
celle de la propagation de la lumière dans la matiëre.
Ce phénomène a lieu de façon assez marginale dans le scintillateur, et de façon plus importante dans les blocs diffuseurs, en raison notamment de leur plus grande épaisseur. La lumière ~erenkov parasite s'ajoute à celle de la scintillation et est susceptible de fausser le calcul des doses de rayonnement déposées par le faisceau ionisant.
Pour obvier à cette difficulté, le dispositif de l'invention peut être pourvu de différents moyens de discrimination entre la lumière Cerenkov et la lumière de scintillation. L'ëvaluation de la contribution de lumiëre de ~erenkov peut, par la suite, être prise en compte pour le calcul des doses de rayonnement reçues par le scintillateur.
Les moyens de discrimination comportent, par exemple, un obturateur disposé entre le bloc diffuseur

9 et le scintillateur. L'obturateur est choisi opaque à
une lumière susceptible d'être émise par le scintillateur et transparent à un faisceau ionisant susceptible d'être inspecté.
Ainsi, on peut saisir deux images du scintillateur à travers le bloc diffuseur transparent.
Une première image, à obturateur ouvert, comprend une composante de lumière de scintillation et une composante de lumière Cerenkov. Dans les mêmes conditions d'exposition au faisceau, une deuxième image, effectuée à obturateur fermé, comprend uniquement la composante de ~erenkov. La composante de ~erenkov peut ainsi être éliminée de la première image en y soustrayant, point par point, les valeurs lumineuses de la deuxième image. Cette opération peut avoir lieu dans un calculateur numérique.
Dans une réalisation simplifiée, l'obturateur peut se résumer à un simple cache occultant une petite partie du scintillateur. La composante de Cerenkov est alors calculée pour l'ensemble de l'image à partir d'une fraction de l'image correspondant à l'emplacément du cache.
Dans une rêalisation perfectionnée, en revanche, l'obturateur peut être un obturateur à
cristal liquide et à commande électrique. La commande électrique provoque le passage du cristal liquide d'un état transparent à la lumière de scintillation vers un état opaque à la lumière de scintillation, et réciproquement.
A titre de variante, les moyens de discrimination entre la lumière de ~erenkov et la lumière de scintillation peuvent aussi comporter au moins un deuxième moyen de formation d'une image de la tête d'inspection présentant une sensibilité à la lumière de scintillation et/ou à la lumière Cerenkov 5 différente de celle des premiers moyens de formation d'une image. Des moyens de calcul peuvent alors être prévus pour ëtablir une contribution de lumière Cerenkov et/ou de lumière de scintillation par confrontation d'images en provenance des premier et

10 deuxième moyens de formation d'image.
Les premier et deuxième moyens de formation d'une image peuvent comporter deux ou plusieurs caméras associées respectivement à des filtres spectraux de couleur différente. Les filtres spectraux ne laissent alors passer vers les caméras que des bandes spectrales sélectionnêés de la lumière en provenance de la tête d'inspection. Chaque caméra constitue alors un moyen de formation d'une image différent.
Les premier et deuxième moyens de formation d'une image peuvent aussi comporter une unique caméra associée à un mécanisme permettant de disposer successivement dans la trajectoire de la lumiëre deux ou plusieurs filtres spectraux différents. Dans ce cas, la caméra unique, associée à chacun des différents filtres est considérée, â chaque fois, comme un moyen différent de formation d'une image. Les filtres permettent en effet de saisir plusieurs images dans différents spectres de lumière. Les filtres peuvent aussi être affectés éventuellement à plusieurs parties du champ d'une même image saisie par la caméra.

11 L'intensitê I~, de la lumière de longueur d'onde ~, reçue en un point de l' image peut être décomposée de la façon suivante .
I~, - a x S + b x C
Dans cette expression, S est une contribution de lumière de scintillation et C la contribution due â
l'effet ~erenkov. Les paramètres a et b sont des coefficients de proportionnalité qui relient C et S
respectivement à une lumière de scintillation et une lumière ~erenkov produites. Les paramètres a et b, peuvent être déterminés expérimentalement, en utilisant, par exemple, un faisceau d'ionisation de caractéristiques connues. Le paramètre ~a» peut être déterminé de telle façon que S représente directement la dose de rayonnement reçue localement par le scintillateur. Ceci suppose que, dans un spectre de longueur d'ondes considéré pour saisir les images, il existe une proportionnalité entre la dose de rayonnement reçue par une zone du scintillateur et une intensitê lumineuse de scintillation émise par cette zone. Cet aspect est examinê plus en détail dans la suite de la description.
Un exemple simplifié donné ci-dessus illustre l'utilisation de deux filtres qui laissent passer des longueurs d'ondes ~, correspondant au vert et au bleu.
On peut écrire .
Ivert = al x S + b1 x C et Ibleu = a2 X S +b2 X C .
Les paramètres agi, a2, b1 et b2 sont du même type que les paramètres a et b évoqués ci-dessus.

12 La dose de rayonnement reçue qui a contribué à
la formation de la lumière de scintillation peut être mise sous la forme suivante .
S = ibz X I~ert - a2 X Ibleu) ~ ~a1 x b2 - a2 x b2) En d'autres termes on a .
S= k1 X L,ert + k2 X Ibleu i où k1 et k2 sont des coefficients de proportionnalité.
Les coefficients peuvent être calculés de la façon indiquée ci-dessus, ou éventuellement être ëtablis à
partir d'un ou de plusieurs faisceaux ionisants de caractéristiques connues.
De façon approchante, on peut aussi calculer la contribution C de lumière de ~erenkov.
Un nombre plus important de filtres de couleur permet d'établir d'autres équations pour la détermination de la dose de rayonnement reçue en chaque point du scintillateur.
Il convient de noter que les intensités I~, sont celles d'un point ou d'une zone réduite de l'image et correspondent à un point ou une zone correspondante du scintillateur.
Selon une autre possibilité de mise en aeuvre des moyens de discrimination entre la lumiëre de scintillation et la lumière Cerenkov, ceux-ci peuvent comporter un polariseur disposé entre le scintillateur et un bloc diffuseur transparent vus par au moins un moyen de formation d'une image. Un ou plusieurs analyseurs sont alors associés aux moyens de formation d'une image.
Le fonctionnement de ces moyens de discrimination repose sur la particularité de la

13 lumiêre de ~erenkov et de la lumière de scintillation de ne pas être polarisées. Ceci résulte essentiellement du caractère statistique des phénomènes à l'origine de ces lumières.
En plaçant un polariseur entre le scintillateur et le bloc de diffuseur transparent à travers lequel chemine la lumière de scintillation, on polarise sélectivement la lumière de scintillation. Par ailleurs, l'analyseur des moyens de formation d'une image, affecte plus ou moins l'intensité de la lumière de scintillation, selon son orientation, mais n'affecte pas la lumière Cerenkov.
La contribution de l'effet Cerenkov peut alors être évaluée, par exemple, par extinction de la lumiêre de scintillation. La contribution de ~erenkov peut ensuite être soustraite â la lumière totale, lorsque l'analyseur est perpendiculaire à sa position d'extinction, pour déterminer la composante de scintillation.
L'analyseur peut aussi être monté tournant entre le bloc diffuseur et les moyens de formation d'une image. I1 est aussi possible d'utiliser des moyens de formation d'image sous la forme de deux ou plusieurs caméras équipées de deux ou plusieurs polariseurs croisés qui fournissent respectivement deux ou plusieurs images du scintillateur et du bloc diffuseur.
La lumière de scintillation, et donc la dose D
reçue en une zone donnée du scintillateur, est alors de la forme suivante .
D = a x I~ + b x IT

14 Les paramètres a et b sont toujours des paramètres susceptibles d'être calculés ou directement établis de façon expérimentale à partir de faisceaux de caractéristiques connues et I~ et IT sont les intensités lumineuses de la zone considêrée données par les caméras équipées des polariseurs (analyseurs) croisés.
L'expression correspond à une configuration n'utilisant que deux analyseurs distincts. Un nombre plus grand d'analyseurs peuvent être mis en oeuvre.
Il convient de noter que les caméras multiples peuvent être remplacées par une caméra unique qui reçoit alternativement la lumière de la tête d'inspection à travers des analyseurs différents, à
orientation croisée. Différentes parties du champ de la caméra peuvent aussi recevoir simultanément la lumière des différents analyseurs. Enfin, un unique analyseur tournant permet d'obtenir en différents instants des orientations d'analyse différentes et croisées. I1 remplace ainsi une pluralité d'analyseurs.
Un certain nombre de perfectionnements supplémentaires peuvent être envisagés. Par exemple, un réflecteur peut être disposé sur une face principale du scintillateur qui est opposée à une face portant le bloc diffuseur transparent, c'est-à-dire opposée â la face tournée vers les moyens de formation d'image.
Selon un autre perfectionnement, la tête d'inspection peut comporter un miroir de renvoi de la lumière de scintillation vers le moyen de formation d'image. Cette caractéristique peut présenter plusieurs avantages. Un premier avantage est de favoriser la mise à l'abri des moyens de formation d'image des faisceaux ionisants à inspecter. Un autre avantage peut être de limiter un déplacement relatif à la seule tête d'inspection sans entraîner les moyens de formation d'une image. A titre d'exemple, pour un balayage d'un 5 faisceau à inspecter dans un môuvement de rotation de la tête d'inspection, le miroir de renvoi peut être disposé de façon à renvoyer la lumière vers une caméra placée dans l'axe de rotation.
Un dispositif d'inspection tel que décrit est 10 en mesure de délivrer des valeurs relatives de dose de rayonnement fournie par un faisceau à inspecter. I1 est possible aussi de créer un dosimètre à mesure absolue en équipant le dispositif d'une ou de plusieurs chambres d'ionisation d'étalonnage. Celles-ci, de

15 petite taille, peuvent être logées dans le scintillateur ou au voisinage direct de celui-ci.
L'étalonnage a lieu, par exemple, en ajustant les valeurs de dose de rayonnement déterminées depuis l'image du scintillateur pour une ou plusieurs zones correspondant aux emplacements des chambres d'étalonnage, aux valeurs de dose déterminées par les chambres d'étalonnage elles-mêmes.
Un étalonnage précis pour l'établissement de la lumière ~erenkov peut aussi avoir lieu en utilisant un scintillateur avec une ou éventuellement plusieurs zones mortes. On entend par zones mortes des zones n'émettant pas de lumière de scintillation, mais susceptibles d'émettre une lumière de ~erenkov sous l'influence d'un faisceau. ionisant. I1 s'agit, par exemple, d'une cavité pratiquée dans la plaque de scintillateur et comblée par une ,matière plastique

16 transparente ayant des propriétés d'absorption de la lumière proches de celle du matériau scintillateur.
L'image de la zone morte, dépourvue de la composante de scintillation, permet de rendre directement compte de l'influence parasite de la lumière Cerenkov.
Selon un perfectionnement supplémentaire de l'invention, le scintillateur peut comprendre deux ou plus de deux plaques de matériau scintillant présentant des coefficients d'absorption avec des dépendances en énergie différentes. Des moyens de formation d'une image sensible sélectivement à chacune des plaques sont alors prévus.
On utilise de préférence des, matériaux scintillants présentant des coefficients d'absorption proportionnels à ceux de tissus â irradier. La proportionnalité n'est cependant pas nécessairement parfaite pour l'ensemble du spectre en énergie d'un faisceau à inspecter. Ainsi, des corrections peuvent être apportées aux coefficients multiplicateurs qui relient l'intensité d'une lumière de scintillation enregistrée et une dose que recevrait réellement un tissu.
En utilisant plusieurs plaques de matêriau scintillant pour lesquels les coefficients d'absorption évoluent différemment en .fonction de l'énergie d'un faisceau inspecté, il est possible de calculer une dose reçue, en dépit de termes non linéaires. La dose D peut effectivement être- calculée en fonction de termes linéaires et de termes quadratiques avec une expression de la forme suivante .

17 D - ~ klSl + ~ ki jSiS-J
i ij Dans cette expression ki et kid sont des coefficients de proportionnalité respectivement à des composantes linéaires et quadratiques et Si et S~
représentent les contributions de scintillation des différentes plaques de scintillateur. Les coefficients peuvent être établis par étalonnage.
Les contributions des différentes plaques de scintillateur peuvent être distinguëes en formant des images des différentes plaques sur des caméras séparées ou en utilisant des scintillateurs émettant des lumières de scintillation dans des spectres dêcalés.
Dans ce cas, la distinction peut être faite avec des filtres spectraux disposés devant une ou plusieurs caméras. L'utilisation de filtres spectraux s'apparente à celle déjà décrite pour la discrimination de la lumière de Cerenkov et n'est donc pas reprise ici.
Comme évoqué ci-dessus, le dispositif de l'invention peut être utilisé dans un dosimètre. Le dosimètre comporte alors en outre une unité de calcul, pour établir à partir des images fournies par le dispositif, des données de distribution d'une dose de rayonnement fournie par un faisceau. En d'autres termes, on calcule pour différentes zones d'un plan ou d'un volume la dose de rayonnement reçue en fonction de la lumière de scintillation enregistrée pour cette zone.
Le dispositif d'inspection de faisceau peut aussi être intégré dans un équipement de radiothérapie

18 qui comprend par ailleurs une ou plusieurs sources de rayonnement.
Le dispositif d'inspection peut être adapté à
l'inspection de diffêrents types de faisceaux issus de différents types de sources. Le dispositif peut comporter accessoirement un bloc diffuseur avec des logements pour une source de rayonnement, le bloc présentant au moins une face adaptable à la tête d' inspection. Un tel bloc peut être mis à profit pour l'inspection de faisceaux émis par une source de rayonnement susceptible d'être enfouie dans le corps d'un patient.
L'invention concerne également un procédé
d'inspection d'une source au moyen d'un dispositif tel que décrit ci-dessus, dans lequel on forme au moins une image du scintillateur, et on calcule en fonction de différentes parties de l'image des doses locales de rayonnement reçues par le scintillateur. Différents aspects de ce procédé et de sa mise en ouvre ont déj à
été décrits ci-dessus en référence au fonctionnement du dispositif. Ces aspects ne sont pas repris ici.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de la description qui va suivre, en référence aux figures des dessins annexés.
Cette description est donnée à titre purement illustratif et non limitatif.
Brève description des figures.
- La figure 1 est une représentation schématique simplifiée d'un dispositif de radiothérapie

19 utilisant un dispositif d'inspection conforme à
l'invention.
- La figure 2 est un graphique exprimant, en fonction de la longueur d'onde, l'intensité d'une lumiêre de scintillation et d'une lumière parasite Cerenkov. Le graphique est en échelle libre.
- Les figures 3, 4, 5 et 6 sont des représentations schématiques simplifiées de dispositifs d'inspection conformes à l'invention, équipés de différents moyens de discrimination entre une lumiêre de scintillation et une lumiêre Cerenkov parasite.
- La figure 7 est une représentation schématique et simplifiée d'un dispositif d'inspection perfectionné, conforme à l'invention.
Description détaillée de modes de mise en oeuvre de l'invention Dans la description qui suit, des parties identiques, similaires ou êquivalentes des différentes figures sont repérées par les mêmes signes de référence pour faciliter le report entre les figures. Par ailleurs, et dans un souci de clarté des figures, tous les éléments ne sont pas représentés selon une échelle uniforme.
La figure 1 montre un dispositif de radiothérapie comportant une source de faisceau 10, un dispositif d'inspection du faisceau 100 et une.unité de calcul 12 destinés à établir une cartographie du faisceau. La cartographie vise à déterminer la dose de rayonnement que le faisceau est susceptible de déposer en tout point du corps d'un patient.

Le patient est modélisé par une tête d'inspection 110 du dispositif d'inspection. Celle-ci est montée sur un actionneur 112 susceptible de déplacer la tête afin de parcourir l'ensemble du champ 5 intercepté par le faisceau. L'actionneur peut être conçu pour des mouvements de translation dans une ou plusieurs directions, et éventuellement des mouvements de rotation. Bien qu'elle puisse aussi être déplacée on considère, dans l'exemple illustré, que la source 10 10 est fixe.
La tête d'inspection 110 comporte un scintillateur sous la forme d'une fine plaque de matériau scintillant 114, c'est-à-dire une fine plaque de matériau susceptible de convertir un rayonnement 15 ionisant en un rayonnement lumineux. I1 s'agit, par exemple, d'une plaque du type BC 400 de marque Bicron.
Pour des raisons de clarté, l'épaisseur de la plaque est largement exagérêe sur les figures. La plaque de matériau est flanquée sur ses faces principales de deux

20 blocs de diffuseur transparents 116 et 117.
En alignement avec le bloc 116 se trouve une camêra à couplage de charges (CCD) 118 qui constitue un moyen de formation d'image. La camêra fournit des images sous la forme d'un signal de données dirigé vers l'unité de calcul 12. L'unité de calcul, qui éventuellement pilote aussi le déplacement de la tête d'inspection, permet de calculer les caractéristiques du faisceau et notamment les doses de rayonnement que ce dernier est susceptible de déposer en différentes parties d'un corps exposé. La référence 120 désigne sommairement un objectif qui permet de former sur la

21 caméra une image de la plaque de scintillateur et des blocs de diffusion. La lumière susceptible d'être émise par le scintillateur 114 traverse le bloc diffuseur 116 avant d'atteindre la caméra.
Un miroir 122 indiqué en trait discontinu peut équiper l'un des blocs diffuseurs 116 de manière à
renvoyer tout ou partie de la lumiêre de scintillation et de lumiêre Cerenkov vers une deuxiême caméra 119.
Celle-ci est également associée à un objectif, non représenté.
La référence 125 indique sommairement un détecteur de faisceau qui permet de détecter la présence ou l'absence d'un faisceau. I1 s'agit par exemple d'un détecteur rudimentaire au silicium. Le détecteur 125 peut être mis à profit avantageusement lorsque la source de faisceau 10 est une source pulsée.
I1 permet en effet de synchroniser la saisie des images par l'unité de calcul sur les impulsions du faisceau et ainsi éviter des influences parasites en l'absence de faisceau.
Pour analyser le rayonnement fourni par une source susceptible d'être enfouie dans le corps d'un patient, le dispositif peut comporter un bloc diffuseur additionnel, repéré avec la référence 111. Ce bloc est pourvu d'un logement 113 pour la réception d'une telle source. Il présente par ailleurs une face s'adaptant sur la tête d'inspection. Pour des raisons de simplification, la forme du bloc 111 représenté est parallélépipédique. Des formes plus complexes, représentatives des organes à irradier, peuvent toutefois être prévues.

22 La figure 2 indique l'allure de la répartition, en fonction de la longueur d'onde, de l'intensité de la lumière reçue en un point de l'image formêe par la camêra. La lumière comprend une composante de lumiëre de scintillation et une composante de lumière parasite, dite de ~erenkov, déjà largement évoquée. On observe que la lumiëre reçue comprend un fond C décroissant avec longueur d'onde. I1 s'agit de la lumière Cerenkov.
A ce fond s'ajoute un pic S relativement étroit correspondant à la lumiêre de scintillation. I1 est impossible de connaître directement l'intensité de la scintillation, et donc la dose de rayonnement reçue, car au pic de scintillation se rajoute un fond de lumière de Cerenkov. Pour certaines longueurs d'ondes tout au moins, ce fond est trop important pour être négligé.
Les figures suivantes, décrites ci-aprês, indiquent un certain nombre de caractéristiques visant à effectuer une discrimination entre la lumière de scintillation et la lumière ~erenkov. Sur ces figures seules les parties du dispositif d'inspection nécessaires à la compréhension sont représentées. Pour les autres parties, on peut se reporter à la figure 1.
La figure 3 montre une tête d'inspection qui comprend entre la plaque de scintillateur 114 et le bloc diffuseur 116 tourné vers la caméra 118, un obturateur 130. I1 s'agit, dans cet exemple, d'un obturateur à cristal liquide. L'état de transparence de l'obturateur à la lumière de scintillation est piloté
par un dispositif de commande électrique ou éventuellement par l'unité de calcul 12 évoquée en

23 relation avec la figure 1. L'obturateur est toujours transparent au faisceau ionisant. Ainsi, lorsqu'il est fermé, la caméra forme une image de lumière ~erenkov.
En revanche, lorsque l'obturateur 130 est ouvert, l'image comprend la lumière ~erenkov et la lumière de scintillation. La différence entre les deux images permet de retrouver la contribution de la lumière de scintillation seule. Par simplification, on considère que la lumiëre de ~erenkov produite dans la plaque de scintillateur est nêgligeable devant celle produite dans les blocs diffuseurs. Cette approximation est valable dans la mesure où l'épaisseur de la plaque de scintillateur est faible devant celle des blocs diffuseurs. Le bloc diffuseur 117, opposé à la caméra 118, est représenté en trait discontinu pour signifier qu'il peut éventuellement être êliminé.
La figure 4, montre une caméra 118 associée à
un jeu 142 de filtres spectraux qui ne laissent passer que des raies étroites de lumière. La saisie de plusieurs images, à travers différents filtres 140 de ce jeu, permet également de calculer la quantité de lumière de scintillation et donc la dose de rayonnement reçue par le scintillateur. Le principe du calcul a déjà été exposé et n'est pas repris ici. Les images saisies à travers les différents filtres 140 peuvent être prises successivement, par exemple en déplaçant devant la caméra 118 le jeu de filtres 142. Des images peuvent aussi être saisies simultanément au moyen d'une deuxième caméra 119 équipée d'un deuxième filtre 142 différent d'un filtre 140 associé à la premiêre caméra 118. Dans l'exemple illustré, la deuxième caméra reçoit

24 une partie de la lumière à travers un miroir de renvoi semi-transparent 122.
La figure 5 montre une variante de réalisation de la tête d'inspection, celle-ci comprend un miroir opaque 150 disposé entre la plaque de scintillateur 114 et l'un des blocs diffuseurs 117. Le miroir 150 a deux fonctions. La première fonction est celle de réflecteur. Le miroir 150 permet en effet de renvoyer une plus grande partie de la lumière de scintillation vers une première caméra 118. Cette caméra 118 reçoit donc la lumiêre de scintillation et la lumière de ~erenkov créée dans l'un des blocs diffuseurs transparents 116.
Le miroir peut aussi accessoirement avoir une deuxième fonction. I1 s'agit d'une fonction d'écran pour d'empêcher la lumière de scintillation d'atteindre une deuxième caméra 119 disposée en regard du deuxième bloc diffuseur transparent 117. La deuxième caméra ne reçoit ainsi qu'une lumière de Cerenkov créêe dans le deuxième bloc diffuseur 117. A partir de la lumière de Cerenkov reçue par la deuxième camêra 119, et en tenant compte des caractéristiques des diffuseurs 116, 117, il est possible d'évaluer par analogie la contribution de lumière Cerenkov dans l'image formée par la première caméra 118. Cette contribution peut alors être retranchêe par calcul à l'image de la première caméra 118.
La figure 6 montre encore une autre réalisation dans laquelle un polariseur 160 est disposé entre la plaque de scintillateur 114 et un premier bloc diffuseur 116. Le polariseur permet de polariser la lumière de scintillation initialement isotrope. La lumière Cerenkov apparaissant dans le bloc diffuseur 116 en regard de la caméra n'est en revanche pas polarisée.
5 Une discrimination est effectuée ensuite entre les deux contributions de lumière au moyen d'un analyseur 162 positionné entre le premier bloc diffuseur 116 et la caméra 118. L'analyseur peut être fixe et ou tournant et permet d'éteindre en tout ou 10 partie la lumiëre de scintillation. Cette extinction n'affecte pas la lumière ~erenkov qui n'est pas polarisée. Ainsi, la contribution relative de lumière Cerenkov et de lumiêre de scintillation peut être établie. Le principe de détermination de la part de 15 lumière de scintillation a déjà été évoqué
précédemment. A titre de variante, la caméra unique avec un analyseur peut être remplacée par un jeu de deux caméras 118, 119 associées â deux analyseurs croisés 162,163. Dans l'exemple de la figure 6, le 20 deuxième bloc diffuseur 117, s'il est présent, est isolé du scintillateur 114 par un matériau opaque à la lumière Cerenkov.
La figure 7 montre une réalisation particulière de la tête d'inspection 110, dans laquelle celle-ci

25 comprend deux plaques de scintillateur 114, 115. Les deux plaques sont accolées ou éventuellement séparées par un masque opaque à la lumière de scintillation ou un miroir. La lumière de scintillation en provenance des deux plaques est saisie par deux caméras 118, 119.
Elle traverse respectivement deux diffuseurs transparents 116, 117 accolés aux faces principales des

26 plaques. Lorsque les deux plaques de scintillateur 114, 115 émettent des lumières de scintillation dans des spectres décalés, leur lumière peut être saisie par une unique caméra associée à des filtres spectraux sêlectifs. Les images fournies par les deux caméras, ou éventuellement par la caméra unique sont utilisées pour calculer localement les doses de rayonnement reçues en fonction d'une contribution pondérée de chacun des scintillateurs. Comme évoqué précédemment, la pondération peut être linéaire et/ou quadratique.
D'autres filtres spectraux et/ou d'autres moyens de discrimination de la lumière Cerenkov, déjà
décrits, peuvent également être mis à profit.
La référence 170 indique une petite chambre d'ionisation intégrée dans les plaques de scintillateur, et éventuellement en partie dans les blocs diffuseurs. Cette chambre délivre un signal dirigé vers l'unitê de calcul 12. Ce signal peut être confronté avec une mesure de dose effectuée à partir des images des caméras, soit à des. fins d'êtalonnage, soit â des fins de mesure en valeur absolue de la dose.
Enfin, la référence 172 désigne une zone morte de petite taille des plaques de scintillateur 114, 115.
Il s' agit de préférence d', une zone en un matériau non scintillant qui présente des propriétés d'absorption proches de celles du scintillateur. L'image de cette zone morte permet de donner directement une évaluation de la contribution Cerenkov. Cette contribution peut également être utilisée pour un étalonnage du dosimètre. Enfin, l'utilisation d'une zone morte permet, si nécessaire, d'évaluer la proportion (faible)

27 de lumière Cerenkov produite dans l'épaisseur des plaques de scintillateur.

28 PCT/FR03/01639 DOCUMENTS CITES
s) JP-2001 056381, Mitsubishi et electric corp, Nishiura Ryuichi et compagnie, 2) 3) 4) US-6 066 851, Mitsubishi, Kunio Madono et compagnie US-5 856 673, Mitsubishi, kazunori Ikegami et compagnie, 5) US-5 905 263, Mitsubishi, Nishizawa Hiroshi et compagnie.

Claims (23)

REVENDICATIONS

1. Dispositif d'inspection d'un faisceau avec:

- une tête d'inspection (110) comprenant un scintillateur et au moins un bloc diffuseur de rayonnements ionisants (116, 117) associé au scintillateur (114, 115), - un premier moyen (118) de formation d'au moins une image d'au moins une partie de la tête d'inspection comprenant le scintillateur, et dans lequel le scintillateur comporte au moins une plaque massive et sensiblement homogène de matériau de scintillation présentant deux faces principales opposées, caractérisé en ce le bloc diffuseur (116, 117) recouvre au moins l'une des faces principales de la plaque de scintillateur (114, 115), et en ce que ledit dispositif comprend, en outre, des moyens (119, 130, 140, 142, 144, 160, 162, 163) de discrimination entre la lumière de scintillation et une lumière Cerenkov parasite, dans la tête d'inspection.

2. Dispositif selon la revendication 1, dans lequel le bloc diffuseur est transparent à une lumière de scintillation du scintillateur.

3. Dispositif selon la revendication 1, dans lequel les moyens de discrimination comportent un obturateur (130) disposé entre le bloc diffuseur (116, 117) et le scintillateur (114, 115), l'obturateur étant opaque à une lumière susceptible d'être émise par le scintillateur et transparent à un rayonnement ionisant.

4. Dispositif selon la revendication 3, dans lequel l'obturateur (130) est un obturateur à cristal liquide et à commande électrique.

5. Dispositif selon la revendication 1, dans lequel les moyens de discrimination comportent au moins un deuxième moyen (119, 144, 163) de formation d'une image de la tête d'inspection présentant une sensibilité à la lumière de scintillation et/ou à la lumière Cerenkov différente de celle du premier moyen (118, 140, 162) de formation d'une image.

6. Dispositif selon la revendication 5, dans lequel le second moyen (119) de formation d'une image est associé â un bloc diffuseur (117) transparent de la tête d'inspection, et dans lequel la tête d'inspection comprend un écran (150) pour empêcher la lumière de scintillateur d'atteindre le second moyen de formation d'une image.

7. Dispositif selon la revendication 6, comprenant un premier (118, 140) et un deuxième (119, 144) moyens de formation d'une image, sensibles â des spectres lumineux distincts et dans lequel les premier et deuxième moyens de formation d'une image sont associés au scintillateur (114, 115) et à au moins un bloc (116) de diffusion transparent de la tête d'inspection.

8. Dispositif selon la revendication 7, dans lequel les premier et deuxième moyens de formation d'une image comportent au moins une caméra (118, 119) associée à au moins deux filtres spectraux (140, 142, 144).

9. Dispositif selon la revendication 5, dans lequel les moyens de discrimination comportent un polariseur (160) disposé entre le scintillateur (114, 115) et un bloc diffuseur transparent (116) vus par au moins un moyen (118, 119) de format ion d'une image, et comprenant au moins un analyseur associé (162, 163) au moyen de formation d'une image.

10. Dispositif selon la revendication 1, dans lequel la tête d'inspection comprend un réflecteur (150) disposé sur une face principale de la plaque de scintillateur, opposée à une face portant un bloc diffuseur transparent.

11. Dispositif selon la revendication 1 comprenant des moyens (112) de déplacement relatif entre la tête d'inspection (110) et une source de faisceaux à inspecter.

12. Dispositif selon la revendication 1, dans lequel la tête d'inspection comporte un miroir (122) de renvoi de lumière vers le moyen de formation d'une image.

13. Dispositif selon la revendication 1, dans lequel la tête d'inspection comprend au moins une chambre d'ionisation d'étalonnage (170).

14. Dispositif selon la revendication 1, dans lequel la tête d'inspection comprend au moins un détecteur de synchronisation (125) sensible à des impulsions de rayonnement.

15. Dispositif selon la revendication 1 comprenant en outre un bloc diffuseur (111) avec un logement (113) pour une source de rayonnement, le bloc présentant au moins une face adaptable à la tête d'inspection.

16. Dispositif selon la revendication 1, dans lequel le scintillateur comprend au moins deux plaques (114, 115) de matériau scintillant présentant des coefficients d'atténuations avec des dépendances en énergie différentes et comprenant au moins un moyen de formation d'une image (118, 119) sélectivement sensible à chacune des plaques.

17. Dispositif selon la revendication 1, dans lequel la plaque de scintillateur présente au moins une zone morte (172) dépourvue de matériau de scintillation.

18. Dosimètre comprenant un dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes et une unité de calcul (12) pour établir à partir d'images fournies par le dispositif, des données de distribution d'une dose de rayonnement déposée par un faisceau.

19. Dispositif de radiothérapie comprenant:
- au moins une source de faisceau ionisant (10), et - au moins un dispositif d'inspection du faisceau (100), caractérisé en ce que le dispositif est conforme à
l'une quelconque des revendications 1 à 16.

20. Procédé d'inspection d'une source au moyen d'un dispositif conforme à l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel on forme au moins une image du scintillateur, et on calcule en fonction de différentes parties de l'image des doses locales de rayonnement reçues par le scintillateur.

21. Procédé selon la revendication 20, dans lequel on forme au moins deux images du scintillateur correspondant à deux plages spectrales distinctes, et on calcule les doses de rayonnement locales reçues par le scintillateur par distinction d'une contribution de lumière de scintillation et d'une contribution de lumière produite par effet Cerenkov.

22. Procédé d'inspection selon la revendication 20, dans lequel on polarise sélectivement une lumière en provenance du scintillateur et dans lequel on forme au moins deux images de la tête d'inspection correspondant à deux orientations de polarisation distinctes et on calcule des doses de rayonnement locales reçues par le scintillateur, par distinction d'une contribution de lumière de scintillation polarisée et d'une contribution de lumière non polarisée produite par effet Cerenkov.

23. Procédé d'inspection selon la revendication 20, au moyen d'un dispositif d'inspection comprenant un scintillateur avec au moins deux plaques de scintillateur présentant des coefficients d'atténuation avec des dépendances en énergie différentes, dans lequel on forme une image de chaque scintillateur et on calcule des doses de rayonnement reçues en fonction d'une contribution pondérée de chacun des scintillateurs.