FR2527892A1

FR2527892A1 - Electron irradiation field dose equaliser for radiotherapy - has absorbing screen in electron beam path between radiation source and treatment field

Info

Publication number: FR2527892A1
Application number: FR8209449A
Authority: FR
Inventors: Claude Perraudin
Original assignee: CGR MEV SA
Current assignee: CGR MEV SA
Priority date: 1982-05-28
Filing date: 1982-05-28
Publication date: 1983-12-02
Also published as: FR2527892B1

Abstract

The device equalises the radiation dose in an electron irradiation field, determined by a beam of electrons (2) at a distance (D1) from a source (3) contained in an irradiation equipment (40). The source generates the beam in a reference direction (A). The device consists of a screen (16) for absorbing electrons which is situated between the radiation field (12) and the source at a distance (D2) from the source. The screen is made of stainless steel and its position is adjustable along the reference direction between the irradiation equipment and the irradiation field. The diameter of the screen (d1) is less than the diameter (d2) presented by the cross-section of the beam at the point where the screen is situated. The screen occupies the central part of the beam. The electrons scattered in air over a distance D3 between the screen and the radiation field then produce a homogeneous irradiation dose over the field.

Description

DISPOSITIF EGALISATEUR DES DOSES
D'IRRADIATION D'UN CHAMP
DlRRADIATION EN ELECTRONS
L'invention concerne un dispositif égalisateur des doses d'irradiation d'un champ d'irradiation en électrons, un tel champ pouvant être nécessité par exemple, dans le domaine de la radiothérapie ou du traitement industriel de certains produits. Dans le domaine de la radiothérapie, des affections de la peau par exemple, peuvent exiger une irradiation totale d'un patient. Dans ce cas, le champ d'irradiation, appelé champ de traitement doit présenter une surface suffisante, rectangulaire ou pseudo-circulaire, dont la plus grande dimension soit au moins de un mètre ; mais l'homogénéité des doses d'irradiation, sur un tel champ de traitement, pose un problème encore imparfaitement résolu à ce jour.DOSING EQUALIZER DEVICE
IRRADIATION OF A FIELD
ELECTRON DRIVER
The invention relates to a device for equalizing the irradiation doses of an electron irradiation field, such a field may be necessary for example, in the field of radiotherapy or the industrial treatment of certain products. In the field of radiotherapy, skin conditions, for example, may require total irradiation of a patient. In this case, the irradiation field, called the treatment field, must have a sufficient surface, rectangular or pseudo-circular, the largest dimension of which is at least one meter; but the homogeneity of the irradiation doses, on such a field of treatment, poses a problem which is still imperfectly resolved to date.

Actuellement, un champ de traitement par électrons présentant une répartition de dose d'irradiation correcte, est au maximum de 0,30 m x 0,30 m à une distance de un mètre entre ce champ de traitement et une source émettant ces électrons. L'obtention d'un champs de traitement plus grand n'est possible qu'en augmentant la distance entre la source génératrice des électrons et le champ de traitement ; cette distance étant alors portée à une distance généralement supérieure à 3 mètres. Currently, an electron treatment field with a correct irradiation dose distribution is at most 0.30 m x 0.30 m at a distance of one meter between this treatment field and a source emitting these electrons. Obtaining a larger treatment field is only possible by increasing the distance between the electron generating source and the treatment field; this distance then being brought to a distance generally greater than 3 meters.

Une telle distance peut permettre d'obtenir un champ de traitement de surface pseudo-circulaire, ayant sur la plus grande longueur un mètre environ, et amène à considérer deux cas. Such a distance can make it possible to obtain a pseudo-circular surface treatment field, having about one meter over the longest length, and leads to consider two cases.

Le premier cas est celui dans lequel un équipement de radiothérapie fournit directement un faisceau d'électrons d'énergie très basse, d'environ trois MEV, correspondant à l'énergie généralement nécessaire au traitement : on constate alors que les doses d'irradiation, considérée en doses relatives sur cette plus grande longueur de un mètre, présentent des différences de niveaux impor tantes, le rapport de ces niveaux étant supérieur à 2, et tout à fait incompatible avec un traitement en radiothérapie. The first case is that in which radiotherapy equipment directly supplies a beam of electrons of very low energy, of about three MEV, corresponding to the energy generally necessary for treatment: we then observe that the doses of irradiation, considered in relative doses over this greater length of one meter, present significant differences in levels, the ratio of these levels being greater than 2, and completely incompatible with radiotherapy treatment.

Le second cas est celui dans lequel l'équipement de radiothérapie fournit des électrons d'énergie plus élevée ; avec une énergie d'au moins 8 MEV, la diffusion dans l'air est moindre et l'homogénéité sur un grand champ de traitement est conservée. The second case is that in which the radiotherapy equipment supplies electrons of higher energy; with an energy of at least 8 MEV, the diffusion in the air is less and the homogeneity over a large field of treatment is preserved.

L'inconvénient de cette solution est que les électrons doivent être dégradés en énergie pour avoir l'énergie requise par le traitement. Ceci nécessite de placer entre Itéguipement de radiothérapie et le patient, aussi près que possible du patient, un absorbant de dimensions au moins supérieures au champ de traitement ; l'épaisseur de cet absorbant étant fonction de la nature du matériau qui le compose, ainsi que de la dégradation en énergie désirée. Aussi pour des électrons dont on veut dégrader l'énergie de 8 MEV à 3 MEV par exemple, il faut interposer une plaque d'un absorbant constitué par un matériau tel que son épaisseur, exprimée en masse, soit de 3g par cm2.Les plaques généralement utilisées à cet effet ont alors une épaisseur de 2,5cm et pèsent plusieurs dizaines de kilogrammes ; leur mise en place est malaisée et représente pour le patient un désagrément supplémentaire important. The disadvantage of this solution is that the electrons must be degraded in energy to have the energy required by the treatment. This necessitates placing between the radiotherapy equipment and the patient, as close as possible to the patient, an absorbent of dimensions at least greater than the field of treatment; the thickness of this absorbent being a function of the nature of the material which composes it, as well as the degradation in desired energy. Also for electrons whose energy is to be degraded from 8 MEV to 3 MEV for example, it is necessary to interpose a plate of an absorbent constituted by a material such as its thickness, expressed in mass, ie 3 g per cm 2. generally used for this purpose then have a thickness of 2.5 cm and weigh several tens of kilograms; their installation is difficult and represents a significant additional inconvenience for the patient.

Un dispositif égalisateur conforme à l'invention permet d'obtenir un champ d'irradiation homogène, utilisable en radiothérapie sans exiger la dégradation en énergie ci-dessus mentionnée. La réalisation d'un tel dispositif est simple et d'un faible coflt ; son agencement le rend facile à utiliser et adaptable à tout équipement d'irradiation. An equalizing device according to the invention makes it possible to obtain a homogeneous irradiation field, usable in radiotherapy without requiring the energy degradation mentioned above. The realization of such a device is simple and of low cost; its layout makes it easy to use and adaptable to any irradiation equipment.

Selon l'invention, un dispositif égalisateur des doses d'irradiation d'un champ d'irradiation en électrons, déterminé par un faisceau d'électrons a une distance donnée d'une source contenue dans un équipement d'irradiation, cette source générant ce faisceau dans une direction de référence, est caractérisé en ce qu'il comporte un écran, absorbant ces électrons, interposé entre le champ d'irradiation et la source à une distance de celle-ci, telle qu'une diffusion dans l'air des électrons sur une distance comprise entre cet écran et le champ d'irradiation, permet d'obtenir un champ d'irradiation homogène. According to the invention, a device for equalizing the irradiation doses of an electron irradiation field, determined by an electron beam at a given distance from a source contained in irradiation equipment, this source generating this beam in a reference direction, is characterized in that it comprises a screen, absorbing these electrons, interposed between the irradiation field and the source at a distance from the latter, such as a diffusion in the air of electrons over a distance between this screen and the irradiation field, makes it possible to obtain a homogeneous irradiation field.

L'invention sera mieux comprise à l'aide de la description qui suit et des quatre dessins annexés, donnés uniquement à titre d'exemple - la figure 1 montre un dispositif selon l'invention associé à un équipement d'irradiation; - la figure 2 montre une courbe représentant un effet attendu de l'action du dispositif selon l'invention ; - la figure 3 montre une courbe représentant un effet obtenu par l'action du dispositif selon l'invention ; - la figure 4 montre partiellement par une vue en perspective, un équipement de radiothérapie associé à un dispositif selon l'invention. The invention will be better understood with the aid of the description which follows and of the four appended drawings, given only by way of example - FIG. 1 shows a device according to the invention associated with irradiation equipment; - Figure 2 shows a curve representing an expected effect of the action of the device according to the invention; - Figure 3 shows a curve representing an effect obtained by the action of the device according to the invention; - Figure 4 partially shows a perspective view of a radiotherapy equipment associated with a device according to the invention.

On trouve sur la figure 1 un équipement 40 d'irradiation comprenant: un accélérateur 1 de particules, générant dans une direction de référence A un faisceau 2 d'électrons, dont l'énergie dans l'exemple non limitatif décrit est de l'ordre de 4 MEV. Le faisceau 2 émerge de l'accélérateur 1 par une fenêtre de sortie 3, généralement constituée d'une mince lame de métal jouant le rôle d'un diffuseur. Le faisceau 2 traverse un pré-collimateur 4,5, et une chambre d'ionisation 6 servant à mesurer ce faisceau. Le faisceau 2 passe ensuite par un collimateur photons 7,8 destiné au fonctionnement de l'équipement 40 avec un faisceau de photons (non représenté) ; ce collimateur étant ici ouvert au maximum afin de permettre d'obtenir un champ d'irradiation 12 de grande surface, pseudo-circulaire, dont l'une des plus grandes dimensions L est de 1,2 mètres.Dans l'exemple non limitatif décrit, cette dimension L est déterminée par une distance Dl, de 3,3 mètres entre le champ d'irradiation, constituant un champ de traitement, et la fenêtre de sortie 3. La fenêtre de sortie 3 étant considérée comme étant la source du faisceau 2 d'électrons. FIG. 1 shows irradiation equipment 40 comprising: an accelerator 1 of particles, generating in a reference direction A a beam 2 of electrons, the energy of which in the nonlimiting example described is of the order of 4 MEV. The beam 2 emerges from the accelerator 1 through an outlet window 3, generally consisting of a thin metal blade playing the role of a diffuser. The beam 2 passes through a pre-collimator 4,5, and an ionization chamber 6 used to measure this beam. The beam 2 then passes through a photon collimator 7,8 intended for the operation of the equipment 40 with a beam of photons (not shown); this collimator being here opened to the maximum in order to allow a large-area, pseudo-circular irradiation field 12 to be obtained, one of the largest dimensions L of which is 1.2 meters. In the nonlimiting example described , this dimension L is determined by a distance Dl, of 3.3 meters between the irradiation field, constituting a treatment field, and the exit window 3. The exit window 3 being considered as being the source of the beam 2 of electrons.

A la sortie de l'équipement 40, le faisceau 2 trouve sur son trajet un dispositif 15 selon l'invention, représent e: .:a tillés sur la figure 1. At the outlet of the equipment 40, the bundle 2 finds on its path a device 15 according to the invention, represented e:.: A tillets in FIG. 1.

Ce dispositif 15 comporte notamment un écran, constitué dans l'exemple non limitatif décrit par un disque 16 ; ce dernier est centré sur la direction de référence A, dans un plan perpendiculaire à celle-ci et à une distance D2 donnée de la fenetre 3, cette dernière étant considérée comme source des électrons. Le disque 16 comporte un diamètre dl inférieur à un diamètre d2 présenté par la section du faisceau 2, à la distance D2 de la fenêtre de sortie 3. Le disque 16 est capable d'absorber les électrons situés dans la partie centrale du faisceau 2 qu'il occulte. This device 15 comprises in particular a screen, constituted in the nonlimiting example described by a disc 16; the latter is centered on the reference direction A, in a plane perpendicular thereto and at a given distance D2 from window 3, the latter being considered as the source of the electrons. The disc 16 has a diameter dl less than a diameter d2 presented by the section of the beam 2, at the distance D2 from the exit window 3. The disc 16 is capable of absorbing the electrons located in the central part of the beam 2 which 'it obscures.

En fonctionnement, un résultat attendu de cette configuration, quand à la répartition de doses d'lradiation sur la longueur L du champ de traitement, est montré par la figure 2. In operation, an expected result of this configuration, when distributing radiation doses over the length L of the treatment field, is shown in FIG. 2.

On y trouve une courbe 20 exprimant en doses relatives, la répartition -des doses d'irradiation le long d'un axe X, comprenant la longeur L du champ de traitement 12 ; cette longueur L étant circonscrite entre deux droites pointillées 21, 22. There is a curve 20 expressing in relative doses, the distribution of the irradiation doses along an axis X, comprising the length L of the treatment field 12; this length L being circumscribed between two dotted lines 21, 22.

L'effet attendu de l'interposition du disque 16 sur le trajet du faisceau 2, réside dans l'affaiblissement considérable des doses relatives d'iradiation, dans une zone correspondant au centre de l'ombre portée par le disque 16; cet affaiblissement étant marqué par un creux 24 de la courbe 20, ce creux étant centré sur un axe 26 correspondant à la position de la direction de référence A, et donc au centre du disque 16. La décroissance des flancs 27, 28 de cette courbe 20 est la même qu'en l'absence du disque 16 ; et en supposant absent le disque 16, le sommet de cette courbe est figuré par la courbe 23 en traits pointillés. The expected effect of the interposition of the disc 16 on the path of the beam 2, lies in the considerable weakening of the relative doses of radiation, in an area corresponding to the center of the shadow cast by the disc 16; this weakening being marked by a hollow 24 of the curve 20, this hollow being centered on an axis 26 corresponding to the position of the reference direction A, and therefore at the center of the disc 16. The decrease in the sides 27, 28 of this curve 20 is the same as in the absence of the disc 16; and assuming disc 16 is absent, the top of this curve is represented by curve 23 in dotted lines.

Contrairement à cet effet attendu, exprimé par la courbe 20, l'action du disque 16, détermine un effet sur la répartition des doses d'irradiation tel que son homogénéité #devient satisfaisante pour un champ de traitement en radiothérapie. La répartition des doses d'irradiations obtenues par l'action du disque 16, est montrée par une courbe 30 sur la figure 3. Cette courbe 30 exprime en doses relatives, les doses d'irradiation obtenues le long de l'axe X et de la longueur L du champ de traitement, par l'interposition du disque 16 ; cette longueur L étant circonscrite entre les deux droites pointillées 21, 22. On peut remarquer que la partie de la courbe 30 comprise entre les droites 21, 22 présente des écarts entre dose maximum et dose minimum, faibles ; ces écarts étant inférieurs à 10 de la dose d'irradiation, exprimée en doses relatives. Contrary to this expected effect, expressed by the curve 20, the action of the disc 16, determines an effect on the distribution of the irradiation doses such that its homogeneity # becomes satisfactory for a field of treatment in radiotherapy. The distribution of the radiation doses obtained by the action of the disc 16 is shown by a curve 30 in FIG. 3. This curve 30 expresses in relative doses, the radiation doses obtained along the X axis and of the length L of the treatment field, by the interposition of the disc 16; this length L being circumscribed between the two dotted lines 21, 22. It can be noted that the part of the curve 30 comprised between the lines 21, 22 exhibits small differences between maximum dose and minimum dose; these differences being less than 10 of the irradiation dose, expressed in relative doses.

Ce résultat particulièrement avantageux, obtenu lors d'une interposition du disque 16 telle que précédemment décrite, est du notamment à une diffusion dans l'air des électrons passant à la périphérie de ce dique 16. Cette diffusion s'exerce sur une distance
D3 (égale à D1 - D2) qui constitue la distance entre le disque 16 et le champ de traitement 12 ; cette diffusion compense l'absorbtion et une éventuelle diffusion des électrons de la partie centrale du faisceau 2, provoquée par le disque 16.This particularly advantageous result, obtained during an interposition of the disk 16 as described above, is due in particular to a diffusion in the air of the electrons passing at the periphery of this disc 16. This diffusion is exerted over a distance
D3 (equal to D1 - D2) which constitutes the distance between the disk 16 and the treatment field 12; this diffusion compensates for the absorption and possible diffusion of the electrons from the central part of the beam 2, caused by the disc 16.

Aussi, l'action du disque 16 est fonction des paramètres suivants: - distance D1 du disque 16 à la fenêtre de sortie 3, considérée comme source du faisceau 2; - distance entre cette fenêtre de sortie 3 et le champ de traitement 12 ; - énergie des électrons en sortie de la fenêtre 3 ; - diamètre dl du disque 16. Also, the action of the disk 16 is a function of the following parameters: - distance D1 from the disk 16 to the output window 3, considered as the source of the beam 2; - distance between this output window 3 and the processing field 12; - energy of the electrons leaving window 3; - diameter dl of the disc 16.

Dans l'exemple non limitatif de la description, ces paramètres sont les suivants: - la distance D1 entre le disque 16 et la fenêtre de sortie 3 est de un mètre - la distance D2 entre la fenêtre de sortie 3 et le champ de traitement 12 est de 3,3 mètres - l'énergie des électrons à la sortie de la fenêtre 3 et de 4 MEV, elle est de 3,4 MEV au niveau du champ de traitement 12 - le disque 16 est réalisé dans un acier inoxydable et comporte un diamètre dl de 200 mm et une épaisseur de 2 mm. In the nonlimiting example of the description, these parameters are as follows: - the distance D1 between the disk 16 and the output window 3 is one meter - the distance D2 between the output window 3 and the processing field 12 is 3.3 meters - the energy of the electrons at the exit of window 3 and 4 MEV, it is 3.4 MEV at the level of the treatment field 12 - the disc 16 is made of stainless steel and includes a diameter dl of 200 mm and a thickness of 2 mm.

Le champ de traitement 12 ainsi obtenu est directement utilisable en radiothérapie, dans des cas notamment ou le traitement doit être effectué sur une grande surface d'un patient (non repré senté). Toutefois, la technique de dégradation en énergie, telle que précédemment mentionnée dans le préambule, reste également applicable si nécesaire. Dans ce cas, une dégradation d'énergie jusqu'à 2 MEV, demande l'interposition d'une plaque (non représentée) de 0,7 cm d'épaisseur, si cette plaque est réalisée dans le même matériau qui dans ce préambule exigeait 2,5 cm d'épaisseur, pour ce même résultat. The field of treatment 12 thus obtained is directly usable in radiotherapy, in particular cases where the treatment must be carried out on a large area of a patient (not shown). However, the energy degradation technique, as previously mentioned in the preamble, also remains applicable if necessary. In this case, a degradation of energy up to 2 MEV, requires the interposition of a plate (not shown) of 0.7 cm thick, if this plate is made of the same material which in this preamble required 2.5 cm thick, for the same result.

La figure 4 représente partiellement une tête de traitement 32 capable de fournir un faisceau d'électrons (non représenté) dans une direction de référence A ; cette tête de traitement 32 étant associée à un dispositif 15 selon l'invention. Figure 4 partially shows a processing head 32 capable of supplying an electron beam (not shown) in a reference direction A; this treatment head 32 being associated with a device 15 according to the invention.

Dans l'exemple non limitatif décrit, le disque 16 est maintenu centré sur la direction de référence A, par des moyens peu absorbant des électrons tels que des tiges 33, de faible section; ces tiges 33 sont liées à des bras télescopiques 34 solidaires d'un cadre 35, luimême fixé à la tête de traitement 32. Ceci permet au disque 16 d'être aisément positionné le long de la direction de référence A, en fonction des paramètres précédemment mentionnes. In the nonlimiting example described, the disk 16 is kept centered on the reference direction A, by means which absorb little electrons such as rods 33, of small section; these rods 33 are linked to telescopic arms 34 secured to a frame 35, itself fixed to the treatment head 32. This allows the disc 16 to be easily positioned along the reference direction A, according to the parameters previously mentioned.

Cet agencement d'un dispositif 15 selon l'invention, donné à titre d'exemple, montre que ce dispositif est d'un maniement facile et d'un montage peu coûteux, vis à vis des avantages procurés ; cet agencement lui permet également d'être considéré comme un élément complémentaire, adaptable à tout équipement devant réaliser un grand champ d'irradiaiton homogène. This arrangement of a device 15 according to the invention, given by way of example, shows that this device is easy to handle and inexpensive to mount, with respect to the advantages provided; this arrangement also allows it to be considered as a complementary element, adaptable to any equipment having to achieve a large homogeneous irradiation field.

Claims

1. Device for equalizing the radiation doses of an electron irradiation field, determined by a beam (2) of electrons at a given distance (D1) from a source (3) contained in equipment (40) of irradiations, this source (3) generates this beam (2) in a reference direction (A), characterized in that it comprises a screen (16), absorbing these electrons, interposed between the irradiation field (12) and the source (3) at a distance (D2) from this, such as a scattering in the air of electrons over a distance (D3) between this screen (16) and the irradiation field (42 ), allows to obtain a homogeneous irradiation field.

2. Device according to claim 1, characterized in that the screen (16) is located on the reference direction (A) between the equipment (40) and the irradiation field (12).

3. Device according to one of claims 1,2, characterized in that this screen (16) has a diameter (dl) less than a diameter (d2) presented by the section of the beam (2), at the distance (D2 ) of the source (3) where the screen (16) is located, so that this screen (16) obscures a central part of the beam (2).

4. Device according to one of the preceding claims, charac terized. in that the screen (16) is adjustable in position along the reference direction (A) by means (34) of adjustment.

5. Device according to one of the preceding claims, characterized in that this screen (16) is made of stainless steel.