FR2811472A1 - Radiographic therapy convergent X ray beam having circular crown anode/rotating cathode and arm section with filament electrons focussing deflector/anode face beam sweep converging - Google Patents
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- H01J35/24—Tubes wherein the point of impact of the cathode ray on the anode or anticathode is movable relative to the surface thereof
Abstract
Description
-1-*;d2811472 La présente invention concerne un appareil producteur de-1 - *; d2811472 The present invention relates to an apparatus for producing
rayons X, ou tube à rayons X, permettant d'obtenir des rayons X sous la forme d'un faisceau convergent, X-rays, or X-ray tube, making it possible to obtain X-rays in the form of a convergent beam,
ce qui lui confère des applications particulièrement intéressantes en radiothérapie. which gives it particularly interesting applications in radiotherapy.
Le domaine technique de l'invention est celui de la construction des tubes à rayons X. Depuis la découverte des rayons X par Roentgen en 1895, la technique de fabrication des tubes générateurs de rayons X a fort peu évoluée. Elle peut se résumer de la façon suivante: dans une enceinte o règne un vide très poussé sont disposées deux électrodes soumises à une différence de potentiel élevée (plusieurs dizaines de kilovolts). La cathode émet et concentre un faisceau d'électrons sur l'anode qui attire les électrons avec d'autant plus de force que la différence de potentiel est élevée. Au point d'impact de ces électrons sur l'anode se produit l'émission d'une onde électromagnétique d'une longueur d'onde voisine de l'angstrôm: 10 -7 nmmn (rayons X) dont la direction est fonction de l'angle que fait l'anode par rapport au faisceau d'électrons incident. Mais la densité du courant électronique provoque un dégagement de chaleur important au point d'impact sur l'anode, cet échauffement étant proportionnel à la densité du faisceau d'électrons et à la vitesse cinétique de ceux-ci. L'anode doit donc être constituée d'un matériau conducteur mais très réfractaire (tungstène, carbone, etc) afin de ne pas être rapidement détruite. L'utilisation d'une anode rotative dans les tubes à rayons X de The technical field of the invention is that of the construction of X-ray tubes. Since the discovery of X-rays by Roentgen in 1895, the technique for manufacturing X-ray generating tubes has changed very little. It can be summarized as follows: in an enclosure where there is a very high vacuum are arranged two electrodes subjected to a high potential difference (several tens of kilovolts). The cathode emits and concentrates a beam of electrons on the anode which attracts the electrons with all the more force as the potential difference is high. At the point of impact of these electrons on the anode occurs the emission of an electromagnetic wave with a wavelength close to the angstrom: 10 -7 nmmn (X-rays) whose direction is a function of l angle made by the anode with respect to the incident electron beam. But the density of the electronic current causes a significant release of heat at the point of impact on the anode, this heating being proportional to the density of the electron beam and to the kinetic speed of these. The anode must therefore be made of a conductive but very refractory material (tungsten, carbon, etc.) so as not to be quickly destroyed. The use of a rotary anode in X-ray tubes of
forte puissance penrmet de dissiper plus rapidement la chaleur produite. strong power allows to dissipate more quickly the heat produced.
Mais dans l'état actuel de la technique de fabrication des tubes à rayons X, et quelles que soient les variantes utilisées, le faisceau de rayons X est émis à partir du point d'impact des électrons sur l'anode. De ce point d'impact (foyer) émerge un But in the current state of the art of manufacturing X-ray tubes, and whatever the variants used, the X-ray beam is emitted from the point of impact of the electrons on the anode. From this point of impact (focus) emerges a
faisceau de rayons X qui est toujours divergent. X-ray beam which is always divergent.
Alors que pour les applications de radiologie diagnostique il est intéressant d'obtenir un faisceau X à configuration conique, émanant d'un foyer aussi fmin que possible, il n'en est pas de même en ce qui concerne la radiothérapie. En effet, un faisceau de rayons X émanant d'un foyer situé au sommet d'un cône va irradier davantage les tissus superficiels que la tumeur localisée en profondeur. C'est -2- l'inverse qui est souhaitable, et l'utilisation d'un faisceau X convergent permet d'avoir une concentration maximum de rayonnement X au niveau de la tumeur à While it is interesting for diagnostic radiology applications to obtain an X-ray with a conical configuration, emanating from a focal point as small as possible, it is not the same with regard to radiotherapy. Indeed, a beam of X-rays emanating from a focal point located at the top of a cone will irradiate more the superficial tissues than the tumor located in depth. It is the opposite which is desirable, and the use of a convergent X-ray makes it possible to have a maximum concentration of X-radiation at the level of the tumor
détruire, tout en préservant les tissus environnants. destroy, while preserving surrounding tissue.
Or il n'existe à ce jour aucun tube à rayons X susceptible de produire directement un faisceau convergent de rayons X. D'autre part il est impossible de focaliser des rayons X car ils ne peuvent être ni réfléchis par des miroirs, ni réfractés However, to date there is no X-ray tube capable of directly producing a convergent beam of X-rays. On the other hand, it is impossible to focus X-rays because they can neither be reflected by mirrors, nor refracted
par des lentilles même électroniques. by lenses, even electronic ones.
Le but de la présente invention est de proposer la réalisation d'un dispositif susceptible de générer un rayonnement X qui puisse être concentré dans une très petite région, laquelle étant mise en coïncidence avec la tumeur à détruire, celle-ci recevra un maximum de radiations, alors que la densité du faisceau X ira rapidement The aim of the present invention is to propose the production of a device capable of generating X-radiation which can be concentrated in a very small region, which being placed in coincidence with the tumor to be destroyed, this latter will receive a maximum of radiation. , while the density of the X-ray will go quickly
en décroissant de part et d'autre de la tumeur. decreasing on both sides of the tumor.
Le dispositif selon l'invention qui permet d'obtenir un faisceau convergent de rayons X, comporte une enceinte étanche o règne un vide très poussé dans laquelle sont disposées deux électrodes entre lesquelles est appliquée une différence de potentiel élevée (de quelques dizaines à quelques centaines de kilovolts). L'une des électrodes (l'anode) est constituée d'une couronne circulaire fixe et l'autre électrode (la cathode) est tournante, son axe de rotation coïncidant avec l'axe de révolution de l'anode. La cathode est munie d'un bras, perpendiculaire à son axe de rotation, qui est lui-même pourvu à son extrémité d'un élément chauffant producteur d'électrons The device according to the invention which makes it possible to obtain a convergent X-ray beam, comprises a sealed enclosure where there is a very high vacuum in which are placed two electrodes between which a high potential difference is applied (from a few tens to a few hundred kilovolts). One of the electrodes (the anode) consists of a fixed circular crown and the other electrode (the cathode) is rotating, its axis of rotation coinciding with the axis of revolution of the anode. The cathode is provided with an arm, perpendicular to its axis of rotation, which is itself provided at its end with an electron-producing heating element.
et de déflecteurs électrostatiques assurant la concentration du faisceau électronique. and electrostatic deflectors ensuring the concentration of the electron beam.
Pendant sa rotation, le bras émetteur d'électrons projette ceux-ci sur la face interne de l'anode qui les attire violemment. La succession des points d'impact des électrons sur l'anode, qui constituent autant de foyers émissifs de rayons X, détermine sur la face interne de l'anode un cercle producteur de rayonnement X. Le faisceau de rayons X émis à partir de ce foyer circulaire peut avoir une configuration soit cylindrique, soit divergente, soit convergente, en fonction de la pente, ou conicité, plus ou moins accentuée de la face de l'anode qui subit le bombardement électronique. Dans le cas d'un faisceau convergent, l'angle donné à l'anode détermine également la distance à laquelle se situe le point de convergence par rapport à l'anode. Il est évident que chacun des points de l'anode bombardé par le faisceau d'électrons émet non seulement un rayon principal, mais également une -3 - gerbe de rayons secondaires divergents qui ne sont d'aucune utilité dans le cadre de l'invention. En conséquence, le dispositif selon l'invention comporte également un diaphragme situé à l'intérieur ou à l'extérieur de l'enceinte, ledit diaphragme During its rotation, the electron emitting arm projects these on the internal face of the anode which attracts them violently. The succession of the points of impact of the electrons on the anode, which constitute as many focal points of X-rays, determines on the internal face of the anode a circle producing X-rays. The beam of X-rays emitted from this circular hearth can have a configuration either cylindrical, or divergent, or convergent, according to the slope, or conicity, more or less accentuated of the face of the anode which undergoes the electronic bombardment. In the case of a converging beam, the angle given to the anode also determines the distance at which the point of convergence is situated in relation to the anode. It is obvious that each of the points of the anode bombarded by the electron beam emits not only a main ray, but also a sheaf of divergent secondary rays which are of no use in the context of the invention . Consequently, the device according to the invention also comprises a diaphragm situated inside or outside the enclosure, said diaphragm
permettant de sélectionner les rayons X principaux issus du cercle émissif anodique. for selecting the main X-rays from the anodic emitting circle.
Après passage à travers la diaphragme, le faisceau de rayons X affecte la forme d'une enveloppe conique qui se transforme, au point de convergence, en un petit volume de rayons X très concentrés ayant une activité destructrice maximale. Après dépassement de cette zone de convergence, le faisceau de rayons X devient After passing through the diaphragm, the X-ray beam assumes the form of a conical envelope which transforms, at the point of convergence, into a small volume of highly concentrated X-rays with maximum destructive activity. After passing this convergence zone, the X-ray beam becomes
divergent et perd rapidement de son intensité. diverge and quickly lose its intensity.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront encore à la Other characteristics and advantages of the invention will become apparent from
lecture de la description qui suit et des dessins joints, dans lesquels: reading of the description which follows and of the attached drawings, in which:
- La figure 1 représente en coupe un dispositif conforme à l'invention suivant - Figure 1 shows in section a device according to the invention according to
un premier mode de réalisation.a first embodiment.
- La figure 2 représente en coupe un dispositif conforme à l'invention suivant - Figure 2 shows in section a device according to the invention according to
un deuxième mode de réalisation.a second embodiment.
- La figure 3 représente en demi-coupe une variante de l'invention permettant - Figure 3 shows in half-section a variant of the invention allowing
un refiroidissement accéléré de l'anode. accelerated cooling of the anode.
- La figure 4 représente en demi-coupe une variante de l'invention permettant - Figure 4 shows in half-section a variant of the invention allowing
une amélioration du refroidissement de l'anode. improved cooling of the anode.
- La figure 5 montre comment l'utilisation du dispositif selon l'invention - Figure 5 shows how the use of the device according to the invention
permet de détruire des tumeurs malignes localisées en profondeur. allows to destroy malignant tumors located in depth.
En référence à ces dessins, les différents dispositifs conformes à l'invention comportent une enceinte étanche (1) qui peut affecter la forme d'une ampoule, un tube ou un ballon ou avoir une configuration torique, dans laquelle règne un vide très poussé. A l'intérieur de cette enceinte sont disposées deux électrodes entre lesquelles une différence de potentiel très élevées est appliquée. L'anode (2) constituée d'une couronne circulaire ayant YY' pour axe de révolution est fixe. Son refroidissement peut se faire par convection, ou être accéléré par la circulation d'un fluide réfrigérant. Dans un autre mode de réalisation l'anode peut faire partie intégrante de la paroi de l'enceinte (1) et son refroidissement peut être amélioré par des ailettes situées à l'extérieur de l'enceinte. La cathode est constituée d'un rotor (3) qui comporte à sa périphérie un ou plusieurs éléments (4) producteurs -4- d'électrons, chacun d'eux étant constitué d'un filament chauffant (5) et de déflecteurs électrostatiques (6) destinés à focaliser le faisceau d'électrons (7) sur l'anode (2). L'ensemble tournant qui constitue la cathode, et qui projette sur l'anode un ou plusieurs faisceaux d'électrons, est mis en rotation à travers la paroi de l'enceinte (1) par un inducteur extérieur (11). Le courant d'alimentation du ou des filaments (5) est transmis à l'ensemble tournant par un collecteur (12). Le ou les faisceaux d'électrons (7) détermnninent sur l'anode (2), pendant la rotation de la cathode, une piste circulaire (9) qui devient le foyer d'émission d'un faisceau de rayons X (8). La plus ou moins grande convergence dudit faisceau, et par conséquent la plus ou moins grande distance du point O par rapport au plan de l'anode (2) sont fonction de l'angle a qui caractérise la pente, ou conicité, de l'anode. Dans le mode particulier de réalisation de l'invention qui est illustré par la figure 2, il est possible d'imaginer que pour un angle a bien précis chaque point d'impact des électrons sur l'anode (2) détermine un rayon X principal qui reste dans le même plan que le cercle émissif (9), le point de convergence O étant également dans ce même plan. Dans ce cas très particulier, et sous réserve de construire une enceinte de dimensions suffisantes, il est envisageable d'introduire le patient à l'intérieur et le positionner de telle sorte que la partie à irradier soit mise en coincidence avec le point de convergence O. Il est également possible de concevoir, à partir d'un mode de réalisation de l'invention semblable à celui décrit ci-dessus, un système permettant la réalisation de coupes densitométriques. Il suffit en effet de disposer, à l'opposé du rayon X produit par chaque point d'impact des électrons sur l'anode (2), un détecteur collectant les données relatives aux variations de densité des tissus traversés par le rayonnement tournant dans le plan du cercle émissif (9) et de transmettre ces With reference to these drawings, the various devices according to the invention comprise a sealed enclosure (1) which can have the shape of a bulb, a tube or a balloon or have a toric configuration, in which a very high vacuum prevails. Inside this enclosure are arranged two electrodes between which a very high potential difference is applied. The anode (2) consisting of a circular crown having YY 'for axis of revolution is fixed. It can be cooled by convection, or accelerated by the circulation of a coolant. In another embodiment the anode can be an integral part of the wall of the enclosure (1) and its cooling can be improved by fins located outside the enclosure. The cathode consists of a rotor (3) which has at its periphery one or more electron-producing elements (4), each of which consists of a heating filament (5) and electrostatic deflectors ( 6) intended to focus the electron beam (7) on the anode (2). The rotating assembly which constitutes the cathode, and which projects one or more electron beams onto the anode, is rotated through the wall of the enclosure (1) by an external inductor (11). The supply current of the filament (s) (5) is transmitted to the rotating assembly by a collector (12). The electron beam (s) (7) determine on the anode (2), during the rotation of the cathode, a circular track (9) which becomes the focal point of emission of an X-ray beam (8). The greater or lesser convergence of said beam, and therefore the greater or lesser distance from point O relative to the plane of the anode (2) are a function of the angle a which characterizes the slope, or conicity, of the anode. In the particular embodiment of the invention which is illustrated in FIG. 2, it is possible to imagine that for a very precise angle each point of impact of the electrons on the anode (2) determines a main X-ray which remains in the same plane as the emissive circle (9), the point of convergence O also being in this same plane. In this very specific case, and subject to building an enclosure of sufficient dimensions, it is possible to introduce the patient inside and position it so that the part to be irradiated is placed in coincidence with the point of convergence O It is also possible to design, from an embodiment of the invention similar to that described above, a system allowing the realization of densitometric sections. It suffices in fact to have, opposite to the X-ray produced by each point of impact of the electrons on the anode (2), a detector collecting the data relating to the density variations of the tissues traversed by the radiation rotating in the plane of the emissive circle (9) and transmit these
informations à l'ordinateur chargé de la reconstruction des coupes. information to the computer responsible for reconstructing the sections.
Dans tous les modes de réalisation de l'invention il est indispensable de prévoir un diaphragme (10) intérieur ou extérieur à l'enceinte (1), et quelquefois plusieurs de ces diaphragmes, afin de bien délimiter le faisceau de rayons X (8) en In all the embodiments of the invention it is essential to provide a diaphragm (10) inside or outside the enclosure (1), and sometimes several of these diaphragms, in order to clearly delimit the beam of X-rays (8) in
rapport avec l'utilisation envisagée. relation to the intended use.
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- 2000-07-05 FR FR0008703A patent/FR2811472B1/en not_active Expired - Fee Related
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