FR2840412A1 - 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) de 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 presente invention concerne un procede et un dispositif d' inspection d'un faisceau ionisant. Wile concerne egalement des di spos it ifs de dos imetrie et de radiotherapie mettant en uvre une inspection de faisceau. L' invention trouve des applications de fac,on generale pour toute operation- d' -inspection ou de cartographic d'un faisceau ionisant. Wile trouve notamment des applications dans- le reglage et la commande d'equipements medicaux tels que des

equipements de radiotherapie.

Etat de la technique anterieure.

La radiotherapie est une technique de traitement medical consistent pour l'essentiel a irradier des tissue au moyen de rayonnements ionisants tels que des rayonnements X, et/ou y. L' irradiation a notamment pour but de detruire des tumours cancereuses

d'un patient.

En appliquant aux les tissue cancereux un faisceau ionisant, il est inevitable d'exposer egalement des tissue sains. Aussi, pour limiter la dose de rayonnement re,cue par les tissue sains au voisinage des tumaurs, on soumet generalement le patient a plusieurs expositions. Les expositions ont lieu avec des faisceaux de directions differentes, mais qui interceptent chaque fois une meme zone correspondent a une tumeur a detruire. La tumeur subit ainsi plusieurs expositions. Les tissue sains peripheriques, en revanche, ne subissent que les expositions des seuls

faisceaux sur la direction desquels ils vent alignes.

La commande des faisceaux, et notamment de leur orientation, de leur ouverture et de leur intensite est gouvernee par des logiciels de balistique de tir encore

appeles logiciels de <<planning RT>>.

Une commande precise des faisceaux est 1 0 necessaire pour obtenir une expos it ion different ielle des tissue sains et des tissue cancereux. Les doses recues par les tissue doivent etre contr81ees avec une incertitude inferieure ou egale a 5. En effet, une dose trop importanterisque de detruire ou endommager des tissue sains tandis qu'une dose trop faible risque

de conduire a une recidive du cancer.

Les faisceaux ionisants ne vent generalement pas monochromatiques mais constitues d'un melange de rayonnements de differentes energies. La composition des faisceaux est sensible a des obstacles, par exemple, des diaphragmes, rencontres sur leur trajectoire. Ainsi, la dose de rayonnement recue par un tissu ou par une region donnee d'un tissu depend d'un nombre important de parametres difficilement predictibles. Il est difficile de predire exactement et entierement par calcul la dose recue en chaque point

d'un volume irradie.

Ainsi, pour commander de facon precise les logiciels de balistique de tir de faisceaux, on inspecte les faisceaux pour determiner la dose de rayonnement qu'ils vent susceptibles de deposer en tout

point d'un corps qui y est soumis.

Un premier type de dispositif d' inspection connu comporte des chambres dtionisation a gaz qui peuvent etre deplacees dans un faisceau. Ces chambres ne vent cependant pas sensibles a l' ensemble des composantes radiatives d'un faisceau d'ionisation a qui elles vent soumises, et presentent un comportement d'absorption different de celui des tissue vivants

susceptibles d'etre irradies. De plus, les chambres-

d'ionisation ne rendent pas compte d'un phenomene de diffusion du rayonnement par des tissue avoisinant une zone exploree. Il- en resulte que le rendement dtionisation des chambres est different d'un rendement de dose recu par un tissu expose- dans les memes conditions. Pour en rendre compte correctement, ces chambres doivent etre plongees dans un liquide eau de caracteristique sensiblement proche de celle de

tissue vivants.

Un autre type de dispositif d' inspection comprend des chambres diionisation liquides placees dans le champ d' un faisceau. L' utilisation d' un liquide permet de conferer aux chambres un comportement d' absorption beaucoup plus proche de celui des tissue vivants. En revanche, une faible mobilite des ions dans le liquide, et des phenomenes parasites de recombinaison des ions formes par le rayonnement, font que la reponse de ces dispositifs d' inspection est

lente et non lineaire.

On connalt enfin des dispositifs dtinspection a scintillateur. Ces dispositifs comportent une multitude

de scintillateurs associes chacun a une fibre optique.

Le role de cette fibre optique est de relayer le signal hors du faisceau pour pouvoir en assurer la lecture dans un environnement non pollue par les rayonnements ionisants. Un fagot de fibres optiques constitue une tete d' inspection. Le fagot peut comporter en

alternance des fibres scintillantes et des fibres non-

scintillantes. De tel s disposit ifs presentent un cout de fabrication tres eleve, lie notamment a l'agencement des fibres. En outre,-la resolution des dispositifs est limitee par la taille - de chaque scintillateur individual et a leur nombre. En l' occurrence le. nombre de fibres et leur diametre..; Enfin, des diffi-cultes apparaissent en raison d'une lumiere parasite, cite lumiere Cerenkov, -gui

s'ajoute au phenomene de scintillation.

Une illustration plus detaillee de l'art anterieur evoque ci-dessus peut etre trouvee dans les documents (1) a (5). Les references de ces documents

vent precisees a la fin de la description.

Expose de ['invention.

L' invention a pour but de proposer un dispositif dtinspection de faisceau ne presentant pas

les limitations ou difficultes mentionnees ci-dessus.

Un but est notamment de proposer un dispositif d' inspection simple, relativement peu couteux, et qui permette de rendre compte avec precision des doses susceptibles d'etre deposees par un faisceau dans un

tissu vivant.

Un but est encore de proposer un dispositif

affranchi des effete parasites de la lumiere (erenkov.

L' invention a egalement pour but de proposer des procedes d' inspection de faisceau et des dispositifs de dosimetrie et de radiotherapie mettant

en uvre ces procedes.

Pour atteindre ces buts, l' invention a plus precisement pour objet un dispositif diinspection d'un

ou de plusieurs faisceaux avec: -.

- une tete d' inspection comprenant-.un scintillateur -

materiau reagissant a la presence de rayonnements par :.une emission de lumiere - et au moins un diffuseur de - rayonnement ionisants associe au. scintillateur, - un premier moyen de formation d'au moins une image correspondent a au moins une partie de la tete

d' inspection comprenant le scintillateur.

Conformement a l 'invention, le scintillateur comporte au moins une plaque massive et sensiblement homogene de materiau de scintillation presentant deux

faces principales opposees.

Grace a l' invention, la resolution du dispositif nest plus liee a la construction du scintillateur. Wile depend essentiellement de l' image que lton forme de la plaque de scintillateur. De plus, l'utilisation d'un scintillateur massif et sensiblement homogene reduit considerablement son cout de fabrication. La plaque de scintillateur est de preference tres mince. Wile est. par exemple, formee par un feuil d'une epaisseur comprise entre 1 et 5 mm et dont les faces principales presentent une surface comprise entre et 900 cm2. La plaque peut etre de forme generale

circulaire ou rectangulaire.

La plaque permet, par ses proprietes de scintillation, de rendre compte, selon le plan qu'elle definit, de la dose de rayonnement rec,ue en chacun de ses points. L'intensite de la lumiere de scintillation en tout point de la plaque de scintillateur est en effet liee a la dose recue. La plaque permet ainsi d'effectuer, en quelque sorte, une "coupe" du faisceau

-.:: 10 selon un plan. -..

:.-. Le dispositif-peut accessoirement etre.--equipe -.de moyens de deplacement relatif entre la tete À:..... d'inspection et la source d'un faisceau a inspecter_ Le :-... deplacement, par translation ou par rotation permet :...:.:15 d'explorer successivement differents plans et ainsi d' apprehender les doses- susceptibles d'etre deposees

dans un volume.

Le diffuseur de rayonnement ionisants, associe a la plaque de scintillateur, a pour but de simuler la diffusion du rayonnement par lienvironnement d'une cible donnee. Plus precisement, la scintillation en chaque point de la plaque traduit non seulement la dose recue directement en ce point, mais aussi la dose recu en dehors de la plaque, dans le diffuseur, au voisinage du point considere. Le diffuseur permet de simuler avantageusement un tissu qui ntest pas isole dans le corps d'un patient. Un bloc de diffuseur peut etre menage sur une seule, mais de preference sur les deux faces de la plaque de scintillateur. L'epaisseur des blocs diffuseurs peut etre variable en fonction de l' importance du phenomene de diffusion que l'on souhaite prendre en compte. Pour des plaques de scintillateurs dans les gammes de dimension evoquees ci-dessus, on peut utiliser des blocs diffuseurs d'une epaisseur de 150 a 400 mm, par exemple. Les blocs recouvrent tout ou partie des faces libres de la plaque

de scintillateur.

Pour une util isat ion du dispos it if dans le cadre d'un equipement de radiotherapie, le materiau scintillateur et le materiau du, ou des blocs diffuseurs, vent de preferenc-e---des materiaux qui presentent des coefficients d'absorption du rayonnement proches de ceux des tissue vivants. Les blocs diffuseurs sont, par exemple, -des -blocs de matiere plastique telle que le PMMA -:/Plexiglass)' le polyvinyltoluene ou une matiere plastique: transparente chargee en oxyde de Titane par exemple. La plaque de materiau scintillant est. par exemple en un materiau

tel que le BC430 de marque BICRON.

Le moyen de formation d'une image peut comporter une ou plusieurs cameras, et notamment des cameras de type CCD. Le signal de sortie des cameras est utilisable pour le calcul de doses en fonction de l'intensite lumineuse en differentes parties de

l' image.

Pour faciliter la saisie de l' image du scintillateur par la camera, au moins un bloc diffuseur peut etre realise en un materiau transparent. La lumiere peut alors se propager librement a travers le bloc jusqu'a la camera. Le bloc diffuseur peut aussi etre pourvu d'un miroir de renvoi de la lumiere vers la camera loreque celle-ci n'est pas disposee dans son prolongement. Le bloc diffuseur transparent soumis au faisceau ionisant peut donner naissance, selon l'energie du faisceau, a une lumiere parasite encore appelee lumiere Cerenkov. La lumiere Cerenkov est due a des electrons relativistes du faisceau ionisant qui se propagent dans la matiere avec une vitesse superieure a

. celle de la propagation.de la lumiere dans la mati.ere.

:--:. 10 Ce phenomene a lieu.-de fa,con assez marginale dans:le.

-.: -: - scintillateur, et:.-de fa,con plus importante dan-s.r.les -

-- blocs diffuseurs,:.-en. raison notamment de leur plus::

-.-.-:.--.:grande epaisseur.:La-.lumiere Cerenkov parasite s'ajute.

--:-..-- a celle de la scintllation -et est susceptible..:d.e:..

-...:15 fausser le calcul des doses de rayonnement deposees par -..

s.' le faisceau ionisant.:: -.

- Pour obvier a cette difficulte, le dispositif de l' invention peut etre pourvu de differents moyens de discrimination entre la lumiere Cerenkov et la lumiere de scintillation. L' evaluation de la contribution de lumiere de Cerenkov peut, par la suite, etre prise en compte pour le calcul des doses de rayonnement re,cues

par le scintillateur.

Les moyens de discrimination component, par exemple, un obturateur dispose entre le bloc diffuseur - et le scintillateur L'obturateur est choisi opaque a une lumiere susceptible d'etre emise par le scintillateur et transparent a un faisceau ionisant

susceptible d'etre inspecte.

Ainsi, on peut saisir deux images du

scintillateur a travers le bloc diffuseur transparent.

Une premiere image, a obturateur ouvert, comprend une composante de lumiere de scintillation et une composante de lumiere Cerenkov. Dans les memes conditions d' exposition au faisceau, une deuxieme image, effectuee a obturateur ferme, comprend uniquement la composante de Cerenkov. La composante de Cerenkov peut ainsi etre eliminee de la premiere image en y soustrayant, point par point, les valeurs - lumineuses de la deuxieme image. Cet.te. operation peut

avoir l-ieu dans un calculateur nume.r-iqu.

:: Dans une realisation simplifie-e.,. l'obturateur peut--ae resumer a un simple cache.occultant une petite parte::.du scintillateur. La compos:ante de Cer.enkov est alors- ca-l-culee pour ltensemble de l-.' image. a partir d'une fract.ion de l' image correspondant--.a:l'emplacement

du cache.....

Dans une realisation perfectionnee, en revanche, liobturateur peut etre un obturateur a cristal liquide et a commande electrique. La commande electrique provoque le passage du cristal liquide d'un etat transparent a la lumiere de scintillation vers un etat opaque a la lumiere de scintillation, et reciproquement. A titre de variante, les moyens de discrimination entre la lumiere de Cerenkov et la lumiere de scintillation peuvent aussi comporter au moins un deuxieme moyen de formation d'une image de la tete d' inspection presentant une sensibilite a la lumiere de scintillation et/ou a la lumiere Cerenkov differente de celle des premiers moyens de formation d'une image. Des moyens de calcul peuvent alors etre prevus pour etablir une contribution de lumiere Cerenkov et/ou de lumiere de scintillation par confrontation d' images en provenance des premier et

deuxieme moyens de formation diimage.

Les premier et deuxieme moyens de formation d'une image peuvent comporter deux ou plusieurs cameras associees respectivement a des filtres spectraux de couleur differente. Les filtres spectraux ne laissent -.... alors passer vers les cameras que des bandes spectrales

-',!.,,_,' 1O selectionnees de la:-:.lumiere en provenance -de la:-t.et-e -

-.. -i::.:. d'inspection. Chaqueacamera constitue alors un moyen-..de--.

::;...formation d'une image.different.:......--.-.:.:.. -

.--.:......: -.: ---.- - Les premier::---et..deuxieme moyens de forma*ion; :-.. dune image peuvent -aussi comporter une unique camera--; -15 associee a un mecanisme. permettant de disposer..: s -. successivement dans la--trajectoire de la lumiere deux::.; - ou plusieurs filtres spectraux differents. Dans ce cas, la camera unique, associee a chacun des differents filtres est consideree, a chaque fois, comme un moyen different de formation d'une image. Les filtres permettent en effet de saisir plusieurs images dans differents spectres de lumiere. Les filtres peuvent aussi etre affectes eventuellement a plusieurs parties

du champ d'une meme image saisie par la camera.

L'intensite IA de la lumiere de longueur d'onde recue en un point de l' image peut etre decomposee de la facon suivante: I = a x S + b x C Dans cette expression, S est une contribution de lumiere de scintillation et C la contribution due a l'effet Cerenkov. Les parametres a et b vent des coefficients de proportionnalite qui relient C et S respectivement a une lumiere de scintillation et une lumiere (erenkov produites. Les parametres a et b, peuvent etre determines experimentalement, en utilisant, par exemple, un faisceau d'ionisation de caracteristiques connues. Le parametre <<a>> peut etre determine de telle fac,on que S represente directement la dose de rayonnement rec,ue localement par le scintill:ateur. Ceci suppose que, dans.-un spectre de longueur::d.'ondes considere pour- sais.ir-l-es images, il - existe..:-une proportionnalite entre-- la dose de rayonnement re,cue par une zone du. sci-ntillateur et une Àinte=-site lumineuse de-scintillatin..emise par-cette zone..Ce-t-: aspect est examine plus e.:detail dans la

suite dela description.:, --.

---Mn exemple simplifie donne ci-:dessus illustre l'utilisation de deux filtres qui laissent passer des

longueurs d'ondes correspondent au vert et au bleu.

On peut ecrire: Ivert = a1 x S + b1 x C et IbleU = a2 x S +b2 x C. Les parametres a1, a2, b1 et b2 vent du meme

type que les parametres a et b evoques ci-dessus.

La dose de rayonnement re,cue qui a contribue a la formation de la lumiere de scintillation peut etre mise sous la forme suivante: S = (b2 x Ivert a2 X Ibleu) / (a1 X b2 - a2 X b2) En d'autres termes on a: S= kl x Ivert + k2 x Ibleu,

ou kl et k2 vent des coefficients de proportionnalite.

Les coefficients peuvent etre calcules de la fac,on indiquee ci-dessus, ou eventuellement etre etablis a partir d'un ou de plusieurs faisceaux ionisants de

caracteristiques connues.

De fa,con approchante, on peut aussi calculer la contribution C de lumiere de Cerenkov. Un nombre plus important de filtres de couleur permet d'etablir d'autres equations pour la determination de la dose de rayonnement re,cue en chaque - -. point du scintillateur. --.....: -': ' 10' ' Il convient-de--:no'te-r que les intensites I sont---- -' -;-: --celles d'un point ou-'-:''une zonereduite de l' image': et ^' --2----' correspondent a un poin't ou une zone correspondante-'du

s'cintillateur. "--:---:---i- -::. --:----

À::;'-: Selon une autre''possibil'ite de mise en uvre--r-: -i-

--15-' des moyens de discriminat-ion -entre la lumiere de- -: --scintillation et la Iumi'ere Cerenkov, ceux-ci peuvent:'' comporter un polariseur dispose entre le scintillateur et un bloc diffuseur transparent vus par au moins un moyen de formation d'une image. Un ou plusieurs analyseurs vent alors associes aux moyens de formation

d'une image.

Le fonctionnement de ces moyens de discrimination repose sur la particularite de la lumiere de Cerenkov et de la lumiere de scintillation de ne pas etre polarisees. Ceci resulte essentiellement du caractere statistique des phenomenes a l'origine de

ces lumieres.

En pla,cant un polariseur entre le scintillateur et le bloc de diffuseur transparent a travers loquel chemine la lumiere de scintillation, on polarise selectivement la lumiere de scintillation. Par ailleurs, l'analyseur des moyens de formation d'une image, affecte plus ou moins l'intensite de la lumiere de scintillation, selon son orientation, mais n'affecte

pas la lumiere Cerenkov.

La contribution de l'effet Cerenkov peut alors etre evaluee, par exemple, par extinction de la lumiere de scintillation. La contribution de Cerenkov peut ensuite etre soustraite a la lumiere totale, lorsque l'analyseur est perpendiculaire. a. sa position d'extintion, pour determiner la:.:composante de scintill-aton.....:.:,--.:. À.. L'analyseur peut aussi etre.imonte tournant entre-le.-bloc diffuseur et les moyens-..de formation d'une image..Il est aussi possible -d'utiliser des moyens d-e.f-ormation d' image sous la frme.de deux ou plusieurs!.v. cameras equipees de deux-.:ou plusieurs polariseurs croises qui fournissent respectivement deux ou plusieurs images du scintillateur et du bloc diffuseur. La lumiere de scintillation, et done la dose D recue en une zone donnee du scintillateur, est alors de la forme suivante: D = a x I + b x It Les parametres a et b vent touj ours des parametres susceptibles d'etre calcules ou directement etablis de facon experimentale a partir de faisceaux de caracteristiques connues et I et It vent les intensites lumineuses de la zone consideree donnees par les

cameras equipees des polariseurs (analyseurs) croises.

L' expression correspond a une configuration n' utilisant que deux analyseurs distincts. Un nombre plus grand

d'analyseurs peuvent etre mis en uvre.

Il convient de noter que les cameras multiples peuvent etre remplacees par une camera unique qui recoit alternativement la lumiere de la tete d' inspection a travers des analyseurs differents, a orientation croisee. Differentes parties du champ de la camera peuvent aussi recevoir simultanement la lumiere des differents analyseurs. Enfin, un unique analyseur -- - 10 tournant permet d'obtenir en differents instants:des-Y -- -- - orientations d'analyse differentes et croisees.:Il -- remplace ainsi une pluralite d'analyseurs.: -: -:-- Un certain nombre de perfectionnement-s ---.-: supplementaires peuvent et-re envisages. Par exemple, un -:

reflecteur peut etre dispose.sur une face principale du.

- - scintillateur qui est opposee a une face portent le-

bloc diffuseur transparent, c'est-a-dire opposee a la

face tournee vers les moyens de formation d' image.

Selon un autre perfectionnement, la tete d' inspection peut comporter un miroir de renvoi de la lumiere de scintillation vers le moyen de formation dimage. Cette caracteristique peut presenter plusieurs avantages. Un premier avantage est de favoriser la mise a l'abri des moyens de formation d' image des faisceaux ionisants a inspecter. Un autre avantage peut etre de limiter un deplacement relatif a la seule tete d' inspection sans entralner les moyens de formation d'une image. A titre d'exemple, pour un balayage d'un faisceau a inspecter dans un mouvement de rotation de la tete d' inspection, le miroir de renvoi peut etre dispose de facon a renvoyer la lumiere vers une camera

placee dans l'axe de rotation.

Un dispositif d' inspection tel que decrit est en mesure de delivrer des valeurs relatives de dose de rayonnement fournie par un faisceau a inspecter. Il est possible aussi de creer un dosimetre a mesure absolue en equipant le dispositif d'une ou de plusieurs chambres d'ionisation d'etalonnage. Celles-ci, de petite -.taille, peuvent etre logees. dans le

scintil.lateur ou au voisinage direct..-. de celui-ci.

L'etalonnage:..a lieu, par exemple, -en. ajustant- les -- - valeurs.de dose -.de rayonnement det-erminees depui.s - l'image:du scintil.lateurpour une ou p.lusieurs zones correspondent: aux emplacements d.es^-chambres d'etalonnagej.aux valeurs de dose determin-ees.r-par les

chambres d'.etalonnage elles-memes.:-

Un etalonnage precis pour l'etablissement de la lumiere Cerenkov peut aussi avoir lieu en utilisant un scintillateur avec une ou eventuellement plusieurs zones mortes. On entend par zones mortes des zones n'emettant pas de lumiere de scintillation, mais susceptibles d'emettre une lumiere de Cerenkov sous l' influence d'un faisceau ionisant. I1 s'agit, par exemple, d'une cavite pratiquee dans la plaque de scintillateur et comblee par une matiere plastique transparente ayant des proprietes d' absorption de la

lumiere proches de celle du materiau scintillateur.

L' image de la zone morte, depourvue de la composante de scintillation, permet de rendre directement compte de

l' influence parasite de la lumiere Cerenkov.

Selon un perfectionnement supplementaire de ['invention, le scintillateur peut comprendre deux ou plus de deux plaques de materiau scintillant presentant des coefficients d' absorption avec des dependances en energie differentes. Des moyens de formation d'une image sensible selectivement a chacune des plaques vent

alors prevus.

On utilise de preference des materiaux :.^.- scintillants presentant.des coefficients d'absorption:

:.13 proportionnels a ceux.:de tissue a irradier.-La::.

..!;.. proportionnalite n'est.:-cependant -pas necessairement:.- -

À-- parfa-ite pour l'ensemb.le..du spect.re en energie d'un-:..

À. -:.-- fais.ceau a inspecter - Ai-nsi, des.:.corrections peuvent:

-,-,,r etre apportees aux coeffi.cients -multiplicateurs quit...:..

À5: -.relient l'intensite d'une lumiere de scintillation..-i-....:

:-:-.:.- enregistree et une dose -que recevrait reellement un:-:-..;.--

- tissu.

En utilisant plusieurs plaques de materiau scintillant pour lesquels les coefficients d' absorption evoluent differemment en fonction de l'energie d'un faisceau inspecte, il est possible de calculer une dose reque, en depit de termes non lineaires. La dose D peut effectivement etre calculee en fonction de termes lineaires et de termes quadratiques avec une expression de la forme suivante: D = kiSi + kijSiSj i ij Dans cette expression ki et kij vent des coefficients de proportionnalite respectivement a des composantes lineaires et quadratiques et Si et Sj representent les contributions de scintillation des differentes plaques de scintillateur. Les coefficients

peuvent etre etablis par etalonnage.

Les contributions des differentes plaques de scintillateur peuvent etre distinguees en formant des images des differentes plaques sur des cameras separees ou en utilisant des scintillateurs emettant des

lumieres de scintillation dans des spectres decales.

Dans ce cas, la distinction peut etre faite avec des filtres spe.ctraux disposes devant une -ou plusieurs cameras.-L'utilisation de filtresspectraux-s'apparente a celle. deja decrite pour la discri-min-ation de la

lumiere:.:de Cerenkov.et n'est done pas: rep-rise ici.:._.

À -... -Comme evoque-.ci-dessus, le -:^dspositif-de l'invention...peut etre utilise dans un-.-dosimetre; Le dosimetre co.mporte alors en outre une unitú...de-calcul, pour etablir a partir des images fourni-es par le dispositif, des donnees de distribution d'une dose de rayonnement fournie par un faisceau. En d'autres termes, on calcule pour differentes zones d'un plan ou d'un volume la dose de rayonnement recue en fonction de la lumiere de scintillation enregistree pour cette zone. Le dispositif diinspection de faisceau peut aussi etre integre dans un equipement de radiotherapie qui comprend par ailleurs une ou plusieurs sources de rayonnement. Le dispositif dtinspection peut etre adapte a l' inspection de differents types de faisceaux issus de differents types de sources. Le dispositif peut comporter accessoirement un bloc diffuseur avec des logements pour une source de rayonnement, le bloc presentant au moins une face adaptable a la tete dtinspection. Un tel bloc peut etre mis a profit pour l' inspection de faisceaux emis par une source de rayonnement susceptible d'etre enfouie dans le corps d'un patient. L'invention concerne egalement un procede d' inspection d'une source au moyen d'un dispositif tel que decrit ci-dessus, dans lequel on forme au moins une

:.-... - image du scintillateur, et on calcule en fonction de.;.

S.-i-.10 -differentes parties de l':image des doses local-es de:::i

-;:.-...::.-rayonnement recues....par:..le scintillateur. Differents.:.--. .

--:.:.:.. aspects.de ce procede: et.>de sa mise.:.en uvre ont deja^--::.

-.--: ete:decrits ci--dessus en re:f.erence-.au.:fonctionnement du::.-.

::..- dispositif. Ces aspects ne-.sont.pas repris ici.: 15.. D'autres caracteristiques et avantages de..;

linvention ressortiront.de la description qui va-:

suivre, en reference aux figures des dessins annexes.

Cette description est donnee a titre purement

illustratif et non limitatif.

Breve description des figures.

- La figure 1 est une representation schematique simplifiee d'un dispositif de radiotherapie utilisant un dispositif d' inspection conforme a

l' invention.

- La figure 2 est un graphique exprimant, en fonction de la longueur d'onde, l'intensite d'une lumiere de scintillation et d'une lumiere parasite

Cerenkov. Le graphique est en echelle libre.

- Les figures 3, 4, 5 et 6 vent des representations schematiques simplifiees de dispositifs d' inspection conformes a l' invention, equipes de differents moyens de discrimination entre une lumiere

de scintillation et une lumiere Cerenkov parasite.

- La figure 7 est une representation schematique et simplifiee d'un dispositif d' inspection

perfectionne, conforme a l' invention.

Description detaillee de modes de mise en uvre de

llinvention

:. Dans:-la description qui suit:,:-des parties

identiques, similaires ou equivalente-s -des differen.tes

-::. figures vent reperees par les memes signes:de reference.

:- pour. faciliter -le.-.report entre les:: i.igures..Parm: ailleurs, et-. dans un:souci de clarte des f-igures, tous les elements.-ne.sont pasrepresentes sel.on- une:echelle uniforme. La figure 1 montre un dispositif de radiotherapie comportant une source de faisceau 10, un dispositif diinspection du faisceau 100 et une unite de calcul 12 destines a etablir une cartographic du faisceau. La cartographic vise a determiner la dose de rayonnement que le faisceau est susceptible de deposer

en tout point du corps d'un patient.

Le patient est modelise par une tete dtinspection 110 du dispositif d' inspection. Celle-ci est montee sur un actionneur 112 susceptible de deplacer la tete afin de parcourir l' ensemble du champ intercepte par le faisceau. L'actionneur peut etre concu pour des mouvements de translation dans une ou plusieurs directions, et eventuellement des mouvements de rotation. Bien qu'elle puisse aussi etre deplacee on considere, dans l'exemple illustre, que la source 10

est fixe.

La tete d' inspection 110 comporte un scintillateur sous la forme d'une fine plaque de materiau scintillant 114, c'est-a-dire une fine plaque de materiau susceptible de convertir un rayonnement ionisant en un rayonnement lumineux. Il s'agit, par

exemple, d'une plaque du type BC 400 de marque Bicron.

:.. Pour des raisons de clarte, l'epaisseur de la plaque.-.

À s 1:0. est largement exageree sur: le.-s- figures. La plaque:de:;.-.:..

:--,::'-'F': " materiau est flanquee..sur..-s.es-faces p-rincipales de deu-x-..:.:. ^

: blocs:de diffuseur transparents 116.-et.11.7. -.:::-

-....:...:... En alignement avec -l:e..bloc 116-.se trouve- une-:.-.:..

::.samera a couplage de charges-:.(COD.3 -118 qui constitue un..--....

15.-moyen de formation d'image.. La camera fournit des...

:. images sous la forme d'un signal de donnees dirige vers - -: ['unite de calcul 12. L'unite de calcul, qui eventuellement pilote aussi le deplacement de la tete d' inspection, permet de calculer les caracteristiques du faisceau et notamment les doses de rayonnement que ce dernier est susceptible de deposer en differentes parties dun corps expose. La reference 120 designe

sommairement un objectif qui permet de former sur la

camera une image de la plaque de scintillateur et des blocs de diffusion. La lumiere susceptible d'etre emise par le scintillateur 114 traverse le bloc diffuseur 116

avant d'atteindre la camera.

Un miroir 122 indique en trait discontinu peut equiper l'un des blocs diffuseurs 116 de maniere a renvoyer tout ou partie de la lumiere de scintillation

et de lumiere Cerenkov vers une deuxieme camera 119.

Celle-ci est egalement associee a un objectif, non represente.

La reference 125 indique sommairement un

detecteur de faisceau qui permet de detecter la presence ou l' absence d'un faisceau. Il s'agit par exemple d'un detecteur rudimentaire au silicium. Le detecteur 125 peut etre mis a profit avantageusement

loreque la source de faisceau 10 est une source pulsee.

Il permet en effet de synchroniser la saisie des images pa-r ['unite de calcul sur les impulsions:-du.fai.sceau et :.- -. ainsi-.eviter:-des.infl- uences parasites.-en-.l'a:bsence de

faisceau.i:.-:. .:.

-.. -.. Pour:::.analyser: le rayonnement. fourni. par une.

- source suscept.ible d':etre enfouie dans le: -corps: d'un . -. 15 patient, le dispositif-peut comporter un bloc:-.dif.fuseur additionnel,repere avec la reference 111.:Ce.bloc est pourvu d'un logement 113 pour la reception d'une telle source. Il presente par ailleurs une face s'adaptant sur la tete d' inspection. Pour des raisons de simplification, la forme du bloc 111 represente est parallelepipedique. Des formes plus complexes, representatives des organes a irradier, peuvent

toutefois etre prevues.

La figure 2 indique l' allure de la repartition, en fonction de la longueur d'onde, de l'intensite de la lumiere recue en un point de l' image formee par la camera. La lumiere comprend une composante de lumiere de scintillation et une composante de lumiere parasite, cite de Cerenkov, deja largement evoquee. On observe que la lumiere recue comprend un fond C decroissant

avec longueur d'onde. I1 s'agit de la lumiere Cerenkov.

A ce fond s'ajoute un pic S relativement etroit correspondent a la lumiere de scintillation. I1 est impossible de connaltre directement l'intensite de la scintillation, et done la dose de rayonnement recue, car au pic de scintillation se rajoute un fond de lumiere de Cerenkov. Pour certaines longueurs d'ondes tout au moins, ce fond est trop important pour etre neglige.

^.-- Les figures suivantes, decrites ci-apres, -

-:lO.indiquent un certain nombr.decaracteristiques visant: :..-.: -.a effectuer une discrimination entre-- la lumiere de.-.--.:: <

---: scintillation et la lumiere.Cerenkov.: Sur ces figure-s-:".

.. seules...les parties du::-:dispositif d'inspecti-on.-.-..-.-....

..: necessaires a la comprehension.-sont representees. Pour. --:-;

15.. 1es autres parties, on peut se. reporter a la figure 1.;....

-.-.- La figure 3 montre une tete d' inspection qui:-.

comprend entre la plaque de scintillateur 114 et le bloc diffuseur 116 tourne vers la camera 118, un obturateur 130. I1 s'agit, dans cet exemple, d'un obturateur a cristal liquide. L'etat de transparence de l'obturateur a la lumiere de scintillation est pilote par un dispositif de commande electrique ou eventuellement par ['unite de calcul 12 evoquee en relation avec la figure 1. L'obturateur est touours transparent au faisceau ionisant. Ainsi, lorequ'il est

ferme, la camera forme une image de lumiere Cerenkov.

En revanche, lorsque l'obturateur 130 est ouvert, l' image comprend la lumiere Cerenkov et la lumiere de scintillation. La difference entre les deux images permet de retrouver la contribution de la lumiere de scintillation seule. Par simplification, on considere que la lumiere de (erenkov produite dans la plaque de scintillateur est negligeable devant celle produite dans les blocs diffuseurs. Cette approximation est valable dans la mesure ou l'epaisseur de la plaque de scintillateur est faible devant celle des blocs diffuseurs. Le bloc diffuseur 117, oppose a la camera 118, est represente en trait discontinu pour signifier

qu'il peut eventuellement etre elimine.

La f.igure 4, montre une camera.118.associee a

un jeu 142::.de.filtres spectraux qui ne laissent passer-

que de.s.-:raies..etroites de lumiere. -La.- saisie de

À. plusieur.s:.i-mages, a travers differents-:-fil.t.res 140:.de.

:. - - ce- jeu, permet.egalement de calculer la quantite de.

- lumiere de scintillation et done la dose de rayonnement - - 15 re,cue par le-.scintillateur. Le principe du -.calcul -a deja ete expos-e- et n'est pas repris ici; -Le:s images - saisies a travers les differents filtres 140 -peuvent etre prises successivement, par exemple en depla, cant devant la camera 118 le jeu de filtres 142. Des images peuvent aussi etre saisies simultanement au moyen d'une deuxieme camera 119 equipee d'un deuxieme filtre 142 different d'un filtre 140 associe a la premiere camera 118. Dans l'exemple illustre, la deuxieme camera re,coit une partie de la lumiere a travers un miroir de renvoi

semi-transparent 122.

La figure 5 montre une variante de realisation de la tete diinspection, celle-ci comprend un miroir opaque 150 dispose entre la plaque de scintillateur 114 et l'un des blocs diffuseurs 117. Le miroir 150 a deux fonctions. La premiere fonction est celle de reflecteur. Le miroir 150 permet en effet de renvoyer une plus grande partie de la lumiere de scintillation vers une premiere camera 118. Cette camera 118 rec,oit done la lumiere de scintillation et la lumiere de Cerenkov creee dans l'un des blocs diffuseurs transparents 116. Le miroir peut aussi accessoirement avoir une deuxieme fonction. Il s'agit d'une fonction d'ecran pour d'empecher la lumiere de scintillation d'atteindre , une deuxieme camera 119 dispos.e,e en regard du deuxieme -..1Q--. b.loc diffuseur transparet.. ..117:..La deuxieme camera ne .-:.'.-.,- r-e,coit ainsi qu'une'lumiere::de-(erenkov creee dans le -:.:--.iX deuxieme.bloc diffuseur 117-.:.A partir:e la lumiere de :..c..:-..Cerenkov.re,cue par la deuxieme.camera ll9, et en tenant -compte des caracteristiques des diffuseurs 116, 117, il ,. es.tpossible d'evaluer par analo.gie lacontribution de -'''l-umiere Cerenkov dans l'image''':-formee par la premiere camera 118. Cette contribution peut alors etre retranchee par calcul a l' image de la premiere camera 118. La figure 6 montre encore une autre realisation dans laquelle un polariseur 160 est dispose entre la plaque de scintillateur 114 et un premier bloc diffuseur 116. Le polariseur permet de polariser la lumiere de scintillation initialement isotrope. La v lumiere Cerenkov apparaissant dans le bloc diffuseur 116 en regard de la camera n'est en revanche pas polarisee. Une discrimination est effectuee ensuite entre les deux contributions de lumiere au moyen d'un analyseur 162 positionne entre le premier bloc diffuseur 116 et la camera 118. L'analyseur peut etre fixe et ou tournant et permet d'eteindre en tout ou partie la lumiere de scintillation. Cette extinction n'affecte pas la lumiere Cerenkov qui n'est pas polarisee. Ainsi, la contribution relative de lumiere Cerenkov et de lumiere de scintillation peut etre etablie. Le principe de determination de la part de lumiere de scintillation a deja ete evoque precedemment. A titre de variante, la camera unique avec un analyseur peut etre remplacee p.ar un- jeu de 10deux cameras^.-118,- 119 associees- a -deux-.-.analyseurs croises.162-,163.- Dans.1' exemple de' la figure 6, le . -.. deuxieme bloc. diffuseur;117, s'il eat-present, est ...:.. isole du scintillateur 1.14 par un materiau.-.opaque a 1-a

- '':: '- lumiere Cerenkov.-

-'- ': 15 La figure 7-montre une realisation parti-culiere de la tete d' inspection 110, dans laquelle 'celle-ci - comprend deux plaques de scintillateur 114, 115. Les deux plaques vent accolees ou eventuellement separees par un masque opaque a la lumiere de scintillation ou un miroir. La lumiere de scintillation en provenance

des deux plaques est saisie par deux cameras 118, 119.

Wile traverse respectivement deux diffuseurs transparents 116, 117 accoles aux faces principales des plaques. Loreque les deux plaques de scintillateur 114, À 25 115 emettent des lumieres de scintillation dans des spectres decales, leur lumiere peut etre saisie par une unique camera associee a des filtres spectraux selectifs. Les images fournies par les deux cameras, ou eventuellement par la camera unique vent utilisees pour calculer localement les doses de rayonnement recues en fonction d'une contribution ponderee de chacun des scintillateurs. Comme evoque precedemment, la

ponderation peut etre lineaire et/ou quadratique.

D'autres filtres spectraux et/ou d'autres moyens de discrimination de la lumiere Cerenkov, deja decrits, peuvent egalement etre mis a profit. La reference 170 indique une petite chambre d'ionisation integree dans les plaques de scintillateur, et eventuellement en partie dans les blocs diffuseurs. Cette chambre delivre un signal 1-0 dirige vers l 'unite de caTcul 12.; Ce signal peut etre :^ confronte avec une mesure:de dose effectuee a partir -:-- des images des cameras, soft-a des fin-s-d'etalonnage,

- -:--soit a des fins de mesure en valeur absol-ue de la dose.-

-- - - Enfin, la reference 172 d-esigne une zone morte

15.--de-pe-tite taille des plaques de-;scinti.llateur 114, 115.

I1.-siagit de preference d'une zone en un materiau non-

scintillant qui presente des proprietes d' absorption proches de celles du scintillateur. L' image de cette zone morte permet de donner directement une evaluation de la contribution Cerenkov. Cette contribution peut egalement etre utilisee pour un etalonnage du dosimetre. Enfin, l'utilisation d'une zone morte permet, si necessaire, d'evaluer la proportion (faible) v de lumiere Cerenkov produite dans ltepaisseur des

plaques de scintillateur.

DOCUMENTS CITES

1) JP-2001 056381, Mitsubishi et electric corp, Nishiura Ryuichi et compagnie, 2J

FR-01 03519

:- 10 US-6 066 851, Mitsubishi, Kunio Madono et:compagnie

: -...-. -. -:.:

. ....

. US-5 856 673, Mitsubishi, kazunori Ikegami -et

compagnie, -

.... ) US-5 905 263, Mitsubishi, Nishizawa Hiroshi et compagnie.

Claims (18)

REVENDICATIONS

1. Dispositif d' inspection d'un faisceau avec: - une tete d' inspection (110) comprenant un scintillateur et au moins un bloc diffuseur de rayonnements ionisants (116, 117) associe au scintillateur (114, 115), un premier moyen (118) de formation d'au moins une image d'au moins une partie de la tete d' inspection

. comprenant le scintillateur,:..

13.et dans lequel le scintillateur.comporte au moins une .....plaque massive et sensiblement..homogene de- materiau.de ---.scintillation presentant deux faces: principales

-:.. opposees..-.:..:.....

.. :...: 2. Dispositif selon la revendication 1, dans le-quel le bloc diffuseur (119.,.11--) recouvre au moins l'une des faces principales de la plaque de

scintillateur (114, 115).

3. Dispositif selon la revendication 2, dans lequel le bloc diffuseur est transparent a une lumiere

de scintillation du scintillateur.

4. Dispositif selon la revendication 3, comprenant en outre des moyens (119, 130, 140, 142, 144, 160, 162, 163) de discrimination entre la lumiere de scintillation et une lumiere Cerenkov parasite, dans

la tete d' inspection.

5. Dispositif selon la revendication 4, dans lequel les moyens de discrimination comportent un oLLuraLeur (130) disposA eLre le bloc diffuseur (1T6, 117) eL le scinLillaLeur (114, 115), l'obLuraLeur dLanL opague une lumidre susceptible d'@Lre {mise par le

scintillaLeur eL LransparenL un rayonnemenL ionisanL.

s 6. DisposiLif selon la revendicaLion 5, dans lequel 1'obLuraLeur (130) esL un obLuraLeur crisLal

liquide eL commade {lectrique.

TO 7. DisposlL1f selon la revendication-.dans -.- lequel les.moyens de. discrimination comporLepL-:-aumoins :. un deuxiAme oyen (119,:T44,. 163) de formaLicn d'une image de la t@Le d'inspecLion prAsenLanL. une . sensibiliLA la lumiAre de scinLillaLion eL/o} la lumiAre [erenkov diff:ente de celle du premier.:moyen

(118, 140, 162) deformaLion d'une image.

8. DiGposiLif selon la revendicaLion 7, dans leguel le second moyen (119) de tormaLion d'une image esL associd un bloc diffuseur (117) LranGparenL de la L@Le d'inspecion, eL dans lequel la L@Le d'ipecLion coprend un can (TSQ) pou empacher la lumire de scinLillaLeur d'aLLeindre le secod moyen de formation

d'une image.

9. Dispositif selon la revendicaLion 8, comprenanL un premier (118, 140) eL un deuxiAme (119, 144) moyens de formation d'une image, sersibles des secLres lumineux disLincLs eL dans laquel les premier eL deuxiAme moyens de formation d'une image sonL associds au scinLillaLeur (114, 115) eL au moins un bloc (116) de diffusion transparent de la tete

d' inspection.

10. Dispositif selon la revendication 9, dans lequel les premier et deuxieme moyens de formation d'une image comportent au moins une camera (118, 119) associee a au moins deux filtres spectraux (140, 142, 144). 1011. Dispositif selon la revendication -7, dans lequel les moyens de discrimination comportent un polariseur (160) dispose entre le scintillateur (114, ) et un bloc diffuseur transparent (116) vus par au moins un moyen (118, 119) de formation d'une image, et comprenant au moins un analyseur associe (162, 163) au

moyen de formation d'une image.

12. Dispositif selon la revendication 1, dans lequel la tete d' inspection comprend un reflecteur (150) dispose sur une face principale de la plaque de scintillateur, opposee a une face portent un bloc

diffuseur transparent.

13. Dispositif selon la revendication 1, comprenant des moyens (112) de deplacement relatif entre la tete d' inspection (110) et une source de

faisceaux a inspecter.

14. Dispositif selon la revendication 1, dans lequel la tete d' inspection comporte un miroir (122) de renvoi de lumiere vers le moyen de formation d'une image. 15. Dispositif selon la revendication 1, dans lequel la tete d' inspection comprend au moins une

chambre d'ionisation d'etalonnage (170).

16. Dispositif selon la revendication 1, dans lequel la tete d' inspection comprend au moins un :.detecteur de synchronisation: (125) sensible a des

impulsions de rayonnement.:: -.

:-:. 17. Dispositif selon.-la revendication 1 comprenant en outre un bloc di.ffu-seur (111) avec un logement (113) pour une source de.rayonnement, le bloc presentant au moins une face adaptable a la tete

d' inspection.

18. Dispositif selon la revendication 1, dans lequel le scintillateur comprend au moins deux plaques (114, 115) de materiau scintillant presentant des coefficients d' attenuations avec des dependances en energie differentes et comprenant au moins un moyen de formation d'une image (118, 119) selectivement sensible

a chacune des plaques.

19. Dispositif selon la revendication 1, dans lequel la plaque de scintillateur presente au moins une zone morte (172) depourvue de materiau de

scintillation.

20. Dosimetre comprenant un dispositif selon

l'une quelconque des revendications precedentes et une

unite de calcul (12) pour etablir a partir d' images fournies par le dispositif, des donnees de distribution d'une dose de rayonnement deposee par un faisceau. 21. Dispositif de radiotherapie, comprenant: - au moins une source de faisceau ionisant (10), et - au moins un dispositif d' inspection du faisceau

- 10 (100),

caracterise en ce que le dispositif est conforme a

l'une quelconque des revendications 1 a 18..

22. Procede d' inspection d'une source au-moyen

À 15 d'un dispositif.conforme a l'une quelconque-.des.

revendications precedentes, dans lequel on forme- au

moins une image du scintillateur, et on calcule en fonction de differentes parties de l' image des doses

locales de rayonnement recues par le scintillateur.

23. Procede selon la revendication 22, dans lequel on forme au moins deux images du scintillateur correspondent a deux plages spectrales distinctes, et on calcule les doses de rayonnement locales recues par le scintillateur par distinction d'une contribution de lumiere de scintillation et d'une contribution de

lumiere produite par effet Cerenkov.

24. Procede d' inspection selon la revendication 22, dans lequel on polarise selectivement une lumiere en provenance du scintillateur et dans lequel on forme au moins deux images de la tete d' inspection correspondent a deux orientations de polarisation distinctes et on calcule des doses de rayonnement locales rec,ues par le scintillateur, par distinction d'une contribution de lumiere de scintillation polarisee et d'une contribution de lumiere non v

polarisee produite par effet Cerenkov.

À 25. Procede d' inspection selon la revendication 22, au moyen d'un dispositif d' inspection comprenant un scintillateur avec au moins deux plaques. de scintillateur presentant des coefficients d' attenuation avec des dependances en energie differentes, dans lequel on forme une image de chaque.scintillateur et on calcule-des doses de rayonnement:reques en fonction diune contribution ponderee.::de chacun des