FR2974186A1 - Dispositif de mesure des caracteristiques d'un faisceau de rayons x - Google Patents

Abstract

L'invention concerne un dispositif de mesure des caractéristiques d'un faisceau de rayons X, comprenant deux étages superposés, chaque étage ayant une structure en damier, dont les premières cases correspondent à des chambres d'ionisation (21, 31) et dont les deuxièmes cases correspondent à des plots (22, 32) d'un matériau arrêtant les électrons mais pas les rayons X, les premières cases d'un étage étant en regard des deuxièmes cases de l'autre étage.

Description

B10798 - 04084-01 1 DISPOSITIF DE MESURE DES CARACTERISTIQUES D'UN FAISCEAU DE RAYONS X

Domaine de l'invention La présente invention concerne un dispositif de mesure des caractéristiques d'un faisceau de rayons X et plus particulièrement un tel dispositif adapté à être utilisé en relation avec des installations de radiothérapie. Exposé de l'art antérieur Une installation de radiothérapie va être décrite en relation avec les figures 1 à 3. Comme l'illustre la figure 1, une telle installation comprend une source de rayons X 1 envoyant vers un patient 3 un faisceau de rayons X. Un diaphragme ou collimateur 5 permet de délimiter le faisceau de rayons X arrivant sur le patient à une zone correspondant à un organe 7 que l'on veut irradier. Un détecteur spatio-temporel de rayons X 9 peut être inséré derrière le collimateur. La figure 2 représente en vue de dessus un exemple de collimateur 5. Il s'agit d'un collimateur à lames destiné à adapter la forme du faisceau de rayons X à celle de l'organe 7 que l'on souhaite irradier. Des lames en vis-à-vis 11 et 12 du collimateur à lames 5 sont positionnées pour laisser au centre B10798 - 04084-01

2 de ce collimateur une ouverture 13 dont la forme est homothétique de celle de l'organe 7 à irradier. De plus, on prévoit généralement un mouvement de tout ou partie des lames ou de l'ensemble du diaphragme au cours d'une séance d'irradiation, de sorte que, pendant des durées choisies, certaines parties de l'organe à irradier soient irradiées avec plus d'intensité que d'autres. Le résultat est illustré en figure 3, dans laquelle on retrouve le diaphragme 5 et l'organe à irradier 7. On a représenté par une courbe 15 l'irradiation totale I que l'on veut obtenir en chaque emplacement de l'organe. De telles installations d'irradiation sont sujettes à des défaillances qui peuvent avoir des conséquences dramatiques sur le traitement d'un patient. Ou bien les doses appliquées sont insuffisantes et le traitement est inopérant. Ou bien la densité d'irradiation fournie dans au moins certaines zones de l'organe est excessive et ceci peut entraîner une destruction de ces zones et/ou de zones du patient situées derrière l'organe à traiter.

C'est pourquoi on a prévu dans certaines installations récentes des détecteurs d'irradiation tels que celui représenté schématiquement et désigné par la référence 9 en figure 1. Ces détecteurs absorbent une partie seulement du faisceau de rayons X qui les traverse et permettent de suivre l'intensité réelle de l'irradiation au cours d'une séance de radiothérapie. On connaît des détecteurs constitués de chambres d'ionisation à fils qui présentent l'inconvénient évident de ne donner que des informations unidirectionnelles. On connaît également des détecteurs tels que décrits dans la demande de brevet européen N° 1 747 799 comprenant un grand nombre de chambres d'ionisation définissant des pixels de mesure. Ces chambres sont réalisées par des perforations dans une plaque. Inévitablement, quand on forme des ouvertures dans une plaque, ces ouvertures, si on veut qu'elles soient très petites, auront une surface totale inférieure à celle des zones non percées, et la défini- B10798 - 04084-01

3 tion du système n'est pas excellente. D'autre part et surtout, l'utilisation de telles plaques apporte une granularité au faisceau de rayons X, ce faisceau étant plus absorbé dans les zones non percées que dans les ouvertures.

Un autre inconvénient des détecteurs connus est qu'ils présentent souvent une absorption trop importante. Ainsi, il existe un besoin pour un détecteur de rayons X amélioré et particulièrement adapté à des installations de radiothérapie.

Résumé de l'invention Un mode de réalisation de la présente invention vise à prévoir un détecteur de rayons X palliant au moins certains des inconvénients des détecteurs connus. Un mode de réalisation plus particulier de la présente 15 invention vise à réaliser un tel détecteur dont l'atténuation soit la plus faible et la plus uniforme possible. Un mode de réalisation de la présente invention vise à réaliser un tel détecteur qui présente une définition élevée. Ainsi, un mode de réalisation de la présente invention 20 prévoit un dispositif de mesure des caractéristiques d'un faisceau de rayons X, comprenant deux étages superposés, chaque étage ayant une structure en damier, dont les premières cases correspondent à des chambres d'ionisation et dont les deuxièmes cases correspondent à des plots d'un matériau arrêtant les 25 électrons mais pas les rayons X, les premières cases d'un étage étant en regard des deuxièmes cases de l'autre étage. Selon un mode de réalisation de la présente invention chaque étage est compris entre deux feuilles isolantes, ces feuilles étant munies d'électrodes en vis-à-vis au niveau de 30 chaque chambre d'ionisation. Selon un mode de réalisation de la présente invention chaque feuille isolante a une épaisseur comprise entre 0,1 et 0,4 mm.

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4 Selon un mode de réalisation de la présente invention les feuilles isolantes sont constituées de cartes de circuit imprimé. Selon un mode de réalisation de la présente invention 5 le matériau arrêtant les électrons est du Kapton. Selon un mode de réalisation de la présente invention chaque case de damier a une dimension de l'ordre de 0,3 à 0,7 mm. Selon un mode de réalisation de la présente invention 10 les électrodes supérieure et inférieure des chambres d'ionisa- tion sont au moins partiellement connectées matriciellement. Selon un mode de réalisation de la présente invention le dispositif comprend en outre un étage supplémentaire constitué d'une chambre d'ionisation unique. 15 Brève description des dessins Ces objets, caractéristiques et avantages, ainsi que d'autres seront exposés en détail dans la description suivante de modes de réalisation particuliers faite à titre non-limitatif en relation avec les figures jointes parmi lesquelles : 20 la figure 1, décrite précédemment, représente très schématiquement une installation d'irradiation d'un organe d'un patient ; la figure 2, décrite précédemment, est une vue de dessus schématique d'un collimateur à lames ; 25 la figure 3, décrite précédemment, est destinée à illustrer le problème posé ; la figure 4 est une vue en coupe schématique illustrant un mode de réalisation d'un détecteur de rayons X ; la figure 5 représente en vue de dessus des électrodes 30 supérieures et inférieures d'un étage de détection et un circuit de détection adapté ; et la figure 6 est une vue en coupe schématique d'une variante d'un mode de réalisation d'un détecteur de rayons X.

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Description détaillée La figure 4 est une vue en coupe schématique d'un détecteur de rayons X. Ce détecteur comprend deux étages super-posés 20 et 30. Chaque étage comprend une alternance en damier 5 de chambres d'ionisation, 21, 31, et de plots, 22, 32, d'un matériau arrêtant les électrons mais laissant passer les rayons X, par exemple un polyimide, par exemple du Kapton. Chaque chambre d'ionisation est remplie d'un gaz, éventuellement simplement de l'air à une pression adaptée. Chaque chambre d'ionisation comprend une première électrode, 24, 34, et une deuxième électrode opposée, 25, 35. Les électrodes opposées de chaque chambre d'ionisation sont connectées à des potentiels opposés. Cette structure pourra être fabriquée à partir de supports minces ou feuilles, par exemple des cartes de circuit imprimé souples ou des feuilles de Kapton. A titre d'exemple, les électrodes 34 et les plots 32 sont formés sur une première feuille 41, les électrodes 35 et 25 sont formées de part et d'autre d'une deuxième feuille de matériau isolant 42, et les électrodes 24 et les plots 22 sent formés sur une troisième feuille 43, l'ensemble étant assemblé de la façon illustrée en figure 4. De façon générale, les électrodes correspondent à des métallisations formées sur les feuilles. Le fonctionnement de ce détecteur va maintenant être décrit. On considère d'abord un photon X, X1, arrivant sur la surface supérieure du détecteur au-dessus d'une chambre ou cellule d'ionisation 21. Au niveau de la feuille 43 ou de l'électrode 24, le photon X1 est susceptible d'interagir, et de fournir un électron rapide (de forte énergie cinétique) el qui pénètre dans la chambre d'ionisation. L'électron el est suscep- tible d'interagir avec une molécule du gaz contenu dans la chambre, par exemple une molécule d'azote pour fournir du diazote chargé N2+. Contrairement à l'électron el, ce diazote chargé aura une faible énergie cinétique et est donc susceptible B10798 - 04084-01

6 d'être attiré par l'électrode de polarité négative parmi les électrodes 24 et 25, dans cet exemple l'électrode 25. L'électron rapide el continue sa course, éventuellement après avoir été dévié, et pourra ioniser une autre molécule. A la fin de sa course, l'électron el, même s'il arrive sur une électrode, ne sera pas détecté car il fournirait une impulsion trop brève en regard des vitesses de lecture des circuits de détection courant. Ce qui précède ne constitue qu'un exemple des diverses interactions possibles. De façon connue, le photon X1, au lieu de fournir un électron rapide el pourrait fournir une paire d'un électron et d'un positron. Egalement, au lieu d'interagir avec une molécule d'azote pour fournir du diazote chargé positive-ment, l'électron el pourrait interagir avec une molécule d'oxygène pour fournir du dioxygène chargé négativement. Egalement, il se formera des particules intermédiaires. Ainsi, contrairement à ce qui a été décrit précédemment, de façon générale, l'interaction d'un électron rapide avec une molécule ne fournira pas seulement une molécule chargée mais aussi un électron de faible énergie cinétique qui pourra également être détecté. On considère maintenant un photon X, X2, arrivant également sur la surface supérieure du détecteur au-dessus d'une chambre 21. Ce photon X2 fournit un électron rapide e2 se dirigeant vers un plot 22. L'électron e2 sera arrêté par ce matériau et ne pourra pas rejoindre une chambre d'ionisation adjacente évitant ainsi toute diaphonie. Par ailleurs, on a représenté un photon X, X3, arrivant au-dessus d'un plot 22. Ce photon X va traverser le plot 22 pour atteindre l'ensemble constitué par la métallisation 25, la feuille 42 et la métallisation 35. Il existe alors une probabilité pour qu'il soit converti en un électron e3 qui sera susceptible de produire les mêmes phénomènes d'ionisation que ceux décrits précédemment.

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7 Ainsi, selon une caractéristique du détecteur décrit, quel que soit l'emplacement où un photon X arrive sur le détecteur, ce photon est susceptible d'interagir au niveau d'une chambre d'ionisation supérieure ou inférieure et, il est donc susceptible d'être détecté. Il n'y a pas de zone morte dans le dispositif décrit étant donné la disposition en alternance des chambres d'ionisation supérieures et inférieures de la structure. De plus, du point de vue de la traversée des photons X, la structure est homogène : les photons X rencontreront toujours la même quantité de matière qu'ils arrivent sur une région correspondant à un plot supérieur ou sur une région correspondant à une chambre d'ionisation supérieure étant donné que, verticalement, une chambre d'ionisation est toujours suivie d'un plot d'arrêt, et inversement. Ainsi, ce détecteur n'intro- duira aucune granularité dans le faisceau de rayons X qui le traverse. De plus, cette structure peut provoquer une très faible atténuation sur le faisceau de rayons X, atténuation qui dépendra des épaisseurs choisies pour les divers matériaux. Couramment, avec les performances actuelles de détection des chambres d'ionisation, on pourra prévoir que l'ensemble de la structure n'a une probabilité d'interaction avec les photons X du flux incident que de 1 pour mille à 1 à 2 pour cent. La résolution spatiale dans les directions x et y, dans un plan orthogonal à la direction du faisceau de rayons X, dépendra de la dimension des chambres d'ionisation. On pourra par exemple choisir des chambres ayant des dimensions latérales de l'ordre de 0,3 à 0,7 mm ou plus. Ces chambres pourront avoir une hauteur du même ordre de grandeur. De façon courante, on peut trouver des cartes de circuit imprimé ou des feuilles de Kapton pour former les feuilles supports 41, 42, 43 d'une épaisseur de l'ordre de 0,1 à 0,4 mm. De façon classique, des pistes de cuivre déposées sur ces feuilles pour constituer les électrodes et les interconnexions pourront avoir des épaisseurs de l'ordre de 10 à 50 }gym, couramment de 16 ou 35 }gym.

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8 On pourra choisir diverses interconnexions entre électrodes et divers modes de lecture. Pour chaque étage, on pourra prévoir une électrode commune d'un côté, c'est-à-dire une interconnexion des élec- trodes 25 et une interconnexion des électrodes 35, et des électrodes individuelles comme électrodes opposées 24 et 34. Néanmoins, dans une feuille contenant un grand nombre de chambres d'ionisation, par exemple 100x100, il faudrait prévoir près de 10000 câbles circulant sur ou dans les feuilles supports et autant de connecteurs correspondants. On préférera alors utiliser divers dispositifs de multiplexage pour réaliser une lecture matricielle des informations recueillies par les diverses chambres d'ionisation. La figure 5 représente une vue de dessous des métalli- sations formées sur la feuille 43 et une vue de dessus des métallisations formées sur la feuille 42. Ces métallisations sont en forme de bandes orthogonales et on pourra utiliser un adressage matriciel en prévoyant par exemple un premier multiplexeur ou décodeur 51 recevant les sorties des bandes orientées dans une première direction (la direction x), et un deuxième multiplexeur ou décodeur 52 recevant les sorties des bandes orientées dans la deuxième direction (la direction y). Les sorties des multiplexeurs sont adressées à un circuit d'analyse 54. Ceci constitue une réalisation totalement matricielle qui présente éventuellement l'inconvénient que chaque point est analysé pendant une durée courte. De nombreuses variantes sont possibles, on pourra par exemple supprimer le multiplexeur en x et prévoir autant de circuits d'analyse que de bandes dans la direction x et connecter séquentiellement à chaque circuit d'analyse le multiplexeur en y. On pourra aussi prévoir que chaque multiplexeur (ou décodeur) n'est relié qu'à la moitié des électrodes d'une ligne, c'est-à-dire prévoir deux décodeurs en x et deux décodeurs en y. La figure 6 présente une variante de réalisation du 35 détecteur décrit ci-dessus.

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9 On retrouve dans la partie inférieure de cette figure les mêmes éléments que ceux décrits précédemment en relation avec la figure 4. Il est prévu un étage supplémentaire susceptible de donner une indication d'ensemble sur l'intensité du faisceau de rayons X traversant le collimateur 5. La troisième feuille 43 porte sur sa surface supérieure une ou des électrodes 44. Une quatrième feuille 45 est maintenue par des moyens d'espacement non représentés au-dessus de la troisième feuille 43. La feuille 45 porte sur sa surface inférieure une ou des électrodes 46. Par exemple, l'électrode 46 est une électrode unique recouvrant toute la feuille 45 et l'électrode 44 est, ou bien, une électrode unique, ou bien, comme cela est représenté, constituée de bandes parallèles. L'étage supplémentaire fournit des informations globales qui peuvent être utiles pour certaines vérifications et certains réglages. Bien entendu, la présente invention est susceptible de nombreuses variantes et modifications qui apparaîtront à l'homme de l'art, notamment en ce qui concerne les divers matériaux utilisés tant pour les électrodes que pour les feuilles supports et les plots arrêtant les électrons rapides résultant de l'interaction des photons X. Chacun de ces matériaux, ainsi que la nature et la pression du gaz contenu dans les chambres d'ionisation, sera choisi pour permettre d'atteindre les objectifs visés. Les conducteurs d'électrodes seront choisis pour leur compatibilité avec les modes de dépôt courants. Le matériau des feuilles support (rigide ou souple) sera choisi pour leur permettre d'assurer leur fonction de support et, en relation avec le matériau conducteur qui y est déposé, de garantir une probabilité d'interaction souhaitée avec les photons X.

Enfin le matériau des plots séparant les chambres d'ionisation sera choisi pour assurer la fonction d'arrêt des électrons et une atténuation minimale du faisceau de photons X.

Claims (8)

1. REVENDICATIONS1. Dispositif de mesure des caractéristiques d'un faisceau de rayons X, comprenant deux étages superposés, chaque étage ayant une structure en damier, dont les premières cases correspondent à des chambres d'ionisation (21, 31) et dont les deuxièmes cases correspondent à des plots (22, 32) d'un matériau arrêtant les électrons mais pas les rayons X, les premières cases d'un étage étant en regard des deuxièmes cases de l'autre étage.
2. 2. Dispositif selon la revendication 1, dans lequel 10 chaque étage est compris entre deux feuilles isolantes (41, 42 ; 42, 43), ces feuilles étant munies d'électrodes en vis-à-vis (24, 25 ; 34, 35) au niveau de chaque chambre d'ionisation.
3. 3. Dispositif selon la revendication 2, dans lequel chaque feuille isolante a une épaisseur comprise entre 0,1 et 15 0,4 mm.
4. 4. Dispositif selon la revendication 2 ou 3, dans lequel les feuilles isolantes sont constituées de cartes de circuit imprimé.
5. 5. Dispositif selon l'une quelconque des revendica-20 tions 1 à 4, dans lequel le matériau arrêtant les électrons est du Kapton.
6. 6. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, dans lequel chaque case de damier a une dimension de l'ordre de 0,3 à 0,7 mm. 25
7. 7. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, dans lequel les électrodes supérieure et inférieure des chambres d'ionisation sont au moins partiellement connectées matriciellement.
8. 8. Dispositif selon l'une quelconque des revendica-30 tions 1 à 7, comprenant en outre un étage supplémentaire (44, 45, 46) constitué d'une chambre d'ionisation unique.