FR3121233A1 - Optical system for reading radiochromic films and method of operation thereof. - Google Patents
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Classifications
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- G01T—MEASUREMENT OF NUCLEAR OR X-RADIATION
- G01T1/00—Measuring X-radiation, gamma radiation, corpuscular radiation, or cosmic radiation
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Abstract
Système optique pour la lecture de films radiochromiques et procédé de fonctionnement afférent. L’invention concerne un système optique (1) pour la lecture d’un film radiochromique, comprenant : - une source lumineuse (2) comprenant au moins une diode électroluminescente (LED) agencée pour éclairer le film radiochromique, la longueur d’onde d’émission de la diode LED étant adaptée pour correspondre à celle du pic d’absorption maximal du film radiochromique, - une lentille bi-télécentrique (3) agencée pour recevoir le faisceau optique émis par la(les) diode(s) (LED) et ayant traversé le film radiochromique, - un imageur (4) couplé optiquement à la lentille bi-télécentrique. Figure pour l’abrégé : Fig. 1Optical system for reading radiochromic films and method of operation thereof. The invention relates to an optical system (1) for reading a radiochromic film, comprising: - a light source (2) comprising at least one light-emitting diode (LED) arranged to illuminate the radiochromic film, the wavelength d the emission of the LED diode being adapted to correspond to that of the maximum absorption peak of the radiochromic film, - a bi-telecentric lens (3) arranged to receive the optical beam emitted by the diode(s) (LED) and having passed through the radiochromic film, - an imager (4) optically coupled to the bi-telecentric lens. Figure for abstract: Fig. 1
Description
La présente invention concerne le domaine général de la métrologie des radiations ionisantes.The present invention relates to the general field of metrology of ionizing radiation.
Elle a trait plus particulièrement à la lecture des films radiochromiques. Un film radiochromique est un dosimètre à 2 dimensions considéré comme détecteur idéal avec des propriétés lui permettant d’être utilisé pour tout type d'application impliquant des rayonnements ionisants. En pratique, un film radiochromique est composé de monomères qui, sous l’action des rayonnements ionisants, vont polymériser et créer un noircissement du film, directement corrélé à la quantité de rayonnement auquel il a été soumis.It relates more particularly to the reading of radiochromic films. A radiochromic film is a 2-dimensional dosimeter considered as an ideal detector with properties allowing it to be used for any type of application involving ionizing radiation. In practice, a radiochromic film is composed of monomers which, under the action of ionizing radiation, will polymerize and create a darkening of the film, directly correlated to the amount of radiation to which it has been subjected.
Les rayonnements ionisants sont aujourd'hui largement utilisés dans de nombreuses applications, comme par exemple dans le domaine médical.Ionizing radiation is now widely used in many applications, such as in the medical field for example.
La surveillance de la dose de rayonnement délivrée aux patients au cours de ces procédures médicales est d'une grande importance. Plus particulièrement, la délivrance de la dose lors d'un traitement de radiothérapie externe doit être préalablement contrôlée de manière personnalisée.Monitoring the radiation dose delivered to patients during these medical procedures is of great importance. More particularly, the delivery of the dose during an external radiotherapy treatment must be controlled beforehand in a personalized manner.
Cette vérification est particulièrement critique dans les techniques de radiothérapie utilisant des champs d’irradiation de petite taille et des niveaux de dose élevés.This verification is particularly critical in radiotherapy techniques using small radiation fields and high dose levels.
Pour ce faire, une mesure à l'aide d’une matrice de détecteurs dans un fantôme simulant le patient est systématiquement réalisée et comparée au calcul prévisionnel réalisé en amont dans le cadre d’un plan de traitement proposé par le personnel médical.To do this, a measurement using a matrix of detectors in a phantom simulating the patient is systematically carried out and compared with the provisional calculation carried out upstream as part of a treatment plan proposed by the medical staff.
Une autre approche consiste à obtenir directement la cartographie bidimensionnelle de la distribution de dose à partir de l'irradiation d'un film radiochromique.Another approach consists in directly obtaining the two-dimensional map of the dose distribution from the irradiation of a radiochromic film.
Actuellement, les films radiochromiques les plus couramment utilisés sont de la marque GAFchromic™, et en particulier les modèles EBT3 et EBT-XD. L'utilisation de ce dosimètre est néanmoins sous exploitée aujourd'hui. La quantification du changement d'absorption avec la dose doit être fiable et précis, ce qui est problématique en utilisant des scanners commerciaux en tant que densitomètres d’images en 2D.Currently, the most commonly used radiochromic films are of the GAFchromic™ brand, and in particular the EBT3 and EBT-XD models. The use of this dosimeter is nevertheless under-exploited today. Quantification of absorbance change with dose must be reliable and accurate, which is problematic when using commercial scanners as 2D image densitometers.
Les films radiochromiques sont actuellement lus avec des scanners photographiques commerciaux tels que ceux commercialisés sous les dénominations Epson® 10000XL, 11000XL,12000XL, V700, V750Pro ou V800.Radiochromic films are currently read with commercial photographic scanners such as those marketed under the names Epson® 10000XL, 11000XL, 12000XL, V700, V750Pro or V800.
Un grand nombre de publications scientifiques a mis en évidence les difficultés d'utilisation, les artefacts de lecture et l'insuffisance du scanner photographique à plat pour obtenir une dosimétrie fiable et assurer la traçabilité métrologique requise pour tous les autres détecteurs dosimétriques : [1], [2], [3], [4], [5], [6].A large number of scientific publications have highlighted the difficulties of use, reading artifacts and the inadequacy of the flatbed photographic scanner to obtain reliable dosimetry and ensure the metrological traceability required for all other dosimetric detectors: [1] , [2], [3], [4], [5], [6].
Ces scanners ont été initialement développés pour des applications photographiques et ne sont pas bien adaptés à des applications scientifiques.These scanners were originally developed for photographic applications and are not well suited for scientific applications.
Les logiciels associés sont en quelque sorte des boîtes noires qui masquent souvent des informations utiles concernant le traitement numérique appliqué aux images pour un meilleur rendu visuel.The associated software is a kind of black box that often hides useful information about the digital processing applied to the images for better visual rendering.
De plus, ces systèmes optiques comprenant chacun un scanner photographique et son logiciel associé, ne sont pas des instruments de mesure et ne sont pas donc pas adaptés pour des applications scientifiques.Moreover, these optical systems, each comprising a photographic scanner and its associated software, are not measuring instruments and are therefore not suitable for scientific applications.
On peut classer essentiellement en trois catégories les systèmes optiques existants pour lire les films radiochromiques :The existing optical systems for reading radiochromic films can essentially be classified into three categories:
- les systèmes de microdensitomètre à rayons X avec caméra CCD (acronyme anglo-saxon pour «Charge- Coupled Device»), comme décrit dans le brevet US5623139;X-ray microdensitometer systems with CCD camera (acronym Anglo-Saxon for “ Charge - Coupled Device ”), as described in patent US5623139;
- les scanners à plat ;flatbed scanners;
- les systèmes de densitométrie laser (LDS acronyme anglo-saxon pour «Laser Densitometry System»).laser densitometry systems (LDS acronym for “ Laser Densitometry System ”).
Le brevet US9128053B2 et la publication afférente [6] décrivent un tel système LDS qui consiste en l'utilisation d'un laser couplé à une photodiode pour effectuer un balayage point par point du film radiochromique.Patent US9128053B2 and the related publication [6] describe such an LDS system which consists of the use of a laser coupled to a photodiode to perform point-by-point scanning of the radiochromic film.
Les inventeurs ont fait l’inventaire des caractéristiques principales affichées et leurs inconvénients, synthétisés dans le tableau 1 suivant.The inventors have made an inventory of the main characteristics displayed and their drawbacks, summarized in the following table 1.
[Tableau 1] :
Sensibilité du capteur dépend de l'incidence de l’angle de la lumière entrante
Processus de recalibrage interne incontrôlé
Haute résolution artificielle par traitement du logiciel du chevauchement des pixels et la plupart des scanners ont des pixels rectangulaires. Le logiciel essaie de compenser cela mais la précision est perdue.
Seule une partie des pixels est utilisée en pratique lors de l'extraction des données du canal de couleur rouge
Saturation du capteur
la lecture d'absorption au niveau du capteur photo.
Ce temps d'intégration est nécessaire pour saturer chaque pixel. Ce temps limite la résolution de l'image réalisable avec ce système. La taille du point laser et les taches sont un problème.
Le densitomètre est placé dans une enceinte thermique.
Sensitivity of the sensor depends on the incidence angle of the incoming light
Uncontrolled internal recalibration process
Artificial high resolution by software processing of pixel overlap and most scanners have rectangular pixels. The software tries to compensate for this but accuracy is lost.
Only a part of the pixels are used in practice when extracting data from the red color channel
Sensor saturation
the absorption reading at the level of the photo sensor.
This integration time is necessary to saturate each pixel. This time limits the image resolution achievable with this system. Laser dot size and smudges are an issue.
The densitometer is placed in a thermal enclosure.
Si l’on s’intéresse spécifiquement aux systèmes de densitométrie laser, le temps nécessaire élevé pour acquérir une image (2 min pour un film 5x5cm² et une résolution de 72dpi), rend difficile la transposition en milieu hospitalier pour un usage clinique de routine. L'utilisation d'un laser fait apparaître des problèmes de moucheture, de forme et de chevauchement de la tâche.If we are specifically interested in laser densitometry systems, the high time required to acquire an image (2 min for a 5x5cm² film and a resolution of 72dpi) makes it difficult to transpose it to a hospital environment for routine clinical use. The use of a laser brings up issues of speckle, shape and overlapping of the spot.
Le balayage permet d’augmenter la zone d’acquisition mais entraîne un chevauchement et des problèmes de mosaïque. Le balayage lors de la numérisation peut aussi générer des distorsions géométriques. Les lasers sont plus chers et les intensités d'éclairage sont plus difficiles à contrôler. Il est difficile d’assurer un éclairage uniforme du film lors du balayage de la zone.Scanning increases the acquisition area but causes overlapping and mosaic problems. Scanning during digitization can also generate geometric distortions. Lasers are more expensive and light intensities are more difficult to control. It is difficult to ensure uniform illumination of the film when scanning the area.
Il existe donc un besoin pour améliorer les systèmes optiques de lecture de films radiochromiques, notamment afin de pallier les inconvénients des microdensitomètres à rayons X avec caméra CCD, des scanners optiques à plats et des densitomètres laser existants.There is therefore a need to improve optical systems for reading radiochromic films, in particular in order to overcome the drawbacks of X-ray microdensitometers with CCD camera, flat optical scanners and existing laser densitometers.
Le but général de l'invention est alors de répondre au moins en partie à ce besoin.The general object of the invention is then to meet this need at least in part.
Pour ce faire, l’invention a tout d’abord pour objet un système optique pour la lecture d’un film radiochromique, comprenant :To do this, the invention firstly relates to an optical system for reading a radiochromic film, comprising:
- une source lumineuse comprenant au moins une diode électroluminescente (LED) agencée pour éclairer le film radiochromique, la longueur d’onde d’émission de chaque diode LED étant adaptée pour correspondre à celle du(des) pic(s) d’absorption(s) principal (ux) de sensibilité du film radiochromique,- a light source comprising at least one light-emitting diode (LED) arranged to illuminate the radiochromic film, the emission wavelength of each LED diode being adapted to correspond to that of the absorption peak(s) ( s) principal(ux) of sensitivity of the radiochromic film,
- une lentille bi-télécentrique agencée pour recevoir le faisceau optique émis par la(les) diode(s) (LED) et ayant traversé le film radiochromique,- a bi-telecentric lens arranged to receive the optical beam emitted by the diode(s) (LED) and having passed through the radiochromic film,
- un imageur couplé optiquement à la lentille bi-télécentrique.- an imager optically coupled to the bi-telecentric lens.
Par « imageur », on entend ici et dans le cadre de l’invention, le sens technologique usuel, à savoir tout dispositif à au moins un capteur photographique qui convertit un rayonnement électromagnétique d’au moins une LED en un signal électrique analogique. Ce signal est ensuite amplifié, puis numérisé par un convertisseur analogique-numérique et enfin traité pour obtenir une image numérique. Un imageur selon l’invention peut être au moins un capteur photographique mettant en œuvre n’importe quelle technologie. Il peut s’agir d’un capteur CCD (acronyme anglais pour « Charge-Coupled Device ») ou un capteur CMOS (acronyme anglais pour « Complementary Metal–Oxide–Semiconductor »).By "imager" is meant here and in the context of the invention, the usual technological meaning, namely any device with at least one photographic sensor which converts electromagnetic radiation from at least one LED into an analog electrical signal. This signal is then amplified, then digitized by an analog-digital converter and finally processed to obtain a digital image. An imager according to the invention can be at least one photographic sensor implementing any technology. It can be a CCD sensor (English acronym for “Charge-Coupled Device”) or a CMOS sensor (English acronym for “Complementary Metal-Oxide-Semiconductor”).
Avantageusement, l’imageur est un imageur sCMOS (acronyme anglais pour « scientific Complementary Metal–Oxide–Semiconductor »).Advantageously, the imager is an sCMOS (acronym for “scientific Complementary Metal–Oxide–Semiconductor”) imager.
De préférence, la source lumineuse comprend au moins une matrice de diodes LED. La source lumineuse peut avoir une grande homogénéité et une intensité élevée, typiquement jusqu'à 35500 mcd par matrice de LED. En outre, une ou des, notamment trois, plaques de verre diffusant est(sont) agencée(s) au-dessus des LED pour éliminer les points chauds des lumières émises par les LEDS individuellement. Les plaques en verre diffusant homogénéisent les lumières en un seul profil d’émission.Preferably, the light source comprises at least one matrix of LED diodes. The light source can have high homogeneity and high intensity, typically up to 35500 mcd per LED array. In addition, one or more, in particular three, diffusing glass plates is (are) arranged above the LEDs to eliminate the hot spots of the lights emitted by the individual LEDs. The diffusing glass plates homogenize the lights into a single emission profile.
De préférence encore, chaque diode LED dispose d’une longueur d’émission dans le rouge, fournissant une lumière quasi-monochromatique qui garantit avec la lentille bi-télécentrique l'absence de distorsions géométriques et chromatiques. En particulier, le traitement de surface de la lentille bi-télécentrique permet d’éviter les aberrations chromatiques, i.e. la focalisation à des distances différentes selon la longueur d’onde.Preferably again, each LED diode has an emission length in the red, providing a quasi-monochromatic light which guarantees with the bi-telecentric lens the absence of geometric and chromatic distortions. In particular, the surface treatment of the bi-telecentric lens avoids chromatic aberrations, i.e. focusing at different distances depending on the wavelength.
Le système comprenant au moins un contrôleur de courant adapté pour chaque rangée de la matrice de LED et d’une alimentation en tension suffisante pour rendre les courants constants pour toute la matrice de LED. Ainsi la lumière de sortie est constante pour toutes les matrices LED de la source lumineuse. Avantageusement, les LEDs peuvent être montées en parallèle avec pour chaque rangée, un contrôleur de courant qui permet d’absorber les variations de tension telles qu’en sortie, l’intensité est constante pour chaque rangée, et donc pour chaque LED de cette rangée. En outre, le fait de mettre un contrôleur par rangée permet d’avoir une intensité de toutes les LED plus uniforme.The system comprising at least one suitable current controller for each row of the LED array and a sufficient voltage supply to make the currents constant for the entire LED array. Thus the output light is constant for all the LED matrices of the light source. Advantageously, the LEDs can be mounted in parallel with, for each row, a current controller which makes it possible to absorb voltage variations such that at the output, the intensity is constant for each row, and therefore for each LED of this row. . In addition, putting one controller per row makes it possible to have a more uniform intensity of all the LEDs.
Selon un mode de réalisation avantageux, l’imageur est une caméra monochrome comprenant des capteurs sCMOS.According to an advantageous embodiment, the imager is a monochrome camera comprising sCMOS sensors.
Selon ce mode, et une variante de réalisation avantageuse, une microlentille est agencée devant chaque pixel d’un capteur sCMOS de la caméra. Avec des microlentilles, on minimise les effets de diaphonie optique.According to this mode, and an advantageous embodiment variant, a microlens is arranged in front of each pixel of an sCMOS sensor of the camera. With microlenses, the effects of optical crosstalk are minimized.
Selon une configuration avantageuse, le système optique comprend:According to an advantageous configuration, the optical system comprises:
- un support transparent à la longueur d’onde de la(des) diodes (LED), le support étant adapté pour supporter le film radiochromique et agencé pour laisser passer le faisceau optique émis par la(les) diode(s) (LED),- a support transparent to the wavelength of the diode(s) (LED), the support being adapted to support the radiochromic film and arranged to allow the optical beam emitted by the diode(s) (LED) to pass ,
- une plaque de compression d’indice optique proche de celui du film radiochromique, la plaque étant montée pour être appliquée contre le support de sorte à aplatir le film radiochromique.- a compression plate with an optical index close to that of the radiochromic film, the plate being mounted to be applied against the support so as to flatten the radiochromic film.
La plaque de compression, notamment en verre anti-Newton permet de garantir la planéité du film radiochromique lors de l'image. Par « verre anti-Newton », on entend ici et dans le cadre de l’invention un verre dépoli dont la surface n’est pas parfaitement lisse de sorte à laisser une présence d’air entre la plaque de compression et le film radiochromique, empêchant la formation de franges d’interférences dites anneaux de Newton.The compression plate, in particular made of anti-Newton glass, makes it possible to guarantee the flatness of the radiochromic film during the image. By "anti-Newton glass" is meant here and in the context of the invention a frosted glass whose surface is not perfectly smooth so as to leave a presence of air between the compression plate and the radiochromic film, preventing the formation of interference fringes called Newton's rings.
Selon un autre mode de réalisation avantageux, le système comprend une enceinte étanche à la lumière extérieure dans laquelle sont logés au moins la source lumineuse, la lentille bi-télécentrique, et le cas échéant le support avec la plaque de compression.According to another advantageous embodiment, the system comprises an enclosure impervious to external light in which are housed at least the light source, the bi-telecentric lens, and where appropriate the support with the compression plate.
De préférence, les parois de l’enceinte sont en matériau isolant thermiquement.Preferably, the walls of the enclosure are made of thermally insulating material.
Le système comprend un dispositif de régulation thermique pour réguler la température de la source lumineuse.The system includes a thermal control device for controlling the temperature of the light source.
Le dispositif de régulation thermique est avantageusement un échangeur de chaleur relié à un thermostat à circulation. Un tel dispositif permet d’obtenir une stabilité chromatique et thermique de la source lumineuse.The thermal regulation device is advantageously a heat exchanger connected to a circulation thermostat. Such a device makes it possible to obtain chromatic and thermal stability of the light source.
L’invention a également un procédé de fonctionnement du système optique tel que décrit précédemment, selon lequel le pilotage de la(des) diode(s) LED est indépendant de celui de la caméra.The invention also has a method of operating the optical system as described previously, according to which the piloting of the LED diode(s) is independent of that of the camera.
Selon un mode de réalisation avantageux, le procédé comprend les étapes suivantes :According to an advantageous embodiment, the method comprises the following steps:
- pilotage de la(des) diode(s) LED en mode pulsé,- control of the LED diode(s) in pulsed mode,
- acquisition d’images par la caméra pendant l’éclairage du film radiochromique par la(les) diode(s) LED.- acquisition of images by the camera while the radiochromic film is illuminated by the LED diode(s).
Le film est numérisé avec un temps de pose de quelques ms et une moyenne peut être obtenue en acquérant plusieurs images à une fréquence d'images élevée.The film is digitized with an exposure time of a few ms and an average can be obtained by acquiring several images at a high frame rate.
En pratique, le temps d’exposition est géré par l'utilisateur pour ne pas saturer le capteur sCMOS, pour pouvoir mesurer des densités optiques. En effet, une saturation du capteur ne permet pas de connaître la quantité de lumière incidente.In practice, the exposure time is managed by the user so as not to saturate the sCMOS sensor, in order to be able to measure optical densities. Indeed, a saturation of the sensor does not make it possible to know the quantity of incident light.
L'obturateur global du capteur sCMOS a besoin d'un contrôle externe de la lumière. Dans le cadre de l’invention, on peut envisager principalement deux modes d’obturation du capteur sCMOS :The global shutter of the sCMOS sensor needs external light control. In the context of the invention, two main modes of shuttering of the sCMOS sensor can be envisaged:
- le premier consiste à réaliser une lecture en ligne mais en faisant en sorte que chaque ligne n’a pas la même quantité de lumière reçue,the first consists in carrying out a line reading but by ensuring that each line does not have the same quantity of light received,
- le deuxième consiste en ce que l’intégralité de la surface du capteur soit exposée et lue simultanément. Ce deuxième mode nécessite un éclairage de type flash et une protection contre la lumière externe. Si le flash domine l’exposition et que la lumière externe est supprimée, chaque pixel reçoit la même quantité de lumière. La lecture par ligne ainsi que les différents temps d’exposition des lignes n’ont plus aucune importance, puisque la lumière externe ne pénètre plus.the second is that the entire sensor surface is exposed and read simultaneously. This second mode requires flash type lighting and protection against external light. If the flash dominates the exposure and the external light is suppressed, each pixel receives the same amount of light. The reading per line as well as the different exposure times of the lines no longer have any importance, since the external light no longer penetrates.
Les inventeurs pensent que ce deuxième mode de synchronisation de la source lumineuse avec le capteur sCMOS en flash est préférable, avec en outre les avantages suivants :The inventors believe that this second mode of synchronizing the light source with the flash sCMOS sensor is preferable, with the following additional advantages:
- le fait de générer des pulses de lumière permet de dissiper moins de chaleur que dans le cas d’une émission de lumière continue. Le refroidissement est donc plus aisé à réaliser,the fact of generating pulses of light makes it possible to dissipate less heat than in the case of a continuous emission of light. Cooling is therefore easier to achieve,
- la durée de vie de la source de lumière est augmentée car elle ne fonctionne que quelques ms par image.the lifetime of the light source is increased because it operates only a few ms per frame.
Selon une variante de réalisation avantageuse, l’étape d’acquisition comprend l’acquisition d'images de correction appelées décalées, plates et foncées (respectivement « offset », « flat » et « dark » en anglais).According to an advantageous variant embodiment, the acquisition step comprises the acquisition of correction images called offset, flat and dark (respectively “offset”, “flat” and “dark”).
Selon une autre variante de réalisation avantageuse, le procédé comprend une étape de prétraitement par l’acquisition d’images de correction afin d’obtenir des images de référence dites images maîtres du film avant irradiation et après irradiation.According to another advantageous embodiment variant, the method comprises a pre-processing step by acquiring correction images in order to obtain reference images called master images of the film before irradiation and after irradiation.
De préférence, le procédé comprend un traitement des images maîtres du film comprenant les étapes suivantes :Preferably, the method comprises a processing of the master images of the film comprising the following steps:
- conversion en densité optique des valeurs de pixel des images maîtres du film avant irradiation et après irradiation,- conversion into optical density of the pixel values of the master images of the film before irradiation and after irradiation,
- correction de la densité optique des images maîtres du film avant irradiation et après irradiation au moyen de filtres neutres étalonnés de sorte à obtenir les images du film étalonnées en densité optique, avant irradiation et après irradiation,- correction of the optical density of the master images of the film before irradiation and after irradiation by means of calibrated neutral filters so as to obtain the images of the film calibrated in optical density, before irradiation and after irradiation,
- recalage en sub-pixel des images maîtres du film avant irradiation et après irradiation,- sub-pixel registration of the master images of the film before irradiation and after irradiation,
- soustraction des deux images du film, étalonnées en densité optique avant et après irradiation en prenant en compte l’image du film avant irradiation comme bruit de fond,- subtraction of the two images of the film, calibrated in optical density before and after irradiation, taking into account the image of the film before irradiation as background noise,
- application d’une courbe d'étalonnage aux images établie à partir de films, irradiés à des doses connues traçables à des références primaires établies, de sorte à obtenir la dosimétrie du film.- application of a calibration curve to images established from films, irradiated at known doses traceable to established primary references, so as to obtain the dosimetry of the film.
Tout organisme disposant des moyens d’irradiation appropriés et de matériel de mesure dosimétrique étalonné peut réaliser une telle courbe d’étalonnage des films radiochromiques.Any organization with appropriate irradiation means and calibrated dosimetric measurement equipment can produce such a calibration curve for radiochromic films.
C’est la réalisation d’une courbe d’étalonnage de la densité optique en fonction de la dose absorbée dans un fantôme, généralement en eau ou équivalent dans des conditions dans lesquelles la dose peut être traçable métrologiquement, et son application aux mesures ultérieures réalisées avec des films du même lot de fabrication, qui permet d’obtenir une information dosimétrique des films.It is the realization of a calibration curve of the optical density according to the dose absorbed in a phantom, generally in water or equivalent under conditions in which the dose can be traced metrologically, and its application to the subsequent measurements carried out with films from the same manufacturing batch, which makes it possible to obtain dosimetric information from the films.
Ainsi, l’invention consiste essentiellement en un système optique comprenant une source LED uniforme, un imageur, avantageusement un imageur sCMOS, de préférence monochrome, couplé à une lentille optique bi-télécentrique.Thus, the invention essentially consists of an optical system comprising a uniform LED source, an imager, advantageously an sCMOS imager, preferably monochrome, coupled to a bi-telecentric optical lens.
L’utilisation d’une lentille bi-télécentrique permet de rendre l’imageur insensible à la polarisation du film.The use of a bi-telecentric lens makes the imager insensitive to film polarization.
Le procédé de fonctionnement du système permet la détermination de la dose après l'irradiation du film en mesurant la densité optique à deux dimensions sur le film.The method of operation of the system allows the determination of the dose after irradiation of the film by measuring the two-dimensional optical density on the film.
L'utilisation de filtres neutres étalonnés permet de rétablir la traçabilité métrologique en densité optique par rapport à des scanners à plat selon l’état de l’art. Autrement dit, l’invention permet des mesures fiables de densité optique de films radiochromiques.The use of calibrated neutral filters makes it possible to restore metrological traceability in optical density compared to flatbed scanners according to the state of the art. In other words, the invention allows reliable measurements of the optical density of radiochromic films.
Par construction, les scanners optiques à plats selon l’état de l’art ne permettent pas des mesures fiables des densités optiques pour diverses raisons parmi lesquelles l'utilisation de la lumière blanche incidente, l'inhomogénéité de la source lumineuse, la saturation du capteur et le recalibrage interne.By construction, flatbed optical scanners according to the state of the art do not allow reliable measurements of optical densities for various reasons, including the use of incident white light, the inhomogeneity of the light source, the saturation of the sensor and internal recalibration.
En utilisant les mesures de doses traçables à des références primaires établies par un organisme, ainsi que les filtres neutres étalonnés, le système selon l’invention est un instrument entièrement traçable métrologiquement dont les performances peuvent être quantifiées en termes d’incertitudes. Ses performances dépassent largement celles des scanners optiques à plat selon l’état de l’art.By using dose measurements traceable to primary references established by an organization, as well as calibrated neutral filters, the system according to the invention is a fully metrologically traceable instrument whose performance can be quantified in terms of uncertainties. Its performance greatly exceeds that of state-of-the-art optical flatbed scanners.
Les avantages de l’invention sont nombreux parmi lesquels on peut citer :The advantages of the invention are numerous, among which we can cite:
- un instrument scientifique dédié, dimensionné pour la lecture de films radiochromiques, afin de disposer in fine d'une information dosimétrique fiable, tout en obtenant la double traçabilité métrologique de la densité optique et de la dose de rayonnement,a dedicated scientific instrument, sized for reading radiochromic films, in order to ultimately have reliable dosimetric information, while obtaining double metrological traceability of the optical density and the radiation dose,
- la mise en œuvre des composants optiques du système, dont on peut contrôler précisément et indépendamment les caractéristiques permet d’éviter les artefacts de lecture connus avec les scanners à plat existants, avec des performances métrologiques rigoureusement qualifiées,the implementation of the optical components of the system, whose characteristics can be controlled precisely and independently, makes it possible to avoid reading artifacts known with existing flatbed scanners, with rigorously qualified metrological performance,
- le système est suffisamment grand pour reproduire toute la taille d'un film de 6x6 cm², voire de dimensions supérieures si le support est déplaçable sur deux axes, l'imageur sCMOS ayant une résolution soigneusement adaptée à l'objectif pour fournir une taille de pixel idéale sur le film pour capturer les détails fins dans le motif exposé,the system is large enough to reproduce the full size of a 6x6 cm² film, or even greater dimensions if the support is movable on two axes, the sCMOS imager having a resolution carefully matched to the objective to provide a pixel size ideal on film for capturing fine detail in the exposed pattern,
- un instrument très stable grâce à l’ajout de contrôleurs de courant et reproductible par l’étalonnage périodique du système en densité optique,a very stable instrument thanks to the addition of current controllers and reproducible by the periodic calibration of the system in optical density,
- le contrôle indépendant de chaque composant optique du système permet une plus grande flexibilité pour l'acquisition (séquences d'images, contrôle du temps d'exposition) et le traitement des images,the independent control of each optical component of the system allows greater flexibility for the acquisition (image sequences, exposure time control) and image processing,
- une véritable quantification des incertitudes sur le résultat est réalisable, ce qui fait actuellement défaut avec les systèmes de scanners à plat selon l’état de l’art.a real quantification of the uncertainties on the result is achievable, which is currently lacking with flatbed scanner systems according to the state of the art.
L’invention peut être envisagée pour toutes applications et domaines industriels mettant en œuvre des mesures de dose 2D dans les applications médicales des rayonnements ionisants, ainsi que pour l'estimation de la dose aux patients pour la caractérisation du champ de rayonnement.The invention can be considered for all applications and industrial fields implementing 2D dose measurements in medical applications of ionizing radiation, as well as for the estimation of the dose to patients for the characterization of the radiation field.
L’invention peut même être mise en œuvre pour reconstruire une dose en 3D, en empilant plusieurs films radiochromiques en alternance avec des tranches de façon à reconstituer un fantôme, la reconstruction ayant lieu par interpolation entre les tranches.The invention can even be implemented to reconstruct a dose in 3D, by stacking several radiochromic films alternately with slices so as to reconstitute a phantom, the reconstruction taking place by interpolation between the slices.
Par exemple, un accélérateur linéaire, des générateurs de rayons X ou des sources isotopiques peuvent générer ces champs de rayonnement non exclusivement.For example, a linear accelerator, X-ray generators or isotopic sources can generate these radiation fields not exclusively.
Une application particulièrement intéressante de l’invention est pour les physiciens médicaux des services de radiothérapie ou de radiologie et pour tout producteur d'appareils et d'instruments du domaine médical.A particularly interesting application of the invention is for medical physicists in radiotherapy or radiology departments and for any producer of apparatus and instruments in the medical field.
D'autres avantages et caractéristiques ressortiront mieux à la lecture de la description détaillée, faite à titre illustratif et non limitatif, en référence aux figures suivantes.Other advantages and characteristics will emerge better on reading the detailed description, given by way of illustration and not limitation, with reference to the following figures.
Claims (16)
- une source lumineuse (2) comprenant au moins une diode électroluminescente (LED) agencée pour éclairer le film radiochromique, la longueur d’onde d’émission de chaque diode LED étant adaptée pour correspondre à celle du(des) pic(s) d’absorption(s) principal(ux) de sensibilité du film radiochromique,
- une lentille bi-télécentrique (3) agencée pour recevoir le faisceau optique émis par la(les) diode(s) (LED) et ayant traversé le film radiochromique,
- un imageur (4) couplé optiquement à la lentille bi-télécentrique.
- a light source (2) comprising at least one light-emitting diode (LED) arranged to illuminate the radiochromic film, the emission wavelength of each LED diode being adapted to correspond to that of the peak(s) of main sensitivity absorption(s) of the radiochromic film,
- a bi-telecentric lens (3) arranged to receive the optical beam emitted by the diode(s) (LED) and having passed through the radiochromic film,
- an imager (4) optically coupled to the bi-telecentric lens.
- un support (20) transparent à la longueur d’onde de la(des) diodes (LED), le support étant adapté pour supporter le film radiochromique et agencé pour laisser passer le faisceau optique émis par la(les) diode(s) (LED),
- une plaque de compression (21), d’indice optique proche de celui du film radiochromique, la plaque de compression étant montée pour être appliquée contre le support de sorte à aplatir le film radiochromique. Optical system (1) according to one of the preceding claims, comprising:
- a support (20) transparent to the wavelength of the diode(s) (LED), the support being adapted to support the radiochromic film and arranged to allow the optical beam emitted by the diode(s) to pass (LED),
- a compression plate (21), with an optical index close to that of the radiochromic film, the compression plate being mounted to be applied against the support so as to flatten the radiochromic film.
- pilotage de la(des) diode(s) LED en mode pulsé,
- acquisition d’images par l’imageur pendant l’éclairage du film radiochromique par la(les) diode(s) LED.
- control of the LED diode(s) in pulsed mode,
- acquisition of images by the imager during the illumination of the radiochromic film by the LED diode(s).
- conversion en densité optique des valeurs de pixel des images maîtres du film avant irradiation et après irradiation,
- correction de la densité optique d’images maîtres du film avant irradiation et après irradiation au moyen de filtres neutres étalonnés, de sorte à obtenir les images du film étalonnées en densité optique, avant irradiation et après irradiation,
- recalage en sub-pixel des images maîtres du film avant irradiation et après irradiation,
- soustraction des deux images du film étalonnées en densité optique avant et après irradiation en prenant en compte l’acquisition avant irradiation comme bruit de fond,
- application d’une courbe d'étalonnage aux images établie à partir de films, irradiés à des doses connues traçables à des références primaires établies, de sorte à obtenir la dosimétrie du film.
- conversion into optical density of the pixel values of the master images of the film before irradiation and after irradiation,
- correction of the optical density of master images of the film before irradiation and after irradiation by means of calibrated neutral filters, so as to obtain the images of the film calibrated in optical density, before irradiation and after irradiation,
- sub-pixel registration of the master images of the film before irradiation and after irradiation,
- subtraction of the two images of the film calibrated in optical density before and after irradiation taking into account the acquisition before irradiation as background noise,
- application of a calibration curve to the images established from films, irradiated at known doses traceable to established primary references, so as to obtain the dosimetry of the film.
Priority Applications (2)
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PCT/EP2022/057892 WO2022200554A1 (en) | 2021-03-25 | 2022-03-25 | Optical system for reading radiochromic films and corresponding method of operation |
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FR2103041A FR3121233B1 (en) | 2021-03-25 | 2021-03-25 | Optical system for reading radiochromic films and method of operation thereof. |
FR2103041 | 2021-03-25 |
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2021
- 2021-03-25 FR FR2103041A patent/FR3121233B1/en active Active
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2022
- 2022-03-25 WO PCT/EP2022/057892 patent/WO2022200554A1/en active Application Filing
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