WO2008059164A1 - Device comprising means for detecting ionizing radiation and optical visualization means - Google Patents

Device comprising means for detecting ionizing radiation and optical visualization means Download PDF

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WO2008059164A1
WO2008059164A1 PCT/FR2007/052328 FR2007052328W WO2008059164A1 WO 2008059164 A1 WO2008059164 A1 WO 2008059164A1 FR 2007052328 W FR2007052328 W FR 2007052328W WO 2008059164 A1 WO2008059164 A1 WO 2008059164A1
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crystal
probe
less
optical fiber
scintillator
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Application number
PCT/FR2007/052328
Other languages
French (fr)
Inventor
Benoît HAUTEFEUILLE
Olivier Tillement
Claire Billotey
Christophe Dujardin
Marc Janier
Frédéric PRAT
Nicolas Mathieu
Olivier Brosset
Philippe Anfre
Original Assignee
Universite Claude Bernard Lyon I
Axess Vision Technology
Hospices Civils De Lyon
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Filing date
Publication date
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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01TMEASUREMENT OF NUCLEAR OR X-RADIATION
    • G01T1/00Measuring X-radiation, gamma radiation, corpuscular radiation, or cosmic radiation
    • G01T1/16Measuring radiation intensity
    • G01T1/161Applications in the field of nuclear medicine, e.g. in vivo counting
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61BDIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B6/00Apparatus for radiation diagnosis, e.g. combined with radiation therapy equipment
    • A61B6/42Apparatus for radiation diagnosis, e.g. combined with radiation therapy equipment with arrangements for detecting radiation specially adapted for radiation diagnosis
    • A61B6/4208Apparatus for radiation diagnosis, e.g. combined with radiation therapy equipment with arrangements for detecting radiation specially adapted for radiation diagnosis characterised by using a particular type of detector
    • A61B6/4258Apparatus for radiation diagnosis, e.g. combined with radiation therapy equipment with arrangements for detecting radiation specially adapted for radiation diagnosis characterised by using a particular type of detector for detecting non x-ray radiation, e.g. gamma radiation

Definitions

  • the present invention relates to the technical field of endovascular devices. More specifically, the present invention relates to a device coupling a probe that allows the detection of gamma radiation emitted by certain areas of the cavity and optical means for viewing the cavity.
  • the detection of cancer by injection of radioactive pharmaceutical products that are preferentially localized in tumors is a largely trivialized technique.
  • the localization and the shape of the tumor can thus be imaged by external gamma camera, with single-photon emission computed tomography (SPECT) and more and more of the PET ("positron emission tomography") type, for example by administering radioisotopes of the type: 131 I, 198 Au, 99 Tc or 18 F to patients.
  • SPECT single-photon emission computed tomography
  • PET positron emission tomography
  • the sensitivity of existing imaging systems is not always satisfactory.
  • the allowable doses and the labeling specificities of the radiopharmaceuticals used are limiting parameters, so that it is difficult in practice to achieve resolutions of less than a few millimeters.
  • the detection of the smallest possible tumors is essential because an early detection of these allows the soonest to take the necessary treatment measures and thereby improves the prognosis of patients.
  • screening diagnoses are often made by endoscopy, usually by simple optical observation. These methods of identification often remain insufficient in the case, for example, of superficial tumors or of an early extension of tumors to lymph nodes.
  • US Patent 4,595,014 proposes to add to a probe for detecting radioactivity, insertable into the human body, a device for identifying ionizing radiation entering in a preferred direction within the scintillator crystal.
  • a collimator element of very high density such as tungsten
  • the collimator to allow sufficient masking of certain gamma rays must have a certain thickness and therefore occupy an even larger volume. This thickness must be even greater for more energetic radiation. This is why the collimation of scintillating crystals does not seem to be a sufficient solution, especially in the uses for the detection of high energy gamma.
  • No. 5,331,961 proposes to use an endoscopic probe using at least two tandem scintillators, specifically arranged relative to one another and coupled to two optical fibers.
  • the proposed configuration allows better directionality but still requires at least the use of two crystals, two optical fibers, and also requires two photodetectors which are, to obtain a good efficiency, often a high cost.
  • the useful area per crystal (and therefore the light signal) arriving at each photodetector is divided by two. Therefore, what is gained on the one hand in specificity, in particular to identify the direction of the emitted radiation, is partially lost at the signal-on-noise level collected by each detector.
  • this device always provides for associating with at least two scintillator crystals disposed so specific to each other and often on the same front section, which makes a significant minimum section and limits the use in some applications including access to cavities of small sections.
  • One of the objectives of the invention is therefore to propose a device comprising an insertable part in a tubular cavity which makes it possible at the same time to detect gamma radiation in a cavity and to accurately visualize the cavity.
  • a probe for the detection of gamma radiation is used which is insertable into a tubular cavity of a living being and which offers a high sensitivity of detection and allows a precise location of the radioactive zone, while presenting a low cost cost, allowing one-time use.
  • the subject of the invention is a device provided with at least one insertable part in a tubular cavity, which comprises:
  • a miniaturized gamma radiation detection probe comprising an insertable portion in a tubular cavity which comprises at least:
  • a scintillator crystal which emits light in response to ionizing radiation, preferably gamma radiation, and which has a volume of less than 30 mm 3 , the maximum transverse cross-section of the probe being less than 10 mm 2 , • an optical fiber ensuring the collection of at least a portion of the light emitted by the scintillator material, and its transmission to a photoelectric converter,
  • a photoelectric converter to which the crystal is connected via the optical fiber which ensures the collection and transmission of at least a portion of the light emitted by the scintillator crystal to the photoelectric converter, and optical display means of the cavity, insertable in the latter.
  • Figure 1 illustrates an example of an insertable portion of an endoscopic device according to the invention incorporating a part in which are positioned a probe and optical means for viewing the cavity in which they are inserted.
  • Figure 2 shows the evolution obtained in Example 1 of the number of strokes detected, as a function of the distance in mm between the probe and the source.
  • Figure 3 shows the evolution obtained in Example 2 of the number of strokes detected, as a function of the distance in mm separating the probe from the source.
  • FIG. 4 is a profile representation of the probe used in example 3
  • FIG. 5 diagrammatically illustrates the device implemented
  • FIG. 6 shows the evolution obtained in example 3 of the number of shots detected, depending on the distance in mm between the probe and the source.
  • Figure 7 schematically illustrates the device implemented and Figure 8 shows the evolution obtained in Example 4 of the number of strokes detected, as a function of time.
  • Figure 9 shows the evolution obtained in Example 5 of the number of strokes detected, with and without collimator, as a function of the distance in mm separating the probe from the source.
  • Figure 10 shows the evolution obtained in Example 6 of the number of strokes detected, with a probe departure contact or 1 cm from the source, depending on the distance in mm between the probe of the source.
  • Figure 11 shows the signals obtained in Example 7 according to the different passages at different flow rates C1 to C9.
  • a device comprises, in an insertable part in a tubular cavity of a living being, on the one hand, a detection probe by ionizing radiation and, on the other hand, optical display means, the probe and the optical means being in an insertable configuration in a tubular cavity.
  • Such a combination makes it possible to have a more complete information of the cavity, the direct visual information provided by the optical viewing means also making it possible to direct the probe towards the zone of interest of the cavity and then to precisely locate the zone of the cavity. 'program.
  • a probe as defined below because of its miniaturization, will be able to be integrated or inserted as an accessory in different medical or diagnostic devices such as catheters, and in particular multichannel catheters, endoscopes, celioscopy, devices used during surgical procedures.
  • An endoscope traditionally comprises optical means for viewing the cavity in which it is inserted, as well as an operating channel and / or an insertion channel.
  • FIG. 1 illustrates the insertable portion of an endoscopic device incorporating a probe 1 according to the invention comprising an optical fiber 2 equipped at one of its ends with a photoscintillator crystal 3 and means 6 for visualizing the cavity, under the form of an optical fiber, both inserted in the same channel 7 of the endoscope.
  • the probe and the visual display means may be inserted into two different channels present in the insertable part of the device.
  • the other end of the optical fiber 2, constituting the probe is connected to a photoelectric converter 4. Most often this photoelectric converter 4 is connected by any appropriate means to a user interface 5.
  • the display means may be one or several optical fibers connected to an optoelectronic converter making it possible to obtain an image of the cavity. he is also possible to use a miniaturized camera that will be positioned at the distal end of the endoscope.
  • the very small section associated with the flexible form of the optical fiber 2 ensuring the deportation of the signal emitted by the scintillator crystal 3 allows direct use of the probe 1 in the standard endoscopic channels.
  • the optical display means 6 and the gamma radiation detection probe 1 are positioned in an optionally compartmentalized guide tube.
  • the probe may, for example, be introduced directly into the introducer tube or the endoscope operating channel and the scintillating crystal positioned at the distal end of the endoscope.
  • the coupling of the traditional optical detection technique with the probe according to the invention is particularly advantageous.
  • the probe makes it possible to detect the radioactive isotopes that accumulate in the tumors and thus makes it possible to confirm the diagnosis obtained by the visual means of visualization, in the case of visible tumors.
  • the probe can detect tumors present deep tissue and therefore invisible by direct observation.
  • the detection of an ionizing radiation marking thanks to the probe, offers a significant complementarity to existing optical endoscopic systems: detection of small lesions, detection of non-superficial zones (1 to 5 cm beyond the walls and not accessible in optics) and more generally the detection in "strongly upset" areas where the optical analysis remains delicate ... This technique has a very great potential and a very important field of medical applications, which can evolve and enrich itself with the development of more and more specific probes and / or radiopharmaceuticals.
  • the probe used in the context of the invention will now be described in detail.
  • the probe uses a scintillator crystal that emits light in response to ionizing radiation, preferably gamma radiation, and has a volume less than 30 mm 3 , the maximum transverse cross section of the probe being less than 10 mm 2 . Because of the small size of the crystal used, the amount of light captured by the optical fiber is still substantially the same regardless of where the ionizing radiation arrives at the crystal. The very small size and the high efficiency of the crystal offers a high sensitivity of detection and an optimal ratio signal / noise for the detection of lesions at a very early stage.
  • the probe according to the invention is of shape and size adapted to be inserted into a tubular cavity of a living being, and in particular of man.
  • This type of miniaturized probe, endo-cavitary type is a tool to help the detection of specific lesions particularly effective.
  • a probe is an insertable accessory in an endo-cavitary system existing during endoscopic diagnostic procedures or during videoscopic surgery procedures.
  • Such a probe makes it possible to obtain precise information on the local radioactivity inside a living being.
  • it is proposed to improve the quality of detection by an original approach that does not seek to identify the direction of origin of the intercepted gamma, which was achieved, previously, by collimation. either by use of two different crystals and recombination of the signal, but the distance from the emission zone.
  • the inventors have imagined to use the fact that, for a given radioactivity zone, the measurable gamma flux evolves as a function of the solid angle and thus decreases as a function of the inverse of the distance squared with respect to to the zone of emission. Also, by measuring the local radioactivity, we have a very efficient means of localization by simple study of the evolution of the number of photon packets emitted by the scintillating crystal in direct relation with the measurable gamma flux coming from the radioactive zone. .
  • the crystal has a volume of less than 10 mm 3 , preferably less than 5 mm 3 and preferably less than 1 mm 3 .
  • the crystal is not associated with any means of collimation. Nevertheless, in certain cases, especially when the probe is used to detect low energy radiation, the crystal may be equipped with a collimator.
  • the crystal used has a maximum length of 5 mm, preferably 1 mm.
  • the crystal has a cross section relative to the longitudinal axis of the optical fiber less than 8 mm 2 and preferably less than 1 mm 2 .
  • the crystal advantageously has a cylindrical shape, preferably with a section of diameter less than 5 mm and preferably less than 2 mm. It is particularly advantageous to choose a crystal whose shape is such that the ratio of the largest dimension of the crystal passing through its center to the smallest dimension of the crystal passing through its center is less than or equal to 3, preferably less than or equal to at 1.5.
  • the geometry, the composition and the spectral and temporal characteristics of the crystal or crystals positioned at the end of the probe will be specifically chosen.
  • the purpose of the probe according to the invention is to make it possible to precisely locate a small radioactive zone.
  • a translucent scintillating crystal is used: this crystal will absorb ionizing radiation, and in particular gamma and beta, and emit photons in response.
  • Crystal means a monocrystalline or polycrystalline crystal, for example in the form of a coarse grain ceramic.
  • a crystal depending on its geometry and composition in particular will have a given sensitivity, that is to say, it will allow the detection of a given activity, located at a greater or lesser distance from the probe.
  • the probe must locate the radioactive area.
  • the radiation absorption power of the crystal is related to the density of the crystal.
  • a fast scintillator preferably chosen from the families of LSO (Lu 2 SiO 5 ) and in particular LSO: Ce (Ce 3+ doped Lu 2 SiO 5 ), LYSO (Lu 2 ( I - X ) Y 2x SiO 5 ), (which corresponds to the LSO in which a small amount of lutetium is replaced by yttrium) and also GSO or GYSO (which correspond to LSO and LYSO in which lutetium is replaced by gadolinium) .
  • LSO Lu 2 SiO 5
  • LYSO Li 2 ( I - X ) Y 2x SiO 5
  • GSO or GYSO which correspond to LSO and LYSO in which lutetium is replaced by gadolinium
  • Luag families L 2 Al 5 O 12
  • LaBr 3 LACI 3
  • YAG Y 2 Al 5 O 2
  • YAP YAIO 3
  • luminescent ions preferably This 3+ , but also Pr 3+ , Yb 3+ , Eu 3+ , Tb 3+ or others
  • BGO Bi 4 Ge 3 Oi 2
  • crystals to be scintillators, are doped with a lanthanide or transition metal, preferably cerium at most often less than 5%, preferably less than 1 atomic%.
  • a lanthanide or transition metal preferably cerium at most often less than 5%, preferably less than 1 atomic%.
  • non-luminescent is not a dopant but directly an ion of the crystal.
  • the scintillator crystal (s) will have a decay time of less than 100 ns. It is also advantageous to use a scintillating crystal with a high luminous efficiency, preferably greater than 10,000 photons / MeV.
  • the probe combines the use of several crystals with different luminescence properties to possibly probe areas at different distances from the probe.
  • a scintillating material with slower decline can be envisaged.
  • the marked areas to be detected generally have a low penetration beta ( ⁇ 2mm) and a very penetrating gamma (several cm) radioactivity.
  • the crystal is coated on one side by a layer of a scintillator material which emits light in response to beta radiation in a spectral range different from the crystal or with a different temporal response.
  • This layer is fine and preferably has a thickness of less than 100 microns.
  • the probe may have a protection tip of the crystal vis-à-vis the external light.
  • This tip can for example be HDPE (high density polyethylene).
  • a sheath surrounding the optical fiber connected to the crystal, and thermoformed at its end at the crystal to form the protective tip, may be used.
  • the crystal is partially covered, or not covered, by a reflective coating.
  • Such a coating reflects visible light, and in particular the visible light emitted by the interaction of ionizing radiation with the crystal. Indeed, when a gamma radiation arrives on the crystal and is stopped by the crystal, the crystal emits in response a large amount of visible photons that go in all directions. The photons emitted in the direction of the optical fiber are directly received by the latter.
  • the crystal may be provided to cover the surface of the crystal which is not directly connected to the fiber of a reflective coating.
  • the crystal is thus partially covered by a coating that reflects a part of the visible light emitted by the interaction of the ionizing radiation with the crystal, in order to increase the amount of light collected by the optical fiber.
  • a coating may, for example, be of a metal mirror type or of a different index to return part of the visible light emitted by the crystal towards the optical fiber side. It is also possible that this coating is also diffusing.
  • connection between the crystal and the optical fiber can be done by any appropriate means, for example by bonding with a resin in particular.
  • the optical fiber most often comprises a connection end to a photoelectric converter and is generally surrounded by a protective sheath.
  • the probe itself may be disposable.
  • FIG. 1 illustrates a device comprising a probe 1 according to the invention comprising an optical fiber 2 equipped at one of its ends with a scintillator crystal 3. The probe can be inserted into the tubular cavity and move within it, to detect the presence of any source S of gamma radiation.
  • optical fiber 2 The other end of the optical fiber 2 is connected to a photoelectric converter 4. Most often this photoelectric converter 4 is connected by any suitable means to a user interface 5.
  • One end of the optical fiber is connected to the scintillator crystal, the other end to the photoelectric converter.
  • Optical fiber is a means of collecting and transmitting the light emitted by the crystal.
  • the optical fiber may have an inorganic core, for example silica, or a polymer, for example PMMA.
  • the part of the light emitted by the crystal that is collected by the optical fiber is transmitted by the latter to the photoelectric converter which will ensure its conversion into an electrical signal and in particular electric pulses.
  • the coupling between the optical fiber and the crystal ensures the collection of more than 5% of the emitted scintillation photons, and preferably more than 10%.
  • the optical fiber is preferably connected to a face of the crystal according to a connection section and the ratio between the crystal surface on which the fiber is connected and the surface of the connection section is preferably close to 1 and preferably less than or equal to 5.
  • the crystal + optical fiber assembly can be inserted into a sheath made of a material allowing gamma radiation to pass through.
  • a sheath may advantageously be HDPE, to ensure easy movement of the probe in the insertable part of the device in which it will be integrated.
  • the total diameter of the probe section is small enough to enter the working channel of a commercial endoscope and as large as possible to obtain a better sensitivity.
  • the total diameter of the probe will be 2.5 to 3.5 mm and in the case of a gastroscope of 1.8 to 2.5 mm.
  • the optical fiber is flexible and will therefore be able to circulate and adapt to the shape of the cavity in which it will be inserted. It is possible, depending on the application, to use a fiber of very great length, and in particular of a length greater than or equal to 10 m.
  • the total length of the optical fiber which corresponds substantially to the length of the probe will advantageously be between 2 and 4 m.
  • the insertable part of the probe will preferably be less than or equal to 2 m.
  • the core of the fiber has a diameter of preferably less than or equal to 1.5 mm and the total fiber (core + cladding) has a diameter preferably of less than 3 mm.
  • the entire insertable portion may be curved with a radius of curvature of less than 5 cm, preferably less than 2 cm.
  • a radius of curvature of less than 1.5 cm with silica-core fibers several fibers may be coupled to the same crystal.
  • the insertable portion has a cross section (taken transverse to the longitudinal axis of the probe) maximum between 0.1 and 10 mm 2 and preferably between 0.2 and 5 mm 2 .
  • the probe is equipped with means for positioning the latter within a channel of the insertable part of the device. Such means make it possible in particular to position the probe, so that its end comprising the crystal is directly viewable by means of optical viewing means.
  • the device also comprises means for quantifying the gamma radiation received by the crystal, by analyzing the electrical signals emitted by the photoelectric converter. This analysis can, for example be performed by a counting unit. The count rate then reflects the amount of gamma radiation directly related to the distance between the emission radioactive zone and the probe.
  • the device may also include means for calculating the distance between the probe and the detected radioactive zone.
  • the transmitted light can be converted, before analysis, by a photomultiplier or a photodiode.
  • the signal from the photoelectric converter (which can be amplified if necessary) is connected to a discriminator (SCA for "Single Channel Analyzer").
  • SCA Single Channel Analyzer
  • the signal from the discriminator is then sent on a counting scale. In the case of the use of two crystals a slow and a fast, it is possible to duplicate the signal from the photoelectric converter and redirect it to two discriminators.
  • One of the discriminators will have a set threshold for the detection of photons emitted by a "fast" crystal following the absorption of gamma radiation, the other will have a threshold set for the detection of photons resulting from the detection of beta, these last arrivals diluted in time in the case of a slow scintillator.
  • the probe present in the device according to the invention can be used for the detection of gamma radiation from one of the isotopes chosen from: 99 Tc, 123 I, 18 F or any other isotope emitting gamma photons of higher energy at 50 KeV.
  • the probe according to the invention is also suitable for the detection of high energy ionizing radiation, in particular gamma radiation with energy higher than 300 KeV.
  • Example 1 makes it possible to illustrate the probes that can be used in the context of the invention.
  • Example 1 makes it possible to illustrate the probes that can be used in the context of the invention.
  • the detector is a rectangular crystal of LYSO: Ce 3+ (Fibercryst SAS, France at 0.5% Ce) of dimensions 3 * 1 * 1 mm polished on all sides.
  • the optical fiber is a reference Thorlabs BFH37-800 fiber core 800 mm silica and a numerical aperture of 0.37. The total diameter of the fiber is 1.4 mm. The fiber measures 1 m and is polished at both ends.
  • the crystal is glued on one side of the fiber by a two-component epoxy glue (Géofix from ESCIL) transparent to the light emitted by the crystal.
  • the probe's head is then painted with a white acrylic paint, then the entire probe is painted with a black acrylic paint.
  • the output end of the probe is placed on a Hamamatsu R647 photomultiplier.
  • the signal of the photomultiplier is sent to a preamplifier and a shaping amplifier, then it is recovered on a pulse counter also called shots.
  • the probe is then placed in contact with a radioactive source of 137 Cs (662 KeV gamma emitter) of activity 20 KBq.
  • the geometry of the source can be likened to a disk 3 mm in diameter.
  • the probe is then retracted parallel to the axis of the disk in steps of 0.25 mm, the number of measured shots is integrated over a period of one second.
  • Figure 2 shows the evolution of the number of hits detected, in depending on the distance in mm between the probe and the source. This experiment shows that a signal is detected even when the probe is at a distance of more than 1 cm from the source.
  • the detector is a rectangular crystal of LYSO: Ce 3+ corresponding to that of Example 1 of dimensions 3 * 1 * 1 mm polished on all sides.
  • the optical fiber is a reference Thorlabs BFH37-800 fiber core 800 mm silica and a numerical aperture of 0.37.
  • the total diameter of the fiber is 1.4 mm.
  • the fiber measures 1 m and is polished at both ends.
  • the crystal is glued on one side of the fiber by a two-component epoxy glue (Géofix from ESCIL) transparent to the light emitted by the crystal.
  • the probe's head is then painted with a white acrylic paint, then the entire probe is painted with a black acrylic paint.
  • the output end of the probe is placed on a hamamatsu photomultiplier R647.
  • the signal of the photomultiplier is sent to a preamplifier and then a shaping amplifier, and is then recovered on a pulse counter.
  • the radioactive source used is a 137 Cs (gamma 662 KeV emitter) source of activity 20 KBq.
  • the geometry of the source can be likened to a disk 3 mm in diameter.
  • the probe is moved in front of the source along an axis parallel to the plane of the source and placed 6 mm from it.
  • the axis of the probe is aligned along its axis of translation. This experiment makes it possible to study the variation of the signal detected during the passage of the probe close to the source, but without being in contact with it.
  • Figure 3 shows the evolution of the number of detected shots, as a function of the distance in mm separating the probe from the source. The maximum signal is obtained when the probe is at a distance of between 4 and 6 mm from the source.
  • the detector is a cylindrical crystal 3 of LYSO: Ce 3+ (Fibercryst SAS, France at 0.5% Ce) of dimensions 1 mm in height to 1 mm in diameter, polished on all sides.
  • the optical fiber 2 is a Thorlabs reference fiber BFH48-100 with a 1000 mm silica core and a numerical aperture of 0.48. the total diameter of the fiber is 1.4 mm.
  • the fiber measures 1 m and is polished at both ends.
  • the crystal is glued on one side of the fiber by a two-component epoxy glue 8 (Géofix from ESCIL) transparent to the light emitted by the crystal.
  • the head of the probe is then painted with a white acrylic paint, then the entire probe is sheathed with a black heat-shrinkable sheath 9.
  • Figure 4 is a profile representation of the probe used.
  • the output end of the probe is placed on a Hamamatsu R647 photomultiplier.
  • the photomultiplier signal is sent to a Hamamatsu C6465 discriminator, then to a NI USB6008 counter and is recorded by visualization and backup software developed under laboratory labview.
  • the radioactive source used is one liquid source 18 FDG (511 KeV gamma emitter) placed in a quartz tube.
  • the geometry of the source can be likened to a cylinder 3 mm in diameter and 5 mm in height, the radioactivity is distributed homogeneously in this cylinder.
  • the activity of this source during this test is about 5 MBq.
  • Figure 5 schematically illustrates the device implemented.
  • Figure 6 shows a revolution in the number of hits detected, depending on the distance in mm between the probe and the source. This experiment makes it possible to study the variation of signal during the passage in front of the probe and demonstrates that it is possible to locate a radioactive source of the same nature as that used for the medical applications placed at 1 cm of depth.
  • the detector is a cubic crystal of LYSO: Ce 3+ (Fibercryst SAS, France at 0.5% Ce) of dimensions 1 * 1 * 1 mm polished on all sides.
  • the optical fiber is a Thorlabs reference fiber BFH48-1000 1000 mm silica core and 0.48 numerical aperture. The total diameter of the fiber is 1.4 mm. The fiber measures 1 m and is polished at both ends.
  • the crystal is glued on one side of the fiber by a two-component epoxy glue (Géofix from ESCIL) transparent to the light emitted by the crystal.
  • the probe head is then painted with a white acrylic paint, and then the entire probe is sheathed with a black heat-shrinkable sheath.
  • the output end of the probe is placed on a Hamamatsu photomultiplier R647.
  • the photomultiplier signal is sent to a C6465 Hamamatsu pulses discriminator, then to a NI USB6008 counter and is recorded by a visualization and backup software developed under Labview in the laboratory.
  • the radioactive sources Si and S 2 used are liquid 18 FDG sources (511 KeV gamma emitter) placed in quartz tubes.
  • the geometry of the sources can be likened to cylinders 3 mm in diameter and 5 mm in height, the radioactivity is distributed homogeneously in these cylinders. The activity of these sources during this test is about 5 MBq per source.
  • the two sources Si and S 2 are placed at the same distance from the axis of movement of the probe, and are spaced from each other by 4 cm.
  • Figure 7 schematically illustrates the device implemented. This experiment makes it possible to see the variation of signal during the passage in front of the sources.
  • Figure 8 shows the evolution of the number of hits detected, as a function of time. This example shows that the probe used is able to differentiate two equivalent sources placed at 1 cm deep and 4 cm apart. This result is particularly interesting for medical applications.
  • the detector is a rectangular crystal of LYSO: Ce 3+ corresponding to that of Example 1 of dimensions 3 * 1 * 1 mm polished on all sides.
  • the optical fiber is a reference Thorlabs BFH37-800 fiber core 800 mm silica and a numerical aperture of 0.37. The total diameter of the fiber is 1.4 mm. The fiber measures 1 m and is polished at both ends.
  • the crystal is glued on one side of the fiber by a two-component epoxy glue (Géofix from ESCIL) transparent to the light emitted by the crystal.
  • the probe's head is then painted with a white acrylic paint, then the entire probe is painted with a black acrylic paint.
  • the source is a 241 Am source of 395 KBq (60 keV gamma emitter).
  • the output end of the probe is placed on a Hamamatsu R647 photomultiplier.
  • the photomultiplier signal is sent to a preamplifier and then a shaping amplifier, and then recovered on a pulse counter.
  • the geometry of the source can be likened to a disk 3 mm in diameter.
  • the probe is moved towards the source along an axis parallel to the plane of the source and placed 10 mm away from it.
  • the axis of the probe is aligned perpendicular to its axis of translation (the probe "looks" towards the source).
  • the probe is placed in a metal tube dense enough to stop the majority of penetrating gamma rays: it acts as a collimator. The measurement is performed with and without the collimator.
  • Figure 9 shows the evolution of the number of detected shots, with and without collimator, as a function of the distance in mm between the probe and the source.
  • Example 6 The detector is a rectangular crystal of LYSO: Ce 3+ corresponding to that of Example 1 of dimensions 3 * 1 * 1 mm polished on all sides.
  • the optical fiber is a reference Thorlabs BFH37-800 fiber core 800 mm silica and a numerical aperture of 0.37.
  • the total diameter of the fiber is 1.4 mm.
  • the fiber measures Im and is polished at both ends.
  • the crystal is glued on one side of the fiber by a two-component epoxy glue (Géofix from ESCIL) transparent to the light emitted by the crystal.
  • the probe's head is then painted with a white acrylic paint, then the entire probe is painted with a black acrylic paint.
  • the radioactivity source is a 137 Cs source of 373 KBq (gamma emitter at 662KeV).
  • the output end of the probe is placed on a hamamatsu photomultiplier R647.
  • the signal of the photomultiplier is sent to a preamplifier and then a shaping amplifier, and is then recovered on a pulse counter.
  • the geometry of the source can be likened to a disk 3 mm in diameter.
  • the probe is moved towards the source along an axis parallel to the plane of the source: in a first case, it is initially placed in contact with the probe and then moved away gradually and in a second case, it is placed initially at 1 cm from that -this.
  • Figure 10 shows the evolution of the number of hits detected, with a probe leaving the contact or 1 cm from the source, depending on the distance in mm between the probe and the source. This experiment demonstrates that a device according to the invention is capable of detecting a source of 137 Cs, and this all the more precisely as the probe will be close to the source.
  • the detector is a cubic crystal of LYSO: Ce 3+ (Fibercryst SAS, France at 0.5% Ce) of dimensions 1 * 1 * 1 mm polished on all sides.
  • the optical fiber is a Thorlabs reference fiber BFH48-1000 1000 mm silica core and 0.48 numerical aperture. The total diameter of the fiber is 1.4 mm. The fiber measures 1 m and is polished at both ends.
  • the crystal is glued on one side of the fiber by a two-component epoxy glue (Géofix from ESCIL) transparent to the light emitted by the crystal.
  • the probe head is then painted with a white acrylic paint, and then the entire probe is sheathed with a black heat-shrinkable sheath.
  • the output end of the probe is placed on a Hamamatsu R647 photomultiplier.
  • the photomultiplier signal is sent to a C6465 Hamamatsu pulses discriminator, then to a NI USB6008 counter and is recorded by a visualization and backup software developed under Labview in the laboratory.
  • the source used is a gas / metastable Krypton gas mixture ( 81171 Kr gamma emitter at 190 KeV).
  • the marked gas is injected into a pipe where it circulates at a speed that is varied.
  • Figure 11 shows the signals obtained according to the different passages at different flow rates C1 to C9.

Abstract

The subject of the invention is a device equipped with a part that can be inserted into a tubular cavity that comprises: a miniaturized probe for detecting gamma radiation comprising a part that can be inserted into a tubular cavity which comprises at least: one scintillator crystal which emits light in response to ionizing radiation, preferably gamma radiation, and which has a volume of less than 30 mm3, the maximum transverse cross section of the probe being less than 10 mm2, one optical fibre that ensures the collection of at least some of the light emitted by the scintillator material and its transmission to a photoelectric converter, one photoelectric converter to which the crystal is connected via the optical fibre which ensures the collection and transmission of at least some of the light emitted by the scintillator crystal to the photoelectric converter, and optical means for visualizing the cavity, that can be inserted into the latter.

Description

DISPOSITIF COMPRENANT DES MOYENS DE DETECTION DE RAYONNEMENTS IONISANTS ET DES MOYENS OPTIQUES DE VISUALISATION DEVICE COMPRISING MEANS FOR DETECTING IONIZING RADIATION AND OPTICAL VISUALIZATION MEANS
La présente invention concerne le domaine technique des dispositifs endo- cavitaires. Plus précisément, la présente invention concerne un dispositif couplant une sonde qui permet la détection de rayonnements gamma émis par certaines zones de la cavité et des moyens optiques de visualisation de la cavité.The present invention relates to the technical field of endovascular devices. More specifically, the present invention relates to a device coupling a probe that allows the detection of gamma radiation emitted by certain areas of the cavity and optical means for viewing the cavity.
En médecine nucléaire, la détection de cancer par injection de produits pharmaceutiques radioactifs qui se localisent préférentiellement dans les tumeurs est une technique largement banalisée. La localisation et la forme de la tumeur peuvent ainsi être imagées par des gamma caméra externes, à tomographie d'émission monophotonique (SPECT) et de plus en plus du type TEP (« tomographie à émission de positons »), en administrant par exemple des radioisotopes de type : 131I, 198Au, 99Tc ou 18F aux patients. Cependant, la sensibilité des systèmes d'imagerie existante n'est pas toujours satisfaisante. De plus, les doses admissibles et les spécificités de marquage des produits radiopharmaceutiques utilisés sont des paramètres limitatifs, de sorte qu'il est difficile en pratique d'atteindre des résolutions inférieures à quelques millimètres. Or, la détection de tumeurs les plus petites possibles est primordiale car une détection précoce de celles ci permet au plus tôt de prendre les mesures de traitement nécessaire et améliore de ce fait le pronostic des patients.In nuclear medicine, the detection of cancer by injection of radioactive pharmaceutical products that are preferentially localized in tumors is a largely trivialized technique. The localization and the shape of the tumor can thus be imaged by external gamma camera, with single-photon emission computed tomography (SPECT) and more and more of the PET ("positron emission tomography") type, for example by administering radioisotopes of the type: 131 I, 198 Au, 99 Tc or 18 F to patients. However, the sensitivity of existing imaging systems is not always satisfactory. In addition, the allowable doses and the labeling specificities of the radiopharmaceuticals used are limiting parameters, so that it is difficult in practice to achieve resolutions of less than a few millimeters. However, the detection of the smallest possible tumors is essential because an early detection of these allows the soonest to take the necessary treatment measures and thereby improves the prognosis of patients.
Par ailleurs, dans le cadre du suivi régulier de patients à risque, des diagnostics de dépistage sont souvent réalisés par endoscopie, généralement par simple observation optique. Ces méthodes d'identifications restent souvent insuffisantes dans le cas, par exemple, de tumeurs superficielles ou d'une extension débutante des tumeurs à des ganglions lymphatiques.Moreover, as part of the regular monitoring of patients at risk, screening diagnoses are often made by endoscopy, usually by simple optical observation. These methods of identification often remain insufficient in the case, for example, of superficial tumors or of an early extension of tumors to lymph nodes.
A la fin des années 70, des détecteurs de radiations de faibles tailles, insérables directement dans le corps à proximité des tumeurs ont été développés pour des bronchoscopies ou opérations chirurgicales (H. Barber et al., « miniature radiation detectors for surgical tumor staging » 32 ACEMB, Denver, CoIo., 6-10 oct. 1979) ; H. Barber et al., « small radiation detectors for bronchoscopic tumor localization », IEEE Transactions on Nuclear Science, Vol. NS-27, N°l, feb. 1980). De tels détecteurs ont l'avantage de s'approcher de la source d'émission et d'augmenter ainsi considérablement le nombre de photons détectés. Un désavantage de ces détecteurs est cependant apparu très rapidement : leur taille et leur forte sensibilité au fond continu radioactif gêne l'interprétation du signal recueilli. De plus, toute variation locale de la radioactivité de fond qui correspond aux zones non marquées rend le problème encore plus délicat.At the end of the 1970s, small radiation detectors, insertable directly into the body near tumors, were developed for bronchoscopies or surgical operations (H. Barber et al., "Miniature radiation detectors for surgical tumor staging". 32 ACEMB, Denver, CoIo., Oct. 6-10, 1979); H. Barber et al., "Small radiation detectors for bronchoscopic tumor localization", IEEE Transactions on Nuclear Science, Vol. NS-27, No. 1, feb. 1980). Such detectors have the advantage of approaching the source of emission and to increase considerably the number of photons detected. A disadvantage of these detectors, however, appeared very quickly: their size and their high sensitivity to the radioactive continuous background hinders the interpretation of the signal collected. In addition, any local variation in background radioactivity that corresponds to unmarked areas makes the problem even more difficult.
Plusieurs propositions ont alors été apportées pour tenter de diminuer ces effets néfastes liés au bruit de fond et d'augmenter la sensibilité au niveau du rapport signal sur bruit.Several proposals were then made to try to reduce these harmful effects related to background noise and to increase the sensitivity at the signal-to-noise ratio.
Le brevet US 4,595,014 propose d'ajouter à une sonde de détection de la radioactivité, insérable dans le corps humain, un dispositif permettant d'identifier les rayonnements ionisants qui entrent selon une direction privilégiée au sein du cristal scintillateur. Dans ces types de sondes, il est disposé, autour du cristal, un élément collimateur de très forte densité, comme le tungstène, avec des géométries et assemblages souvent complexes. Cependant, le collimateur pour permettre un masquage suffisant de certains rayons gammas, doit avoir une certaine épaisseur et donc occuper un volume encore plus important. Cette épaisseur doit être encore plus importante pour des rayonnements plus énergétiques. C'est pourquoi la collimation des cristaux scintillants ne paraît pas encore une solution suffisante, notamment dans les utilisations pour la détection de gamma fortement énergétique.US Patent 4,595,014 proposes to add to a probe for detecting radioactivity, insertable into the human body, a device for identifying ionizing radiation entering in a preferred direction within the scintillator crystal. In these types of probes, a collimator element of very high density, such as tungsten, is arranged around the crystal, with geometries and assemblies that are often complex. However, the collimator to allow sufficient masking of certain gamma rays, must have a certain thickness and therefore occupy an even larger volume. This thickness must be even greater for more energetic radiation. This is why the collimation of scintillating crystals does not seem to be a sufficient solution, especially in the uses for the detection of high energy gamma.
Pour résoudre ce problème, il a été proposé d'utiliser plusieurs cristaux scintillateurs différents couplés chacun à une fibre optique. Le brevet US 5,331,961 propose d'utiliser une sonde endoscopique utilisant au moins deux scintillateurs en tandem, disposés de façon spécifique l'un par rapport à l'autre et couplés à deux fibres optiques. La configuration proposée, permet une meilleure directionnalité mais nécessite toujours au moins l'utilisation de deux cristaux, de deux fibres optiques, et réclame également deux photodétecteurs qui sont, pour obtenir une bonne efficacité, souvent d'un coût élevé. De plus, la surface utile par cristal (et donc le signal lumineux) arrivant à chaque photodétecteur est divisée par deux. Par conséquent, ce qui est gagné d'un côté en spécificité, notamment pour identifier la direction des rayonnements émis, est perdu partiellement au niveau signal sur bruit recueilli par chaque détecteur. De plus, ce dispositif prévoit toujours d'associer aux moins deux cristaux scintillateurs disposés de façon spécifiques l'un par rapport à l'autre et souvent sur une même section frontale, ce qui fait une section minimale importante et limite l'utilisation dans certaines applications avec notamment l'accès à des cavités de faibles sections.To solve this problem, it has been proposed to use a plurality of different scintillator crystals each coupled to an optical fiber. No. 5,331,961 proposes to use an endoscopic probe using at least two tandem scintillators, specifically arranged relative to one another and coupled to two optical fibers. The proposed configuration allows better directionality but still requires at least the use of two crystals, two optical fibers, and also requires two photodetectors which are, to obtain a good efficiency, often a high cost. In addition, the useful area per crystal (and therefore the light signal) arriving at each photodetector is divided by two. Therefore, what is gained on the one hand in specificity, in particular to identify the direction of the emitted radiation, is partially lost at the signal-on-noise level collected by each detector. Moreover, this device always provides for associating with at least two scintillator crystals disposed so specific to each other and often on the same front section, which makes a significant minimum section and limits the use in some applications including access to cavities of small sections.
L'utilisation de sonde de détection de la radioactivité gamma, insérable dans le corps humain ou animal, reste encore cependant très marginale et les résultats en terme de performance de localisation et rapport signal sur bruit semblent encore insuffisants avec les techniques développées, centrées sur la localisation directionnelle de la source d'émission.The use of a gamma radioactivity detection probe, which can be inserted into the human or animal body, still remains very marginal and the results in terms of localization performance and signal-to-noise ratio still seem insufficient with the techniques developed, centered on the directional localization of the source of emission.
De plus, la complexité des systèmes proposés dans l'art antérieur les rend particulièrement onéreux et empêche d'en faire un usage unique. La réutilisation de telles sondes rend, de ce fait, obligatoire le nettoyage et l'aseptisation des sondes utilisées entre chaque utilisation.In addition, the complexity of the systems proposed in the prior art makes them particularly expensive and prevents their sole use. The reuse of such probes makes, therefore, mandatory cleaning and sanitizing probes used between each use.
De plus, la détection effectuée grâce à des sondes utilisées dans l'art antérieur, notamment, dans les documents US 2005/012043 et EP 0788766, ne permet pas d'avoir des informations suffisantes pour obtenir un diagnostic complet. Notamment, il n'est pas possible d'avoir une information précise sur la localisation de la zone radioactive.In addition, the detection carried out using probes used in the prior art, in particular in the documents US 2005/012043 and EP 0788766, does not provide sufficient information to obtain a complete diagnosis. In particular, it is not possible to have precise information on the location of the radioactive zone.
Un des objectifs de l'invention est donc de proposer un dispositif comportant une partie insérable dans une cavité tubulaire qui permette à la fois d'effectuer la détection de rayonnements gamma au sein d'une cavité et de visualiser précisément la cavité. Pour cela, est utilisée une sonde pour la détection de rayonnements gamma, qui soit insérable dans une cavité tubulaire d'un être vivant et qui offre une grande sensibilité de détection et permette une localisation précise de la zone radioactive, tout en présentant un faible coût de revient, autorisant un usage unique.One of the objectives of the invention is therefore to propose a device comprising an insertable part in a tubular cavity which makes it possible at the same time to detect gamma radiation in a cavity and to accurately visualize the cavity. For this, a probe for the detection of gamma radiation is used which is insertable into a tubular cavity of a living being and which offers a high sensitivity of detection and allows a precise location of the radioactive zone, while presenting a low cost cost, allowing one-time use.
Dans ce contexte, l'invention a pour objet un dispositif doté d'au moins une partie insérable dans une cavité tubulaire, qui comporte :In this context, the subject of the invention is a device provided with at least one insertable part in a tubular cavity, which comprises:
- une sonde miniaturisée de détection de rayonnements gamma comportant une partie insérable dans une cavité tubulaire qui comprend au moins :a miniaturized gamma radiation detection probe comprising an insertable portion in a tubular cavity which comprises at least:
• un cristal scintillateur qui émet de la lumière en réponse à des rayonnements ionisants, de préférence à des rayonnements gamma, et qui présente un volume inférieur à 30 mm3, la section droite transversale maximale de la sonde étant inférieure à 10 mm2, • une fibre optique assurant la collecte d'au moins une partie de la lumière émise par le matériau scintillateur, et sa transmission vers un convertisseur photoélectrique,A scintillator crystal which emits light in response to ionizing radiation, preferably gamma radiation, and which has a volume of less than 30 mm 3 , the maximum transverse cross-section of the probe being less than 10 mm 2 , • an optical fiber ensuring the collection of at least a portion of the light emitted by the scintillator material, and its transmission to a photoelectric converter,
- un convertisseur photoélectrique auquel est relié le cristal par l'intermédiaire de la fibre optique qui assure la collecte et la transmission d'au moins une partie de la lumière émise par le cristal scintillateur vers le convertisseur photoélectrique, et - des moyens optiques de visualisation de la cavité, insérable dans cette dernière.a photoelectric converter to which the crystal is connected via the optical fiber which ensures the collection and transmission of at least a portion of the light emitted by the scintillator crystal to the photoelectric converter, and optical display means of the cavity, insertable in the latter.
La description qui va suivre, en référence aux dessins annexés, permet de mieux comprendre l'invention.The following description, with reference to the accompanying drawings, provides a better understanding of the invention.
La Figure 1 illustre un exemple de partie insérable d'un dispositif endoscopique conforme à l'invention intégrant une partie dans laquelle sont positionnés une sonde et des moyens optiques de visualisation de la cavité dans lequel ils sont insérés.Figure 1 illustrates an example of an insertable portion of an endoscopic device according to the invention incorporating a part in which are positioned a probe and optical means for viewing the cavity in which they are inserted.
La Figure 2 montre l'évolution obtenue à l'exemple 1 du nombre de coups détectés, en fonction de la distance en mm séparant la sonde de la source. La Figure 3 montre l'évolution obtenue à l'exemple 2 du nombre de coups détectés, en fonction de la distance en mm séparant la sonde de la source.Figure 2 shows the evolution obtained in Example 1 of the number of strokes detected, as a function of the distance in mm between the probe and the source. Figure 3 shows the evolution obtained in Example 2 of the number of strokes detected, as a function of the distance in mm separating the probe from the source.
La Figure 4 est une représentation de profil de la sonde utilisée à l'exemple 3, la Figure 5 illustre schématiquement le dispositif mis en œuvre et la Figure 6 montre l'évolution obtenue à l'exemple 3 du nombre de coups détectés, en fonction de la distance en mm séparant la sonde de la source.FIG. 4 is a profile representation of the probe used in example 3, FIG. 5 diagrammatically illustrates the device implemented and FIG. 6 shows the evolution obtained in example 3 of the number of shots detected, depending on the distance in mm between the probe and the source.
La Figure 7 illustre schématiquement le dispositif mis en œuvre et la Figure 8 montre l'évolution obtenue à l'exemple 4 du nombre de coups détectés, en fonction du temps.Figure 7 schematically illustrates the device implemented and Figure 8 shows the evolution obtained in Example 4 of the number of strokes detected, as a function of time.
La Figure 9 montre l'évolution obtenue à l'exemple 5 du nombre de coups détectés, avec et sans collimateur, en fonction de la distance en mm séparant la sonde de la source. La Figure 10 montre l'évolution obtenue à l'exemple 6 du nombre de coups détectés, avec un départ de la sonde au contact ou à 1 cm de la source, en fonction de la distance en mm séparant la sonde de la source.Figure 9 shows the evolution obtained in Example 5 of the number of strokes detected, with and without collimator, as a function of the distance in mm separating the probe from the source. Figure 10 shows the evolution obtained in Example 6 of the number of strokes detected, with a probe departure contact or 1 cm from the source, depending on the distance in mm between the probe of the source.
La Figure 11 présente les signaux obtenus à l'exemple 7 suivant les différents passages à différentes vitesses de circulation Cl à C9.Figure 11 shows the signals obtained in Example 7 according to the different passages at different flow rates C1 to C9.
Un dispositif selon l'invention comporte, dans une partie insérable dans une cavité tubulaire d'un être vivant, d'une part, une sonde de détection par rayonnements ionisants et, d'autre part, des moyens optiques de visualisation, la sonde et les moyens optiques étant dans une configuration insérable dans une cavité tubulaire.A device according to the invention comprises, in an insertable part in a tubular cavity of a living being, on the one hand, a detection probe by ionizing radiation and, on the other hand, optical display means, the probe and the optical means being in an insertable configuration in a tubular cavity.
Une telle combinaison permet d'avoir une information plus complète de la cavité, l'information visuelle directe fournie par les moyens optiques de visualisation permettant également de diriger la sonde vers la zone d'intérêt de la cavité et ensuite de localiser précisément la zone d'émission. Une sonde telle que définie ci-après, du fait de sa miniaturisation, va pouvoir être intégrée ou insérée en tant qu'accessoire dans différents dispositifs médicaux ou de diagnostic tels que les cathéters, et notamment les cathéters multicanaux, les endoscopes, les instruments de célioscopie, des dispositifs utilisés pendant des actes chirurgicaux. Un endoscope comporte traditionnellement des moyens optiques de visualisation de la cavité dans laquelle il est inséré, ainsi qu'un canal opérateur et/ou un canal d'introduction. La Figure 1 illustre la partie insérable d'un dispositif endoscopique intégrant une sonde 1 selon l'invention comportant une fibre optique 2 équipée à l'une de ses extrémités par un cristal photoscintillateur 3 et des moyens de visualisation 6 de la cavité, sous la forme d'une fibre optique, tous deux insérés dans un même canal 7 de l'endoscope. Il est également possible que la sonde et les moyens optiques de visualisation soient insérés dans deux canaux différents présents dans la partie insérable du dispositif. L'autre extrémité de la fibre optique 2, constitutive de la sonde, est connectée à un convertisseur photoélectrique 4. Le plus souvent ce convertisseur photoélectrique 4 est relié par tout moyen approprié à une interface utilisateur 5. Les moyens de visualisation peuvent être une ou plusieurs fibres optiques reliées à un convertisseur optoélectronique permettant d'obtenir une image de la cavité. Il est également possible d'utiliser une caméra miniaturisée qui va être positionnée à l'extrémité distale de l'endoscope.Such a combination makes it possible to have a more complete information of the cavity, the direct visual information provided by the optical viewing means also making it possible to direct the probe towards the zone of interest of the cavity and then to precisely locate the zone of the cavity. 'program. A probe as defined below, because of its miniaturization, will be able to be integrated or inserted as an accessory in different medical or diagnostic devices such as catheters, and in particular multichannel catheters, endoscopes, celioscopy, devices used during surgical procedures. An endoscope traditionally comprises optical means for viewing the cavity in which it is inserted, as well as an operating channel and / or an insertion channel. FIG. 1 illustrates the insertable portion of an endoscopic device incorporating a probe 1 according to the invention comprising an optical fiber 2 equipped at one of its ends with a photoscintillator crystal 3 and means 6 for visualizing the cavity, under the form of an optical fiber, both inserted in the same channel 7 of the endoscope. It is also possible for the probe and the visual display means to be inserted into two different channels present in the insertable part of the device. The other end of the optical fiber 2, constituting the probe, is connected to a photoelectric converter 4. Most often this photoelectric converter 4 is connected by any appropriate means to a user interface 5. The display means may be one or several optical fibers connected to an optoelectronic converter making it possible to obtain an image of the cavity. he is also possible to use a miniaturized camera that will be positioned at the distal end of the endoscope.
Au niveau de la sonde 1, la très faible section associée à la forme souple de la fibre optique 2 assurant la déportation du signal émis par le cristal scintillateur 3 permet une utilisation directe de la sonde 1 dans les canaux endoscopiques standard. Les moyens optiques de visualisation 6 et la sonde 1 de détection de rayonnements gamma sont positionnés dans un tube de guidage éventuellement compartimenté. La sonde peut, par exemple, être introduite directement dans le tube d'introduction ou le canal opérateur de l'endoscope et le cristal scintillant positionné à l'extrémité distale de l'endoscope. Le couplage de la technique traditionnelle de détection optique avec la sonde selon l'invention est particulièrement avantageux. Tout d'abord, la sonde permet de détecter les isotopes radioactifs qui s'accumulent dans les tumeurs et permet ainsi de conforter le diagnostic obtenu par les moyens optiques de visualisation, dans le cas des tumeurs visibles. De plus, la sonde permet de détecter des tumeurs présentes en profondeur des tissus et donc invisibles par observation directe. La détection d'un marquage par rayonnement ionisant, grâce à la sonde, offre une complémentarité importante aux systèmes endoscopiques optiques existants : détection de lésions de petites tailles, détection de zones non superficielles (1 à 5 cm au-delà des parois et non accessible en optique) et plus généralement la détection dans des zones « fortement contrariées » où l'analyse optique reste délicate... Cette technique présente un très grand potentiel et un champ d'applications médicales très important, qui pourra évoluer et s'enrichir avec le développement de sondes et/ou radiopharmaceutiques de plus en plus spécifiques. La sonde utilisée dans le cadre de l'invention va maintenant être décrite en détails. La sonde utilise un cristal scintillateur qui émet de la lumière en réponse à des rayonnements ionisants, de préférence à des rayonnements gamma, et qui présente un volume inférieur à 30 mm3, la section droite transversale maximale de la sonde étant inférieure à 10 mm2. Du fait de la petite taille du cristal utilisé, la quantité de lumière captée par la fibre optique est toujours sensiblement la même, quelque soit l'endroit où le rayonnement ionisant arrive sur le cristal. La très faible dimension et la haute efficacité du cristal offre une grande sensibilité de détection et un rapport optimal signal/bruit pour la détection de lésions à un stade très précoce. En particulier, la sonde selon l'invention est de forme et de taille adaptée pour être insérée dans une cavité tubulaire d'un être vivant, et en particulier de l'homme.At the level of the probe 1, the very small section associated with the flexible form of the optical fiber 2 ensuring the deportation of the signal emitted by the scintillator crystal 3 allows direct use of the probe 1 in the standard endoscopic channels. The optical display means 6 and the gamma radiation detection probe 1 are positioned in an optionally compartmentalized guide tube. The probe may, for example, be introduced directly into the introducer tube or the endoscope operating channel and the scintillating crystal positioned at the distal end of the endoscope. The coupling of the traditional optical detection technique with the probe according to the invention is particularly advantageous. Firstly, the probe makes it possible to detect the radioactive isotopes that accumulate in the tumors and thus makes it possible to confirm the diagnosis obtained by the visual means of visualization, in the case of visible tumors. In addition, the probe can detect tumors present deep tissue and therefore invisible by direct observation. The detection of an ionizing radiation marking, thanks to the probe, offers a significant complementarity to existing optical endoscopic systems: detection of small lesions, detection of non-superficial zones (1 to 5 cm beyond the walls and not accessible in optics) and more generally the detection in "strongly upset" areas where the optical analysis remains delicate ... This technique has a very great potential and a very important field of medical applications, which can evolve and enrich itself with the development of more and more specific probes and / or radiopharmaceuticals. The probe used in the context of the invention will now be described in detail. The probe uses a scintillator crystal that emits light in response to ionizing radiation, preferably gamma radiation, and has a volume less than 30 mm 3 , the maximum transverse cross section of the probe being less than 10 mm 2 . Because of the small size of the crystal used, the amount of light captured by the optical fiber is still substantially the same regardless of where the ionizing radiation arrives at the crystal. The very small size and the high efficiency of the crystal offers a high sensitivity of detection and an optimal ratio signal / noise for the detection of lesions at a very early stage. In particular, the probe according to the invention is of shape and size adapted to be inserted into a tubular cavity of a living being, and in particular of man.
Ce type de sonde miniaturisée, de type endo-cavitaire constitue un outil d'aide à la détection de lésions spécifiques particulièrement performant. Une telle sonde est un accessoire insérable dans un système endo-cavitaire existant lors d'actes diagnostiques d'endoscopie ou lors d'actes de chirurgie par vidéoscopie. Une telle sonde permet d'obtenir une information précise sur la radioactivité locale à l'intérieur d'un être vivant. Par rapport aux systèmes scintillants existants utilisables in vivo, il est proposé de gagner au niveau de la qualité de détection par une approche originale qui ne cherche pas à identifier la direction de provenance du gamma interceptée, ce qui était réalisé, précédemment, soit par collimation soit par utilisation de deux cristaux différents et recombinaison du signal, mais la distance de la zone d'émission. En effet, les inventeurs ont imaginé d'utiliser le fait que, pour une zone de radioactivité donnée, le flux de gamma mesurable évolue en fonction de l'angle solide et diminue ainsi en fonction de l'inverse de la distance au carré par rapport à la zone d'émission. Aussi, en mesurant la radioactivité locale, on dispose d'un moyen très efficace de localisation par simple étude de l'évolution du nombre de paquets de photons émis par le cristal scintillant en relation directe avec le flux de gamma mesurable provenant de la zone radioactive.This type of miniaturized probe, endo-cavitary type is a tool to help the detection of specific lesions particularly effective. Such a probe is an insertable accessory in an endo-cavitary system existing during endoscopic diagnostic procedures or during videoscopic surgery procedures. Such a probe makes it possible to obtain precise information on the local radioactivity inside a living being. Compared with existing scintillating systems that can be used in vivo, it is proposed to improve the quality of detection by an original approach that does not seek to identify the direction of origin of the intercepted gamma, which was achieved, previously, by collimation. either by use of two different crystals and recombination of the signal, but the distance from the emission zone. Indeed, the inventors have imagined to use the fact that, for a given radioactivity zone, the measurable gamma flux evolves as a function of the solid angle and thus decreases as a function of the inverse of the distance squared with respect to to the zone of emission. Also, by measuring the local radioactivity, we have a very efficient means of localization by simple study of the evolution of the number of photon packets emitted by the scintillating crystal in direct relation with the measurable gamma flux coming from the radioactive zone. .
Dans les anciens dispositifs, il était utilisé, à l'inverse, des cristaux scintillateurs importants, qui présentaient d'ailleurs souvent au moins un axe de grande longueur dans la direction de la sonde, afin d'obtenir une probabilité d'interaction plus importante. Par conséquent, les rayonnements ionisants reçus à une extrémité du cristal, était en probabilité très différents des rayonnements ionisants reçus à l'autre extrémité.In the old devices, it was used, conversely, important scintillating crystals, which also often had at least one axis of great length in the direction of the probe, in order to obtain a greater probability of interaction . As a result, the ionizing radiation received at one end of the crystal was in probability very different from the ionizing radiation received at the other end.
Dans le cadre de l'invention, il est proposé d'utiliser un très petit cristal scintillateur de volume inférieur à 30 mm3, qui se conduit, en fait comme un détecteur cristallin quasi ponctuel, ce qui permet de gagner considérablement au niveau de la sensibilité et de la précision sur la localisation de la zone d'émission. Selon un mode préféré, le cristal a un volume inférieur à 10 mm3, préférentiellement inférieur à 5 mm3 et de préférence inférieur à 1 mm3. De préférence, dans la sonde selon l'invention, le cristal n'est pas associé à un moyen quelconque de collimation Néanmoins, dans certains cas, notamment lorsque la sonde est utilisée pour détecter des rayonnements faiblement énergétiques, le cristal pourra être équipé d'un collimateur. De façon préférée, le cristal utilisé présente une longueur maximale de 5 mm, préférentiellement de 1 mm. De façon avantageuse, le cristal présente une section transversale par rapport à l'axe longitudinal de la fibre optique inférieure à 8 mm2 et de préférence inférieure à 1 mm2. Le cristal présente avantageusement une forme cylindrique, préférentiellement avec une section de diamètre inférieur à 5 mm et de préférence inférieur à 2 mm. Il est particulièrement avantageux de choisir un cristal dont la forme est telle que le rapport de la plus grande dimension du cristal passant par son centre sur la plus petite dimension du cristal passant par son centre soit inférieur ou égal à 3, de préférence inférieur ou égal à 1,5.In the context of the invention, it is proposed to use a very small scintillator crystal with a volume of less than 30 mm 3 , which behaves, in fact, as a quasi-point crystalline detector, which makes it possible to gain considerably in terms of sensitivity and accuracy on the location of the emission area. According to a preferred embodiment, the crystal has a volume of less than 10 mm 3 , preferably less than 5 mm 3 and preferably less than 1 mm 3 . Of Preferably, in the probe according to the invention, the crystal is not associated with any means of collimation. Nevertheless, in certain cases, especially when the probe is used to detect low energy radiation, the crystal may be equipped with a collimator. Preferably, the crystal used has a maximum length of 5 mm, preferably 1 mm. Advantageously, the crystal has a cross section relative to the longitudinal axis of the optical fiber less than 8 mm 2 and preferably less than 1 mm 2 . The crystal advantageously has a cylindrical shape, preferably with a section of diameter less than 5 mm and preferably less than 2 mm. It is particularly advantageous to choose a crystal whose shape is such that the ratio of the largest dimension of the crystal passing through its center to the smallest dimension of the crystal passing through its center is less than or equal to 3, preferably less than or equal to at 1.5.
En fonction de la détection souhaitée, on choisira de façon spécifique, la géométrie, la composition et les caractéristiques spectrales et temporelles du ou des cristaux positionnés à l'extrémité de la sonde.Depending on the desired detection, the geometry, the composition and the spectral and temporal characteristics of the crystal or crystals positioned at the end of the probe will be specifically chosen.
Le but de la sonde selon l'invention est de permettre de localiser précisément une petite zone radioactive. Pour cela, un cristal scintillant translucide est utilisé : ce cristal va absorber les rayonnements ionisants, et en particulier gamma et bêta, et émettre en réponse des photons. Par cristal, on entend un cristal monocristallin ou polycristallin, par exemple sous la forme d'une céramique à gros grains. Un cristal, en fonction de sa géométrie et de composition notamment va présenter une sensibilité donnée, c'est-à-dire qu'il va permettre la détection d'une activité donnée, située à une distance plus ou moins importante de la sonde. La sonde doit permettre de localiser la zone radioactive.The purpose of the probe according to the invention is to make it possible to precisely locate a small radioactive zone. For this, a translucent scintillating crystal is used: this crystal will absorb ionizing radiation, and in particular gamma and beta, and emit photons in response. Crystal means a monocrystalline or polycrystalline crystal, for example in the form of a coarse grain ceramic. A crystal, depending on its geometry and composition in particular will have a given sensitivity, that is to say, it will allow the detection of a given activity, located at a greater or lesser distance from the probe. The probe must locate the radioactive area.
Le pouvoir d'absorption du rayonnement par le cristal est lié à la densité de ce dernier.The radiation absorption power of the crystal is related to the density of the crystal.
Dans le cadre de l'invention, on pourra utiliser un scintillateur rapide, de préférence choisi parmi les familles de LSO (Lu2SiO5) et notamment LSO : Ce (Lu2SiO5 dopé Ce3+), LYSO (Lu2(I-X)Y2xSiO5), (qui correspond au LSO dans lequel une faible quantité de lutétium est remplacé par de ryttrium) et également GSO ou GYSO (qui correspondent au LSO et LYSO dans lequel le lutétium est remplacé par du gadolinium). De tels cristaux offrent une bonne sensibilité de détection, combinée à une très bonne conduction, par la fibre optique connectée au cristal, de la lumière émise à la longueur d'onde d'émission de ces cristaux. On peut également utiliser un cristal scintillateur des familles LuAG (LU2AI5O12), LaBr3, LaCI3, YAG (Y2AI5Oi2), YAP (YAIO3) tous dopés par des ions luminescents (de préférence le Ce3+, mais aussi Pr3+, Yb3+, Eu3+, Tb3+ ou autres) ou du BGO (Bi4Ge3Oi2) non dopé.In the context of the invention, it is possible to use a fast scintillator, preferably chosen from the families of LSO (Lu 2 SiO 5 ) and in particular LSO: Ce (Ce 3+ doped Lu 2 SiO 5 ), LYSO (Lu 2 ( I - X ) Y 2x SiO 5 ), (which corresponds to the LSO in which a small amount of lutetium is replaced by yttrium) and also GSO or GYSO (which correspond to LSO and LYSO in which lutetium is replaced by gadolinium) . Such crystals offer good detection sensitivity, combined with a very good conduction, by the optical fiber connected to the crystal, of the light emitted at the emission wavelength of these crystals. One can also use a scintillator crystal of Luag families (LU 2 Al 5 O 12), LaBr 3, LACI 3, YAG (Y 2 Al 5 O 2), YAP (YAIO 3) all doped with luminescent ions (preferably This 3+ , but also Pr 3+ , Yb 3+ , Eu 3+ , Tb 3+ or others) or BGO (Bi 4 Ge 3 Oi 2 ) undoped.
Selon un autre mode de réalisation, on pourra utiliser un scintillateur présentant une densité supérieure à 7, de préférence choisi parmi les familles LuAP dopé Ce3+, LuYAP dopé Ce3+, CdWO4, PbWO4 ou encore un scintillateur monocristallin ou polycristallin présentant une densité supérieure à 7, de préférence une densité supérieure à 9, avantageusement choisi parmi les familles de sesquioxydes LU2O3, Gd2θ3 dopés par des ions luminescents, ou tungstates ou HfO2.According to another embodiment, one can use a scintillator having a density greater than 7, preferably selected from the LuAP families doped Ce 3+, Ce 3+ doped LuYAP, CdWO 4, PbWO 4 or a monocrystalline or polycrystalline scintillator having a density greater than 7, preferably a density greater than 9, advantageously chosen from the families of sesquioxides LU 2 O 3 , Gd 2 θ 3 doped with luminescent ions, or tungstates or HfO 2 .
Ces cristaux, pour être scintillateurs, sont dopés avec un lanthanide ou métaux de transition, de préférence le cérium à raison le plus souvent de moins de 5%, de préférence moins de 1% atomique. Dans le cas des composés CdW04 et PbWO4, non luminescent n'est pas un dopant mais directement un ion du cristal.These crystals, to be scintillators, are doped with a lanthanide or transition metal, preferably cerium at most often less than 5%, preferably less than 1 atomic%. In the case of the compounds CdW04 and PbWO4, non-luminescent is not a dopant but directly an ion of the crystal.
De façon avantageuse, le ou les cristaux scintillateurs présenteront un temps de déclin inférieur à 100 ns. Il est également avantageux d'utiliser un cristal scintillateur à haut rendement lumineux, de préférence supérieur à 10000 photons/MeV.Advantageously, the scintillator crystal (s) will have a decay time of less than 100 ns. It is also advantageous to use a scintillating crystal with a high luminous efficiency, preferably greater than 10,000 photons / MeV.
Il est également possible que la sonde combine l'utilisation de plusieurs cristaux à propriétés de luminescence différentes pour permettre éventuellement de sonder des zones à des distances différentes de la sonde. Dans ce cas un matériau scintillateur à déclin plus lent peut être envisagé.It is also possible that the probe combines the use of several crystals with different luminescence properties to possibly probe areas at different distances from the probe. In this case a scintillating material with slower decline can be envisaged.
Par ailleurs, les zones marquées à détecter présentent généralement une radioactivité bêta peu pénétrante (<2mm) et une radioactivité gamma très pénétrante (plusieurs cm). Selon une variante avantageuse de l'invention, le cristal est revêtu sur une face par une couche d'un matériau scintillateur qui émet de la lumière en réponse à des rayonnements bêta dans un domaine spectral différent du cristal ou avec une réponse temporelle différente. Cette couche est fine et présente, de préférence, une épaisseur inférieure à 100 microns. Une détection combinée : détection gamma et détection bêta plus distincte est ainsi réalisée, permettant une meilleure localisation de la zone radioactive.In addition, the marked areas to be detected generally have a low penetration beta (<2mm) and a very penetrating gamma (several cm) radioactivity. According to an advantageous variant of the invention, the crystal is coated on one side by a layer of a scintillator material which emits light in response to beta radiation in a spectral range different from the crystal or with a different temporal response. This layer is fine and preferably has a thickness of less than 100 microns. A combined detection: gamma detection and more distinct beta detection is thus performed, allowing a better location of the radioactive zone.
Selon un mode de réalisation particulier, la sonde peut présenter un embout de protection du cristal vis-à-vis de la lumière extérieure. Cet embout peut par exemple être en PEHD (polyéthylène haute densité). Une gaine entourant la fibre optique connectée au cristal, et thermoformée à son extrémité au niveau du cristal pour former l'embout de protection, pourra être utilisée. Il est également possible que le cristal soit recouvert en partie, ou non recouvert, par un revêtement réfléchissant. Un tel revêtement réfléchit la lumière visible, et en particulier la lumière visible émise par l'interaction du rayonnement ionisant avec le cristal. En effet, lorsqu'un rayonnement gamma arrive sur le cristal et est arrêté par le cristal, le cristal émet en réponse une grande quantité de photons visibles qui partent dans toutes les directions. Les photons émis en direction de la fibre optique sont directement reçus par cette dernière. Pour réorienter les autres photons émis en direction de la fibre optique, il peut être prévu de recouvrir la surface du cristal qui n'est pas directement connectée à la fibre d'un revêtement réfléchissant. Le cristal est ainsi recouvert en partie, par un revêtement réfléchissant une partie de la lumière visible émise par l'interaction du rayonnement ionisant avec le cristal, afin d'augmenter la quantité de lumière collectée par la fibre optique. Un tel revêtement, peut, par exemple, être de type miroir métallique ou d'indice différent pour renvoyer une partie de la lumière visible émise par le cristal vers le côté fibre optique. Il est également possible que ce revêtement soit également diffusant.According to a particular embodiment, the probe may have a protection tip of the crystal vis-à-vis the external light. This tip can for example be HDPE (high density polyethylene). A sheath surrounding the optical fiber connected to the crystal, and thermoformed at its end at the crystal to form the protective tip, may be used. It is also possible that the crystal is partially covered, or not covered, by a reflective coating. Such a coating reflects visible light, and in particular the visible light emitted by the interaction of ionizing radiation with the crystal. Indeed, when a gamma radiation arrives on the crystal and is stopped by the crystal, the crystal emits in response a large amount of visible photons that go in all directions. The photons emitted in the direction of the optical fiber are directly received by the latter. To reorient the other photons emitted in the direction of the optical fiber, it may be provided to cover the surface of the crystal which is not directly connected to the fiber of a reflective coating. The crystal is thus partially covered by a coating that reflects a part of the visible light emitted by the interaction of the ionizing radiation with the crystal, in order to increase the amount of light collected by the optical fiber. Such a coating may, for example, be of a metal mirror type or of a different index to return part of the visible light emitted by the crystal towards the optical fiber side. It is also possible that this coating is also diffusing.
La connexion entre le cristal et la fibre optique peut se faire par tout moyen approprié, par exemple par collage au moyen d'une résine notamment. La fibre optique comporte le plus souvent un embout de connexion à un convertisseur photoélectrique et est généralement entourée d'une gaine de protection. La sonde elle-même peut être à usage unique.The connection between the crystal and the optical fiber can be done by any appropriate means, for example by bonding with a resin in particular. The optical fiber most often comprises a connection end to a photoelectric converter and is generally surrounded by a protective sheath. The probe itself may be disposable.
Il est également possible de prévoir qu'au moins deux fibres optiques soient connectées à une des faces du cristal et soient, par exemple, reliées chacune à un convertisseur photoélectrique différent. Ceci permet alors d'identifier et de différencier plus facilement la lumière émise en réponse à la détection de rayonnements bêta et la partie détection émise en réponse à la détection de rayonnements gamma. La sonde est intégrée dans un dispositif selon l'invention qui comporte également un convertisseur photoélectrique. La Figure 1 illustre un dispositif comportant une sonde 1 selon l'invention comportant une fibre optique 2 équipée à l'une de ses extrémités par un cristal scintillateur 3. La sonde peut être insérée dans la cavité tubulaire et déplacer au sein de cette dernière, afin de détecter la présence de toute source S de rayonnements gamma.It is also possible to provide that at least two optical fibers are connected to one of the faces of the crystal and are, for example, each connected to a different photoelectric converter. This then makes it easier to identify and differentiate the light emitted in response to the detection of beta radiation and the detection part emitted in response to the detection of gamma radiation. The probe is integrated in a device according to the invention which also comprises a photoelectric converter. FIG. 1 illustrates a device comprising a probe 1 according to the invention comprising an optical fiber 2 equipped at one of its ends with a scintillator crystal 3. The probe can be inserted into the tubular cavity and move within it, to detect the presence of any source S of gamma radiation.
L'autre extrémité de la fibre optique 2 est connectée à un convertisseur photoélectrique 4. Le plus souvent ce convertisseur photoélectrique 4 est relié par tout moyen approprié à une interface utilisateur 5. Une des extrémités de la fibre optique est reliée au cristal scintillateur, l'autre extrémité au convertisseur photoélectrique. La fibre optique constitue un moyen de collecte et de transmission de la lumière émise par le cristal. La fibre optique peut présenter un cœur inorganique, par exemple de silice, ou polymère, par exemple de PMMA. La partie de la lumière émise par le cristal qui est collectée par la fibre optique est transmise par cette dernière au convertisseur photoélectrique qui va assurer sa conversion en un signal électrique et notamment en puises électriques. De façon avantageuse, le couplage entre la fibre optique et le cristal assure la collecte de plus de 5% des photons de scintillation émis par événement, et de préférence de plus de 10%. Pour optimiser la lumière collectée, la fibre optique est, de préférence, connectée à une face du cristal selon une section de connexion et le rapport entre la surface du cristal sur laquelle la fibre est connectée et la surface de la section de connexion est de préférence proche de 1 et de préférence inférieur ou égal à 5. L'ensemble cristal + fibre optique peut être inséré dans une gaine en un matériau laissant passer les rayonnements gamma. Une telle gaine pourra avantageusement être en PEHD, pour assurer un déplacement aisé de la sonde dans la partie insérable du dispositif dans laquelle elle sera intégrée.The other end of the optical fiber 2 is connected to a photoelectric converter 4. Most often this photoelectric converter 4 is connected by any suitable means to a user interface 5. One end of the optical fiber is connected to the scintillator crystal, the other end to the photoelectric converter. Optical fiber is a means of collecting and transmitting the light emitted by the crystal. The optical fiber may have an inorganic core, for example silica, or a polymer, for example PMMA. The part of the light emitted by the crystal that is collected by the optical fiber is transmitted by the latter to the photoelectric converter which will ensure its conversion into an electrical signal and in particular electric pulses. Advantageously, the coupling between the optical fiber and the crystal ensures the collection of more than 5% of the emitted scintillation photons, and preferably more than 10%. To optimize the collected light, the optical fiber is preferably connected to a face of the crystal according to a connection section and the ratio between the crystal surface on which the fiber is connected and the surface of the connection section is preferably close to 1 and preferably less than or equal to 5. The crystal + optical fiber assembly can be inserted into a sheath made of a material allowing gamma radiation to pass through. Such a sheath may advantageously be HDPE, to ensure easy movement of the probe in the insertable part of the device in which it will be integrated.
De façon avantageuse, le diamètre total de la section de la sonde est suffisamment petit pour entrer dans le canal opérateur d'un endoscope du commerce et le plus grand possible pour obtenir une meilleure sensibilité. Dans le cas d'un colescope, le diamètre total de la sonde sera de 2,5 à 3,5 mm et dans le cas d'un gastroscope de 1,8 à 2,5 mm.Advantageously, the total diameter of the probe section is small enough to enter the working channel of a commercial endoscope and as large as possible to obtain a better sensitivity. In the case of a colescope, the total diameter of the probe will be 2.5 to 3.5 mm and in the case of a gastroscope of 1.8 to 2.5 mm.
La fibre optique est souple et va donc pouvoir circuler et s'adapter à la forme de la cavité dans laquelle elle va être insérée. Il est possible, en fonction de l'application, d'utiliser une fibre de très grande longueur, et en particulier d'une longueur supérieure ou égale à 10 m. La longueur totale de la fibre optique qui correspond sensiblement à la longueur de la sonde, sera avantageusement comprise entre 2 et 4 m. La partie insérable de la sonde sera, de préférence, inférieure ou égale à 2 m. De façon avantageuse, le cœur de la fibre présente un diamètre de préférence inférieur ou égal à 1,5 mm et la fibre totale (cœur + gainage) présente un diamètre de préférence inférieur à 3 mm. Selon un mode de réalisation préférée, la totalité de la partie insérable peut être courbée avec un rayon de courbure inférieur à 5 cm, de préférence inférieur à 2 cm. Pour obtenir un rayon de courbure inférieur à 1,5 cm avec des fibres à cœur de silice, plusieurs fibres pourront être couplées au même cristal. De façon avantageuse, la partie insérable présente une section (prise transversalement à l'axe longitudinal de la sonde) maximale comprise entre 0,1 et 10 mm2 et de préférence comprise entre 0,2 et 5 mm2. Selon une variante de réalisation de l'invention, la sonde est équipée de moyens de positionnement de cette dernière au sein d'un canal de la partie insérable du dispositif. De tels moyens permettent notamment de positionner la sonde, de façon à ce que son extrémité comportant le cristal soit directement visualisable grâce aux moyens optiques de visualisation. Selon une autre variante du dispositif, celui-ci comprend également des moyens de quantification des rayonnements gamma reçus par le cristal, par analyse des signaux électriques émis par le convertisseur photoélectrique. Cette analyse peut, par exemple être réalisée par une unité de comptage. Le taux de comptage reflète alors la quantité de rayonnements gamma directement liée à la distance entre la zone radioactive d'émission et la sonde. Le dispositif peut également intégrer des moyens de calcul de la distance entre la sonde et la zone radioactive détectée.The optical fiber is flexible and will therefore be able to circulate and adapt to the shape of the cavity in which it will be inserted. It is possible, depending on the application, to use a fiber of very great length, and in particular of a length greater than or equal to 10 m. The total length of the optical fiber which corresponds substantially to the length of the probe, will advantageously be between 2 and 4 m. The insertable part of the probe will preferably be less than or equal to 2 m. Advantageously, the core of the fiber has a diameter of preferably less than or equal to 1.5 mm and the total fiber (core + cladding) has a diameter preferably of less than 3 mm. According to a preferred embodiment, the entire insertable portion may be curved with a radius of curvature of less than 5 cm, preferably less than 2 cm. To obtain a radius of curvature of less than 1.5 cm with silica-core fibers, several fibers may be coupled to the same crystal. Advantageously, the insertable portion has a cross section (taken transverse to the longitudinal axis of the probe) maximum between 0.1 and 10 mm 2 and preferably between 0.2 and 5 mm 2 . According to an alternative embodiment of the invention, the probe is equipped with means for positioning the latter within a channel of the insertable part of the device. Such means make it possible in particular to position the probe, so that its end comprising the crystal is directly viewable by means of optical viewing means. According to another variant of the device, it also comprises means for quantifying the gamma radiation received by the crystal, by analyzing the electrical signals emitted by the photoelectric converter. This analysis can, for example be performed by a counting unit. The count rate then reflects the amount of gamma radiation directly related to the distance between the emission radioactive zone and the probe. The device may also include means for calculating the distance between the probe and the detected radioactive zone.
La lumière transmise peut être convertie, avant analyse, par un photomultiplicateur ou une photodiode. Selon un mode de réalisation, le signal issu du convertisseur photoélectrique (qui peut être amplifié si nécessaire) est connecté à un discriminateur (SCA pour « Single Channel Analyser »). Le signal issu du discriminateur est ensuite envoyé sur une échelle de comptage. Dans le cas de l'utilisation de deux cristaux un lent et un rapide, il est possible de dupliquer le signal issu du convertisseur photoélectrique et de le rediriger vers deux discriminateurs. L'un des discriminateurs aura un seuil réglé pour la détection de photons émis par un cristal « rapide » suite à l'absorption de rayonnement gamma, l'autre aura un seuil réglé pour la détection de photons issus de la détection des bêta, ces derniers arrivant dilués dans le temps dans le cas d'un scintillateur lent.The transmitted light can be converted, before analysis, by a photomultiplier or a photodiode. According to one embodiment, the signal from the photoelectric converter (which can be amplified if necessary) is connected to a discriminator (SCA for "Single Channel Analyzer"). The signal from the discriminator is then sent on a counting scale. In the case of the use of two crystals a slow and a fast, it is possible to duplicate the signal from the photoelectric converter and redirect it to two discriminators. One of the discriminators will have a set threshold for the detection of photons emitted by a "fast" crystal following the absorption of gamma radiation, the other will have a threshold set for the detection of photons resulting from the detection of beta, these last arrivals diluted in time in the case of a slow scintillator.
La sonde présente dans le dispositif selon l'invention, peut être utilisée pour la détection de rayonnements gamma issus d'un des isotopes choisi parmi : 99Tc, 123I, 18F ou tout autre isotope émettant des photons gamma d'une énergie supérieure à 50 KeV. La sonde selon l'invention est également adaptée pour la détection de rayonnements ionisants de haute énergie, en particulier de rayonnements gamma d'énergie supérieure à 300 KeV.The probe present in the device according to the invention can be used for the detection of gamma radiation from one of the isotopes chosen from: 99 Tc, 123 I, 18 F or any other isotope emitting gamma photons of higher energy at 50 KeV. The probe according to the invention is also suitable for the detection of high energy ionizing radiation, in particular gamma radiation with energy higher than 300 KeV.
Les exemples ci-après permettent d'illustrer les sondes pouvant être mises en œuvre dans le cadre de l'invention. Exemple 1 :The examples below make it possible to illustrate the probes that can be used in the context of the invention. Example 1
Le détecteur est un cristal rectangulaire de LYSO : Ce3+ (Fibercryst SAS, France à 0,5 % de Ce) de dimensions 3*1*1 mm poli sur toutes ses faces. La fibre optique est une fibre Thorlabs de référence BFH37-800 de cœur silice 800 mm et une ouverture numérique de 0,37. Le diamètre total de la fibre est de 1,4 mm. La fibre mesure 1 m et est polie aux deux extrémités. Le cristal est collé sur une face de la fibre par une colle époxy à deux composants (Géofix de chez ESCIL) transparente à la lumière émise par le cristal. La tête de la sonde est ensuite peinte avec une peinture acrylique blanche, puis l'ensemble de la sonde est peint avec une peinture acrylique noire. L'extrémité de sortie de la sonde est placée sur un photomultiplicateur Hamamatsu R647. Le signal du photomultiplicateur est envoyé à un préamplificateur puis un amplificateur de mise en forme, puis il est récupéré sur un compteur d'impulsions également nommés coups. La sonde est ensuite placée au contact d'une source radioactive de 137Cs (émetteur gamma 662 KeV) d'activité 20 KBq. La géométrie de la source peut être assimilée à un disque de 3 mm de diamètre. La sonde est ensuite reculée parallèlement à l'axe du disque par pas de 0,25 mm, le nombre de coups mesurés est intégré sur une période d'une seconde. La Figure 2 montre l'évolution du nombre de coups détectés, en fonction de la distance en mm séparant la sonde de la source. Cette expérience montre qu'un signal est détecté même lorsque la sonde se trouve à une distance de plus de lcm de la source.The detector is a rectangular crystal of LYSO: Ce 3+ (Fibercryst SAS, France at 0.5% Ce) of dimensions 3 * 1 * 1 mm polished on all sides. The optical fiber is a reference Thorlabs BFH37-800 fiber core 800 mm silica and a numerical aperture of 0.37. The total diameter of the fiber is 1.4 mm. The fiber measures 1 m and is polished at both ends. The crystal is glued on one side of the fiber by a two-component epoxy glue (Géofix from ESCIL) transparent to the light emitted by the crystal. The probe's head is then painted with a white acrylic paint, then the entire probe is painted with a black acrylic paint. The output end of the probe is placed on a Hamamatsu R647 photomultiplier. The signal of the photomultiplier is sent to a preamplifier and a shaping amplifier, then it is recovered on a pulse counter also called shots. The probe is then placed in contact with a radioactive source of 137 Cs (662 KeV gamma emitter) of activity 20 KBq. The geometry of the source can be likened to a disk 3 mm in diameter. The probe is then retracted parallel to the axis of the disk in steps of 0.25 mm, the number of measured shots is integrated over a period of one second. Figure 2 shows the evolution of the number of hits detected, in depending on the distance in mm between the probe and the source. This experiment shows that a signal is detected even when the probe is at a distance of more than 1 cm from the source.
Exemple 2 :Example 2
Le détecteur est un cristal rectangulaire de LYSO : Ce3+ correspondant à celui de l'exemple 1 de dimensions 3*1*1 mm poli sur toutes les faces. La fibre optique est une fibre Thorlabs de référence BFH37-800 de cœur silice 800 mm et une ouverture numérique de 0,37. Le diamètre total de la fibre est de 1,4 mm. La fibre mesure 1 m et est polie aux deux extrémités. Le cristal est collé sur une face de la fibre par une colle époxy à deux composants (Géofix de chez ESCIL) transparente à la lumière émise par le cristal. La tête de la sonde est ensuite peinte avec une peinture acrylique blanche, puis l'ensemble de la sonde est peint avec une peinture acrylique noire. L'extrémité de sortie de la sonde est placée sur un photomultiplicateur hamamatsu R647. Le signal du photomultiplicateur est envoyé à un préamplificateur puis un amplificateur de mise en forme, puis il est récupéré sur un compteur d'impulsions. La source radioactive utilisée est uns source 137Cs (émetteur gamma 662 KeV) d'activité 20 KBq. La géométrie de la source peut être assimilée à un disque de 3 mm de diamètre. La sonde est déplacée devant la source selon un axe parallèle au plan de la source et placée à 6 mm de celle-ci. L'axe de la sonde est aligné selon son axe de translation. Cette expérience permet d'étudier la variation du signal détecté lors du passage de la sonde à proximité de la source, mais sans être au contact de celle-ci. La Figure 3 montre l'évolution du nombre de coups détectés, en fonction de la distance en mm séparant la sonde de la source. Le signal maximal est obtenu lorsque la sonde se trouve à une distance comprise entre 4 et 6 mm de la source.The detector is a rectangular crystal of LYSO: Ce 3+ corresponding to that of Example 1 of dimensions 3 * 1 * 1 mm polished on all sides. The optical fiber is a reference Thorlabs BFH37-800 fiber core 800 mm silica and a numerical aperture of 0.37. The total diameter of the fiber is 1.4 mm. The fiber measures 1 m and is polished at both ends. The crystal is glued on one side of the fiber by a two-component epoxy glue (Géofix from ESCIL) transparent to the light emitted by the crystal. The probe's head is then painted with a white acrylic paint, then the entire probe is painted with a black acrylic paint. The output end of the probe is placed on a hamamatsu photomultiplier R647. The signal of the photomultiplier is sent to a preamplifier and then a shaping amplifier, and is then recovered on a pulse counter. The radioactive source used is a 137 Cs (gamma 662 KeV emitter) source of activity 20 KBq. The geometry of the source can be likened to a disk 3 mm in diameter. The probe is moved in front of the source along an axis parallel to the plane of the source and placed 6 mm from it. The axis of the probe is aligned along its axis of translation. This experiment makes it possible to study the variation of the signal detected during the passage of the probe close to the source, but without being in contact with it. Figure 3 shows the evolution of the number of detected shots, as a function of the distance in mm separating the probe from the source. The maximum signal is obtained when the probe is at a distance of between 4 and 6 mm from the source.
Exemple 3 :Example 3
Le détecteur est un cristal 3 de forme cylindrique de LYSO : Ce3+ (Fibercryst SAS, France à 0,5 % de Ce) de dimensions 1 mm de hauteur sur lmm de diamètre, poli sur toutes les faces. La fibre optique 2 est une fibre Thorlabs de référence BFH48- 1000 de cœur silice 1000 mm et d'ouverture numérique 0,48. le diamètre total de la fibre est de 1,4 mm. La fibre mesure 1 m et est polie aux deux extrémités. Le cristal est collé sur une face de la fibre par une colle époxy 8 à deux composants (Géofix de chez ESCIL) transparente à la lumière émise par le cristal. La tête de la sonde est ensuite peinte avec une peinture acrylique blanche, puis l'ensemble de la sonde est gainée avec une gaine 9 thermorétractable noire. La Figure 4 est une représentation de profil de la sonde utilisée. L'extrémité de sortie de la sonde est placée sur un photomultiplicateur 10 Hamamatsu R647. Le signal du photomultiplicateur est envoyé à un discriminateur de puises Hamamatsu C6465, puis un compteur NI USB6008 et est enregistré par un logiciel de visualisation et de sauvegarde développé sous labview au laboratoire. La source radioactive utilisée est uns source 18FDG liquide (émetteur gamma 511 KeV) placée dans un tube de quartz. La géométrie de la source peut être assimilée à un cylindre de 3 mm de diamètre et 5 mm de hauteur, la radioactivité est répartie de façon homogène dans ce cylindre. L'activité de cette source durant ce test est d'environ 5 MBq. Le tube source est introduit dans un support d'expérience 11 permettant de déplacer la sonde devant la source à une distance réglable : la source est déplacée sur un axe situé à D=I cm de la source. La Figure 5 illustre schématiquement le dispositif mis en œuvre. La Figure 6 montre révolution du nombre de coups détectés, en fonction de la distance en mm séparant la sonde de la source. Cette expérience permet d'étudier la variation de signal lors du passage devant la sonde et met en évidence qu'il est possible de localiser une source radioactive de même nature que celle utilisées pour les applications médicales placée à 1 cm de profondeur.The detector is a cylindrical crystal 3 of LYSO: Ce 3+ (Fibercryst SAS, France at 0.5% Ce) of dimensions 1 mm in height to 1 mm in diameter, polished on all sides. The optical fiber 2 is a Thorlabs reference fiber BFH48-100 with a 1000 mm silica core and a numerical aperture of 0.48. the total diameter of the fiber is 1.4 mm. The fiber measures 1 m and is polished at both ends. The crystal is glued on one side of the fiber by a two-component epoxy glue 8 (Géofix from ESCIL) transparent to the light emitted by the crystal. The head of the probe is then painted with a white acrylic paint, then the entire probe is sheathed with a black heat-shrinkable sheath 9. Figure 4 is a profile representation of the probe used. The output end of the probe is placed on a Hamamatsu R647 photomultiplier. The photomultiplier signal is sent to a Hamamatsu C6465 discriminator, then to a NI USB6008 counter and is recorded by visualization and backup software developed under laboratory labview. The radioactive source used is one liquid source 18 FDG (511 KeV gamma emitter) placed in a quartz tube. The geometry of the source can be likened to a cylinder 3 mm in diameter and 5 mm in height, the radioactivity is distributed homogeneously in this cylinder. The activity of this source during this test is about 5 MBq. The source tube is introduced into an experimental support 11 for moving the probe in front of the source at an adjustable distance: the source is moved on an axis located at D = 1 cm from the source. Figure 5 schematically illustrates the device implemented. Figure 6 shows a revolution in the number of hits detected, depending on the distance in mm between the probe and the source. This experiment makes it possible to study the variation of signal during the passage in front of the probe and demonstrates that it is possible to locate a radioactive source of the same nature as that used for the medical applications placed at 1 cm of depth.
Exemple 4 : Le détecteur est un cristal de forme cubique de LYSO : Ce3+ (Fibercryst SAS, France à 0,5 % de Ce) de dimensions 1*1*1 mm poli sur toutes les faces. La fibre optique est une fibre Thorlabs de référence BFH48-1000 de cœur silice 1000 mm et d'ouverture numérique 0,48. Le diamètre total de la fibre est de 1,4 mm. La fibre mesure 1 m et est polie aux deux extrémités. Le cristal est collé sur une face de la fibre par une colle époxy à deux composants (Géofix de chez ESCIL) transparente à la lumière émise par le cristal. La tête de la sonde est ensuite peinte avec une peinture acrylique blanche, puis l'ensemble de la sonde est gainée avec une gaine thermorétractable noire. L'extrémité de sortie de la sonde est placée sur un photomultiplicateur 10 Hamamatsu R647. Le signal du photomultiplicateur est envoyé à un discriminateur de puises Hamamatsu C6465, puis un compteur NI USB6008 et est enregistré par un logiciel de visualisation et de sauvegarde développé sous Labview au laboratoire. Les sources radioactives Si et S2 utilisées sont des sources 18FDG liquides (émetteur gamma 511 KeV) placées dans des tubes de quartz. La géométrie des sources peut être assimilée à des cylindres de 3 mm de diamètre et 5 mm de hauteur, la radioactivité est répartie de façon homogène dans ces cylindres. L'activité de ces sources durant ce test est d'environ 5 MBq par source. Les tubes sources sont introduits dans un support d'expérience 11 permettant de déplacer la sonde devant les sources à une distance réglable : les sources sont déplacées sur un axe situé à D=I cm de chacune des sources. Les deux sources Si et S2 sont placées à la même distance de l'axe de déplacement de la sonde, et sont écartées l'une de l'autre de 4 cm. La Figure 7 illustre schématiquement le dispositif mis en œuvre. Cette expérience permet de voir la variation de signal lors du passage devant les sources. La Figure 8 montre l'évolution du nombre de coups détectés, en fonction du temps. Cet exemple permet de montrer que la sonde utilisée est capable de différencier deux sources équivalentes placées à 1 cm de profondeur et distantes de 4 cm. Ce résultat est particulièrement intéressant pour les applications médicales.Example 4: The detector is a cubic crystal of LYSO: Ce 3+ (Fibercryst SAS, France at 0.5% Ce) of dimensions 1 * 1 * 1 mm polished on all sides. The optical fiber is a Thorlabs reference fiber BFH48-1000 1000 mm silica core and 0.48 numerical aperture. The total diameter of the fiber is 1.4 mm. The fiber measures 1 m and is polished at both ends. The crystal is glued on one side of the fiber by a two-component epoxy glue (Géofix from ESCIL) transparent to the light emitted by the crystal. The probe head is then painted with a white acrylic paint, and then the entire probe is sheathed with a black heat-shrinkable sheath. The output end of the probe is placed on a Hamamatsu photomultiplier R647. The photomultiplier signal is sent to a C6465 Hamamatsu pulses discriminator, then to a NI USB6008 counter and is recorded by a visualization and backup software developed under Labview in the laboratory. The radioactive sources Si and S 2 used are liquid 18 FDG sources (511 KeV gamma emitter) placed in quartz tubes. The geometry of the sources can be likened to cylinders 3 mm in diameter and 5 mm in height, the radioactivity is distributed homogeneously in these cylinders. The activity of these sources during this test is about 5 MBq per source. The source tubes are introduced into an experimental support 11 making it possible to move the probe in front of the sources at an adjustable distance: the sources are displaced on an axis located at D = 1 cm from each of the sources. The two sources Si and S 2 are placed at the same distance from the axis of movement of the probe, and are spaced from each other by 4 cm. Figure 7 schematically illustrates the device implemented. This experiment makes it possible to see the variation of signal during the passage in front of the sources. Figure 8 shows the evolution of the number of hits detected, as a function of time. This example shows that the probe used is able to differentiate two equivalent sources placed at 1 cm deep and 4 cm apart. This result is particularly interesting for medical applications.
Exemple 5 :Example 5
Le détecteur est un cristal rectangulaire de LYSO : Ce3+ correspondant à celui de l'exemple 1 de dimensions 3*1*1 mm poli sur toutes les faces. La fibre optique est une fibre Thorlabs de référence BFH37-800 de cœur silice 800 mm et une ouverture numérique de 0,37. Le diamètre total de la fibre est de 1,4 mm. La fibre mesure 1 m et est polie aux deux extrémités. Le cristal est collé sur une face de la fibre par une colle époxy à deux composants (Géofix de chez ESCIL) transparente à la lumière émise par le cristal. La tête de la sonde est ensuite peinte avec une peinture acrylique blanche, puis l'ensemble de la sonde est peint avec une peinture acrylique noire. La source est une source 241Am de 395 KBq (émetteur gamma à 60 KeV). L'extrémité de sortie de la sonde est placée sur un photomultiplicateur Hamamatsu R647. Le signal du photomultiplicateur est envoyé à un préamplificateur puis un amplificateur de mise en forme, puis il est récupéré sur un compteur d'impulsions. La géométrie de la source peut être assimilée à un disque de 3 mm de diamètre. La sonde est déplacée face à la source selon un axe parallèle au plan de la source et placé à 10 mm de celle-ci. L'axe de la sonde est aligné perpendiculairement à son axe de translation (la sonde « regarde » en direction de la source). La sonde est placée dans un tube métallique suffisamment dense pour stopper la majorité des rayons gamma le pénétrant : il joue le rôle de collimateur. La mesure est effectuée avec et sans le collimateur. La Figure 9 montre l'évolution du nombre de coups détectés, avec et sans collimateur, en fonction de la distance en mm séparant la sonde de la source. Cette expérience met en évidence que d'une part un dispositif selon l'invention est capable de détecter une source de 241Am et que d'autre part un collimateur adapté permet de faire ressortir un signal quand la variation du signal est fortement étalée.The detector is a rectangular crystal of LYSO: Ce 3+ corresponding to that of Example 1 of dimensions 3 * 1 * 1 mm polished on all sides. The optical fiber is a reference Thorlabs BFH37-800 fiber core 800 mm silica and a numerical aperture of 0.37. The total diameter of the fiber is 1.4 mm. The fiber measures 1 m and is polished at both ends. The crystal is glued on one side of the fiber by a two-component epoxy glue (Géofix from ESCIL) transparent to the light emitted by the crystal. The probe's head is then painted with a white acrylic paint, then the entire probe is painted with a black acrylic paint. The source is a 241 Am source of 395 KBq (60 keV gamma emitter). The output end of the probe is placed on a Hamamatsu R647 photomultiplier. The photomultiplier signal is sent to a preamplifier and then a shaping amplifier, and then recovered on a pulse counter. The geometry of the source can be likened to a disk 3 mm in diameter. The probe is moved towards the source along an axis parallel to the plane of the source and placed 10 mm away from it. The axis of the probe is aligned perpendicular to its axis of translation (the probe "looks" towards the source). The probe is placed in a metal tube dense enough to stop the majority of penetrating gamma rays: it acts as a collimator. The measurement is performed with and without the collimator. Figure 9 shows the evolution of the number of detected shots, with and without collimator, as a function of the distance in mm between the probe and the source. This experiment shows that on the one hand a device according to the invention is capable of detecting a source of 241 Am and that on the other hand a suitable collimator makes it possible to bring out a signal when the variation of the signal is strongly spread.
Exemple 6 : Le détecteur est un cristal rectangulaire de LYSO : Ce3+ correspondant à celui de l'exemple 1 de dimensions 3*1*1 mm poli sur toutes les faces. La fibre optique est une fibre Thorlabs de référence BFH37-800 de cœur silice 800 mm et une ouverture numérique de 0,37. Le diamètre total de la fibre est de 1,4 mm. La fibre mesure Im et est polie aux deux extrémités. Le cristal est collé sur une face de la fibre par une colle époxy à deux composants (Géofix de chez ESCIL) transparente à la lumière émise par le cristal. La tête de la sonde est ensuite peinte avec une peinture acrylique blanche, puis l'ensemble de la sonde est peint avec une peinture acrylique noire. La source de radioactivité est une source 137Cs de 373 KBq (émetteur gamma à 662KeV). L'extrémité de sortie de la sonde est placée sur un photomultiplicateur hamamatsu R647. Le signal du photomultiplicateur est envoyé à un préamplificateur puis un amplificateur de mise en forme, puis il est récupéré sur un compteur d'impulsions. La géométrie de la source peut être assimilée à un disque de 3 mm de diamètre. La sonde est déplacée face à la source selon un axe parallèle au plan de la source : dans un premier cas, elle est placée initialement au contact de la sonde puis éloignée progressivement et dans un second cas, elle est placée initialement à 1 cm de celle-ci. L'axe de la sonde est aligné perpendiculairement à son axe de translation (la sonde « regarde » en direction de la source). La Figure 10 montre l'évolution du nombre de coups détectés, avec un départ de la sonde au contact ou à 1 cm de la source, en fonction de la distance en mm séparant la sonde de la source. Cette expérience démontre qu'un dispositif selon l'invention est capable de détecter une source de 137Cs, et ceci d'autant plus précisément que la sonde sera proche de la source.Example 6: The detector is a rectangular crystal of LYSO: Ce 3+ corresponding to that of Example 1 of dimensions 3 * 1 * 1 mm polished on all sides. The optical fiber is a reference Thorlabs BFH37-800 fiber core 800 mm silica and a numerical aperture of 0.37. The total diameter of the fiber is 1.4 mm. The fiber measures Im and is polished at both ends. The crystal is glued on one side of the fiber by a two-component epoxy glue (Géofix from ESCIL) transparent to the light emitted by the crystal. The probe's head is then painted with a white acrylic paint, then the entire probe is painted with a black acrylic paint. The radioactivity source is a 137 Cs source of 373 KBq (gamma emitter at 662KeV). The output end of the probe is placed on a hamamatsu photomultiplier R647. The signal of the photomultiplier is sent to a preamplifier and then a shaping amplifier, and is then recovered on a pulse counter. The geometry of the source can be likened to a disk 3 mm in diameter. The probe is moved towards the source along an axis parallel to the plane of the source: in a first case, it is initially placed in contact with the probe and then moved away gradually and in a second case, it is placed initially at 1 cm from that -this. The axis of the probe is aligned perpendicular to its axis of translation (the probe "looks" towards the source). Figure 10 shows the evolution of the number of hits detected, with a probe leaving the contact or 1 cm from the source, depending on the distance in mm between the probe and the source. This experiment demonstrates that a device according to the invention is capable of detecting a source of 137 Cs, and this all the more precisely as the probe will be close to the source.
[Exemple 7 :[Example 7:
Le détecteur est un cristal de forme cubique de LYSO : Ce3+ (Fibercryst SAS, France à 0,5 % de Ce) de dimensions 1*1*1 mm poli sur toutes ses faces. La fibre optique est une fibre Thorlabs de référence BFH48-1000 de cœur silice 1000 mm et d'ouverture numérique 0,48. Le diamètre total de la fibre est de 1,4 mm. La fibre mesure 1 m et est polie aux deux extrémités. Le cristal est collé sur une face de la fibre par une colle époxy à deux composants (Géofix de chez ESCIL) transparente à la lumière émise par le cristal. La tête de la sonde est ensuite peinte avec une peinture acrylique blanche, puis l'ensemble de la sonde est gainée avec une gaine thermorétractable noire. L'extrémité de sortie de la sonde est placée sur un photomultiplicateur Hamamatsu R647. Le signal du photomultiplicateur est envoyé à un discriminateur de puises Hamamatsu C6465, puis un compteur NI USB6008 et est enregistré par un logiciel de visualisation et de sauvegarde développé sous Labview au laboratoire. La source utilisée est un mélange gazeux air/Krypton métastable (81171Kr émetteur gamma à 190 KeV). Le gaz marqué est injecté dans un tuyau où il circule à une vitesse que l'on fait varier. La Figure 11 présente les signaux obtenus suivant les différents passages à différentes vitesses de circulation Cl à C9. Cette expérience permet de montrer que le dispositif utilisé est capable de détecter une source 81mKr de façon suffisamment efficace pour que le dispositif puisse être réglé de façon à compter une grande partie des rayons arrêtés par le cristal scintillateur tout en n'émettant aucun faux coup de « bruit électronique ». The detector is a cubic crystal of LYSO: Ce 3+ (Fibercryst SAS, France at 0.5% Ce) of dimensions 1 * 1 * 1 mm polished on all sides. The optical fiber is a Thorlabs reference fiber BFH48-1000 1000 mm silica core and 0.48 numerical aperture. The total diameter of the fiber is 1.4 mm. The fiber measures 1 m and is polished at both ends. The crystal is glued on one side of the fiber by a two-component epoxy glue (Géofix from ESCIL) transparent to the light emitted by the crystal. The probe head is then painted with a white acrylic paint, and then the entire probe is sheathed with a black heat-shrinkable sheath. The output end of the probe is placed on a Hamamatsu R647 photomultiplier. The photomultiplier signal is sent to a C6465 Hamamatsu pulses discriminator, then to a NI USB6008 counter and is recorded by a visualization and backup software developed under Labview in the laboratory. The source used is a gas / metastable Krypton gas mixture ( 81171 Kr gamma emitter at 190 KeV). The marked gas is injected into a pipe where it circulates at a speed that is varied. Figure 11 shows the signals obtained according to the different passages at different flow rates C1 to C9. This experiment makes it possible to show that the device used is capable of detecting a source 81m Kr in a sufficiently effective manner so that the device can be adjusted so as to count a large part of the rays stopped by the scintillator crystal while not emitting any false blow of "electronic noise".

Claims

REVENDICATIONS
1 - Dispositif comportant :1 - Device comprising:
- une sonde miniaturisée de détection de rayonnements gamma comportant une partie insérable dans une cavité tubulaire qui comprend au moins :a miniaturized gamma radiation detection probe comprising an insertable portion in a tubular cavity which comprises at least:
• un cristal scintillateur qui émet de la lumière en réponse à des rayonnements ionisants, de préférence à des rayonnements gamma, et qui présente un volume inférieur à 30 mm3, la section droite transversale maximale de la sonde étant inférieure à 10 mm2,A scintillating crystal which emits light in response to ionizing radiation, preferably gamma radiation, and which has a volume of less than 30 mm 3 , the maximum transverse cross section of the probe being less than 10 mm 2 ,
• une fibre optique assurant la collecte d'au moins une partie de la lumière émise par le matériau scintillateur, et sa transmission vers un convertisseur photoélectrique, un convertisseur photoélectrique auquel est relié le cristal par l'intermédiaire de la fibre optique qui assure la collecte et la transmission d'au moins une partie de la lumière émise par le cristal scintillateur vers le convertisseur photoélectrique, etAn optical fiber ensuring the collection of at least a portion of the light emitted by the scintillator material, and its transmission to a photoelectric converter, a photoelectric converter to which the crystal is connected via the optical fiber which carries out the collection and transmitting at least a portion of the light emitted by the scintillator crystal to the photoelectric converter, and
- des moyens optiques de visualisation de la cavité, insérable dans cette dernière. 2 - Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que le cristal présente une longueur maximale de 5 mm, de préférence de lmm.optical means for viewing the cavity, insertable in the latter. 2 - Device according to claim 1 characterized in that the crystal has a maximum length of 5 mm, preferably lmm.
3 - Dispositif selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce que la partie insérable présente une section droite transversale maximale comprise entre 0,1 et 10 mm2 et de préférence comprise entre 0,2 et 5 mm2. 4 - Dispositif selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce que le cristal émet plus de 10 000 Photons/Mev.3 - Device according to one of the preceding claims characterized in that the insertable portion has a maximum transverse cross section of between 0.1 and 10 mm 2 and preferably between 0.2 and 5 mm 2 . 4 - Device according to one of the preceding claims characterized in that the crystal emits more than 10,000 Photons / Mev.
5 - Dispositif selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce que le cristal présente un temps de déclin inférieur à 100 ns.5 - Device according to one of the preceding claims characterized in that the crystal has a decay time less than 100 ns.
6 - Dispositif selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce que le cristal est un scintillateur rapide, de préférence choisi parmi les familles de LSO,6 - Device according to one of the preceding claims characterized in that the crystal is a fast scintillator, preferably selected from the families of LSO,
LYSO, GSO, GYSO, LuAG, LaBr3, LaCI3, YAG, YAP dopé par des ions luminescents, de préférence le cérium trivalent. 7 - Dispositif selon l'une des revendications 1 à 5 caractérisé en ce que le cristal est un scintillateur présentant une densité supérieure à 7, de préférence choisi parmi les familles LuAP, LuYAP, CdWO4, PbWO4 (dopés ou non par des ions luminescents). 8 - Dispositif selon l'une des revendications 1 à 5 caractérisé en ce que le cristal est composé d'un scintillateur monocristallin ou polycristallin présentant une densité supérieure à 7, de préférence une densité supérieure à 9, avantageusement choisi parmi les familles de sesquioxydes LU2O3, Gd2θ3, ou tungstates ou hafnate comme par exemple HfÛ2. 9 - Dispositif selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce que le cristal a une forme cylindrique, avec une section de diamètre inférieure à 5 mm et de préférence inférieure à 2 mm.LYSO, GSO, GYSO, LuAG, LaBr 3 , LaCI 3 , YAG, YAP doped with luminescent ions, preferably trivalent cerium. 7 - Device according to one of claims 1 to 5 characterized in that the crystal is a scintillator having a density greater than 7, preferably selected from families LuAP, LuYAP, CdWO 4 , PbWO 4 (doped or not with ions) luminescent). 8 - Device according to one of claims 1 to 5 characterized in that the crystal is composed of a monocrystalline scintillator or polycrystalline having a density greater than 7, preferably a density greater than 9, preferably selected from LU sesquioxide families 2 O 3 , Gd 2 θ 3 , or tungstates or hafnate, for example HfO 2 . 9 - Device according to one of the preceding claims characterized in that the crystal has a cylindrical shape with a diameter of less than 5 mm and preferably less than 2 mm.
10 - Dispositif selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce que le cristal a un volume inférieur à 5 mm3 et de préférence inférieur à 1 mm3. 11 - Dispositif selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce que la fibre optique est connectée à une face du cristal selon une section de connexion et le rapport entre la surface du cristal sur laquelle la fibre est connectée et la surface de la section de connexion est inférieur ou égal à 5 et de préférence proche de 1. 12 - Dispositif selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce que le cristal est revêtu sur une face par une couche d'un matériau scintillateur qui émet de la lumière en réponse à des rayonnements bêta dans un domaine spectral différent du cristal et que présente, de préférence une épaisseur inférieure à 100 microns. 13 - Dispositif selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce qu'il comprend au moins deux cristaux scintillateurs, le volume total de l'ensemble des cristaux scintillateurs utilisés restant inférieur à 30 mm3.10 - Device according to one of the preceding claims characterized in that the crystal has a volume less than 5 mm 3 and preferably less than 1 mm 3 . 11 - Device according to one of the preceding claims characterized in that the optical fiber is connected to a crystal face according to a connecting section and the ratio between the crystal surface on which the fiber is connected and the surface of the section of connection is less than or equal to 5 and preferably close to 1. 12 - Device according to one of the preceding claims characterized in that the crystal is coated on one side by a layer of a scintillator material which emits light in response to beta radiation in a spectral range different from the crystal and that is preferably less than 100 microns thick. 13 - Device according to one of the preceding claims characterized in that it comprises at least two scintillator crystals, the total volume of all scintillator crystals used remaining less than 30 mm 3 .
14 - Dispositif selon la revendication 13 caractérisé en ce que les cristaux utilisés présentent des propriétés de luminescence spectrales ou temporelles différentes.14 - Device according to claim 13 characterized in that the crystals used have different spectral or temporal luminescence properties.
15 - Dispositif selon l'une des revendications 1 à 14 caractérisé en ce que le couplage entre la fibre optique et le cristal assure la collecte de plus de 5% des photons de scintillation émis par événement, et de préférence de plus de 10%. 16 - Dispositif selon l'une des revendications 1 à 15 caractérisé en ce qu'au moins deux fibres optiques sont connectées à une des faces du cristal et sont, par exemple, reliées chacune à un convertisseur photoélectrique différent.15 - Device according to one of claims 1 to 14 characterized in that the coupling between the optical fiber and the crystal ensures the collection of more than 5% of scintillation photons emitted per event, and preferably more than 10%. 16 - Device according to one of claims 1 to 15 characterized in that at least two optical fibers are connected to one of the faces of the crystal and are, for example, each connected to a different photoelectric converter.
17 - Dispositif selon l'une des revendications 1 à 16 caractérisé en ce que la totalité de la partie insérable puisse être courbée avec un rayon de courbure inférieur à 5 cm et de préférence inférieur à 2 cm.17 - Device according to one of claims 1 to 16 characterized in that the entire insertable portion can be curved with a radius of curvature less than 5 cm and preferably less than 2 cm.
18 - Dispositif selon l'une des revendications 1 à 17 caractérisé en ce que plusieurs fibres optiques sont couplées au même cristal et que la partie insérable peut être courbée avec un rayon de courbure inférieur à 1,5 cm. 19 - Dispositif selon l'une des revendications 1 à 18 caractérisé en ce qu'elle présente un embout de protection du cristal vis-à-vis de la lumière extérieure.18 - Device according to one of claims 1 to 17 characterized in that a plurality of optical fibers are coupled to the same crystal and that the insertable portion can be bent with a radius of curvature less than 1.5 cm. 19 - Device according to one of claims 1 to 18 characterized in that it has a protective tip of the crystal vis-à-vis the outer light.
20 - Dispositif selon l'une des revendications 1 à 19 caractérisé en ce que le cristal est recouvert en partie, par un revêtement réfléchissant une partie de la lumière visible émise par l'interaction du rayonnement ionisant avec le cristal, afin d'augmenter la quantité de lumière collectée par la fibre optique.20 - Device according to one of claims 1 to 19 characterized in that the crystal is covered in part by a coating reflecting a portion of the visible light emitted by the interaction of ionizing radiation with the crystal, to increase the amount of light collected by the optical fiber.
21 - Dispositif selon l'une des revendications 1 à 20 caractérisé en ce qu'il comprend en outre des moyens de quantification des rayonnements gamma reçus par le cristal, par analyse des signaux électriques émis par le convertisseur photoélectrique. 22 - Dispositif selon l'une des revendications 1 ou 21 caractérisé en ce qu'il comprend en outre des moyens de comptage de la lumière transmise par la fibre optique.21 - Device according to one of claims 1 to 20 characterized in that it further comprises means for quantifying the gamma radiation received by the crystal, by analyzing the electrical signals emitted by the photoelectric converter. 22 - Device according to one of claims 1 or 21 characterized in that it further comprises means for counting the light transmitted by the optical fiber.
23 - Dispositif selon Tune des revendications 1 à 22 caractérisé en ce que les moyens optiques de visualisation sont une ou plusieurs fibres optiques ou une caméra miniaturisée.23 - Device according to one of claims 1 to 22 characterized in that the optical display means are one or more optical fibers or a miniaturized camera.
24 - Dispositif selon l'une des revendications 1 à 23 caractérisé en ce que les moyens optiques de visualisation et la sonde de détection de rayonnements gamma sont positionnés dans un tube de guidage éventuellement compartimenté.24 - Device according to one of claims 1 to 23 characterized in that the optical display means and the gamma radiation detection probe are positioned in a possibly compartmentalized guide tube.
25 - Dispositif selon l'une desdes revendications 1 à 24 caractérisé en ce que la fibre optique présente un cœur en polymère, de préférence en PMMA.25 - Device according to one ofdes claims 1 to 24 characterized in that the optical fiber has a polymer core, preferably PMMA.
26 - Utilisation d'un dispositif selon l'une des revendications 1 à 25 pour la détection de rayonnements gamma issus d'un des isotopes choisi parmi : 99Tc,26 - Use of a device according to one of claims 1 to 25 for the detection of gamma radiation from an isotope chosen from: 99 Tc,
123T ±, 18c r. 27 - Utilisation d'un dispositif selon l'une des revendications 1 à 25 pour la détection de rayonnements ionisants de haute énergie, en particulier de rayonnements gamma d'énergie supérieure à 300 KeV.123 T ±, 18c r. 27 - Use of a device according to one of claims 1 to 25 for the detection of high energy ionizing radiation, in particular gamma radiation energy greater than 300 KeV.
28 - Dispositif médical ou de diagnostic caractérisé en ce qu'il comporte un dispositif selon l'une des revendications 1 à 25 choisi parmi :28 - Medical or diagnostic device characterized in that it comprises a device according to one of claims 1 to 25 selected from:
- les cathéters, et notamment les cathéters multicanauxcatheters, and in particular multichannel catheters
- les endoscopes et les endoscopes de forme adaptée au diagnostic en urologie, de forme adaptée au diagnostic en colonoscopie, de forme adaptée au diagnostic en gastro-entérologie, ou de forme adaptée au diagnostic en ORL, - les instruments de célioscopie,- endoscopes and endoscopes of a form suitable for diagnosis in urology, of a form suitable for diagnosis in colonoscopy, of a form suitable for diagnosis in gastroenterology, or of a form suitable for diagnosis in ENT, - instruments of celioscopy,
- les dispositifs utilisés pendant les actes de chirurgie par laparoscopie, les actes de chirurgie en urologie, les actes de chirurgie en arthroscopie, ou les actes de chirurgie utilisant des optiques rigides, en particulier utilisant des tubes en acier inoxydable. - devices used during laparoscopic surgery, surgical procedures in urology, surgical procedures in arthroscopy, or surgical procedures using rigid optics, particularly using stainless steel tubes.
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