FR2524690A1

FR2524690A1 - Collimator with divergent aperture for beam of particles - esp. for neutron therapy, using stacks of lead or tungsten blocks moved synchronously to vary area of aperture

Info

Publication number: FR2524690A1
Application number: FR8205438A
Authority: FR
Inventors: Hubert Leboutet
Original assignee: CGR MEV SA
Current assignee: CGR MEV SA
Priority date: 1982-03-30
Filing date: 1982-03-30
Publication date: 1983-10-07
Also published as: FR2524690B1

Abstract

The collimator has a principal axis of symmetry which can be aligned with a source of radiation. A square or rectangular aperture is obtd. by using four stacks of blocks. Each stack slides along the adjacent stacks to increase or decrease the area of the aperture; and each stack contains the same number of blocks which are aligned along the axis and absorb the radiation. Each block is located on a pivot lever so the stacks can slide w.r.t. each other; and the pivot levers are mounted on stacks of slides. In each stack, a single motor is used to move all the slides in a homothetic manner so the slope of the aperture remains constant An efficient biological shield is formed by the blocks, and a desired aperture with accurate dimensions is easily obtd..

Description

COLLIMATEUR A OUVERTURE DIVERGENTE
L'invention concerne un collimateur à ouverture divergente pour faisceau de particules, plus particulièrement un faisceau neu tronique nécessitant une épaisseur de blindage importante.COLLIMATOR WITH DIVERGENT OPENING
The invention relates to a divergent aperture collimator for a particle beam, more particularly a neu tronic beam requiring a large shielding thickness.

En neutronothérapie, il est nécessaire de localiser précisément la zone du corps humain qui doit être soumise à l'action des neutrons et donc d'avoir une délimitation aussi précise que possible des bords du faisceau avec une absorption du rayonnement aussi complète que possible partout ailleurs. L'absorption dépend de épaisseur de matériau dense (plomb, tungstène) interposé entre la source et le sujet ; le collimateur, notamment, étant constitué d'éléments mobiles, réalisés dans un tel matériau. On sait réaliser des collimateurs dont l'ouverture de dimensions ajustables est à section constante (carrée ou rectangulaire) sur toute épaisseur du blindage.Cependant, la source émet des rayonnements dans toutes les directions de l'espace et certains rayons qui devraient être absorbés par le collimateur mais qui ont une incidence faible par rapport à l'axe de ce collimateur ne traversent qu'une partie de l'épaisseur de ce dernier puisque l'autre partie de leur trajet s'effectue dans l'ouverture. L'atténuation autour de la zone sélectionnée par l'ouverture du collimateur est donc médiocre, ladite zone sélectionnée pour l'irradiation maximum étant entourée par une sorte de halo d'irradiations parasites s'atténuant progressivement au fur et à mesure que l'on s'éloigne de l'axe du collimateur.Pour remédier à cela on connaît un collimateur à ouverture divergente, c'est-à-dire, dont les parois définissant l'ouverture dans le sens de l'épaisseur sont in clinées par rapport à son axe principal de symétrie suivant des plans définissant une sorte de pyramide dont le sommet est confondu avec un point dudit axe où se trouve placée la source de rayonnement. Un tel collimateur comporte quatre blocs épais disposés sur deux niveaux différents entre la source et le patient. Deux blocs, par leur écartement variable, délimitent le faisceau suivant une direction et les deux autres blocs, par leur écartement également variable, délimitent le même faisceau suivant une autre direction de l'espace perpendiculaire à la première.L'agencement est tel que les parois latérales de ces blocs, dans le sens de l'épaisseur du collimateur, convergent toujours vers le point de l'axe principal de symétrie où se trouve placée la source. Le halo parasite sus-mentionné est ainsi pratiquement éliminé. Dans un tel type de collimateur, si on désire que l'atténuation de rayonnement à l'extérieur de la zone délimitée par l'ouverture soit en tous points inférieure à une valeur donnée, on en déduit l'épaisseur minimum de matériau à interposer entre la source et le patient. Compte tenu de la géométrie particulière de ce collimateur, on est donc obligé de donner à chaque niveau de blocs l'épaisseur totale calculée. L'épaisseur du collimateur est donc le double de épaisseur théorique. In neutron therapy, it is necessary to precisely locate the area of the human body that must be subjected to the action of neutrons and thus to have as precise a delimitation as possible of the edges of the beam with a radiation absorption as complete as possible everywhere else . The absorption depends on the thickness of dense material (lead, tungsten) interposed between the source and the subject; the collimator, in particular, consisting of moving elements made of such a material. It is known to make collimators whose opening of adjustable dimensions is constant section (square or rectangular) on any thickness of the shield.However, the source emits radiation in all directions of space and some rays that should be absorbed by the collimator but have a small incidence relative to the axis of this collimator cross only a part of the thickness of the latter since the other part of their path takes place in the opening. The attenuation around the zone selected by the opening of the collimator is therefore mediocre, said zone selected for the maximum irradiation being surrounded by a kind of halo of parasitic radiation gradually attenuating as one away from the axis of the collimator.To remedy this we know a collimator divergent opening, that is to say, whose walls defining the aperture in the direction of the thickness are in clinched with respect to its main axis of symmetry along planes defining a kind of pyramid whose summit is coincident with a point of said axis where the radiation source is located. Such a collimator has four thick blocks arranged on two different levels between the source and the patient. Two blocks, by their variable spacing, delimit the beam in one direction and the other two blocks, by their equally variable spacing, delimit the same beam along another direction of the space perpendicular to the first. The arrangement is such that the The side walls of these blocks, in the direction of the thickness of the collimator, always converge towards the point of the principal axis of symmetry where the source is located. The parasitic halo mentioned above is thus practically eliminated. In such a type of collimator, if it is desired that the attenuation of radiation outside the zone delimited by the opening is in all points lower than a given value, the minimum thickness of material to be interposed between the source and the patient. Given the particular geometry of this collimator, it is therefore necessary to give each level of blocks the total thickness calculated. The thickness of the collimator is therefore twice the theoretical thickness.

L'invention propose un collimateur à ouverture divergente dont l'épaisseur totale n'est pas supérieure à l'épaisseur théorique calculée. The invention proposes a diverging aperture collimator whose total thickness is not greater than the calculated theoretical thickness.

Selon l'invention, ce but est atteint en divisant l'épaisseur du collimateur en une pluralité de couches, des blocs de ces couches étant assujettis à s'écarteur proportionnellement à leur éloignement de la source. According to the invention, this object is achieved by dividing the thickness of the collimator into a plurality of layers, blocks of these layers being subject to a spreader proportionally to their distance from the source.

Plus précisément, I'invention concerne un collimateur à ouver ture divergente pour faisceau de particules, ladite ouverture ayant un axe principal de symétrie prévu pour être aligné avec une source de rayonnement, caractérisé en ce qu'il comporte une pluralité de couches parallèles d'un matériau absorbant ledit rayonnement, adjacentes les unes aux autres le long dudit axe principal de symétrie, en ce que chaque couche est matérialisée par la juxtaposition d'un même nombre de blocs mobiles, dont certains champs parallèles audit axe principal de symétrie sont en contact les uns des autres et matérialisent dans chaque couche un tronçon de l'épaisseur de ladite ouverture divergente et en ce qu'il comporte des moyens de posi tionnement homothétique des champs correspondants des blocs homologues des différentes couches, le centre d'homothétie étant confondu avec l'emplacement de ladite source de rayonnement, de façon que les plans de joint des champs en contact des blocs d'une couche soient ainsi masqués par une couche voisine. More specifically, the invention relates to a diverging aperture collider for particle beam, said aperture having a major axis of symmetry intended to be aligned with a radiation source, characterized in that it comprises a plurality of parallel layers of a material absorbing said radiation, adjacent to each other along said main axis of symmetry, in that each layer is materialized by the juxtaposition of the same number of moving blocks, some fields parallel to said main axis of symmetry are in contact from each other and materialize in each layer a portion of the thickness of said divergent opening and in that it comprises homothetic positioning means of the corresponding fields of the homologous blocks of the different layers, the center of homothety being confused with the location of said radiation source, so that the joint planes of the fields in contact with the blocks of a layer are thus masked by a neighboring layer.

De préférence, chaque couche comporte quatre blocs ayant chacun deux champs précités perpendiculaires entre eux, ce qui permet de définir au niveau de chaque couche une fenetre carrée ou rectangulaire constituant le tronçon précité de l'épaisseur de ladite ouverture divergente. Preferably, each layer comprises four blocks each having two aforementioned fields perpendicular to each other, which makes it possible to define at each layer a square or rectangular window constituting the aforementioned section of the thickness of said diverging aperture.

Comme on le verra plus loin en détail, les déplacements de deux blocs opposés symétriquement par rapport à l'axe principal de symétrie peuvent se ramener au produit d'une rotation et d'une translation. Ce mode de déplacement n'est cependant nullement limitatif et on notera qu'il est possible d'obtenir un résultat analogue par le produit de deux rotations autour de deux axes parallèles dont l'un est fixe. As will be seen below in detail, the displacements of two blocks opposite symmetrically with respect to the main axis of symmetry can be reduced to the product of a rotation and a translation. This mode of displacement is however in no way limiting and it will be noted that it is possible to obtain a similar result by the product of two rotations around two parallel axes, one of which is fixed.

L'invention sera mieux comprise et d'autres avantages de celle-ci apparaîtront mieux à la lumière de la description qui va suivre d'un mode de réalisation de collimateur conforme à l'inven tion donnée uniquement à titre d'exemple et faite en référence aux dessins annexés dans lesquels: - la figure I est une vue en plan d'une couche sus-mentionnée d'un collimateur de faisceau neutronique conforme à l'invention, ce collimateur comportant quatre blocs mobiles par couche; - la figure 2 est une élévation en demi-coupe partielle du collimateur de la figure 1, représenté complètement fermé, la demi-coupe étant menée suivant la ligne OA de la figure I - la figure 2a est une vue schématique de détails selon la flèche Il de la figure 2 et montrant une partie du mécanisme d'entraînement d'un groupe de blocs homologues; et - la figure 3 est une vue analogue à la figure 2, le collimateur ayant une certaine ouverture de champ. The invention will be better understood and other advantages thereof will appear better in the light of the following description of a collimator embodiment according to the invention given solely by way of example and made in reference to the accompanying drawings in which: - Figure I is a plan view of a layer mentioned above of a neutron beam collimator according to the invention, the collimator comprising four movable blocks per layer; FIG. 2 is a partial half-section elevation of the collimator of FIG. 1, shown completely closed, the half-section being taken along line OA of FIG. 1; FIG. 2a is a schematic view of details along the arrow; It of Figure 2 and showing a part of the drive mechanism of a group of homologous blocks; and FIG. 3 is a view similar to FIG. 2, the collimator having a certain field opening.

En se reportant aux dessins on voit que le collimateur est composé par une pluralité de couches parallèles Cl, C2, C3,
C4,C5 .. Cn d'un matériau absorbant le rayonnement considéré, par exemple du plomb ou du tungstène et chaque couche est constituée de quatre blocs Bil, Bi2, Bi3, Bi4 (I'indice i étant l'indice de la couche considérée) d'épaisseur constante donnée, juxtaposés de façon coplanaire et mobiles pour définir une fenêtre Fi carrée ou rectangulaire dont la section variable est assujettie à se développer autour d'un axe principal de symétrie SZ, fixe, perpendiculaire aux plans parallèles des couches et le long duquel on place la source de rayonnement. Le foyer d'émission supposé ponctuel de la source étant destiné à être placé au point S, on parlera de "la source S" dans la suite du texte.Selon la représentation adoptée, I'indice i des couches augmente au fur et à mesure que l'on s'éloigne de la source
S. Comme les fenêtres Fi admettent toutes le même axe principal de symétrie, elles peuvent donc définir l'ouverture divergente voulue du collimateur, aux conditions qui seront explicitées ci-après. Cette ouverture divergente 10 apparaît partiellement à la figure 3. Chaque bloc Bij comporte deux champs-ll, 12 perpendiculaires entre eux et parallèles à l'axe SZ et les blocs d'une couche sont en contact les uns des autres par leurs champs pour toute position stabilisée du collimateur, sur des longueur variables de façon à définir entre eux la fenêtre Fi correspondante, comme illustrée à la figure 1. Chaque fenêtre Fi a donc l'épaisseur d'une couche et constitue un tronçon de l'épaisseur totale de l'ouverture divergente 10. Sur la figure 1, les positions des blocs sont repérées par rapport à un système d'axes orthonormés XOY tel que chaque bloc s'inscrit exactement dans un quadrant dudit système d'axes lorsque le collimateur est complètement fermé, c'est-à-dire, lorsque toutes les fenêtres Fi ont une surface nulle (voir figure 2). A titre d'exemple, le bloc Bil est représenté en traits interrompus dans cette position, c'est-à-dire, avec l'arête de jonction de ses deux champs 11 et 12 placée au point O; il est donc, pour cette position, entièrement contenu dans le premier quadrant avec son champ 11 superposé à l'axe OX et son champ 12 superposé à l'axe OY.Bien entendu, I'origine O de chaque repère orthonormé de chaque couche est sur l'axe SZ et les axes
X'OX et Y'OY restent parallèles entre eux de sorte que tous les champs 11 et 12 des différents blocs sont respectivement coplanaires lorsque le collimateur est fermé. On appelle blocs homologues tous les blocs de même indice j des différentes couches, c'est-à-dire, tous les blocs contenus, lorsque le collimateur est complètement fermé, dans un même dièdre droit défini par les trois directions orthogonales X'X, Y'Y et SZ.Referring to the drawings, it can be seen that the collimator is composed of a plurality of parallel layers C1, C2, C3,
C4, C5 .. Cn of a material absorbing the radiation considered, for example lead or tungsten and each layer consists of four blocks Bil, Bi2, Bi3, Bi4 (the index i being the index of the layer considered of constant thickness given, juxtaposed coplanarly and movably to define a square or rectangular Fi window whose variable section is subject to develop around a principal axis of symmetry SZ, fixed, perpendicular to the parallel planes of the layers and the along which the source of radiation is placed. Since the supposed source focus of the source is intended to be placed at the point S, we will speak of "the source S" in the rest of the text. According to the representation adopted, the index i of the layers increases as and when that we move away from the source
S. Since the windows F1 all admit the same principal axis of symmetry, they can therefore define the desired divergent aperture of the collimator, under the conditions which will be explained below. This divergent opening 10 appears partially in FIG. 3. Each block Bij comprises two fields 11, 12 perpendicular to each other and parallel to the axis SZ, and the blocks of a layer are in contact with one another by their fields for all stabilized position of the collimator, over varying lengths so as to define between them the corresponding window Fi, as illustrated in Figure 1. Each window Fi therefore has the thickness of a layer and is a portion of the total thickness of the divergent opening 10. In FIG. 1, the positions of the blocks are identified with respect to a system of orthonormal axes XOY such that each block fits exactly in a quadrant of said axis system when the collimator is completely closed, c that is, when all the windows Fi have a zero surface (see Figure 2). For example, the block Bil is shown in dashed lines in this position, that is to say, with the joining edge of its two fields 11 and 12 placed at the point O; it is therefore, for this position, entirely contained in the first quadrant with its field 11 superimposed on the axis OX and its field 12 superimposed on the axis OY.Of course, the origin O of each orthonormal frame of each layer is on the SZ axis and the axes
X'OX and Y'OY remain parallel to each other so that all the fields 11 and 12 of the different blocks are respectively coplanar when the collimator is closed. We call homologous blocks all the blocks of the same index j of the different layers, that is to say, all the contained blocks, when the collimator is completely closed, in the same right dihedron defined by the three orthogonal directions X'X, Y'Y and SZ.

Selon une particularité essentielle de l'invention, le collimateur comporte des moyens de positionnement homothétique des champs correspondants 11 et 12 des blocs homologues définis cidessus, le centre d'homothétie étant confondu avec l'emplacement de la source de rayonnement S. Il existe plusieurs mécanismes de structures différentes capables d'assurer un tel positionnement homothétique, sachant qu'il s'agit d'obtenir un positionnement final des blocs respectant cette homothétie et non pas obligatoirement un déplacement la conservant à chaque instant. L'avantage principal de ce positionnement réside dans le fait qu'on est ainsi assuré que les plans de joint des champs en contact 11 et 12 des blocs adjacents d'une couche donnée soient masqués par la couche voisine.On élimine ainsi les faisceaux plan parasites qui s'étendraient au-dela de la zone carrée ou rectangulaire définie par une position d'ouverture donnée du collimateur, dans le prolongement des côtés de ladite zone, si le collimateur ne comportait qu'une seule couche. Par ailleurs, le but premier de l'invention, à savoir l'obtention d'un collimateur à ouverture divergente d'épaisseur totale n'excédant pas l'épaisseur théorique calculée pour une atténuation voulue en dehors de l'ouverture de champ, est bien atteint par le simple position nement homothétique des blocs des différentes couches. According to an essential feature of the invention, the collimator comprises homothetic positioning means corresponding fields 11 and 12 of the homologous blocks defined above, the homothetic center being coincident with the location of the source of radiation S. There are several mechanisms of different structures capable of ensuring such homothetic positioning, knowing that it is a question of obtaining a final positioning of the blocks respecting this homothety and not necessarily a displacement maintaining it at every moment. The main advantage of this positioning lies in the fact that it is thus ensured that the joint planes of the fields in contact 11 and 12 of the adjacent blocks of a given layer are masked by the adjacent layer. This eliminates the planar beams. parasites which extend beyond the square or rectangular zone defined by a given collimator opening position, in the extension of the sides of said zone, if the collimator had only one layer. Furthermore, the primary object of the invention, namely to obtain a diverging aperture collimator of total thickness not exceeding the theoretical thickness calculated for a desired attenuation outside the field aperture, is well achieved by the simple homothetic position of the blocks of the different layers.

On va maintenant décrire le mode de réalisation des moyens de positionnement homothétique illustrés sur les dessins. The embodiment of the homothetic positioning means illustrated in the drawings will now be described.

La figure 1 montre que, pour une couche donnée, deux blocs
Bil et Bi3 sont opposés symétriquement par rapport à l'axe SZ passant par O et montés articulés (grâce à des tourillons 14 res pectifs d'axes parallèles à l'axe SZ) sur deux supports à déplacement rectiligne 16 respectifs, lesquels sont agencés avec leur direction de déplacement perpendiculaire à l'axe SZ et sont alignés symétriquement par rapport à lui, plus particulièrement suivant la ligne A'
A bissectrice des quadrants XOY et X'O Y'.De la même manière, les deux autres blocs Bi2 et Bi4 sont opposés symétriquement par rapport à l'axe SZ et sont montés articulés parallèlement à celui-ci (grâce à des tourillons 15 respectifs d'axes parallèles à l'axe SZ) sur deux autres support à déplacement rectiligne 17 respectifs, sembla bles aux supports 16, également agencés avec leur direction de déplacement perpendiculaire à l'axe SZ et alignés symétriquement par rapport à lui. En outre, la direction commune de ces deux supports 17 est perpendiculaire à celle des supports 16, ce qui signifie qu'ils sont disposés suivant les bissectrices des quadrants
X'OY et Y'OX.Enfin, chaque bloc Bi2, Bi4, est monté sur son support 17 par l'intermédiaire d'une pièce formant biellette 19 articulée à chacune de ses extrêmités, d'une part au tourillon 15 correspondant et d'autre part à un autre tourillon 18, côté support, parallèle au tourillon 15. Chaque support 16 ou 17 se compose d'une partie coulissante 20 mobile entre des glissières fixes 22. Comme les blocs sont destinés à être déplacés par moteur, chaque support est muni d'un mécanisme de transformation d'un mouvement rotatif en mouvement rectiligne, lié à sa partie coulissante 20. Dans l'exemple décrit, il s'agit d'une vis sans fin Vij engagée dans des trous filetés de pions 24 solidaires de la partie coulissante 20 correspondante.Les vis sans fin des blocs homologues sont parallèles et agencés dans un plan passant par l'axe SZ ; elles sont bloquées en translation dans un support fixe 25 et chacune porte à son extrêmité une roue dentée 26. Toutes les roues dentées 26 correspondant à un groupe de blocs homologues sont entraînées par un seul moteur 28. A cet effet, celui-ci porte sur son axe une roue dentée d'entraînement 27 en prise avec les roues dentées 26 par l'intermédiaire d'une courroie crantée 29 ou analogue (voir figure 2a).D'autre part, comme les blocs homologues Bil et Bi3 d'une part et Bi2 et Bi4 d'autre part sont destinés à être déplacés suivant des mouvements symétriques par rapport à l'axe SZ, il est évident qu'un seul moteur tel que 28 est suffisant pour commander deux groupes de blocs homologues opposés grâce, par exemple, à un couplage par courroie crantée (non visible sur les dessins) ou analogue. La commande de rotation des blocs autour de leurs articulations respectives, 14, ou, 15 et 18, est opérée par d'autres moyens de transformation d'un mouvement rotatif en mouvement rectiligne 30, 31, respectifs représentés très schématiquement sur la figure 1 mais qui peuvent être très semblables aux supports 16 et 17.Deux moyens 30 d'une couche donnée sont agencés symétriquement par rapport à l'axe SZ et accouplés aux blocs Bil et
Bi3 par l'intermédiaire d'une biellette 32 articulée à ses deux extrêmités. De même, deux moyens 31 de cette même couche sont agencés symétriquement à l'axe SZ et accouplés aux blocs Bi2 et Bi4 par l'intermédiaire d'une biellette 33 articulée à ses deux extrêmités. Les moyens 30 des blocs homologues correspondant aux quadrants XOY et X'OY' peuvent être commandés par des mécanismes analogues à ceux décrits plus haut pour les supports 16 et 17, en référence aux figures 2 et 2a ; il en va de même pour la commande des moyens correspondant aux quadrants X'OY et Y'OX.Figure 1 shows that, for a given layer, two blocks
Bil and Bi3 are symmetrically opposed with respect to the axis SZ passing through O and mounted articulated (thanks to pins 14 res pective axes parallel to the axis SZ) on two respective rectilinear moving supports 16, which are arranged with their direction of displacement perpendicular to the axis SZ and are aligned symmetrically with respect thereto, more particularly along the line A '
A bisector of the XOY and X'O Y'quadrants. In the same way, the other two blocks Bi2 and Bi4 are symmetrically opposite with respect to the axis SZ and are mounted articulated parallel thereto (with respective journals 15). of axes parallel to the axis SZ) on two other rectilinearly moving support 17 respectively, similar to the supports 16, also arranged with their direction of displacement perpendicular to the axis SZ and aligned symmetrically with respect thereto. In addition, the common direction of these two supports 17 is perpendicular to that of the supports 16, which means that they are arranged along the bisectors of the quadrants
X'OY and Y'OX.Finally, each block Bi2, Bi4, is mounted on its support 17 via a link piece 19 articulated at each of its ends, on the one hand to the corresponding pin 15 and on the other hand to another journal 18, support side, parallel to the journal 15. Each support 16 or 17 consists of a sliding portion 20 movable between fixed slides 22. As the blocks are intended to be moved by motor, each support is provided with a mechanism for transforming a rotary motion in rectilinear motion, linked to its sliding portion 20. In the example described, it is a worm Vij engaged in threaded holes of pins 24 secured the corresponding sliding part 20. The endless screws of the homologous blocks are parallel and arranged in a plane passing through the axis SZ; they are locked in translation in a fixed support 25 and each carries at its end a toothed wheel 26. All the toothed wheels 26 corresponding to a group of homologous blocks are driven by a single motor 28. For this purpose, it relates to its axis a driving gear 27 meshing with the toothed wheels 26 via a toothed belt 29 or the like (see FIG. 2a). On the other hand, like the homologous blocks Bil and Bi3, on the one hand, and Bi2 and Bi4 on the other hand are intended to be moved in symmetrical movements with respect to the axis SZ, it is obvious that a single motor such as 28 is sufficient to control two groups of opposite homologous blocks thanks, for example , to a toothed belt coupling (not visible in the drawings) or the like. The rotation control of the blocks around their respective hinges, 14, or, 15 and 18, is performed by other means for transforming a rotary motion in rectilinear motion 30, 31, respectively represented very schematically in FIG. which can be very similar to the supports 16 and 17.Two means 30 of a given layer are arranged symmetrically with respect to the axis SZ and coupled to the blocks Bil and
Bi3 via a link 32 articulated at both ends. Similarly, two means 31 of the same layer are arranged symmetrically to the axis SZ and coupled to the blocks Bi2 and Bi4 via a rod 33 articulated at both ends. The means 30 of the homologous blocks corresponding to quadrants XOY and X'OY 'can be controlled by mechanisms similar to those described above for the supports 16 and 17, with reference to FIGS. 2 and 2a; it is the same for the control of the means corresponding to the quadrants X'OY and Y'OX.

On va maintenant développer un raisonnement mathématique relatif à la géométrie du système pour expliciter les conditions que doivent remplir certains éléments de structure des moyens de positionnement des blocs pour conserver l'homothétie désirée entre les blocs des différentes couches pour toute position d'ouverture du collimateur. We will now develop a mathematical reasoning relating to the geometry of the system to explain the conditions that must fulfill certain elements of structure of the block positioning means to maintain the desired homothety between the blocks of the different layers for any open position of the collimator .

Il ressort clairement de la figure 1 que les dimensions de la fenêtre Fi d'une couche i (valeurs de x et y) sont entièrement déterminées par le positionnement des blocs Bil et Bi3 symétriquement par rapport à l'axe SZ passant par O. Une fois ces deux blocs positionnés de façon précise, il suffit en effet de ramener les blocs
Bi2 et Bi4 vers l'axe SZ jusqu'à ce qu'ils viennent se bloquer contre les champs respectivement perpendiculaires des blocs Bil et Bi3. Un processus possible pour l'ajustement du collimateur consiste par exemple à écarter suffisamment les blocs Bi2 et Bi4, à mettre en place (par le produit d'une translation et d'une rotation) les blocs Bil et Bi3 puis à rapprocher les blocs Bi2 et Bi4 au contact de ceux-ci.It is clear from FIG. 1 that the dimensions of the window Fi of a layer i (values of x and y) are entirely determined by the positioning of the blocks Bil and Bi3 symmetrically with respect to the axis SZ passing through O. Once these two blocks are positioned in a precise way, it is enough to bring back the blocks
Bi2 and Bi4 towards the SZ axis until they come to lock against the respectively perpendicular fields of the blocks Bil and Bi3. A possible process for adjusting the collimator is, for example, to separate the blocks Bi2 and Bi4 sufficiently, to set up (by the product of a translation and a rotation) the blocks Bil and Bi3 then to bring the blocks Bi2 together. and Bi4 in contact therewith.

On peut donc se limiter à rechercher les valeurs de la translation suivant la direction OA et de la rotation rP autour du tourillon 14 correspondant à un couple x, y donné, x et y étant respectivement la demi-longueur et la demi-largeur de la fenêtre Fi (voir figure 1). On raisonnera sur le bloc Bil du premier quadrant. Lorsque le collimateur est fermé, le point d'articulation du bloc est en PO, il est en
P1 pour l'ouverture de fenêtre représentée.We can therefore limit ourselves to looking for the values of the translation in the direction OA and the rotation rP around the pin 14 corresponding to a given pair x, y, x and y being respectively half-length and half-width of the window Fi (see Figure 1). We will reason on the block Bil of the first quadrant. When the collimator is closed, the point of articulation of the block is in PO, it is in
P1 for the window opening shown.

Soient: -#i : la distance PO, P1 - ai : la distance O PO (constante dans la couche i) - # : la rotation appliquée au bloc Bil autour de son tourillon 14. Let: - # i: the distance PO, P1 - ai: the distance O PO (constant in the layer i) - #: the rotation applied to the block Bil around its trunnion 14.

On a:

tg # (x + y) V2
(x - y) V2 + 2ai
#i = (x + y) V2 - ai #(x - y) V2
2 sin # 2 à condition que q > soit petit pour que tg # = sin # = #
On peut toujours dimensionner les blocs pour que la plus grande rotation q > possible reste dans le domaine des petits angles. On voit donc que pour tout couple x, y, il correspond un couple q > , Xi bien déterminé, le système est donc bien commandable.Il ressort en outre de la figure 1 que pour conserver une ouverture divergente du collimateur: - L'angle sp doit être le même pour tous les blocs homologues de façon que les champs 11 et 12 correpondants soient bien respectivement parallèles de couche en couche - les distances xi doivent être dans le rapport:
x
Xi = xO di
D ou: - xO est l'ouverture de champ désirée sur la surface de traitement - D est la distance entre la source S et cette surface de traitement (voir figure 3 > - d i est la distance entre la source S et le milieu de la couche i.We have:

tg # (x + y) V2
(x - y) V2 + 2ai
#i = (x + y) V2 - ai # (x - y) V2
2 sin # 2 provided that q> is small so that tg # = sin # = #
We can always size the blocks so that the largest rotation q> possible remains in the field of small angles. We therefore see that for any pair x, y, it corresponds to a pair q>, Xi well determined, the system is therefore controllable.It is also apparent from Figure 1 that to maintain a divergent aperture of the collimator: - The angle sp must be the same for all the homologous blocks so that the corresponding fields 11 and 12 are respectively parallel from layer to layer - the distances xi must be in the ratio:
x
Xi = xO di
D or: - xO is the desired field aperture on the treatment surface - D is the distance between the source S and this treatment surface (see Figure 3> - di is the distance between the source S and the middle of the layer i.

On en déduit que les longueurs ai et les déplacements x i doivent être proportionnels à di. Par conséquent, la distance ai entre l'arête définie par les deux champs 11 et 12 et le tourillon 14 d'un bloc est de plus en plus faible de couche en couche, au fur et à mesure qu'on se rapproche de la source S. Ceci est clairement illustré à la figure 2. Cette distance ai est évidemment la même pour les blocs Bil et
Bi3. De même, les déplacements X doivent aussi être proportionnels entre eux. Cette seconde condition est satisfaite, pour tous les systèmes, en faisant varier le rapport de transformation rotationtranslation, de couche en couche, proportionnellement à l'éloignement de cette couche de la source S (le centre d'homothétie).
It follows that the lengths ai and the displacements xi must be proportional to di. Consequently, the distance a1 between the edge defined by the two fields 11 and 12 and the trunnion 14 of a block is becoming smaller from layer to layer, as we get closer to the source S. This is clearly illustrated in Figure 2. This distance ai is obviously the same for the blocks Bil and
Bi3. Similarly, the X displacements must also be proportional to each other. This second condition is satisfied, for all the systems, by varying the transformation ratio rotationtranslation, from layer to layer, proportionally to the distance of this layer from the source S (the center of homothety).

Dans le mode de réalisation décrit, on a choisi d'utiliser des vis sans fin Vij différentes de couche en couche. Ainsi, le pas de vis diffère de couche en couche proportionnellement à l'éloignement de cette couche du centre d'homothétie. Autrement dit, comme cela est visible sur la figure 2, le pas de vis est de plus en plus fin au fur et à mesure que l'on se rapproche de la source S.In the embodiment described, it has been chosen to use worms Vij different layer-to-layer. Thus, the pitch of screws differs from layer to layer proportionally to the distance of this layer from the center of homothety. In other words, as can be seen in FIG. 2, the pitch is finer and finer as one approaches the source S.

Comme mentionné précédemment, L'angle cp doit être le même pour toutes les couches. Si les moyens d'actionnement en rotation des blocs sont respectivement liés à leurs supports 16, la commande est simple mais nécessite un grand nombre de moteurs. C'est pourquoi, on peut agencer les moyens 30 de chaque groupe de blocs homologues de façon analogue à un support 16, en leur attribuant des rapports de tranformation différents de couche en couche, proportionnellement à leur éloignement de la source S. On peut aussi adopter des mécanismes de commande de pivotement dans lesquels le rapport d'homothétie désiré se retrouve dans les distances, différentes de couche en couche, entre les points d'ancrage aux blocs et les tourillons 14. As mentioned before, the angle cp must be the same for all layers. If the means for rotating the blocks are respectively linked to their supports 16, the control is simple but requires a large number of motors. This is why the means 30 of each group of homologous blocks can be arranged in a similar manner to a support 16, by attributing to them different transformation ratios from layer to layer, proportionally to their distance from the source S. It is also possible to adopting pivot control mechanisms in which the desired ratio of homothety is found in the distances, different from layer to layer, between the anchoring points to the blocks and the journals 14.

En variante, un mécanisme de commande de translation et/ou de pivotement peut être constitué par une pluralité de supports coulissants commandés simultanément par la rotation d'un arbre commun relié aux différents supports par des biellettes de longueurs différentes, ces longueurs étant dans le rapport d'homothétie désiré. Alternatively, a translation and / or pivot control mechanism may be constituted by a plurality of sliding supports controlled simultaneously by the rotation of a common shaft connected to the different supports by rods of different lengths, these lengths being in the ratio of desired homothety.

C'est dire que l'invention n'est pas limitée au mode de réalisation spécifiquement décrit mais comprend tous les équivalents techniques des moyens mis en jeu si ceux-ci le sont dans le cadre des revendications qui suivent. This means that the invention is not limited to the embodiment specifically described but includes all technical equivalents of the means involved if they are within the scope of the following claims.

Claims

REVENDICATIONS

1. Collimateur à ouverture divergente pour faisceau de particules, ladite ouverture ayant un axe principal de symétrie (SZ) prévu pour être aligné ayec unè source de rayonnement, caractérisé en ce qu'il comporte une pluralité de couches parallèles (Cl, C2 ....Cn) d'un matériau absorbant ledit rayonnement, adjacentes les unes aux autres le long dudit axe principal de symétrie, en ce que chaque couche est matérialisée par la juxtaposition d'un même nombre de blocs (Bil, Bi2, Bi3, Bi4) mobiles dans l'espace de cette couche, dont certains champs (11, 12) parallèles audit axe principal de symétrie sont en contact les uns des autres et matérialisent, dans chaque couche, un tronçon de l'épaisseur de ladite ouverture divergente (10) et en ce qu'il comporte des moyens de positionnement homothétique (16, 17, 30, 31) des champs correspondants des blocs homologues des différentes couches, le centre d'homothétie (S) étant confondu avec l'emplacement de ladite source de rayonnement, de façon que les plans de joint des champs en contact des blocs d'une couche soient ainsi masqués par une couche voisine. 1. A diverging aperture collimator for a particle beam, said aperture having a main axis of symmetry (SZ) intended to be aligned with a radiation source, characterized in that it comprises a plurality of parallel layers (C1, C2). ..Cn) of a material absorbing said radiation, adjacent to each other along said main axis of symmetry, in that each layer is materialized by the juxtaposition of the same number of blocks (Bil, Bi2, Bi3, Bi4 ) mobile in the space of this layer, some fields (11, 12) parallel to said main axis of symmetry are in contact with each other and materialize in each layer, a portion of the thickness of said diverging opening (10 ) and in that it comprises homothetic positioning means (16, 17, 30, 31) corresponding fields of the homologous blocks of the different layers, the homothetic center (S) coinciding with the location of said source of Ray In this way, the joint planes of the fields in contact with the blocks of a layer are thus masked by a neighboring layer.

2. Collimateur selon la revendication 1 caractérisé en ce que chaque couche est constituée de quatre blocs (Bil, Bi2, Bi3, Bi4) possédant chacun deux champs précités (11, 12) se coupant à angle droit de façon à définir un tronçon précité à section carrée ou rectangulaire, variable en raison des positions desdits blocs. 2. Collimator according to claim 1 characterized in that each layer consists of four blocks (Bil, Bi2, Bi3, Bi4) each having two aforementioned fields (11, 12) intersecting at right angles so as to define a said section to square or rectangular section, variable because of the positions of said blocks.

3. Collimateur selon la revendication 2, caractérisé en ce que, dans chaque couche, deux blocs (Bil, Bi3) sont opposés symétriquement par rapport audit axe (SZ), en ce qu'ils sont montés articulés (14) parallèlement à celui-ci sur deux supports à déplacement rectiligne (16) lesquels sont agencés perpendiculairement audit axe (SZ) et alignés symétriquement par rapport à lui. 3. Collimator according to claim 2, characterized in that, in each layer, two blocks (Bil, Bi3) are symmetrically opposite said axis (SZ), in that they are articulated (14) parallel to this ci on two rectilinear moving supports (16) which are arranged perpendicular to said axis (SZ) and aligned symmetrically with respect thereto.

4. Collimateur selon la revendication 3, caractérisé en ce que les deux autres blocs (Bi2, Bi4) de chaque couche sont opposés symétriquement par rapport audit axe (SZ), en ce qu'ils sont montés articulés (15) parallèlement à celui-ci sur deux autres supports à déplacement rectiligne (17) lesquels sont agencés perpendiculairement audit axe et alignés symétriquement par rapport à lui en faisant un angle droit avec la direction (A'A) des deux premiers supports coulissants cités (16) et en ce chacun est monté sur son support par l'intermédiaire d'une pièce formant biellette (19) articulée (15, 18) à ses deux extrêmités. 4. Collimator according to claim 3, characterized in that the two other blocks (Bi2, Bi4) of each layer are symmetrically opposite with respect to said axis (SZ), in that they are mounted articulated (15) parallel to this ci on two other rectilinear moving supports (17) which are arranged perpendicular to said axis and aligned symmetrically with respect to it at a right angle to the direction (A'A) of the two first sliding supports mentioned (16) and in this each is mounted on its support by means of an articulated link piece (19) (15, 18) at its two ends.

5. Collimateur selon la revendication 3 ou 4, caractérisé en ce que pour chaque bloc, la distance (a) entre l'arête définie par les deux champs (11 et 12) perpendiculaires précités et l'axe de rotation de son articulation (14 ou 15) est la même pour deux blocs opposés d'une même couche et que cette distance diffère de couche en couche proportionnellement à l'éloignement de celle-ci dudit centre d'homothétie (S). 5. Collimator according to claim 3 or 4, characterized in that for each block, the distance (a) between the edge defined by the two fields (11 and 12) perpendicular aforementioned and the axis of rotation of its articulation (14). or 15) is the same for two opposite blocks of the same layer and that distance differs from layer to layer proportionally to the distance thereof from said center of homothety (S).

6. Collimateur selon l'une des revendications 3 à 5, caractérisé en ce que les moyens de manoeuvre desdits blocs homologues comportent des mécanismes de transformation d'un mouvement rotatif en mouvement rectiligne (Vij, 24) respectifs, actionnés par un même moyen moteur (28) et que les rapports de transformation de ces mécanismes diffèrent entre les couches proportionnellement à leur éloignement dudit centre d'homothétie. 6. Collimator according to one of claims 3 to 5, characterized in that the operating means of said homologous blocks comprise mechanisms for transforming a rotary motion in rectilinear motion (Vij, 24) respectively, actuated by the same motor means (28) and that the transformation ratios of these mechanisms differ between the layers in proportion to their distance from said homothetic center.

7. Collimateur selon la revendication 6, caractérisé en ce que chaque mécanisme de transformation comporte une partie coulissante (20) ou analogue actionnée par vis sans fin (Vij) et que de couche en couche, le pas de ces vis diffère proportionnellement à l'éloignement dudit centre d'homothétie. 7. A collimator according to claim 6, characterized in that each transformation mechanism comprises a sliding portion (20) or the like actuated by worm (Vij) and that layer by layer, the pitch of these screws differs proportionally to the away from said homothetic center.

8. Collimateur selon l'une des revendications 3 à 7, caractérisé en ce que lesdits blocs homologues sont accouplés à des moyens de commande de pivotement (30, 32) ou (31, 33) susceptibles de les faire pivoter d'un même angle choisi par rapport aux mécanismes de déplacement rectiligne respectifs sur lesquels ils sont articulés. 8. Collimator according to one of claims 3 to 7, characterized in that said homologous blocks are coupled to pivot control means (30, 32) or (31, 33) capable of rotating them at the same angle. chosen with respect to the respective rectilinear displacement mechanisms on which they are articulated.

9. Collimateur selon la revendication 8, caractérisé en ce que lesdits moyens de commande de pivotement comportent des moyens de transformation d'un mouvement rotatif en mouvement rectiligne respectifs (30, 32) ou (31, 33) actionnés par un même moyen moteur et que les rapports de transformation de ces moyens diffèrent entre les couches proportionnellement à leur éloignement dudit centre d'homothétie. Collimator according to claim 8, characterized in that said pivot control means comprise means for transforming a respective rotary motion in rectilinear motion (30, 32) or (31, 33) actuated by the same motor means and that the ratios of transformation of these means differ between the layers in proportion to their distance from said center of homothety.