UE 3.8 S1.CM2 Grandeurs Unités Dose PDF

UE 3.8 S:1, C:4, ECTS:2 Radioprotection : principes fondamentaux 2- Les grandeurs, unités et indicateurs de dose Éric GONZALEZ Manipulateur en électroradiologie, Personne Compétente en Radioprotection  Sommaire  2- Les grandeurs,...

UE 3.8 S:1, C:4, ECTS:2 Radioprotection : principes fondamentaux 2- Les grandeurs, unités et indicateurs de dose Éric GONZALEZ Manipulateur en électroradiologie, Personne Compétente en Radioprotection  Sommaire  2- Les grandeurs, unités et indicateurs de doses 2.1 L’ Énergie du rayonnement 2.2 L’ Exposition 2.3 La dose absorbée 2.4 Le Kerma 2.5 La dose équivalente 2.6 La dose efficace 2.7 La dose efficace engagée 2.8 L’activité 2.9 La Période radioactive  UE 3.8 2. Les grandeurs, unités et indicateurs de doses  2.1 L’ Énergie du rayonnement Définition : l’ énergie qualifie le RI ; elle est liée à la vitesse de l’onde ou des particules qui le constituent. Unité : dans le Système International d’Unités, une énergie cinétique s’exprime en Joules (J), mais pour les phénomènes qui se déroulent à l’échelle atomique on retient l’électron volt. eV : c’est l’énergie cinétique d’un électron accéléré par un potentiel de 1 volt, ce qui représente une énergie de 1,6.10-19 J L’énergie du RI est déterminante pour sa capacité à provoquer des ionisations et son pouvoir de pénétration.  UE 3.8 2. Les grandeurs, unités et indicateurs de doses  2.2 L’ Exposition Mesurer l’exposition consiste à mesurer la dose reçue par la matière de manière indirecte. Ce fut la première des techniques de mesures retenue, car la plus simple à mettre en œuvre. Elle est basée sur le pouvoir ionisant du rayonnement. Il suffit de placer sur son trajet un détecteur capable de quantifier le nombre d’ionisations produites. Les 1ers détecteurs utilisés furent les chambres d’ionisations remplies d’air, puis le physicien GRAY a proposé de l’air comprimé pour plus d’efficacité.  UE 3.8 2. Les grandeurs, unités et indicateurs de doses  2.2 L’ Exposition Définition : l’exposition est définie comme étant le rapport entre la valeur absolue de la charge totale des ions créés d’un même signe et la masse du volume d’air : X = dQ / dm Unité : coulomb / kilogramme : C/kg , l’unité spécifique a été le « Roentgen » noté R, 1R = 2,58.10-4 C/kg Le C/kg est l’exposition telle que la charge de tous les ions d’un même signe, produits dans l’air lorsque les électrons libérés par les photons de façon uniforme dans une masse d’air de 1 kg sont complètement arrêtés, et égale à 1 C.  UE 3.8 2. Les grandeurs, unités et indicateurs de doses  2.2 L’ Exposition La reconnaissance du Roentgen a expiré le 31 décembre 1985. La notion d’exposition n’est plus significative quand les photons ont des énergies élevées, car le parcours des électrons secondaires est plus long et dépasse le volume d’air. C’est pourquoi elle ne doit plus être utilisée.  UE 3.8 2. Les grandeurs, unités et indicateurs de doses  2.3 La dose absorbée (D) En 1953, la Commission Internationale des Unités et Mesure des Rayonnements (ICRU) a introduit la notion plus pertinente de dose absorbée pour définir la dose reçue. Définition : Unité de dose exprimant la quantité d’énergie cédée (dE) par un rayonnement ionisant et absorbée dans une unité de masse (dm) dE Formule : D  dm Unité : le gray 1 Gy = 1 J / kg  UE 3.8 2. Les grandeurs, unités et indicateurs de doses  2.3 La dose absorbée (D) Lorsqu’ils rencontrent la matière, les RI entrent en collision avec les atomes qui la constituent. Au cours de ces interactions, ils y déposent une partie ou toute leur énergie. La définition de dose absorbée est générale. Elle ne tient pas compte de la nature du rayonnement, ni de la nature de la matière traversée. Elle correspond à une quantité d’énergie déposée localement. Il s’agit d’une grandeur physique mesurable.  UE 3.8 2. Les grandeurs, unités et indicateurs de doses  2.3 La dose absorbée (D) Pour en savoir plus :  La première unité choisie a été le « rad » (Rœntgen absorbed dose)  Expiration le 31 décembre 1985 pour le Gray, du nom du physicien anglais Louis Harold GRAY (1905- 1965)  1 Gy = 1 J/kg = 100 rad  1 rad = 0,01 Gy = 10 mGy  UE 3.8 2. Les grandeurs, unités et indicateurs de doses  2.3 La dose absorbée (D) Ordre de grandeur :  Dosimétrie en radiologie conventionnelle : Dose à la surface d’entrée : De (mGy) ; exemple Thorax face 0,3 mGy Produit Dose Surface : PDS (Gy.cm²) ; exemple Thorax face 25cGy.cm²  Dosimétrie en TDM: Indice de dose de scanographie pondéré, ISP ou CTDI en mGy, tenant compte du pas.  Produit Dose Longueur (PDL) : en mGy.cm ; exemple scanner encéphale ~ 1000 mGy.cm  Traitement de radiothérapie standard  jusqu’à 80 Gy : 2 Gy/jour  UE 3.8 2. Les grandeurs, unités et indicateurs de doses  2.4 Le Kerma La dose absorbée telle qu’elle est définie, ne traduit pas totalement les phénomènes produits par les photons, car une partie de l’énergie est emportée par les électrons secondaires. Le Kerma (Kinetic Energy Released per unit MAss), introduit en 1962, a eu pour vocation d’intégrer cet aspect de transfert d’énergie cinétique aux électrons du milieu. Le Kerma est définie comme étant le rapport entre la somme des énergies cinétiques initiales Etr de toutes les particules chargées mises en mouvement par unités de masse. Il caractérise la capacité d’action d’un rayonnement indirectement ionisant sur la matière. K = dEtr / dm Unité : le gray La relation entre dose absorbée et kerma peut-être établie par calculs.  UE 3.8 2. Les grandeurs, unités et indicateurs de doses  2.5 La dose équivalente à l’organe (HT) Jusqu’ici, la qualité du rayonnement n’a pas été pris en compte. Or les phénomènes physiques et la densité du dépôt sont directement liés à la nature du rayonnement. La CIPR (Commission Internationale de Protection Radiologique) a introduit des facteurs de pondération de la dose. Le but est de pouvoir prévoir les effets biologiques des RI. Depuis 1990 (CIPR 60), on note WR le facteur de pondération qui tient compte du rayonnement. Définition : la dose équivalente est définie comme étant le produit de la dose absorbée et du facteur de correction WR qui prend en compte le rayonnement incident et sa capacité a produire des effets néfastes : HT= DR,T x WR  UE 3.8 2. Les grandeurs, unités et indicateurs de doses  2.5 La dose équivalente à l’organe (HT) HT= DR,T x WR HT : dose équivalente dans l’organe ou le tissu DR,T : dose absorbée moyenne dans le tissu ou l‘organe résultant du rayonnement de type R WR : facteur de pondération radiologique  UE 3.8 2. Les grandeurs, unités et indicateurs de doses  2.5 La dose équivalente à l’organe (HT) (source RPcircus)  UE 3.8 2. Les grandeurs, unités et indicateurs de doses  2.5 La dose équivalente à l’organe (HT) Le WR est un facteur multiplicatif dépendant du type de rayonnement R incident sur le tissu ou l’organe T  UE 3.8 2. Les grandeurs, unités et indicateurs de doses  2.5 La dose équivalente à l’organe (HT) Pour en savoir plus :  La dose équivalente s’exprime toujours en J / kg mais le nom spécifique qui a intégré le Système International est le Sievert en mémoire du physicien suédois Rolf Maximilian Sievert (1896-1966), qui a œuvré pour la RP et la dosimétrie clinique.  Dans la continuité des premières unités (le rad) et afin de rapporter les effets des rayonnements sur l’homme, on a d’abord parlé d’équivalent de dose exprimé en rem (rad equivalent man) avec 1 Sv = 100 rem  UE 3.8 2. Les grandeurs, unités et indicateurs de doses  2.6 La dose efficace (E) : grandeur de protection relative au corps entier C’est une grandeur physique mesurant l’impact d’une exposition à un rayonnement ionisant sur les tissus biologiques. Chaque tissu a sa propre radiosensibilité. D’ou l’intérêt d’avoir un facteur de pondération tissulaire WT prenant en compte la nature du tissu irradié. Il s'agit d'estimer le dommage subi par l'ensemble de l'organisme en fonction de l'endroit où les doses sont absorbées et en tenant compte des sensibilités aux radiations qui varient beaucoup d'un organe à l'autre. Une même dose sera plus nocive si elle est absorbée dans les poumons ou le foie que dans les muscles.  UE 3.8 2. Les grandeurs, unités et indicateurs de doses  2.6 La dose efficace (E) : grandeur de protection relative au corps entier Pour cela, on multiplie la dose équivalente subie par chaque tissu ou organe par son facteur de sensibilité. Définition : la dose efficace est définie comme étant la somme des doses équivalentes délivrée à chaque organe pondérée du facteur WT qui tient compte de la vulnérabilité des tissus. E =  HT x WT E : dose efficace en Sievert (Sv) HT : dose équivalente relative à l’organe T WT : facteur de pondération tissulaire de l’organe  UE 3.8 2. Les grandeurs, unités et indicateurs de doses  2.6 La dose efficace (E) : grandeur de protection relative au corps entier Les valeurs du WT ont évolué avec les nouvelles recommandations de la CIPR (CIPR 60 de 1991 – CIPR 103 de 2007) La somme des coefficients de pondération est égale à 1  UE 3.8 2. Les grandeurs, unités et indicateurs de doses  2.6 La dose efficace (E) : grandeur de protection relative au corps entier L'avantage de la dose efficace est de globaliser les dommages et de pouvoir affecter à n'importe quel type d'exposition une valeur qu'on comparera à une autre irradiation, par exemple l'irradiation naturelle. La dose efficace est en quelque sorte une moyenne des doses équivalentes sur une personne. Pour certaines irradiations locales, comme une mammographie, la dose équivalente est plus significative. Le tissu est petit et les autres organes ne sont pas en principe irradiés. Dans une mammographie, la dose efficace ramenée au corps entier est trouvée petite - entre 0,1 et 0,01 mSv, mais elle n'est pas significative. Par contre, il faut impérativement veiller à ce que la dose équivalente délivrée au sein soit inférieure une limite, par exemple 1 mSv. Il en est de même pour les irradiations de la thyroïde.  UE 3.8 2. Les grandeurs, unités et indicateurs de doses  2.6 La dose efficace (E) : grandeur de protection relative au corps entier Le Sievert (Sv) : équivalence entre PDL – Dose efficace o Il est admis et toléré (Directive Européenne EUR 16262-1997) que l’on peut obtenir une équivalence PDL - Dose efficace en multipliant le PDL par un facteur normalisé de pondération spécifique de la région explorée :  UE 3.8 2. Les grandeurs, unités et indicateurs de doses  2.6 La dose efficace (E) : grandeur de protection relative au corps entier Ordre de grandeur : pour l’exposition des personnes et des travailleurs  Utilisation des sous-multiples mSv et µSv  Manipulateur de radiologie du CH Perpignan  en moyenne < 1 µSv par jour  Manipulateur de médecine nucléaire du CH en 2009  5 µSv par jour tout poste confondu  au max 20 µSv sur 1 jour au poste TEP  Irradiation naturelle  moy = 3 mSv par an en France  soit une moy. de 8 µSv par jour en France  UE 3.8 2. Les grandeurs, unités et indicateurs de doses  2.6 La dose efficace (E) : grandeur de protection relative au corps entier  UE 3.8 2. Les grandeurs, unités et indicateurs de doses  Résumons :  Durée Dose efficace Nb équivalent de équivalente Examen radiologique moyenne (mSv) clichés thoraciques d’exposition naturelle Thorax 0,02 1 3 jours Crâne 0,07 3,5 11 jours Bassin 0,7 35 4 mois Rachis lombaire 1,3 65 7 mois TDM crâne 2,3 115 < 1 an TDM thorax 8 400 3,6 ans TDM abdo-pelvien 10 500 4,5 ans Scintigraphie rénale 2,2 115 < 1 an (99mTc-MAG3 – 222 MBq) Scintigraphie osseuse 3,9 200 1,5 an (99mTc-HDP – 666 MBq) Scintigraphie myocardique (201Tl- 30 1570 12 ans 130MBq) PET-scan oncologique 5,3 (18F) 280 + 750 8,5 ans (18F-280 MBq) + 15 (TDM)  UE 3.8 2. Les grandeurs, unités et indicateurs de doses  2.7 La dose efficace engagée (E) C’est une grandeur physique qui prend en compte l’impact d’une exposition interne à un rayonnement ionisant. Ce calcul intègre le fait qu’un radio nucléide introduit dans l’organisme par inhalation, ingestion ou voie percutanée, est à l’origine d’une irradiation interne prolongée, et que les effets biologiques sont liés à la durée de la présence du radio nucléide dans l’organisme. Dans le cas d’une exposition interne, l’irradiation va diminuer selon :  La décroissance radioactive déterminée par la période physique T du radioélément (temps nécessaire à la désintégration de la moitié des noyaux).  La décroissance biologique déterminée par l’élimination du radioélément par l’organisme (temps nécessaire à l’élimination de la moitié de la radioactivité).  UE 3.8 2. Les grandeurs, unités et indicateurs de doses  2.7 La dose efficace engagée (E) On utilise la notion de période effective qui correspond au temps nécessaire pour diminuer d’un facteur 2 la radioactivité d’un radioélément introduit dans l’organisme : Te = Tp x Tb / Tp + Tb La dose efficace engagée est l’intégrale sur le temps du débit de dose équivalente au tissu ou un organe particulier, reçu par un individu à la suite d’une incorporation de matière radioactive. L’unité de dose engagée est le Sievert.  UE 3.8 2. Les grandeurs, unités et indicateurs de doses  2. 8 L’ Activité Décroissance radioactive :  La désintégration du noyau radioactif est imprévisible. Cependant, pour chaque type de noyau instable, on peut définir une probabilité de désintégration par unité de temps :  = ln2/T  L’Activité A d’un échantillon d’élément radioactif correspond au nombre moyen de désintégrations par unité de temps.  Unité : 1 désintégration / sec. = 1 Becquerel (Bq)  Ancienne unité : le Curie avec 1 mCi = 37 MBq  UE 3.8 2. Les grandeurs, unités et indicateurs de doses  2. 8 L’ Activité A(t) = . N(t) = A0. e- t = A0. e- ln2 t/T  A(t) : activité au temps t  N(t) : nombre de noyaux radioactifs au temps t   : probabilité de désintégration par unité de temps (s-1)  A0 : activité initiale à t0  T : période ou demi-vie  UE 3.8 2. Les grandeurs, unités et indicateurs de doses  2.8 L’ Activité Ordre de grandeur :  Utilisation des multiples MBq et GBq  1mCi = 37 MBq Exemples activités scintigraphiques :  Osseuse : injection de 666 MBq de 99mTc  Thyroïdienne : injection de 111 MBq de 99mTc  UE 3.8 2. Les grandeurs, unités et indicateurs de doses  2.8 L’ Activité  UE 3.8 2. Les grandeurs, unités et indicateurs de doses  2.9 La Période ou demi-vie (T) La demi-vie ou période d’un noyau radioactif est la durée nécessaire pour que son activité soit divisée par 2, c’est à dire le temps au bout duquel la moitié des noyaux se sont désintégrés. T = ln2 /  A = . N(t) = A0. e- t = A0. e- ln2 t/T En Médecine Nucléaire on utilise des radioéléments ayant la période la plus courte possible.  UE 3.8 2. Les grandeurs, unités et indicateurs de doses  2.9 La Période ou demi-vie (T) T = 2 heures pour le fluor 18, 8 jours pour l’iode 131 5730 ans pour la carbone 14  UE 3.8 2. Les grandeurs, unités et indicateurs de doses  2.9 La Période ou demi-vie (T) Principaux radioéléments utilisés en MN Radio- Période Énergie Énergie élément T gamma bêta 99mTc 6,02 h 140 keV 201Tl 73,5 h 70,135,167 keV 123I 13 h 159 keV 131I 8j 364 keV 340, 610 keV 67Ga 78 h 93, 184, 296 keV 111I 2,8 j 172,247 keV 81mKr 13 s 190 keV 18F 110 mn 511 keV 634 keV  UE 3.8 2. Les grandeurs, unités et indicateurs de doses  2.9 La Période ou demi-vie (T) TD sur Formule décroissance radioactive cf. TD S1