RADIOPROTECTION BASES PHYSIQUES Grandeurs, Unités, Indicateurs Pascal MALFAIT Personne Compétente en Radioprotection Pôle Support Direction Qualité et Evaluation des Performances

RADIOPROTECTION Définition de l’ASN L’ensemble des règles, des procédures et des moyens de prévention et de surveillance visant à empêcher ou à réduire les effets nocifs des rayonnements ionisants produits sur les personnes directement ou indirectement, y compris par les atteintes portées à l’environnement.

Dose infime peut produire un effet Hypothèse Dose infime peut produire un effet Eviter les effets déterministes Réduire les effets stochastiques à un niveau acceptable Principes Justification Optimisation Limitation (hors exposition patient)

Les rayonnements ionisants Rayonnements suffisamment énergétiques pour ioniser la matière Rayonnements directement ionisants Rayonnements β α Chargés électriquement  Parcours Rayonnements indirectement ionisants Corpusculaire Neutrons Electromagnétiques X γ

RADIOACTIVITE Dans la nature la plupart des atomes sont stables Cependant certains sont instables car leur noyaux possède un excés de protons ou de neutrons ou des 2 On appelle ces atomes instables qui vont retrouver leur stabilité par le biais de transformations radioactives: Radioélément Radioisotope Radionucléide

Phénomène naturel ou artificiel Rayonnement α émission d’un noyau Hélium Rayonnement β β- émision d’un électron β+ émission d’un positon Rayonnement γ Pas de transmutation nucléaire Rayonnement électromagnétique Phénomène naturel ou artificiel

Stabilité des noyaux

Période radioactive Uranium 238 4,47.109 ans Radium 226 1600 ans Carbone 14 5730 ans Tritium 12,3 ans Iridium 192 73,8 jours Iode 131 8 jours Iode 125 59,9 jours Technétium 99 6,02 h Fluor 18 1,83 h (119 mn)

INTERACTIONS Phénomène « d ’absorption » Faible énergie Effet Photoélectrique Phénomène « d ’absorption » Faible énergie Numéro atomique élevé Faisceau direct ( Patient, mains des opérateurs)

INTERACTIONS Effet Compton Absorption partiel du rayonnement, émission d ’un rayonnement d ’énergie plus faible avec changement de direction Energie moyenne Tissus biologiques Rayonnement diffusé (multidirectionnel) Patient, personnel

INTERACTIONS Phénomène de diffusion sans perte d ’énergie Effet Thompson-Raleigh Phénomène de diffusion sans perte d ’énergie « Rebondissement » Constant Peu important (10%) Rayonnement diffusé (multidirectionnel) Patient, personnel

INTERACTIONS Effet de matérialisation ou création de paire d’énergie > 1,022 MeV Interaction au voisinage du noyaucréation d’un électron et d’un positon Annihilation du positon → 2  de 511 keV en direction opposée Médecine nucléaire F18DG Détection des coïncidences Radiothérapie

Générateurs électriques de rayons X MODE D ’EXPOSITION Source Contact impossible Contact possible Générateurs électriques de rayons X Sources radioactives Contamination du corps Externe Interne EXPOSITION EXTERNE EXPOSITION INTERNE EXPOSITION TOTALE

CLASSIFICATIONS DES SOURCES DE RAYONNEMENT Alimentation électrique Emission discontinue commandée par un interrupteur Tubes à rayons X Accélérateurs de particules Sources radioactives Emission autonome et permanente Sources scellées Incorporées dans des matières solides ou scellées dans une enveloppe qui empêche toute dispersion Sources non scellées Présentation ne permettant pas de prévenir toute dispersion de substance radioactive

? GRANDEURS et UNITES Becquerel micro Röntgen Gray milli rad kilo Sievert Curie rem nano giga

Grandeur physique mesurable DOSE ABSORBEE Elle représente l’énergie déposée par unité de masse dans les tissus Grandeur physique mesurable Unité: Gray (Gy) Notée : D

DOSE ABSORBEE Corrélation directe avec les paramètres d’exposition Conditionne les effets Outil d’optimisation Dose dans l’air Etude du faisceau, mesures d’ambiance Dose à l’entrée du patient Dose à mi-épaisseur Dose moyenne (volume) Caractéristique de l’appareil et du type d’examen

DOSE ABSORBEE Exemples: Dose dans l ’air 10 Gy 25 Gy/h Dose à l ’entrée du patient Thorax 0,3 mGy 25 cGy.cm2 ASP 10 mGy

Wr : Facteur pondération du rayonnement DOSE EQUIVALENTE Concerne l’exposition d’un organe ou d’un tissu particulier Grandeur calculée Unité: Sievert (Sv) Notée: Ht Ht = D x Wr Wr : Facteur pondération du rayonnement

DOSE EQUIVALENTE A dose absorbée égale, l’effet biologique varie en fonction de la nature du rayonnement X   Wr = 1  Wr = 20 Neutrons Wr  10 Utilisé pour exprimé une dose reçue par un organe Remarque: Pour les rayons X Ht (mSv) = D (mGy)

DOSE EQUIVALENTE Exemples Dose thyroïde lors d ’un cliché de thorax 0,05 mSv Dose Gonades lors d ’un cliché de bassin 1,5 mSv Résultats des dosimètres poignets, thermoluminescents

Wt = Facteur de pondération tissulaire DOSE EFFICACE Traduit une exposition locale en terme d ’exposition globale équivalente au corps entier Grandeur calculée Unité : Sievert Notée : E E =  ( Ht x Wt ) Wt = Facteur de pondération tissulaire

PONDERATION TISSULAIRE

DOSE EFFICACE Dose fictive qui administrée au corps entier induirait le même risque que l ’ensemble des doses reçues par les différents organes Indicateur de risques Permet de comparer des expositions Outil de communication

DOSE EFFICACE Exemples Thorax E = 0,02 mSv Rachis lombaire E = 1,5 mSv Scanner abdominal E = 4 à 10 mSv Résultats des dosimètres thoraciques

Radioactivité Grandeur : Activité Unité de mesure : Becquerel (Bq) 1 Bq = 1 désintégration / seconde Rq unité très petite  utilisation de multiple (MBq, GBq)  ancienne unité: Curie (1Ci = 37 GBq) Exemple Activité d’une source d’Iridium 192 : 18,5 GBq Activité injectée scintigraphie osseuse : 740 MBq

Radioactivité PERIODES Période radioactive ou demi vie (Tp): temps mis par la moitié des noyaux de la substance radioactive pour se désintégrer Période biologique (Tb): temps nécessaire pour éliminer naturellement par l’organisme la moitié de l’activité absorbée Période effective (Te): elle correspond à la diminution de moitié de l’activité présente dans un organe 1/ Te = 1/ Tp + 1/ Tb

DOSE EFFICACE

Indicateurs de dose Imagerie Radiologie plane PDS Mammographie Dose glandulaire moyenne Radiologie coupe PDL CTDIv = IDSV Médecine nucléaire Radiopharmaceutique Activité administrée Mode d’administration Radiothérapie Dose délivrée aux volumes cibles et organes critiques Externe Fractionnement et étalement Curiethérapie Modalités de délivrance (Débit de dose, pulsé, haut débit, implants…)

Produit dose•surface Les unités ! 1 Gy.cm2 = 100 cGy.cm2 = 1000 mGy.cm2 = 100 µGy.m2 1 µGy.m2= 10 mGy.cm2

Evalution de dose Calcul de De à partir du PDS PDS = Dair x Se - Dair = dose dans l’air à la peau du patient - Se = surface à la peau du patient De = Dair x FRD Donc : De = (PDS/Se) x FRD - Se est mesurée directement sur le champ lumineux à la peau du patient (mètre de « couturière ») - FRD = 1,35 dans le cas général (60-80 kV) 1,5 pour les radios pulmonaires (120-140 kV)

Calcul de De à partir des paramètres d’exposition La dose « entrée » De dépend de : La tension U (kV) La charge Q (mAs) La distance ‘Foyer-Peau’ DFP(m) Un coefficient K0 (mGy/mAs à 1 m) caractéristique de l’installation: débit de dose dans l’air Le facteur FRD (compris entre 1,2 et 1,5) dépend de U En théorie: De = K0 x FRD x (U/100)2 x Q x (1/DFP)2 En pratique, en 1ère approximation: On considère que : K0 x FRD = 0,15 mGy/mAs, à 1 m pour une tension de 100 kV (filtration de 3 mm Al) De = 0,15 x (U/100)2 x Q x (1/DFP)2

Exemple : Abdomen sans préparation Sources IRSN, mesures effectuées au Val de Grâce De = (PDS/Se) x FRD 6,75 mGy 3000 Mettre Gy et mGy Mettre le NRD Les 3 valeurs VdG 2 valeurs en blanc (animation) 30 x 20 = 600 cm² De = (3000/600) x 1,35

2 valeurs différentes du PDS Exemple : Abdomen sans préparation Sources IRSN, mesures effectuées au Val de Grâce De = (PDS/Se) x FRD Mettre Gy et mGy Mettre le NRD Les 3 valeurs VdG 2 valeurs en blanc (animation) Surfaces différentes 2 valeurs différentes du PDS De Identiques

2 valeurs identiques du PDS Exemple : Abdomen sans préparation Sources IRSN, mesures effectuées au Val de Grâce De = (PDS/Se) x FRD Mettre Gy et mGy Mettre le NRD Les 3 valeurs VdG 2 valeurs en blanc (animation) 2 valeurs identiques du PDS Surfaces différentes De différentes

Conversion PDS → Dose efficace Tête face : 5/100 Cervical face 1/5 profil 5/100 Thorax AP : 1/3 Abdomen AP : Bassin : 1/5 Rachis lombaire :

Mammographie Dose glandulaire moyenne Dose calculée: DGM = FC x Ka FC: facteur de conversion en fontion de la CDA et de l’épaisseur du sein comprimé Ka : kerma dans l’air Dose à l’entrée ≠ du Kerma dans l’air En première approche: DE  Ka x 10 % A défaut: Valeur mesurée sur fantôme lors du Contrôle Qualité

TDM Dose au niveau de la coupe centrale Coupe -3T Coupe -2T Coupe -1T

PDL = CTDIvol x Longueur explorée CTDIW = 1/3 CTDIC + 2/3 CTDIP CTDIvol = CTDIW x 1/pitch IDSP volumique = IDSV PDL = CTDIvol x Longueur explorée en mGy x cm

Position relative sur l’axe Z NRD établis en termes d’IDSV. Plus adaptés pour les scanners multicoupes CTDIvol (multicoupe) DN,I(z) T CTDIw (1 coupe) D1(z) I Dose (mGy) Position relative sur l’axe Z

Produit dose x longueur (PDL - DLP) Exemple 1 coupe 10 mm : IDSP = 15 mGy PDL = 300 mGy x cm 20 coupes, 20 cm 15 mGy Produit dose x longueur (PDL - DLP)

kV et dose relative = moyen le plus efficace de réduire la dose kV 140 100 % 120 58 % 80 12 % = moyen le plus efficace de réduire la dose

Protocole standard Thorax influence des mAs Scanner 16 coupes HT = 120 kV 200 mAs largeur de coupe : 5 mm pas = 1 longueur : 30 cm 300 mAs CTDIvol = 7 mGy PDL = 210 mGy.cm CTDIvol = 10,5 mGy PDL = 315 mGy.cm

Protocole standard Thorax Influence du pas Scanner 16 coupes kV = 120 kV 200 mAs largeur de coupe : 5 mm pas = 1 longueur : 30 cm CTDIvol = 7 mGy PDL = 210 mGy.cm pas = 2 CTDIvol = 3,5 mGy PDL = 105 mGy.cm

Protocole standard Thorax Influence de la longueur explorée Scanner 16 coupes kV = 120 kV 200 mAs largeur de coupe : 5 mm pas = 1 longueur : 30 cm CTDIvol = 7 mGy PDL = 210 mGy.cm longueur = 15 cm CTDIvol = 7 mGy PDL = 105 mGy.cm

Facteur de conversion PDL → Dose efficace CTDIW (mGy) DLP (mGy. Cm) F pdl (mSv/mGy.cm) E (mSv) Tête 58 1050 0,0021 2,2 Cou 12 350 0,0052 1,8 Thorax 20 500 0,017 8,5 Abdomen 25 650 0,015 9,8 Pelvis 450 0,016 7,2

Outil MICADO (www.irsn.org )