LA DOSIMETRIE ET LA RADIOPROTECTION

LA DOSIMETRIE ET LA RADIOPROTECTION

Professeur Michel Bourguignon

Faculté de Médecine Paris Ile de France Ouest

Université de Versailles Saint-Quentin-en-Yvelines

Autorité de Sûreté Nucléaire

[email protected]

Question 1Parmi les interactions du rayonnement ionisant électromagnétique avec la matière, quelle est celle qui est la plus probable à haute énergie ?• A = Effet photoélectrique• B = Effet Compton• C = Effet de production de paires• D = Effet de diffusion Rayleigh• E = Effet Raman

Question 2Lors de l’interaction d’une particule alpha de 6,78 MeV avec un électron de la matière, quel est l’ordre de grandeur de l’énergie cédée à cet électron ?• A = 10 eV• B = 100 eV• C = 1 keV• D = 10 keV• E = 100 keV

Question 3Les principes fondamentaux suivants sont tous des principes de la radioprotection sauf un. Lequel?

• A = Précaution

• B = Justification

• C = Limitation

• D = Optimisation

• E = ALARA

Question 4Parmi les paramètres suivants, lequel est pris en compte pour la classification d’un travailleur exposé aux rayonnements ionisants ?• A = Situation accidentelle éventuelle• B = Zonage • C = Dose efficace < 6 mSv• D = Dose efficace > 6 mSv• E = Dose efficace < 10 mSv

Question 5Quelle est la valeur du débit de dose efficace au delà de laquelle une zone contrôlée est classée au niveau orange ?

• A = 7,5 µSv/h

• B = 25 µSv/h

• C = 200 µSv/h

• D = 2 mSv/h

• E = 100 mSv/h

énergie des photons (eV)

50 Hz1022

1020 14

1010

105

13.6 -6 01 -11

rayonnements ionisants

rayonnements non ionisants

1010 7

Le spectre électromagnétique

10

fréquence (Hz)

Les destins possibles du photon X ou dans l ’interaction avec la matière

h h

h

h

hh ’

he-

e-

e-

e+

h

Energie du

photonMeV

Coefficient d’absorption µ /

Total

Paire

Compton

Photoélectrique

E1 0,5 E2 5 100

L ’interaction du rayonnement électromagnétique avec la

matièreLes différents processus

engendrent la libération d ’électrons qui créent des ionisations en

épuisant leur énergie en traversant les tissus biologiques

Les destins possibles des particules dans leurs interaction avec la matière

e-

n

e-

e-

e-

X

Absorption

Les interactions des radiations ionisantes

:

X :

n :

AA noter le dépôt

important d ’énergie en fin de parcours, responsable d ’une

grande hétérogénéité de la

distribution des doses absorbées

Les parcours des radiations ionisantes

, protons très peu pénétrants,

densité ions créés +++ : peu pénétrants,

densité ions créés + et X : pénétrants,

densité ions créés + neutrons : pénétrants,

densité ions créés ++

PARCOURS

DANS L'AIR DANS L'EAU

X

n

5 à 10 cm

1 m

100 m à 1 km

100 m à 1 km

qq µm

1 à qq mm

~ 10 cm

~ 10 cm

Les effets moléculaires des rayonnements ionisants

Les rayonnements ionisants vont toucher l’ ADN directement ou indirectement via les espèces radicalaires de l’eau

H.et OH

.qui sont

chimiquement très réactives en quelques µsec

0

10-15 s

10-5 s

seconde

minute

jour,semaine

année

descendance

Ionisations, excitations

Formation de radicaux, produits moléculaires

Atteinte des molécules vitales

Lésions de l'ADN

Mort cellulaire

Cancérisation

Mutations génétiques

IRRADIATION

CHRONOLOGIE DES EFFETS BIOLOGIQUES DES RAYONNEMENTS IONISANTS

Effets déterministes

EFFETS ALEATOIRESSOMATIQUES GENETIQUES

ALTERATION VIABLE

EFFETS SUR L'ORGANISME RADIOPATHOLOGIE

4 GRANDS TYPES D'OBSERVATIONS HIROSHIMA, NAGASAKI POPULATIONS PARTICULIERES ACCIDENTS EXPERIMENTATION ANIMALE

EFFETS OBLIGATOIRES

PAS DE REPARATION

REPARATION FAUTIVE

MORT CELLULAIRE

PAS D'EFFET

REPARATION FIDELE

REPARATION

LESION ADN

IRRADIATION

EFFETS OBLIGATOIRES OU DETERMINISTESOU NON STOCHASTIQUES

MORT CELLULAIRE

SEUIL

CARACTERE OBLIGATOIRE

GENERALEMENT REVERSIBLES

PROPORTIONNELS A LA DOSE

CARACTERISTIQUES

PRECOCES OU MOYEN TERME

• SYNDROME D'IRRADIATION

GLOBALE AIGUE• BRULURES RADIOLOGIQUES

EFFETS ALEATOIRESOU NON DETERMINISTES

OU STOCHASTIQUES

SURVIE DE CELLULES LESEES

PAS DE SEUIL RECONNU

GENERALEMENT IRREVERSIBLES

GRAVITE NON PROPORTIONNELLE A LA DOSE

FREQUENCE PROPORTIONNELLE A LA DOSE

NON CARACTERISTIQUES

TARDIFS

• CANCERS• EFFETS GENETIQUES

La radioprotection

Une nécessitéUn moyen : la prévention Eviter d’être exposé ou contaminé car les effets

moléculaires des rayonnements ionisants sont immédiats et les effets tardifs peuvent être graves et difficiles à soigner

Etre exposé le moins possiblePour supprimer les effets déterministesPour minimiser les effets stochastiques

La radioprotection internationale : les acteurs internationaux

Historique 1/2• La radioprotection naît internationale dans le

domaine médical : contexte de leucémies des radiologues (1920 – 1950)

• Création en 1925 d’un comité des unités de mesure des rayonnements (future ICRU) par la Société internationale de radiologie

• Création en 1928 d’un comité de protection contre les rayons X et le radium (future CIPR) par la Société internationale de radiologie


Historique 2/2• Les instances nationales sont postérieures : NRC

(1929), SCPRI (1956)• Création après la 2ème guerre mondiale de

nouveaux organismes internationaux : UNSCEAR, AIEA, AEN, OMS, FAO, ISO, sauf OIT (1919)

• Traité Euratom (1957), réseau ALARA de l’UE (1996)

• Autres organismes : sociétés savantes (IRPA 1964)


Les organismes : ICRU (1925)International committee on radiation units

• Détermine la métrologie, les paramètres dosimétriques et les unités de mesure des rayonnements

• Élabore un langage scientifique commun : dose absorbée Gray (rad), dose équivalente Sievert (rem), dose efficace

• Rôle scientifique unique, non contesté • Organisme indépendant depuis 1956


Les organismes : UNSCEAR (1955)United Nations scientific Committee on the effects of atomic radiations

• Compile les publications internationales concernant les sources et les effets des rayonnements atomiques

• Synthétise les connaissances de base et les met en perspective vis-à-vis de la radioprotection

• Rôle scientifique unique, non contesté sur le plan scientifique

• Fragilité au sein du système ONUsien


Les organismes : CIPR (1928)Commission internationale de protection radiologique

Petite association de droit britannique qui coopte ses membres

Élabore des recommandations de radioprotection sur la base des connaissances scientifiques

Rôle historique, plus unique aujourd’huiRôle contesté récemment CIPR 60 non appliquée aux USA


Élaboration des règles internationales

ICRU - UNSCEAR

CIPR - AIEA - AENOMS - FAO - OIT - ISO

Union européenne

Etats membres

La dosimétrie

Paramètres Dosimétriques (1)

Dose absorbée (D) en Gray : énergie absorbée par unité de masse de matière irradiée ( 1 Gy = 1 Joule/kg)

Dose équivalente (H) en Sievert : dose absorbée par un tissu (T) pondérée par le type et la qualité du rayonnement (R)

HT,R = WR DT,R HT = R HT,R

1 kg de plomb 1 kg de plumes

avant

après

DOSE ÉQUIVALENTE H

Facteurs de pondération des

rayonnements WR

Gamma et X ……………………...1 Electrons et beta…………………1 Alpha ………………………..……..20 Neutrons…………………………..5-20 Protons…………………………….5

Attention, pour un rayonnement donné : EBR (variable avec la dose) WR

(constant)

Dose (Gy)1

10-1

10-2

10-3

Survie

2 4 6 8

EBR = 2

EBR = 1,7

Neutrons Gamma

EBR =D référence

Détudié

EBR=

EFFICACITE BIOLOGIQUE

RELATIVE

EBR=

EFFICACITE BIOLOGIQUE

RELATIVE

Gy x EBR = Gy équivalent EN RADIOPROTECTION UNIQUEMENT Gy x WR = Sv

EBR n =D

Dn

Pour S = 10 -1

=4 Gy

2 Gy= 2

En termes de toxicité

2 Gy neutrons = 4 Gy gamma


Dose efficace (E) en Sievert : somme des doses équivalentes reçues par un tissu (T) pondérées par le type et la qualité des tissus

E = T WT HT = T WT R HT,R

E = T WT R WR DT,R

Facteurs de pondération tissulaire WT

Gonades: 0,2 Moelle: 0,12 Colon: 0,12 Poumon: 0,12 Estomac: 0,12 Vessie: 0,05 Sein: 0,05 Foie: 0,05 Oesophage: 0,05 Thyroïde: 0,05 Peau: 0,01 Os: 0,01 Reste: 0,05 WT = 1

Intérêt et limites de la dose efficace (Sv)

bien adaptée aux besoins de la radioprotection

unité additive

• exemple WR WT %RX : 100 mGy / 50 dm2 peau 1 0,01 30 %131I : 10 mGy / thyroïde 1 0,05 100 %dose efficace = (100 x 1 x 0,01 x 0,30) + (10 x 1 x 0,05 x 1)dose efficace = 0,8 mSv

indicateur de risque tardif (connu > 100 mSv)

sans signification de probabilité aux faibles doses

ne tient compte ni de l’âge, ni du débit de dose, ni …

10 mSv ORGANISME ENTIER (WT = 1)

H = E = 10 mSv

10 mSv AUX POUMONS (WT = 0,12)

E = 10mSv . 0,12 = 1,2 mSv

E

RISQUE ENCOURU POUR 10 mSv (poumons) : MEME NIVEAU QUE POUR 1,2 mSv

A L'ORGANISME ENTIER(mais nature différente)

D

Intérêt et limites de la dose efficace

Rayonnements terrestres

0,50 mSv

Rayonnements cosmiques

0,40 mSv

Radionucléides de l'organisme

0,20 mSv

Expositions médicales

1 mSv

Autres: rejets de l'industrie

nucléaire, retombées

atmosphériques des essais

nucléaires...

0,01 mSvRadon

1,3 mSv

Doses efficaces en France (ordres de grandeur)

Dose efficace moyenne = 3,4 mSv


Dose engagée en Sievert : intégrale des doses sur le temps de présence du (des) radionucléide(s) contaminant(s). Dépend de la période effective [Teff] du (des) radionucléide(s).

Teff = temps au bout duquel l’activité d’un radionucléide dans l’organisme a diminué d’un facteur 2

Période effective

Disparition progressive d’un radionucléide par élimination biologique (métabolique) et par décroissance radioactive

dA = -bio.A(t)dt – rad.A(t)dt = -[bio+rad] A(t)dt

A(t) = A0 e -eff t avec eff = bio + rad

Comme = ln2 /T

1/Teff = 1/Tbio + 1/Trad

Gray et Sievert

Gray mesure l ’énergie absorbée Sievert ne mesure pas l ’énergie

absorbée mais intègre les effets biologiques liés au type de radiation et à la sensibilité des tissus.

Gray = Sievert pour les rayons & X, et les électrons & , puisque leur WR =

1

Doses des effets déterministes

Erythème………….. > 3 Sv (Dose équivalente)

Stérilité …………….3 Sv (Dose

équivalente)

Cataracte………… > 2 Sv (Dose

équivalente)

Hématopoïèse…… > 0.5 Sv (Dose

efficace)

Dose létale 50 …. ~ 5 Sv (Dose efficace)

(Dose efficace naturelle 0,002 Sv/an)

Doses des effets stochastiques

Etudes épidémiologiques En particulier, l’analyse des cohortes de survivants de Hiroshima & Nagasaki: excès de leucémies et de cancers

Relation dose effet : relation linéaire sans seuil à forte dose et fort débit de dose

Evaluation du risque radiologique

risque relatif

exposition

effets avérés

0

relation linéaire

Exemples d’effets stochastiques

Pour 86 572 personnes Cas attendus Cas observés Excès 1950-1997 (témoins)

Leucémies 156 231 75Cancers solides 8895 9335 440

515

HIROSHIMA NAGASAKI Irradiation externe

Environ 5000 CANCERS DE LA THYROIDE (cumulés)• INCIDENCE NATURELLE : 0,04/100 000• INCIDENCE OBSERVEE : BELARUS : 3,4 / 100 000

GOMEL : 9,5 / 100 000STABILISATION ACTUELLE DU BILAN

TCHERNOBYL (Thyroïde)Contamination interne

La radioprotectionen pratique

LA RADIOPROTECTION

Expertise scientifique de l’UNSCEAR

Recommandations de radioprotection de la CIPR : CIPR 60 de 1990 et 103 de 2007 Directive Euratom du Conseil de l’Union Européenne

96/29 : normes de base en radioprotection 97/43 : directive « patients » nouvelle directive en cours

Législation et réglementation française

Accord international (CIPR, AIEA,UE) Protection des individus, leur descendance et l ’humanité en général

Les règles de radioprotection des Hommes sont adéquates pour la protection des autres espèces puisque les humains sont assez sensibles aux radiations

LES PRINCIPES DE RADIOPROTECTION

JUSTIFICATION : toute exposition aux rayonnements ionisants doit être justifiée au regard des avantages qu’elle procure compte tenu du risque OPTIMISATION : toute exposition justifiée doit être réalisée de telle sorte que la dose délivrée soit abaissée au niveau le plus bas raisonnablement possible compte tenu des facteurs économiques et sociaux : ALARA LIMITATION : des limites de doses à ne pas dépasser sont réglementairement fixées pour les travailleurs et la population (à l’exception des patients) pour empêcher la survenue des effets déterministes et minimiser la probabilité de survenue des effets stochastiques

Travailleurs Patients

Public

InstallationSource de RI

Les dispositions législatives et réglementaires:

• Code de la santé publique Insertion des 3 principes de radioprotection : justification, optimisation, limitation des doses Exposition aux rayonnements naturels Instauration d’un régime unique de gestion des sources pour tous (le CEA perd son autorisation permanente)

• Code du travail Renforcement de la protection des travailleurs non salariés, précaires, extérieurs ou non : tous les travailleurs sont soumis aux mêmes règles

consultables et téléchargeables sur www.asn.fr

Publication/ guides pour les professionnels / radioprotection

http://www.asn.fr/

Gestion du risque radiologique pour tous les niveaux de dose et de débit

de dose

Hypothèse « majorante » à faible dose et faible débit de dose d ’une relation dose effet linéaire sans seuil, comme si toute exposition aux rayonnements ionisants était dangereuse

Evaluation du risque radiologique

risque relatif

exposition

effets avérés

0X

RR

relation linéairesans seuil

relation quadratiquequasi-seuil

effetshypothétiques

RR

Gestion du risque radiologique pour tous les niveaux de dose et de débit

de dose

Utilisation de la dose efficace collective pour l’évaluation du risque : 5 % de cancer fatal en excès par Sv, quels que soient la dose et le débit (CIRP 60)

Gestion quantitative du risqueConsensus international

Adoption d’une relation dose-effet linéaire sans seuil, quels que soient la dose et le débit de dose

Quantification du risque par Sv de dose efficace

Risque tératogène : 50 %

Risque de cancers mortel : 5 %

Risque de maladie héréditaire : 0,5 %

Le risque surestimé (1)

Pas d’effets significatifs en dessous de doses de l’ordre de 100mSv

Pas d’effets observés dans les régions à forte radioactivité naturelle

Réponse adaptative « mythridatisation »

Induction, promotion et progression du cancer: non linéaire

Le risque surestimé (2)

Un biais dans l’utilisation de la dose collective

OK pour des raisons d’équité: calcul de la dose collective a priori et répartition sur tous les travailleurs

Utilisation erronée pour les doses triviales. Exemple dans le domaine médical : 60 millions de français x 0,001 Sv x 5 % = 3000 cancers en excès

Le risque sous-estimé Effet « bystander »: lésions génomiques des cellules voisinesde la cellule irradiée

Instabilité génomique dans la descendance de cellules irradiées, avec amplification des anomalies observées

Complexité des mécanismes cellulaires

La radiosensibilité individuelle

• Variabilité dans la réparation de l’ADN aux fortes doses

• Environ 5% de la population par défaut ou par excès

• Hyper-radiosensibilité responsable des effets secondaires et des complications « normales » de la radiothérapie (400.000 patients dans le monde) = vrai sujet de radioprotection

• Hypo-radiosensibilité conduit à une dose insuffisante pour un traitement curatif optimal en radiothérapie ? Vrai sujet de cancérologie.

• Existence d’une radiosensibilité individuelle aux faibles doses ?

Catégorisation des travailleursPour leur protection dans les conditions

normales de travail Travailleurs de catégorie A : susceptibles d’une dose > à 3/10ème d’une des limites réglementaires Travailleurs de catégorie B : susceptibles d’une dose < à 3/10ème mais > limite réglementaire de dose efficace du public (1mSv) Autres travailleurs : considérés comme le public (limite de dose efficace de 1mSv)

Limites réglementaires de doses Travailleurs

dose efficace : 20 mSv / an cristallin : 150 mSv / an peau : 500 mSv / an extrémités des membres : 500 mSv / an

Population (incluant le fœtus) Dose efficace : 1 mSv/an

Patients Pas de limite de dose car il ne faut compromettre ni la qualité du diagnostic ni l’efficacité thérapeutique

Limites de doses des catégories de travailleurs

Travailleurs de catégorie A susceptibles de

dose efficace > 6 mSv/an dose cristallin > 45 mSv / an dose peau > 150 mSv / an dose extrémités > 150 mSv / an

Travailleurs de catégorie B (entre A et autres T) Autres travailleurs

Dose efficace < 1 mSv/an

Zonage en milieu de travailProtection par rapport aux sources

Zone interdite

Zone contrôlée : zone où un travailleur est susceptible de recevoir une dose supérieure à 3/10ème d’une limité réglementaire

Zone surveillée : zone où un travailleur est susceptible de recevoir une dose supérieure à 1/10ème d’une limité réglementaire

Zone non réglementée Z.R. Z.R. ZSR ZSR ZSR

80 µSv

(mois)

7,5 µSv

(1h)

25 µSv

(1h)

2 mSv

(1h)

100 mSv

(1h)

0,2 mSv(1h)

0,65 mSv(1h)

Dose équivalente aux extrémités (mains, avant bras, pied, cheville) : HT

50 mSv(1h)

2,5 Sv(1h)

Dose efficace ET

Contrôle de l’état de propreté

radiologique si risque de contaminationdans les ZR attenantes

Zone surveillée

Zonecontrôlée

Zone contrôléejaune

Zone contrôléeorange

Zone interdite rouge

Débit d’équivalent de dose

Au niveau de l’organisme entier (exposition externe seule)

2 mSv/h 100 mSv/h

! Les valeurs de doses (ET et HT) correspondent à des doses intégrées sur la période considérée (le mois ou l’heure)

Délimitation des zones réglementées (ZR) et spécialement réglementées (ZSR) - Installations fixes-

Matière radioactive

ZONES DE TRAVAIL

A l ’intérieur des zones de travail les sources individualisées de rayonnements comme les sources radioactives doivent être signalées.

La dosimétrie en milieu de travail Obligation d’une dosimétrie passive

Film dosimètre porté au niveau de la poitrine Dose efficace a posteriori Mensuel (cat A), trimestriel (cat B)

Obligation d’une dosimétrie active pour toute personne entrant en zone contrôlée

Dosimètre électronique Dose efficace en temps réel Alarme de dose et de débit de dose

Dosimétrie prise en compte dans le suivi médical obligatoire et adapté

La Personne compétente en radioprotection

Spécialiste de radioprotection en milieu de travail

Obligatoire Etudes des postes de travail Optimisation de la radioprotection Gestion des dosimètres Gestion des résultats dosimétriques Recommandations …

Irradiation et grossesse

A priori : justification (US, IRM ?), optimisationA posteriori, développement ? ( héréditaire)

0 à 8 jours : tout ou rien9 à 60 j, organogenèse : risque malformatif ++ et

retard de croissance60 à 270 j, fœtus : anomalies possibles (cancers

infantiles)

Au-dessous de 100 mGy : RASEntre 100 et 200 mGy : à voir

Au-dessus de 200 mGy : recommander une interruption de grossesse

La radioprotection

Des règles simples

RAYONNEMENTS

LES MODES D’EXPOSITION

IRRADIATIONEXTERNE

IRRADIATIONEXTERNE

CONTAMINATIONINTERNE

CONTAMINATIONINTERNE

CONTAMINATIONEXTERNE

CONTAMINATIONEXTERNE

QUELLE EST LA DIFFÉRENCE ENTRE IRRADIATION ET CONTAMINATION ?

ou EXPOSITION EXTERNE

QUELLE EST LA DIFFÉRENCE ENTRE IRRADIATION ET CONTAMINATION ?

CONTAMINATIONCONTAMINATION EXTERNE

CONTAMINATIONCONTAMINATION INTERNEINTERNE

MODES DE PÉNÉTRATION DE LA CONTAMINATIONCONTAMINATION INTERNEINTERNE

COMMENT SE PROTÉGER DE LA CONTAMINATIONCONTAMINATION INTERNE INTERNE ?

COMMENT SE PROTÉGER DE L’IRRADIATION ?

Documents

LA DOSIMETRIE ET LA RADIOPROTECTION