Étalonnage, vérification et choix de compteurs portatifs pour alpha, bêta, gamma, rayons X et neutrons, de stylodosimètres à lecture directe, de signaleurs de poche et de dosimètres électroniques individuels; dosimétrie et concepts biophysiques

 

Travail élaboré en incorporant mes brèves présentations aux congrès de la HPS à Seattle en 1995 et de l'ACRP/CRPA à Trois-Rivières en 1996.

 

Radioprotection J.-M. Légaré

 

Page principale J.-M. Légaré

Table des matières

Mise à jour le 7 juillet 2009

 

Table des matières

 

1. Introduction

2. Choix des dispositifs portatifs

2.1 Critères de sélection d'un compteur portatif (Tableau I)

2.2 Critères de sélection des stylodosimètres à lecture directe avec chargeur (Tableau II)

2.3 Critères de sélection d'un signaleur de poche et d'un dosimètre électronique personnel (Tableau III)

3. Étalonnage, quantités, concepts biophysiques et unités physiques

4. Mesures expérimentales alpha, bêta, gamma, X et résultats (6 figures)

5. Autres aspects de dosimétrie externe

5.1 Avantages de la technologie simple et précise utilisée en radiothérapie

5.2 Facteurs de rétrodiffusion ou de diffusion de crête pour chaque individu

5.3 Dose d'exposition, dose absorbée (air, eau, etc.), kerma (air) pour les rayons X et gamma

5.4 Sievert (Sv) comme quantité biophysique bien identifiée telle que reliée au spectre d'énergie et aux hypothèses originelles

5.5 Terminologie, hypothèses et limitations correspondantes

5.6 Facteurs de conversion pour passer des quantités de base aux concepts retenus

5.7 Compteurs programmés: caractéristiques, hypothèses, limitations, etc.

5.8 Autres données utiles

6. Principales observations et conclusions

7. Références

 

1. Introduction

Cette présentation se limite aux résultats de certains essais, à des observations et à des facteurs utiles sur les appareils portatifs, les stylodosimètres, les signaleurs de poche et les dosimètres électroniques personnels.

Pour chaque compteur ou dispositif simple portatifs de surveillance de divers types de rayons ionisants externes, on s'attend à ce qu'il nous donne des quantités en des unités bien établies. Il doit donc nous fournir directement ce que l'on veut ou nous donner la possibilité de convertir facilement les résultats en quantités de concepts biophysiques et unités voulues, tels qu'applicables à de vraies personnes, si possible. Un choix judicieux s'impose donc. De plus, on doit étalonner ou faire étalonner ces appareils et les vérifier périodiquement. On doit voir s'ils sont linéaires et connaître leurs réponses angulaires en fonction de l'énergie pour chaque type de rayons ionisants ou de particules ionisantes que les appareils ou dispositifs peuvent mesurer. On doit donc connaître les aspects techniques, administratifs et monétaires avant d'acheter.

Les mesures expérimentales que nous considérons ici sont dans les conditions suivantes:

- Sources en contact ou presque avec le dispositif: alpha et bêta

- Sources espacées du compteur: bêta, électrons, X, gamma, neutrons

 

2. Choix des dispositifs portatifs

À partir des dispositifs sur le marché, on peut comparer les spécifications techniques, monétaires, d'entretien y compris la réparation, l'étalonnage, les données conceptuelles dans la littérature et les spécifications à considérer avant l'achat. Ceci pourra mieux nous aider à choisir ce qui nous convient, ex. en utilisant les tableaux I, II et III de ce travail-ci sur Internet.

Ainsi le choix de débitmètres et dosimètres intégrateurs, personnels ou non, répondra mieux à nos attentes. Aussi, il est important de considérer certaines particularités que l'on pourrait vouloir inclure ou modifier au fil des ans ex. l'évolution dans les concepts et leurs paramètres et hypothèses changeants.

 

2.1 Critères de sélection d'un compteur portatif (Tableau I)

 

2.2 Critères de sélection des stylodosimètres à lecture directe avec chargeur (Tableau II)

 

2.3 Critères de sélection d'un signaleur de poche et d'un dosimètre électronique personnel (Tableau III)

 

3. Etalonnage, quantités, concepts biophysiques et unités physiques

¥ Vérifications de préétalonnage: tel l'état général et détaillée de l'appareil ou dispositif ex. piles, pièces non fixées, position du zéro, etc.

¥ Étalonnage:

  1. voir les protocoles publiés par divers organismes cités ci-dessous et ailleurs qui sont pertinents.
  2. voir l'article Étalonnage économique... de J.-M. Légaré reproduit ici sur Internet
  3. s'assurer d'éviter les conditions adverses de températures extrêmes, chocs, etc. après l'étalonnage
  4. utiliser une source repère lors de l'étalonnage et à divers moments d'utilisation afin de s'assurer de la constance de réponse pour une géométrie donnée (ex. en contact devant) vs mois et années écoulés

¥ NCRP-122, 1995 est d'un intérêt particulier

¥ Quantités, concepts biophysiques et unités physiques pour les sources en contact et distantes:

  1. Sources en contact:
    1. Bq, Bq/surf, cps (1 côté), etc. d'une source vue par l'appareil.
    2. Dose bêta (mGray) et débit de dose (mGy/h) à la peau et autres milieux
  2. Sources distantes (toutes sauf alpha):
    1. Dose absorbée (µGy) ou débit (µGy/h) pour un milieu donné; ex. air, eau, muscle
    2. Kerma (µGy) ou débit de Kerma (µGy/h) dans l'air libre pour les rayons X et gamma
    3. Exposition en milliRöntgen (mR) ou débit d'exposition (mR/h)
    4. Fluence (nombre de photons/surface ou de particules/surface)
    5. Dose biophysique, ou débit de dose biophysique selon un concept biophysique (voir 5.5 et 5.6) bien identifié telle que reliée à la distribution d'énergie, rarement connue.

La qualité des rayons (ou pouvoir de pénétration alpha, bêta, neutronique, gamma, X) est habituellement donnée, soit en spectre d'énergie, énergies maximale et moyenne, énergie efficace, ou soit en première et deuxième CDA ou EDA (préciser s'il s'agit d'un petit ou d'un grand faisceau). Il existe un lien entre la CDA ou EDA d'un faisceau (petit ou grand séparément) et l'énergie. Voir les figures ici sur Internet venant du livre de Légaré et Aubé.

 

4. Mesures expérimentales alpha, bêta, gamma, X et résultats (6 figures)

Les observations et conclusions sur mon expérience et les explications suivantes sont rattachées aux 6 figures ci-dessous résultant de mesures expérimentales personnelles:

  1. Avantage de tenir compte des façons de faire utilisées en radiothérapie (voir mon article complémentaire présenté ci-dessus sur Internet)
  2. L'étalonnage national ou international des compteurs et dosimètres aux photons ionisants devrait se faire au moyen de rayons gamma d'énergies connues, et non avec des rayons X dont l'énergie correspondante n'est pas vraiment connue ou valable. Voir mon texte intégral ci-dessus sur Internet sur l'étalonnage économique, publié en 1990. La fig. 6 ci-jointe donne les facteurs de correction, c'est-à-dire l'inverse de la réponse énergétique de la chambre de 250 mR qui avait été étalonnée pour ensuite servir à étalonner les sources radioactives maintenant étalonnées pour irradier divers compteurs à étalonner. Cette technique sert en radiothérapie depuis plus de 50 ans.
  3. L'intensité théorique d'une source radioactive gamma, ex. Tc 99m ne devrait pas servir d'étalon, car le vrai débit photonique ionisant ne correspond pas toujours à ce dont on s'attend théoriquement (voir mon article l'étalonnage économique ici sur Internet).
  4. Pour les mesures des rayons gamma du cobalt 60, voir si l'appareil prévoit ou s'il y a lieu d'ajouter une épaisseur de plexiglas devant la face du compteur, car il faut habituellement 5 mm de matière tissu-équivalente pour assurer l'équilibre électronique. Les rayons gamma du césium 137 en ont besoin de 0,8 mm.
  5. Pour les particules bêta, les rayons X et gamma et les neutrons, un graphique log log des intensités (ou dose accumulée sur un temps proportionnel d'exposition pour les stylodosimètres ou autres intégrateurs) après enlèvement du bruit de fond en fonction de la distance entre le détecteur et la source radioactive donnent de l'information utile. Voir les figures 1 et 3.
       

      ¥ Une pente de -2 pour les rayons X, gamma et les neutrons sans le bruit de fond signifie habituellement:

      1. Un étalonnage photonique et neutronique approprié pour obtenir les facteurs de correction
      2. Une intensité diminuant avec le carré de la distance source-détecteur (centre efficace)
      3. Une réduction des erreurs expérimentales et des fluctuations de résultats sur l'appareil. L'aiguille de certains appareils fluctue beaucoup lors des mesures d'où l'avantage d'affichage numérique.
      4. Une linéarité de chaque échelle de mesure ayant cette pente de -2

      ¥ Une pente moins inclinée que -2 pour les rayons X, gamma et les neutrons peut signifier:

      1. Une source plus étendue que la partie détectrice du compteur,
      2. Une vue globale complète ou presque au contact et pour de faibles éloignements
      3. Une réponse non linéaire de l'échelle utilisée d'où de fausses lectures et un étalonnage faussé (voir fig. 1, appareil de marque X). Lors de l'étalonnage officiel, si on y utilise une seule région de l'échelle, ex. à environ 60 % de cette échelle, cet étalonnage peut être faux ailleurs sur l'échelle.
      4. La présence de diffusion pour les neutrons surtout; bêta et gamma ensuite
      5. Une estimation erronée de la profondeur du centre efficace de la partie détectrice

      ¥ Une pente plus abrupte que -2 pour les particules bêta, les rayons X, gamma et les neutrons reflète:

      1. Une diminution due à la combinaison de l'effet de distance et à l'absorption partielle par l'épaisseur d'air entre l'appareil et la source, surtout pour de faibles énergies
      2. Une absence de linéarité du compteur, ou une autre cause.

       

  6. Pour les particules alpha et bêta, des débits en fonction de la partie de la source vue par le compteur nous donnent de l'information utile aussi. Il suffit par exemple de percer des trous dans des plaques de 2 mm Al d'épaisseur si l'on a affaire au Sr 90 + Y90; on peut se servir d'un feuillet absorbant pour une source alpha d'Américium 241. La figure 5 nous donne les valeurs lues sur mon compteur Inspector SE en fonction du diamètre de chaque perforation sur papier log log.
     
    Une ligne droite avec une pente de +2 sur log log signifie globalement que:
     
    1. La source est homogène
    2. Le degré de réponse du compteur par unité de surface est homogène (feuille trouée).
  7.  
    8. On pourrait dissocier les deux effets sans graphique en déplaçant l'un des collimateurs en divers endroits de la source (sans la gratter) et voir si le résultat est le même. Cette méthode est plus directe. On peut également garder le même montage de source collimatée et déplacer l'ensemble collimateur-source en divers endroits de la fenêtre du compteur pour savoir si celui-ci répond de façon égale sur toute sa surface.
     
    L'obtention d'une droite attendue sur papier log vs log vient de l'équation d'une droite en géométrie analytique:
    y = mx + b
    où y: ordonnée (axe vertical)
    x: abscisse (axe horizontal)
    m: pente ou tangente (côté opposé/côté adjacent) d'un triangle rectangle (90o)
    b: interception sur l'axe vertical y quand x=0
    b = 0 ici, car pour un diamètre zéro, le comptage y est zéro.
     
    En prenant le logarithme de chaque côté, on a donc:
    log y = log m + log x ou
    log y/x = log m = constante
     
    Si l'intensité mesurée est proportionnelle à la surface de la source, elle sera également proportionnelle au (diamètre)2.
     
    Sur log log, log [(diamètre)2] = 2 log diamètre.
    On peut aussi faire un graphique de l'intensité vs surface de la source vue. I = constante x surface. Donc, un graphique sur papier entièrement linéaire donne une droite avec une pente positive.
     
    Pour les figures 1 et 3, notons que sur un graphique log log, si la loi de l'inverse du carré de la distance s'applique, on aura: Intensité = constante/(distance)2, soit I = C/d2
    Le logarithme de chaque côté donne log I = log C - 2 log d où -2= pente m (mesurée avec une règle: côté opposé/côté adjacent pour le triangle droit en utilisant deux points sur la droite)
     
  8. Une réponse angulaire est très utile (fig. 2 et fig. 4), voire essentielle aux basses énergies bêta et gamma. La figure 2 illustre la réponse angulaire d'un compteur Geiger dont le petit tube détecteur à paroi mince avec vue sur l'extérieur a la forme d'un crayon très raccourci dont l'axe central pointe vers le devant de l'appareil. Dans le cas de la figure 2, on voit qu'à de faibles énergies, l'appareil ne répond pas de façon maximale sur son axe central. Cet effet est pire aux basses énergies; ex. à 30 keV de l'iode 125. Le changement de la nature des piles peut changer la réponse angulaire à cause d'une transmission angulaire différente.
  9.  
  10. Dès l'étalonnage officiel terminé, il y a lieu de vérifier l'appareil au moyen d'une source de repère (référence) placée en géométrie constante (avec le point de repère inscrit sur l'appareil) que l'on pourra reproduire ultérieurement et d'en noter en permanence la position et les résultats. On pourra au fil du temps revérifier l'appareil au moyen de cette source placée au même endroit par rapport à l'appareil pour voir si l'étalonnage principal est encore valable ou non. La réponse en énergie, elle, est moins susceptible de changer sauf si l'on en change le tube GM ou fenêtre protectrice ou des aspects électroniques ou électriques, mécaniques, etc.
  11.  
  12. Sur une échelle logarithmique, il est bon de se rappeler que glisser tout un graphique vers le haut ou vers le bas signifie une multiplication ou une division mathématique.
  13.  
  14. À titre d'exemple sur la figure 3, les cps sont 5,2 fois plus élevés que les µSv/h lus (à ne pas utiliser, surtout pour les alpha et bêta) sur le compteur, peu importe si les valeurs sont élevées (à gauche) ou faibles (à droite). En effet, en remontant la courbe du bas, ou en baissant celle du haut, elles coïncident partout. Sur papier log log, une multiplication ou une division se transposent en addition ou en soustraction, telle que mesurées avec une règle.
  15.  
  16. En effet, si nous avons:
  17.  
  18. a) y1 x C = y2 ; où C = constante = pente y2/y1
  19.  
  20. En prenant le logarithme de chaque côté, on a:
  21.  
  22. a) log y1 + log C = log y2; donc une addition
  23.  
  24. b) y2/C = y1 --> log y2 - log C = log y1; donc une soustraction
  25.  
  26. L'orientation du compteur et du stylodosimètre à lecture directe influence parfois la lecture, telle qu'indiquée par une aiguille indicatrice. Le poids de l'aiguille dans le cas de ces compteurs influence le résultat de la réponse angulaire obtenue, mais non illustrée dans ce travail. Un affichage numérique permet d'éviter ce problème. Les lectures numériques doivent néanmoins s'arrêter pour de brefs intervalles pour y noter chaque résultat.
  27.  
  28. Certains compteurs Geiger dont la fenêtre mince est exposée au soleil ou à la lumière forte réagissent en augmentant faussement les lectures. Si on ne se sert pas du compteur pour les particules alpha et les bêta mous, il suffit de recouvrir la fenêtre de 1 ou 2 papiers carbone, s'il en existe encore autour, que l'on fixe avec soin autour de la fenêtre.
  29.  
  30. La facilité d'étalonnage et/ou la vérification des appareils portatifs de mesures m'ont été faciles dans l'ordre décroissant suivant selon mon expérience: alpha, gamma et X, bêta et neutrons. L'étalonnage des neutrons est particulièrement difficile, et seuls des organismes reconnus devraient le faire. Même des étalonnages secondaires et tertiaires, et des vérifications sont difficiles par rapport aux quantités et unités auxquelles sont reliées des concepts avec des hypothèses qui ne sont pas souvent avouées. De plus, les publications scientifiques qui sont reliées à l'étalonnage des compteurs à neutrons sont souvent loin de la réalité. Notons aussi que les débitmètres à neutrons ne sont pas encore assez sensibles pour les besoins de mesures à très faibles niveaux conduisant à 1 mSv par année (en précisant quel concept a servi) pour le public, à moins d'y joindre une composante électronique adéquate d'intégration de dose sur un temps préétabli!
  31.  
  32. Notons que les neutrons rebondissent facilement et s'amplifient, un peu comme le bruit d'un aspirateur électrique qu'on introduit dans une salle de bain! Il est très difficile de mesurer adéquatement les neutrons d'une source primaire sans avoir de problèmes. Mon expérience de mesures neutroniques en mRem/h d'une jauge de densité (placé à 2 m au-dessus du sol extérieur) vs distance me donnent une ligne avec pente moins abrupte que -2 sur log/log.
  33.  
  34. Les sources bêta placées sur du matériel peuvent être accompagnées d'un gros pourcentage de rétrodiffusion, surtout pour les bêta de hautes énergies, surtout si la source est voisine d'un milieu dense et de numéro atomique élevé.
  35.  
  36. Dans l'expérimentation bêta (fig. 3 et 5) pour 0-30 cm de distance entre la source et le détecteur dans ce travail, j'ai utilisé une boîte mince de styromousse et un compteur surélevés sur un pupitre de bois. Pour des distances 0-100 cm, le bloc de styromousse se trouvait surélevé sur un tabouret et le détecteur sur un papier avec graduation polaire sur un autre tabouret, avec le faisceau bêta horizontal. Pour la réponse angulaire, on pivotait le papier gradué soutenant le compteur en angles sur lui-même en faisant attention de quel côté le faisceau se trouvait (gauche ou droite).
  37.  
  38. L'un des appareils à chambre d'ionisation utilisé dans ma carrière a toujours eu des difficultés de revenir à zéro, ex. par des problèmes d'humidité et de valeurs augmentant lors des mouvements manuels du compteur, mais ceci disparaissant en cessant de bouger l'appareil! Ce même compteur a une poignée trop petite et il ne pointe pas horizontalement lorsqu'on le met sur ses pattes! De plus, il n'a pas une gamme de valeurs intégrées assez haute pour couvrir les expositions accumulée sur un temps préétabli en radiographie médicale.
  39.  
  40. Avantages de consulter mes autres travaux intégraux et en références ici sur Internet, ainsi que les 6 figures et les tableaux I, II et III de ce travail énumérant les aspects à considérer avant l'achat de tout équipement ou dispositif portatifs.

 

Exemples d'étalonnage frontal vs énergie, de réponse angulaire et de linéarité de lecture vs intensité (Figures 1 à 6)

 

Fig. 1: Débit de dose d'exposition mesuré vs distance sur une échelle log log: Césium 137 ayant un débit étalonné de 0,97 mR/h à 1,0 m (au moyen de la chambre d'ionisation Victoreen de 250 mR en fig. 6) ou x 8,76 µGy/mR (10-1500 keV) = 8,50 µGy à 1,0 m

 

    a) Étalonnage du Berthold LB-1200 échelle iv
       
    • Soit le facteur de correction pour les mR/h: (0,97 mR/h à 1,0 m) / (1,26 mR/h à 1,0 m (graph. fig. 1)) = 0,77; donc multiplier toute lecture de l'échelle iv sur le compteur par 0,77 pour obtenir les bons mR/h;
    • Soit le facteur de correction (air) pour les µGy/h qui est égal à [(0,97 mR/h à 1,0 m) / (1,26 mR/h à 1,0 m)] x 8,76 = 6,75 (µGy/h) / (mR/h lus). Donc multiplier toute lecture (mR/h) sur l'échelle iv du compteur par 6,75 (µGy/h) / (mR/h lus) ce qui donne les bons µGy/h dans l'air.
       

    b) Étalonnage des appareils Monitor-4 et Berthold LB-1200 échelle ii

     

    Facteur d'étalonnage pour obtenir une bonne lecture nette telle qu'obtenue en 1995

    en mR/h: (0,97 mR/h à 1,0 m) / (0,84 mR/h à 1,0 m lu sur chaque compteur) = 1,15

    et en µGy/h: (0,97 / 0,84) x 8,76 µGy/mR (10 - 1500 KeV), soit 10,1 (µGh/h) / (lecture en mR/h sur le Monitor-4 et le Berthold LB-1200 échelle II) vérifiés. Pour le Monitor-4, l'aiguille indicatrice sautillait.

    Pour le Berthold LB-1200, il y a toujours possibilité de faire faire l'étalonnage avec modification immédiate chez une entreprise régionale qui l'étalonne ensuite afin que les lectures après ce processus soient aussitôt bonnes, ce qui élimine tout facteur de correction subséquent.

    Voyez la réponse angulaire du Berthold LB-1200 dans 2 plans vs énergie gamma dans mon article intégral Étalonnage économique... ici sur Internet.

 

Fig. 2: Réponse angulaire à diverses énergies gamma dans 2 plans perpendiculaires pour un petit compteur Geiger de poche Monitor 4 avec petit tube Geiger axial de 8 mm de diamètre.

    Les énergies en keV utilisées sont 30 (I 125), 74 (Xe 133), 124 (Co 57) et 320 (Cr 51) Notons que les valeurs maximales ne se trouvent pas sur l'axe du tube Geiger. L'effet est très prononcé et critique aux basses énergies. Ceci rend l'enlignement de montage plus critique pour l'étalonnage frontal et les vérifications périodiques avec une source repère. D'autres appareils du même modèle peuvent avoir des résultats différents.

 

 

Fig. 3: Intensité ou débit bêta vs distance pour deux sources radioactives dont une source étalon Sr 90 + Y 90 en équilibre de 0,0145 µCi = 0,54 kBq chacune avec énergie moyenne de 0,8 MeV et maximale de 2,3 MeV. La deuxième source en est une de Sr 90 + Y 90 plus intense de 8 mm de diamètre. Compteur Geiger Inspector SE:

     

    La pente à 20-100 cm de distance source-fenêtre est de -2,2, soit un peu plus à pic que -2,0 à cause de la distance et d'une certaine absorption des bêta par l'air.

 

 

Fig. 4: Réponse angulaire relative pour mon compteur Geiger Inspector SE placé debout avec source également dégagée de tout matériel diffusant. Source intense de Sr 90 + Y 90 de 8 mm de diamètre placée à 30 cm de la fenêtre du compteur;

 

 

Fig. 5: Débits alpha et bêta de mon compteur Geiger Inspector SE (avec fenêtre de 45 mm de diamètre) vs diamètre de la partie visible de chaque source cachée partiellement par des plaques de 2,0 mm Al en contact pour les bêta et d'un feuillet mince pour les alpha et ayant des trous circulaires de diverses grosseurs.

 

a) Source étalon Am 241 de 96000 alpha/min (1 côté) = 1600 alpha/s; 3200 Bq et 30 mm de diamètre

 

b) Source étalon 0,0145 µCi = 0,54 kBq Sr 90 = Y 90 (en équilibre); 40 mm de diamètre

 

c) Les rendements de comptage établis par mesures au contact pour ce compteur sont:

    Alpha (Am 241): 32 %

    Bêta (Sr 90 + Y 90): 58 %

    D'autres appareils du même modèle peuvent avoir des rendements différents.

 

 

Fig. 6: Facteurs de correction (FC) de ma chambre Victoreen de 250 mR avec son électromètre Mod. 470 vs énergie des photons ionisants; chambre cylindrique de 5 cm de diamètre et 12 cm de longueur; tige support de 13 cm de longueur. La réponse relative de la chambre à chaque énergie est 1/FC.

 

5. Autres aspects de dosimétrie externe

 

5.1 Avantages de la technologie simple et précise utilisée en radiothérapie

On peut tirer avantage de la dosimétrie clinique avec rayons X, sources gamma et bêta, particules accélérées,... et spécialement dans l'usage de mannequins d'eau représentatifs. En radiothérapie, les corrections y sont déjà connues pour la forme et l'endroit du corps, les poumons, les os, etc. et ils y sont ajustables selon chaque cas individuel. On utilise aussi la tomodensitométrie (CT scan) en radiologie médicale, etc., ex. pour effectuer la dosimétrie réelle pour l'endroit particulier de chaque individu considéré.

En radiothérapie, on étalonne les appareils émetteurs, on y utilise depuis environ 50 ans la dose absorbée en Rad ou maintenant en Gray du Système international (100 Rad = 1,0 Gy). Aussi, on y utilise les facteurs de rétrodiffusion et les % Dose en profondeur (eau, muscles, etc.), les rapports tissus aqua-équivalents/air (RTA) pour les rayons X et gamma, les courbes isodoses, etc.

Tenir compte des facteurs s'appliquant à la personne et à l'irradiation. En radiothérapie, on connaît déjà la façon simple d'obtenir la dose d'exposition et absorbée aux tissus mous et durs, y compris à la peau et aux yeux, à 10 mm ou plus de profondeur et aux divers tissus et organes d'un individu particulier. Ces connaissances peuvent servir en radioprotection.

La Technique québécoise de dosimétrie clinique nous donne la distribution de dose axiale instantanément pour 1 et 2 champs en sens inverses pour tous les champs utilisés en radiothérapie et en radiobiologie pour 0-26 cm d'épaisseur d'eau pour les rayons X et gamma jusqu'à 1250 keV (Co 60). L'article original incluant le résumé se trouvent dans Strahlentherapie, reproduit ici sur Internet grâce à l'amabilité et à la générosité de l'éditeur Urban & Vogel que je remercie très sincèrement.

 

5.2 Facteurs de rétrodiffusion ou de diffusion de crête pour chaque individu

En radiothérapie, ils sont surtout connus jusqu'à 20 cm x 20 cm , et parfois davantage ex. en irradiation passée du corps entier dans le Supplément No 17, 1983 du Brit. J. Radiol. D'autres données pertinentes pour le corps entier seraient utiles. On peut utiliser les facteurs de rétrodiffusion pour de très grands champs X et gamma jusqu'à 50 cm x 50 cm = 60 x 46 cm2 tels que publiés par Légaré et Aubé (1995) et illustrés ici sur Internet.

 

5.3 Dose d'exposition, dose absorbée (air, eau, etc.) et kerma (air) pour les rayons X et gamma

Le kerma d'il y a environ 20 ans s'approche du Röntgen (R) pour les rayons X et gamma rendu tabou par certains organismes! Le mR et le mR/h ont le mérite d'être mesurables directement soit par la charge électrique - ou + ou par le courant électrique produits par cette ionisation.

Sur les compteurs et en général, on peut convertir comme suit les doses d'exposition, appelées aussi expositions, en kerma dans l'air libre pour les rayons X et gamma:

0,876 cGy = 1,0 R pour 10-1500 keV

0,883 cGy = 1,0 R pour 2000 KeV

0,885 cGy = 1,0 R pour 3000 KeV

ou tous arrondis à

0,88 cGy = 1,0 R ou (10-3000 keV)

8,8 µGy = 1,0 mR (10-3000 KeV)

où 1 Gray = 1 Joule/kg pour le kerma (air) et la dose absorbée par toute matière précisée

1 Gy (SI) = 100 Rad (unité traditionnelle)

Consulter ICRU 47, 1992, p. 23

Si on ne veut pas utiliser les mR et mR/h et leurs multiples, il est plus simple et plus pratique d'utiliser pour les appareils la dose absorbée en µGy et son débit en µGy/h dans l'air. La dose absorbée en Rad (100 mRad = 1 m Gray) dans l'air, l'eau, les tissus, etc. sert en radiothérapie et en radiobiologie depuis environ 50 ans. Je pense qu'il est toujours utile et valable de mesurer en mR et mR/h, du moins jusqu'au jour où les compteurs donneront les valeurs X et gamma correctement pour l'air en µGy ou µGy/h (dose absorbée ou kerma) et pour divers milieux et situations. Pour les bêtas, on peut utiliser les µGy et µGy/h pour le matériel irradié ou représenté (peau, eau, etc.)

 

5.4 Sievert (Sv) comme quantité biophysique bien identifiée telle que reliée au spectre d'énergie et aux hypothèses originelles

Pour les rayons X, gamma, les électrons et bêta, on suppose que l'effet biologique relatif est 1,00. Ceci n'est pas toujours vrai. L'effet biologique relatif à diverses énergies pour les neutrons n'a pas toujours reçu l'accord sur les valeurs à utiliser.

On est passé de l'efficacité biologique relative (EBR) au facteur de qualité (FQ) dans ICRP-26, 1977 et ensuite au FRP (facteur de radiopondération) dans ICRP-60, 1991. On doit noter les hypothèses utilisées pour la conception du compteur donnant des résultats en µSv ou µSv/h. Beaucoup de fabricants supposent que 10 µSv/h = 1 mR/h pour les rayons X et gamma ce qui est généralement faux, surtout quand le concept biophysique n'est pas indiqué et que l'appareil ne tient pas compte de la distribution en énergie qui est habituellement inconnue! La distance est un facteur majeur que l'on doit tenir compte.

 

Rappelons-nous les définitions d'origine suivantes (voir les définitions officielles dans les documents ICRP):

 

  1. Équivalent de dose efficace au corps EDEC d'ICRP 1977 = somme des valeurs individuelles [(équivalent de dose à chaque tissu ou organe) x (son facteur de pondération tissulaire FPT d'ICRP 1977)] où Équivalent de dose à un tissu ou organe EDT = [(Dose absorbée en Joule par kg de ce tissu ou organe) x (Facteur de qualité FQ des rayons ionisants, choisi 1,0 pour les rayons X et gamma et les particules bêta notamment)]. La distance source-tissu a un effet très important non incluse dans les concepts biophysiques en cours.

     

  2. Dose efficace au corps DEC d'ICRP 1991 = Somme des valeurs individuelles [(Dose équivalente à un tissu ou organe) x (facteur de pondération de ce tissu ou organe FPT d'ICRP 1991)] où Dose équivalente à un tissu ou organe DET = [(Dose moyenne absorbée en J par kg) x (Facteur de radiopondération FRP, choisi 1,0 pour les rayons X et gamma et les particules bêta notamment)] et où Facteur de pondération tissulaire FPT = fraction des effets aléatoires (au hasard) par rapport au risque total de 1,0 d'une dose uniforme à tous les tissus et organes. Le FPT est toujours en voie de changement depuis 1991, d'où la nécessité de connaître les fractions attribuées aux divers tissus et organes. On devrait également garder à l'esprit quel modèle corporel ou mannequin on a utilisé, car il ne tient pas compte de chaque individu réel et des variations discutées (race, stature, âge, sexe, répartition des tissus et organes, etc.). La distance source-tissu a un effet très important non incluse dans les concepts biophysiques en cours.

     

  3. Dose biophysique (définition personnelle): quantité en mRem d'unités traditionnelles (100 mRem = 1,0 mSv) ou en mSv du système international SI qui tient compte de la dose d'exposition en mR ou de la dose absorbée en Rad ou Gray) dans un milieu précisé et des aspects biologiques selon un concept dosimétrique précisé et des hypothèses précisées et utilisées en un moment donné.

 

5.5 Terminologie, hypothèses et limitations correspondantes

Une multitude de termes et de concepts ont apparu depuis ICRP-26, 1977 et ICRP-60, 1991. Les mots et les inversions de mots ex. Équivalent de dose et Dose équivalente ont reçu des sens différents. On a donné aux définitions une signification particulière qui est souvent différente ou à part de celles que l'on trouve dans les dictionnaires!

Les hypothèses spécifiques ne sont pas nécessairement rencontrées en pratique au fil des années. On devrait également connaître les limitations et en tenir compte. On a donné jusqu'à date peu ou pas de considération anatomique des gens de divers origines et de leur variation biologique dans l'usage des mannequins. On devrait tenir compte des personnes représentatives et d'individus particuliers afin d'atteindre de façon plus personnalisée sa dose efficace, sa dose équivalente à chaque tissu et organe d'un tel individu, etc. selon le concept biophysique choisi avec les hypothèses et limitations rattachées à un moment choisi, et qui changent avec le temps, et reliées à la distribution en énergie. Les distances qu'on utilisent ne correspondent pas en général à l'hypothèse originelle dans les concepts biophysiques les plus connues! La radiothérapie respecte généralement la personnalité de chacun et les distances réelles.

 

5.6 Facteurs de conversion pour passer des quantités de base aux concepts retenus

On ne doit pas passer d'un concept à un autre, ex. Équivalent de dose efficace corporelle (EDEC) d'ICRP-26, 1977 à Dose efficace corporelle (DEC) d'ICRP-60, 1991 au corps avec les changements fréquents du choix depuis 1991 des facteurs de pondération tissulaire (FPT) pour les tissus et organes par rapport à ceux utilisés originellement en 1991 et dans l'Équivalent de dose efficace corporel antérieur de 1977! Aussi, les valeurs de DEC sont plus faibles que celles de l'EDEC et différentes pour les petites et grosses personnes pour une même exposition X ou gamma! Les valeurs de l'EDEC et de son remplaçant la DEC, ainsi que les doses équivalentes tissulaires (DET) de 1991 aux tissus et organes et de son prédécesseur l'Équivalent de dose à un tissu ou organe EDT de 1977 changent également selon la race, la charpente, le poids, l'âge, le sexe et les autres variations biologiques! Ces DET remplacent depuis 1991 les Équivalents de dose tissulaire (EDT) de 1977 pour les tissus et organes. La distance réelle entre la source et les tissus est très importante et n'est pas infinie.

 

5.7 Compteurs programmés: caractéristiques, hypothèses, limitations, etc.

Des appareils soit disant intelligents (smart) existent déjà depuis longtemps. Ainsi, les débitmètres à neutrons existant depuis longtemps s'appuient sur des valeurs EBR d'il y a quelques décennies pour les neutrons de diverses énergies. En 1977, il y a eu passage de l'efficacité biologique relative au facteur de qualité (FQ), lequel a fait place en 1991 au facteur de radiopondération (FRP) selon la nature et l'énergie des ondes et particules ionisantes. Les appareils ou compteurs programmés existants et à venir, se doivent d'être identifiés quant aux quantités ex. selon tel ou tel concept à telle date pour telles conditions, caractéristiques et limitations. Les compteurs devraient avoir la possibilité d'être reprogrammés de façon différente pour de nouvelles fonctions, de paramètres conceptuels différents, etc. Voir aussi les sections 2, 3 et 4 ci-dessus.

On devrait pouvoir tenir compte de la distribution des énergies ex. au moyen de filtres appropriés, tout comme on le fait présentement dans certains dosimètres personnels (individuels), des distances réelles rencontrées et des variations biologiques.

 

5.8 Autres données utiles

IAEA, ICRP, ICRU, NCRP, ANSI, ISO, PTB, CEC, OCDE, Radiat. Prot. Dosim., Health Physics, Radioprotection, Journal of Radiological Prot., Suppl. no 17, 1983 du Brit. J. Radiol., Strahlenschutz und Praxis, Atompraxis, Nordic Assoc. of Clinical Physics (NACP), Am. Assoc. Phys. Med. (AAPM), Med. Physics, Physics in Med. & Biol. et autres documents nationaux et transnationaux. Aide-mémoire de radioprotection, INRS, 1989, Paris, 123 p.; Manuel de radioprotection à l'usage des sapeurs-pompiers, Direction de la sécurité civile, Groupe de travail et d'études-Metz, 1992, 271 p., Ministère de l'intérieur, France.

 

6. Principales observations et conclusions

Mes principales observations et conclusions

  1. Étalonnage à faire avec des sources gamma et non de rayons X à cause des énergies inconnues des rayons X, sauf si par fluorescence à rayons X mono-énergétiques. Voir mon texte intégral sur l'étalonnage économique ici sur Internet.
  2. Étalonnage en n'utilisant pas les activités spécifiques gamma théoriques; ex. Tc 99m
  3. Considération de l'équilibre électronique (5 mm de tissus équivalents) pour les rayons gamma du cobalt 60 et 0,8 mm pour les rayons gamma du césium 137.
  4. Utilité d'un graphique log log pour l'intensité nette (sans bruit de fond) vs distance source-compteur pour les sources bêta, gamma, X et neutrons, et conclusions si la pente est -2 ou autre près et loin de la source.
  5. Utilité d'un graphique log log pour l'intensité alpha et bêta séparément vs diamètre et conclusions à partir d'une pente de +2 ou autre.
  6. Utilité d'un réponse angulaire dans un ou deux plans en fonction de l'énergie bêta, X et gamma séparément, surtout pour les GM à petit tube détecteur (en forme de crayon très court) utilisés à faibles énergies gamma.
  7. Utilité d'une source repère (référence) dès la fin de l'étalonnage du compteur, du stylodosimètre à lecture directe, de signaleurs et dosimètres électroniques pour vérifications répétitives sur les années.
  8. Utilité d'échelle logarithme verticale et/ou horizontale où un multiplicateur et un diviseur correspondent à une translation d'addition ou de soustraction.
  9. Considération de l'orientation du compteur et du stylodosimètre analogique qui a parfois une influence sur la lecture donnée par une aiguille indicatrice à cause du poids de cette aiguille.
  10. Considération que la fenêtre mince d'un compteur contribue parfois à une lecture plus élevée si exposée au soleil ou à la lumière. Un ou deux papiers carbones collés sur le pourtour élimine ce problème.
  11. L'étalonnage et la vérification me semblent dans l'ordre de facilité décroissante suivante: alpha, gamma et X, bêta et neutrons.
  12. Avantage d'éviter les appareils commerciaux ayant causé des problèmes reliés à divers points faibles; ex. poignée trop petite, valeurs changeantes avec le mouvement de l'appareil, manque de pointer horizontalement lorsque déposé sur ses pattes, coûts élevés d'achat, de réparation, d'étalonnage quand ils sont accessibles, problèmes de douanes, etc.
  13. Avantage de consulter les figures ci-jointes, et les tableaux I, II et III avant l'achat de tout appareil ou dispositif portatifs.
  14. Avantage de bien connaître les dimensions et l'emplacement de la partie détectrice
  15. Choix d'équipements selon nos besoins d'étalonnage, de vérifications et de réparations. Voir les tableaux I, II et III.
  16. Avantages de la technologie de la radiothérapie et des données publiées, dose absorbée, facteurs de rétrodiffusion, % Dose en profondeur, RTA, courbes isodoses, etc.
  17. Utilisation de la dose d'exposition appelée aussi exposition, de la dose absorbée et du kerma, et de leurs débits. Dans l'air, pour les rayons X et gamma: 8,8 µGy = 1,0 mR (10-3000 keV). Donc, 8,8 µGy (air)/h = 1,0 mR/h = 0,88 mRad/h (unités traditionnelles), toutes dans l'air pour les rayons X et gamma de 10 à 3000 keV.
  18. Utilisation les unités Sv seulement pour des quantités biophysiques bien identifiées, ex. Équivalent de dose efficace corporelle (EDEC) de 1977 et son remplaçant Dose efficace corporelle (EDC) de 1991 et qui sont reliées à la distribution en énergie généralement inconnue; voir Spécifications de blindage... ici sur Internet. Avec des distances réelles, ces valeurs conceptuelles seront erronées.
  19. Utilisation des appareils programmés et reprogrammables selon des limitations identifiées et acceptables

 

7. Références

 

IAEA

Calibration of dosimeters used in radiotherapy

Technical Reports Series No 37, 105 p., 1994

IAEA, Wien

 

ICRP

Recommandations of the International Commission on Radiological Protection

ICRP Publication 26, 53 p. 1977

Pergamon Press, Oxford ISBN O 08 021511 4

 

ICRP

1990 Recommandations of the International Commission on Radiological Protection ICRP Publication 60, 201 p. 1991

Pergamon Press, Oxford ISBN O 08 041144 4

 

ICRU

Measurement of dose equivalents from external photon and electron radiations.

ICRU Report 47, 40 p, April 15, 1992

 

ICRU

Quantities and units in radiation protection dosimetry

ICRU Report 51, 19 p, September 2, 1993

 

ISO

Exposure meters and dosimeters - General methods for testing

ISO - 4071, 29 p. 1978

 

LÉGARÉ, JEAN-MARC

Étalonnage économique entre 28 et 1250 keV pour les appareils de radioprotection utilisés dans la surveillance de l'environnement.

Gouvernement du Québec, 22 p., 1990, ISBN 2 - 550 - 20797 - 1 (Reproduit ici sur Internet)

 

LÉGARÉ, JEAN-MARC et AUBÉ, P.-B.

Spécifications de blindage pour les installations de radiographie industrielle et concepts dosimétriques

Gouvernement du Québec, 160 p., 1995 ISBN 2 - 550 - 24310 - 2 ( Partiellement ici sur Internet)

 

NCRP

Dosimetry of X-ray and gamma-ray beams for radiation therapy in the energy range 10 keV to 50 MeV.

NCRP Report No 69, 110 p., 1981

 

NCRP

Calibration of survey instruments used in radiation protection for the assesment of ionizing radiation fields and radioactive surface contamination.

NCRP Report No 112, 213 p., December 31, 1991

 

NCRP

Use of personal monitors to estimate effective dose equivalent and effective dose to workers for external exposure to low-LET radiation.

NCRP Report No 122, 64 p., December 27, 1995

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http://www.sftext.com/

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Étalonnage, vérification et choix de compteurs portatifs pour alpha, bêta, gamma, rayons X et neutrons, de stylodosimètres à lecture directe, de signaleurs de poche et de dosimètres électroniques individuels; dosimétrie et concepts biophysiques