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Communications

TRAN – GIA J., ROBINSON A., BOBIN C., CALVERT N., COLLINS S., DENIS - BACELAR A., FENWICK A., FERREIRA K., FINOCCHIARO D., FIORONI F., GIANOPOULOU K., GRASSI E., HEETUN  W., JEWITT S., KOTZASARLIDOU M., LJUNGBERG M., LOURENCO V., MCGOWAN D., SCUFFHAM J., GLEISNERK. , SOLC J., THIAM C., TIPPING J., WEVRETT J., LASSMANN M., “An international quantitative SPECT/CT imaging exercise for assessment of Ba-133 as surrogate for I-131”. Proceedings of 33rd Annual Congress of the European-Association-of-Nuclear-Medicine, EANM 2020 - Virtual conference, 22-30 Oct. 2020. DOI:10.1007/s00259-020-04988-4

Résumé de la thèse

Depuis les années 1970, la forme des spectres ß a été peu étudiée bien qu’il y a un intérêt croissant en métrologie des rayonnements ionisants, médecine nucléaire, énergie nucléaire, et physique fondamentale,... Les bases de données existantes sont incomplètes et manquent de précision. Dans cette thèse, un spectromètre ß dans une géométrie quasi- 4 π est développé sur la base de deux détecteurs en Si en sandwich avec une source radioactive. Différentes techniques de préparation de la source et leur influence sur la forme des spectres ß sont étudiées. Le dispositif est caractérisé en utilisant les pics des électrons de conversion de 109Cd et 207Bi, et les spectres ß de 14C, 36Cl, 99Tc et 204Tl sont étudiés. Une méthode déconvolution est mise au point pour corriger les minimes distorsions sur la base de simulations Monte Carlo PENELOPE. La fonction de réponse du système est construite à partir de simulations mono-énergétiques et les spectres mesurés sont déconvolués en appliquant la méthode d'inversion de la matrice. Les spectres résultants sont comparés à des mesures de haute précision à l’aide des calorimètres magnétiques métalliques, présentant un excellent accord.

Mots clés

Spectres bêta, Détecteurs silicium, Sources radioactives ultra-minces, Déconvolution spectrale, Facteurs de forme expérimentaux, Carbone-14, Technétium-99, Thallium-204, Rayonnements ionisants, Mesure, Désintégration bêta, Détecteurs de rayonnement.

 

Texte Intégral

Consultez la thèse : TEL : 2020STRAE014

Résumé de l'HDR

Une connaissance précise des désintégrations par interaction faible, transitions bêta et captures électroniques, est indispensable dans de nombreux domaines scientifiques, des plus fondamentaux aux plus applicatifs : tests du Modèle Standard, détection de la matière noire et du neutrino stérile, métrologie des rayonnements ionisants, caractérisation des détecteurs, médecine nucléaire, puissance résiduelle et surveillance en temps réel des réacteurs nucléaires, ou encore gestion du combustible après irradiation. La question de la qualité, de la précision et de la complétude des données nucléaires est devenue un enjeu important dans ces différents domaines. Ces dix dernières années, le Laboratoire National Henri Becquerel s’est impliqué dans cette thématique, fort de son expertise en métrologie de la radioactivité et en évaluation de données atomiques et nucléaires. Les experts en cryogénie du laboratoire ont développé une nouvelle technique de mesure par calorimétrie et l’ont appliquée avec succès à la spectrométrie bêta. Un système de détection dédié, utilisant des détecteurs silicium, a été élaboré conjointement à une technique de préparation spécifique de source radioactive et à un processus de déconvolution spectrale. En parallèle, une étude théorique a été menée pour améliorer les prédictions, menant notamment à la création du code de calcul BetaShape. Cette étude a permis d’améliorer et de compléter les données nucléaires évaluées. Les résultats obtenus placent le Laboratoire National Henri Becquerel au meilleur niveau mondial sur cette thématique. L’expertise acquise permet d’envisager une contribution significative à des sujets de physique fondamentale qui seront très structurants dans les années à venir.

Mots clés

Métrologie, spectroscopie, noyaux exotiques, rayonnements ionisants, spectrométrie, rayons beta, rayons gamma.

Texte Intégral

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KELLETT M. “Lu-177: DDEP evaluation of the decay scheme for an emerging radiopharmaceutical“. Applied Radiation and Isotopes, 109, 2016, 129-132, DOI:10.1016/j.apradiso.2015.11.057

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PERETTO C., ARZARELLO M., BAHAIN J-J., BOULBES N., DOLO J-M., DOUVILLE E., FALGUERES C., FRANK N., GARCIA T., LEMBO G., MOIGNE A.-M., MUTTILLO B., NOMADE S., PEREIRA A., RUFO M. A., SALA B., SHAO Q., THUN HOHENSTEIN U., TESSARI U., TURRINI M. C., VACCARO C. “The Middle Pleistocene site of Guado San Nicola (Monteroduni, Central Italy) on the Lower/Middle Palaeolithic transition“, Quaternary International, 411 Part B, 2016, 301-3015, DOI:10.1016/j.quaint.2015.11.056

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SAUVAGEOT J. L., PIGOT C., DE LA BROÏSE X., CHARVOLIN T., SAHIN H., RODRIGUEZ M., LUGIEZ F., LE COGUIE A., DONG Q., JIN Y.. “Toward large μ-calorimeters x-ray matrices based on metal-insulator sensors and HEMTs/SiGe cryo-electronics“, Space Telescopes and Instrumentation 2016, Ultraviolet to Gamma Ray, 9905, 18 July 2016, DOI: 10.1117/12.2232397

SIMA O., LÉPY M.-C. “Application of GUM Supplement 1 to uncertainty of Monte Carlo computed efficiency in gamma-ray spectrometry“. Applied Radiation and Isotopes, 109, 2016, 493-499, DOI:10.1016/j.apradiso.2015.11.097

THIAM C., BOBIN C., LOURENÇO V., CHISTÉ V., AMIOT M.-N., MOUGEOT X., LACOUR D., RIGOULAY F., FERREUX L.. “Investigation of the response variability of ionization chambers for the standard transfer of SIR-Spheres®“, Applied Radiation and Isotopes, 109, 2016, 231-235, DOI:10.1016/j.apradiso.2015.11.056

TZIKA F., BURDA O., HULT M., ARNOLD D., MARROYO B. C., DRYÁK P., FAZIO A., FERREUX L., GARCÍA-TORAÑO E., JAVORNIK A., KLEMOLA S., LUCA A., MOSER H., NEČEMER M., PEYRÉS V., REIS M., SILVA L., ŠOLC J., SVEC A., TYMINSKI Z., VODENIK B., WÄTJEN U.. “Co-60 in cast steel matrix: A European interlaboratory comparison for the characterisation of new activity standards for calibration of gamma-ray spectrometers in metallurgy“, Applied Radiation and Isotopes, 114, august 2016, 167-172, DOI:10.1016/j.apradiso.2016.05.014

VIDMAR T., CAMP A., HURTADO S., JÄDERSTRÖM H., KASTLANDER J.,. LÉPY M.-C, LUTTER G., RAMEBÄCK H., SIMA O., VARGAS A. “Equivalence of computer codes for calculation of coincidence summing correction factors – Part II“, Applied Radiation and Isotopes, 109, 2016, 482-486 DOI:10.1016/j.apradiso.2015.11.071

Communications

SAUVAGEOT J. L., PIGOT C., DE LA BROÏSE X., CHARVOLIN T., SAHIN H., RODRIGUEZ M., LUGIEZ F., LE COGUIE A., DONG Q., JIN Y.. “Toward large μ-calorimeters x-ray matrices based on metal-insulator sensors and HEMTs/SiGe cryo-electronics“, SPIE, Edinburgh, United Kingdom, 26 June - 1 July 2016

DULIEU C., KELLETT M., MOUGEOT X. “Dissemination and visualisation of reference decay data from Decay Data Evaluation Project (DDEP)”, Conference on Nuclear Data for Science and Technology, Bruges, Belgium; 11-16 Sep. 2016

KELLETT M. A., “The Decay Data Evaluation Project (DDEP) and the JEFF-3.3 Radioactive Decay Data Library: Combining International Collaborative Efforts on Evaluated Decay Data”. International Conference on Nuclear Data for Science and Technology, Bruges, Belgium; 11-16 Sep. 2016

MOUGEOT X. “BetaShape: A new code for improved analytical calculations of beta spectra”. International Conference on Nuclear Data for Science and Technology, Bruges, Belgium; 11-16 Sep. 2016

RODRIGUES M., LOIDL M., MARIAM R., “A metallic magnetic calorimeter dedicated to the spectrometry of X-rays emitted by actinides”. International Conference on Nuclear Data for Science and Technology, Bruges, Belgium; 11-16 Sep. 2016

Liste des références des publications et communications du RNMF parues en 2017 dans le domaine « Rayonnements ionisants »

Publications

ARMENGAUD E., AUGIER C., BARABASH A., BEEMAN J., BEKKER T., BELLINI F., BENOIT A., BERGE L., BERGMANN T., BILLARD J., BOIKO R., BRONIATOWSKI A., BRUDANIN V., CAMUS P., CAPELLI S., CARDANI L., CASALI N., CAZES A., CHAPELLIER M., CHARLIEUX F., CHERNYAK D., DE COMBARIEU M., CORON N., DANEVICH F., DAFINEI I., DE JESUS M., DEVOYON L., DI DOMIZIO S., DUMOULIN L., EITEL K., ENSS C., FERRONI F., FLEISCHMANN A., FOERSTER N., GASCON J., GASTALDO L., GIRONI L., GIULIANI A., GRIGORIEVA V., GROS M., HEHN L., HERVE S., HUMBERT V., IVANNIKOVA N., IVANOV I., JIN Y., JUILLARD A., KLEIFGES M., KOBYCHEV V., KONOVALOV S., KOSKAS F., KOZLOV V., H. KRAUS, KUDRYAVTSEV V., LAUBENSTEIN M., LE SUEUR H., LOIDL M., MAGNIER P., MAKAROV E., MANCUSO M., DE MARCILLAC P., MARNIEROS S., MARRACHE-KIKUCHI C., NAGORNY S., NAVICK X-F., NIKOLAICHUK M., NONES C., NOVATI V., OLIVIERI E., PAGNANINI L., PARI P., PATTAVINA L., PAVAN M., PAUL B., PENICHOT, PESSINA G., PIPERNO G., PIRRO S., PLANTEVIN O., PODAA D., QUEGUINER E., REDON T., RODRIGUES M., ROZOV S., RUSCONI C., SANGLARD V., SCHÄFFNER K., SCORZA S., SHLEGEL V., SIEBENBORN B., STRAZZER O., TCHERNIAKHOVSKI D., TOMEI C., TRETYAK V., UMATOV V., VAGNERON L., VASILIEV Y., VELAZQUEZ M., VIGNATI M., WEBER M., YAKUSHEV E., ZOLOTAROVA A., “Development of 100Mo-containing scintillating bolometers for a high-sensitivity neutrinoless double-beta decay search”, European Physical Journal, 77, 785, DOI:10.1140/epjc/s10052-017-5343-2

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CACCIA B., LE ROY M., BLIDEANU V., ANDENNA C., ARUN C., CZARNECKI D., EL BARDOUNI T., GSCHWIND R., HUOT N., MARTIN E., ZINK K., ZOUBAIR M., PRICE R., DE CARLAN L., “EURADOS intercomparison exercise on Monte Carlo modelling of a medical linear accelerator”, Annali dell'Istituto Superiore Di Sanita, 53, 2017, 314-321, DOI:10.4415/ANN_17_04_07

CASSETTE P., NOTARI F., LÉPY M-C, CAPLAN C., PIERRE S., HAINSCHWANG T., FRITSCH E., “Residual radioactivity of treated green diamonds”, Applied Radiation and Isotopes, 126, 2017, 66-72, DOI:10.1016/j.apradiso.2017.01.026

CHAUVENET B., BOBIN C., BOUCHARD J., “A general dead-time correction method based on live-time stamping. Application to the measurement of short-lived radionuclides”, Applied Radiation and Isotopes, 130, 2017, 238-244, DOI:10.1016/j.apradiso.2017.10.013

DIONI L., GRESSIER V., NARDIN G., JACQMIN R., STOUT B., SUMINI M., “Tests of a solution-grown stilbene scintillator in mono-energetic neutron beams of 565 keV and 5 MeV”, Nuclear Inst. and Methods in Physics Research, A 880, 2017, 210–215

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HAN F., BAHAIN J-J., DENG C., BOËDA É., HOU Y., WEI G., HUANG W., GARCIA T., SHAO Q., HE C., FALGUÈRES C., VOINCHET P., YIN G., “The earliest evidence of hominid settlement in China: Combined electron spin resonance and uranium series (ESR/U-series) dating of mammalian fossil teeth from Longgupo cave”, Quaternary International, 434, 2017, 75-83, DOI:10.1016/j.quaint.2015.02.025

KELLETT M. A., “The Decay Data Evaluation Project (DDEP) and the JEFF-3.3 Radioactive Decay Data Library: Combining International Collaborative Efforts on Evaluated Decay Data”, EPJ Web of Conferences, 146, 2017, 02009, 6, DOI:10.1051/epjconf/201714602009

LÉPY M.-C., PEARCE A., SIMA O., “Uncertainties in gamma-ray spectrometry [Corrigendum]”, Metrologia, 54, 2017, DOI:10.1088/1681-7575/aa853b

LÉPY M-C., PIERRE S., “Photon emission intensities in the decay of U-235”, Applied Radiation and Isotopes, 126, 2017, 150-153, DOI:10.1016/j.apradiso.2016.12.045

MARINGER F. J., BAUMGARTNER A., CARDELLINI F., CASSETTE P., CRESPO T., JULIAN DEAN T., HANNAH WIEDNER T., HŮLKA J., HULT M., JEROME S., KABRT F., KOVÁŘ P., LARIJANI C., LUTTER G., MAROULI M., MAURING A., MAZÁNOVÁ M., MICHALIK B., MICHIELSEN N., PEYRES V., PIERRE S., PÖLLÄNEN R., POMMÉ S., REIS M., STIETKA M., SZÜCS L., VODENIK B., “Advancements in NORM metrology – Results and impact of the European joint research project MetroNORM”, Applied Radiation and Isotopes; 126, 2017, 273-278, DOI:10.1016/j.apradiso.2017.02.040

MÉNESGUEN Y., BOYER B., ROTELLA H., LUBECK J., WESER J., BECKHOFF B., GRÖTZSCH D., KANNGIEßSER B., NOVIKOVA A., NOLOT E., LÉPY M-C., “CASTOR, a new instrument for combined XRR-GIXRF analysis at SOLEIL”, X-Ray Spectrometry, 46, 2017, 303-308, DOI:10.1002/xrs.2742

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MOIGNIER C., TROMSON D., MARSOLAT F., DE MARZI L., GARCÍA HERNÁNDEZ J. C., AGELOU M., POMORSKI M., WOO R., BOURBOTTE J-M., MOIGNAU F., MAZAL A., LAZARO D  Development of a synthetic single crystal diamond dosimeter for dose measurement of clinical proton beams, Physics in Medicine and Biology,;62, June 2017, 13, 5417-5439, DOI: 10.1088/1361-6560/aa70cf

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RIFFAUD J., LÉPY M-C., MÉNESGUEN Y., NOVIKOVA A., “Measurement of K fluorescence yields of niobium and rhodium using monochromatic radiation”, X-Ray Spectrometry, 46, 2017, 341-346 DOI:10.1002/xrs.2757

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ROTELLA H., B. CABY, Y. MÉNESGUEN, Y. MAZEL, A. VALLA, D. INGERLE, B. DETLEFS, M.-C. LÉPY, A. NOVIKOVA, G. RODRIGUEZ, C. STRELI, E. NOLOT, “Elemental depth profiling in transparent conducting oxide thin film by X-ray reflectivity and grazing incidence X-ray fluorescence combined analysis”, Spectrochimica Acta Part B, 135, 22-28, DOI:10.1016/j.sab.2017.06.011

TAMPON B., SANTOS D., GUILLAUDIN O., MURAZ J.-F., LEBRETON L., VINCHON T., QUERRE P., “Ionization Quenching Factor measurement of 1 keV to 25 keV protons in Isobutane gas mixture”, EPJ Web of Conferences, 153, 2017, 01014

THIAM C., BOBIN C., BOUCHARD J., “Adaptation of PTB’s analytical modelling for TDCR–Cherenkov activity measurements at LNHB”, Journal of Radioanalytical and Nuclear Chemistry, 314, 2017, 591-597, DOI:10.1007/s10967-017-5381-0

Communications

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KOSSERT K., MARGANIEC-GAŁĄZKA J., MOUGEOT X., NÄHLE O., “Activity determination of 60Co and the importance of its beta spectrum”, 21st International Conference on Radionuclide Metrology and its Applications, Buenos Aires, Argentina; 15-19 May 2017

LÉPY M.-C., MÉNESGUEN Y., RIFFAUD J., “Consistency of photon emission intensities for efficiency calibration of gamma-ray spectrometers in the energy range from 20 keV to 80 keV, 21st International Conference on Radionuclide Metrology and its Applications, Buenos Aires, Argentina; 15-19 May 2017

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Afin de répondre au mieux aux étalonnages en champs réalistes, tels que recommandés par la norme ISO 12789, le LNE-IRSN envisage d’étudier la possibilité de créer d’autres distributions en énergie, en faisant varier en premier lieu la configuration de CANEL, mais également en explorant tout autre mode de production disponible au laboratoire. Le dispositif CANEL (Canon à neutrons lents), couplé à l’accélérateur T400, est un dispositif qui permet de générer un spectre de neutrons de fission modéré à l’aide d’éléments représentatifs des dispositifs de blindage existant dans l’industrie nucléaire.

En parallèle, le LNE-IRSN souhaite étudier la possibilité de répondre au mieux aux nouveaux besoins d’étalonnage dans le domaine épithermique, un domaine qui concerne les neutrons dont l’énergie est comprise entre 0,5 eV et 10 keV.

Objectifs

Mettre en place de nouvelles versions de dispositifs de production de champs réalistes, représentatifs de postes de travail dans différents domaines d’activité (industriel, médical, etc.) et établir les grandeurs de référence associées (distribution en énergie de la fluence neutronique, fluence, équivalent de dose ambiant, équivalent de dose personnel).

Mettre en place un champ épithermique pur dans le domaine épithermique (0.5 eV – 10 keV).

Développer de l’instrumentation ou une méthodologie pour la caractérisation métrologique de la distribution en énergie dans le domaine épithermique.

Résumé et premiers résultats

Le Laboratoire de micro-irradiation, de métrologie et de dosimétrie des neutrons (LMDN) du LNE-IRSN développe et maintien des installations de production de champs neutroniques de référence pour répondre aux besoins d’étalonnage d’instruments de mesure des neutrons, notamment pour la radioprotection, mais également dans le cadre de la métrologie des neutrons, du fait de son statut de laboratoire associé au Laboratoire national de métrologie  et d’essais (LNE) pour cette activité.

Afin de répondre au mieux aux besoins d’étalonnage d’appareils de radioprotection des industriels, du milieu de la recherche ou du milieu médical, le laboratoire souhaite développer des champs neutroniques dont les caractéristiques sont proches de ceux rencontrés aux postes de travail ; en effet, plus les conditions d’irradiation en laboratoire sont proches de celles dans lesquelles les appareils sont utilisés en routine, meilleures sont les valeurs mesurées relatives à la dose, que ce soit pour le personnel ou pour les mesures d’ambiance par exemple.

En parallèle, le LNE-IRSN souhaite étudier la possibilité de répondre au mieux aux nouveaux besoins d’étalonnage dans un domaine en énergie spécifique, appelé « domaine épithermique », qui concerne les neutrons dont l’énergie est comprise entre 0,5 eV et 10 keV. Si ces champs ne sont pas les plus représentatifs de ceux rencontrés aux postes de travail de l’industrie nucléaire, ils tendent à se développer dans le milieu médical, notamment pour le traitement de certaines tumeurs par capture de neutron par le bore (BNCT). Cette méthode utilise des champs neutroniques intenses de neutrons thermiques (neutrons très lents) ou épithermiques, selon la profondeur et la localisation des tumeurs cancéreuses à traiter. Jusqu’alors difficile à mettre en œuvre de par la nature du rayonnement mais aussi, et surtout, en raison de la nécessité de disposer d’un réacteur nucléaire à proximité des installations médicales, la BNCT bénéficie aujourd’hui d’un nouvel essor de par le monde, depuis l’arrivée sur le marché d’accélérateurs de particules plus compacts et donc plus faciles à intégrer au sein d’unités thérapeutiques. Ce besoin émergeant nécessite le développement de nouvelles instrumentations et appareils de radioprotection adaptés et de champs d'étalonnage associés.

Si les champs thermiques sont relativement nombreux, il n’existe à ce jour aucun champ épithermique de référence et le développement d’un dispositif dédié, permettrait au LNE-IRSN de disposer d'un champ d'irradiation unique au monde.

Associé au développement de ce champ, une méthode et/ou d’un moyen de spectrométrie plus adaptés au domaine épithermique que ceux existant sera recherchée, en considérant par exemple des sphères de Bonner plus spécifiques, des chambres à fission, l'activation de feuilles métalliques ou des systèmes innovants.

Impacts scientifiques et industriels

Le LNE-IRSN a développé dans les années 1990 les tout premiers champs neutroniques réalistes pour l’étalonnage des appareils de radioprotection. Reconnu par la suite comme pratique alternative à l’usage des sources via la parution de la norme ISO 12789, le développement des champs réalistes n’a cependant pas été suffisant pour proposer aux utilisateurs de nouvelles configurations, plus représentatives de celles de leurs postes de travail. Un travail conséquent de R&D permettra de proposer une série de distributions en énergie telle que les appareils de radioprotection puissent être testés dans des situations d’utilisation variées, comme c’est le cas au sein des installations industrielles.

Les bénéficiaires de ces nouvelles prestations seront en premier chef les exploitants et les services de radioprotection qui auront des coefficients d’étalonnage fiables et adaptés aux postes de travail.

Dans le domaine de la recherche sur la fusion nucléaire, depuis une dizaine d’années, de nombreux échanges ont eu lieu entre ITER et le LNE-IRSN, afin d’étudier la possibilité de tester et valider les systèmes diagnostiques neutrons d’ITER ; ces systèmes représentent des éléments essentiels pour garantir la puissance du plasma mis en œuvre dans le réacteur, avec comme impératif une incertitude associée à la puissance de l’ordre de 10 %. Dans cet objectif, ITER envisage de tester et, si besoin, étalonner l’ensemble de ces dispositifs, avant leur mise en place dans le réacteur, auprès de champs neutroniques similaires ou proches de ceux qui seront générés par la fusion D-D et D-T. Une coopération scientifique est en cours de définition entre ITER et l’IRSN.

Le cas particulier du champ épithermique s’adressera plus spécifiquement aux instrumentations dédiées aux installations médicales émergentes proposant des thérapies par BNCT ; ce type de champ d’étalonnage sera également d’intérêt majeur pour les industriels développant des dosimètres personnels, dans le cadre des recommandations de la norme ISO 21909.

Partenaires

Après la phase de caractérisation des diverses configurations de champs réalistes et du champ épithermique, des comparaisons internationales seront organisées au LNE-IRSN afin de valider les références établies au préalable par le laboratoire. Une campagne de mesures pourra également être réalisée en partenariat avec le LPSC (CNRS/IN2P3) de Grenoble, qui développe un champ épithermique de démonstration pour la BNCT à Grenoble et qui en parallèle adapte son dispositif « µ-TPC » (Mimac-n) pour la mesure dans le domaine épithermique.

En médecine nucléaire, la radiothérapie interne sélective est une technique qui consiste à délivrer une dose élevée à la tumeur tout en préservant les tissus sains. En général, l’activité d’un radiopharmaceutique administrée au patient est déterminée à partir d’une mesure réalisée à l’aide d’un activimètre. Cette pratique présente l’inconvénient de ne pas prendre en compte l’activité et la distribution réelles du radionucléide dans l’organe traité, conduisant à de fortes variabilités au niveau de la dose individuelle absorbée.

Objectifs

Développement et mise en œuvre  de méthodes de mesure pour la caractérisation dosimétrique de volumes de solutions radioactives sans connaissance préalable de leur activité massique.

Application de la méthode de mesure externe retenue dans l’étape précédente pour la caractérisation dosimétrique de résines chargées en 90Y, sans connaissance préalable de leur activité massique. Validations à partir des valeurs d’activité de solution mesurées avant mélange dans la résine.

Développement d’étalons de dose absorbée et d’activité sous forme de volumes de résine caractérisés avec les méthodes développées dans l’étude, dont les formes et les dimensions (de quelques cm3 à quelques dizaines de cm3) seront à préciser avec les utilisateurs (physiciens médicaux).

Résumé et premiers résultats

En médecine nucléaire, la radiothérapie interne sélective est une technique qui consiste à délivrer une dose élevée à la tumeur tout en préservant les tissus sains. L’activité du radiopharmaceutique administrée au patient est déterminée avant injection à partir d’une mesure réalisée à l’aide d’un activimètre. Cette pratique ne prend pas en compte l’activité et la distribution réelles du radionucléide dans l’organe traité, conduisant à de fortes variabilités au niveau de la dose individuelle absorbée. Une réponse à ce problème est le développement d’une dosimétrie personnalisée sur la base de l’imagerie quantitative tomographique TEP (tomographie par émission de positons) ou TEMP (tomographie par émission mono-photonique). Toutefois il n’existe pas de traçabilité métrologique pour l’activité estimée par ces méthodes.

L’étude a pour objectif de contribuer à l’établissement de cette traçabilité. Il s’agit de développer des étalons de dose absorbée et d’activité sous forme de volumes de résine dont les formes et les dimensions (de quelques cm3 à quelques dizaines de cm3) seront à préciser. Leur activité massique sera de l’ordre de quelques MBq/g. Le radionucléide utilisé dans le cadre de l’étude sera le 90Y (période radioactive de 2,7 jours), si besoin en présence du radionucléide père, le 90Sr (période radioactive de 29 ans), pour prolonger leur durée d’utilisation. L’incertitude-type visée ne doit pas dépasser 1,5 %. Elle devrait permettre de fournir aux physiciens médicaux un outil de validation précis pour les calculs de dose par imagerie quantitative, proche du niveau requis en radiothérapie externe.

Pour cela, il faudra développer et mettre en œuvre  des méthodes de mesure pour la caractérisation dosimétrique de volumes de solutions radioactives et de résines, indépendamment de la connaissance de leur activité massique. Les grandeurs dosimétriques envisagées sont la dose absorbée en « milieu infini », la dose moyenne absorbée dans le volume radioactif, la dose absorbée au centre du volume radioactif. Les méthodes utilisées feront appel à des mesures au sein de la solution radioactive par dosimétrie de Fricke et à des mesures effectuées à l’extérieur avec une chambre d’ionisation. L’obtention de ces grandeurs dosimétriques nécessitera d’effectuer des calculs Monte-Carlo. L’utilisation des codes pour ces applications sera validée via des mesures effectuées pour des solutions d’activité connue. La méthode de mesure externe sera mise en œuvre  pour la caractérisation dosimétrique de résines chargées en 90Y. Les résultats seront comparés à ceux obtenus à partir de l’activité pour des solutions d’activité mesurée avant mélange dans la résine.

A terme, l’application de la méthodologie développée sera étendue à d’autres radionucléides utilisés en imagerie quantitative (177Lu, 68Ga, etc.).

Impacts scientifiques et industriels

  • Réponse apportée au souhait émis par le Comité Consultatif Rayonnements Ionisants du CIPM (CCRI 2019) d’une implication plus forte de ses membres dans le développement de références pour le domaine de la médecine nucléaire, estimant que la marge de progrès possible est encore importante.
  • Renforcement des liens du LNE-LNHB avec la communauté de la radiothérapie interne.
  • Mise en œuvre  d’une nouvelle référence métrologique pour contribuer à l’établissement d’une traçabilité métrologique du calcul de la dose absorbée associée à l’activité administrée aux patients en radiothérapie interne sélective.
  • Réponse aux besoins spécifiques résultant du développement du calcul de dose personnalisé pour le traitement par radio-embolisation des métastases hépatiques du cancer colorectal au moyen des microsphères de 90Y SIR-Spheres, pour lequel le remboursement a été accepté en 2017 par le Ministère français des Affaires sociales et de la Santé.
  • Application de la méthodologie développée à d’autres radionucléides utilisés en imagerie quantitative (177Lu, 68Ga, etc.), selon les résultats obtenus lors de ce projet.

Partenaires

En fonction de l’avancement du projet, un partenariat avec des services de médecine nucléaire pourrait être mis en place, notamment au travers du club utilisateurs mis en place en 2020 avec la SFPM.

La curiethérapie électronique est une technique de traitement du cancer utilisant des rayons X de faible énergie (≤ 50 keV) générés par des tubes à rayons X miniaturisés et positionnés au contact des tissus à traiter. Malgré les avantages offerts par la curiethérapie électronique, son utilisation est aujourd’hui limitée par le fait que chaque système a sa propre méthode d’étalonnage en dose absorbée dans l’eau, celle-ci ne bénéficiant pas, dans la plupart des cas, d’une traçabilité métrologique à des références nationales.

Objectifs

Etablissement des références métrologiques en termes de dose absorbée dans l’eau.

Caractérisation des méthodes de mesure traçables des distributions de dose dans l’eau en 3D pour le contrôle qualité des traitements par curiethérapie électronique.

Mesure des distributions de dose en 3D au voisinage des systèmes de curiethérapie électronique.

Résumé et premiers résultats

La curiethérapie électronique est une technique de traitement du cancer utilisant des rayons X de faible énergie (≤ 50 keV) générés par des tubes à rayons X miniaturisés et placés au contact des tissus à irradier. La miniaturisation des générateurs à rayons X a conduit au développement de nouveaux systèmes de traitement. Au-delà du bénéfice médical, les avantages potentiels de la curiethérapie électronique sont une diminution drastique de l'inconfort du patient et un moindre coût de traitement.

Le développement de cette nouvelle technique de traitement et son utilisation sûre en clinique nécessitent une caractérisation dosimétrique précise des systèmes de curiethérapie électronique, en accord avec les exigences spécifiques au domaine médical. Les travaux déjà menés par certains laboratoires de métrologie européens, dont le LNE-LNHB, ont montré que la dose prescrite, calculée par les algorithmes fournis par les fabricants, peut être très différente de la dose réellement délivrée par l’appareil.

Il est donc nécessaire de mettre en place des références métrologiques adaptées ainsi que des méthodes dosimétriques et protocoles harmonisés permettant l’étalonnage adéquat des faisceaux des utilisateurs de systèmes de curiethérapie électronique. Des mesures précises des distributions en 3D des doses délivrées par ces appareils permettront aux fabricants d’ajuster leurs algorithmes de calcul et d’assurer une bonne cohérence de la dose prescrite avec la dose délivrée.

Ces travaux seront menés dans le cadre du projet européen 18NRM02 PRISM-eBT, financé par la Commission,  qui regroupe plusieurs laboratoires de métrologie. Les résultats vont permettre une approche cohérente à l’échelle de l’Europe pour la traçabilité métrologique des traitements et renforceront le positionnement de la métrologie européenne à échelle mondiale.

Impacts scientifiques et industriels

Les nouveaux services d’étalonnage qui seront mis en place à la suite de ce projet seront d’une importance majeure pour la communauté des physiciens médicaux, qui disposeront de méthodes robustes et rigoureusement traçables aux références métrologiques pour la dosimétrie des systèmes de curiethérapie électronique.

Pour la communauté des industriels, les méthodes nouvelles et plus précises pour la mesure des distributions de dose en 3D permettront aux fabricants des systèmes de curiethérapie électronique d’améliorer leurs propres algorithmes de calcul et ainsi de garantir une meilleure exactitude de la dose délivrée lors des traitements. Cette meilleure maîtrise aura comme résultat une confiance accrue de la part des physiciens médicaux, des oncologues et des autorités de santé conduisant à une utilisation plus importante de cette technique de traitement.

Les résultats de ce projet permettront aux autres laboratoires de métrologie européens de disposer, à moindre coût, des qualités de faisceaux équivalentes aux systèmes de curiethérapie électronique et de mettre en place les nouveaux services d’étalonnage associés. La dissémination des références de curiethérapie électronique à l’échelle de l’Europe facilitera les comparaisons inter-laboratoires et contribuera à accroître la compétitivité de la métrologie européenne au niveau mondial.

Les procédures mises en place pour le transfert des références aux utilisateurs seront notamment décrites dans un guide de bonnes pratiques et disséminées à travers des groupes de travail actifs dans le domaine, ainsi qu’au niveau de l’AIEA (Agence internationale de l’énergie atomique).

Publications et communications

Site internet du projet : http://www.ebt-empir.eu/

Partenaires

Les travaux décrits dans ce projet seront réalisés dans le cadre du projet européen de métrologie PRISM-eBT, en partenariat avec cinq autres laboratoires de métrologie (PTB, CMI, ENEA, NPL, VSL), un partenaire académique (Aarhus Universitet, Autriche) et deux partenaires cliniques (Maastro Clinic, Pays-Bas, Hôpital St. Louis Paris).