Dosimétrie

Biophysique 2ème M.D
DOSIMETRIE
Dr. Abdellatif CHOKRI
DOSIMETRIE
Introduction
La traversée de la matière par un faisceau de photons ou de particules aboutit à un dépôt
d’énergie. Les effets biologiques des rayonnements ionisants dépendent essentiellement de
l’énergie absorbée par unité de volume, du débit de la dose absorbée et de la nature du
rayonnement ionisant.
La dosimétrie a pour but l’évaluation quantitative de l’énergie absorbée et l’évaluation
du risque associé, et ce à afin de :
 prévoir les effets des traitements en radiothérapie aussi bien sur les tissus sains que
les tissus tumoraux ;
 mesurer l’énergie déposée dans les tissus lorsque les rayonnements ionisants (directs
ou indirects) sont utilisés à des fins diagnostiques ;
 définir des normes de protection individuelle ou collective vis-à-vis de ces
rayonnements (radioprotection).
I)
Grandeurs dosimétriques
Deux unités ont été créées pour la mesure de la dose de rayonnement absorbé par la
matière et l’évaluation du risque associé à cette dose : le Gray et le Sievert.
I.1) Dose absorbée : le Gray (Gy)
Au cours de leurs interactions avec la matière, les rayonnements ionisants déposent une
partie ou la totalité de leur énergie. La dose absorbée, exprimée en Gray, est définie par le
rapport de l’énergie déposée sur la masse de matière.
Un Gy correspond à une énergie de un Joule communiquée à un kilogramme de
matière.
1Gy J/ Kg
I.2) Dose équivalente : le Sievert (Sv)
À dose absorbée égale, les effets produits dans la matière vivante dépendent de la nature
du rayonnement. Afin d’exprimer par la même unité le risque de survenue de ces effets, on
introduit un facteur de pondération du rayonnement (WR) propre à chaque type de
rayonnement.
Pour une dose donnée D d’un rayonnement exprimée en Gy, on peut calculer une
quantité H appelée dose équivalente (ou équivalent de dose) qui s’exprime en Sievert tels
que :
H (Sv) = D (Gy) × WR
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Les valeurs approximatives de WR sont données dans le tableau suivant.
Rayonnement
Facteur de pondération (WR)
Photons (X et )
1
Electrons
1
Neutrons
5 à 20
Protons
5
Particules  et ions lourd
20
Les sous-multiples du sievert sont souvent utilisés : le millisievert (1 mSv = 10-3 Sv) et
le microsievert (1 Sv = 10-6 Sv).
I.3) Dose efficace
La sensibilité aux rayonnements ionisants diffère d’un tissu à l’autre de l’organisme, et
ce en ce qui concerne le risque de cancer radio-induit. D’autres facteurs de pondérations sont
utilisés, ce qui permet de calculer un index de dangerosité des irradiations pour les différents
tissus et organes. Un facteur de pondération des tissus (WT) est attribué à chaque tissu,
organe ou groupe de tissus. La somme des coefficients de pondération des différents tissus est
égale à 1.
Pour une population de référence, les valeurs des facteurs de pondération des tissus sont
présentées dans le tableau suivant.
Tissu ou organe
WT
Gonades
0,20
Moelle osseuse, côlon, poumon, estomac
0,12
Vessie, sein, foie, œsophage, thyroïde
0,05
Peau, surfaces osseuses
0,01
Autres : cerveau, rein pancréas, rate, thymus, utérus, muscle, glandes
surrénales, intestins grêles, partie supérieure du gros intestin.
0,05
Corps entier
1
La dose efficace E est définie comme la somme des doses équivalentes reçue par tous
les tissus, pondérée par les coefficients WT. Elle s’exprime aussi en sieverts (Sv).
Si un tissu T reçoit une dose absorbée homogène DT, la dose efficace ET sera :
ET (sievert) = WT × HT (sievert) = WT × WR × DT (gray)
Si l’irradiation du tissu T est partielle, sur une fraction q de son volume, alors :
ET (sievert) = q × WT × WR × DT (gray)
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Pour une irradiation homogène du corps entier (WT = 1), la dose efficace est :
E (sievert) = WR × D (gray) ×WT = WR × D (gray) = H (sievert)
I.4) Débit de dose absorbée, débit de dose équivalente
La notion de débit de dose s’avère très importante pour l’estimation des effets
biologiques des rayonnements ionisants. En effet, pour un médicament, 100 grammes
d’aspirine ingérés en une prise peuvent causer la mort, alors qu’une dose de 1 gramme par
jour pendant 100 jours n’aura aucun effet toxique.
À dose absorbée égale, les effets produits par un rayonnement ionisant augmentent dans
de larges proportions lorsque la durée d’irradiation diminue.
Exemple : une dose efficace de 5 Sv sur le corps entier en quelques heures tue en
moyenne un homme sur deux en l’absence de traitement, alors que cette même dose
administrée en quelques mois ne cause que des effets biologiques limités.
Le débit de dose absorbée s’exprime en Gy/s ou en Gy/heur, le débit de dose
équivalente s’exprime en Sv/s ou en Sv/heur.
II)
Dosimètre
Un dosimètre est un instrument de mesure destiné à mesurer la dose absorbée ou
l'équivalent de dose reçus par une personne exposée à un rayonnement ionisant, dans le cadre
de son activité professionnelle, d'un accident ou d'une radiothérapie vectorisée.
II.1) Classes de dosimètres
On distingue deux classes de dosimètres :
 Dosimètres passifs
Ces dosimètres permettent une lecture différée de la dose reçue et fonctionnent comme
un film photographique ou selon les principes de la luminescence. Ils permettent de connaître
uniquement la dose cumulée durant la période de port du dosimètre.
 Dosimètres actifs
Ces dosimètres donnent des informations, en temps réel, de la dose reçue au cours
d’une séance de travail. Ils se présentent sous la forme d’un boîtier électronique avec un
afficheur, les données recueillies sont transmises périodiquement à un fichier central.
II.2) Principaux types de dosimètres
Différents types de détecteurs sont utilisés comme dosimètres.
 Films dosimètres
Ce sont des dosimètres passifs très répandus qui servent à mesurer des doses reçues,
pendant une période (deux semaines à un mois), à la suite d'expositions externes aux
rayonnements , , à des rayons X ou à des neutrons.
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Ces dosimètres sont faits d’émulsions photographiques placées dans un boîtier ou un
sachet scellé et protégé par des écrans. Ils sont généralement portés à hauteur de la poitrine, ce
qui correspond, en général, à la valeur moyenne de l'exposition totale du corps. Dans certains
cas d'expositions, ces détecteurs seront mis au niveau de l'organe particulièrement exposé.
Après développement, la mesure des densités optiques des émulsions photographiques
et la comparaison avec des films étalonnés permet d’obtenir une dose d’exposition externe.
Les films les plus sensibles arrivent à mesurer une dose de 0,1 mSv, ce qui les rend utiles pour
surveiller des doses cumulées mais non pour des doses instantanées.
 Dosimètres thermoluminescents
Ce sont des dosimètres passifs qui fonctionnent selon le principe de la
thermoluminescence. Dans des matériaux à structures cristallines, l'énergie des rayonnements
ionisants peut être absorbée pour créer des défauts dans cette structure. Lorsque l'on chauffe
le matériau, l'agitation thermique finit par détruire ces défauts et la structure cristalline se
rétablit avec émission d'une lumière : c'est le phénomène de thermoluminescence. La
quantité de lumière restituée est proportionnelle à la dose reçue.
Ces détecteurs sont utilisés aussi bien comme dosimètres individuels (exemple :
détecteur bague déterminant la dose reçue au niveau des doigts pour les manipulateurs de
radioéléments) que pour la surveillance de zones ou des études sur l'environnement. Leur
sensibilité est meilleure que celle des films photographiques, et sont réutilisables jusqu'à
plusieurs centaines de fois. L’inconvénient de ces détecteurs c’est que, contrairement aux
films, leur lecture n'est possible qu'une seule fois.
 Chambres d’ionisations
Ce sont des dosimètres actifs qui fournissent des résultats instantanés de la dose reçue,
ils utilisent des sondes à chambre d’ionisation miniaturisées à parois équivalent air avec des
parois en bakélite d’une épaisseur adaptée à l’énergie des photons qui ont le même effet qu’un
environnement d’air de grande dimensions. Ces détecteurs destinés en général à la mesure des
photons X ou , peuvent être équipées de fenêtres minces pour la mesure des , voir des .
Pour la détection des neutrons rapides, la chambre d’ionisation doit être remplie d'éthylène,
avec des parois en polyéthylène.
Toute mesure avec ces détecteurs doit être précédée par un calibrage avec une source
d'activité connue délivrant le même type de rayonnement que celui détecté par la sonde.
 Dosimètres à diode
Ce sont des dosimètres électroniques actifs dont la sonde comporte une diode de
silicium sensible aux rayonnements X,  et . Les rayonnements ionisants provoquent des
dépôts de charge qui sont transformés en impulsions électriques, et converties en équivalent
de dose.
Ces dosimètres sont le plus souvent équipés d’une carte à puce permettant
l’enregistrement en continu de la dose reçue et délivrent une alarme sonore si la dose ou le
débit de dose dépassent certains seuils. Ces dosimètres sont capables de détecter des débits de
dose allant de 1 µSv/heure à 1 Sv/heure, en sauvegardant l’historique des doses reçues.
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