outil de modélisation pour la dosimétrie interne personnalisée - IRSN

OEDIPE : outil de modélisation pour ladosimétrie interne personnaliséeA. Desbrée, S. Lamart, D. Broggio, D. FranckInstitut de Radioprotection et de Sûreté NucléaireLaboratoire d’Evaluation de la Dose InterneSFRP, 27-28 mai 2008La dosimétrie individuelle des travailleurs et des patients: mise en œuvre et perspectives

SommaireEnjeux de la dosimétrie interneContamination interne accidentelleMédecine nucléaireLe logiciel OEDIPEValidations et applicationsRecherches en cours et perspectives

Enjeux de la dosimétrie interneL’incorporation de radionucléides peut être accidentelle (blessure, ingestion,inhalation) ou volontaire comme en médecine nucléaireEn cas de contamination interne accidentelle Estimation de l’ampleur de la contamination, sa nature et sa distributionanatomique afin de guider la prise en charge sanitaire. Déterminer l’activité retenue et la dose reçue dans les différents organes.En médecine nucléaire (radiothérapie) Optimisation du traitement standard en le personnalisant tout en préservant lestissus sains. Amélioration de la connaissance sur la relation dose-effet du traitement. Estimation de doses précises, spécifiques à chaque patient.

Contamination interne accidentelle

Contamination interne accidentelle• Anthroporadiamétrie (mesure in vivo)Mesure externe des émissions X ou γ issues de la contaminationradioactive d’un individu‣ Identification des radionucléidesincorporés‣ Estimation de la rétention d’activitédans l’organisme ou dans un organe• Etalonnage avec des fantômes physiques anthropomorphesMesure pulmonaire in vivoCoefficientd’étalonnageFantôme IGORHaute énergie, corps entierEstimation de lacontamination interneFantôme LivermoreBasse énergie, poumons

Limites de ces fantômesPlus ou moins représentatif du corps humain : CARACTERISTIQUES GEOMETRIQUES :morphologie, composition chimique, densité…NATURE ET REPARTITION DE LA RADIOACTIVITE:Géométrie des sources, homogénéitéGEOMETRIE FIXEReprésentatif d’une seule personneCOMMENT SURMONTER CES CONTRAINTES ?voxelEn utilisantdes fantômesvoxeliséspixel

Médecine nucléaireCalcul de la dose interneFantômemathématiquematiqueFantômevoxeliséMIRDDosimétrie Personnalisée

Le logiciel OEDIPEOutil d’Evaluation de la Dose Interne PErsonnalisée création de fantômes spécifiques création du fichier d’entrée MCNPX traitement du fichier de sortie MCNPX

Images: CT ou IRMSegmentationDescription de la sourceChoix de laposition et de lanature desdétecteursSUPERPOSITION DES ISODOSESET DES IMAGES ANATOMIQUESOEDIPEOutil d’Evaluation de la Dose Interne PErsonnaliséeDOSEDOSES AUX ORGANESVisualisationfichier d’entréeMCNPXCalculMonte Carlofichier desortieMCNPXSPECTREComparaison simulation/mesure

VALIDATIONS ET APPLICATIONS

Validation – contamination interne accidentelleEn contamination interne accidentelleValidation : Comparaison d’un spectre simulé et expérimental pour un système demesure pulmonaire en collaboration avec AREVA (Marcoule, France)Pierrat et al (2005), IEEE Trans Nucl Sci, 52(5):1353-581Modélisation de l’installation de mesure pulmonaire du LABM de Marcoule2 Validation avec des sources ponctuelles3 Modélisation du fantôme Livermore4Création d’un spectre simulé avec OEDIPEpour des poumons chargés en 241 Am5 Validation par comparaison avec le spectreexpérimental correspondantDifférences < 10% entre simulation et mesure

Application – contamination interne accidentelleApplication : Détermination de l’activité des radionucléides et de la dose reçue parun travailleur du nucléaire suite à une blessure à l’index droitBroggio et al, Health Physics, accepté1Mesures avec un détecteurGermanium dans 4 positionsSpectres expérimentauxOnze radionucléides identifiésNbre de coups mesuré en 20 minEnergie (en keV)

Application – contamination interne accidentelle2Simulations avec OEDIPE¤ fantôme d’index voxelisé¤ détecteur germanium¤ source ponctuelle¤ simulation du parcours des particules¤ spectre simuléSpectre expérimentalSpectre simulé3 Comparaisons spectresexpérimentaux / simuléslocalisation de la contaminationactivité (13,8 ± 0,6 kBq)

Application – contamination interne accidentelle4 Calcul de doses et réglementationCourbes isodoses obtenues via OEDIPE et MCNPXCourbes isodoses - mGy/(MBq.s)7,2.10 -3 2,4.10 -3 1,3.10 -3 7,2.10 -4 3,6.10 -4x (cm)2108 6 4 y (cm)Exemple d’isodosessuperposées à une coupetransverse du doigtcontaminé pour le 58 CoDose équivalente annuelle à la peau :¤ La 1 ère année : (680 ± 100) mSv¤ La 2 ème année : (250 ± 38) mSv < limite annuelle de 500 mSv pour les travailleurs

Validation – médecine nucléaireEn médecine nucléaireValidation : comparaison entre mesures dosimétriques expérimentales et résultats simulésChiavassa et al (2006), Radioprotection, 41(4):401-411Sphère radioactive simulant une tumeur radiomarquéeplacé dans le foie du fantôme Liqui-Phil TMFoie et sphère remplis d’ 131 I avec des activités respectivesde 78,5 et 256 MBq3 fils dosimétriques thermoluminescentsplacés de part et d’autre de la sphère tumorale1Système imagé par tomodensitométrie2 Création de la géométrie voxelisée3 Simulations avec MCNPXFil 1Fil 2Fil 3Dose absorbées moyennes (Gy)Mesurée Simulée Rapport2,22 2,022,70 2,742,47 2,661,100,990,93

Application – médecine nucléaireApplication : Dosimétrie personnalisée (réalisée en collaboration avec leCRLCC de Rennes) pour le traitement des carcinomes hépatocellulairesChiavassa (2005), thèse de l’université Paul SabatierCancer fréquent : 5 ème rang avec 437000 nouveaux cas par an dans le mondePronostic sombre : rapport mortalité/incidence est autour de 1Traitement "d’attente" pour limiter la progression tumoraleInjection intra-artérielle hépatique de lipiodol marqué à l’ 131 I (Lipiocis TM )Le lipiodol a la particularité de suivre le flux artériel, de se distribuer principalement ausein des formations tumorales et d’y rester durant une longue période (plusieurs mois).75% du Lipiocis injecté reste au niveau hépatique; le reste est retrouvé au niveau pulmonaire

Application – médecine nucléaireL’activité injectée est la même pour tous les patients quelque soit la taille tumorale etle nombre d’injections déjà réalisées : 2,2 GBqSous-dosage dans la tumeurPneumopathies chez 2% des patients pouvant être dues à un surdosage dans les poumonsRéalisation d’une dosimétrie personnalisée pour déterminer l’activité optimale à injecterpour avoir une irradiation maximale de la tumeur tout en protégeant les tissus sainsDosimétrie réalisée avec OEDIPE à partir les images anatomiques et fonctionnelles des patientsImages CT : création du fantôme patientImages TEMP : matrices d’activités cumulées utilisées comme source

Application – médecine nucléaireDosimétrie à l’échelle des organes (Gy)Dose absorbée élevée pour le patient 2dans le poumon gauche due à unemalformation de l’artère hépatiqueOrganes sourcesOsTissus mousPoumon droitPoumon gaucheFoieTumeurPatient 1 Patient 20,56 0,930,62 0,692,89 7,801,49 18,8018,97 11,36476,55 461,78Dosimétrie à l’échelle des voxelsDistribution spatiale de dose sous forme d’isodoses superposéesaux images anatomiques segmentées de 2 patients

Recherche en coursUtilisation dans OEDIPE des distributions biocinétiquesmodélisation de la contamination interneModèlebiocinétique CIPROEDIPEModélisation de la source plus réalisteAm-241, Type d’absorption Mde la CIPR pour laSimulation de lamesure in vivoMAX1 10 100 1000 jQuantification de l’influence de la biocinétique sur la mesure in vivoLamart et al., Automatic application of ICRP biokinetic models in voxel phantoms for in vivocounting and internal dose assessment, Radiat. Prot. Dosim., 2007.

Efficacité de la mesure pulmonaire en fonction du temps0,0140,012100% de l’activité dans les poumons0,01Efficacité0,0080,006Influence de la distribution del’activité dans tout l’organisme0,0040,0020PoumonsFoieFoieOs1 10 100 100010000ETdate (jours)Intestins

PERSPECTIVESAnthroporadiamétrieDéveloppement de fantômes de type NURBS permettant de faire varier la morphologieNURBS (Non-Uniform rational B-splines) : nouvelle génération de fantômes mathématiquesoù les surfaces sont définies par des courbesThèse J. Farah Xu et al, Phys Med Biol, 2007Amélioration des temps de calcul (réduction de variance)

PERSPECTIVESMédecine nucléaireParticipation aux calculs de SAF pour les fantômes de référence de la CIPRDosimétrie à la moelle osseuse (fonctions de conversion de la fluence en dose)Présentation E. Blanchardon et F. Paquet"La CIPR: programme de travail 2007-2011 et GT DOCAL"Prise en compte de la biocinétique des radiopharmaceutiques

RemerciementsLogiciel OEDIPEOutil d’Evaluation de la Dose Interne PErsonnaliséehttp://www.oedipe-soft.orgaurelie.desbree@irsn.fr