Laboratoire National Henri Becquerel (CEA/LIST/LNHB), France (2) Institut de Radioprotection et de Sûreté Nucléaire IRSN, France (3)

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1 Conception d un champ de rayonnements réaliste pour l étalonnage des dosimètres utilisés en radiologie/cardiologie interventionnelle (Dosimétrie du personnel médical) J.M. Bordy (1), J. Daures (1), M. Denoziere (1), J. Gouriou (1), C. Itié (2), L. Struelens (3), L. Donadile (2) and F. Schultz (4). (1) Laboratoire National Henri Becquerel (CEA/LIST/LNHB), France (2) Institut de Radioprotection et de Sûreté Nucléaire IRSN, France (3) SCK-CEN, Belgium (4) Delft University of Technology, The Netherlands Journées Journées Codes Sochaux Codes Sochaux Avril 2010 Avril 2010

2 Ou sont les plus importantes expositions du personnel médical? Diagnostic? Radiothérapie Externe? Chirurgie? Curiethérapie? Médecine Nucléaire? Diagnostic + chirurgie Chirurgie + Curiethérapie Une partie du personel medical doit demeurer à proximité du patient pendant l exposition, donc dans le champ de rayonnements diffusés

3 Histoire : 1916 Marie Curie 20 «petite curie» Claudius Regaud à Bouleuse (Marne) prés de Reims Groupement de services chirurgicaux et scientifiques Pour une chirurgie aussi proche que possible du champ de bataille

4 Exemples de chirurgie sous Rayons X Chirurgie du coeur Le chirurgien est au niveau de la hanche du patient

5 70 kv, 640 ma, 100 ms, 4.5 mm Al mm Cu Vue de coté Chirurgien Vue de dessus Chirurgien Patient 17x17 cm² 15 cm 45 cm 47.5 cm Générateur de Rayons X Ecran de plomb Collimateur carré

6 Une géométrie réelle n est pas nécessaire Quelques éléments peuvent être oubliés La table est considérée comme étant transparente aux Rayons X L imageur ne diffuse pas significativement les rayons X Cela conduit à une géométrie simplifiée de l installation d étalonnage Cette géométrie doit être validée (expériences et calculs)

7 Principe de la géométrie simplifiée pour l installation d étalonnage Vue de coté Fantôme chirurgien Fantômes plaque ISO 30 x 30 X 15 cm 3 Vue de dessus Fantôme Patient eau ISO ou ET poumon ou Dosimètre 17x17 cm² 15 cm 47.5 cm 45 cm Générateur de Rayons X Ecran de plomb Collimateur carré

8 Principe de la géométrie simplifiée Pour le calcul de la valeur de référence en termes de H p (10) Vue de coté Vue de dessus 10 mm prof. Fantôme patient Eau ISO ou ET poumon ou Fantôme chirurgien ICRU 4 éléments 30 x 30 X 15 cm 3 F6, (*F8) tallies 47.5 cm 45 cm Générateur de Rayons X Ecran de plomb Collimateur carré

9 Principe d une géométrie simplifiée pour le calcul d une valeur de référence en termes de H p (10) à partir de la fluence et de K a Vue de coté Vue de dessus Point de test «d étalonnage» Fantôme patient (dans l air) Eau ISO ou ET poumon ou F2, F4, F5 or F6 tallies 47.5 cm 45 cm Générateur de Rayons X Ecran de plomb Collimateur carré

10 Differences entre une configuration REEL et REALISTE Objectifs d une configuration réaliste : Augmenter le débit d équivalent de dose au point de test Obtenir un faisceau aussi paralléle que possible (étude de H p (10, )

11 Principe d une géométrie ENCORE PLUS simplifiée Vue de coté Vue de dessus Fantôme patient Eau ISO ou ET poumon or Point de test (dans l air) 47.5 cm 45 cm Générateur de Rayons X Ecran de plomb Collimateur carré

12 Cas du fantôme eau ISO pour le patient ISO plaque 30 x 30 x 15 cm 3 Fantôme ISO eau patient H Résultats équivalents avec un fantôme fait en matériau équivalent poumon 0,3 g/cm 3

13 Fluence / A.U. 6E-02 5E-02 4E-02 3E-02 2E-02 1E-02 Calib. H + 67,5 cm Calib. H + 47,5 cm Calib. H + 27,5 cm Calib. H + 7,5 cm Calib. H + 0 cm Calib. H - 7,5 cm Calib. H - 27,5 cm Calib. H - 47,5 cm Calib. H - 67,5 cm Hip H + 67,5 cm Hip H + 47,5 cm Hip H + 27,5 cm (Chest) Hip H + 7,5 cm (Belt) Hip H + 0 cm Hip H - 7,5 cm Hip H - 27,5 cm Hip H - 47,5 cm Hip H - 67,5 cm initial Fantôme Eau Patient Patient water phantom MCNP 5 with lead shield 0 cm H 0 cm 0E+00 0E+00 1E-02 2E-02 3E-02 4E-02 5E-02 6E-02 7E-02 8E-02 Energy / MeV

14 5E-02 5E-02 4E-02 Fantôme Patient Eau water phantom MCNP 5 Patientwith lead shield H Calib. H + 0 cm Hip H + 47,5 cm Hip H + 0 cm initial 4E-02 Fluence / A.U. 3E-02 3E-02 2E-02 2E-02 1E-02 5E-03 X 3.6 0E+00 0E+00 1E-02 2E-02 3E-02 4E-02 5E-02 6E-02 7E-02 8E-02 Energy / MeV Fluence E moy E eq. K a Pt de test H= 0 cm 1.03 E kev 41.6 kev Hanche H= 47.5cm 2.79 E kev 42.8 kev Hanche H= 0 cm 1.99 E kev 41.4 kev

15 5E-02 5E-02 Fantôme eau patient MCNP 5 Avec (rouge) écran de plomb Patient water phantom MCNP 5 with sans (red) and (noir) without écran (black) de plomb lead shield Au At point the calibration d étalonnage point H = H 0 cm = 0 cm Fluence / A.U. 4E-02 4E-02 3E-02 3E-02 2E-02 2E-02 Fantôme eau Patient Lead colimator Collimateur en plomb Spectre initial Initial spectrum 1E-02 5E-03 0E+00 0E+00 1E-02 2E-02 3E-02 4E-02 5E-02 6E-02 7E-02 8E-02 Energy / MeV K a avec pb / K a sans pb = 1.06

16 Diffusion multiple (ping-pong) Fantôme Patient ISO eau Fantôme chirurgien Iso eau Pong Ping Sans «chirurgien» : E-6 photons /hist. Avec «chirurgien» : E-6 photons / hist. Avec «chirurgien» et IMP 0 : E-6 photons /hist. Albedo + ping-pong = 1.40 Ping-pong = Journées Journées Codes Codes Sochaux Sochaux Avril 2010 Avril 2010 Avril 2010

17 Comparaison eau et poumon fantôme patient au point de test Fluence / A.U. 5E-02 5E-02 4E-02 4E-02 3E-02 3E-02 2E-02 Fantôme Patient lung patient phantom poumon Patient Fantôme water patient phantomeau With lead shield Avec écran de plomb K a (lung) K a (eau) Calculs 2.17 (Calculation) Mesures CI 2.21 (measure IC) Spectre initial Initial spectrum 2E-02 1E-02 5E-03 0E+00 0E+00 1E-02 2E-02 3E-02 4E-02 5E-02 6E-02 7E-02 8E-02 Energy / MeV

18 Validation expérimental des calculs. Mesure de la distribution de la fluence. (L efficacité de détection du CdTe dans une gamme de 10 to 60 kev est de 100%) Fantôme Patient Eau ou poumon ou CdTe Pt 1 Etal. Collimateur carré Générateur de Rayons X Vue de coté Ecran de plomb

19 Fantôme patient ISO eau, Comparaison mesures CdTe vs calculs 0,05 0,045 0,04 Fantôme Eau patient Lung, CdTe measurementsn pt calib. Etal.. Mesures measurement Calculs Calculation 0,035 Fuence / A.U. 0,03 0,025 0,02 Calcul sans spectromètre CdTe 0,015 0,01 0, Energy / kev

20 0,04 0,035 0,03 Fantôme Patient Poumon ET Mesure et calcul avec collimateur Pt 1 Lung, CdTe Pt 1 Mesures Measurement Caculation Calculs Initial Initial Fluence / A.U. 0,025 0,02 0,015 Dispersion statistique importante mais Bon accord 0,01 0, Energy / kev

21 Résultats au point de test Avec le fantôme patient ISO eau et l écran de plomb X 10-6 (pgy /histoire ou psy /histoire) Ecart type (k=1) F5 F6 *F8 Penelope 2006 (~F6) Chambre d ionisation MCNP4C lib 02 K a MCNP5 lib (0.2%) 4.29 (0.2%) 4.40 (0.3%) 4.38 (0.2%) 4.42 (1.2%) 4.35 (0.7%) 4.87 (2.6%) 3.21 µgy ( 64 mas, 100ms, 70 kv ) 1.5 % H p (10) MCNP4C lib 02 MCNP5 lib (0.2%) 6.44 (0.2%) 6.31 (0.6%) 6.23 (0.4%) 6.33 (3.0%) 6.16 (1.9%) H p (10)/K a (0.54%) 1.39 ISO 4037 (0 ) : N60 (1.65) ; L70 (1.87) H p, slab(10) H p, slab(10,0) ( E) ( E) de E Ka Ka ( E) ( E) de E

22 Conclusions Une installation d éd étalonnage avec un champ de ray. réaliste r pour les ray. diffusés s lors des interventions a été définie. Le matériau diffusant peut être n importe n quel matériau TE La modélisation numérique permet de calculer le coefficient de conversion du K a vers H p (10) ( ( ISO 4037) Les valeurs de référence r rence du K a ont été mesurée Cette installation a été utilisée e pour une comparaison des dosimètres électroniques

23 Je vous remercie pour votre attention