Laboratoire d'évaluation de la dose interne (LEDI)

Le Laboratoire d’Évaluation de la Dose Interne (LEDI) développe des outils et méthodes permettant d’évaluer la dose interne des personnes incorporant des radionucléides.
Cette incorporation peut concerner des travailleurs suite à un incident ou potentiellement la population suite à un rejet de radionucléides dans l’environnement. Cette incorporation peut également être intentionnelle pour les patients pris en charge en médecine nucléaire. Le LEDI conduit des recherches sur cette thématique et réalise également des expertises pour les pouvoirs publics, les industriels et les professionnels de santé.

Il est implanté en région parisienne à Fontenay-aux-Roses.

L'équipe est composée de 7 permanents : 6 chercheurs (dont 5 Ph.D et 1MD), 1 technicien supérieur.

Photo : laboratoire LEDI - © Médiathèque IRSN

Contexte

Lorsqu’un radionucléide est incorporé, il se distribue dans le corps en suivant une cinétique de rétention et d’élimination et délivre alors une dose aux organes. Les effets de l’incorporation sont liés à cette dose qui n’est pas directement mesurable, contrairement au cas des irradiations externes.
Cependant, pour prédire correctement les effets des incorporations (cancers radio-induits, réaction tissulaire, contrôle tumoral) il est nécessaire d’évaluer cette dose. Pour cela, la dosimétrie interne s’appuie sur la mesure de l’activité dans les organes ou les excrétas et sur des modèles biocinétiques décrivant la rétention et l’élimination des radionucléides.

La détermination de la dose interne permet d’évaluer la relation dose-effet dans le cadre des études épidémiologiques sur des cohortes de travailleurs et des études expérimentales de radiobiologie et de toxicologie. Cette évaluation est aussi importante pour les spécialistes des situations d’urgence qui doivent prédire les effets de rejets accidentels et pour les médecins du travail chargés d’évaluer les doses reçues en cas de contamination.

L’évaluation de la dose interne est aussi d’intérêt pour les médecins nucléaires qui doivent délivrer des doses optimisées permettant de maximiser l’efficacité thérapeutique et de minimiser les effets secondaires.

Nos chercheurs et experts participent à des instances internationales comme l’ISO, l’UNSCEAR et la CIPR.
Ils sont également engagés dans la gestion des situations d’urgence au sein du Centre Technique de Crise de l’IRSN ou sur le terrain.

Axes de recherche

Dosimétrie personnalisée en médecine nucléaire.
Lors d’un traitement en médecine nucléaire, la dose devrait être optimisée pour chaque patient, mais cette dose optimale est mal connue. Le LEDI développe des outils permettant de l’évaluer et travaille avec les médecins et physiciens médicaux sur les modalités de personnalisation des traitements.

Imagerie en médecine nucléaire
L’évaluation de la dose nécessite de quantifier l’activité dans les organes par imagerie. La diversité des pratiques et des pathologies rend cette étape délicate. Le LEDI collabore avec les professionnels et le CNRS afin d’améliorer et d’harmoniser les protocoles de mesure.

Développement de fantômes numériques et physiques
Grâce aux outils de conception 3D des fantômes réalistes sont développés. Ils permettent de réaliser des calculs de dose par simulation Monte-Carlo, ou d’étalonner des systèmes de mesures s’ils sont imprimés en 3D. Les applications sont variées et vont de la mesure des enfants à la dosimétrie cardiaque.

Incertitude sur la dose
La dose interne est évaluée à partir de mesures indirectes, parcellaires, de scénario de contamination parfois flous et de modèles ignorant les variabilités individuelles. Le LEDI développe des méthodes, basées sur les réseaux bayésiens, afin de préciser l’incertitude sur les doses.

Dosimétrie interne en cas d’accident nucléaire
Le LEDI a coordonné le projet européen CATHYMARA qui a émis des recommandations sur la mesure thyroïdienne des enfants en cas de crise radiologique. Par ailleurs une méthode a été développée afin de prendre en compte l’ensemble des radionucléides rejetés et toutes les voies d’exposition grâce à la mesure d’un radionucléide traceur.

Estimation de la dose interne à partir des mesures individuelles
Les mesures de l’activité dans les organes ou les excrétas sont interprétées à partir de modèles biocinétiques et dosimétriques et en tenant compte de la forme physico-chimique du radionucléide, de l’âge du sujet et de la date de l’incident.

Dosimétrie du radon
Le LEDI est impliqué dans le projet européen RADONORM . L’influence du tabagisme chronique sur la dose due au radon a été évaluée, des travaux sur l’incertitude du coefficient de dose du radon et ses descendant sont en cours.

Calcul de dose « vie entière »
Le LEDI développe des outils visant à traiter de grandes bases de données qui recensent les mesures de contamination des travailleurs. La dose « vie entière » peut ainsi être reconstituée en tenant compte des matrices emplois- expositions et des mesures inférieures à la limite de détection.

IRSN - Laboratoire LEDI - Jeu de fantômes thyroïdiens FANTHY — A gauche : chambre du Laboratoire de Mesure In Vivo (LAMIV) - A droite : fabriqués par impression 3D, des volumes thyroïdiens. L'objectif est de réaliser une meilleure estimation du risque sanitaire en cas d'accident nucléaire

Equipements et techniques

Logiciels développés par le LEDI

Logiciel OEDIPE. A partir des images de médecine nucléaire, OEDIPE construit un modèle de calcul, incluant l’hétérogénéité de fixation et la biocinétique. Le calcul Monte-Carlo est réalisé avec MCNP ou GATE. Les résultats sont traités pour obtenir des doses moyennes, la dose biologique efficace et des histogrammes dose-volume
Logiciel RODES. Le logiciel RODES permet de calculer la dose interne des rongeurs (souris et rats de différentes tailles) pour tout type de radionucléide. L’utilisateur spécifie la biocinétique ou l’activité cumulée obtenue expérimentalement, les organes sources et cibles
Logiciel ICARE. Ce logiciel résout les modèles biocinétiques et calcule les doses selon le formalisme de la CIPR. D’autres modèles que ceux de la CIPR peuvent être implémentés, mais le calcul de dose se base sur les fantômes voxels de référence
Logiciel DOSEPI. Ce logiciel permet de calculer les doses de cohortes de travailleur à partir de matrice emploi-exposition et de mesures individuelles de contamination

Logiciels commerciaux utilisés au LEDI

Logiciels commerciaux dédiés à la médecine nucléaire. Le LEDI dispose des logiciels PlanetDose et Hermes
Logiciel Rhinoceros3D. Logiciel commercial permettant la modélisation 3D. Grâce à ce logiciel des fantômes anthropomorphes élaborés peuvent être construits, soit pour le calcul, soit pour l’impression 3D
Logiciel de spectrométrie gamma : Interwinner et Genie 2000

Equipement pour l’anthroporadiométrie

Chambres blindées équipées de détecteur Germanium et NaI permettant la mesure corps entier des personnes
Chambre blindée équipée d’un détecteur Germanium permettant la mesure « in vivo » des rongeurs contaminés

Etudes & supports

Le LEDI réalise des expertises afin d’évaluer la dose reçue par les personnes contaminées. Ces expertises s’appuient en général sur les mesures individuelles de contamination de la personne contaminée (anthroporadiométrie, mesure des excrétas)

Le LEDI réalise des expertises afin d’évaluer la dose en cas d’incident affectant un patient de médecine nucléaire (extravasation, erreur d’administration)

Le LEDI peut également conseiller les professionnels afin de mettre en place des programmes de surveillance de l’exposition interne adaptés au poste de travail

Le LEDI participe à la rédaction de recommandations nationales ou internationales sur la surveillance de l’exposition interne et la prise en charge des personnes contaminées

Le LEDI commercialise le logiciel MIODOSE. Ce logiciel intègre les modèles biocinétiques et dosimétriques réglementaires issus des recommandations de la CIPR. L’utilisateur spécifie les conditions de l’incident (date, radionucléide, forme physico-chimique, mode de contamination) et les résultats des mesures individuelles (anthroporadiométrie corps entier, mesure de la thyroïde, des poumons, des excrétas). À partir de ces données MIODOSE évalue la dose efficace engagée et la dose aux organes en calculant l’incorporation décrivant au mieux les mesures individuelles. Les incertitudes de mesures et le traitement décorporant au DTPA peuvent être pris en compte. Des mélanges de radionucléides peuvent être définis. Des conversions automatiques d’unité peuvent être réalisées, par exemple lorsque l’activité des fèces est donnée par gramme de cendre. Ce logiciel a été développé en partenariat avec ORANO