Dosimétrie chimique (RPE, Fricke)

Spectrométrie RPE

Parmi les méthodes utilisées en dosimétrie de transfert pour la métrologie des rayonnements ionisants, la spectrométrie par Résonance Paramagnétique Électronique (RPE) de l’alanine est appliquée pour assurer la traçabilité des doses dans divers domaines d’application dont celui de la santé qui comprend plusieurs secteurs :

  • la stérilisation des produits à usage unique (seringues, prothèses, …) (quelques dizaines de milliers de grays),
  • la stérilisation des produits sanguins (de quelques dizaines à centaines de grays),
  • la stérilisation des aliments (fournis aux malades immuno-déficients) (quelques milliers de grays).

La RPE a été découverte en 1945 par E. Zavoisky et est aujourd’hui une méthode classique d’analyse de la structure de la matière employée en physique, chimie, médecine et biologie. La spectrométrie RPE présente l’avantage d’être une méthode non destructive ; des mesures peuvent donc être faites sur un même échantillon plusieurs jours voire plusieurs années après une première acquisition.

Spectromètre RPE Bruker ELEXSYS E500 au LNE-LNHB

 

La spectrométrie par RPE est une méthode fondée sur l’absorption résonante d’une onde hyperfréquence par une espèce paramagnétique placée dans un champ magnétique. Cette technique permet de mesurer la concentration de radicaux libres, en particulier, ceux induits par une irradiation dans des matériaux organiques ou inorganiques.

 

 

Cavité résonante

 

 

Pour détecter le signal RPE d’un échantillon, celui-ci doit être placé dans un tube de quartz suprasil® inséré au sein de la cavité résonante située au centre entre les deux électroaimants.

 

 

 

L’alanine

 

La L-α-alanine est un des 20 acides aminés principalement retrouvés dans les chaînes peptidiques des protéines de formule brute C3H7O2N.

 

 

Dosimètre contenant 4 pastilles d’alanine

 

Sous forme de poudre, l’alanine est comprimée pour en faire des pastilles. Le dosimètre utilisé au LNE-LNHB est constitué de quatre pastilles conditionnées dans un conteneur étanche.

 

 

 

L’irradiation des pastilles d’alanine crée des radicaux libres dont la concentration est mesurée par RPE.

 

Exemple de spectre RPE d’alanine

 

L’amplitude des spectres RPE de l’alanine est proportionnelle à la concentration des radicaux créés par l’irradiation, et ainsi proportionnelle à la dose reçue par les pastilles d’alanine.

 

 

 

Courbe d’étalonnage des dosimètres alanine

 

Les faisceaux de référence du LNE-LNHB (cobalt-60 et accélérateur) sont caractérisés en dose absorbée dans l’eau. L’irradiation des dosimètres par ces faisceaux dans les conditions de référence permet d’établir leur courbe d’étalonnage, reliant la dose absorbée dans l’eau au signal RPE correspondant.

 

 

 

Les dosimètres à l’alanine sont conservatifs, stables, reproductibles. Leur réponse RPE est linéaire en fonction de la dose. Ils sont de bons intégrateurs et sont peu dépendants du débit de dose et de la qualité des faisceaux de radiothérapie. Le principal avantage de l’alanine réside dans sa composition qui est très proche de celle des tissus vivants et vis à vis des rayonnements peut être considérée comme équivalent tissu. Cela en fait donc un excellent dosimètre « équivalent tissu » dans une large gamme de dose de 5 grays à 100 000 grays. Les incertitudes obtenues sur la mesure de dose absorbée et sur le kerma dans l’air sont de l’ordre de 2 à 3 % à k = 2.

 

Leckshell Gammaknife (gauche) – Fantôme anthropomorphique (milieu et droite)

 

La technique RPE/alanine est utilisée depuis de nombreuses années, essentiellement pour la dosimétrie de référence des fortes doses : étalonnage d’irradiateurs, stérilisation de matériel médical, d’aliments, … Néanmoins, plus récemment, la technique a été étendue à la mesure de doses plus faibles de 2 Gy à 50 Gy, pour le transfert d’étalonnage de faisceaux de radiothérapie. Des méthodologies de mesure de dose adaptées aux nouveaux faisceaux de petite section comme la tomothérapie hélicoïcale (Périchon, 2011), le CyberKnife® (Garcia, 2011) ou encore le GammaKnife® (Hornbeck, 2014) sont en cours de développement, notamment pour le contrôle qualité.

 

Dosimétrie chimique de Fricke

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POUR ALLER PLUS LOIN :
– Garcia T., Lacornerie T., Popoff R., Lourenço V., Bordy J.-M., Dose verification and calibration of the Cyberknife by EPR/alanine dosimetry. Radiation Measurements 2011, Vol. 46, 952-957.
– Hornbeck A., Garcia T., Cuttat M., Jenny C., Absolute calibration of the Gamma Knife® Perfexion™ and delivered dose verification using EPR/alanine dosimetry. Med Phys. 2014, Vol. 41(6), 1-10.
– Perichon N., Garcia T., François P., Lourenço V., Bordy J.-M., Calibration of helical tomotherapy device using EPR/Alanine dosimetry. Med Phys. 2011, Vol. 38(3), 1168-77.
– Zavoisky E., Spin Magnetic Resonance in Paramagnetic Spectroscopy. Journal of Physics (USSR). 1945, Vol. 9, 245–249.

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