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Numéro
Radioprotection
Volume 53, Numéro 1, January-March 2018
Page(s) 33 - 44
DOI https://doi.org/10.1051/radiopro/2017029
Publié en ligne 19 octobre 2017

© EDP Sciences 2018

1 Introduction

La Direction Générale du Travail et la Société Française de Médecine du Travail ont souhaité début 2010 que soient élaborées des recommandations de pratique de santé au travail, visant à appuyer la réglementation. Les Recommandations de bonne pratique (RBP) pour la surveillance médico professionnelle de l'exposition interne aux radionucléides en installation nucléaire de base ont été publiées en juillet 20111. Le choix du thème tient compte des difficultés exprimées par les médecins du travail en pratique courante pour évaluer la dose efficace engagée (E) résultant d'une contamination interne2.

L'arrêté du 17 juillet 2013 (JORF, 2013) a confirmé le rôle du médecin du travail dans l'évaluation de l'exposition interne : « Le médecin du travail, le cas échéant en ayant recours à l'Institut de radioprotection et de sûreté nucléaire, détermine la dose efficace engagée ou la dose équivalente résultant de l'exposition interne du travailleur, si les conditions de l'exposition le permettent… ». Il s'agit d'ailleurs d'une spécificité française car la Directive 2013/59/Euratom du conseil du 5 décembre 20133 attribue cette tâche à des services de dosimétrie.

Le guide européen IDEAS (Castellani et al., 2013) propose une méthode structurée pour le calcul de la dose efficace engagée à partir des résultats d'examen anthroporadiométrique (ATP) et d'analyse radiotoxicologique. Cette méthode, qui repose sur l'étude de la cohérence entre les mesures et les prévisions du modèle, a été validée dans un essai d'intercomparaison de calcul de dose organisé par l'Agence internationale de l'énergie atomique (IAEA, 2007). Elle est reprise dans la norme ISO 27048 (2011) et dans des recommandations techniques de la Commission européenne4.

Les RBP distinguent trois niveaux de dose : négligeable en dessous de 0,1 mSv ; intermédiaire entre 0,1 et 1 mSv ; significatif au-dessus de 1 mSv. Le guide IDEAS considère un niveau supplémentaire au-dessus de 6 mSv. Dans les deux cas, le principe est que le niveau d'investigation et les moyens mis en œuvre pour l'évaluation de la dose sont proportionnels à la dose.

Un fichier Excel® basé sur ces principes et ayant pour objectif d'être pratique et didactique est présenté. Le fichier a été présenté au groupe MEDOR (MÉthodes DOsimétriques de Référence) composé d'experts et de médecins du travail de l'IRSN et des exploitants d'INB (CEA, EDF, AREVA). Il a été baptisé CADOR à cette occasion pour « CAlcul de DOse Réglementaire » car les options de calcul restent dans le cadre défini par l'arrêté du 1er septembre 2003. Son usage est limité à l'estimation de la dose après une incorporation unique dont la date est connue.

2 Principes du calcul de l'activité incorporée et de la dose efficace engagée

L'arrêté du 17 juillet 2013 indique que le médecin du travail détermine la dose efficace engagée selon les modalités de calcul de l'arrêté du 1er septembre 2003 (JORF, 2003). La lecture préalable de la publication 78 de la Commission internationale de protection radiologique (CIPR), dont la traduction française a été réalisée (Chevalier, 2002), est souhaitable pour la bonne compréhension de l'arrêté.

Les modèles biocinétiques de la CIPR permettent de calculer, pour les différents radionucléides, la fraction de l'activité incorporée présente dans l'organisme et les excrétas en fonction du temps écoulé depuis l'incorporation. Les paramètres déterminant la valeur de cette fraction sont le mode d'incorporation (ingestion ou inhalation), la forme chimique qui joue sur la vitesse et l'importance de l'absorption (types d'absorption Fast – F, Moderate – M et Slow – S pour l'inhalation et facteur d'absorption gastro-intestinale f1 pour l'ingestion), la granulométrie de l'aérosol en cas d'inhalation.

En l'absence d'information sur le mode d'incorporation, le mode pris par défaut est l'inhalation (R. 37 des RBP). En l'absence d'information sur la nature chimique, on utilise les types correspondant aux « composés non spécifiés » de l'arrêté du 1er septembre 2003. En l'absence d'information sur la granulométrie, la valeur prise par défaut est un diamètre aérodynamique médian en activité (DAMA) de 5 μm (R. 39).

Pour chaque radionucléide, le modèle biocinétique défini par ces différents paramètres permet de connaître la valeur de la fraction m(ti), présente dans l'organisme ou les excrétas, au temps i après l'incorporation. Il convient de rappeler comment sont datés les examens par rapport à l'incorporation.

Pour les examens anthroporadiométriques :

  • une mesure à J1 est une mesure 24 h après l'incorporation ;

  • une mesure à J2 est une mesure effectuée 48 h après l'incorporation ;

  • il est possible de réaliser une mesure le jour de l'incorporation, « à J0 » mais, bien que la précision temporelle des modèles biocinétiques soit de l'ordre d'une journée, il n'y a pas de valeur publiée de la fraction de rétention à J0.

Pour les analyses radiotoxicologiques, un prélèvement de 24 heures est recommandé (R34) et c'est la date de fin de prélèvement qui est prise en compte :

  • il n'existe donc pas de mesure urinaire à J0, sauf pour le tritium qui représente un cas particulier ;

  • une mesure urinaire à J1 correspond à la mesure de l'activité excrétée pendant les 24 premières heures suivant l'incorporation ;

  • une mesure urinaire à J2 correspond à la mesure de l'activité excrétée entre le moment de l'incorporation + 24 h et le moment de l'incorporation + 48 h.

Les fractions de rétention et d'excrétion pour les travailleurs sont données pour un certain nombre de radionucléides dans la publication CIPR 78 sous forme de graphiques et sous forme de tableaux de J1 à J10. Des tableaux plus détaillés peuvent être obtenus dans la publication Safety Reports Serie n° 37 de l'AIEA, disponible en libre accès sur internet (IAEA, 2004). Cette publication donne les valeurs des fractions de rétention et d'excrétion tous les dix jours jusqu'à 100 jours puis tous les 100 jours jusqu'à 1000 jours ou au-delà. Les valeurs de certains radionucléides ne figurant pas dans la publication de l'AIEA peuvent être obtenues dans la norme ISO 27048. Cette norme donne en plus des valeurs intermédiaires (J15, J120, J180…) mais le nombre de radionucléides et de types d'absorption est plus limité.

Les modèles dosimétriques de la CIPR donnent les coefficients de dose par unité d'activité incorporée (anciennement appelés DPUI). Lorsqu'on a calculé l'activité incorporée (I), il suffit de la multiplier par le coefficient de dose correspondant pour obtenir la dose efficace engagée (R. 48). Il faut bien sûr utiliser le coefficient de dose correspondant aux paramètres du modèle biocinétique utilisé (mode d'incorporation, type d'absorption, granulométrie).

Les coefficients de dose pour les travailleurs exposés sont donnés dans le tableau 3.1 de l'arrêté du 1er septembre 2003. Comme les exposants dans ce tableau sont peu lisibles, les coefficients de la publication 119 de la CIPR (ICRP, 2012), disponible en libre accès sur internet peuvent être utilisés à la place.

3 Présentation de l'outil Cador

Les fonctionnalités de l'outil sont présentées en suivant les différentes étapes de calcul proposées par les RBP et le guide IDEAS. Différents exemples, fictifs ou issus de cas réels de contamination, illustrent la démarche.

Cador permet d'exploiter les mesures de J1 à J15, puis tous les dix jours de J20 à J100, puis tous les 100 jours de J100 à J1000.

Les valeurs de rétention et d'excrétion disponibles dans les différents documents cités plus haut ont étés saisies dans l'outil Cador. Pour certains radionucléides et types d'absorption (Ag 110m notamment) les valeurs ont été calculées à partir des équations de rétention et d'excrétion de la CIPR. Dans les autres cas, les valeurs de J11 à J15 sont calculées par simple interpolation linéaire entre J10 et J20.

L'utilisation directe des équations de rétention et d'excrétion de la CIPR permet d'obtenir les valeurs exactes pour n'importe quel jour. Cette amélioration sera apportée dans une prochaine version de Cador.

3.1 Utilisation d'une mesure unique

Prenons l'exemple d'une contamination par le cobalt 60 (Fig. 1). Les paramètres utilisés sont inhalation, type d'absorption S, car le cobalt à l'origine des contaminations observées dans les centres nucléaires de production d'électricité (CNPE) est présent sous forme d'oxydes, granulométrie de 5 μm. Pour ce modèle, la fraction de rétention à J1 est 0,49. La mesure à J1 indique une activité mesurée à l'examen anthropogammamétrique (ATP) de 2000 Bq.

Lorsqu'on dispose d'une mesure d'activité Mi, il suffit de diviser ce résultat par la fraction m(ti) donnée par le modèle pour obtenir l'activité incorporée I (R47).

L'activité incorporée est 2000 / 0,49 ≈ 4080 Bq.

Pour le cobalt 60, type S, inhalation 5 μm, le coefficient de dose est 1,7 E-08 Sv  Bq−1.

La dose efficace engagée est E = 4,08 E + 03 Bq × 1,7E-08 Sv Bq−1 ≈ 7 E-05 Sv, soit 0,07 mSv.

Le point représente l'activité mesurée à l'ATP à J1 et la courbe pointillée la prévision donnée par le modèle biocinétique. L'activité incorporée, le DPUI et la dose efficace engagée sont affichés. Lorsque la dose est inférieure à 0,1 mSv, Cador indique < 0,1 mSv.

Pour ce niveau de dose, négligeable, les RBP (R46) et le guide IDEAS indiquent qu'aucune investigation supplémentaire n'est nécessaire.

thumbnail Fig. 1

Outil Cador, mesure unique < 0,1 mSv.

Cador tool, single measurement < 0.1 mSv.

3.2 Utilisation de plusieurs mesures

Supposons que la mesure à J1 indique 20 000 Bq, l'activité incorporée est 40 800 Bq et l'évaluation initiale de la dose est 0,7 mSv. Les RBP (R46) indiquent que pour ce niveau intermédiaire d'autres examens pour confirmation et validation sont nécessaires.

Nous disposons maintenant dans notre exemple (fictif) des mesures à J3 (7000 Bq) et à J5 (3600 Bq). La publication de l'AIEA nous indique que la fraction de rétention à J3 est 0,14 et celle à J5 est 0,08.

3.2.1 Utilisation de la moyenne géométrique

L'activité incorporée est calculée pour chaque mesure complémentaire. L'activité incorporée calculée sur la mesure à J3 est 7000 / 0,14 ≈ 50 000 Bq. Celle calculée sur la mesure à J5 est 3600 / 0,08 ≈ 45 000 Bq.

Compte tenu de la variabilité biologique, les valeurs observées des mesures sont supposées suivre une loi de probabilité log-normale (i.e., leur logarithme suit une loi gaussienne). On utilise pour cette raison la moyenne géométrique des activités incorporées estimées pour chaque résultat de mesure comme meilleure estimation de l'activité incorporée (R.52). La moyenne géométrique est la racine ne du produit des n valeurs d'activité incorporée estimées à partir de chaque mesure d'activité.

Moyenne géométrique = .

Dans notre exemple (Fig. 2), la moyenne géométrique est  ≈ 45 000 Bq.

La dose efficace engagée est E = 4,5 E + 04 Bq × 1,7 E-08 Sv Bq−1 = 7,6 E-04 Sv, soit ≈ 0,8 mSv.

Dans Cador, l'indication moyenne géométrique apparaît en dessous de la valeur de l'activité incorporée.

thumbnail Fig. 2

Moyenne géométrique sur plusieurs mesures.

Geometric mean on multiple measurements.

3.2.2 Validation de la cohérence

La pertinence du scénario d'exposition retenu peut être validée en vérifiant la cohérence de l'estimation de l'activité incorporée obtenue à partir de chaque résultat d'analyse. La cohérence est considérée comme acceptable s'il n'existe pas plus d'un facteur 3 entre les différentes estimations (R.61). Dans notre exemple, il n'existe pas plus d'un facteur 3 entre les différentes estimations, l'estimation de dose est validée.

Nous pouvons par contre éliminer l'hypothèse d'une ingestion. En effet, pour le modèle ingestion, les fractions de rétention à J1, J3 et J5 sont respectivement 0,71, 0,15 et 0,037. Les activités incorporées calculées sont respectivement 20 000 / 0,71 ≈ 28 000 Bq, 7000 / 0,15 ≈ 47 000 Bq et 3600 / 0,037 ≈ 97 000 Bq. Il existe plus d'un facteur 3 entre les différentes estimations, le mode d'incorporation par ingestion ne peut pas être retenu.

Le simple aspect visuel peut permettre à lui seul de valider ou non les hypothèses de calcul. Dans l'exemple que nous avons utilisé (Fig. 3), on voit facilement que les mesures « collent » mieux aux activités attendues avec le modèle inhalation qu'avec le modèle ingestion.

Lorsque le niveau d'exposition le justifie, il est souhaitable de conforter l'évaluation dosimétrique en utilisant le résultat de plusieurs mesures complémentaires, par exemple, examens anthroporadiométriques et analyses radiotoxicologiques urinaires (R24).

Il est légitime aussi de chercher à obtenir la meilleure cohérence entre les mesures et le modèle, la meilleure détermination de l'activité incorporée et de vérifier la validité d'une mesure lorsqu'elle paraît aberrante. Tout cela nécessite la prise en compte des incertitudes de mesures, cette question doit être abordée avant de poursuivre.

thumbnail Fig. 3

L'aspect visuel du graphique élimine le modèle ingestion.

The visual aspect of graphic discards the ingestion model.

3.3 Incertitudes de mesures

Le guide IDEAS indique que les incertitudes de mesures ont une grande importance dans l'évaluation dosimétrique et propose une méthode simple pour les évaluer. L'incertitude totale peut être décrite par une distribution log-normale avec un écart type géométrique appelé facteur de dispersion (Scattering Factor, SF). Le SF permet de calculer l'intervalle autour de la valeur mesurée M dans lequel se situe la « valeur vraie ». Pour un niveau de confiance de 95 %, cet intervalle est limité par M/SF2 et M × SF2. L'intervalle est asymétrique mais sur un graphique avec une échelle logarithmique les barres d'incertitudes apparaissent symétriques.

Le guide distingue les incertitudes de type A et celles de type B :

  • les incertitudes de type A sont les incertitudes liées à la statistique de comptage, décrite par une loi de Poisson ;

  • les incertitudes de type B sont tous les autres facteurs d'incertitude (variation de la position du corps, de la morphologie, du bruit de fond, incertitude liée à l'étalonnage, au prélèvement des excrétas…) qui se caractérisent par une distribution log-normale.

Lorsque les incertitudes de type A ne sont pas trop importantes (i.e., lorsqu'on est bien au-dessus de la limite de détection), on peut admettre que l'incertitude totale suit une distribution log-normale. On considère dans ce cas les SFA et les SFB correspondant aux écarts types géométriques des incertitudes de type A et de type B.

Pour les mesures in vivo, le guide propose des valeurs pour les SFA et les SFB à partir de la dispersion habituellement observée sur les différents types d'analyse. Par exemple, pour les photons d'énergie supérieure à 100 keV, les valeurs sont SFA = 1,07, ce qui correspond à environ 7 % d'incertitude type relative, et SFB = 1,15.

Pour les mesures in vitro, le guide propose des valeurs pour les SFB uniquement. Par exemple, pour les urines de 24 h, SFB = 1,1 ; pour les selles de 72 h, SFB = 2 ; pour les selles de 24 h, SFB = 3. La valeur par défaut du SFA pour les différentes mesures in vitro a été fixé dans Cador à 1,1 ce qui correspond à environ 9,5 % d'incertitude type relative.

Le SF total est calculé à partir du SFi dû à chaque facteur d'incertitude à l'aide de l'équation (1) (Castellani et al., 2013). Ce qui donne, par exemple, pour les photons > 100 keV un SF total égal à ≈ 1,2. (1)

Cador permet de sélectionner les valeurs des SF du guide IDEAS correspondant aux différents types d'analyse. Le bouton « Guide IDEAS » permet d'afficher les valeurs détaillées du guide. Le bouton « Val spécifiques » permet d'attribuer des valeurs spécifiques si besoin (Fig. 4).

Si l'on dispose de l'incertitude type relative sur la statistique de comptage on peut l'utiliser à la place des SFA du guide IDEAS (mesures in vivo) ou de la valeur par défaut de 1,1 pour les mesures in vitro.

Sur l'écran d'accueil de Cador, les boutons « Incertitudes de mesures » et « SF A guide IDEAS » du cadre « Incertitudes prises en comptes » permettent de sélectionner l'option de calcul. Si l'on sélectionne le bouton incertitudes de mesures sans avoir saisi les incertitudes, les valeurs SFA du guide IDEAS pour les mesures in vivo, ou la valeur de 1,1 pour les mesures in vitro sont utilisées par défaut.

En résumé, le guide IDEAS propose une approche pragmatique de l'évaluation des incertitudes de mesure qui nous permet d'aborder les étapes suivantes : étude de la cohérence par le test du khi2, calcul de l'activité incorporée par la méthode du maximum de vraisemblance, identification des valeurs aberrantes.

thumbnail Fig. 4

Choix des facteurs de dispersion.

Choice of scattering factors.

3.4 Test du khi2

Plus les écarts entre les valeurs mesurées et les valeurs données par le modèle sont élevés, moins il y a de chances pour que le modèle corresponde à la série de mesures. Le test du khi2 permet d'affirmer que l'hypothèse de la cohérence entre les mesures et le modèle est fausse et doit être rejetée. Les tables statistiques, et la fonction « khi2 inverse » d'Excel, donnent une valeur appelée khi2 théorique qui représente la valeur maximale « autorisée » des écarts (relatifs) entre les mesures et les valeurs prévues par le modèle.

La valeur du khi2 théorique dépend :

  • du nombre de mesures réalisées : comme il faut au moins deux mesures pour réaliser le test on utilise le terme « degrés de liberté » (ddl) qui est égal au nombre de mesures moins un ;

  • du risque que l'on accepte de rejeter à tord l'hypothèse de cohérence. On retient habituellement le risque de 5 %, c'est-à-dire que l'on accepte le risque de rejeter à tord l'hypothèse dans 5 % des cas, alors qu'elle était pourtant vraie. Si l'on prenait un risque à 1 %, on réduirait le risque de rejet injustifié, mais on accepterait dans un grand nombre de cas l'hypothèse de cohérence alors qu'elle est fausse.

Le khi2 calculé est obtenu par l'équation (2) (Castellani et al., 2013) en faisant la somme des écarts observés entre les mesures ln(Mi) et les valeurs prévues par le modèle, ln[I m(ti)].

Chaque écart est divisé par l'incertitude associée à la mesure, [ln (SFi)]. Par conséquent, si les incertitudes de mesures sont élevées le khi2 calculé diminue, si elles sont faibles c'est l'inverse. (2)

Lorsque le khi2 calculé est supérieur au khi2 théorique, l'hypothèse est rejetée. Dans le cas contraire, l'hypothèse n'est pas rejetée. Cela ne signifie pas nécessairement que les mesures correspondent effectivement au modèle, mais seulement qu'elles sont en accord aux incertitudes de mesure près. Plus la valeur du khi2 calculé est proche de zéro, plus il y a de chances que les mesures correspondent effectivement au modèle.

Cador affiche le khi2 théorique, le khi2 calculé et le nombre de ddl dans le cadre « test du khi2 ». Le résultat est aussi présenté sous forme d'une barre graphique. Le trait pointillé représente le khi2 théorique et trait plein le khi2 calculé (Fig. 5).

Un cas réel de contamination à l'Argent 110m, dont les résultats des mesures ATP sont indiqués dans le tableau 1, montre l'utilisation en pratique (Fig. 6).

Puisqu'il y a 8 mesures, le nombre de degrés de liberté est 7, le khi2 théorique correspondant est 14,07.

Les khi2 calculés sont pour l'inhalation : 56,9 pour le type S, 5 μm ; 5,9 pour le type S, 1 μm ; 1,8 pour le type F, 5 μm et 2,6 pour le type F, 1 μm. Les contaminations à l'Ag 110m observées sur les CNPE sont en cohérence avec soit le type F, soit le type S, soit un mélange des deux (Sailly, 2018). Dans le cas présent, le test du khi2 ne permet pas d'éliminer les hypothèses S, 1 μm ; F, 5 μm et F, 1 μm. La dose est significativement plus élevée (0,4 mSv) avec la première hypothèse, nous pouvons la retenir, à titre conservateur.

thumbnail Fig. 5

Affichage des résultats au test du khi2.

Display of the chi-squared test results.

Tableau 1

Mesures anthropogammamétriques, contamination Ag 110m.

Whole body measurements, Ag 110m contamination.

thumbnail Fig. 6

Utilisation du test du khi2.

Use of chi-squared test.

3.5 Méthode du maximum de vraisemblance

La méthode du maximum de vraisemblance permet de calculer l'activité incorporée I selon l'équation (3) (Castellani et al., 2013). Ii représente l'activité incorporée calculée pour la mesure i, SFi représente le facteur de dispersion de la mesure i. Cette méthode présente l'avantage de prendre en compte les incertitudes affectant les résultats des mesures. (3)

En général, si on utilise un seul type d'analyse, le SF est dominé par les incertitudes de type B et il peut être considéré comme constant. La formule devient celle de la moyenne géométrique et le résultat est indépendant de la valeur du SF.

La méthode du maximum de vraisemblance réduit le poids donné aux mesures dont l'incertitude est élevée. Elle donne une estimation plus fiable de l'activité incorporée. Il est préférable d'utiliser cette méthode lorsqu'on utilise différents types d'analyse (par exemple, anthroporadiométrie et radiotoxicologie urinaire) ou lorsque les incertitudes sur la statistique de comptage des différentes mesures d'une série diffèrent sensiblement.

3.6 Identification des données aberrantes

Les RBP indiquent que tout résultat, même s'il ne répond pas aux critères de conformité d'échantillonnage ou métrologique, apporte une information sur la vraisemblance des hypothèses retenues (R. 62). Le guide IDEAS indique qu'il est nécessaire de disposer de critères objectifs pour exclure les données aberrantes. La question qui se pose lorsque les mesures ne correspondent pas au modèle est : faut-il modifier les paramètres du modèle pour obtenir la cohérence ou bien exclure les mesures qui ne collent pas au modèle.

Lorsqu'il s'agit d'un groupe de données au début ou à la fin de la série, le guide indique qu'il vaut mieux modifier les paramètres du modèle plutôt que d'exclure des données. Si l'exclusion ne modifie pas sensiblement le résultat, la donnée peut être conservée. Si l'exclusion modifie le résultat, un test statistique devrait être effectué afin de vérifier s'il s'agit d'une valeur aberrante. Le test consiste à calculer l'activité incorporée avec l'ensemble des autres mesures, sans la valeur suspecte. Si l'activité calculée avec la valeur suspecte s'écarte de plus d'un facteur SF3 de l'activité calculée sur l'ensemble des autres mesures, alors elle est considérée comme aberrante et devrait être exclue. Si le nombre de mesures est sensiblement réduit après exclusion des données aberrantes, d'autres mesures doivent être réalisées.

Cador effectue le test d'identification des données aberrantes lorsque l'utilisateur coche la case « valeur exclue » en dessous de la valeur suspecte. Si le test est positif la cellule se colore en rouge, dans le cas contraire elle se colore en vert (Fig. 7).

Les valeurs sont celles d'un cas réel de contamination au cobalt 60. Les mesures ATP jusqu'à J300 sont indiquées dans le tableau 2.

Pour neuf ddl, le khi théorique est 16,9. Le modèle inhalation, type S (oxydes), 5 μm est rejeté avec un khi2 calculé de 123. Le modèle ingestion, oxydes (f1 = 0,05) est également rejeté avec un khi2 calculé de 49.

Le guide conseille de modifier les paramètres du modèle plutôt que d'exclure les trois premières valeurs. Mais le cas présent correspond à une situation spécifique : l'inhalation d'un aérosol associée à l'ingestion d'une ou plusieurs particules chaudes. Les particules chaudes ne suivent pas les modèles biocinétique et dosimétrique ingestion de la CIPR car le facteur d'absorption gastro-intestinale est proche de zéro et la dose due à l'ingestion des particules chaudes est plus faible que celle prévue par le modèle (Grare, 2017). Dans cette situation, la meilleure estimation de la dose efficace engagée par inhalation est réalisée en excluant les mesures de J1 à J3 (Sailly, 2018) (Fig. 8).

En excluant les trois premières valeurs, le modèle inhalation, type S, 5 μm, est validé avec un khi2 calculé de 2,8 (pour un khi2 théorique de 12,6 puisqu'il n'y a plus que 6 ddl). L'activité incorporée est 1,99 + 04 Bq. La dose est 0,34 mSv. On remarque que l'indication « maximum de vraisemblance » apparaît en dessous de la dose car les incertitudes de mesures ont été saisies.

thumbnail Fig. 7

Test pour l'identification des données aberrantes.

Test for the identification of rogue data.

Tableau 2

Mesures anthropogammamétriques, contamination Cobalt 60.

Whole body measurements, Cobalt 60 contamination.

thumbnail Fig. 8

Exclusion des valeurs de J1 à J3.

Exclusion of values J1 to J3.

3.7 Utilisation des mesures inférieures à la limite de détection

Lorsque le résultat d'une mesure inférieure à la limite de détection (LD) est utilisé pour le calcul de dose, les RBP recommandent de retenir une valeur égale à la LD lorsqu'il s'agit d'une mesure isolée et une valeur égale à la moitié de la LD lorsqu'il existe d'autres résultats positifs (R.51). Le guide et la norme ISO 27048 proposent d'utiliser une valeur égale à la moitié du seuil de décision, soit le quart de la LD.

Lorsque l'incertitude sur la statistique de comptage est importante (SFA > 1,4, soit environ 34 % d'incertitude type relative), l'incertitude totale ne peut plus être décrite par une distribution log-normale. Il faut en toute rigueur utiliser dans ce cas la « fonction exacte du maximum de vraisemblance ». Cette fonction devrait être utilisée pour les mesures au niveau de la LD puisque l'incertitude type sur la statistique de comptage est par définition de 50 %. Le guide IDEAS donne le détail du calcul mais il est complexe.

Dans Cador, même si elles n'ont pas une grande rigueur mathématique, les options de calcul suivantes ont été retenues :

  • attribution d'une valeur égale à la LD dans le cas d'une mesure isolée ;

  • attribution d'une valeur égale à la moitié de la LD lorsqu'il existe d'autres mesures :

  • si cette valeur est inférieure ou égale à la valeur attendue, elle est prise en compte en considérant que l'incertitude type relative sur la statistique de comptage est de 50 % (SFA ≈ 1,65),

  • si cette valeur est supérieure à la valeur attendue, elle est ignorée. Il s'agit néanmoins d'une valeur utile, l'aspect visuel du graphique conforte la cohérence des mesures et du modèle.

Un cas réel de contamination à l'américium 241, dont les résultats des mesures des selles sont indiqués dans le tableau 3, illustre le calcul.

La moyenne des mesures à J17, J18 et J19 (2,3 E-02) a été saisie à J20, avec le SF selles de 72 h, puisque Cador ne permet pas de saisir une série de trois selles de 24 h après J15. Le SF pour la valeur < LD à J100 correspond aussi à des selles de 72 h puisqu'il s'agit de trois selles de 24 h < LD (Fig. 9).

Le nombre de ddl est 4 puisque la mesure < LD est prise en compte dans le calcul du khi2. La ligne pointillée indique la valeur de la LD (0,6 mBq). On remarque que l'indication « maximum de vraisemblance » apparaît en dessous de l'activité incorporée, car les SF des mesures de 24 h, 72 h et < LD sont différents (respectivement 3, 2 et 2,3).

Tableau 3

Analyses des selles, contamination Américium 241.

Faeces measurements, Américium 241 contamination.

thumbnail Fig. 9

Utilisation d'une valeur < LD.

Use of a value < DL.

3.8 Modification des paramètres du modèle biocinétique

Lorsque le niveau d'exposition le justifie, il est légitime de chercher à obtenir la meilleure cohérence entre les mesures et le modèle.

Les logiciels de calcul permettent de tester différentes hypothèses en modifiant le scénario d'exposition (mode d'incorporation, type d'absorption, granulométrie), si besoin au-delà des valeurs de référence prévues par la publication CIPR 78 et l'arrêté du 1er septembre 2003. Le but est d'obtenir la meilleure cohérence entre les résultats des mesures et les prévisions du modèle.

Les RBP restent prudentes sur l'utilisation des logiciels de calcul de dose (R.64) : L'utilisation des logiciels qui permet de modifier à volonté les paramètres du modèle utilisé pour obtenir la meilleure cohérence peut conduire à des interprétations erronées par l'obtention de résultats mathématiques cohérents à partir d'hypothèses non validées par une explication plausible. L'utilisation optimale de ce type d'outil relève de l'expertise, idéalement en association avec la pratique clinique et l'information la plus précise possible sur le scénario de l'exposition.

Le logiciel le plus utilisé dans l'exercice de calcul de dose organisé par l'AIEA est le logiciel IMBA®5. Ce logiciel, dont le prix est de plusieurs milliers d'euros, offre de multiples possibilités de modifications des paramètres.

Cador permet de tester les hypothèses suivantes.

3.8.1 Mélange d'inhalation et d'ingestion

Le modèle inhalation prévoit qu'une certaine fraction de l'activité inhalée est déposée au niveau des voies respiratoires extra-thoraciques et transférée vers le tractus digestif. Cette fraction est probablement variable d'un individu à l'autre (selon la respiration de type nasale ou orale, le tabagisme…) et augmente avec la taille des particules inhalées.

Il peut donc être utile de tester une hypothèse majorant l'activité transférée vers le tractus digestif, par exemple, 30 % d'ingestion et 70 % d'inhalation. Le logiciel calcule les fractions de rétention et d'excrétion correspondantes. Pour le cobalt 60, Type M, 5 μm, la fraction de rétention à J1 est 0,49 pour l'inhalation et 0,71 pour l'ingestion. Pour une hypothèse d'incorporation à 30 % d'ingestion et 70 % d'inhalation, la fraction de rétention à J1 sera 0,71 × 30 % + 0,49 × 70 % = 0,56.

Lorsqu'on modifie les paramètres du modèle biocinétique, il faut modifier le coefficient de dose en conséquence. Le coefficient de dose pour le cobalt 60, type M, avec le modèle inhalation (5 μm) est 7,1 E-09 Sv Bq−1, celui du modèle ingestion est 3,4 E-09 Sv Bq−1. Pour une incorporation mixte avec 30 % d'ingestion et 70 % inhalation, il faut utiliser un coefficient de dose égal à : 3,4 E-09 × 30% + 7,1 E-09 × 70 % = 6,0 E-09 Sv Bq−1.

3.8.2 Type d'absorption intermédiaire

L'arrêté du 1er septembre 2003 indique le type d'absorption à utiliser en fonction de la forme chimique, ou le type à utiliser par défaut lorsque la forme chimique n'est pas connue. Les types d'absorption respiratoire F, M et S déterminent aussi la fraction absorbée (f1) au niveau du tube digestif. Si aucun des types de référence ne permet d'obtenir une cohérence de l'estimation de l'activité incorporée obtenue à partir de chaque résultat d'analyse, on peut tester l'hypothèse d'un type intermédiaire F-M ou M-S, parfois plus réaliste, notamment en cas de mélange de formes chimiques, en faisant varier progressivement la part de chacun des types de référence.

3.8.3 Mélange d'aérosol

L'arrêté du 1er septembre 2003 donne les fractions de rétention et d'excrétion pour des aérosols caractérisés par un DAMA de 1 μm et 5 μm. L'analyse de la littérature citée dans les RBP indique que les valeurs de DAMA rencontrés dans une large variété d'industries et de poste de travail se situent entre 0,12 et 25 μm. La plupart suivent une distribution log-normale de médiane 4,4 μm. La valeur par défaut de 5 μm est une valeur arrondie réaliste pour les expositions professionnelles. La caractérisation de la taille des aérosols correspondant à chaque activité professionnelle devrait cependant être réalisée lorsque que cela est possible car la valeur de DAMA par défaut de 5 μm n'est pas toujours enveloppe pour l'estimation de dose. Une façon d'obtenir une meilleure adéquation entre les mesures et le modèle peut être de tester l'hypothèse d'un mélange d'aérosols de 1 et 5 μm.

Cador permet ainsi de modifier les paramètres du modèle en recalculant à chaque fois les fractions de rétention / excrétion et les coefficients de dose. Plus les mesures « collent » aux prévisions du modèle, plus celui-ci correspond à la cinétique réelle du radionucléide dans l'organisme et meilleure est l'estimation de la dose efficace engagée.

L'exemple ci-dessous illustre l'intérêt de la méthode. Il s'agit d'un cas fictif, inhalation aiguë de cobalt 60 proposé dans l'exercice d'intercomparaison de l'AIEA (cas n° 3). Les données ont été partiellement reprises comme exemple de calcul de dose dans l'annexe 4 des RBP.

Description: « Une capsule irradiée contenant 900 TBq de cobalt 60, sous forme de métal et/ou d'oxydes, a été ouverte dans une cellule chaude. Au bout de 10 minutes les alarmes ont sonné. Les opérateurs ont fermé la source, mis des tenues de protection et des masques respiratoires, arrêté la fuite et décontaminé la zone de travail. Un programme de surveillance spéciale par mesures urinaires et anthroporadiométriques a été initié, avec exclusion de zone à risque de contamination. »

Le tableau 4 indique les valeurs des examens anthroporadiométriques et des analyses urinaires saisies dans Cador (Fig. 10).

L'activité incorporée obtenue avec la méthode du maximum de vraisemblance, en utilisant les paramètres par défaut de l'arrêté du 1er septembre 2003 (inhalation, type M pour composés non spécifiés, DAMA 5 μm), est 5,13 + 05 Bq, la dose efficace engagée est 3,6 mSv. Il convient de noter qu'en utilisant la moyenne géométrique, l'activité incorporée obtenue serait 3,86 + 05 Bq et la dose efficace engagée 2,7 mSv. Le fait que l'activité incorporée obtenue soit plus élevée avec la méthode du maximum de vraisemblance qu'avec la moyenne géométrique s'explique parce que :

  • l'activité incorporée calculée sur les urines est sensiblement plus faible que celle calculée sur les mesures anthropogammamétriques ;

  • le SF des analyses urinaires est plus grand que celui des mesures ATP (1,8 contre 1,2), ceci réduit le poids donné aux mesures urinaires dont l'incertitude est plus élevée.

Mais, le modèle est rejeté au test du khi2, le khi2 calculé est 77 alors que le khi2 théorique est 26,3. Il y a plus d'un facteur 3 entre les différentes estimations.

La description indique la possibilité de présence d'oxydes de cobalt (type S) et il est légitime de tester aussi cette hypothèse. L'activité incorporée obtenue avec le type S est 3,76 + 05 Bq, la dose efficace engagée augmente sensiblement à 6,4 mSv. Le khi2 calculé s'améliore un peu, il passe à 59,9 mais l'hypothèse est toujours rejetée, avec plus d'un facteur 3 entre les différentes estimations.

La meilleure adéquation est obtenue avec un type intermédiaire 45 % M et 55 % S, le khi2 passe à 15,35. L'action sur les autres paramètres (mode d'incorporation, granulométrie) ne modifie pas sensiblement le résultat. Ce modèle est retenu comme la meilleure estimation. L'activité incorporée est 4,06 + 05 Bq et la dose efficace engagée 5,1 mSv. Ces résultats sont très proches de ceux donnés dans la publication de l'AIEA : la meilleure cohérence est obtenue avec un type intermédiaire 44 % M et 56 % S, l'activité incorporée est 4,04 + 05 Bq et la dose efficace engagée est 5 mSv.

Tableau 4

Mesures Anthropogammamétriques et analyses des urines, exercice d’intercomparaison AIEA.

Whole body and urine measurements, Intercomparison exercise AIEA.

thumbnail Fig. 10

Modification des paramètres du modèle biocinétique.

Modification of the biocinetic model parameters.

3.9 Rapport pour le dossier médical

L'arrêté du 17 juillet 2013 précise que les éléments de calcul de la dose efficace engagée doivent être conservés dans le dossier médical. Cador permet d'imprimer un rapport avec les données administratives, les résultats des mesures, le graphique et les paramètres de calcul. Lorsqu'une contamination comporte plusieurs radionucléides (jusqu'à 5 radionucléides), il est possible de faire figurer sur le rapport la dose totale avec la contribution des autres radionucléides.

3.10 Plan de validation

La validation des facteurs de rétention / excrétion et des DPUI à été effectuée en demandant à des utilisateurs de vérifier de façon aléatoire la correspondance des valeurs utilisées par Cador et des valeurs publiées dans la littérature.

La validation des calculs du khi2, de la méthode du maximum de vraisemblance et du recalcul des fractions de rétention / excrétion et des coefficients de dose a été effectuée en comparant les résultats obtenus avec les résultats publiés dans l'exercice d'intercomparaison de l'AIEA. Il faut noter que lorsque le SF est constant la formule « moyenne géométrique » d'Excel donne le même résultat que le maximum de vraisemblance et permet de valider le calcul dans ce cas particulier.

Les feuilles sont protégées contre une modification involontaire des formules de calcul. La navigation entre les feuilles de saisie se fait à l'aide de boutons. Les feuilles contenant les formules de calcul ne sont pas visibles.

4 Conclusion

Cador est un outil pratique à l'usage des médecins du travail. Il permet d'appliquer les principes de calcul des RBP et du guide IDEAS. Il permet de vérifier la cohérence des hypothèses du scénario d'exposition et des mesures. Il propose une méthode simple en accord avec les RBP pour exploiter les mesures inférieures à la limite de détection. Lorsque le niveau d'exposition le justifie, il permet de faire varier les paramètres du modèle (mélange d'inhalation et d'ingestion, type intermédiaire, mélange d'aérosol). Il permet enfin d'imprimer un rapport avec les éléments de calcul pour le dossier médical.

Sa validation pourra être consolidée en comparant les résultats donnés par Cador et ceux donnés par des logiciels validés (IMBA®…) à l'occasion d'exercices d'inter-comparaison de calcul de dose.

Remerciements

L'auteur remercie vivement Philippe Berard (CEA) pour le calcul des facteurs de rétention/excrétion non disponibles dans la littérature et Eric Blanchardon (IRSN) pour ses conseils dans la rédaction de cet article. Il les remercie aussi pour leur soutien et leurs encouragements à la réalisation de l'outil Cador.

Références


1

Recommandations de bonne pratique. Surveillance médico-professionnelle de l'exposition interne aux radionucléides en installations nucléaires de base, juillet 2011 www.chu-rouen.fr/sfmt/pages/Recommandations.php.

2

Les termes dose interne et dose efficace engagée sont synonymes, ce dernier, utilisé dans les textes réglementaires et les RBP, est plus familier pour les médecins du travail. Il est utilisé dans le texte.

3

Directive Euratom 2013 / 59 du 5 décembre 2013, http://eur-lex.europa.eu/LexUriServ/LexUriServ.do?uri=OJ:L:2014:013:0001:0073:fr:PDF.

4

Technical recommendations for monitoring individuals for occupational intakes of radionuclides. Radiation, Protection. Directorate-General for Energy and Transport. Sous presse, https://ec.europa.eu/energy/en/radiation-protection-publications.

5

IMBA®. Health Protection Agency, Royaume-Uni, https://www.phe-protectionservices.org.uk/imba.

Citation de l’article : Landry B. 2018. Un outil de calcul de la dose efficace engagée. Radioprotection 53(1): 33–44

Liste des tableaux

Tableau 1

Mesures anthropogammamétriques, contamination Ag 110m.

Whole body measurements, Ag 110m contamination.

Tableau 2

Mesures anthropogammamétriques, contamination Cobalt 60.

Whole body measurements, Cobalt 60 contamination.

Tableau 3

Analyses des selles, contamination Américium 241.

Faeces measurements, Américium 241 contamination.

Tableau 4

Mesures Anthropogammamétriques et analyses des urines, exercice d’intercomparaison AIEA.

Whole body and urine measurements, Intercomparison exercise AIEA.

Liste des figures

thumbnail Fig. 1

Outil Cador, mesure unique < 0,1 mSv.

Cador tool, single measurement < 0.1 mSv.

Dans le texte
thumbnail Fig. 2

Moyenne géométrique sur plusieurs mesures.

Geometric mean on multiple measurements.

Dans le texte
thumbnail Fig. 3

L'aspect visuel du graphique élimine le modèle ingestion.

The visual aspect of graphic discards the ingestion model.

Dans le texte
thumbnail Fig. 4

Choix des facteurs de dispersion.

Choice of scattering factors.

Dans le texte
thumbnail Fig. 5

Affichage des résultats au test du khi2.

Display of the chi-squared test results.

Dans le texte
thumbnail Fig. 6

Utilisation du test du khi2.

Use of chi-squared test.

Dans le texte
thumbnail Fig. 7

Test pour l'identification des données aberrantes.

Test for the identification of rogue data.

Dans le texte
thumbnail Fig. 8

Exclusion des valeurs de J1 à J3.

Exclusion of values J1 to J3.

Dans le texte
thumbnail Fig. 9

Utilisation d'une valeur < LD.

Use of a value < DL.

Dans le texte
thumbnail Fig. 10

Modification des paramètres du modèle biocinétique.

Modification of the biocinetic model parameters.

Dans le texte

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