Development and impementation of an international comparison and calibration facility for mamography dosimetry at the BIPM

Développement et mise en place au BIPM d’un systéme international de comparaison et d’étalonnage pour la dosimétrie en mammographie

Cecilia Kessler (1)

1 LCM - Laboratoire commun de métrologie LNE-CNAM

Mammography is an x-ray examination of the breast, considered to be the most sensitive technique currently available for early detection of breast cancer. Because of risks of radiation-induced carcinogenesis associated with the use of x rays, accurate calibration of the x-ray unit is essential in order to minimize the radiation dose delivered to the patient breast but having a good image quality. The beam calibration is made using ionization chambers, commercial instruments that need to be characterized at standard reference dosimetry laboratories in well-defined x-ray beams similar to those used in the diagnostic institutes.Standard reference laboratories for radiation dosimetry are usually part of the National Metrology Institute of each country; they can either be Primary or Secondary Standard Dosimetry Laboratories. Primary Laboratories verify the accuracy of their measurements using the primary standards by taking part in international comparisons while the Secondary Laboratories, holding secondary standards, need the characterization of their reference instruments. In order to fulfil these requirements of the National Metrology Institutes (NMIs), the Bureau International des Poids et Mesures (BIPM) maintains stable reference standards for radiation dosimetry and provides to the its Member States an international facility for comparisons of primary standards and characterization of secondary standards to ensure world-wide uniformity of measurements and their traceability to the International System of Units (SI).The Ionizing Radiation Department of the BIPM started international comparisons and characterizations in low-energy x-ray beams in 1966 and in 2001, the NMIs required the BIPM to extend these activities to mammography beams. A description of the work I carried out at the BIPM to provide an international facility for comparisons and calibrations in the mammography field is presented in this thesis, divided into four stages: establishment of seven reference radiation beams using the combination tungsten-anode x-ray tube and molybdenum filtration (W/Mo beams); installation of a molybdenum-anode x-ray tube with molybdenum filtration and establishment of four reference radiation beams (Mo/Mo beams); design and construction of a new primary standard free-air chamber for the dosimetry of the mammography beams; establishment of a new ongoing international comparison in the new reference mammography beams, registered in the BIPM key comparison database KCDB as BIPM.RI(I)-K7 and a programme for the calibration of national secondary standards by including the new facility in the quality management system of the Ionizing Radiation (IR) Department of the BIPM.The experience obtained during this work is now transferred to the NMIs to help them in the development of primary standards and to improve their existing facilities.To date, six successfully comparisons have been carried out in the new facility established at the BIPM; the participation in the new ongoing key comparison allow the NMIs to support their calibration and measurement capabilities (CMCs). Characterization and calibration of national secondary standards have been done for five NMIs.

La mammographie est une technique d’imagerie par rayons x, considérée comme la technique actuelle la plus efficace pour dépister le cancer du sein à un stade précoce. A cause des risques de carcinogenèse induite par les rayonnements associés à l’examen par rayons x, il est donc essentiel de réaliser un étalonnage précis du faisceau de rayonnements afin de réduire au maximum la dose de rayonnement délivrée au sein du patient et d’obtenir la meilleure qualité d’image possible. L’étalonnage du faisceau de rayons x est effectué avec des chambres d’ionisation, instruments du commerce qui doivent être préalablement étalonnées dans des laboratoires d’étalonnage de référence, de préférence dans le même type de faisceaux de rayonnements que celui utilisé pour le diagnostic.Dans un pays donné, les laboratoires d’étalonnage de référence en dosimétrie des rayonnements sont généralement rattachés au laboratoire national de métrologie ; ce sont des laboratoires de référence primaires ou secondaires de dosimétrie. Les laboratoires primaires vérifient l’exactitude de leurs mesures conduites avec des étalons primaires en participant à des comparaisons internationales alors que les laboratoires secondaires, détenteurs d’étalons secondaires, doivent procéder à la caractérisation de leurs instruments de référence.Afin de répondre aux besoins des laboratoires nationaux de métrologie le Bureau international des poids et mesures (BIPM) maintient des étalons de référence stables pour la dosimétrie des rayonnements ionisants et met à disposition de ses États Membres des équipements internationaux pour la comparaison des étalons primaires et la caractérisation des étalons nationaux secondaires afin d’assurer l’unification mondiale des mesures et leur traçabilité au Système international d’unités (SI).Le Département des rayonnements ionisants du BIPM a effectué les premières comparaisons internationales dans des faisceaux de rayons x aux basses énergies en 1966 et, en 2001, les Instituts nationaux de métrologie (INM) ont pour la première fois proposé que le BIPM étende ses activités à la mammographie.Une description du travail que j’ai entrepris au BIPM pour répondre aux besoins des laboratoires nationaux de métrologie en matière de comparaisons et d’étalonnages dans ce domaine est présentée dans cette thèse et distribuée en quatre parties :l’établissement de sept faisceaux de rayonnement en utilisant un tube à rayons x à anode en tungstène et filtre en molybdène (faisceau W/Mo);l’installation d’un tube à rayons x à anode en molybdène avec filtre en molybdène et l’établissement de quatre faisceaux de rayonnement (faisceau Mo/Mo);conception et fabrication d’un nouvel étalon primaire pour la dosimétrie dans les faisceaux mammographiques.la création d’une nouvelle série de comparaisons en continu du BIPM, identifiées dans la base de données du BIPM sur les comparaisons clés KCDB sous la référence BIPM.RI(I)-K7 et un programme pour l’étalonnage des étalons nationaux secondaires qui inclut le nouveau dispositif expérimental dans le système managérial de la qualité du département des rayonnements ionisants (RI) du BIPM.L’expertise acquise lors de ce travail est maintenant transféré aux INM pour les aider dans le développement de leurs propres étalons primaires et à améliorer leurs dispositifs expérimentaux existants. Jusqu’à aujourd’hui 6 comparaisons ont été menées à bien dans le nouveau dispositif expérimental établi au BIPM ; la participation à la nouvelle comparaison–clé continue permet aux INM de soutenir leurs capacités d’étalonnages et de mesures (CMC). La caractérisation et l’étalonnage des étalons nationaux secondaires ont été réalisés pour l’heure pour 5 INM.

Mots clés: Mammography dosimetry; International comparisons in mammography

Mots clés: Comparaisons internationales pour la mammographie; Dosimétrie pour la mammographie

Domaines: Médecine humaine et pathologie

Cecilia Kessler. Développement et mise en place au BIPM d’un systéme international de comparaison et d’étalonnage pour la dosimétrie en mammographie. Médecine humaine et pathologie. Conservatoire national des arts et metiers - CNAM, 2013. Français. ⟨NNT : 2013CNAM0864⟩. ⟨tel-00841601⟩