Evaluer et améliorer l’exactitude et la comparabilité des dosages de la protéine Tau pour permettre le diagnostic fiable et précoce de la maladie d’Alzheimer.

Les maladies neurodégénératives (MND) sont l’un des problèmes médicaux les plus pressants de notre époque, avec un nouveau cas toutes les 3,2 secondes. De nombreuses MND, en particulier les maladies d’Alzheimer et de Parkinson, sont irréversibles et progressives. Outre leur coût socioéconomique élevé, ils nuisent gravement à la qualité de vie des patients et de leurs aidants. Un diagnostic précoce grâce à la mise en œuvre de programmes de dépistage, à l'identification de facteurs de risque et au développement de traitements modificateurs de la maladie est essentiel pour améliorer la qualité de vie des patients souffrant de MND.

L’objectif du projet est de faire progresser la quantification des biomarqueurs de MND dans les fluides biologiques en utilisant des méthodes peu invasives, pour développer des critères d’évaluation validés centrés sur la personne et axés sur le déclin des fonctions cognitives chez les patients atteints de MND et pour définir des prototypes de référence métrologique pour la cognition.

En 2018, Pfizer a mis fin à ses efforts pour développer de nouveaux médicaments pour les maladies d’Alzheimer et de Parkinson, après de nombreux échecs d'essais cliniques. L'échec de ces essais est à attribuer à divers facteurs, notamment le manque de mesures précises et la faible implication de la cible dans le recrutement.

Les preuves suggèrent que les changements dans le cerveau associés à la maladie d’Alzheimer commencent plus de 20 ans avant l'apparition des symptômes et que le traitement de la maladie est plus efficace lorsqu'il est commencé tôt dans le processus. Bien que les outils et l'expertise permettant d'identifier certains des premiers changements cérébraux existent actuellement, des recherches supplémentaires sont nécessaires pour affiner ces outils et établir leur précision, avant qu'ils ne puissent être utilisés en clinique.

Le programme Big Data for Better Outcome a été lancé en 2017 en Europe dans le but d'utiliser le Big Data dans le secteur de la santé et de promouvoir les critères d’évaluation centrés sur la personne. Ces dernières années, des progrès considérables ont été accomplis dans le domaine des biomarqueurs de MND dans les fluides biologiques. Deux biomarqueurs ont été approuvés par l'Agence médicale européenne pour des essais cliniques et inclus dans des directives de diagnostic. Des lignes directrices sur l'échantillonnage pré-analytique ont également été élaborées et le premier matériau de référence certifié MND a été introduit en 2017. Malgré tout, il est nécessaire de développer davantage les procédures de mesure de référence pour les biomarqueurs établis de MND, tels que tau, ainsi que de définir des seuils cliniques cibles pour l'identification de biomarqueurs.

L'imagerie par résonance magnétique (IRM) à 3 Tesla est largement utilisée dans les cliniques pour confirmer le diagnostic du MND et peut fournir des informations précieuses sur la structure du cerveau et les changements dus aux MND. Les utilisations de l'IRM et de la spectroscopie à résonance magnétique (SRM) ont un potentiel élevé pour stratifier les patients atteints de MND aux premiers stades de la maladie, mais jusqu'à présent, la mise en œuvre était limitée par la forte incertitude de mesure et l'amplitude intrinsèque du signal (en particulier pour les neurométabolites) dans des intensités de champ de 3 T.

Ainsi le projet se propose de développer des critères d’évaluation novateurs et validés, centrés sur la personne pour le diagnostic précoce du MND axé sur le déclin des fonctions cognitives chez les patients. L'utilisation potentielle de telles évaluations cognitives dans les programmes de dépistage devrait également être évaluée.

Des protocoles améliorés d'imagerie par résonance magnétique (IRM) et de spectroscopie (MRS) seront développés ainsi que des procédures de mesure de référence utilisant des techniques de résonance magnétique à très haut champ in vivo, afin d'identifier et de quantifier les biomarqueurs chez les patients atteints de MND. En outre, de nouvelles techniques seront développées afin d’augmenter la spécificité des méthodes d’IRM et de MRS pour la discrimination des MND. Par ailleurs, des méthodes validées et des étalons traçables pour la mesure précise des biomarqueurs de MND dans les fluides biologiques (incertitude cible <10%) seront développés. Cela devrait inclure le développement de nouvelles procédures de mesure de référence pour les biomarqueurs établis tels que le neurofilament (diagnostic précoce), les fragments de tau et tau phosphorylé (progression de la maladie) et la définition de seuils cliniques cibles pour l'identification de biomarqueurs.

Adoption de la technologie et de l'infrastructure de mesure par la chaîne d'approvisionnement des mesures, les organismes de normalisation (ISO/TC 212, Fédération internationale de chimie clinique (IFCC) et Comité mixte pour la traçabilité en médecine de laboratoire (JCTLM)) et les utilisateurs finaux (par exemple, laboratoires cliniques, hôpitaux).

LGC (Royaume-Uni), PTB (Allemagne), RISE (Suède), Centre Hospitalier Universitaire Montpellier (France) Charite - Universitaetsmedizin Berlin (Allemagne), Högskolan Kristianstad (Suède), Modus Outcomes SAS (France), Stichting VUmc (Pays-Bas), Universitätsmedizin Greifswald - Körperschaft des öffentlichen Rechts (Allemagne)

Ce projet vise à améliorer la prévention, le diagnostic et la prise en charge du sepsis à travers le développement de méthodes de référence pour le dosage de biomarqueurs. Le développement d’un système de référence pour la procalcitonine permettra d’évaluer et si besoin d’améliorer l’exactitude et la comparabilité des résultats obtenus à partir de différentes méthodes de dosage. Le développement d’une méthode de quantification simultanée de plusieurs biomarqueurs du sepsis permettra d’augmenter la fiabilité, la spécificité et la rapidité du diagnostic du sepsis.

En 2017, l'Assemblée mondiale de la santé et l'Organisation mondiale de la santé (OMS) ont fait du sepsis une priorité mondiale en adoptant une résolution visant à améliorer, prévenir, diagnostiquer et gérer le sepsis. Le sepsis est une maladie potentiellement mortelle qui survient lorsqu'une réponse inappropriée de l'hôte envers une infection entraîne un dysfonctionnement ou une défaillance de plusieurs organes.

Environ 50 % des patients en soins intensifs le sont pour cause de sepsis, maladie pour laquelle le taux de mortalité est supérieur à 30 %. Le délai avant le diagnostic est le facteur critique dans la prise en charge de la sepsis: la fenêtre permettant d’instaurer un traitement approprié est supérieure à 6 heures.

La survie est également linéairement corrélée au temps écoulé avant le traitement par antibiotiques, et chaque heure de retard augmente les chances de mortalité de 7,6 %, ce qui rend indispensable un diagnostic rapide et fiable. Cependant, la septicémie est facilement confondue avec d'autres maladies, un fait exacerbé par l'absence de tests diagnostiques précis et rapides.

Pour remédier à cela, les nouvelles directives de l’OMS incitent les États membres à promouvoir la recherche sur le diagnostic et le traitement du sepsis, ce qui a conduit à plusieurs initiatives telles que le Forum international sur le sepsis et l’Académie européenne de la sepsis.

Les directives de diagnostic existantes combinent les symptômes et les signes pour estimer la probabilité de septicémie et orienter le choix du traitement. Actuellement, ces méthodes visent à stabiliser les patients tout en les traitant avec des antibiotiques à large spectre basés sur l'hypothèse qu'il existe une cause bactérienne. Pour qu’un patient survive, de telles interventions cliniques doivent être rapides, mais l'état actuel des connaissances signifie que cela doit être fait sans connaissance de l'étiologie microbienne.

Dans des situations cliniques plus difficiles, telles que les soins intensifs, le diagnostic peut être compliqué par une maladie préexistante du patient, ce qui peut le rendre vulnérable à une gamme beaucoup plus large d’agents pathogènes bactériens, viraux et fongiques. De plus, la résistance aux antimicrobiens peut entraver le traitement de la septicémie car les tests actuels ne permettent pas de détecter la résistance suffisamment rapidement.

L'amélioration de la technique dépend de l'amélioration concomitante de la justesse et de la rapidité des tests de diagnostic du sepsis existants, tout en développant la prochaine génération de tests de biomarqueurs et de tests microbiologiques.

Le projet se propose ainsi d’améliorer la traçabilité et l’exactitude des mesures de biomarqueurs (par exemple, protéine C-réactive et procalcitonine) utilisés pour le diagnostic du sepsis. Cela devrait inclure le développement de méthodes validées et de matériaux traçables, ainsi que la définition de plages de référence de biomarqueurs chez les patients présentant un risque de sepsis.

Un cadre métrologique et d'assurance qualité devra être développé pour les méthodes actuelles utilisées pour confirmer l'étiologie microbiologique du sepsis. Cela devrait inclure une évaluation de l'exactitude et de la reproductibilité des méthodes actuelles et la quantification des niveaux cibles de fidélité et de justesse requis pour une prise en charge adaptée des patients.

Les méthodes et les étalons développés permettront aux fabricants de diagnostic in vitro de respecter les exigences de la directive européenne 98/79/CE et du règlement 2017/747 relatives à la traçabilité métrologique des résultats de mesure.

Démonstration de la précision des technologies de diagnostics in vitro pour une utilisation clinique fiable dans les hopitaux.

Faciliter l'adoption de la technologie et de l'infrastructure de mesure développées dans le projet par la chaîne d'approvisionnement des mesures (laboratoires cliniques, hôpitaux), les organismes de normalisation et les utilisateurs finaux.

LGC (Royaume-Uni), METAS (Suisse), MIRS/NIB/FITO (Slovénie), NPL (Royaume-Uni), PTB (Allemagne), Assistance publique – Hôpitaux de Paris (France), Ben-Gurion University of the Negev (Israël), CEA (France), Great Ormond Street Hospital for Children National Health Service Trust (Royaume-Uni), Royal Surrey County Hospital NHS Foundation Trust (Royaume-Uni), Warszawski Uniwersytet Medyczny (Pologne)

Développer une plateforme de caractérisation de la pureté d’étalons primaires qui seront utilisés pour étalonner les méthodes de référence pour différents biomarqueurs. Ces méthodes de références sont utilisées pour produire des matériaux de référence certifiés permettant d’évaluer et d’améliorer la comparabilité des dosages réalisés par les laboratoires de biologie médicale.

La réforme de la biologie médicale de 2013 implique l’utilisation de procédures validées et dont les résultats doivent être raccordés à un étalon national ou international par le biais d’une chaîne ininterrompue de traçabilité métrologique. Contrairement aux autres domaines de la mesure, les résultats des examens de biologie médicale ne sont pas toujours traçables à des références reconnues internationalement (e.g. matériaux de référence certifiés ou méthodes de référence).

Les méthodes de référence permettent de déterminer les valeurs cibles associées aux échantillons de contrôle de qualité envoyés chaque année à l’intégralité des laboratoires de biologie médicale de routine pour évaluer leur performance. En l’absence de valeurs de référence, la valeur cible est une valeur consensuelle correspondant à la moyenne des résultats obtenus par l’ensemble des participants. Ceci conduit donc potentiellement à des erreurs d’interprétation, en particulier dans le cas où la majorité des laboratoires fournirait un résultat éloigné de la valeur vraie. Pour cette raison, le décret du 26 janvier 2016 stipule que les valeurs cibles associées aux échantillons de contrôle utilisés lors des Evaluations Externes de la Qualité (EEQ) doivent être ponctuellement déterminées avec une méthode de référence, lorsqu’elle existe. En lien avec les autorités de santé publique (DGS, ANSM, HAS), les leaders d’opinion et les cliniciens experts des domaines concernés, le LNE a initié depuis 2006 des travaux visant à évaluer et améliorer la fiabilité et la comparabilité des résultats d’analyses de biologie médicale.

Compte tenu du nombre considérable de paramètres mesurés en routine en biologie clinique, il est indispensable de prioriser les biomarqueurs pour lesquels une méthode de référence doit être développée. Les chiffres fournis par la sécurité sociale permettent d’identifier les analyses les plus fréquentes, les plus coûteuses et celles qui sont de plus en plus fréquentes. Afin d’optimiser la pertinence des projets initiés, un accent sera mis sur les biomarqueurs associés aux principales pathologies humaines. La valeur ajoutée d’un apport métrologique (par exemple dans le cas d’un biomarqueur où il existe une importante dispersion inter techniques), les collaborations avec des équipes hospitalo-universitaires et le lien avec les sociétés savantes permettent également de sélectionner et prioriser les biomarqueurs les plus pertinents pour maximiser la diffusion et l’impact des travaux.

La dissémination de la traçabilité apportée par les méthodes de référence d’ordre supérieur est principalement réalisée à travers les Matériaux de Référence Certifiés (MRC). Ce raccordement métrologique, bien que nécessaire, est insuffisant. En effet, pour ne pas rompre la chaine de traçabilité métrologique, il faut impérativement que les matériaux d’étalonnage soient commutables à des échantillons natifs (c'est-à-dire se comportent comme des échantillons de patients) afin de s’assurer qu’ils ne génèrent pas d’effets de matrice à l’origine de biais. De manière similaire, les échantillons de contrôle qualité ayant pour vocation d’évaluer la justesse des méthodes de routine doivent également présenter un niveau de commutabilité suffisant. En effet, la différence observée entre les résultats d’une méthode de référence et d’une méthode de routine pour un échantillon donné correspond à la somme du biais dû à la méthode et du biais engendré par les effets de matrice dus à l’échantillon. Pour évaluer rigoureusement la justesse des méthodes de routine, il faut donc s’assurer que les échantillons de contrôle soient commutables. Pour cette raison, la commutabilité des MRC produits dans ce projet est systématiquement évaluée.

Le projet permet la poursuite du développement d'une plateforme de caractérisation de la pureté d’étalons primaires pour différents biomarqueurs, et pour certains d’entre eux, des méthodes de référence pour leur quantification et pour caractériser des MRC avec les méthodes ainsi développées. Des intercomparaisons nationales ou internationales sont régulièrement organisées pour valider les méthodes de référence développées.

Le développement de méthodes de référence et la production de MRC ne prennent de sens que si celles-ci sont implémentées directement en pratique clinique courante et/ou réellement utilisées pour étalonner les méthodes de routine et/ou évaluer leurs performances, ce qui est également l’objectif de ce projet.

• Fournir aux patients des outils diagnostics plus performants et notamment des nouveaux marqueurs plus pertinents qui permettront d’identifier la pathologie concernée et le traitement le mieux adapté.
• Améliorer la comparabilité des résultats de routine par un raccordement à des références reconnues internationalement.
• Disposer d’outils plus performants pour effectuer le contrôle de qualité des méthodes.
• Identifier la/les méthode(s) de routine ne présentant pas la justesse nécessaire pour permettre un diagnostic et/ou un suivi thérapeutique adéquat.

Abbott, Siemens, Beckman, ADx Neurosciences, AJ Roboscreen, Biomerieux, CDC, CEA Saclay, Children's Hospital Oakland Research Institute, CHU Montpellier, Diasys, Diazyme, ESPCI, EuroImmun, Fujirebio, Groupe de travail IFCC ApoMS, Groupe de travail IFCC CSF Proteins, Groupe de travail IFCC PCT, Hopital de la Pitié Salpetrière, HSA Singapour, IBL, Institut Curie, Leiden University and Medical Center, LipoScience / LabCorp, MSD, NIH, Promise, Quanterix, Quest Diagnostics, Roche, Sun Diagnostics, Thermo Fisher Scientific, Univ Washington, Univ. Uppsala, Univ. Götborg, Univ. of British Columbia, Univ. Pennsylvania, VAP Diagnostics Lab

Développer de nouvelles méthodes de référence et des matériaux de référence certifiés pour l’énumération des différentes sous-classes de lipoprotéines

Les maladies cardio-vasculaires (MCV) représentent la principale cause de mortalité en France comme dans les pays industrialisés. Elles sont essentiellement dues à l’athérosclérose, une pathologie évolutive qui conduit à la formation de plaques qui obstruent les artères. L’athérosclérose est multifactorielle, mais il est bien établi qu’elle est principalement induite par un excès de cholestérol, en particulier le LDL- cholestérol (aussi appelé « mauvais cholestérol).

La quasi-totalité des méthodes et matériaux de référence permettant d’assurer la traçabilité métrologique et la fiabilité des examens relatifs aux anomalies lipidiques portent sur la mesure du cholestérol total et très peu concernent le LDL-cholestérol (une sous-classe de lipoprotéines). Ces méthodes sont pour la plupart basées sur un couplage chromatographie en phase gazeuse/spectrométrie de masse (GC/MS) avec mise en œuvre de la Dilution Isotopique pour assurer la traçabilité métrologique à la mole. Pourtant, les recommandations de bonnes pratiques relatives à la « Prise en charge thérapeutique du patient dyslipidémique » publiées en mars 2005 par l’AFSSAPS indiquent que « le LDL-C est un meilleur indicateur du risque coronaire que le cholestérol total ». Il n’existe néanmoins à l’heure actuelle qu’une méthode de référence pour le dosage du LDL-C, la Beta-Quantification, validée il y a plus de 10 ans par le « Center for Disease Control » (CDC, Atlanta, USA). Cette méthode peut être considérée comme obsolète en raison de son manque de spécificité et de son caractère indirect, la concentration en LDL-C étant obtenue à partir de celle du cholestérol total et de celle d’une autre sous-classe de lipoprotéines, les HDL (High Density Lipoprotein).

Il s’avère donc nécessaire de développer de nouvelles méthodes primaires de référence pour quantifier les LDL (Low Density Lipoprotein), qui constituent les principaux transporteurs du cholestérol dans le sang. Les LDL sont des assemblages supramoléculaires de forme sphérique dont la taille varie entre 7 nm et 50 nm, qui peuvent être considérés comme des nanoparticules biologiques. Plusieurs études cliniques ont montré que la dangerosité de ces particules dépend de leur taille, les plus petites étant associées à un risque plus élevé de développer des maladies cardiovasculaires.

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L’objectif de ce projet a été de développer de nouvelles méthodes de référence et des matériaux de référence certifiés (MRC) pour l’énumération des différentes sous-classes de lipoprotéines. Ces travaux s’inscrivent dans le cadre du projet Européen SIB54 financé dans le cadre de l’EMRP et centré sur l’énumération d’entités biologiques de taille et de natures différentes :

• comptage d’acides nucléiques par PCR (polymerase chain reaction) digitale ;
• énumération de cellules par cytométrie en flux ;
• énumération de particules athérogènes (travaux coordonnés par le LNE).

La principale activité du LNE a consisté à développer une méthode de comptage des lipoprotéines par SMPS (Scanning Mobility Particle Sizer), une méthode habituellement utilisée pour l’analyse de nanoparticules dans le domaine de la surveillance de la qualité de l’air. Une des étapes clés pour le développement d’une telle méthode réside dans la purification des échantillons biologiques.

Le projet a permis de démontrer que le nombre de particules LDL (LDL-P) et le nombre de particules non HDL (non-HDL-P) sont de meilleurs prédicateurs du risque de développer une maladie cardiovasculaire que le LDL-C et une cible complémentaire précieuse pour la thérapie.

En outre, il a été démontré que, pour les lipoprotéines plus petites, le risque de MCV est plus élevé : en plus de la concentration en lipoprotéines, il est donc utile de mesurer la taille des lipoprotéines pour obtenir les données les plus complètes sur le risque de MCV.

Pour répondre au besoin de chaînes de traçabilité dans le domaine des tests avancés de lipoprotéines, des normes appropriées et des méthodes de référence capables de décrire avec précision le profil des lipoprotéines et de fournir de nouvelles informations sur l'évaluation des risques de MCV sont nécessaires. À cette fin, le LNE a mis au point avec succès une plateforme d'analyse de lipoprotéines par ES-DMA (Electrospray-differential mobility analysis) dans le but d'évaluer le potentiel de cette technique à être reconnue comme méthode de référence principale pour le dénombrement absolu des lipoprotéines.

L’organisation d’une inter-comparaison sur les différentes techniques de dénombrement des lipoprotéines a permis de bâtir un réseau de laboratoires experts en analyse de lipoprotéines qui ont émis le souhait que le LNE continue à coordonner les activités relatives à la standardisation des mesures de lipoprotéines à l’échelle mondiale.

Par ailleurs, la méthode de dénombrement de lipoprotéines par SMPS développée au LNE a été validée mi-2016. Néanmoins, la caractérisation de cette méthode développée a montré que celle-ci souffre d’un certain nombre de limitations compromettant sa reconnaissance comme méthode de référence primaire. Malgré cela, cette méthode apporte des informations supplémentaires par rapport aux autres méthodes existantes et pourrait être utilisée avec succès dans un contexte clinique (analyse de cohortes) plutôt que métrologique (établissement de chaines de traçabilité).

Le projet a ensuite consisté à évaluer la comparabilité des dosages par ES-DMA et par d’autres techniques d’analyses avancées de lipoprotéines permettant de déterminer la concentration en nombre de lipoprotéines (RMN, LC/MS/MS, immuno-néphélométrie, etc…). Certaines méthodes ont été appliquées avec succès à l’analyse de cohortes de patients dans le cadre d’essais cliniques (notamment la RMN et l’ES-DMA) mais les résultats obtenus sont parfois discordants. Cette situation est non seulement due au fait que ces différentes méthodes reposent sur des principes physiques différents et ciblent des mesurandes différents.

Aussi, il est apparu nécessaire de comparer les résultats de ces différentes méthodes. Avec le soutien des leaders d’opinion du domaine, les partenaires industriels (Quest Diagnostics, Quantimetrix, Atherotech, LabCorp, LipoScience, Pacific Biometrics) et certains laboratoires académiques (NIH, CDC, Univ Washington, Univ Leiden, CHORI), l’organisation d’une intercomparaison internationale a permis de bâtir un réseau de laboratoires experts en analyse de lipoprotéines. Les résultats ont confirmé que la comparabilité des différentes méthodes de dosage du non-HDL-P était perfectible (CV inter-techniques d’environ 12%).

Ces travaux ont donné lieu à la création d’un nouveau groupe de travail de l’IFCC sur la standardisation des apolipoproteines. Enfin, une collaboration avec l’hôpital de la Pitié Salpetrière et l’Institut Hospitalo-Universitaire cardiométabolique ICAN a eu lieu, pour déterminer si les techniques d’analyse avancée de lipoprotéines permettent de personnaliser le traitement en fonction du profil lipoprotéique des patients et ce d’une manière plus fine que les biomarqueurs conventionnels. Les résultats ont montré que l’analyse avancée de lipoprotéines permet de mieux stratifier les patients.

- Proposition d’une nouvelle méthode primaire permettant d’évaluer plus finement le risque de développer des maladies cardio-vasculaires

- Fiabilisation du diagnostic

Comparability of lipoprotein particle number concentrations across ES-DMA, NMR, LC-MS/MS, immunonephelometry and VAP: In search of a candidate reference measurement procedure for apoB and non-HDL-P standardization. Delatour V, Clouet-Foraison N, Gaie-Levrel F, Marcovina S, Hoofnagle AN, Kuklenyik Z, Caulfield MJ, Otvos JD, Krauss RM, Kulkarni KR, Muniz N, Contois JH, Remaley AT, Vesper HW, Cobbaert CM and Gillery P Clin Chem, 2018;64(10):1485-1495. doi: 10.1373/clinchem.2018.288746

Apolipoprotein B measurement: Need for standardization Contois JH, Delatour V J Clin Lipidol 2018;12(2):264-265 doi.org/10.1016/j.jacl.2018.02.017

Establishing SI-Traceability of Nanoparticle Enumeration Techniques: A Case Study on Electrospray Differential Mobility Analysis Clouet-Foraison N, Gaie-Levrel F, Gillery P, Delatour V.J Anal Bioanal Tech 2017, 8:4 doi: 10.4172/2155-9872.1000370

Advanced lipoprotein testing for cardiovascular diseases risk assessment: a review of the novel approaches in lipoprotein profiling. Clouet-Foraison N, Gaie-Levrel F, Gillery P, Delatour V. Clin Chem Lab Med. 2017;55(10):1453-1464. doi: 10.1515/cclm-2017-0091.

Absolute Quantification of Bionanoparticles by Electrospray Differential Mobility Analysis: An Application to Lipoprotein Particle Concentration Measurements. Clouet-Foraison N, Gaie-Levrel F, Coquelin L, Ebrard G, Gillery P, Delatour V. Anal Chem. 2017;89(4):2242-2249. doi: 10.1021/acs.analchem.6b02909

Mai 2019 : Congrès IFCC, Barcelone (Espagne): Standardization of advanced lipoprotein testing: the BioSITrace project

Juillet 2018 : Congrès AACC, Chicago (USA) : BioSITrace crossplatform comparison of lipoprotein enumeration methods : towards standardization in advanced lipoprotein testing?

Mai 2019 : Congrès IFCC, Barcelone (Espagne): Standardization of advanced lipoprotein testing: the BioSITrace project

Avril 2017 : Spring Symposium of the Korean Society for Clinical Laboratory; Daejeon, Corée du Sud Laboratory test standardization in clinical chemistry

Aout 2016 Congrès AACC, International Lipoprotein Standardization Forum, Philadelphie (USA). BioSITrace crossplatform comparison of lipoprotein enumeration methods : towards standardization in advanced lipoprotein testing?

Décembre 2015  JCTLM stakeholders meeting, Sevres: Traceable lipoprotein counting for CVD risk assessment

Annual meeting of American Association for Clinical Chemistry, “Development of new reference methods and standards for advanced lipoprotein testing : is measurement traceability achievable?”, V. Delatour, Houston, Etats-Unis, Juillet 2013

LGC (GB), PTB (DE), INRIM (IT), NIB (SL), TÜBITAK (Turq.) LipoScience, Quest Diagnostics, TSI, Maine Standards

Développer des méthodes de référence pour certains des principaux biomarqueurs analysés en biologie clinique.

Assigner des valeurs de référence aux échantillons utilisés dans le cadre d’évaluations externes de qualité afin d’évaluer la justesse des méthodes de routine.

Caractériser des matériaux de référence certifiés et évaluer leur commutabilité (capacité à se comporter comme des échantillons de patients).

La fiabilité des analyses médicales représente un enjeu majeur de santé publique pour disposer d’un diagnostic fiable et adapter les traitements entrepris. Les LBM avaient l’obligation d’entrer dans la démarche accréditation d’ici le 31 octobre 2013 et devront avoir 50% de leurs activités accréditées d’ici 2016 et 100% en 2020. Ce référentiel implique l’utilisation de procédures validées et dont les résultats doivent être raccordés à un étalon national ou international par le biais d’une chaîne ininterrompue de traçabilité métrologique.

Les résultats des analyses de biologie médicale ne sont pas toujours traçables à des références reconnues internationalement (comme par exemple des matériaux de référence certifiés ou des méthodes de référence) et les incertitudes de mesure ne sont pas systématiquement évaluées. Cette situation est en contradiction avec la norme ISO EN 15189 mais aussi avec d’autres référentiels internationaux qui exigent que les valeurs associées aux matériaux d’étalonnage et de contrôle de la qualité soient traçables aux méthodes de référence et aux matériaux de référence certifiés disponibles comme le demande la directive 98/79/CE de l’UE relative aux dispositifs médicaux de diagnostic in vitro.

Il est donc nécessaire de disposer de méthodes de référence pour le dosage des principaux biomarqueurs utilisés en biologie médicale. Partant du constat qu’il n’existe qu’un nombre très limité de méthodes de référence à l’échelle nationale, la Direction Générale de la Santé (DGS) a encouragé le RNMF à combler ce manque important. Cette dernière a estimé « prioritaire la mise au point d’analyses de référence, couvrant pour l’instant le champ des analyses courantes pratiquées dans les laboratoires de biologie médicale, proposant pour un paramètre donné la technique de référence, permettant ensuite de définir, en accord avec les experts médicaux de la discipline, les valeurs normales ».

La dissémination de la traçabilité apportée par les méthodes de référence d’ordre supérieure est principalement réalisée à travers les Matériaux de Référence Certifiés. Ce raccordement métrologique, bien que nécessaire, est insuffisant : pour ne pas rompre la chaine de traçabilité métrologique, il faut impérativement que les matériaux d’étalonnage soient commutables à des échantillons natifs afin de s’assurer qu’ils ne génèrent pas d’effets de matrice à l’origine de biais. De manière similaire, les échantillons de contrôle qualité ayant pour vocation d’évaluer la justesse des méthodes de routine doivent également présenter un niveau de commutabilité suffisant.

Les méthodes de référence envisagées pour les différents biomarqueurs considérés sont des combinaisons de différentes techniques : la chromatographie en phase gaz (GC), la chromatographie en phase liquide (LC), la dilution isotopique (DI), la spectrométrie de masse (MS) et la Spectrométrie à plasma à couplage inductif (ICP). Les couplages considérés sont : DI-GC/MS, DI-LC/MS, LC/MS, DI-LC-ICP/MS.

Des MRC ont été produits pour certains de ces paramètres (HbA1c) mais aussi d’autres biomarqueurs d’intérêt (glucose, créatinine, cholestérol total, triglycérides, cholestérol-HDL, cholestérol-LDL, hepcidine). Les approches statistiques pour l'évaluation de la commutabilité développée en lien direct avec le groupe de travail de l’IFCC ont été appliquées à la caractérisation de ces MRC mais aussi à d’autres échantillons de contrôle ayant été utilisés pour évaluer la justesse des méthodes de dosage utilisées dans les laboratoires de biologie médicale (Cystatine C).

Certains des MRC développés ont été utilisés dans le cadre du contrôle national de qualité obligatoire de 2016 auquel ont été tenus de participer l’ensemble des laboratoires de biologie médicale. Pour la première fois, le contrôle national de qualité des examens de biochimie générale a reposé sur des matériaux de référence certifiés commutables dont les valeurs cibles ont été déterminées au LNE avec des méthodes de références internationalement validées. Cette opération de contrôle a permis d’établir pour la première fois en France un état des lieux représentatif de la fiabilité de certains des examens de biologie médicale les plus prescrits en France. Les résultats publiés fin 2018 montrent que pour certains paramètres, certaines méthodes présentent des biais excédant les limites acceptables. Cette étude suggère également que les outils de contrôle de qualité actuels ne sont pas suffisants pour détecter ces défauts de performance et que l’utilisation de MRC commutables apporte une réelle valeur ajoutée dans le contrôle post-marquage CE des kits de dosage commercialisés par les industriels du diagnostic in vitro.

Les MRC commutables constituent un outil très puissant pour permettre aux industriels du diagnostic d’améliorer la qualité de leurs méthodes.

Ils permettent également aux fabricants d’échantillons de contrôle de qualité de choisir et d’optimiser les procédés de fabrication conduisant à l’obtention d’échantillons de meilleure qualité.

High polarity analytes in biological matrix: determination of urea and uric acid in human serum (CCQM-K109). Liu Q, Liu H, Chen Y, Yong S, Teo HL, WongL, Teo TL, Vamathevan V, do Rego E, Wollinger W, Fernandes J, Monteiro T, Garrido B, Violante F, Shi LH, He HH, Quan C, Xu B, Li HM, Dai XH, He YJ, Lo MF, Yip YC, Cabillic J, Delatour V, Ohlendorf R, Henrion A, Kawaguchi M, Kang D, Lee H, Arce Osuna M, Serrano V, Marcela Salazar Arzate C, Krylov A, Lopushanskaya E, Nammoonnoy J, Ceyhan Gören A, Gündüz S, Yilmaz H, Mussell C, Warren J, Pritchett J, Lippa K, Nelson M, Toman B, T Sniegoski L and Duewer D. Metrologia 2019; 56:08006 doi.org/10.1088/0026-1394/56/1A/08006

Letter to the Editor regarding "Achieving comparability with IFCC reference method for the measurement of hemoglobin A1c by use of an improved isotope-dilution mass spectrometry method" Clouet-Foraison N, Gillery P, Delatour V. Anal Bioanal Chem. 2017;409(24):5789- 5790. doi: 10.1007/s00216-017-0513-5

Trueness assessment of glycated hemoglobin HbA1c routine assays: are lyophilized EQA materials up to the job? V Delatour, N Clouet-Foraison, S Jaisson, P Kaiser and P Gillery. Soumis à Clin Chem Lab Med

IFCC Working Group Recommendations for Assessing Commutability Part 1: General Experimental Design. Miller WG, Schimmel H, Rej R, Greenberg N, Ceriotti F, Burns C, Budd JR, Weykamp C, Delatour V, Nilsson G, MacKenzie F, Panteghini M, Keller T, Camara JE, Zegers I, Vesper HW. Clin Chem. 2018;64(3):447-454. doi: 10.1373/clinchem.2017.277525

IFCC Working Group Recommendations for Assessing Commutability Part 2: Using the Difference in Bias between a Reference Material and Clinical Samples. Nilsson G, Budd JR, Greenberg N, Delatour V, Rej R, Panteghini M, Ceriotti F, Schimmel H, Weykamp C, Keller T, Camara JE, Burns C, Vesper HW, MacKenzie F, Miller WG. Clin Chem. 2018;64(3):455-464. doi: 10.1373/clinchem.2017.277541

IFCC Working Group Recommendations for Assessing Commutability Part 3: Using the Calibration Effectiveness of a Material. Budd JR, Weykamp C, Rej R, MacKenzie F, Ceriotti F, Greenberg N, Camara JE, Schimmel H, Vesper HW, Keller T, Delatour V, Panteghini M, Burns C, Miller WG. Clin Chem. 2018;64(3):465-474. doi: 10.1373/clinchem.2017.277558

Commutability Assessment of External Quality Assessment Materials with the Difference in Bias Approach: Are Acceptance Criteria Based on Medical Requirements too Strict? Delatour V, Liu Q, Vesper HW. Clin Chem. 2016;62(12):1670-1671 doi: 10.1373/clinchem.2016.261008

Reference methods and commutable reference materials for clinical measurements. Delatour V, Martos G, Peignaux M, Lalere B, Vaslin-Reimann S. Proceedings of the International School of Physics Enrico Fermi 2017;196:1-8 doi 10.3254/978-1-61499-818-1-1

Reference measurement systems for biomarkers: towards biometrology. Delatour V, Martos G, Cabillic J, Peignaux M, C Perrot, C Fallot, Lalere B, Vaslin-Reimann S. Proceedings of the International School of Physics "Enrico Fermi" 2017;196:9-27 doi 10.3254/978-1-61499-818-1-9

Apport de la métrologie avancée à l’évaluation et à l’amélioration de la fiabilité des examens de biologie médicale. Delatour V. Annales des Mines - Réalités industrielles, 2017;2(1):19-23

Développement d’une méthode primaire pour la détermination du fer total dans du sérum. Palos M, del Castillo ME, Hattchouel JM, Pannier F, Fisicaro P, Vaslin-Reimann S. Revue Française de Métrologie 2015; 40(4):41-50); doi : 10.1051/rfm/2015015

Comparison of potential higher order reference methods for total haemoglobin quantification-an interlaboratory study. Frank C, Brauckmann C, Palos M, Arsene CG, Neukammer J, Del Castillo Busto ME, Zakel S, Swart C, Güttler B, Stosch R. Anal Bioanal Chem. 2017;409(9):2341-2351. doi: 10.1007/s00216-016-0176-7

Détermination de l’hémoglobine totale par dilution isotopique ICPMS afin d’assurer la traçabilité métrologique en biochimie clinique. Palos M, del Castillo ME, Pannier F, Swart C, Brauckman C, Fisicaro P. 17th International Congress of Metrology doi: 10.1051/metrology/201509005

Final report for CCQM-K107: total elements and selenomethionine in human serum. Goenaga Infante H et al. 2016 Metrologia 53 08008. doi : https://doi.org/10.1088/0026-1394/53/1A/08008

Provisional standardization of hepcidin assays: creating a traceability chain with a primary reference material, candidate reference method and a commutable secondary reference material. Diepeveen LE, Laarakkers CMM, Martos G, Pawlak ME, Uğuz FF, Verberne KESA, van Swelm RPL, Klaver S, de Haan AFJ, Pitts KR, Bansal SS, Abbas IM, Fillet M, Lefebvre T, Geurts-Moespot AJ, Girelli D, Castagna A, Herkert M, Itkonen O, Olbina G, Tomosugi N, Westerman ME, Delatour V, Weykamp CW, Swinkels DW. Clin Chem Lab Med, 2018 doi: 10.1515/cclm-2018-0783.

Impurity determination for hepcidin by liquid chromatography-high resolution and ion mobility mass spectrometry for the value assignment of candidate primary calibrators. Bros P, Josephs RD, Stoppacher N, Cazals G, Lehmann S, Hirtz C, Wielgosz RI, Delatour V. Anal Bioanal Chem. 2017;409(10):2559-2567. doi: 10.1007/s00216-017-0202-4

Quantification of hepcidin-25 in human cerebrospinal fluid using LC-MS/MS. Delaby C, Bros P, Vialaret J, Moulinier A, Delatour V, Gabelle A, Lehmann S, Hirtz C. Bioanalysis. 2017;9(4):337- 347. doi: 10.4155/bio-2016-0240

Multicenter Evaluation of Cystatin C Measurement after Assay Standardization. Bargnoux AS, Piéroni L, Cristol JP, Kuster N, Delanaye P, Carlier MC, Fellahi S, Boutten A, Lombard C, González-Antuña A, Cavalier E; Delatour V. Clin Chem. 2017;63(4):833-841. doi: 10.1373/clinchem.2016.264325

Reference Method and Reference Material Are Necessary Tools to Reveal the Variability of Cystatin C Assay. Bargnoux AS, Kuster N, Delatour V, Delanaye P, González-Antuña A, Cristol JP, Piéroni L, Cavalier E. Arch Pathol Lab Med. 2016;140(2):117-8. doi: 10.5858/arpa.2015- 0198-LE

Mai 2019 : Congrès IFCC, Barcelone (Espagne): Standardization of advanced lipoprotein testing: the BioSITrace project

Février 2019 : LabQuality Days, Helsinki (Finlande) - Quality Control Reinvented? Commutable Certified Reference Materials for Next Generation Accuracy-based EQA Schemes

Avril 2018 : Congrès de la société Suédoise de Biologie Clinique, Uppsala, Suède Importance of commutability in EQA schemes

Juin 2017 : Congrès IFCC, Athènes, Grèce : The importance of reference methods and commutability

Avril 2017 : Spring Symposium of the Korean Society for Clinical Laboratory; Daejeon, Corée du Sud Laboratory test standardization in clinical chemistry

Mars 2017 : Séminaire LABAC, Paris : EQAS relying on commutable CRMs

Juillet 2016 : Séminaire CEA, Saclay (France) : Valeur ajoutée de la métrologie pour le contrôle de qualité des analyses de biologie médicale

Juin 2016 : International School of Physics "Enrico Fermi", Varenna (Italie) Reference methods and commutable reference materials for clinical measurements Reference measurement systems for biomarkers : towards biometrology

Février 2016 : Colloque LABAC, Paris: Importance de la commutabilité et des valeurs cibles associées aux échantillons de contrôle de qualité en biologie médicale

Octobre 2015 : International Symposium on Biological and Environmental Reference Materials, Washington (USA) A commutability study coupled with a multicentric analysis of accuracy of glucose, creatinine, total cholesterol, total glycerides, LDL-C and HDL-C assays.

Septembre 2015 : Congrès international de métrologie. Détermination de l’hémoglobine totale par dilution isotopique ICP-MS afin d’assurer la traçabilité métrologique en biochimie clinique Marie Palos

Industriels commercialisant des kits de dosage : Beckman Coulter, Roche, Siemens, Abbott, BioRad, Menarini, Tosoh, Alere, Trinity Biotech, Sebia.

CHU de Reims, Université de Radboud (Pays-Bas).

En médecine nucléaire, la radiothérapie interne sélective est une technique qui consiste à délivrer une dose élevée à la tumeur tout en préservant les tissus sains. L’activité du radiopharmaceutique administrée au patient est déterminée avant injection à partir d’une mesure réalisée à l’aide d’un activimètre. Cette pratique ne prend pas en compte l’activité et la distribution réelles du radionucléide dans l’organe traité, conduisant à de fortes variabilités au niveau de la dose individuelle absorbée. Une réponse à ce problème est le développement d’une dosimétrie personnalisée sur la base de l’imagerie quantitative tomographique TEP (tomographie par émission de positons) ou TEMP (tomographie par émission mono-photonique). Toutefois il n’existe pas de traçabilité métrologique pour l’activité estimée par ces méthodes.

L’étude a pour objectif de contribuer à l’établissement de cette traçabilité. Il s’agit de développer des étalons de dose absorbée et d’activité sous forme de volumes de résine dont les formes et les dimensions (de quelques cm³ à quelques dizaines de cm³) seront à préciser. Leur activité massique sera de l’ordre de quelques MBq/g. Le radionucléide utilisé dans le cadre de l’étude sera le ⁹⁰Y (période radioactive de 2,7 jours), si besoin en présence du radionucléide père, le ⁹⁰Sr (période radioactive de 29 ans), pour prolonger leur durée d’utilisation. L’incertitude-type visée ne doit pas dépasser 1,5 %. Elle devrait permettre de fournir aux physiciens médicaux un outil de validation précis pour les calculs de dose par imagerie quantitative, proche du niveau requis en radiothérapie externe.

Pour cela, il faudra développer et mettre en œuvre  des méthodes de mesure pour la caractérisation dosimétrique de volumes de solutions radioactives et de résines, indépendamment de la connaissance de leur activité massique. Les grandeurs dosimétriques envisagées sont la dose absorbée en « milieu infini », la dose moyenne absorbée dans le volume radioactif, la dose absorbée au centre du volume radioactif. Les méthodes utilisées feront appel à des mesures au sein de la solution radioactive par dosimétrie de Fricke et à des mesures effectuées à l’extérieur avec une chambre d’ionisation. L’obtention de ces grandeurs dosimétriques nécessitera d’effectuer des calculs Monte-Carlo. L’utilisation des codes pour ces applications sera validée via des mesures effectuées pour des solutions d’activité connue. La méthode de mesure externe sera mise en œuvre  pour la caractérisation dosimétrique de résines chargées en ⁹⁰Y. Les résultats seront comparés à ceux obtenus à partir de l’activité pour des solutions d’activité mesurée avant mélange dans la résine.

A terme, l’application de la méthodologie développée sera étendue à d’autres radionucléides utilisés en imagerie quantitative (¹⁷⁷Lu, ⁶⁸Ga, etc.).

• Réponse apportée au souhait émis par le Comité Consultatif Rayonnements Ionisants du CIPM (CCRI 2019) d’une implication plus forte de ses membres dans le développement de références pour le domaine de la médecine nucléaire, estimant que la marge de progrès possible est encore importante.
• Renforcement des liens du LNE-LNHB avec la communauté de la radiothérapie interne.
• Mise en œuvre  d’une nouvelle référence métrologique pour contribuer à l’établissement d’une traçabilité métrologique du calcul de la dose absorbée associée à l’activité administrée aux patients en radiothérapie interne sélective.
• Réponse aux besoins spécifiques résultant du développement du calcul de dose personnalisé pour le traitement par radio-embolisation des métastases hépatiques du cancer colorectal au moyen des microsphères de ⁹⁰Y SIR-Spheres, pour lequel le remboursement a été accepté en 2017 par le Ministère français des Affaires sociales et de la Santé.
• Application de la méthodologie développée à d’autres radionucléides utilisés en imagerie quantitative (¹⁷⁷Lu, ⁶⁸Ga, etc.), selon les résultats obtenus lors de ce projet.

En fonction de l’avancement du projet, un partenariat avec des services de médecine nucléaire pourrait être mis en place, notamment au travers du club utilisateurs mis en place en 2020 avec la SFPM.

La curiethérapie électronique est une technique de traitement du cancer utilisant des rayons X de faible énergie (≤ 50 keV) générés par des tubes à rayons X miniaturisés et placés au contact des tissus à irradier. La miniaturisation des générateurs à rayons X a conduit au développement de nouveaux systèmes de traitement. Au-delà du bénéfice médical, les avantages potentiels de la curiethérapie électronique sont une diminution drastique de l'inconfort du patient et un moindre coût de traitement.

Le développement de cette nouvelle technique de traitement et son utilisation sûre en clinique nécessitent une caractérisation dosimétrique précise des systèmes de curiethérapie électronique, en accord avec les exigences spécifiques au domaine médical. Les travaux déjà menés par certains laboratoires de métrologie européens, dont le LNE-LNHB, ont montré que la dose prescrite, calculée par les algorithmes fournis par les fabricants, peut être très différente de la dose réellement délivrée par l’appareil.

Il est donc nécessaire de mettre en place des références métrologiques adaptées ainsi que des méthodes dosimétriques et protocoles harmonisés permettant l’étalonnage adéquat des faisceaux des utilisateurs de systèmes de curiethérapie électronique. Des mesures précises des distributions en 3D des doses délivrées par ces appareils permettront aux fabricants d’ajuster leurs algorithmes de calcul et d’assurer une bonne cohérence de la dose prescrite avec la dose délivrée.

Ces travaux seront menés dans le cadre du projet européen 18NRM02 PRISM-eBT, financé par la Commission,  qui regroupe plusieurs laboratoires de métrologie. Les résultats vont permettre une approche cohérente à l’échelle de l’Europe pour la traçabilité métrologique des traitements et renforceront le positionnement de la métrologie européenne à échelle mondiale.

Les nouveaux services d’étalonnage qui seront mis en place à la suite de ce projet seront d’une importance majeure pour la communauté des physiciens médicaux, qui disposeront de méthodes robustes et rigoureusement traçables aux références métrologiques pour la dosimétrie des systèmes de curiethérapie électronique.

Pour la communauté des industriels, les méthodes nouvelles et plus précises pour la mesure des distributions de dose en 3D permettront aux fabricants des systèmes de curiethérapie électronique d’améliorer leurs propres algorithmes de calcul et ainsi de garantir une meilleure exactitude de la dose délivrée lors des traitements. Cette meilleure maîtrise aura comme résultat une confiance accrue de la part des physiciens médicaux, des oncologues et des autorités de santé conduisant à une utilisation plus importante de cette technique de traitement.

Les résultats de ce projet permettront aux autres laboratoires de métrologie européens de disposer, à moindre coût, des qualités de faisceaux équivalentes aux systèmes de curiethérapie électronique et de mettre en place les nouveaux services d’étalonnage associés. La dissémination des références de curiethérapie électronique à l’échelle de l’Europe facilitera les comparaisons inter-laboratoires et contribuera à accroître la compétitivité de la métrologie européenne au niveau mondial.

Les procédures mises en place pour le transfert des références aux utilisateurs seront notamment décrites dans un guide de bonnes pratiques et disséminées à travers des groupes de travail actifs dans le domaine, ainsi qu’au niveau de l’AIEA (Agence internationale de l’énergie atomique).

Site internet du projet : http://www.ebt-empir.eu/

Les travaux décrits dans ce projet seront réalisés dans le cadre du projet européen de métrologie PRISM-eBT, en partenariat avec cinq autres laboratoires de métrologie (PTB, CMI, ENEA, NPL, VSL), un partenaire académique (Aarhus Universitet, Autriche) et deux partenaires cliniques (Maastro Clinic, Pays-Bas, Hôpital St. Louis Paris).

Développer une procédure générale pour déterminer la pureté des composés organiques étalons.

Comme toute substance chimique, ces étalons de haute pureté s’accompagnent immanquablement de la présence d’impuretés provenant soit du procédé de production (catalyseur, produit secondaire), soit de phénomènes de dégradation ou de contaminations diverses. Ces impuretés et leurs teneurs vont avoir un impact direct sur la quantification et donc sur la justesse des résultats de mesure qui en seront déduits. Il s’avère donc primordial que les LNM soient capables de déterminer la pureté des étalons qu’ils utilisent. C’est pourquoi le LNE s’est attaché à se munir d’une procédure générale pour déterminer la pureté de substances chimiques.

Deux approches peuvent être mises en œuvre : une approche indirecte, appelée « mass balance », consistant à déterminer la pureté d’un composé en quantifiant les différentes impuretés présentes, et une approche directe, basée sur une analyse par comparaison à un étalon de pureté certifiée (calorimétrie différentielle, DSC, ou résonnance magnétique nucléaire, RMN).

Dans le premier cas, il est nécessaire d‘être capable de détecter et de quantifier l’ensemble des impuretés qui accompagnent le composé d’intérêt : l’eau, d’autres molécules organiques (COV, molécules issues de la synthèse par exemple…) et enfin des substances inorganiques (métaux, …). La pureté du composé est alors obtenue par la soustraction de la fraction massique de l’ensemble de ces impuretés à la fraction massique du composé considéré idéalement comme absolument pur. Pour mesurer ces impuretés, le LNE a travaillé sur la mise au point d’une large gamme de protocoles, adaptés aux types de matrice considérés (liquide ou solide), ainsi qu’aux différents outils analytiques qu’il est nécessaire de mettre en œuvre de façon complémentaire. Les impuretés étudiées sont :

• la teneur en eau ;
• les impuretés organiques non volatiles ;
• les COV ;
• les impuretés inorganiques.

Pour assurer la traçabilité de ses mesures, le LNE a développé une procédure générale pour déterminer la pureté des étalons commerciaux qu’il utilise et pour lesquels la traçabilité au SI n’est pas établie lorsque ceux-ci ne sont pas des matériaux de référence certifié par d’autres LNM.

Les différentes approches peuvent être résumées comme selon la figure 1 :

Image

Pour déterminer la pureté de ces étalons, l’approche suivie au LNE est l’approche indirecte dite « mass balance » pour laquelle :

• les impuretés organiques sont déterminées par chromatographie et notamment par GC-FID, GC-MS, ou l’HPLC-UV/Vis, UPLC-MS/MS par méthode d’étalonnage externe,
• l’eau est déterminée par titration de Karl Fischer,
• les solvants résiduels ou COV sont déterminés par HS-GC-FID ou GC-FID par injection directe,
• et les impuretés inorganiques sont déterminées par ICP-MS.

Dans le cas du Karl-Fischer et des composés liquides par exemple, deux facteurs contribuent à l’incertitude de mesure : la détermination de la quantité d’eau elle-même (m_Vmes), ainsi que celle de la masse d’échantillon prélevée (m_H2O). Leur contribution à l’incertitude de mesure totale u_C va dépendre directement de la teneur en eau présente dans le matériau analysé, comme illustré par les graphes ci-dessous.

Image

Il a par ailleurs été constaté que l’incertitude des mesures diminue lorsque la prise d’essai augmente, et ce quelle que soit la teneur en eau dans le matériau de référence considéré. Il est ainsi possible de définir une zone de travail pour laquelle l’incertitude des mesures peut être minimisée.

Bien que la mise en œuvre de tous ces outils (GC-FID, GCMS, l’HPLC-UV/Vis, UPLC-MS/MS, Karl Fischer, HS-GC-FID, GC-FID, ICP-MS) soit très consommatrice de temps et souvent d’échantillons, cette approche est encore, à ce jour, celle recommandée par le CCQM.

En parallèle, le LNE dispose également d’un protocole pour déterminer la pureté de ses étalons par RMN-q, développé en collaboration avec l’université d’Orsay.

Afin de valider les méthodes développées, le LNE participe régulièrement aux essais d’inter-comparaison de détermination de pureté de composés organiques, proposés depuis 2007 par le Bureau International des Poids et Mesures (BIPM). Le LNE, par exemple, a ainsi déterminé la pureté de « molécules modèles », comme l’aldrine, insecticide de faible polarité et poids moléculaire moyen, la valine, un acide aminé de forte polarité et de faible poids moléculaire ou encore l’hormone 17-β-estradiol (polarité et poids moléculaire faibles). En participant à ces campagnes, le laboratoire peut démontrer qu’il est capable de déterminer le plus précisément possible, et avec une faible incertitude associée, la pureté d’un composé cible donné, ce qui lui permet par la suite de faire reconnaître ses compétences à d’autres molécules présentant des propriétés voisines.

- Dépôt de CMC (meilleures possibilités d’étalonnages et de mesurages) auprès du BIPM

- Production de nouveaux Matériaux de Référence Certifiés (MRC)

"Final report on key comparison CCQM-K55.b (aldrin): An international comparison of mass fraction purity assignment of aldrin", S. Westwood et al., Metrologia, 49, 1A, 2012, 128–143, DOI: 10.1088/0026-1394/49/1A/08014.

I.C.M.M.O. (UMR 8182, Université Paris-Sud)

À la demande des fabricants de dosimètres et des utilisateurs, le LNE-LNHB propose de développer une référence métrologique pour la dosimétrie des rayonnements de haute énergie en radioprotection des travailleurs (6 à 7 MeV) sur l’accélérateur linéaire Varian Truebeam du LNE-LNHB de la plateforme DOSEO. L’établissement de cette référence fait appel aux techniques de mesure classiques en métrologie des photons de haute énergie (chambre d’ionisation à cavité ouverte) pour mesurer la grandeur primaire : le kerma dans l’air. C’est à partir de cette grandeur que sont calculées les grandeurs de radioprotection (équivalents de dose) au moyen de coefficients de conversion. Ces derniers seront déterminés au moyen de calculs de transport du rayonnement fondés sur la méthode Monte-Carlo.

Image

La première étape du projet a consisté en la modélisation du cône égalisateur qui était utilisé sur l’installation DELPHES afin de pouvoir calculer les faisceaux de rayonnements obtenus lorsque ce dernier est fixé sur le TrueBeam, et notamment la distribution spectrale de la fluence selon l’angle d’incidence des photons sur l’axe du faisceau et en dehors de l’axe. En conclusion de la partie théorique de l’étude, les résultats obtenus sont similaires en termes d’énergie moyenne et de coefficients de conversion avec ceux obtenus sur l’installation DELPHES.

Ensuite, un ensemble de réalisations mécaniques préparatoires ont été menées afin de permettre l’installation de l’ensemble « cible-cône égalisateur » sur l'accélérateur TrueBeam. Puis plusieurs campagnes de mesures ont été menées au cours de ce projet. Il s’agissait dans un premier temps de caractériser la chambre d’ionisation et le faisceau. Une fois cela effectué, la mesure de la référence a pu être réalisée.

Le laboratoire a ensuite définit les étapes nécessaires à la réalisation de la référence nationale et au transfert de cette dernière à un utilisateur final. Les procédures de mesure primaire (établissement de la référence nationale), de transfert de la référence à un utilisateur final et de réalisation d’une comparaison international ont été rédigées et testées. Le bilan d’incertitude obtenu pour l’étalonnage d’un dosimètre de transfert est bien inférieur à celui proposé par nos homologues, la raison en est que notre référence est directement adossée à une mesure primaire ce qui n’est pas le cas de nos homologues qui doivent passer par une mesure de transfert « secondaire ».

L’ensemble du travail prévu a été réalisé. Cependant, l’installation du système de cible-filtre égalisateur n’est pas satisfaisante au regard du profil de faisceau mesuré qui est trop irrégulier ; une étude Monte Carlo est à prévoir pour préciser l’origine de la forme du profil et permettre de le corriger. La chambre d’ionisation SP004 ayant été endommagée lors d’expérimentation précédente, une requalification de son volume interne de collecte sera nécessaire. Une fois c’est deux dernières étapes terminées, la comparaison avec nos homologues pourra être organisée et les prestations pourront être reprises.

Avec l’arrêt de l’installation Delphes en octobre 2018, le rayonnement de référence concernant les énergies de 6 à 7 MeV pour la radioprotection n’est plus produit en France. L’établissement d’une telle référence sur le LINAC TrueBeam, objet de ce projet, permettra de conserver les possibilités existantes d’étalonnage des dosimètres et débitmètres de radioprotection par le LNE-LNHB (de 8 keV à environ 7 MeV).

La dissémination des références au niveau international, dans le plus grand nombre possible de pays, est un facteur essentiel permettant la comparaison des résultats. Ce n’est pas le cas aujourd’hui avec les procédés de production de faisceau de photons de haute énergie qui sont « lourds » et coûteux.  La mise au point par le LNE-LNHB de champs de rayonnements produits sur un LINAC et leur future intégration dans les spécifications des normes ISO participera à la reconnaissance internationale des travaux du laboratoire dans un contexte concurrentiel.

La France disposera de champs de rayonnements couvrant le domaine des photons de haute énergie et caractérisés en termes dosimétriques pour l’étude (avec les industriels) de nouveaux dosimètres pour la radioprotection des travailleurs et pour l’étalonnage de ces dosimètres (pour les industriels et les exploitants).

Dans le cas d’un champ de rayonnement à énergie continue (spectre de tube à rayons X), la méthode classiquement utilisée pour caractériser le faisceau correspond à la détermination expérimentale de la valeur de la couche de demi-atténuation (CDA) au moyen de différents jeux de filtres additionnels. Malheureusement, cet indicateur associé à la haute tension du générateur est limité en matière de précision. Il n’est pas suffisant pour définir de manière univoque toutes les caractéristiques du faisceau. En effet, à une valeur de CDA et/ou d’énergie moyenne mesurée peuvent correspondre plusieurs faisceaux. De ce fait et pour lever toute ambiguïté, il s’est avéré important de pouvoir disposer d’une technique complémentaire, robuste et précise pour caractériser ces faisceaux.

C’est ainsi que le LNE-LNHB s’est orienté depuis 2010 vers la caractérisation de ses faisceaux à l’aide de bancs de mesure utilisant des détecteurs à semi-conducteur directement placés dans l’axe des faisceaux. Ce choix technique nécessite, d'une part, une bonne maîtrise de la mise en oeuvre des moyens de détection afin de limiter les perturbations issues des flux de photons importants à mesurer, et d'autre part, une grande expertise dans l’exploitation des spectres. Pour mener à bien ce type de mesure, des détecteurs étalonnés en énergie, en rendement de détection, en réponse spectrale, et présentant un bon comportement à forts taux de comptage sont nécessaires. Des méthodes complexes de traitement doivent être utilisées afin de corriger tous les phénomènes de diffusion et de déformation des spectres liés aux processus d’interaction des photons dans et au voisinage du détecteur. En pratique, il s’agit pour ces méthodes de déduire du spectre mesuré le spectre véritablement émis par la source de rayonnement.

A l’issue de ce travail de recherche et développement, le LNE-LNHB a mis en oeuvre tous les outils nécessaires à la mesure des spectres d’émission photonique de ses faisceaux de référence de rayonnements X. L’intégralité de la gamme d’énergie comprise entre 10 keV et 300 keV a été couverte et l’ensemble des faisceaux de référence du LNE-LNHB a été mesuré à l’aide d’un détecteur à semi-conducteur du type CdTe. Des algorithmes de correction des spectres mesurés ont été développés. Ils ont permis de corriger les zones déformées des spectres dues aux différents processus de détection et d’aboutir aux spectres réellement émis par les tubes à rayons X.

Ce procédé de mesure spectrométrique permet, in fine, de vérifier les émissions de rayonnement X des générateurs de rayonnement en offrant la possibilité de vérifier la haute tension (kVp), les raies X de fluorescence (anode ou autres composants), le domaine d’émission (seuil bas en énergie).

Les mesures des spectres ont permis de calculer les nouveaux termes correctifs appliqués aux mesures de courant réalisées avec les chambres à parois d’air. Cela a permis d’améliorer les références du LNE-LNHB en termes de débit de kerma dans l’air pour les faisceaux à émission continue ou en kerma dans l’air pour les faisceaux utilisés en imagerie médicale. Cette amélioration est particulièrement sensible pour la gamme des basses énergies (E < 50 keV) pour laquelle la forme du spectre dépend beaucoup des éléments absorbant le rayonnement dans le tube lui-même (évaporation de tungstène, vieillissement de l’anode, filtration interne).

La connaissance des spectres d’émission X a permis de calculer les coefficients de conversion du kerma dans l’air vers les grandeurs opérationnelles utilisées en radioprotection et adaptés aux faisceaux du laboratoire correspondant à la série N décrite dans la norme ISO4037-1. Un logiciel de calcul spécifique a été développé. Il permet de calculer ces coefficients à partir de n’importe quel spectre mesuré. Une étude spécifique sur les sources d’incertitude sur ces coefficients a été réalisée. Elle a permis d’abaisser les incertitudes, jusqu’à un facteur 20 pour certaine grandeur, ce qui est à comparer à l’incertitude forfaitaire de 2 % fournie dans la norme ISO4037-3.

Enfin, la compétence du LNE-LNHB à pouvoir mesurer les spectres émis par un tube à rayons X permet dorénavant de reproduire les faisceaux émis par un appareil dont les caractéristiques sont peu ou mal connues. C’est souvent le cas pour les appareils utilisés dans le domaine de l’imagerie médicale ou en radiothérapie de basse énergie. Ainsi le LNE-LNHB a déjà reproduit des faisceaux utilisés en cardiologie interventionnelle (projet Européen VERIDIC) où en radiothérapie de basse énergie (projet Européen PRISM-eBT). Ces nouveaux faisceaux non normalisés correspondent aux faisceaux réellement générés par les machines. De ce fait, les étalonnages réalisés à l’aide de ces faisceaux sont plus adaptés aux conditions réelles d’irradiation.

Dans cette optique et à très court terme, le LNE-LNHB se propose de reproduire les faisceaux utilisés sur les appareils de mammographie numérique afin d’améliorer la mesure de la dose délivrée aux patientes lors de ce type d’examen. Une collaboration avec l’hôpital George Pompidou est actuellement en cours de développement.

Le développement de la mesure des spectres d’émission des rayonnements X utilisés en dosimétrie, basée sur l’utilisation de détecteurs à semi-conducteur, correspond à une avancée significative dans la connaissance des faisceaux X de référence du LNE-LNHB. Les spectres ainsi mesurés et corrigés par les algorithmes développés par le laboratoire permettent une meilleure connaissance des spectres réellement émis par les installations du LNE-LNHB comparativement à ceux obtenus à l’aide de calculs déterministes ou de simulations Monte-Carlo, tel que pratiqué jusqu’à présent. Ce faisant, le LNE-LNHB anticipe l'évolution de la série de normes ISO 4037 (parues en 2019) qui introduit une caractérisation spectrométrique des champs de rayonnement à la place des indicateurs classiques (HV, CDA).

Les calculs des termes correctifs, affectés à chacune des chambres à parois d’air utilisées et permettant de définir le kerma dans l’air pour chacun des faisceaux, ne sont plus basés sur des spectres théoriques. Ils utilisent dorénavant les spectres réellement émis par les installations du LNE-LNHB, s’affranchissant ainsi de la méconnaissance du vieillissement des appareils ou de leur structure interne. Cela améliore la justesse des valeurs de référence et donc des étalonnages délivrés.

Il en va de même pour la détermination des coefficients de conversion du kerma dans l’air vers les grandeurs opérationnelles utilisées en radioprotection. L’utilisation des spectres réellement émis permet une détermination plus juste de ces coefficients ainsi qu’une précision accrue (inférieure à 1 % sur une large plage d’énergie supérieur à 30 keV). C’est l’un des axes d’amélioration qui a été réalisé dans le cadre de ce programme d’étude (les coefficients actuels sont fournis dans la norme ISO4037-3 avec une incertitude forfaitaire de 2 % à k=1).

Le développement du banc de spectrométrie portatif a conduit le LNE-LNHB à réaliser plusieurs mesures de spectres d’appareils de rayons X d’utilisateurs extérieurs au laboratoire dans différents domaines. Cela a permis, entre autre, de reproduire ces spectres au laboratoire et de proposer des faisceaux d’étalonnage adaptés aux besoins de recherche ou d’étalonnage des utilisateurs notamment pour le milieu médical.

Norme ISO 4037-1 :1996 « Rayonnements X et gamma de référence pour l’étalonnage des dosimètres et des débitmètres et pour la détermination de leur réponse en fonction de l’énergie des photons – Partie 1 : Caractéristiques des rayonnements et méthodes de production »

Norme NF EN 61267 « Équipement de diagnostic médical à rayonnement X. Conditions de rayonnement pour l’utilisation dans la détermination des caractéristiques »

J. Plagnard, « Mesure de spectres en énergie de l’émission de tubes à rayons X au LNE-LNHB/LMD », Revue française de métrologie, volume 2016-3 n°43, p37-47,2016

M.J. Berger, J.H. Hubbell, XCOM “Photon Cross Sections on a personal Computer”, NBSIR 87-3597, 1987

ICRU 57 “Conversion coefficients for use in radiological protection against external radiation“, 2007

Société Fibermétrix (radiologie interventionnelle) 

Partenaires du projet européen «Primary standards and traceable measurement methods for X-ray emitting electronic brachytherapy and IORT devices» : CMI (République Tchèque), ENEA (Italie), NPL (Royaume-Uni), PTB (Allemagne), VSL (Pays-Bas)

Centres hospitaliers