Risques liés aux rayons ionisants

1. Historique

1.1 Rayons X

Röntgen découvre en 1895 les rayons X. Ceux-ci sont invisibles à l'œil nu, mais ils impressionnent la plaque photographique. Il demande à sa femme de mettre sa main entre le tube de Crookes et le film. Au développement, l'ombre des os de la main et son alliance sont visibles. Röntgen vient de réaliser la première radiographie au monde: celle de la main de son épouse.

premiere radiographie

Radiographie de la main de l'épouse de Röntgen.

1.2 Éléments radio-actifs

En mars 1896, Henri Becquerel observe qu’une plaque photographique mise en contact avec des sels d’uranium est impressionnée quelque soit les conditions de l’expérience. En 1897-1899, Ernest Rutherford, Pierre et Marie Curie découvrent les particularités de ce rayonnement : particules alpha, bêta, et photons gamma. La notion de radioactivité est née.

1.3. Découverte des dangers liés aux rayonnements ionisants

Durant les premières années qui suivirent leurs découvertes, les rayons X/les éléments radio-actifs sont utilisés à tout-va et de manière irréfléchi.
• Les lésions cutanées consécutives à une irradiation/au rayonnement X (radiodermites) sont décrites dés 1896.
• Chez les utilisateurs professionnel de rayons X, l'incidence élevée des leucémies est bien reconnue dans les années 1920-1930 (Durant cette période, les doses employées en radiologie étaient autrement plus élevées que celles utilisées aujourd’hui).
• En 1926, Hermann Joseph Muller démontrent que les radiations ionisantes induisent des altérations génétiques, qui entraînent des effets sur la descendance.
• À cette même époque, le radium est utilisée dans dans le marquage des cadrans des montres lumineuses. Durant leur travail, les ouvrières ingèrent du radium. De nombreux cancer des os et des ostéonécroses de la mâchoire apparaissent. C’est ainsi que la notion de cancer radio-induit apparaît dans les années 1922-1927.
• Rolf Sievert publie ses premiers travaux sur les effets biologiques des radiations ionisantes dans les années 1920.
• Devant les nombreux accidents et décès, création en 1928 du "Comité international de protection contre les rayons X et le radium". Ce comité fixe des règles de protection destinées aux radiologues et aux techniciens. Une limite d'esposition professionnelle est fixé à 0,2R/jour. Ces mesures sont élaborées plus de 30 ans après la découverte des rayons X. Toutefois, cette valeur ne tient pas compte des effets tardifs des rayonnements ionisants.

Note importante :
• L’émission d’un rayonnement par un tube à rayons X est contrôlée par l’alimentation électrique. Les rayons X sont produits par l’interaction entre des électrons et des atomes. L’interruption du passage du courant provoquera l’arrêt de la production de rayons X.
• Dans le cas d’une substance radioactive, le rayonnement est une propriété liée à la structure de la matière. Le rayonnement provient du noyau de l’atome radio-actif. Ce processus ne peut pas être arrêter, ralenti ou accélérer. La matière cessera d’être radio-active lorsqu’elle aura atteint un état stable.

2. Rayonnements ionisants : définition.

Lors de leur passage à travers la matière, les rayons ionisants transforment les atomes qu’ils rencontrent en ions (atome portant une charge électrique ). Le type de particules produites définit le type de rayonnement : alpha (noyau d’hélium=2protons+2 neutrons), bêta (un électron/un positron) , gamma et rayon X (photon). Chaque type de rayon est caractérisée par une énergie et un pouvoir de pénétration différent.

3. Rayonnement électromagnétique

Le rayonnement électromagnétique est un type d’énergie (électrique et magnétique) qui se propage rapidement dans l’espace sous forme d’ondes ou de particules. Le spectre électromagnétique désigne la large plage d’énergie/ de fréquence de ce rayonnement.
Les ondes radio, les rayons X font partie des rayonnements électromagnétiques.
La lumière désigne un rayonnement électromagnétique visible par l’oeil humain.

Le graphique ci-dessous représente la répartition des ondes électromagnétiques en fonction de leur longueur d'onde, de leur fréquence ou bien encore de leur énergie.

spectre rayonnement électromagnétique

(courtesy NASA/JPL/California Institute of Technology)

Les ondes radio, les micro-ondes, l’infra-rouge sont des rayons non-ionisants.
Par contre, les rayons gamma, les rayons X et certains ultraviolets sont classés dans la catégorie des rayons ionisants.

4. Origine des rayonnements ionisants

Les rayonnements ionisants peuvent être d’origine naturelle (rayonnement cosmique, radon en provenance du sous-sol, radionucléides d’origine terrestre) ou de l’activité humaine (centrales nucléaires, transport et stockage des déchets nucléaires, explosions atomiques dans l’atmosphère, accidents nucléaires, etc.)

5. Risques liés aux rayonnement ionisant

Les rayonnements ionisants endommagent les tissus et/ou les organes en fonction de la dose reçue, des caractéristiques de la source et de l’exposition. Les rayonnements ionisants rompent les liaisons moleculaires, ce qui entraîne soit la mort cellulaire, soit une modification de l’ADN (atteinte du du génome)

Les effets biologiques sont classifiés en deux catégories :
• Les effets immédiats (ou déterministes)
Les effets déterministes sont caractérisés par une dose-seuil au-dessus de laquelle ils sont obligatoires. Le délai d’apparition des symptômes varie de quelques heures à quelques mois. Ces effets varient avec le volume de tissu irradié, et la gravité augmente avec la dose. Vu les doses employées , ces effets ne concernent pas le radiodiagnostic standard (ce terme ne comprend pas la radiologie interventionnelle, la médecine nucléaire et la radiothérapie).
• Les effets à long terme (aléatoires ou stochastiques)
Le délai d’apparition après l’exposition est de plusieurs années.Les pathologies (cancers et de leucémies) surviennent après expositions à des doses plus ou moins faibles de rayonnements ionisants. Le radiodiagnostic est concerné.

Note :
Au-delà de 100 mSv, les effets à long terme des rayonnements ionisants sont clairement démontrés (étude des populations d’Hiroshima et de Nagasaki).

6. Risques liés aux rayons X en imagerie diagnostique

Pour la population générale, le pourcentage le plus important de l’irradiation artificielle est constitué par l’exposition à des rayons X d'origine médicale. Ce pourcentage est en augmentation constante. Cette croissance résulte de l’augmentation du nombre d’examens radiologiques -principalement les scanners - , du vieillissement de la population, des stratégies déployées pour une meilleure prise en charge de patients (cancer par exemple).

La répétition d'examens radiologique de type scanner tombe sous le coup d'expositions à faible doses répétées, ce qui entraîne de plus fortes doses en cumul. Le risque de ce type d'expositions n'est pas conu.

Dans leur article publié dans le New England Journal of Medicine, Brenner et Hall soulignent qu'avec l'utilisation actuelle des examens tomodensitométriques, 1.5-2% des cas de cancer pourraient être attribués à une irradiation médicale diagnostique (sur une période de 5 ans).

Si la méthodologie employée dans le calcul des risques liés aux faibles doses est source de discussion/controverse, il n'en reste pas moins que le risque (même s'il est faible) n'est pas nul.

Dès lors, tout examen effectué avec des rayons X devrait satisfaire aux deux critères suivants:
• L'examen demandé est réellement nécessaire.
• La dose délivrée lors de cet examen est la plus petite possible.

Bibliographie

Brenner DJ, Hall EJ. Computed tomography--an increasing source of radiation exposure. N Engl J Med. 2007 Nov 29;357(22):2277-84.