Eléments de radioprotection médicale
M.Lemort Sciences dentaires Année 2014-2015
www.radcoursorg.be/RPROT
Dimension du problème
croissance des procédures de radiodiagnostic au cours du siècle dernier (selon Dowsett et al, 1998)
RX/1000 population
Proportion des différentes sources de l’irradiation de la population générale
(source: AFCN 2012, Belgique)
Proportion des différentes sources de l’irradiation de la population générale
(source: AFCN 2012, Belgique)
Imagerie dentaire: 1% de l’irradiation médicale
selon données suisses (Aroua et al, 2002)
Temps équivalent d’irradiation du background (TERB) pour quelques examens RX
Procédure RX mSv (mrem) TERBRX dentaire endo <0.06 6 <=1 semaine
RX thorax 0.08 8 10 joursRx col. dorsale 1.5 150 6 mois
RX col. lombaire 3.0 300 1 an
OED 4.5 450 1.5 ansLavement baryté 6.0 600 2 ans
Temps équivalent d’irradiation du background (TERB) pour quelques examens RX
Procédure RX mSv (mrem) TERBRX dentaire endo <0.06 6 <=1 semaine
RX thorax 0.08 8 10 joursRx col. dorsale 1.5 150 6 mois
RX col. lombaire 3.0 300 1 an
OED 4.5 450 1.5 ansLavement baryté 6.0 600 2 ans
Justification d’un cours de radioprotection médicale
Justification d’un cours de radioprotection médicale
il n’est pas possible d’affirmer qu’aux doses (faibles) utilisées en imagerie dentaire il y ait réellement un risque
Justification d’un cours de radioprotection médicale
il n’est pas possible d’affirmer qu’aux doses (faibles) utilisées en imagerie dentaire il y ait réellement un risque
il n’est pas possible non plus d’affirmer qu’il n’y en a pas
Justification d’un cours de radioprotection médicale
Justification d’un cours de radioprotection médicale
la radiologie est un outil important du diagnostic dentaire; son utilisation est donc courante
Justification d’un cours de radioprotection médicale
la radiologie est un outil important du diagnostic dentaire; son utilisation est donc courante
les techniques évoluent et permettent des réductions de dose grâce à l’intervention de nouvelles technologies
Justification d’un cours de radioprotection médicale
la radiologie est un outil important du diagnostic dentaire; son utilisation est donc courante
les techniques évoluent et permettent des réductions de dose grâce à l’intervention de nouvelles technologies
mais l’évolution technologique met aussi à disposition des techniques extra-buccales en elles-mêmes plus irradiantes que les simples RX dentaires ou le panoramique
Justification d’un cours de radioprotection médicale
la radiologie est un outil important du diagnostic dentaire; son utilisation est donc courante
les techniques évoluent et permettent des réductions de dose grâce à l’intervention de nouvelles technologies
mais l’évolution technologique met aussi à disposition des techniques extra-buccales en elles-mêmes plus irradiantes que les simples RX dentaires ou le panoramique
les choix à faire sont donc de plus en plus nombreux
Principe ALARA
Il n’y a pas d’irradiation insignifiante. Fondement statistique de l’effet.
Cela entraîne donc l’obligation de précaution maximale: maintenir l’irradiation aussi faible que possible tout en restant utile: as low as it is reasonably achievable - ALARA
Question d’équilibre
L’utilisation des rayonnements ionisants en diagnostic médical impose un choix raisonné qui prend en compte l’équilibre entre risques et bénéfices potentiels de la procédure: le bénéfice potentiel doit clairement excéder les risques. C’est le principe de justification.
Code de bonne conduiteL'essentiel de la radioprotection médicale réside dans un code de bonne conduite fondé sur le principe de justification et les règles de bonne pratique. Celui-ci peut se résumer comme suit:
1. les rayonnements ionisants à usage diagnostic ne doivent être utilisés que lorsqu'il n'y a pas d'autre moyen pour obtenir le renseignement souhaité
2. il faut maintenir la dose (tant pour le patient que pour le personnel)aussi basse que possible (principe ALARA )
3. il faut prendre les meilleures mesures de protection possibles, tant au niveau du patient que de l'opérateur et éviter l'irradiation d'organes autres que ceux qui doivent être explorés
Moyens de protection: patient
Restreindre l’irradiation aux zones utiles et protéger les organes radiosensibles
Moyens de protection: personnel
Distance par rapport à la source
Distance augmen
tée
Moindre intensité (moindre quantité
de radiation)
2xd
3xd
4xd
¼ intensité
1/8
intensité
1/16 intensité
Radioprotection: législationLa radioprotection fait l'objet d'une législation destinée à protéger le public, le malade et le travailleur des irradiations excessives. Un certain nombre d'organismes internationaux (particulièrement l'ICRP ou International Radiological Protection Board) ont fait des recommandations qui ensuite ont été intégrées dans les législations nationales. Actuellement on met en place des recommandations européennes. Néanmoins ce sont les règlementations nationales, qui peuvent être plus sévères, qui ont la préséance
Radioprotection: législation
Fixer des doses maximales à ne pas dépasser suppose qu'on puisse mesurer efficacement la dose et évaluer son effet biologique
C’est la raison d’être de la DOSIMETRIE
Radioprotection: législationRepères principaux de la législation belge:
AR 20/07/2001 règlement général sur la protection contre les radiations ionisantes (RGPRI)
AR 12/12/2008 fixant les critères d'acceptabilité pour les appareils à rayons X destinés à être utilisés à des fins de diagnostic en médecine dentaire (remplaçant les critères européens RP91 qui constituaient auparavant la norme)
traduction en documents et consignes par les publications de l’AFCN
Plan du cours
Plan du coursBref rappel sur la nature des rayons X
Plan du coursBref rappel sur la nature des rayons X
Interactions avec la matière: absorption, diffusion, rayonnement secondaire
Plan du coursBref rappel sur la nature des rayons X
Interactions avec la matière: absorption, diffusion, rayonnement secondaire
Effets sur les tissus biologiques: éléments de radiobiologie
Plan du coursBref rappel sur la nature des rayons X
Interactions avec la matière: absorption, diffusion, rayonnement secondaire
Effets sur les tissus biologiques: éléments de radiobiologie
Notion de dose, dosimétrie des examens bucco-maxillo-faciaux
Plan du coursBref rappel sur la nature des rayons X
Interactions avec la matière: absorption, diffusion, rayonnement secondaire
Effets sur les tissus biologiques: éléments de radiobiologie
Notion de dose, dosimétrie des examens bucco-maxillo-faciaux
Législation et protection
Plan du coursBref rappel sur la nature des rayons X
Interactions avec la matière: absorption, diffusion, rayonnement secondaire
Effets sur les tissus biologiques: éléments de radiobiologie
Notion de dose, dosimétrie des examens bucco-maxillo-faciaux
Législation et protection
Irradiation de la femme enceinte
Plan du coursBref rappel sur la nature des rayons X
Interactions avec la matière: absorption, diffusion, rayonnement secondaire
Effets sur les tissus biologiques: éléments de radiobiologie
Notion de dose, dosimétrie des examens bucco-maxillo-faciaux
Législation et protection
Irradiation de la femme enceinte
Visite virtuelle, exercices et révision (simulation test)
Questions en suspens..
étude rétrospective portant sur des données d’une époque où les films low-dose (E-F) n’étaient pas utilisés et où on utilisait peu la collimation rectangulaire
Les auteurs incriminent la médiation d’un effet sur la fonction thyroïdienne
sujet à caution car problèmes méthodologiques d’une telle étude rétrospective
Questions en suspens..
2013....
Il n’y a pas d’irradiation anodine....
Rayons X: nature et production
• Les rayons X sont produits par l’impact d’électrons émis par le filament du tube radiogène au moment où le faisceau d’électrons heurte la cible, constituée d’un métal ou d’un alliage de métaux particuliers (ex: le tungstène). Deux mécanismes sont à l’origine de cette production: le rayonnement de fluorescence (0 à 20%) et le rayonnement de freinage (bremsstrahlung) (80 à 100%).
Rayons X: nature et production
• Les rayons X sont produits par l’impact d’électrons émis par le filament du tube radiogène au moment où le faisceau d’électrons heurte la cible, constituée d’un métal ou d’un alliage de métaux particuliers (ex: le tungstène). Deux mécanismes sont à l’origine de cette production: le rayonnement de fluorescence (0 à 20%) et le rayonnement de freinage (bremsstrahlung) (80 à 100%).
Tube radiogène
Anode fixe
Tube radiogène
From: Statkiewicz et al, Radiation protection 5th ed, Mosby-Elsevier
Anode tournante
Tube à anode tournante
Tubes radiogènes
Une des caractéristiques des tubes producteurs de rayons X est leur très mauvais rendement. Ainsi près de ...99% de l’énergie est transformée en chaleur dans ces tubes, et seulement 1% en rayons X. Les tubes devant supporter des charges importantes sont à anode tournante, pour éviter la dégradation trop rapide de la cible par les faisceaux d’électrons
Gaine du tube
Le tube radiogène est entouré d’une gaine (« housing ») qui contient des blindages destinés à contenir le rayonnement hors-collimation (« leakage »), ainsi qu’un circuit de ventilation ou de circulation d’huile ou d’eau destiné au refroidissement du tube
Structure de l’atome et couches électroniques
Rayonnement caractéristique ou de fluorescence
Couche M
Couche L
Couche K
RXRayonnement de fluorescence (rayonnement caractéristique)
BremsstrahlungL’essentiel de la production de rayons X dans un tube provient du rayonnement de freinage (« bremsstrahlung »). Celui-ci est en rapport avec la brutale décélération de l’électron qui dépasse le noyau et subit dès lors une attraction liée à la charge positive du noyau; l’énergie cinétique perdue est convertie en photon X
BremsstrahlungL’essentiel de la production de rayons X dans un tube provient du rayonnement de freinage (« bremsstrahlung »). Celui-ci est en rapport avec la brutale décélération de l’électron qui dépasse le noyau et subit dès lors une attraction liée à la charge positive du noyau; l’énergie cinétique perdue est convertie en photon X
BremsstrahlungL’essentiel de la production de rayons X dans un tube provient du rayonnement de freinage (« bremsstrahlung »). Celui-ci est en rapport avec la brutale décélération de l’électron qui dépasse le noyau et subit dès lors une attraction liée à la charge positive du noyau; l’énergie cinétique perdue est convertie en photon X
BremsstrahlungL’essentiel de la production de rayons X dans un tube provient du rayonnement de freinage (« bremsstrahlung »). Celui-ci est en rapport avec la brutale décélération de l’électron qui dépasse le noyau et subit dès lors une attraction liée à la charge positive du noyau; l’énergie cinétique perdue est convertie en photon X
BremsstrahlungL’essentiel de la production de rayons X dans un tube provient du rayonnement de freinage (« bremsstrahlung »). Celui-ci est en rapport avec la brutale décélération de l’électron qui dépasse le noyau et subit dès lors une attraction liée à la charge positive du noyau; l’énergie cinétique perdue est convertie en photon X
BremsstrahlungL’essentiel de la production de rayons X dans un tube provient du rayonnement de freinage (« bremsstrahlung »). Celui-ci est en rapport avec la brutale décélération de l’électron qui dépasse le noyau et subit dès lors une attraction liée à la charge positive du noyau; l’énergie cinétique perdue est convertie en photon X
BremsstrahlungL’essentiel de la production de rayons X dans un tube provient du rayonnement de freinage (« bremsstrahlung »). Celui-ci est en rapport avec la brutale décélération de l’électron qui dépasse le noyau et subit dès lors une attraction liée à la charge positive du noyau; l’énergie cinétique perdue est convertie en photon X
BremsstrahlungL’essentiel de la production de rayons X dans un tube provient du rayonnement de freinage (« bremsstrahlung »). Celui-ci est en rapport avec la brutale décélération de l’électron qui dépasse le noyau et subit dès lors une attraction liée à la charge positive du noyau; l’énergie cinétique perdue est convertie en photon X
RX
Rayonnement de fluorescence
• Si on regarde le spectre d’un faisceau de rayons X, le rayonnement de fluorescence qui se fait à une ou plusieurs énergies bien précises (donc c o r r e s p o n d a n t à d e s fréquences particulières) se manifestera par des raies bien reconnaissables, alors que le rayonnement de freinage se manifestera par un spectre continu.
Rayonnements électromagnétiques
Les rayonnements électromagnétiques sont caractérisés par leur énergie (ils n’ont ni masse ni charge), et définis par leur longueur d’onde λ, leur fréquence ν et leur vitesse c. Toutes les ondes EM se déplacent dans le vide à la vitesse de la lumière (3x1010 cm/sec), mais dans la matière la vitesse dépend de l’énergie. Dans le cas de rayonnement à haute énergie comme les RX, on peut considérer que la vitesse est proche de celle de la lumière.
L’énergie est inversement proportionnelle à la longueur d’onde et directement proportionnelle à la fréquence.
Place des rayons X dans l’ensemble des ondes électromagnétiques
Interactions avec la matière: notion d’énergie du rayonnement
les photons X qui quittent le tube après avoir traversé sa paroi de verre constituent le RAYONNEMENT PRIMAIRE
tous ces photons n’ont pas la même énergie; il s’agit d’un spectre de faisceau; toutefois aucun photon dans le faisceau ne peut avoir une énergie supérieure aux électrons qui bombardent la cible
Cette énergie maximale est liée à la différence de potentiel appliquée aux bornes du tube
Interactions avec la matière: notion d’énergie du rayonnement
si on applique une différence de potentiel de 1 V aux bornes du tube, l’électron déplacé par cette différence de potentiel aura une énergie de 1 eV
pour la radiologie diagnostique, les tensions appliquées s’expriment en milliers de volts (kV). Mais le voltage fluctue en cours d’émission; on parlera donc en kVp (peak). Une tension de 100 kVp signifie qu’aucun électron émis n’aura une énergie supérieure à 100 000 eV (ou 100 keV)
dans une installation habituelle on peut considérer que le photon «moyen» aura une énergie d’environ un tiers de l’énergie maximale
Interactions avec la matière: notion d’énergie du rayonnement
le type d’interaction avec la matière traversée sera fortement déterminé par l’énergie des photons incidents
l’atténuation du faisceau (liée à la probabilité d’interaction) à une énergie donnée sera également différente en fonction de la nature du tissu traversé
From: Statkiewicz et al, Radiation protection 5th ed, Mosby-Elsevier
Absorption des rayons en fonction du type de matériau et de l’énergie du faisceau
Le faisceau de RXComme les rayons à faible énergie (sous 25 KeV, et pour l’os 50 KeV) sont inutiles pour l’imagerie diagnostique, ce qui n’a pas été éliminé par le simple passage à travers le verre du tube le sera par un filtre aluminium.
Les rayons X produits dans le tube vont dans toutes les directions. Une partie sera contenue par la gaine du tube; ceux qui sortent par la fenêtre d’émission devront être collimatés pour n’atteindre que la zone à étudier. Ceci réduira la dose au patient et augmentera la qualité de l’image.
Le faisceau de RXComme les rayons à faible énergie (sous 25 KeV, et pour l’os 50 KeV) sont inutiles pour l’imagerie diagnostique, ce qui n’a pas été éliminé par le simple passage à travers le verre du tube le sera par un filtre aluminium.
Les rayons X produits dans le tube vont dans toutes les directions. Une partie sera contenue par la gaine du tube; ceux qui sortent par la fenêtre d’émission devront être collimatés pour n’atteindre que la zone à étudier. Ceci réduira la dose au patient et augmentera la qualité de l’image.
Mécanismes des interactions avec la
matière
Interactions avec la matière
• L’atténuation des rayons X pendant sa traversée de la matière justifie à la fois leur caractère utile (génération d’une image contrastée) et leur caractère dangereux (effets biologiques indésirables). Les deux mécanismes significatifs à l’énergie des rayons X diagnostiques sont l’absorption photoélectrique et la diffusion (effet Compton). Dans le cas de l’absorption la totalité de l’énergie d’un photon X est transférée à l’atome rencontré (avec éjection d’un électron et production d’un rayonnement caractéristique), et de la diffusion Compton seulement une partie de l’énergie est perdue par le photon X incident (qui change de direction et perd de l’énergie, tandis qu’un électron est également éjecté de l’atome).
From: Statkiewicz et al, Radiation protection 5th ed, Mosby-Elsevier
Diffusion Compton
From: Statkiewicz et al, Radiation protection 5th ed, Mosby-Elsevier
Directions du diffusé
Grille antidiffusante
Grille antidiffusante: effet sur la qualité d’image
Sans grille Avec grille
Absorption photoélectrique
Le phénomène est proche de ce qui se produit lors de l’émission du rayonnement de fluorescence par bombardement d’électrons, mais il s’agit cette fois de l’effet d’un photon incident. Il y aura à la fois expulsion d’un e- et émission de photons de fluorescence (ou alternativement éjection d’un électron Auger) Aux énergies employées en radiographie, c’est le mécanisme principal d’atténuation.
From: Statkiewicz et al, Radiation protection 5th ed, Mosby-Elsevier
Interactions avec la matière
• Trois autres mécanismes d’interaction existent:
• la diffusion cohérente ou diffusion Rayleigh, sans effet significatif sauf à des énergies beaucoup plus faibles
• la production de paires et la photodésintégration nucléaire, qui surviennent à des énergies très élevées non utilisées en diagnostic
Diffusion Rayleigh (coherent scattering)
énergies faibles
trajet du photon diffusé différent de moins de 20° du photon initial
pas d’impact sur l’image
From: Statkiewicz et al, Radiation protection 5th ed, Mosby-Elsevier
Production de paires
ne survient que pour photons > 1,012 Mev
le photon interagit fortement avec le noyau et disparaît, production d’un électron et d’un positron
From: Statkiewicz et al, Radiation protection 5th ed, Mosby-Elsevier
Photodésintégration
ne survient que pour des énergies > 10 MeV (thérapie)
absorption de toute l’énergie du photon incident
le noyau devient radio-actif
From: Statkiewicz et al, Radiation protection 5th ed, Mosby-Elsevier
Rayonnement secondaireOn appelle rayonnement secondaire le rayonnement produit dans la matière traversée, et qui n’a pas la même géométrie que le faisceau primaire; il est constitué des photoélectrons, des électrons Compton, des rayonnements caractéristique et diffusé (Compton) produits. Ce rayonnement secondaire est important de par ses effets sur les tissus biologiques voisins, ses répercussions sur la radioprotection, et enfin ses effets sur la qualité d’image.
Rayonnement secondaire
• L’existence de rayonnement diffusé, dans des directions autres que le faisceau incident, explique qu’on ne peut se déplacer dans une salle de radio sans protection (tablier de plomb) pendant un examen, et ce même si on ne se trouve pas sur le trajet du faisceau primaire. En effet du rayonnement diffusé est produit par les tissus du patient. Ceci explique aussi que des organes du patient situés assez loin de la partie du corps visée par le faisceau peuvent également recevoir une dose non négligeable.
Rayonnement secondaire
Documentation: service de contrôle physique ULB
CollimationFrom: Statkiewicz et al, Radiation protection 5th ed, Mosby-Elsevier
Importance de la collimation et de la taille du foyer
Le récepteur sensible: film radiographique
la nature du film est très importante pour la radioprotection: nécessité d’utiliser des films à émulsion low-dose (E, ou mieux F)
dans l’avenir et pour les clichés extra-oraux: intérêt de la digitalisation
Imagerie numérique: la radiographie sans film
Exemple d’une surface d’acquisition numérique à l’iodure de Césium, avec acquisition dans des diodes Si couplées à un TFT From Mahesh, Radiographics 2004
Copyright ©Radiological Society of North America, 2007
Korner, M. et al. Radiographics 2007;27:675-686
Figure 8. Graph illustrates the dynamic range of screen-film combinations and digital detectors
Recommandations de l’AFCN
Imagerie en Médecine Nucléaire
L'imagerie par rayons X fait appel à une source EXTERNE de rayonnements ionisants, le tube radiogène. Elle a un objectif essentiellement morphologique (description de l'anatomie normale ou perturbée par une lésion).
Les techniques utilisées en médecine nucléaire on globalement un objectif plus fonctionnel: il s 'agit de détecter des organes ou des zones au sein d'un organe dont le fonctionnement métabolique présente des anomalies
Imagerie en Médecine Nucléaire
Par exemple détecter une zone osseuse où l'incorporation des produits servant à la fabrication de la substance minérale osseuse est plus importante (parce qu'il y a une fracture avec formation de cal, ou une maladie de Paget, ou une tumeur ....).
Ces techniques font appel à l'injection dans l'organisme (généralement par voie intraveineuse) d'isotopes radioactifs émettant (le plus souvent) des rayons γ. La source de rayonnements ionisants est donc ici INTERNE. Seul le détecteur sera extérieur au patient; il fera partie d'une caméra à scintillation
Caméra à scintillation
Caméra à scintillation
Techniques isotopiques courantes
L'agent isotopique générateur de rayons γ le plus courant est le 99Tc (Technétium). Celui-ci est fixé à
différents composés selon l'organe et/ou la fonction étudiés. On choisit des composés qui soit vont être accumulés plus ou moins bien dans un organe déterminé, ou qui vont être accumulés dans un certain type de lésions.
Médecine nucléaire
Techniques isotopiques courantes
Le scan isotopique osseux est utilisé dans des circonstances aussi diverses que la recherche de foyers de fractures méconnus chez un enfant suspect de subir des sévices ou la recherche de métastases osseuses chez un patient porteur d'un cancer.
Il fait appel à des produits comme le diphosphonate marqué au 99Tc, qui sera sélectivement incorporé dans les régions où il y a production de substance osseuse par les ostéoblastes (cellules qui forment l'os). La scintigraphie osseuse permet l'exploration aisée du squelette entier, la caméra enregistrant les images sur toutes les régions du squelette.
SCINTIGRAPHIE OSSEUSE
Scintigraphie osseuse
PAGET Métas
Techniques isotopiques courantes
Les examens radiologiques traditionnels ne peuvent prétendre à une étude exhaustif du squelette sans la réalisation de très nombreux clichés. La scintigraphie osseuse est donc une bonne méthode de DEPISTAGE.
Techniques isotopiques courantes
Le scan isotopique thyroïdien est réalisé lui à l'aide d'un isotope radioactif de l'Iode (123I), ou éventuellement par l’injection de 99TC-m, moins spécifique mais moins coûteux (le 131I s’utilise pour le traitement, le contrôle de sa fixation se disant par scintigaphie). Il permettra notamment de différencier des nodules thyroïdiens métaboliquement hyperactifs (« nodules chauds > ), d'autres nodules inactifs (« nodules froids > ), qui doivent être ponctionnés et/ou surveillés de plus près.
Scintigraphie thyroïdienne
Techniques isotopiques courantes
Si des produits de contraste radiographiques iodés sont donnés dans les jours qui précèdent cet examen isotopique, ils le perturberont en saturant la thyroïde en iode. Il faut donc réaliser d'abord les études isotopiques thyroïdiennes avant de procéder à un examen d'imagerie nécessitant l'administration d'un produit de contraste iodé. C'est un point auquel il faut être vigilant lors de la planification des examens pour un patient.
Techniques isotopiques
Citons encore les études isotopiques réalisés à l'aide de traceurs vasculaires (comme l' HMPAO) destinés à étudier l'importance ou le caractère fonctionnel d'une vascularisation régionale (examens couplés à des études tomographiques: SPECT scan), les études aux globules blancs marqués pour la recherche de foyers infectieux, etc ....
Techniques isotopiques spécialesGanglion sentinelle
de: Garrel et al., Montpellier
de: IGR, Paris
Médecine nucléaire:irradiation
L'irradiation du patient causée par l'injection des traceurs radioactifs diagnostiques demeure généralement minime. En dehors de la manipulation de produits directement contaminés (sang prélevé peu après l'injection ou urine), l'irradiation des proches ou du personnel peut être considérée comme très faible par rapport aux doses admissibles.
PET SCANTomographie par émission de positrons
PET SCAN
PET SCAN
PET SCAN
PET corps entier avec métastase tibiale de mélanome (flêches)
www.radcoursorg.be/RPROT
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