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12 ATHENA 281 · Mai 2012 > SÉRIE S ÉRIE É : INSTRUMENTS SCIENTIFIQUES: UNE AVENTURE CAPTIVANTE ! Voici un instrument dont l’histoire n’a qu’un peu plus d’un siècle. Cette belle invention dépend en fait d’une découverte capitale de la fin du 19e : les rayons X (RX) ou rayons Röntgen. Depuis, les techniques ont fortement évolué: en 1972, on passe d’une image analogique, la radiographie, à des images numériques en coupes grâce à l’ordinateur. Les applications - médicales et autres - du scanner fleurissent; la sécurité - ou radioprotection - se renforce... Le scanner : pour scruter D epuis longtemps, on essaie de savoir ce qui se passe dans le corps humain. Au 2e siècle, Galien, médecin grec, pratique déjà des autopsies. Vésale effectue des dissections de cadavres au 16e siècle. Mais ce n’est qu’à la fin du 19e qu’on peut voir l’intérieur du corps vivant, sans devoir l’ouvrir. Il faut une succession de découvertes. Des rayons X et de la radiographie… En 1838, Faraday constate qu’un tube contenant du gaz sous faible pression soumis à une décharge électrique, émet de la lumière. En 1892, Hertz, en découvrant des ondes électromagnétiques distinctes de la lumière, stimule les recherches. En 1895, Röntgen découvre corps et objets par RX Texte: Christiane DE CRAECKER-DUSSART c.decraecker@skynet.be Photos: S. Kühn (p.14), TOSHIBA (p.14) que les tubes de Faraday émettent des rayons invisibles, pouvant non seulement faire émettre de la lumière aux plaques fluorescentes, mais aussi traverser certains matériaux et impressionner une plaque photo. Il appelle ces rayons mystérieux les «rayons X» (RX), appellation que l’Histoire a maintenue, malgré celle de «rayons Röntgen» utilisée par certains. Cette découverte essentielle lui vaut, en 1901, le premier Prix Nobel de Physique. Par hasard, il réalise, fin 1895, les premières radiographies de l’Histoire. En plaçant la main de son épouse use entre les RX et un écran fluouorescent, il fait apparaître une ne image du squelette: les os (et une bague), plus denses, s, absorbent les RX plus que e ne le font les tissus mous s et paraissent plus sombres sur l’écran ! (Ci-contre) L’imagerie médicale est
née ! La nouvelle se répand comme une trainée de poudre. Les médecins comprennent vite l’importance de cette technique qu’ils améliorent. La radiographie est utilisée pour diagnostiquer fractures, affections osseuses et respiratoires (photo de droite). Sur le plan thérapeutique, 1896 est le début de la radiothérapie. Les physiciens multiplient les expériences. Becquerel découvre la radioactivité naturelle, avec des rayons émis en permanence par des atomes d’uranium. Pierre et Marie Curie cherchent à les comprendre et identifient de nouveaux éléments radioactifs dès la fin des années 1890. Ils expliquent la radioactivité au début du 20 e siècle. Ces travaux valent aux trois savants le Prix Nobel de Physique en 1903. … au scanner ou tomodensitomètre (TDM) Le principe théorique du scanner est établi. Il est démontré qu’il est possible de reconstruire en 2D un objet à partir d’une série de projections (1D) réalisées sous différents angles. Toutefois, les calculs complexes nécessaires rendent cette technique inutilisable en pratique avant l’arrivée des ordinateurs. Pendant un demi-siècle, la radiographie RX n’évolue guère. Il y a bien des améliorations dans la mise en œuvre (extension à d’autres parties du corps, contraste amélioré, sensibilité accrue des détecteurs, machine à développer automatique, etc.) et dans la sécurité par radioprotection (les RX sont des rayonnements ionisants: voir encadré ci-dessus). Mais le principe reste le même: lorsqu’on fait le cliché d’une main, on reproduit les mêmes gestes que ceux de Röntgen lorsqu’il radiographia la main de son épouse en 1895 ! Au début des années 1960, Oldendorf suggère de trouver une technique permettant d’explorer le cerveau humain sans provoquer de traumatisme, donc sans ouvrir le crâne ! Il imagine un appareil permettant de radiographier un plan choisi du cerveau. Mais sans calculateur adapté, il ne peut aller loin, le nombre de paramètres à maîtriser étant énorme. L’ingénieur Hounsfield jette les bases du scanner ou radiographie assistée par ordinateur. Se basant sur les tra- Risques Ri Ris isques es des de des es RX (Rayonnements (R nts ts s ionisants io ionis ionisants isan ants ts RI), R RI), RI) I), ), sécurité sécu cur uri rit ité té et e eet radioprotection rotection rote tecti tion Les es RRX, X, comme tout RI, comportent compor o tent des risques d’effets négatifs négatif ifs sur les tissus sus us et organes irradiés, en cas as de dose do dose excessive et d’utilisat d’utilisation atio incontrôlée e (dysfonctionnement,…). ( (dy d sfonctionnement,…). Ce Cela va de diverses lésions à lla mort, via malformations ns s du d du fœtus et cancers radio-induits. Depuis 2000, l’ ll’IARC IA classe les RX et dans le groupe gro roupe 1 des agents cancérogènes (avérés) pou pour l’homme. Les recommandations ns de d de la CIPR (Commission Internationale de Protection P Radiologique), appliquant nt lles les principes de prévention et de pré précaution et reprises dans la directive 96/29/EURATOM, 29/ 9/EURATOM, fixent les Valeurs Limites Limit Annuelles d’Exposition aux RI (VLAE) ou débits de dose efficace. • pour le public (pa (patient): patient): VLAE = 1 mSv/an (1 scanner RX émet 4-10 mSv !); • pour le travailleur lleur (technicien): VLAE = 20 mSv/an (Sv = Sievert, rt, t, unité SI de dose en maintien de santé humai humaine). ain L’application st stricte de la radioprotection permet de les respecter. r. EElle s’appuie sur 3 principes: cipes: justification, optimisation (principe ALARA: «As Low w As Reasonably Achievable») hievable») et limitation des ddoses. ses. s. Exemples de moyens de pré prévention r technique: que: dosimétrie, limitation maximale m ximale de durée d’exposition, augmenta- augm tion de e distance, interposition d’écrans de protection, pr protection, zones de travail con contrô- o lées, s, , gaines protectrices des appareils, ap appareils, blindage blindag age des locaux, etc. C’est fon fonda- ond mental: l’utilisation médicale des RX est la princ principale ncipale source d’exposition au aux ra rayonnements artificiels... vaux théoriques de Cormack portant sur l’imagerie médicale, il parvient, en 1967, à identifier un objet dans une boîte fermée. Il le réduit à une trame dont chaque point est déterminé par une valeur mathématique. Il passe au corps humain et envoie un faisceau de RX en un point précis, puis recommence ailleurs, etc. À chaque fois, l’intensité du rayon recueilli fournit des données sur les tissus traversés. Les clichés sont traités par ordinateur reconstituant la vue d’une tranche du corps. En 1972, après 5 ans de travaux, Hounsfield aboutit. Grâce à l’informatique couplée aux RX, il passe d’une radiographie, image analogique comparable à une photo argentique, à une image numérique reconstruite par ordinateur (scan). Avec Ambrose, il présente les premières reconstitutions de coupes d’un cerveau. L’invention de cette technique inédite, la tomodensitométrie (TDM) ou scanner à RX (CT-scan), vaut à Christiane DE CRAECKER-DUSSART · SÉRIE Hounsfield de partager, avec Cormack, le Prix Nobel de Médecine en 1979 «pour le développement de la tomographie axiale calculée». Dès les années 1970, le scanner équipe des hôpitaux, notamment en Belgique. Perfectionnements et applications fleurissent Les premiers scanners permettent de ne visualiser que le cerveau. Il faut 2h30 aux ordinateurs de l’époque pour calculer une coupe ! En 1975, on scanne le corps entier et obtient de véritables coupes anatomiques de tomographie. Des zones, où la radiographie classique et l’échographie sont aveugles, deviennent visibles, comme les kystes, 13
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