Qu’est-ce que les Rayons-X ?

Les rayons X (R-X pour simplifier dans la suite du texte) sont un rayonnement électromagnétique de haute énergie et courte longueur d’onde. Dans le spectre des rayonnements, ils se situent à la droite de la lumière (qui se décompose elle-même du rouge au violet dans son spectre énergétique, c’est l’arc en ciel!). Sur le même spectre les ondes radio, micro-ondes et infrarouges se trouvent à gauche (basse énergie et plus grande longueur d’onde).

R-X

La raison de l’utilisation des R-X est bien simple. Ils ont la capacité de traverser la matière et d’illuminer certains sels minéraux. La combinaison de ces deux caractéristiques permet l’obtention de films radiographiques.

La découverte des R-X remonte à 1895 par un physicien allemand du nom de Roentgen. Ne sachant trop quel nom donner à ses nouveaux rayons, il les a baptisés du nom de la constante mathématique de l’inconnu ie. « X »! Le Roentgen est devenu l’unité de mesure de l’exposition aux R-X.

Une autre caractéristique intéressante des R-X est le fait qu’ils se déplacent en ligne droite. Ils interagissent avec la matière traversée étant plus ou moins absorbés en fonction de l’épaisseur et du type de tissus rencontré. L’os en absorbera beaucoup, le poumon beaucoup moins. De ce fait, la quantité de rayons qui ressort des tissus sera variable selon le matériel traversé. Par contre, n’étant pas dévié, l’endroit atteint sur la plaque par le rayon représentera toujours le contenu du tissu en ligne droite en amont.

R-X des poumons. L’air des poumons laisse passer davantage de rayons qui peuvent donc noircir davantage le film radiologique. Le cœur et les os en absorbent davantage ce qui en laisse moins pour noircir l’écran.

Production des R-X

Les R-X sont produits dans un tube sous vide contenant un pôle positif et négatif (cathode et anode) dans lequel on fait circuler un courant à haut voltage. Celui-ci entraîne un déplacement d’électrons de la cathode vers l’anode. Le déplacement d’électrons qui s’ensuit s’accompagne d’une émission de R-X utilisés pour l’imagerie.

À noter que, contrairement à la radioactivité, l’émission de rayons X ne survient que lorsque qu’un haut voltage est appliqué. Dès qu’on relâche le bouton il n’y a plus aucune radiation!

Tout comme le filament d’une ampoule incandescente, les tubes à R-X ont une durée de vie utile et doivent être remplacés périodiquement lorsque l’efficacité du processus de génération des R-X diminue. Cela représente, avec l’électricité requise, une partie significative des dépenses de fonctionnement.

Interactions dans la matière

Les R-X une fois émis circulent donc en ligne droite vers une cible. Leurs propriétés d’interactions avec la matière déterminent leur utilisation.

Allons-y à l’envers. Voyons d’abord ce qui se passe au niveau du film atteint (nous verrons ensuite ce qui se passe dans les tissus humains traversés).

Interactions dans le film radiologique

Pendant longtemps les films radiologiques étaient constitués d’un support en plastique contenant des sels d’argent. L’absorption de R-X par ces sels déclenche une réaction physico chimique qui modifie leurs propriétés. Il ne restait plus qu’à faire transiter ces films dans un appareil de développement (processus similaire aux films photographiques, avant l’ère du digital) pour obtenir une image radiologique.

Aujourd’hui, les films avec nitrate d’argent ont été remplacés par des capteurs contenant diverses substances qui ont la propriété d’émettre de la lumière lorsqu’ils sont stimulés par les R-X.

Phosphore dans le cas du CR (computed radiography). En CR, l’image est latente et doit être scannée par un laser pour être visualisée. Ce fût une étape de transition qui a encore quelques applications mais qui est de moins en moins utilisée. C’était plus rapide mais on a fait mieux ensuite.
Silicium, césium ou même gadolinium dans le cas du DR (digital radiography). Ces terres rares émettent une lumière qui est captée directement par une camera CCD qui produit une image instantanée.

Un petit mot sur les avantages de l’imagerie digitale. Au-delà de la vitesse d’acquisition, il y a d’autres gains à considérer.

La plage dynamique des capteurs numériques étant plus grande que celle des anciens films, les examens de mauvaise qualité et les reprises ont chuté drastiquement.

La dose d’exposition du patient est moindre qu’antérieurement.

Le film étant digital, cela simplifie grandement son interprétation et sa consultation par plusieurs personnes en simultané (en divers endroits). Cela contribue aussi à la diminution de la dose globale car on n’a plus à refaire des examens pour des films égarés…

Interactions dans le patient

Revenons donc un peu en arrière. Avant d’atteindre le films les rayons X doivent traverser le patient. Que se passe-t-il donc à cet endroit?

Les rayons X sont ionisants. C’est-à-dire qu’ils ont la capacité de modifier la structure des atomes rencontrés en déplaçant des électrons rendant les atomes en charge positives ou négatives (création d’ions).

Ce phénomène se produit de façon aléatoire et est fonction de la dose reçue. Plus elle est élevée et plus la réaction sera forte. La sensibilité de chaque tissu humain varie également. Les tissus reproducteurs (seins, ovaires, testis) sont les plus sensibles.

Donc tout est fonction de la dose reçue. À faible dose, l’effet est minime et les mécanismes de surveillance du corps peuvent réparer les altérations subites. Il faut comprendre que ceci est bien ancré dans notre processus d’évolution puisque tout être humain est exposé quotidiennement à des rayons ionisants autres que les rayons X – les rayons du soleil et le radon en sont deux exemples.

À dose très forte, la mort cellulaire survient. C’est l’effet recherché par la radiothérapie ciblée dans les cas de cancer. Entre les deux extrêmes que sont l’absence d’effet et la mort cellulaire se trouve un continuum de réactions possibles allant de l’altération minime réparable aux lésions plus graves mais non mortelles, dont les lésions tératogènes sont le meilleur exemple.

Ces lésions tératogènes sont des anomalies de développement physiologique, particulièrement importantes durant l’embryogénèse et la vie in utero. C’est pourquoi l’exposition aux rayons X doit absolument être évitée durant la grossesse.