QSPPS 11 : Les métiers et applications de la radioactivité en santé

Rappel atomistique : de quoi est constitué un atome ?

La matière est constituée d’atomes. Les atomes sont composés d’un noyau et d’un cortège d’électrons.

• Dans le noyau, on retrouve des protons chargés positivement et des neutrons neutre, le tout formant les nucléons. Les noyaux peuvent être dans des états dit stables ou instables.

• Le cortège électronique est lui composé d’électrons chargés négativement. Dans un atome, il y a autant de électrons que de protons

Que faut-il pour qu’un noyau soit stable ?

Equilibre entre les forces d’attraction nucléaire (lié à l’interaction entre les nucléons) et les forces de répulsion coulombienne (charge + des protons)

De quoi est majoritairement composé l’atome ?

La matière est essentiellement constituée de vide. Il y un écart de 10⁵ m entre la taille du noyau (10^-15 m) et la taille de l’atome entier (10^-10 m)

Nomenclature du noyau de l’atome ?

Les éléments chimiques se nomenclaturent de la façon suivante :

- X : symbole de l’élément chimique

- A : Nombre de masse, nombre de nucléons

- Z : numéro atomique, qui correspond au nombre de protons, caractéristique de l’élément chimique (tous les isotopes d’un même élément chimique ont le même Z)

- N : Nombre de neutrons (en général on ne le fait pas figurer car on l’obtient sous forme de simple soustraction A-Z).

De quoi parle t-on quand on parle de radioactivité ?

Quand on parle de radioactivité, on parle en fait d’instabilité. Si l’équilibre entre les forces se rompt, soit par un excès de protons, soit par un excès global de nucléons (pour les noyaux très lourds => au-delà du bismuth et du plomb), le noyau devient instable.

Comme la matière a horreur de l’instabilité, elle va chercher à revenir vers un état plus stable. Pour ça, les noyaux vont soit se désintégrer soit se désexciter (= émettre sous la forme de rayonnement électromagnétique un surplus d’énergie) et c’est ça qu’on appelle la radioactivité.

Instabilité = Radioactivité (= désintégration) ou Désexcitation = Emission de rayonnements

=> Au cours de ces processus, soit de désexcitation soit de désintégration, les noyaux vont émettre des rayonnements. Ce sont les rayonnements que l’on va utiliser en médecine pour faire soit de la thérapie soit du diagnostic.

Rayonnements c’est quoi ?

Classés comment ?

Rayonnement = Processus d’émission ou de transmission d’énergie sous forme d’ondes (électromagnétiques) ou de particules

Les rayonnements sont classés selon leur effet sur la matière. En fonction de l’énergie de ces rayonnements, on peut les classer de deux façons : les rayonnements non ionisants et ionisants

Rayonnements non ionisants c’est quoi ?

Les rayonnements non ionisants : sont des rayonnements qui ne sont pas suffisamment énergétiques pour ioniser la matière, c’est-à-dire pour arracher des électrons.

Rayonnement ionisant c’est quoi ?

Les rayonnements ionisants sont des rayonnements (soit des ondes électromagnétiques soit des particules) qui ont une énergie suffisante pour arracher des électrons à la matière.

seuil énergétique pour dire qu’un rayonnement est ionisant ?

On considère que le seuil énergétique pour dire qu’un rayonnement est ionisant est d’environ 10 eV (ce qui correspond à l’énergie suffisante pour arracher à peu près un électron (= potentiel d’ionisation) à l’atome d’hydrogène 13,6 eV précisément) mais ça dépend de l’état de la matière et du milieu dans lequel il se trouve.

Types de rayonnements ionisants

Tous les rayonnements ne se comportent pas de la même façon en fonction de leur nature électromagnétique ou particulaire, s’ils sont chargés ou non :

• Les rayonnements indirectement ionisants

• Les rayonnements directement ionisants

Rayonnements directement ionisants ?

Les rayonnement directement ionisants concernent les particules chargées (électrons, positons, protons, particules alpha). Ces rayonnements interagissent par des interactions dites coulombiennes “obligatoires”. En fonction de leur énergie, on va avoir d’abord des transferts thermiques, des excitations et des ionisations.

Rayonnements indirectement ionisants ?

Les rayonnement indirectement ionisants concernent les rayonnements électromagnétiques (photons) et les particules non chargées (neutrons). Ils interagissent par des interactions aléatoires avec la matière ce qui va mettre en mouvement des particules chargées qui elles vont dans un second temps, ioniser la matière.

Particularité des rayonnement indirectement ionisants ?

Leur particularité et que contrairement aux rayonnements directement ionisants qui ionisent forcément la matière, ces rayonnements indirectement ionisants, ont une ionisation qui est soumise à des interactions de type probabiliste (coefficient d’atténuation linéique= probabilité d’interaction entre un rayonnement et la matière en question)

Recap rayonnements ?

Historique des rayonnements ?

• Rayons X découverts en 1895 par Röntgen qui a eu un prix Nobel en 1901

• Henri Becquerel a découvert la radioactivité (1 Bq = 1 désintégration/seconde) en 1896. Il reçoit un prix Nobel en 1903

• On arrive ensuite dans le champ de l’application médicale avec des premiers essais de radiothérapie en 1896

• 1897 : Essais de diagnostic notamment pour la tuberculose

• 1916 : Marie Curie fait des « petite Curie » = petites voitures diagnostiques mobiles pour ses premiers essais de radioscopie

• 1935 : Les époux Joliot-Curie découvrent la radioactivité artificielle et reçoivent un prix Nobel en 1935

• 1936 : Emilio Segré découvre le technétium 99 métastable (^99mTc) qui est l’isotope le plus utilisé en médecine nucléaire à l’heure actuelle

• A partir de 1950 : développement du champ des caméras : caméras scintigraphiques (TEMP), Tomographie par émission de positons (TEP),

• A partir de 2010 : Les dernières générations de caméras sont des caméras hybrides qui peuvent combiner à la fois des caméras pour faire de l’imagerie nucléaire (TEP ou TEMP) et des IRM ou scanners

Place de la radioactivité en santé ?

2 grands domaines d’applications :

• La thérapie

• Le diagnostic

Thérapie ?

Utilisation des rayonnements ionisants issus de la radioactivité pour détruire des cellules

• Cancérologie

• Rhumatologie

Rayonnements ionisants préférentiels : Rayons gamma ou X, ß-, α,… car ils sont capables de déposer de l’énergie

Thérapie : comment agissent les rayonnements ?

• Soit les rayonnements ont la capacité de détruire de façon directe les cellules par dénaturation des protéines, des lipides membranaires ou de l’ADN => effet direct

• Soit les rayonnements agissent de façon indirecte en passant par la radiolyse de l’eau : l’eau contenue dans les cellules est ionisée => ça génère des radicaux libres qui vont être responsables de la dénaturation des protéines et de l’ADN => effet indirect

Diagnostic ?

Utilisation des rayonnements ionisants pour générer du contraste

Rayonnements ionisants préférentiels : Rayons gamma ou X car ils sont capables de traverser les tissus (on mesure ce qui sort du patient et par contraste, on est capable de reconstruire des images)

Diagnostic : types d’imageries ?

• Soit modalités d’imagerie de transmission : une source émet un rayonnement qui traverse le patient et on mesure ce qui sort du patient, plus précisément le contraste qui a été généré => C’est le principe de la radiographie, du scanner (fait avec rayons X)

• Soit modalités d’imagerie d’émission : On administre une substance radioactive au patient. Le patient devient radioactif donc le départ des rayonnements se fait du patient et on mesure ce qui sort => (principe de la médecine nucléaire avec les rayons gamma)

Structuration des compétences - Hôpital ?

3 disciplines médicales associées à l’utilisation des rayonnements :

• Radiothérapie

• Radiologie

• Médecine nucléaire

+ Domaines transversaux

Radiothérapie :

Pour quoi ?

fait par qui ?

La radiothérapie est pour les applications thérapeutiques.

Spécialités médicales : radiothérapeutes, oncologues

Professions paramédicales : cadres de santé, manipulateurs en électroradiologie, (infirmiers)

Radiologie

Pour quoi ?

fait par qui ?

La radiologie est utilisée pour les applications diagnostiques

Spécialités médicales : radiologues

Professions paramédicales : cadres de santé, manipulateurs en électroradiologie, (infirmiers)

Médecine nucléaire

Pour quoi ?

fait par qui ?

La médecine nucléaire est pour applications diagnostiques ET thérapeutiques (mais pas les mêmes)

Spécialités médicales : médecins nucléaires, radiopharmaciens

Professions paramédicales : cadres de santé, manipulateurs en électroradiologie, préparateurs en pharmacie

La médecine nucléaire fait appel de façon systématique à l’administration de médicaments radioactifs appelés radiopharmaceutiques d’où la présence de radiopharmaciens (pharmaciens habilités à gérer ces médicaments radioactifs)

Domaines transversaux (hôpital) ?

Expertise sur la manipulation des RI, le risque radiologique, l’aspect “technologique”

• Physicien médical (surtout retrouvé en radiothérapie), c’est une spécialisation de la physique dont le but est d’établir des balistiques de traitement pour la radiothérapie, faire des études de poste…

• conseiller en radioprotection (CRP) (garant du bon usage des rayonnements ionisants dans les différents services et dans les structures de recherche et travaille de façon étroite avec l’ingénieur de prévention des risques)

• Ingénieur de prévention des risques : Ils sont amené à gérer les risques liés à la radioactivité

Structuration des compétences - Recherche ?

2 disciplines :

• Recherche clinique

• Recherche préclinique

Recherche clinique ?

La recherche clinique est pour essais thérapeutiques ou cliniques sur des pratiques utilisant la radioactivité (diagnostiques ou thérapeutiques)

Acteurs médicaux : médecins, pharmaciens

Acteurs paramédicaux : “manip radio”, infirmiers

Acteurs de la recherche : investigateurs (médecins), attachés de recherche clinique (ARC), infirmiers ARC

Recherche préclinique ?

= Utilisation en recherche des rayonnements. Cela se fera en recherche fondamentale, in vitro, in vivo (notamment sur les animaux)

Chercheurs : Médecins, pharmaciens, scientifiques, Ingénieurs de recherche, d’étude, Techniciens de recherche

On pourra faire de la radiochimie, de la culture cellulaire, de l’expérimentation animale, de l’imagerie, ou encore une modélisation des données.

Domaines transversaux (recherche) ?

Expertise sur la manipulation des RI, le risque radiologique, l’aspect “technologique”

• Physicien médical

• conseiller en radioprotection (CRP)

• Ingénieur de prévention des risques

Structuration des compétences - radioprotection ?

Tout établissement détenant une source de rayonnement ionisant (rayons X, source radioactive) doit désigner un Conseiller en Radioprotection (PCR ou OCR)

Métier : conseiller en radioprotection : ça peut être des personnes dédiées à cette activité ou une casquette supplémentaire portée par le physicien médical ou le radiopharmacien par exemple

=> Il y a plusieurs formations de bases (métiers de la santé : pharmaciens, physiciens, cadres…/ingénieurs/chercheurs)

On peut le retrouver dans le secteur médical ou le secteur industrie/recherche

Conseiller en radioprotection : en quoi ça consiste ?

Le conseiller en radioprotection ou personne compétente en radioprotection est une personne qui a pour but de faire l’interface avec l’IRSN, l’ASN (autorité de sûreté nucléaire) et l’ANDRA qui gère les déchets radioactifs.

→C’est une fonction à l’interface entre les instances de régulation et les utilisateurs de la radioactivité

+ en lien avec l’ingénieur de prévention des risques, le médecin du travail

Missions du conseiller en radioprotection ?

• Evaluer les risques

• Définir les mesures de protection

• Optimiser le zonage

• Former les travailleurs exposés

• Assurer le suivi dosimétrique

• Prendre en charge les contrôles périodiques

Missions du conseiller en radioprotection : Evaluer les risques ?

Le conseiller en radioprotection identifie la nature et l’ampleur du risque encouru par les travailleurs exposés. Elle prend en compte les caractéristiques de la source de rayonnements et ses conditions d’utilisation. Cette première étape est essentielle.

Missions du conseiller en radioprotection : Définir les mesures de protection ?

Le conseiller en radioprotection définit les mesures de protection adaptées autour des sources de rayonnement. Il vérifie leur pertinence au vu des résultats des contrôles techniques, de la dosimétrie opérationnelle et des doses efficaces reçues.

Missions du conseiller en radioprotection : Optimiser le zonage ?

Le conseiller en radioprotection délimite et signale les zones à risque autour de la source de rayonnements et dans tous les espaces concernés

Autrement dit : dans telle zone, on a telle utilisation donc tel risque radiologique donc il faut appliquer tel zonage réglementaire

Missions du conseiller en radioprotection : Former les travailleurs exposés ?

Le conseiller en radioprotection accompagne la formation du personnel exposé. Il indique la conduite à tenir pour optimiser la radioprotection et les consignes de sécurité à respecter en cas d’incident.

Missions du conseiller en radioprotection : Assurer le suivi dosimétrique ?

Le conseiller en radioprotection suit les doses individuelles des travailleurs exposés, au travers de la dosimétrie passive et opérationnelle : port effectif des dosimètres, transmission des résultats à la banque de centralisation des données Siseri, consultation régulière de Siseri…

Missions du conseiller en radioprotection : Prendre en charge les contrôles périodiques ?

Le conseiller en radioprotection demande des contrôles périodiques internes et externes, via un organisme agréé, des installations de rayonnements ionisants

Dans quels domaines intervient le conseiller en radioprotection ?

Le conseiller en radioprotection intervient dans tous les domaines de la radioactivité.

On ne le retrouve pas qu’à l’hôpital ou dans les laboratoires de recherche mais aussi en imagerie vétérinaire, dans les panoramiques dentaires, dans le transport des matières nucléaires ou encore dans la gestion des déchets radioactifs.