Faculté de Médecine P2 Radioprotection Année Universitaire it i 2007/2008 1. Fondements de la radioprotection 2. Les rayonnements ionisants : natures et origines La radioactivité Les rayons X Sources d exposition naturelle et artificielle Différents types d expositions 3. Mécanismes des Interactions des R.I. avec la matière 4. Grandeurs et Unités en Radioprotection Pr. Jean Claude Artus 5. Effets Biologiques et Effets Pathologiques des R.I. Cellulaires Déterministes Grossesse et exposition médicale Stochastiques 6. Radioprotection : principe et mise en oeuvre Justification : doses délivrées aux patients, information, Optimisation : guide des procédures, Niveaux de référence 7. Radioprotection du personnel Source radioactivité, «nucléaire», RX,... Exposition exposition externe, contamination Absorption c est la dosimétrie... Effets Réglementation expressions pathologiques radioprotection Les RI peuvent être dangereux! 1.Fondements de la radioprotection
Dose thérapeutique et effet «coup de soleil» 5 à 6 Gy pour les RX En 1927 le 1/10 par an => dose ineffective de l ordre de 500 à 600 msv/an puis est ramené à 2 msv/j (CIPR) Elle est ensuite portée à 3 à 10 msv/s La drosophile => DMA à 50 msv/an Ensuite aspect économique, B/C, considération sociétales La radioactivité Nature : «α», «β», particulaires «γ» électromagnétiques Période ou demie-vie, de la sec. à des 10 6 années Énergie s exprime en multiple d électron-volt Activité : Ci mais surtout Bq A=λn
Les Rayonnements Electromagnétiques Photoniques, ionisants si E> 10eV, hν = XeV RX vient de couronne e -, Rγ du noyau (radioactivité) pas de différence lors interactions RX de fluorescence, réarrang. e - (schéma), spectre énergétique discontinu RX de freinage : e - énergétiques déviés par champs E + du Nx (schéma) spectre énergétique continu (énergie maximale est : kv x e - = kev, allure du spectre (schéma) «γ», spectre énergétique discontinu à raies Émission γ Schéma du Tube de Coolidge Raies de Fluorescence X RX Spectre Énergétique Continu et à raies des RX
Sources d exposition naturelle, 3 composantes Tellurique (terrestre) : éléments lourds et légers (Uraniums 238 et 235 et Thorium 232) et K 40, Ru 87 Cosmique : exposition directe varie avec l altitude, exposition radionucléides secondaires C14 et H3 mais aussi Pu 239 Interne : Endogène : K40 (β, γ), C14 (β), soit de 10 kbq pour 75 kg Exogène : inhalation du radon, α, (U 238), très variable de 1mSv à 20 msv/an, ingestion aliments
Sources d exposition artificielle, 3 composantes Origine médicale : radiodiagnostic, radiothérapie et médecine nucléaire : pour 1 msv en moyenne mais beaucoup de disparités Origine retombées des essais nucléaires, de 1945 à 1980, dans l atmosphère terrestre Cs 135 et St 90 Origine industrielle en fonctionnement normal : Rejets liquides (H3, produit activation Co 60) et gazeux (gaz rares, H3, I 131, C14) soit de l ordre de 80 μsv/an Accidents : Windscale 1957, Three-mile Island 1979, Tchernobyl 1986 Répartition des doses médicales
Il y a donc 2 origines des R.I. les éléments radioactifs (α, β, γ ) -d origine naturelle -d origine artificielle les générateurs - tubes de RX - accélérateurs.. Mais je rêve!... vous nous dites qu il existerait du «Nucléaire» naturel!!! Et encore que la radiologie serait aussi équivalente au «Nucléaire»! Origines artificielles (de cette énergie) Médicale : depuis 1895, Roentgen, les RX, la radiologie depuis 1898, Becquerel, P. et M. Curie, le radium, la radiothérapie depuis 1950-55, la médecine nucléaire Recherche : centres d études, le CEA, le CNRS, l Université,... Origines artificielles (suite) Industrielle depuis 1960/1970, les centrales électronucléaires par leurs rejets (aujourd hui pas des déchets!) nombreuses autres applications, irradiateurs, stérilisation, ionisation alimentaire, etc... Militaire : Hiroshima et Nagasaki essais aériens et retombées radioactives Sources Dose Variations moyenne cosmos 0,41 x 2 (1500 m) tellurique 0,46 0,3 à 200 msv radon 1,30 0,2 à 20 msv organisme 0,23 stable Total 2,4 msv jusqu'à 400 msv
Irradiation annuelle au Kérala : 6 à 8 msv Vol Paris/New-York : 0,05 msv Un jour en orbite de la terre : 1 msv Une radiographie du thorax : 0,3 msv Une radiographie dentaire : 0,01 à 0,02 msv Irradiation d une tumeur correspond à : 20 à 60 Gy!!! ATTENTION : irradiation totale ou partielle? Expositions à distance ou au contact à distance, ne concerne de principe que les REM, RX et γ, les paramètres sont La distance L atténuation du faisceau par des écrans Le temps d exposition Au contact, par contamination, concerne les raynt. particulaires, α, β et γ (mais pas les générateurs électriques!), les paramètres sont : Pour l externe : la surface de la peau (le +svt) Pour l interne : la nature de l organe cible, la période effective
De l énergie dont la grandeur est la dose Des Doses! Selon leurs utilisations
Produit Dose x Surface PDS en Gy.cm -2, E PDS (coef. de conversion selon l organe) => E efficace Index de dose Scanographique CTDI, dose intégrale reçue par le patient (en mgy) mais nécessité de PDL = CDTI x L => E efficace Dose efficace en Médecine nucléaire : Activité, τ de séjour S, coefficient (organe et radionucléide) DT = A0. τs. S ( c s) Raynt. Particulaires : α, β, e - (neutrons), - α, interactions obligatoires avec couronne e -, parcours maxi très court, cm dans air, μm dans l eau, fortes ionisations, TEL élevé - β, interactions obligatoires avec couronne e -, parcours maxi court, MeV/2 cm dans air, mm dans l eau, ionisations à distance, TEL faible mais aussi raynt. de freinage, RX, si Nx. lourds
REM, soit γ soit RX interactions aléatoires Effet photoélectrique => Z 3.E 3, transfert de la totalité de l énergie à l e - => e - cinétique = β Effet Compton diffusion partielle hν moins énergétique, e - moins énergétique, fréquente pour énergie de 50 kev (90% diffusé) pour 1,25 MeV (50% de diffusé) Matérialisation si E > 1,02 MeV Importance relative des effets : Photoélectrique pour 50 à 100 kev et tissus mous Compton pour 130 et + kev et tissus dur (os), med. nuc. Absorption atténuation : coef. Att. (E et Z) CDA TEL, faible, peu d ionisations dues aux e - mis en route Les trois types d interactions des REM Dose absorbée D = énergie/masse, 1J/kg = 1gray, Gy Dose dans l Air D air mesurable en Gy Dose à la Surface d entrée D E Dose en profondeur (calculé de D E et atténuation) Dose Équivalente H = D x W r (Gy pondéré) Dose Efficace E = ΣD x W r x W t Dose engagée : sommation pour les contaminations seulement Résultent d ionisations, excitations qui directement ou indirectement => lésions de l ADN (pour rester simple ) importance du TEL lésions simples, dble brin, lésions complexes (épigénétiques), chromosomiques, instabilité génétique Réparation de l ADN (plusieurs étapes) Fidèle «sb»: vie normale cellulaire Fautive «db»: Influence du débit sur le cycle cellulaire (réponse adaptative)
10-6 s. min. heures jours semain. mois années générat. R.I. (α, β, γ, RX) Ionisations, excitations Radiolyse Effets directs Réparation fautive Effet létal Mort cellulaire Radiopathologie Inflammation, nécrose, hypoplasie Lésion de l ADN Mutation non létale + - Système immunitaire cancers Réparation fidèle Survie normale Organes RIEN Gonade Anomalies Héréditaires?
Et l Hormésis? Peut-on parler de bienfaits?... C est la réponse adaptative Ce qu il y a de sûr, les radiations ionisantes sont très probablement indispensables à la vie La «vie» a évolué depuis la nuit des temps dans un bain de rayonnements ionisants, en leur absence il y a problèmes! Ils sont schématiquement de deux types : D apparition obligatoire D apparition incertaine (estimée sur 1 grand nombre de cas!) Je peux vous le confirmer : -j ai toujours un peu de bronchite -j j espère ne jamais avoir une «saloperie» du poumon!
Dose Obligatoires Gravité augmente avec la dose Seuil RIEN Précoces Aléatoires Probabilité Le risque de cancers augmente avec : -la dose -le temps Gravité constante Seuil incertain Tardifs (à partir de 3 ans) Temps Qu il s agisse d effets déterministes précoces, ou aléatoires tardifs... Avant tout de la DOSE Du débit de dose! De la nature du tissu concerné exposition corps entier exposition partielle De l âge (surtout ) du sexe (peu) Sûrement de prédispositions génétiques Critères hématologiques de la dose reçue
Effets obligatoires (extrêmement rares) : obligatoires au dessus d un seuil de dose, à débit élevé, 800 mgy (290 ans d expo. Nat. d un seul coup) la gravité augmente avec la dose jusqu à la mort pour 6000 mgy (2500 ans en une fois!) apparition précoce ( quelques Heures à quelques Jours ) [brûlures, hémorragies, stérilités, nécroses, morts... ] 0 à 0,8 Gy : aucun signe clinique 0,8 à 2 Gy : asthénie, vomissements, 2 à 4,5 Gy : hémorragies, infections, 4,5 à 6 Gy : accentuation des signes > 6 Gy : mort * Exposition corps entier Effets incertains ( les cancers ) : la probabilité d apparition augmente avec la dose et le temps apparition tardive (pas avant quelques années, 4, 10 mais aussi 20 ans!) non spécifiques [ Cancers, Leucémies ] seuil incertain Seuil d Action Décelable à 150 msv chez les adultes (84 d N t )
600 travailleurs requis d urgence (doses les plus élevées, >1 Sv), 134 syndromes aigus d irradiation 30 décès avant 1987 Source : UNSCEAR 2000 11 décès enregistrés entre 1987 et 1998 : 3 maladies coronariennes, 2 pathologies pulmonaire non cancéreuses, 2 cirrhoses hépatiques, 1 embolie graisseuse et 3 pathologies hématologiques (dont 1 leucémie) 3 décès en 1999-2001 600 000 liquidateurs Source : UNSCEAR 2000 (dose moyenne 0,1 à 0,2 Sv en 1986) Analyse difficile : nombre de registres, hétérogénéité de surveillance Pas d'excès de cancer (leucémie?, cancers de la thyroïde?) Pas d augmentation observable des cancers (incidence ou mortalité), en relation avec l irradiation Nombreux effets sur la santé non spécifiques : augmentation du taux de suicides et décès par mort violente
Source : UNSCEAR 2000 doses (équivalente) à la thyroïde population évacuée ( ~135 000 personnes) dose moyenne de 0,47 Sv chez l adulte et de 2 Sv chez l enfant de moins de 1 an population des territoires fortement contaminés ( 6 millions de personnes) dose moyenne à la thyroïde de 0,1 Sv chez l adulte pouvant dépasser 1 Sv chez l enfant (doses >1 Sv à la thyroïde chez plus de 15 000 enfants) 1800 cancers de la thyroïde survenus entre 1990 et 1998 chez les enfants de moins de 18 ans lors de l accident dose due à l ensemble des radionucléides 12 msv en moyenne Hors thyroïde chez l enfant, pas de pathologie imputable directement à l irradiation Nombreux effets sur la santé non spécifiques, en rapport avec la situation accidentelle Source : UNSCEAR 2000 Source : UNSCEAR 1988 Source : IPSN 2001 Valeurs max sur 60 ans (dont 1/3 reçue en 1986) Dose à la thyroïde des très jeunes enfants jusqu à 1 an les doses max à la thyroïde sont ~15-20 msv ( âge 5 ans) reçues en mai-juillet 1986
Les différents risques selon l age de la grossesse ATTENTION de J9 à S9 Données expérimentales résultent extrapolations de l animal à l homme des faibles aux fortes doses (incidence naturelle 70%) Données épidémiologiques : H et N rien Irradiations médicales : patients traités rien Rayonnement naturel augmenté : excès anomalies chromosomiques mais pas affections génétiques Quantification risque génétique : 0,5 par Gy et 10 6 à la 1 ère génération et 0,2 à la 2 ème 70% d anomalies génétiques é spontanées Dose à ne pas Doses à ne pas dépasser dépasser pour les effets obligatoires pour le public 1 msv/an (brûlures, stérilité, etc.) 700 mgy (dose corps entier) pour les travailleurs pour les effets incertains 20mSv /an (cancers, ) 150 mgy (seuil d effet décelable, chez les adultes) Alors enfin... vous allez vous préoccuper de la radioprotection de vos patients et notamment des tout-petits...
Décret du 20 mars 2003 justification de l acte : bonne indication, choix de techniques d imagerie optimisation de l exposition : contrôle de qualité des appareils, protections individuelles respects de niveaux de références formation des professionnels de santé à la radioprotection information des patients Elle engage la responsabilité du prescripteur et le savoir faire du spécialiste Elle nécessite la connaissance, à priori des ordres de grandeurs des doses et la radiosensibilité du patient Elle incluse l information du patient Basée sur un minimum de compétence en radioprotection Situer l ordre de grandeur de la dose efficace délivrée lors de l examen La situer par rapport aux valeurs des expositions naturelles Relativiser les effets des faibles doses Circonstance de la plus grande radiosensibilité Connaître la date DDR Estimer la dose délivrée à lutérus l utérus ( ou à l embryon Ne pas oublier que le prématuré reste la personne probablement la plus négligée et la plus fragile
Clichés rétro-alvéolaires :pas de NR 1 mgy dose d entrée, 0,03 mgy pour le PDS soit des doses efficaces de 2à5 μsvs Clichés panoramiques:pas de NR Estimation à 2 mgy pour la dose d entrée et une dose efficace correspondante à 30 μsv par cliché
Rachis dorsal : 2,5 msv ASP : 1,7 msv UIV : 11 msv Thorax : de 0,3 à 0,6 msv Scanner : quelques 10 msv Scintigraphie osseuse : 4 msv Scintigraphie myocardique : 23 msv Radiographie dentaire : 0,01 à 0,05 msv * ordre de grandeur Prise de Risque : Bénéfice/Contrainte Bénéfices Apports médicaux Source énergie Économie Indépendance Effet de serre Contraintes Cancers Incertitudes Déchets Accidents Armes nucléaires
Justification de l exposition aux R.I. Optimisation ALARA Limites de dose Aspects réglementaires Connaissances Radiobiologiques 1- ROLE DE L'EMPLOYEUR 2- ROLE DE LA PERSONNE COMPETENTE 3- ROLE DU MEDECIN DU TRAVAIL 4- ROLE DU (OU DES) ORGANISME(S) AGREE(S) 5- RELATIONS AVEC LES INSTANCES EXTERIEURES des mesures techniques classification zone contrôlée, zone surveillée mise en œuvre de moyens de protection réalisation des contrôles surveillance individuelle des mesures administratives déclaration ou autorisation de sources désignation d'une PC mise à jour d'un document propre à chaque source information du personnel consultation du comité d'hygiène organisation de la formation à la radioprotection des mesures médicales médecine du travail
dans l'analyse des postes de travail ; dans le contrôle du respect des mesures de radioprotection en cas de dépassement des limites réglementaires en cas d'incident ou d'accident ; dans la formation à la radioprotection des travailleurs exposés dans la rédaction de la fiche relative aux conditions de travail Le rôle du médecin du travail surveillance médicale des travailleurs exposés tenue du dossier médical et radiologique Les organismes agréés procède à des vérifications de conformité des appareils installations et conditions d'utilisation dispositions du code du travail Les instances extérieures - inspecteur du travail - sécurité sociale -DGSNR