Radiographie

La radiographie fait traverser le corps par des rayons invisibles et pénétrants qui frappent une plaque ou un détecteur, si bien que les os et les tissus denses y projettent leur ombre. Wilhelm Röntgen découvrit ces rayons à Wurtzbourg le 8 novembre 1895, et dès le début de 1896, quelques semaines après leur annonce, des médecins d'Europe et d'Amérique s'en servaient pour repérer fractures et balles.

Ce que c’est

Les rayons X sont des ondes électromagnétiques comme la lumière, mais de longueur d’onde bien plus courte, de 0,01 à 10 nanomètres environ contre 400 à 700 pour la lumière visible, ce qui leur permet de traverser des matériaux qui arrêtent la lumière. La matière dense en absorbe davantage que la matière légère : un objet placé entre une source de rayons X et une plaque sensible y laisse une image en ombre de son intérieur, et l’os, qui contient du calcium, se détache nettement sur la chair qui l’entoure.

L’appareil de la planche est du type employé en 1896 et dans les années suivantes. Une bobine d’induction transforme la basse tension d’une pile en dizaines de milliers de volts. Deux fils portent cette tension à un tube « focus », une ampoule de verre presque entièrement vidée d’air, avec à un bout une cathode concave en aluminium et, au centre, une petite plaque de platine, l’anticathode, inclinée à 45 degrés. Sous le tube repose une plaque photographique enveloppée de papier noir, l’objet à radiographier posé dessus.

Comment ça marche

Le tube contient encore une trace de gaz. La haute tension l’ionise, et les ions positifs, en frappant la cathode, en arrachent des électrons que la tension projette ensuite à travers le tube. Ces rayons cathodiques, comme on les appelait alors, sont des flux invisibles d’électrons, et la quantité de gaz restant dans le tube règle leur comportement. La cathode concave les concentre sur une petite tache de l’anticathode de platine. Quand les électrons rapides sont arrêtés dans le métal, une petite part de leur énergie ressort sous forme de rayons X ; presque tout le reste devient chaleur. Les rayons X partent de la cible dans de nombreuses directions ; comme elle est inclinée, un faisceau utile sort sur le côté, à travers le verre, vers la plaque photographique, tandis que le reste se répand dans la pièce faute de protection.

Le tube de Coolidge de 1913 : un filament de tungstène chauffé fournit les électrons, ce qui permet de régler précisément l’émission.

Les rayons partent en ligne droite de cette petite tache, d’où son importance : plus la tache est petite, plus les ombres sont nettes. Là où les rayons passent facilement, dans l’air ou la chair, ils noircissent l’émulsion photographique ; là où l’os ou le métal les absorbe, la plaque reste plus claire. Tirée ou regardée directement, la plaque montre le squelette d’une main, une pièce dans une bourse ou une balle dans un membre.

Les premiers tubes à gaz étaient capricieux : leur comportement changeait à mesure que le gaz restant s’épuisait. En 1913, William Coolidge, chez General Electric, fit un tube à vide poussé dont la cathode était un filament de tungstène chauffé. Le courant, et avec lui la quantité de rayons X, se réglait désormais par la température du filament, et leur pouvoir pénétrant par la tension, ce qui rendit les doses reproductibles. Les tubes modernes suivent encore ce principe.

Comment le fabriquer

Un appareil à rayons X ne peut pas être construit sans danger à la maison, et dans la plupart des pays son utilisation exige une autorisation. Les rayons X lèsent les cellules vivantes sans qu’on les sente ; les premiers opérateurs l’ont appris par des brûlures, des amputations et des cancers mortels. Cette section décrit comment les premières machines étaient faites dans les laboratoires, puis propose deux expériences simples qui montrent les mêmes principes.

Comment on faisait en 1896. Les fabricants d’instruments bobinaient des kilomètres de fil fin guipé de soie sur un noyau de fer, alimentaient ces bobines par des piles à travers un interrupteur vibrant et les reliaient à des tubes faits par des souffleurs de verre. On vidait les tubes pendant des heures à la pompe à mercure, on les scellait, puis on les rodait jusqu’à ce qu’ils donnent des rayons réguliers. Un châssis enveloppé de papier noir était posé sous le tube ; une main demandait d’abord plusieurs minutes de pose, parfois bien davantage, puis moins à mesure que les tubes s’amélioraient.

Voir des ombres avec la lumière. Dans une pièce obscure, fixer une lampe de poche vive à environ 2 m d’un mur et tenir un crayon à mi-chemin. Couvrir la lampe d’un carton percé d’un trou de 5 mm, puis l’ôter pour que toute la lentille éclaire : la petite source donne une ombre nette, la grande des bords flous, exactement comme une petite tache focale dans un tube à rayons X. Puis appuyer la lampe contre le bout d’un doigt : il rougeoie, parce que la lumière rouge traverse un centimètre de chair.

Voir la fluorescence. Röntgen remarqua les rayons parce qu’un écran enduit de platinocyanure de baryum s’illuminait. Sous la responsabilité d’un adulte et en suivant les consignes de la lampe, éclairer dans le noir un verre d’eau tonique avec une lampe ultraviolette de faible puissance, de type « UV-A » à 365 nm : la quinine qu’elle contient absorbe cette lumière invisible et brille en bleu. L’encre des surligneurs et certaines lessives font de même.

Sécurité. Ne mettez jamais de vieux tubes à vide ou tubes cathodiques sous haute tension : quand des électrons frappent le verre ou le métal à l’intérieur, ils peuvent émettre des rayons X. Les bobines d’induction et autres alimentations haute tension peuvent donner des décharges dangereuses, voire mortelles. L’ultraviolet abîme les yeux et la peau : ne regardez jamais dans la lampe, tenez le faisceau loin des yeux et de la peau, portez des lunettes anti-UV et choisissez une lampe de faible puissance vendue pour l’UV-A seulement. Les radiographies médicales sont faites par du personnel formé, à la dose la plus faible que permet l’examen.

Histoire et évolution

La découverte de Röntgen : un tube enveloppé de carton noir, et à côté un écran fluorescent qui luit malgré tout.

Le soir du 8 novembre 1895, Wilhelm Conrad Röntgen, professeur de physique à Wurtzbourg, étudiait une décharge électrique dans un tube enveloppé de carton noir. Un écran de papier enduit de platinocyanure de baryum, posé à quelque distance, s’illuminait chaque fois que le tube était mis sous tension, alors qu’aucune lumière ne pouvait sortir du carton. Dans les semaines qui suivirent, travaillant seul, il montra que ces rayons inconnus traversaient le papier, le bois et la chair, mais étaient bien plus absorbés par l’os et par des métaux comme le plomb. Le 22 décembre, il photographia la main de sa femme, Anna Bertha, où l’on voit les os et son anneau. Son article « Sur une nouvelle sorte de rayons » parut à la fin du mois.

Dès le début de 1896, la plaque montrait au chirurgien où se trouvait une aiguille ou une balle avant qu’il n’incise.

La nouvelle se répandit à une vitesse extraordinaire, et quelque mille publications sur les rayons X parurent en un an. Au début de 1896, Herbert Jackson à Londres et d’autres construisirent des tubes « focus » à cathode concave et cible métallique inclinée, qui donnaient des images bien plus nettes. Les chirurgiens s’en servirent pour localiser balles et aiguilles ; les hôpitaux s’équipèrent de salles de radiographie. Röntgen reçut en 1901 le premier prix Nobel de physique.

On ne comprit pas tout de suite le danger. Des brûlures et des chutes de cheveux furent signalées dès 1896, et beaucoup des premiers opérateurs subirent des lésions défigurantes ; Clarence Dally, assistant de Thomas Edison, mourut en 1904 après des années d’exposition. Écrans de plomb, limites de dose et formation suivirent. En 1912, l’équipe de Max von Laue montra que les rayons X sont des ondes en les diffractant à travers des cristaux, ce qui ouvrit l’étude des structures cristallines. La tomodensitométrie, qui reconstruit des coupes à partir de nombreuses mesures aux rayons X, valut en 1979 le prix Nobel à Godfrey Hounsfield et Allan Cormack.