Les caractéristiques des nanoparticules utilisées en stéréotaxie

Une nanoparticule est un assemblage de quelques centaines à quelques milliers d’atomes formant un objet dont au moins une dimension est comprise entre 1 et 100 nm. Cette définition exclut donc les objets dont la plus petite dimension est comprise entre 100 et 1000 nm. Ces particules, bien que de taille nanométrique, étant désignées comme des micrométriques. A titre de comparaison avec les structures organiques naturelles, les nanoparticules se situent principalement dans la gamme de taille correspondant aux protéines En premier temps, nous avons procédé au calcul du rendement de dose en profondeur en fonction des énergies des photons X incidents pour les différents nanoparticules (Or, Gadolinium et Argent), en variant la quantité de ces derniers. Deuxièmement, nous avons présenté la variation des profils de dose en fonction des caractéristiques des nanoparticules exploitées. I. Le rendement de dose en profondeur Le rendement en profondeur de la dose ou le PDD est la distribution de la dose sur l’axe central du faisceau (l’axe Z). Dans la présente étude, nous avons étudié la variation du PDD en fonction d’une taille de champ constante(2×2Cm2 ), et une distance source-surface (SSD=100) constante également. Le PDD est un paramètre recommandé par l’AIEA pour évaluer la qualité du faisceau produit utilisé dans le traitement radiothérapeutique du cancer. 

Effet des nanoparticules métalliques dans la tumeur 

Pour étudier l’effet de présence des nanoparticules dans la tumeur, nous avons simulé le rendement en profondeur de dose en absence et en présence de ces nanoparticules. Les résultats obtenus sont présentés sur la figure (IV-2). Arrivant à ce stade de l’étude, nous avons considéré que la source d’émission des photons dans l’espace est ponctuelle isotrope. Elle a été placée à une distance de 100 cm du centre de la tumeur Des résultats ressortis de ce graphe, nous observons la présence de quatre pics en fonction de la profondeur du « Snyder Head Phantom » qui représentent les différents tissus dans la tête : Le premier, le deuxième et le troixième pic representent les doses absorbées dans les trois premiers tissus en fonction de la profondeur fantôme de la tête. La différnce dans la hauteur des pics reflète la différence de densité dans les différents tissus (Peau, Os, Cerveau) (Tableau III-4). Cette différence représente également la profondeur traversée par des photons X. Le quatrième pic, représente l’augmentation de la dose relative dans la tumeur (représentée par un sphère de diamètre R=1.5 cm) qui varie sen fonction de différentes nanoparticules (Or, Argent et Ggolinium) injectées avec la même concentration. Une nette différence à été observé dans les résultats obtenus suite à l’utilisation avec ou sans nanoparticules, en se référant au principe du stéréotaxie cérébrale à la base des nanoparticules lourdes. La dose relative absorbée dans la tumeur en présence des nanoparticules d’Or est la plus élvée, par rapport à celle obtenue avec le Gadolinium ou avec l’Argent. 

Interprétation : Lorsqu’un faisceau des photons X pénètre dans une tumeur dans laquelle se trouve des nanoparticules (Z élevée), les photons X interagissent directement avec ces dernières. Les matériaux constituants ces nanoparticules présentent une probabilité d’absorbtion plus grande que les atomes légers constituant les cellules cancéreuses. Nous avons également constaté une différence dans la dose relative dans la tumeur en modifiant les nanoparticules utilisées. Cette augmentation de dose relative est due à l’effet photoéléctrique prédominant pour des atomes de numéro atomique élevée et pour des photons de basses énergies, mais pas pour les hautes énergies. Celui là est le résultat de l’augmentation des sections efficaces photoélectrique comme le montre le Tableau (IV-2) qui regroupe les différentes sections efficaces des éléments exploités dans ce travail. Les problématiques rencontreées sont :  L’augmentation de la dose dépend de la concentration des nanoparticules, qui doit être toujours minimale et de qualité de faisceau, donc des paramètre de l’accélérateur.  Forte absorption des photons dans l’os, qui va diminuer le l’absorption du faisceau atteignant la tumeur. 

Effet de l’énergie des photons dans la tumeur 

Nous avons simulé l’irradiation du fantôme à différentes énergies, avec une concentration d’Or, Gadolinuim et Argent fixée. La figure (IV-3) représente le rendement de dose en profondeur dans la tumeur avec des énergies de 160 keV, 200 keV et 250 keV La tumeur (sphère de R=1.5 cm) est localisée au centre de « Snyder Head Phantom ». Pour les trois courbes, la dose maximale est obtenue pour l’énergie de 160 keV, qu’est la plus basse des energies utilisées dans le cas des trois nanoparticules (Or, gadolinium ou Argent). Il est alors ressorti que l’effet photoélectrique est prédominant dans le cas des basses énergies pour les matériax lourds. A titre de comparaison entre le rapport dose/matériau , nous avons observé que l’Or est le meilleur matériau utilisé avec une énergie d’irradiation de 160 keV. Cela est maintenu après avoir remarqué que la dose dans les tissus sains (peau, os et cerveau) est inférieur à celle déposée par les photons à 200 keV et 250 keV, tandis-que la dose est plus élevée dans la région de la tumeur . La dose obtenue en cas d’utilisation de l’Or est plus importante que celle obtenue en cas d’utilisation du Gadolinium et l’Argent