L’optimisation de la radiographie par les
nanoparticules

L’objectif de l’imagerie par agents de contraste est de faire différencié entre les organes ayants une densité l’un proche de l’autre. On utilisant des produits spécifiques grâce à leurs propriétés physique et biologique. Les agents de contraste iodés ont été utilisés avec succès pendant des décennies en diagnostic par rayons X et tomodensitométrie (TDM), malgré le fait que l’iode n’est pas le plus approprié élément par rapport à l’atténuation des rayons X. Dans le CT scanners moderne, les tensions des tubes à rayon X couramment utilisés sont de 60-140 kV, tandis que le Kedge de l’iode n’est qu’à 33,2 keV. Les éléments de numéro atomique Z élevé avec une K-edge dans la plage de 60 à 80 keVdonneraient sensiblement une atténuation des rayons X plus élevée dans les rayons X utilisés pour le diagnostique ce qui améliore le contraste des images. A cet égard, plusieurs éléments ont été proposés comme or, bismuth, gadolinium et tungstène, hafnium…ect. Il a été suggéré que le hafnium fournissait les meilleures performances D’autre part, le filtrage additionnel des spectres des rayons X influe sur la dose reçus par le patient. La compagnie TOSCHIBA, spécialisé dans la fabrication des équipements de radio diagnostique a utilisé les filtres de tantale dans leurs tubes à rayon X pour réduire la dose au patient.[39] Dans ce travail, nous essayerons de montrer la capacité d’utiliser le hafnium sous forme d’oxyde (HfO2) comme agent de contraste combiné avec l’utilisation du filtrage avec le tantale pour optimisation de la radiologie.

Détermination du coefficient d’atténuation

Dans la chapitre II, on a montré l’importance des coefficients d’atténuation des matériaux en radiologie, ces coefficients sont directement proportionnels aux sections efficaces d’interaction des photons et qui dépondent de leurs énergie. Les valeurs retenues par la communauté scientifique des coefficients d’atténuation peuvent être obtenus à partir du NIST (National Institute of Standards and Technology). Cette institution à réaliser un programme pour calculer ces coefficients (XCOM). [40] XCOM est un programme pour le calcul des coefficients d’atténuation totale pour les éléments, les composés et les mélanges pour les rayons X d’énergie (1keV à 100GeV). Le programme peut calculer aussi les coefficients d’atténuation partielle pour les processus suivants: diffusion incohérente, diffusion cohérente, absorption photoélectrique et production de paires. L’utilisateur spécifie l’élément ou le symbole chimique composé ou fournit les fractions massiques pour chaque constituant spécifié par numéro atomique

Monte Carlo Simulation des contrastes par le code PHITS

L’image radiographique représente la distribution de l’intensité des rayons X après la traversé de l’objet à radiographié. Les codes Monte Calo permet de simuler l’irradiation d’un fantôme et calculer la distribution spatial du flux photonique après la traversé du fantôme. Dans ce qui suit, nous essayerons de simuler, par le code Monte Carlo PHITS, l’irradiation d’un fantôme d’eau, contenant des matériaux tel que l’os la solution de Hfo2 et la solution iodée. D’autre part, nous essayerons des calculer la dose au patient en utilisant le filtre de tantale et de comparer à celle obtenus par l’aluminium.

Description du code PHITS

PHITS est un code de simulation de transport de particules Monte Carlo à usage général développé grâce à la collaboration de plusieurs institutes principalement au Japon. Il peut analyser le mouvement de presque touts les radiations sur une large plage d’énergie dans des matières tridimensionnelles. Il a été utilisé pour diverses applications, y compris la physique médicale. La version 03 PHITS peut gérer le transport de presque toutes les particules (nucléons, noyaux, mésons, photons et électrons) sur de larges plages d’énergie, en utilisant plusieurs modèles de réaction nucléaire et des bibliothèques de données nucléaires. La configuration géométrique de la simulation peut être définie avec GG (General Geometry) ouCG (Combinatorial Geometry).

L’architecture du code PHITS 

 Les fichiers d’entrée et de sortie du code PHITS sont : a. Fichier d’entré • Type et énergie des particules incidente. • Position et direction des émissions de source. • Paramètre de simulation (énergie d’absorption, énergie seuil pour méthode mixtes). • Nombre d’histoire à simulé. • Durée maximale de la simulation. • Nombre aléatoire initiaux. b. Fichiers de sortie : • Energie absorbé, transmise et rétrodiffusée. 

Simulation de la radiographie d’un fantôme

Simulation eau/os 

Dans ce travail, on a réalisé une simulation de la radiographie d’un fantôme formé d’une cylindre d’os de 4cm de diamètre et d’épaisseur de 4cm intégré dans un cylindre d’eau(équivalent tissu) de 10cm de diamètre et d’épaisseur 4cm, irradiée par une source de rayons X de forme carre de 5cm émis des photons en spectre énergétique issu d’une cible de tungstène filtré de 2 mm d’aluminium. Un détecteur de l’iodure de sodium (NaI) et placé après le fantôme pour détecté le flux photonique après transmission du fantôme figure(IV.3).le spectre énergétique ayants des rais caractéristiques Kα = 59keV et Kβ = 67keV, est représenté sur la figure(IV.4). Les composants est les fractions massiques de l’os sont retirée de la bibliographique de [NIST]:H, C, N, O, Na, Mg, P, S, Ca. Les résultats de la simulation sont représentés sur la figure (IV.5). En remarquant que la fluence photonique transmis par les tissu osseux est plus faible que ce -lui transmis par l’eau cela est dû au coefficient d’atténuation très élevée d’os (l’os est composées d’éléments de numéro atomique élevée comme le calcium (Z=20)), par rapport à l’eau. Alors que l’air possède un coefficient d’atténuation très faible, l’atténuation photonique est négligeable