Repositorio
Institucional

Figueroa, R.

EDXRF analysis of Gd-based Tumoral biomarker using a collimated 241Am source in a Bioequivalent phantom

PERGAMON-ELSEVIER SCIENCE LTD

RADIATION PHYSICS AND CHEMISTRY

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A proof-of-concept is presented for an energy-dispersive X-ray fluorescence (EDXRF) system employing a 93 mCi 241Am source (59.5 keV) to excite gadolinium (Gd) biomarkers embedded in water-equivalent phantoms. Monte Carlo simulations, based on adapted PENELOPE routines (109 primary histories), were used to optimize both source and detector collimation and to predict absorbed-dose distributions. For a 1 cm-diameter target located at 5 cm depth, simulations showed that a conical collimation geometry applied to both source and detector yields a signal-to-noise ratio (SNR) of 6000 +/- 381 % at 0.5 mmol mL-1 Gd and 400 +/- 95 % at 0.063 mmol mL-1. These represent 2-fold and 3.4-fold improvements, respectively, compared to single-collimator and fully divergent setups. Experimental validation confirmed these trends and established detection limits below 0.031 mmol mL- 1 (approximately 0.5 % w/w, equivalent to one-sixteenth the commercial OMNISCAN concentration). Tumor-sized volumes (>= 1 cm) infused with >= 1 % w/w Gd were reliably detected at 5 cm depth, while keeping the phantomaveraged absorbed dose below 1 mGy during a 15-min acquisition. These findings demonstrate that a compact, radioisotope-based confocal EDXRF system can achieve clinically meaningful Gd sensitivity with sub-centimeter spatial resolution, establishing a foundation for accelerated imaging using large-area detector arrays.Se presenta una prueba de concepto para un sistema de fluorescencia de rayos X de dispersión de energía (EDXRF) que emplea una fuente de 241Am de 93 mCi (59,5 keV) para excitar biomarcadores de gadolinio (Gd) incrustados en fantomas equivalentes al agua. Se utilizaron simulaciones de Monte Carlo, basadas en rutinas PENELOPE adaptadas (109 historias primarias), para optimizar la colimación de la fuente y del detector y predecir las distribuciones de dosis absorbida. Para un blanco de 1 cm de diámetro ubicado a 5 cm de profundidad, las simulaciones mostraron que una geometría de colimación cónica aplicada tanto a la fuente como al detector produce una relación señal-ruido (SNR) de 6000 ± 381 % a 0,5 mmol mL-1 de Gd y de 400 ± 95 % a 0,063 mmol mL-1. Estos resultados representan mejoras de 2 y 3,4 veces, respectivamente, en comparación con configuraciones de colimador único y totalmente divergentes. La validación experimental confirmó estas tendencias y estableció límites de detección inferiores a 0,031 mmol mL⁻¹ (aproximadamente 0,5 % p/p, equivalente a una dieciseisava parte de la concentración comercial de OMNISCAN). Se detectaron de forma fiable volúmenes del tamaño de tumores (≥ 1 cm) infundidos con ≥ 1 % p/p de Gd a una profundidad de 5 cm, manteniendo la dosis absorbida promedio del fantoma por debajo de 1 mGy durante una adquisición de 15 minutos. Estos hallazgos demuestran que un sistema EDXRF confocal compacto basado en radioisótopos puede lograr una sensibilidad al Gd clínicamente significativa con una resolución espacial subcentimétrica, estableciendo una base para la obtención de imágenes aceleradas mediante matrices de detectores de gran área.

artículo original

Energy dispersive X-Ray fluorescence

Confocal detection

Convergent photon beam

Gd-infused phantoms

In-depth X-ray fluorescence excited by 241Am

source

10.1016/j.radphyschem.2025.113017

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X-RAY-FLUORESCENCE

MRI CONTRAST AGENTS

GADOLINIUM

ENERGY

X-RAY-FLUORESCENCE

MRI CONTRAST AGENTS

GADOLINIUM

ENERGY

Radiología, Medicina Nuclear y de Imágenes

Física Nuclear

Tecnología Médica

versión publicada

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verde

24 embargo

24 embargo

WOS:001520762000001

EDXRF analysis of Gd-based Tumoral biomarker using a collimated 241Am source in a Bioequivalent phantom

artículo original

PERGAMON-ELSEVIER SCIENCE LTD

RADIATION PHYSICS AND CHEMISTRY

Chemistry, Physical

Nuclear Science & Technology

Physics, Atomic, Molecular & Chemical

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