Metodología de recopilación de datos en irradiaciones simuladas con técnicas Monte Carlo en imágenes DICOM para localización de emisiones de fluorescencia de rayos X en materiales de alto número atómico

Abstract

La tomografía computarizada por fluorescencia de rayos Xde mesa(XFCT) ha surgido como una modalidad prometedoragracias a la disponibilidad de fuentes de rayos X policromáticas de alta energía en el laboratorio. En comparacióncon otras modalidades, XFCTde mesaofrece ventajas como fácil acceso, bajo costo de instrumentación y operacióneficiente. Este enfoque permite realizar tomografías computarizadas de transmisión (CT) simultáneamente con XFCT,proporcionando imágenesin vivomultimodal/multiplexada y ampliando las aplicaciones con sondas metálicas comonanopartículas de oro (AuNPs). A pesar de sus beneficios, la exploración CT+XFCT plantea desafíos, especialmenteen la minimización de la dosis de rayos X. La investigación en métodos precisos para la estimación de la ubicación deemisiones de fluorescencia de rayos X ha generado diversas técnicas y desarrollos, aplicados tanto experimental comosimuladamente. Este trabajo presenta una metodología innovadora basada en la espectrometría de dispersión de energíade rayos X, utilizando imágenes DICOM para crear mapas de probabilidad de ubicación de emisiones de fluorescencia.Se aplicó esta metodología en la localización de nanopartículas en fantomas creados por computadora, demostrando suviabilidad y versatilidad mediante simulaciones Monte Carlo y correlación con micro-tomografía. Esta metodologíaemerge como una herramienta prometedora para obtener información funcional en entornos biomédicos complejos.

X-ray Fluorescence Computed Tomography (XFCT) has emerged as a promising modality owing to the availability of high-energy polychromatic X-ray sources in the laboratory. As compared to other modalities, XFCT offers advantages such as easy accessibility, low instrumentation costs, and efficient operation. This approach allows for simultaneous transmission computed tomography (CT) along with XFCT, providing multimodal/multiplexed in vivo images and expanding applications with metallic probes such as gold nanoparticles (AuNPs). Despite its benefits, CT+XFCT imaging poses challenges, particularly in minimizing X-ray dose. Research into accurate methods for estimating the location of X-ray fluorescence emissions has led to various techniques and developments, applied both experimentally and through simulations. This work introduces an innovative methodology based on X-ray energy dispersion spectrometry, using DICOM images to create probability maps of fluorescence emission locations. We applied this methodology to localize nanoparticles in computer-generated phantoms, demonstrating its feasibility and versatility through Monte Carlo simulations and correlation with micro-tomography. This methodology emerges as a promising tool for obtaining functional information in complex biomedical environments.