Dose distribution calculation for in-vivo X-ray fluorescence scanning

Abstract

In-vivo X-ray fluorescence constitutes a useful and accurate technique, worldwide established for constituent elementary distribution assessment. Actually, concentration distributions of arbitrary user-selected elements can be achieved along sample surface with the aim of identifying and simultaneously quantifying every constituent element. The method is based on the use of a collimated X-ray beam reaching the sample. However, one common drawback for considering the application of this technique for routine clinical examinations was the lack of information about associated dose delivery. This work presents a complete study of the dose distribution resulting from an in-vivo X-ray fluorescence scanning for quantifying biohazard materials on human hands. Absorbed dose has been estimated by means of dosimetric<br />models specifically developed to this aim. In addition, complete dose distributions have been obtained by means of full radiation transport calculations in based on stochastic Monte Carlo techniques. A dedicated subroutine has been developed using the PENELOPE 2008 main code also integrated with dedicated programs -MatLab supported- for 3D dose distribution visualization. The obtained results show very good agreement between approximate analytical models and full descriptions by means of Monte Carlo simulations.

La Fluorescencia de rayos-X in-vivo constituye una técnica útil y precisa, establecida ampliamente para la evaluación de constituyente de distribución primaria. De hecho las distribuciones de concentración de un elemento seleccionado arbitrariamente por el usuario se pueden lograr a lo largo de la superficie de la muestra con el objetivo de identificar y cuantificar simultáneamente cada elemento constituyente. El método se basa en el uso de un haz colimado de rayos X que incide en la muestra. Sin embargo, un inconveniente común para considerar la aplicación de esta técnica para exámenes clínicos de rutina es la falta de información sobre la administración de la dosis correspondiente. Este trabajo presenta un estudio completo de la distribución de la dosis resultante de un barrido in-vivo de Fluorescencia de rayos X para la cuantificacio ́n de los materiales biológicos peligrosos en manos humanas. La dosis absorbida se ha estimado por medio de modelos dosimétricos específicamente desarrollados para este fin. Además, las distribuciones de dosis completas se han obtenido por medio de cálculos de transporte de radiación completo en base a técnicas estocásticas de Monte Carlo. Una subrutina dedicada ha sido desarrollada utilizando el código principal PENELOPE 2008 también integrada con programas dedicados de soporte MatLab para la visualización 3D de la distribución de dosis. Los resultados obtenidos muestran una buena concordancia entre los modelos analíıticos aproximados y en todas las descripciones por medio de simulaciones de Monte Carlo.