Geant4-based computer simulations of x-ray fluorescence imaging for the detection of gold-nanoparticles in the human body

Abstract

Die medizinische Bildgebung hatte schon immer den Zweck, die Diagnose von Krankheiten zu unterstützen, aber auch den Erfolg der Therapie zu kontrollieren. Technologischer Fortschritt und neuartige Therapien sorgen für eine stetige Weiterentwicklung im Bereich der medizinischen Bildgebung. Jüngere Forschungsergebnisse im Bereich der Röntgenfluoreszenz-Bildgebung zeigen, dass diese sich für die Anwendung am Menschen eignen kann. Ziel dieser Arbeit ist daher, in Geant4-basierten Computersimulationen die in vivo Anwendbarkeit von Röntgenfluoreszenz-Bildgebung am Menschen am Beispiel von mit Gold-Nanopartikeln markierten Immunzellen mit besonderem Augenmerk auf eine untere Nachweisgrenze zu untersuchen. Mit dem in dieser Arbeit simulierten Aufbau zeigt sich, dass am Menschen eine untere Nachweisgrenze für 4.4x105 Zellen, entsprechend einer Goldmenge von 0.86 μg, in einem kubischen Volumen von 1.78 mm3 zu erwarten ist. Damit könnte die Bildgebung an Immunzellen in vivo am Menschen prinzipiell möglich sein, gegenwärtig ist sie aufgrund des technischen Aufwandes jedoch nicht in einem klinischen Rahmen realisierbar. Nichtsdestotrotz stellt diese Arbeit einen wichtigen Schritt für die Forschung an Röntgenfluoreszenz-Bildgebung im medizinischen Bereich dar.