Monte-Carlo-Simulation zur Cherenkov-Lichtausbeute für nuklearmedizinische Isotope

Ziel/Aim: Aufgrund der geringen Eindringtiefe von sichtbarem Licht im menschlichen Körper ist die Durchführung photodynamischer Therapien (PTD) auf Gewebeschichten an der Körperoberfläche wie die Haut limitiert. Dabei wird ein Photosensibilisator (PS) aufgetragen und mit Licht bestrahlt, wodurch sich mithilfe des in der Haut vorhandenen Sauerstoffs zytotoxische Stoffe entwickeln. Eine theoretische Möglichkeit zur Umgehung dieser Limitation ist die Erzeugung von Cherenkov-Licht (CL) in tieferen Gewebeschichte mittels ionisierender Strahlung. Die CL-Ausbeute verschiedener Radionuklide wurde in der Literatur durch andere Arbeitsgruppen bereits beschrieben. Im Rahmen dieser Arbeit sollten die Ergebnisse verifiziert und ein Modell für weiterführende Untersuchungen erzeugt werden.

Methodik/Methods: Mithilfe des Monte-Carlo-Toolkits Geant4 wurden drei verschiedene Geometrien modelliert: 6-Well-Platte, Kugelvolumen und Phantom-Platte. Als Nuklide wurden F-18, Cu-64, Ga-68, Y-90, Lu-177 und Re-188 betrachtet. Die Auswertung der CL-Ausbeute erfolgte über verschiedene Spektralbereiche zwischen 200…1000 nm, für verschiedene Gewebe sowie für verschiedene Brechungsindizes. Es erfolgte ein Vergleich der CL-Ausbeute bei Bestrahlung mit offenen Radionukliden und bei Bestrahlung mit 6 MeV, 10 MeV und 15 MeV Photonen.

Ergebnisse/Results: Folgende CL-Ausbeuten (Photonen/Zerfall) in Wasser im Spektralbereich 400…800 nm wurden gefunden: F-18: 1,4; Cu-64: 0,6; Ga-68: 34,0; Y-90: 47,7; Lu-177: 0,2; Re-188: 35,3. Diese decken sich gut mit den Daten aus der Literatur. Bei Erweiterung des betrachteten Spektralbereiches auf 200…1000 nm stieg die Ausbeute nuklidabhängig um den Faktor 3,4…4,6. Weiterhin erhöhte sich die CL-Ausbeute bei Erhöhung des Brechungsindex aufgrund des Absinkens der Grenzenergie zur Erzeugung von CL-Licht. Die CL-Fluenzrate bei externer Bestrahlung ist drei Größenordnungen höher.

Schlussfolgerungen/Conclusions: Es konnte ein Modell zur Simulation der CL-Ausbeute erzeugt und validiert werden. Die gewonnenen Ergebnisse dienen zur Planung zukünftiger Experimente und der weiteren Optimierung der PTD mittels CL durch offene Radionuklide.

Publication History

Article published online:
12 March 2025