Dosimetry of cell-monolayers in multiwell plat

Summary

Aim: Irradiation of cells in-vitro with unsealed radionuclides is often carried out in cylindrical multi-well-plates. For calculation of the absorbed dose using the sphere model is common. This model assumes a spherical distribution of activity. However, by physical aspects a dose reduction in the peripheral area of the activity volume is expected and predicted especially for high-energy beta-emitting radionuclides. The impact on cellular dosimetry shall be depicted in this paper. Methods: The dose-distribution inside a multi-well-plate was calculated by convolving the dose distribution around a point source with a given activity. This was performed for the radionuclides I-131, Re-188 and Y-90 in wells of different sizes. For comparison the sphere dose was also calculated. Results: Depending on the beta-energy differences up to 40% between the mean calculated dose and the mean sphere dose were found, whereby calculated dose was always lower than the sphere model prediction. Furthermore a fall-off was calculated for the bottom-dose compared to dose in the centre. An analytical expression was revealed for the bottom-dose with respect to the filling level for three different wells. Conclusion: The shape of geometry and the influence on dose distribution must be considered especially at in-vitro exposure with low energy and short range beta-emitting radionuclides. There could be a great impact for exact dose estimation, which is especially necessary to know for comparison of different irradiation experiments (e.g. different radionuclides, various irradiation geometries or comparison with x-rays).

Zusammenfassung

Ziel: Für die in-vitro Exposition von Zellen mit offenen Radionukliden werden häufig zylindrische Bestrahlungsgeometrien eingesetzt. Die Dosimetrie erfolgt jedoch oftmals durch Anwendung des Kugelmodells, welches eine sphärische Aktivitätsverteilung annimmt. Bei Verwendung hochenergetischer Betastrahler ist aus physikalischer Sicht jedoch im Randbereich der Aktivitätsverteilung ein Dosisabfall zu erwarten. Die Auswirkungen auf die Bestimmung von Zelldosen soll innerhalb dieser Arbeit dargestellt werden. Methoden: Die Berechnung der Dosisverteilung in verschiedenen Multiwellplatten erfolgt durch die Faltung von Dosis-Punkt-Kernen mit der vorliegenden Aktivitätsverteilung. Betrachtet werden die Radionuklide I-131, Re-188 sowie Y-90. Zum Vergleich erfolgt die Berechnung der Dosis nach dem Kugelmodell. Ergebnisse: In Abhängigkeit der Betaenergie finden sich Differenzen zwischen der berechneten mittleren Dosis und der mittleren Dosis nach dem Kugelmodell von bis zu 40%. Dabei liegen die Werte des Kugelmodells allesamt höher als die berechneten. Zudem sind die Dosen am Boden einer Multiwellplatte nochmals niedriger als in der Gefäßmitte. In Abhängigkeit der Füllhöhe wurde für drei verschiedene Welldurchmesser eine analytische Darstellung der Bodendosis gefunden. Schlussfolgerung: Die Auswirkung der Bestrahlungsgeometrie auf die Dosisverteilungen muss besonders bei invitro Bestrahlungen mit Betastrahlern niedriger Energie und kurzer Reichweite beachtet werden. Aufgrund der zum Teil erheblichen Abweichungen zwischen der berechneten Dosis und der Dosis nach dem Kugelmodell ist dies insbesondere im Hinblick auf die Vergleichbarkeit von Dosiswerten verschiedener Bestrahlungsexperimente erforderlich.

Keywords

In-vitro dosimetry - sphere model - dose-pointkernels

Schlüsselwörter

In-vitro Dosimetrie - Kugelmodell - Dosis-Punkt-Kerne

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