Genauigkeit der TLD-Dosimetrie zur Bestimmung von Patientendosen bei Röntgenuntersuchungen Looe, H. K. 1, Eenboom, F. 1, Chofor, N. 1, Pfaffenberger, A. 1, Sering, M. 1, Rühmann, A. 1, Poplawski, A. 1, Willborn, K 1. und Poppe, B 1. 1 AG Medizinische Physik Carl von Ossietzky Universität Oldenburg und Pius-Hospital Oldenburg 2 Öko-Institut Darmstadt 1 22.06.07, APT-Seminar, Bremen
Inhalt Was ist? Leitfaden Definition Quelle/Ursache Wie berechne ich das? Aufbau einer Unsicherheitsanalyse Schritt für Schritt Berechnung Beispiele Bestimmung von Patientendosen bei Röntgenuntersuchungen 2
Leitfaden Guide to the Expression of Uncertainty in Measurement. BIPM, IEC, IFCC, ISO, IUPAC, IUPAP, OIML. International Organization for Standardization, Printed in, Switzerland, ISBN 92-67-10188-9, First Edition, 1993. Corrected and reprinted 1995. [GUM] Deutsche Übersetzung: DIN V ENV 13005: Leitfaden zur Angabe der Unsicherheit beim Messen, Beuth Verlag Berlin, 1995, ISBN 3-410-13405-0 Barry N. Taylor and Chris E. Kuyatt (2001). Guidelines for Evaluating and Expressing the Uncertainty of NIST Measurement Results, [Online]. Available: http://physics.nist.gov/tn1297 [2007, June 16]. National Institute of Standards and Technology, Gaithersburg, MD. EA-4/02 Expression of the Uncertainty of Measurements in Calibration (including supplements 1 and 2 to EA-4/02) (previously EAL-R2), European co-operation for Accreditation, Dec 1999 http://www.european-accreditation.org/n1/doc/ea-4-02.pdf Deutsche Übersetzung: DKD-3: Angabe der Messunsicherheit bei Kalibrierungen; DKD-3-E1: Angabe der Messunsicherheit bei Kalibrierungen, Ergänzung 1, Beispiele; DKD-3-E2: Angabe der Messunsicherheit bei Kalibrierungen, Ergänzung 2 Zusätzliche Beispiele, Deutscher Kalibrierdienst DKD, Braunschweig, www.dkd.ptb.de/publikationen.htm 3
Definition Präzision wie klein die maximalen Abweichungen voneinander unabhängiger Ermittlungsergebnisse werden, welche gewonnen wurden, indem der Prüfer ein festgelegtes Ermittlungsverfahren mehrfach unter vorgegebenen Bedingungen anwandte. [DIN 55350-13] Genauigkeit Grad der Übereinstimmung zwischen angezeigtem und richtigem Wert [DIN EN 60051] 4
Definition Messfehler (error) Die Abweichung eines aus Messungen gewonnenen Wertes vom wahren Wert der Messgröße (uncertainty) Kennwert, der mit dem Meßergebnis angegeben wird, d.h. dem Meßergebnis durch die Messung beigeordnet wird, und den Bereich der Werte charakterisiert, die der Meßgröße durch die Messung vernünftigerweise zugeschrieben werden können [GUM] Standardmeßunsicherheit (standard uncertainty) dem Meßergebnis beigeordnete, d.h. mit dem (besten) Schätzwert anzugebende, ausgedrückt als Standardabweichung 5
Ursache/Quelle Was sind die Ursachen der? Messungen sind Unzulänglichkeiten und Unvollkommenheiten unterworfen können keinen exakten Wert liefern zufälligen Effekten (kurzzeitigen Schwankungen der Temperatur, der Feuchtigkeit und des Luftdruckes der Umgebung) Systematische Effekte (nicht exakt korrigiert werden können oder auch nur näherungsweise bekannt sind u.a. instrumentelle Einflüsse, persönliche Fehler usw.) 6
Aufbau einer Unsicherheitsanalyse einzelne Eingangsgröße A1. berechne Typ A A2. berechne Typ B A3. einzelnen Beiträge zur zusammengesetzt (Methode der quadratischen Addition) A4. berechne Erweiterte A5. angabe des vollständigen Messergebnisses mehrere Eingangsgröße B1. Aufstellung eines Modells der Auswertung (mathematisch) B2. A1 A3 für jede Eingangsgröße B3. Fehlerfortpflanzung B4. berechne Erweiterte B5. angabe des vollständigen Messergebnisses 7
Aufbau einer Unsicherheitsanalyse einzelne Eingangsgröße A1. berechne Typ A A2. berechne Typ B A3. einzelnen Beiträge zur zusammengesetzt (Methode der quadratischen Addition) A4. berechne Erweiterte A5. angabe des vollständigen Messergebnisses mehrere Eingangsgröße B1. Aufstellung eines Modells der Auswertung (mathematisch) B2. A1 A3 für jede Eingangsgröße B3. Fehlerfortpflanzung B4. berechne Erweiterte B5. angabe des vollständigen Messergebnisses 8
Klassifizierung GUM Ermittlungsmethode A Methode, bei der die Standardmeßunsicherheit aus der statistischen Analyse einer Beobachtungsreihe gewonnen wird. Ermittlungsmethode B Methode, bei der Standardmeßunsicherheit nicht aus der statistischen Analyse einer Beobachtungsreihe ermittelt wird. 9
A1. Ermittlungsmethode A Schätzwert einer Eingangsgröße Arithmetischer Mittelwert Standardmeßunsicherheit Standardabweichung der Mittelwert 10
A2. Ermittlungsmethode B Handbücher Erfahrung Herstellerangabe Kalibrierschein Beispiel: 1. Kalibrierfaktor : 0,1 ± 0.02 (95% C.I) [Normalverteilung] u j = 0,02/2 = 0,01 2. Messwert: 0.890 Erfahrunggemäß max. Fehler = 5% [rechteckförmigeverteilung] a = (0,9345 0,8455)/2 = 0,4455 u j = 0,4455 / 3 = 0,026 11
Aufbau einer Unsicherheitsanalyse einzelne Eingangsgröße A1. berechne Typ A A2. berechne Typ B A3. einzelnen Beiträge zur zusammengesetzt (Methode der quadratischen Addition) A4. berechne Erweiterte A5. angabe des vollständigen Messergebnisses mehrere Eingangsgröße B1. Aufstellung eines Modells der Auswertung (mathematisch) B2. A1 A3 für jede Eingangsgröße B3. Fehlerfortpflanzung B4. berechne Erweiterte B5. angabe des vollständigen Messergebnisses 12
A3. Methode der quadratischen Addition Typ A Typ B 13
Aufbau einer Unsicherheitsanalyse einzelne Eingangsgröße A1. berechne Typ A A2. berechne Typ B A3. einzelnen Beiträge zur zusammengesetzt (Methode der quadratischen Addition) A4. berechne Erweiterte A5. angabe des vollständigen Messergebnisses mehrere Eingangsgröße B1. Aufstellung eines Modells der Auswertung (mathematisch) B2. A1 A3 für jede Eingangsgröße B3. Fehlerfortpflanzung B4. berechne Erweiterte B5. angabe des vollständigen Messergebnisses 14
A4. Erweiterte Erweiterungsfaktor Zahlenfaktor, mit dem die Standardmeßunsicherheit zu multiplizieren ist, um die erweiterte zu erhalten. erweiterte = Erweiterungsfaktor x Standardmeßunsicherheit k p 1 1,96 2,576 Überdeckungswahrscheinlichkeit 67 % 95 % 99% 15
Aufbau einer Unsicherheitsanalyse einzelne Eingangsgröße A1. berechne Typ A A2. berechne Typ B A3. einzelnen Beiträge zur zusammengesetzt (Methode der quadratischen Addition) A4. berechne Erweiterte A5. angabe des vollständigen Messergebnisses mehrere Eingangsgröße B1. Aufstellung eines Modells der Auswertung (mathematisch) B2. A1 A3 für jede Eingangsgröße B3. Fehlerfortpflanzung B4. berechne Erweiterte B5. angabe des vollständigen Messergebnisses 16
A5. Angabe der z. B E = (20,5 ± 0,5) µsv Unsicherheit U = 0,5 µsv u c =0,25 µsv Erweiterungsfaktor k = 2 Überdeckungswahrscheinlichkeit: 95% ausführliche Beschreibung der Unsicherheitsanalyse Welche Komponenten der Unsicherheit wurden berücksichtig und wie? 17
Aufbau einer Unsicherheitsanalyse einzelne Eingangsgröße A1. berechne Typ A A2. berechne Typ B A3. einzelnen Beiträge zur zusammengesetzt (Methode der quadratischen Addition) A4. berechne Erweiterte A5. angabe des vollständigen Messergebnisses mehrere Eingangsgröße B1. Aufstellung eines Modells der Auswertung (mathematisch) B2. A1 A3 für jede Eingangsgröße B3. Fehlerfortpflanzung B4. berechne Erweiterte B5. angabe des vollständigen Messergebnisses 18
B1. Aufstellung eines Modells Ergebnisgröße Eingangsgröße Schätzwert einer Eingangsgröße Schätzwert der Ergebnisgröße 19
Aufbau einer Unsicherheitsanalyse einzelne Eingangsgröße A1. berechne Typ A A2. berechne Typ B A3. einzelnen Beiträge zur zusammengesetzt (Methode der quadratischen Addition) A4. berechne Erweiterte A5. angabe des vollständigen Messergebnisses mehrere Eingangsgröße B1. Aufstellung eines Modells der Auswertung (mathematisch) B2. A1 A3 für jede Eingangsgröße B3. Fehlerfortpflanzung B4. berechne Erweiterte B5. angabe des vollständigen Messergebnisses 20
B3. Fehlerfortpflanzung (I) Standardmeßunsicherheit: Quadratwurzel der Varianz (Erste Näherung) Nicht-Korrelierte Größe: Law of propagation of uncertainty 21
B3. Fehlerfortpflanzung (II) Addition / Subtraktion Konstant Multiplikation / Division Potenz Exponentialfunktion 22
Analyse Beispiel Ermittlung der Strahlenexposition von Patienten bei zahnmedizinischen Röntgenuntersuchungen Bestimmung der Effektivdosis anhand TLD Messung Phantommessung Intraoral Panoramaschicht Fernröntgen 23
Hintergrund Bundesamt für Strahlenschutz (StSch 4436) [August 2004 August 2006] Kooperation Öko-Institut e.v., Darmstadt WG Medical Radiation Physics, Pius-Hospital und Carl von Ossietzky Universität Oldenburg In Zusammenarbeit mit Ingenieurbüro Harms & Partner, Sottrum Prof. Dr. Visser, Oldenburg Prof. emer. Dr. Harder, Göttingen
Aufgabenstellung Charakterisierung der Exposition in der Dentalradiologie Definition von möglichen Größen zur Festlegung von Dosisreferenzwerten in Deutschland Auf Basis der Studie soll entschieden werden ob Diagnostische Referenzwerte für die Dentalradiologie festgelegt werden sollen Zu berücksichtigende Techniken: - Intraorale Aufnahmen - Panoramaschicht Aufnahmen - Schädelfernröntgen - Dental CT, Digitale Volumentomographie (DVT)
Lösungsansatz Als möglicher Referenzwert für die Dentalradiologie wird das Dosisflächenprodukt für die konventionellen Techniken (gemessen mit PTW-Dosimentor) bzw. das DLP und der CTDIw für die tomographischen Techniken verwendet. Durch Phantommessungen mit TLDs werden Konversionsfaktoren vom Dosisflächenprodukt / bzw. Dosislängenprodukt auf die Effektivdosis gemacht und eine Abschätzung der auftretenden Dosen angegeben. Aus diesen werden Empfehlungen für die Einführung von Dosisreferenzwerten gegeben.
TLD Messung 27
Ablaufschema: Unsicherheitsanalyse 28
TLD Signal Typ A (stat. Schwankungen) wiederholte Messungen (8x) gleiche Dosis (Kalibrierung) Standardabweichung (8x) 15 von 100 TLDs Standardmessunsicherheit : 4% (95% C.I.) Typ B Kalibrierung Homogenität + Abstand Fading Phantom-Messung Energieabhängigkeit Fading 29
TLD Signal (Typ B) Kalibrierung-Aufbau Luft-Dosis Halbleiter-Detektor (ESD) Rückstreuung minimieren Kalibrierung vor und nach jeder Messung 66 kvp Heel-Effekt (Film Messung) untershiedliche Abstand Max. 5% Fading vernachlässigbar Auslesen innerhalb von 24 Std. [rechteckförmigeverteilung] 30
TLD Signal (Typ B) Energieabhängigkeit Messung 50 80 kvp Kalibrierung bei 66 kvp kein Korrektur Max. 5% Graphik entfernt! Lagerung exakte Lagerung nicht definierbar nicht als Fehler betrachtet Messergebnisse Lagerung abhängig 31
Berechnung (Combined standard uncertainty) Gilt auch für Phantom-Messung, u c (S m,i ) 32
Halbleiter-Detektor & DFP-Meter kein statistische Schwankung (vernachlässigbar) -> kein Typ A Unsicherheit WD10 Herstellerangabe: Kalibrierungsunsicherheit: Max. ± 5% [rechteckförmigeverteilung] DFP-Meter Energieabhängigkeit (kein Korrektur) Kalibrierungsunsicherheit: Max. ± 5% (kein Angabe) [rechteckförmigeverteilung] 33
TLD-Kalibrierfaktor TLD-Signal 34
Organdosis 35
Organdosis Ortsmessung (begrenzte Messpunkte) Problematik großes Organ (rotes Knockenmark, Haut, Gehirn) Verteilung des Organs Kopf & Hals 17.5% (rotes Knockenmark) & 9% (Haut) stärke Dosis-Inhomogenität (Dental-Radiologie) zusätliche Unsicherheit in gemessenen Organdosis rotes Knockenmark: ±25% Haut: ±10% Gehirn: ±10% 36
Effektivdosis Umrechnungsfaktor E/DAP: 37
Beispiel Ergebnisse (k = 2) 38
Zusammenfassung ein quantitatives Maß der Qualität de jeweiligen Meßergebnisses vollständiges Meßergebnis bestehend aus Meßwert und beigeordneter Risiko realistisch einzuschätzen. sanalyse zeigt wo die größten Unsicherheitsbeiträge entstehen wo Verbesserungen am besonders sinnvoll sind wo eine größere Unsicherheit einer Einflußgröße akzeptiert werden kann preiswerteren Meßinstrumentes oder die zeitliche Aufwand senken 39