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1WG Medical Radiation Physics, Pius-Hospital and Carl von Ossietzky University, Oldenburg
Genauigkeit der TLD-Dosimetrie zur Bestimmungvon 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, K1. und Poppe, B1.
1AG Medizinische Physik Carl von Ossietzky Universität Oldenburg und Pius-Hospital Oldenburg
2Öko-Institut Darmstadt
22.06.07, APT-Seminar, Bremen
2WG Medical Radiation Physics, Pius-Hospital and Carl von Ossietzky University, Oldenburg
Inhalt
� Was ist Meßunsicherheit?� Leitfaden� Definition� Quelle/Ursache
� Wie berechne ich das? � Aufbau einer
Unsicherheitsanalyse� Schritt für Schritt
� Berechnung Beispiele� Bestimmung von Patientendosen bei
Röntgenuntersuchungen
3WG Medical Radiation Physics, Pius-Hospital and Carl von Ossietzky University, Oldenburg
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 derUnsicherheit beim Messen, Beuth Verlag Berlin, 1995, ISBN 3-410-13405-0
� Barry N. Taylor and Chris E. Kuyatt (2001). Guidelines for Evaluatingand 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.pdfDeutsche Übersetzung: DKD-3: Angabe der Messunsicherheit beiKalibrierungen; DKD-3-E1: Angabe der Messunsicherheit bei Kalibrierungen, Ergänzung 1, Beispiele; DKD-3-E2: Angabe der Messunsicherheit beiKalibrierungen, Ergänzung 2 – Zusätzliche Beispiele, Deutscher KalibrierdienstDKD, Braunschweig, www.dkd.ptb.de/publikationen.htm
4WG Medical Radiation Physics, Pius-Hospital and Carl von Ossietzky University, Oldenburg
Definition
� Präzision
� Genauigkeit
„ …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]
„ Grad der Übereinstimmung zwischen angezeigtem und richtigem Wert “ [DIN EN 60051]
5WG Medical Radiation Physics, Pius-Hospital and Carl von Ossietzky University, Oldenburg
Definition
� Messfehler (error)„ Die Abweichung eines aus Messungen gewonnenen Wertes vom
wahren Wert der Messgröße
� Meßunsicherheit (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) Schätzwertanzugebende Meßunsicherheit, ausgedrückt als Standardabweichung“
6WG Medical Radiation Physics, Pius-Hospital and Carl von Ossietzky University, Oldenburg
Ursache/Quelle
� Was sind die Ursachen der Meßunsicherheit?� 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.)
7WG Medical Radiation Physics, Pius-Hospital and Carl von Ossietzky University, Oldenburg
Aufbau einer Unsicherheitsanalyse
einzelne Eingangsgröße
A1. berechne Typ A Meßunsicherheit
A2. berechne Typ B Meßunsicherheit
A3. einzelnen Beiträge zur Meßunsicherheit zusammengesetzt (Methode der quadratischen Addition)
A4. berechne Erweiterte Meßunsicherheit
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 Meßunsicherheit
B5. angabe des vollständigen Messergebnisses
8WG Medical Radiation Physics, Pius-Hospital and Carl von Ossietzky University, Oldenburg
Aufbau einer Unsicherheitsanalyse
einzelne Eingangsgröße
A1. berechne Typ A Meßunsicherheit
A2. berechne Typ B Meßunsicherheit
A3. einzelnen Beiträge zur Meßunsicherheit zusammengesetzt (Methode der quadratischen Addition)
A4. berechne Erweiterte Meßunsicherheit
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 Meßunsicherheit
B5. angabe des vollständigen Messergebnisses
9WG Medical Radiation Physics, Pius-Hospital and Carl von Ossietzky University, Oldenburg
Klassifizierung – GUM
� Ermittlungsmethode A
� Methode, bei der die Standardmeßunsicherheit ausder statistischen Analyse einer Beobachtungsreihegewonnen wird.
� Ermittlungsmethode B
� Methode, bei der Standardmeßunsicherheit nichtaus der statistischen Analyse einerBeobachtungsreihe ermittelt wird.
10WG Medical Radiation Physics, Pius-Hospital and Carl von Ossietzky University, Oldenburg
A1. Ermittlungsmethode A
Schätzwert einer EingangsgrößeArithmetischer Mittelwert
StandardmeßunsicherheitStandardabweichung der Mittelwert
11WG Medical Radiation Physics, Pius-Hospital and Carl von Ossietzky University, Oldenburg
A2. Ermittlungsmethode B
� Handbücher
� Erfahrung
� Herstellerangabe
� Kalibrierschein
Beispiel:1. Kalibrierfaktor : 0,1 ± 0.02 (95% C.I) [Normalverteilung]uj = 0,02/2 = 0,01
2. Messwert: 0.890 Erfahrunggemäß max. Fehler = 5%[rechteckförmigeVerteilung]a = (0,9345 – 0,8455)/2 = 0,4455uj = 0,4455 / = 0,0263
12WG Medical Radiation Physics, Pius-Hospital and Carl von Ossietzky University, Oldenburg
Aufbau einer Unsicherheitsanalyse
einzelne Eingangsgröße
A1. berechne Typ A Meßunsicherheit
A2. berechne Typ B Meßunsicherheit
A3. einzelnen Beiträge zur Meßunsicherheit zusammengesetzt (Methode der quadratischen Addition)
A4. berechne Erweiterte Meßunsicherheit
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 Meßunsicherheit
B5. angabe des vollständigen Messergebnisses
13WG Medical Radiation Physics, Pius-Hospital and Carl von Ossietzky University, Oldenburg
A3. Methode der quadratischen Addition
Typ A Typ B
14WG Medical Radiation Physics, Pius-Hospital and Carl von Ossietzky University, Oldenburg
Aufbau einer Unsicherheitsanalyse
einzelne Eingangsgröße
A1. berechne Typ A Meßunsicherheit
A2. berechne Typ B Meßunsicherheit
A3. einzelnen Beiträge zur Meßunsicherheit zusammengesetzt (Methode der quadratischen Addition)
A4. berechne Erweiterte Meßunsicherheit
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 Meßunsicherheit
B5. angabe des vollständigen Messergebnisses
15WG Medical Radiation Physics, Pius-Hospital and Carl von Ossietzky University, Oldenburg
A4. Erweiterte Meßunsicherheit
� Erweiterungsfaktor
„ Zahlenfaktor, mit dem die Standardmeßunsicherheit zu multiplizieren ist, um die erweiterte Meßunsicherheit zu erhalten. „
erweiterte Meßunsicherheit = Erweiterungsfaktor x Standardmeßunsicherheit
99%2,576
95 %1,96
67 %1
Überdeckungswahrscheinlichkeitkp
16WG Medical Radiation Physics, Pius-Hospital and Carl von Ossietzky University, Oldenburg
Aufbau einer Unsicherheitsanalyse
einzelne Eingangsgröße
A1. berechne Typ A Meßunsicherheit
A2. berechne Typ B Meßunsicherheit
A3. einzelnen Beiträge zur Meßunsicherheit zusammengesetzt (Methode der quadratischen Addition)
A4. berechne Erweiterte Meßunsicherheit
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 Meßunsicherheit
B5. angabe des vollständigen Messergebnisses
17WG Medical Radiation Physics, Pius-Hospital and Carl von Ossietzky University, Oldenburg
A5. Angabe der Meßunsicherheit
� z. B E = (20,5 ± 0,5) µSv� Unsicherheit U = 0,5 µSv
� uc=0,25 µSv
� Erweiterungsfaktor k = 2
� Überdeckungswahrscheinlichkeit: 95%
� ausführliche Beschreibung der Unsicherheitsanalyse
� Welche Komponenten der Unsicherheit wurden berücksichtig und wie?
18WG Medical Radiation Physics, Pius-Hospital and Carl von Ossietzky University, Oldenburg
Aufbau einer Unsicherheitsanalyse
einzelne Eingangsgröße
A1. berechne Typ A Meßunsicherheit
A2. berechne Typ B Meßunsicherheit
A3. einzelnen Beiträge zur Meßunsicherheit zusammengesetzt (Methode der quadratischen Addition)
A4. berechne Erweiterte Meßunsicherheit
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 Meßunsicherheit
B5. angabe des vollständigen Messergebnisses
19WG Medical Radiation Physics, Pius-Hospital and Carl von Ossietzky University, Oldenburg
B1. Aufstellung eines Modells
Eingangsgröße
Schätzwert einer Eingangsgröße
Ergebnisgröße
Schätzwert der Ergebnisgröße
20WG Medical Radiation Physics, Pius-Hospital and Carl von Ossietzky University, Oldenburg
Aufbau einer Unsicherheitsanalyse
einzelne Eingangsgröße
A1. berechne Typ A Meßunsicherheit
A2. berechne Typ B Meßunsicherheit
A3. einzelnen Beiträge zur Meßunsicherheit zusammengesetzt (Methode der quadratischen Addition)
A4. berechne Erweiterte Meßunsicherheit
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 Meßunsicherheit
B5. angabe des vollständigen Messergebnisses
21WG Medical Radiation Physics, Pius-Hospital and Carl von Ossietzky University, Oldenburg
B3. Fehlerfortpflanzung (I)
Standardmeßunsicherheit: Quadratwurzel der Varianz (Erste Näherung)
‘Law of propagation of uncertainty’
Nicht-Korrelierte Größe:
22WG Medical Radiation Physics, Pius-Hospital and Carl von Ossietzky University, Oldenburg
B3. Fehlerfortpflanzung (II)
Exponentialfunktion
Potenz
Multiplikation / Division
Konstant
Addition / Subtraktion
23WG Medical Radiation Physics, Pius-Hospital and Carl von Ossietzky University, Oldenburg
Analyse Beispiel
� Ermittlung der Strahlenexposition von Patienten bei zahnmedizinischen Röntgenuntersuchungen
� Bestimmung der Effektivdosis anhand TLD Messung
� Phantommessung
Intraoral Panoramaschicht Fernröntgen
WG Medical Radiation Physics, Pius-Hospital and Carl von Ossietzky University, Oldenburg
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
WG Medical Radiation Physics, Pius-Hospital and Carl von Ossietzky University, Oldenburg
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)
WG Medical Radiation Physics, Pius-Hospital and Carl von Ossietzky University, Oldenburg
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 tomographischenTechniken 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.
27WG Medical Radiation Physics, Pius-Hospital and Carl von Ossietzky University, Oldenburg
TLD Messung
28WG Medical Radiation Physics, Pius-Hospital and Carl von Ossietzky University, Oldenburg
Ablaufschema: Unsicherheitsanalyse
29WG Medical Radiation Physics, Pius-Hospital and Carl von Ossietzky University, Oldenburg
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
30WG Medical Radiation Physics, Pius-Hospital and Carl von Ossietzky University, Oldenburg
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 – vernachlässigbarAuslesen innerhalb von 24 Std.
[rechteckförmigeVerteilung]
31WG Medical Radiation Physics, Pius-Hospital and Carl von Ossietzky University, Oldenburg
TLD Signal (Typ B)
� Energieabhängigkeit� Messung 50 – 80 kVp
� Kalibrierung bei 66 kVp
� kein Korrektur
� Lagerung� exakte Lagerung nicht
definierbar
� nicht als Fehler betrachtet
� Messergebnisse Lagerung abhängig
Max. 5%Graphik entfernt!
32WG Medical Radiation Physics, Pius-Hospital and Carl von Ossietzky University, Oldenburg
Berechnung (Combined standard uncertainty)
Gilt auch für Phantom-Messung, uc(Sm,i)
33WG Medical Radiation Physics, Pius-Hospital and Carl von Ossietzky University, Oldenburg
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]
34WG Medical Radiation Physics, Pius-Hospital and Carl von Ossietzky University, Oldenburg
TLD-Kalibrierfaktor
TLD-Signal
35WG Medical Radiation Physics, Pius-Hospital and Carl von Ossietzky University, Oldenburg
Organdosis
36WG Medical Radiation Physics, Pius-Hospital and Carl von Ossietzky University, Oldenburg
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%
37WG Medical Radiation Physics, Pius-Hospital and Carl von Ossietzky University, Oldenburg
Effektivdosis
Umrechnungsfaktor E/DAP:
38WG Medical Radiation Physics, Pius-Hospital and Carl von Ossietzky University, Oldenburg
Beispiel Ergebnisse (k = 2)
39WG Medical Radiation Physics, Pius-Hospital and Carl von Ossietzky University, Oldenburg
Zusammenfassung
� ein quantitatives Maß der Qualität de jeweiligen Meßergebnisses� vollständiges Meßergebnis bestehend aus Meßwert und
beigeordneter Meßunsicherheit
� Risiko realistisch einzuschätzen.
� Meßunsicherheitsanalyse 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