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1 WG Medical Radiation Physics, Pius-Hospital and Carl von Ossietzky University, Oldenburg 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 22.06.07, APT-Seminar, Bremen

Genauigkeit der TLD-Dosimetrie zur Bestimmung von ... · 1 WG Medical Radiation Physics, Pius-Hospital and Carl von Ossietzky University, Oldenburg Genauigkeit der TLD-Dosimetrie

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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

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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

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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

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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]

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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“

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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.)

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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

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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

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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.

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A1. Ermittlungsmethode A

Schätzwert einer EingangsgrößeArithmetischer Mittelwert

StandardmeßunsicherheitStandardabweichung der Mittelwert

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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

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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

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A3. Methode der quadratischen Addition

Typ A Typ B

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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

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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

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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

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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?

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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

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19WG Medical Radiation Physics, Pius-Hospital and Carl von Ossietzky University, Oldenburg

B1. Aufstellung eines Modells

Eingangsgröße

Schätzwert einer Eingangsgröße

Ergebnisgröße

Schätzwert der Ergebnisgröße

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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

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B3. Fehlerfortpflanzung (I)

Standardmeßunsicherheit: Quadratwurzel der Varianz (Erste Näherung)

‘Law of propagation of uncertainty’

Nicht-Korrelierte Größe:

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B3. Fehlerfortpflanzung (II)

Exponentialfunktion

Potenz

Multiplikation / Division

Konstant

Addition / Subtraktion

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Analyse Beispiel

� Ermittlung der Strahlenexposition von Patienten bei zahnmedizinischen Röntgenuntersuchungen

� Bestimmung der Effektivdosis anhand TLD Messung

� Phantommessung

Intraoral Panoramaschicht Fernröntgen

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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

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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)

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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.

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27WG Medical Radiation Physics, Pius-Hospital and Carl von Ossietzky University, Oldenburg

TLD Messung

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Ablaufschema: Unsicherheitsanalyse

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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

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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]

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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!

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32WG Medical Radiation Physics, Pius-Hospital and Carl von Ossietzky University, Oldenburg

Berechnung (Combined standard uncertainty)

Gilt auch für Phantom-Messung, uc(Sm,i)

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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]

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34WG Medical Radiation Physics, Pius-Hospital and Carl von Ossietzky University, Oldenburg

TLD-Kalibrierfaktor

TLD-Signal

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35WG Medical Radiation Physics, Pius-Hospital and Carl von Ossietzky University, Oldenburg

Organdosis

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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%

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Effektivdosis

Umrechnungsfaktor E/DAP:

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Beispiel Ergebnisse (k = 2)

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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