Ausbeute - gaede

Fehlerquellen bei der Messung der Ausbeute
Joachim Gaede, Dipl. Physiker, GAEDE Medizinsysteme GmbH
Im Moos 6, 79112 Freiburg
Anlass für diese kleine Abhandlung stellt die Vorgehensweise der Ärztlichen Stellen
in Hessen dar, im Rahmen ihrer Prüfungen für die Toleranzbreite des Parameters
„Ausbeute“ geringere Abweichungen anzusetzen, als diese aufgrund der Messungen
der hierfür erforderlichen Parameter (Aktivität, Countrate Gammakamera) erforderlich
wären.
Hierdurch sind viele Mängelrügen bei Anwendern entstanden, die bei der
Anwendung realistischer Toleranzen nicht erforderlich gewesen wären – was
letztendlich auch mit unnötigen Kosten für die betroffenen Anwender verbunden ist –
vermutlich aber auch mit Mehreinnahmen für die Ärztliche Stelle.
Trotz der bisher leider erfolglosen inoffiziellen „Überzeugungsversuche“ der
Ärztlichen Stelle zur Verbesserung der Situation soll dies hier nochmals ausführlich
diskutiert und beispielhaft nachgewiesen werden, in der Hoffnung, dass sich die
Realität durchsetzt.
Gefordert wäre auch das verantwortliche Ministerium, diese Problematik einmal
objektiv zu betrachten. Schließlich darf ein Anwender bei der Beurteilung seiner
Qualitätskontrollen eine sachgerechte Beurteilung erwarten. Diese ist derzeit leider
nicht gegeben.
Was stellt die Ausbeute dar ?
Die Ausbeute ist grob gesprochen ein Maß für Empfindlichkeit der Gammakamera
bezüglich einer zu messenden Aktivität.
Ganz genau stellt die Ausbeute das arithmetische Verhältnis zwischen der Countrate,
die durch eine radioaktive Quelle im Gesichtsfeld der Kamera entsteht und dem Wert
der Aktivität dieser Quelle dar.
Ausbeute [C/min/MBq] = Countrate [C/Min] / Aktivität [MBq]
Wovon hängt die Ausbeute ab ?
Die Ausbeute hängt in erster Linie vom eingesetzten Kollimator ab. Des weiteren ist
die Ausbeute von der Fensterbreite abhängig. Auch im Kamerasystem eingesetzte
Korrekturen beeinflussen den Wert der Ausbeute.
Wenn man unterschiedliche Kameras vergleicht, so hängt die Empfindlichkeit auch
von der Dicke des verwendeten Kristalls ab.
Der Wert der Ausbeute wird des weiteren vom Abstand der Quelle zum Kollimator
und geringfügig auch von anderen Faktoren beeinflusst.
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Fehlerquellen bei Messungen in der Nuklearmedizin
Man hat zu unterscheiden zwischen Verfahrensfehlern und Messfehlern.
Verfahrensfehler sind Fehler, die vom Anwender durch systematisches und
gleichartiges Vorgehen bei den jeweiligen Messungen weitgehend ausgeschlossen
werden können.
Es geht im wesentlichen um eine Konstanzprüfung, Voraussetzung hierfür sind
selbstverständlich immer möglichst gleichartige Bedingungen bei den Messungen,
also:
gleiche Aktivitätsmenge und Volumen
gleicher Spritzentyp
gleicher Abstand bei der Kamera und gleiche Messzeiten
Zu beachten ist auch, dass die „Spritzenstöpsel“ oftmals eine recht hohe Absorption
aufweisen, was dann bei der Messung an der Kamera zu Veränderungen führen
kann.
Was das Flüssigkeitsvolumen angeht, so sollte man wissen, dass erhebliche
Unterschiede in den Countrate zwischen horizontaler Messung (Spritze liegt parallel
zum Kollimator) und vertikaler Messung (Spritze senkrecht zum Kollimator) entstehen
können.
Messfehler sind hingegen Fehler, die durch Ungenauigkeiten beim Messgerät selbst
entstehen und die der Anwender nicht direkt beeinflussen kann.
Messfehler am Aktivimeter entstehen durch Flüssigkeitsvolumen, Quellenposition,
Ableseungenauigkeiten sowie auch äußere Einflüsse, die leider weniger bekannt
sind, wie Luftdruck und Temperatur.
Messfehler an der Gammakamera entstehen im wesentlichen durch die Veränderung
der Inhomogenität.
Aus diesem Grund gibt es für die verschiedenen Parameter Toleranzbereiche,
innerhalb derer die Messwerte variieren können.
Für die Messung am Aktivimeter beträgt das Toleranzbereich +- 5 % .
Für die Nichtuniformität des Detektors gilt bekanntlich ein Wert von maximal 8 %, bis
zu dem die Nutzung der Kamera erlaubt ist.
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Grundsätzlich sollte man sich im klaren darüber sein, dass man nie eine exakte
Messung durchführen kann. Mit jeder Messung ist grundsätzlich ein Messfehler
verbunden, gleichwohl wie gut und reproduzierbar das Ergebnis auch sein sollte.
Da die Ergebnisse von Messgeräten auch von äußeren Bedingungen abhängen,
können gleichartige Messungen einige Tage später zu anderen Messergebnissen
führen.
Fehler bei Ergebnissen, die sich aus unterschiedlichen Messgeräten ergeben
Die Ausbeute ist ein klassischen Beispiel für ein Ergebnis, das sich aus den
Ergebnissen verschiedener Messgeräte ergibt.
In diesem Fall wird ein Wert ermittelt, der sich aus 2 fehlerbehafteten Messwerten
ergibt.
Hierfür gilt in der Messtechnik das sogenannte Fehlerfortpflanzungsgesetz. Der
Fehler der Einzelmessungen pflanzt sich bei der entsprechenden rechnerischen
Verarbeitung ins Ergebnis fort.
Grundsätzlich gilt hier, dass der Fehler des Ergebnisses immer größer ist als der
Fehler der jeweiligen Einzelmessung. Im allgemeinen addieren sich die Einzelfehler
zu einem Gesamtfehler.
Auf die Ausbeute übertragen bedeutet dies, dass sich die Fehler bei der Ausbeute
aus den Fehlern der Aktivitätsmessung und den der Messung der Kamerazählrate
addieren.
Genau diese Erkenntnis ist leider noch nicht bis zur Ärztlichen Stelle in Hessen
vorgedrungen.
Wie groß kann der Fehler bei der Aktivitätsmessung an der Kamera sein ?
Ein schwieriges Kapitel. Die gemessene Zählrate der Kamera hängt ab vom Abgleich
der Photomultiplier als auch von der Einstellung der Korrekturen. Wenn man einmal
die Korrekturen außer acht lässt, dann ist die Zählrate vom Detektorabgleich
abhängig.
Dieser ist im wesentlichen dafür verantwortlich, wie groß die Countratenunterschiede
über den verschiedenen Bereichen des Detektors sind. Bekanntlich bedingt der
Abgleich der Photomultiplier die Lage des „Peaks“ im Spektrum, Abweichungen der
Peaks führen zu einer Verminderung der Countrate an der entsprechenden Stelle.
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Dies äußert sich dann bei homogener Bestrahlung des Detektors als Inhomogenität.
Zur Berechnung der Inhomogenität ermittelt man über dem Gesichtsfeld maximale
und minimale Countrate und berechnet diese nach:
Inhomogenität(I)= Cmax-Cmin/(Cmax+Cmin)
Beispiel:
Cmax=1000 Cmin=960 Inhomogenität=(1000-960)/(1000+960)=2.04%
Angenommen, die Quelle wird über dem mittleren Photomultiplier gemessen. Im
Laufe der Woche würde diese Röhre so driften, dass dann bei der Messung der
genau gleichen Aktivität nicht mehr Cmin=960,sondern Cmin=860 gemessen würde.
Dann wäre die Inhomogenität (1000-860)/(1000+860)= 7.52 %
Dies wäre noch zu tolerieren, denn laut Vorschrift darf dieser Wert max. 8%
betragen.
Wenn man umgekehrt rechnet, wie groß der Aktivitätsunterschied (also z.B. Cmin)
sein kann, bis der Wert von 8 % erreicht wird, bekommt man als untersten Wert für
Cmin=852
I=(1000-852)/(1000+852)=7.99%
Als Ergebnis dieser Ausführung ist also festzuhalten, dass ein und dieselbe Aktivität
unterschiedliche Messergebnisse an der Kamera ergeben kann, wenn sich die
Uniformität verändert.
Wenn sich z.B. eine Uniformität von 2% auf 8 % verändert, kann damit eine
Zählratenveränderung von über 10 % (von 960 auf 860) einhergehen, ohne dass
dies - jedenfalls rechtlich - zu beanstanden wäre.
Übertragung der Erkenntnis der Messfehler auf die Ausbeute
Der Toleranzbereich der Inhomogenität von 8 % kann laut obigem Beispiel dazu
führen, dass eine Veränderung der mit der Gammakamera gemessenen
Countratenwerte von über 10 % entstehen kann – dies unter Annahme gleicher
Aktivitäten.
Berücksichtigt man nun zusätzlich Messfehler bei der Aktivitätsmessung und hier die
maximale Toleranz von 5 %, dann kann die Messung der entsprechenden Countrate
an der Kamera eine über 15 % liegende Abweichung gegenüber einer Vormessung
ergeben, wenn z. B. die Aktivitätsmessung am Aktivimeter gegenüber einer
Vormessung um 5 % zuwenig anzeigt.
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Schlussfolgerungen
Bei der Messung der Ausbeute ist unter Zugrundelegung eines Betriebs von
Aktivimeter und Gammakamera innerhalb der Norm von einem Messfehler von über
15 % auszugehen.
Die Ausbeute erscheint daher nicht unbedingt als qualitätsbestimmende Größe.
Veränderungen der Ausbeute dürfen im Rahmen der Prüfungen der
Qualitätskontrollen durch die Ärztlichen Stelle nicht mit der Toleranzbreite von 5 %
beanstandet werden.
Sinnvoll für Beanstandungen wäre eine Abweichung von ca. 15 % vom Sollwert.
Verfasser:
Joachim Gaede, Dipl.Phys.
Medizinphysikexperte
Im Moos 6
79112 Freiburg
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