Qualitätskontrolle von Prüfkörpern zur Sicherung der Bildqualität in der Röntgendiagnostik

Bei Röntgenuntersuchungen von Menschen muss sichergestellt sein, dass die erforderliche Bildqualität mit möglichst geringer Strahlenexposition erreicht wird (§16 Abs. 2 Satz 1 RöV [1]). Hierzu sind vor der Inbetriebnahme einer Röntgeneinrichtung eine Abnahmeprüfung und danach in regelmäßigen Abständen Konstanzprüfungen durchzuführen. Prüfkörper nehmen hierbei eine zentrale Rolle ein. Der allgemeine Aufbau der Prüfkörper sowie die Geometrie und das Material der einzelnen Komponenten sind in Normen festgelegt. Beispiele von Prüfkörpern zur Verwendung in der konventionellen Röntgendiagnostik, der Mammographie und der Computertomographie zeigen die Abbildungen 1 bis 3.

Abbildung 1 : Prüfkörper für Durchleuchtungs- und Aufnahmemodus nach DIN 6868 Teil 4 [2]. Der Prüfkörper enthält eine Platte aus Plexiglas, in welche Kupfertreppen der Dicken 0,18 mm - 3,48 mm zur Bestimmung des Kontrastdynamikumfangs des bildgebenden Systems, 100 µm dicke Bleiraster zur Bestimmung der Ortsauflösung mit bis zu 5 Linienpaaren pro mm und Detailkontrastobjekte aus Plexiglas der Dicken von 0,4 mm bis 4 mm zur Abschätzung der Kontrastauflösung eingearbeitet sind.

    Quelle: Firma Artinis

Abbildung 2 : Das sogenannte "CDMAM" Phantom wird zur Sicherung der Bildqualität in der digitalen Mammographie eingesetzt. Es handelt sich um eine 0,5 mm dicke Aluminium Trägerplatte, auf die eine Matrix mit kreisrunden Goldschichten unterschiedlicher Durchmesser und Dicken aufgebracht ist. Die nominellen Durchmesser der kreisförmigen Goldplättchen variieren von 60 µm bis 2 mm, die nominellen Dicken von 30 nm bis 2 µm. Der Prüfkörper ist mit einer 5 mm dicken Plexiglasplatte abgedeckt.

 Quelle: DIN 6809-3:2010-08

Abbildung 3 : Das sogenannte "CTDI-Phantom" wird bei der Qualitätskontrolle in der Computertomographie eingesetzt. Der größere Zylinder dient als Körper- der kleinere als Kopfphantom. Der zylindrische Körper besteht aus reinem Plexiglas und enthält zylindrische Bohrungen auf der zentralen Achse und der Peripherie zur Aufnahme von CT-Dosismesskammern. Das Phantom mit den Messkammern dient zur Messung der sogenannten Computertomographie-Dosisindizes (CTDI’s).

In letzter Zeit sind Zweifel aufgekommen, ob alle auf dem Markt verfügbaren Prüfkörper den Spezifikationen der zugehörigen Normen genügen. Prüfkörper mit relevanten Abweichungen von den Normvorgaben können dazu führen, dass potentiell ungeeignete Röntgengeräte weiter in der Nutzung bleiben oder aber geeignete Röntgengeräte als fehlerhaft eingestuft werden. Zudem stellte sich die Frage, inwieweit die normativen Anforderungen an Prüfkörper denen entsprechen, die im Hinblick auf die Anforderungen an das bildgebende System oder an die Dosimetrie sinnvoll erscheinen. Beide Fragen sollen im Rahmen eines vom Bundesumweltministerium (BMU) geförderten Vorhabens für Prüfkörper zur Abnahme- und Konstanzprüfung von konventionellen Projektions- und Durchleuchtungsanlagen, Mammographieanlagen sowie Computertomographen beantwortet werden. Das Ziel des Projektes ist die Entwicklung von Verfahren zur zerstörungsfreien Prüfung derartiger Prüfkörper, die geeignet sind für eine spätere Anwendung in der Routine.

Bei der Durchführung des Projektes geht es um anspruchsvolle Koordinatenmessungen, Dickenbestimmungen, Materialprüfungen, digitale Röntgenradiographie, Bilddatenanalysen, Dosimetrie der Röntgenstrahlung und Umsetzung von Prüfverfahren in die Praxis. Es kann deshalb nur interdisziplinär angegangen werden. Die Leitung des Projektes liegt beim Institut für Röntgendiagnostik und Nuklearmedizin des Klinikums Braunschweig. Die PTB beteiligt sich maßgeblich mit ihren Kompetenzen in der Multisensor-Koordinatenmesstechnik (Arbeitsgruppe 5.34), der Rastersondenmetrologie (Arbeitsgruppe 5.25) der Röntgenradiometrie (Arbeitsgruppe 7.11) und der Dosimetrie für die Röntgendiagnostik (Arbeitsgruppe 6.25). Beteiligt sind weiterhin die Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung in Berlin und die TÜV NORD Ensys GmbH. Das Projekt ist auf zwei Jahre Laufzeit begrenzt und soll Ende September 2011 abgeschlossen sein.

Erste Resultate des Projektes wurden 2010 auf der 41. Jahrestagung der Deutschen Gesellschaft für Medizinische Physik (DGMP) präsentiert [3]. Dabei wurden Methoden zur Überprüfung des CTDI-Prüfkörpers nach DIN EN 60601-2-44 vorgestellt sowie sinnvollerweise zu fordernde Toleranzen diskutiert. Die im Projekt angewendeten Untersuchungstechniken ermöglichen eine zerstörungsfreie, wenig aufwändige Untersuchung des CTDI-Prüfkörpers. Die Geometrie sowie die Dichteverteilung des Prüfkörpers kann mit hinreichender Genauigkeit bestimmt werden. Strahlungstransportrechnungen zeigen, dass die Messung des CTDI-Wertes wenig empfindlich gegenüber Änderungen der Geometrie sowie der Elektronendichte des Materials ist. So führt erst eine Änderung des Prüfkörperdurchmessers von 1 mm bzw. der Dichte um 3 % zu einer Änderung des CTDI-Wertes von 1 %. Eine derartige Betrachtung sinnvoller Toleranzen ist in den aktuell gültigen Normen noch nicht berücksichtigt.

Literatur

1. Verordnung über den Schutz vor Schäden durch Röntgenstrahlung (RöV)
2. DIN 6868-4, Sicherung der Bildqualität in röntgendiagnostischen Betrieben – Teil 4: Konstanzprüfung an medizinischen Röntgeneinrichtungen zur Durchleuchtung
3. M. Borowski, S. Wrede, U. Neuschaefer-Rube, H.-U. Danzebrink, M. Krumrey, L. Büermann, J. Goebbels und H. Kreienfeld:
   Entwicklung von Verfahren zur zerstörungsfreien Qualitätskontrolle des CTDI-Prüfkörpers nach DIN EN 60601-2-44.
   Konferenzband auf CD zur 41. Jahrestagung der DGMP in Freiburg/Breisgau, 29.09.-02.10. 2010