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Erweiterung des Kalibrierservices für LDR-Brachytherapie-Quellen um die Bestimmung der Photonenfluenz

19.12.2018

Die Physikalisch-Technische Bundesanstalt hat deshalb beschlossen, ihren Kalibrierservice für LDR-Quellen in Zukunft (geplant ab 2020) um die Bestimmung von Photonenfluenzspektren an charakteristischen Positionen und Winkel um die Quelle herum zu erweitern. Die Spektrendaten werden dann im Rahmen der Kalibrierung an den Auftraggeber übermittelt. Quellenhersteller können mit diesen Daten im Rahmen der CE-Zertifizierung eine Qualitätsverbesserung nachweisen. Organisationen von Medizinphysikern und Strahlentherapeuten ermöglicht es, die Konstanz unabhängig zu überprüfen, ohne einen hohen messtechnischen Aufwand betreiben zu müssen.

In der LDR-Brachytherapie mit Photonenquellen wird das emittierte Strahlungsfeld und dessen dosimetrische Eigenschaften durch das Nuklid und durch das Design der gekapselten Quellen bestimmt.

Europäische Organisationen von Medizinphysikern und Strahlentherapeuten BRAPHYQS und GEC-ESTRO wünschen sich ein effizientes Verfahren zur Überwachung und Sicherstellung der Konstanz der Strahlungscharakteristik von LDR-Brachytherapie-Quellen in Europa. Vorbild sind dabei die USA, in der eine Kooperation von Kalibrierlaboren und dem dortigen Nationalen Metrologie Institut NIST diese Überwachung unter der Schirmherrschaft der amerikanischen Medizinphysiker-Vereinigung AAPM durchführt.

In Europa besteht allerdings eine andere Gesetzeslage für Medizinprodukte als in den USA. Aspekte der Qualitätssicherung (QS) bei der Quellenproduktion, einschließlich der Beständigkeit der Quellen, werden nicht im Kalibrierverfahren sondern durch den Prozess der CE-Zertifizierung abgedeckt. Dabei muss der Hersteller das QS-System des Unternehmens skizzieren und die Effektivität und permanente Verbesserungen nachweisen.

Röntgenspektrometrie ist ein sehr empfindliches Werkzeug zur Überwachung der Konstanz des Strahlungsfeldes dieser Quellen. Der Aufbau und die Wartung einer Spektrometrieeinheit erfordert jedoch einen erheblichen Aufwand und solche Dienstleistungen sind innerhalb der Anwendergemenschaft der Brachytherapie selten.

Die Physikalisch-Technische Bundesanstalt hat deshalb beschlossen, ihren Kalibrierservice für LDR-Quellen in Zukunft (geplant ab 2020) um die Bestimmung von Photonenfluenzspektren an charakteristischen Positionen und Winkel um die Quelle herum zu erweitern. Die Spektrendaten werden dann im Rahmen der Kalibrierung an den Auftraggeber übermittelt. Quellenhersteller können mit diesen Daten im Rahmen der CE-Zertifizierung eine Qualitätsverbesserung nachweisen. Organisationen von Medizinphysikern und Strahlentherapeuten ermöglicht es, die Konstanz unabhängig zu überprüfen, ohne einen hohen messtechnischen Aufwand betreiben zu müssen.

Die Einbeziehung der Spektrometrie in den regulären Kalibrierdienst stellt für die PTB eine hohe messtechnische Herausforderung dar, da sie eine hochautomatisierte Spektrenmessung und Datenauswertung erfordert.

Das Detektorsystem besteht aus einem planaren und zylindrischen hochreinen Germaniumkristall (Canberra GL0110P) mit einer Nenntiefe von 10 mm und einem aktiven Durchmesser von 11,3 mm. Das elektrische Signal wird von einem Transistor-Reset-Vorverstärker (I-TRP) und einem analogen Desktop-Spektrumanalysator (Eagle 5004) verarbeitet. Die Eagle 5004 wird über das Softwareprogramm Genie 2000™ bedient und gesteuert.

Um Streustrahlung zu unterdrücken, ist der Kristall des Detektors vollständig von einem Stahlzylinder umgeben. Die Frontplatte ist austauschbar; es gibt vier Varianten mit Kollimatoren unterschiedlicher Größe. Drei davon sind vollständig aus Stahl gefertigt und haben eine Öffnung von 10 mm, 5 mm bzw. 3 mm. Der kleinste Kollimator hat ein zentrales Einsatzteil aus Reinsteisen (99,99 %) mit einer Länge von 20 mm, einem Außendurchmesser von 40 mm und einer Öffnung von 0,9 mm. Der Grund für die unterschiedlichen Designs ist die Tatsache, dass bei kleineren Aperturen der Beitrag der mit der Innenwand interagierenden Photonen nicht vernachlässigt werden kann. Durch den Einsatz eines Kollimatormaterial aus einem reinen Element können entstehende Fluoreszenzlinien eindeutig zugeordnet werden.

Der Quellenhalter ist auf einem computergestützten Drehtisch montiert, der eine Winkelkontrolle ermöglicht und gleichzeitig die korrekte Ausrichtung der Kollimatorachse zur Quelle gewährleistet. Auf diese Weise können sowohl Spektren für einen bestimmten Winkel als auch Integralspektren über alle Drehwinkel hinweg bestimmt werden.

Die Nachweisempfindlichkeit des Detektors wurde mittels Radioaktivitätsstandards der PTB kalibriert und die Intensität der diskreten Röntgenlinien mittels eines unabhängig entwickelten Softwarepakets analysiert, das weitgehend der Methodik des Softwarepakets "GUPIX" zur Röntgenspektrenanalyse folgt. Die Unsicherheit der Nachweisempfindlichkeit beträgt ca. 5 % unterhalb und 3 % oberhalb 15 keV.

Als Beispiel für eine automatisierte Auswertung ist in der folgenden Abbildung das Spektrum eines I‑125 Bebig S17 Seeds dargestellt. Die wissenschaftliche Fragestellung dabei ist, ob eine Röntgenlinie tatsächlich im Spektrum vorhanden ist.

Darstellung einer automatisierten Auswertung eines I-125 Bebig S17 Seeds

Abb. 1: Darstellung einer automatisierten Auswertung eines I‑125 Bebig S17 Seeds.

Im oberen Bereich wird eine Übersicht über das Energiespektrum mit seinen typischen Hauptlinien bei 22,1; 25,0; 27,4; 31,1 und 35,5 keV dargestellt. Im unteren Bild ist der Ausschnitt des von 3 bis 22 keV vergrößert. Die grauen Balken stellen Linieninhalte dar, die von der Auswertesoftware erkannt wurden.

Die schwarzen Rahmen stellen die Werte für die Nachweisgrenzen dar (NWG), die sich aus der Summe der dreifachen Unsicherheit des Linieninhalts und der Unsicherheit des Untergrunds an der Stelle ergeben. Peaks, die kleiner als die NWG sind, gelten als unentdeckt. In diesem Beispiel sind dies die Au-Linien bei 9,7; 11,4 und 13,4 keV, was der Realität entspricht, da dieser Quelltyp keine goldenen Bestandteile enthält. Im Gegensatz dazu werden die aus der Kapsel stammenden Ti-K-Linien bei 4,5 und 4,9 keV sowie die aus dem Marker stammenden Mo-K-Linien bei 17,4 und 19,7 keV deutlich erkannt.

Ansprechpartner
Opens window for sending emailT. Schneider, Fachbereich 6.3, Arbeitsgruppe 6.34,
Opens window for sending emailA. Kasper, Fachbereich 6.3, Arbeitsgruppe 6.34