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Kalibrierung von Ionisationskammern zur Dosismessung in der Computertomographie

09.08.2007

Etwa 6% aller röntgendiagnostischen Untersuchungen in Deutschland im Jahre 2003 waren Computertomographie-Untersuchungen (CT), die jedoch mehr als 50% der effektiven Kollektivdosis der Bevölkerung durch Röntgendiagnostik ausmachten. Diese Zahlen belegen die große Bedeutung von Dosismessungen in der CT. Die gebräuchlichste Messgröße ist der so genannte CT-Dosisindex (CTDI), der mit Hilfe von CT-Ionisationskammern gemessen wird, die in der Messgröße Luftkermalängenprodukt in der Einheit mGy•cm kalibriert sind. Die zylindrischen CT-Ionisationsammern haben Durchmesser von etwa 10 mm und Längen von 10 bis 15 cm. Mit Hilfe berechneter Konversionsfaktoren lässt sich aus dem Luftkermalängenprodukt die effektive Patientendosis bestimmen. Die Kalibrierung solcher Kammern erfolgt in zwei Schritten: Zunächst wird die mittlere Luftkermaleistung in einer Referenzebene senkrecht zur Achse eines Röntgenstrahlenbündels mit einer Normalkammer gemessen. Dann wird die bleistiftförmige CT-Kammer mit ihrer Achse in der Referenzebene so aufgebaut, dass die Strahlachse die Kammerachse im Zentrum der Kammer schneidet. Unter Bestrahlung der Kammer mit der bekannten Luftkermaleistung über eine definierte Länge L (siehe Abbildung 1) wird der mittlere Kammerstrom I gemessen. Der Kalibrierfaktor ergibt sich dann aus dem Quotienten des Produktes aus der Luftkermaleistung und der Länge der bestrahlten Kammer und dem Ionisationsstrom der Kammer in der Einheit Gy/s•cm/A oder auch Gy•cm/C. Zur Ausblendung des Strahls werden in der PTB 4 mm dicke Bleiplatten verwendet mit einer Spaltbreite von 50 mm. 

Abbildung 1 : Aufbau zur Messung des CT-Ionisationskammerstroms als Funktion der bestrahlten Kammerlänge L mit Hilfe einer Bleiblende mit variabler Öffnung.

Bochud et al. [1] führten Messungen zur Optimierung der Kalibrierprozeduren für CT-Kammern durch. Dafür verwendeten sie eine für CT-Aufnahmen repräsentative 120 kV Röntgenstrahlung, die mit 2,5 mm Aluminium gefiltert war. Um den Einfluss von Streustrahlungen an den Rändern der Bleiblende auf den Kalibrierfaktor zu ermitteln, wurde der CT-Kammerstrom I als Funktion der bestrahlten Länge L der CT-Kammer gemessen. Die Variation der Bestrahlungslänge L erfolgte über die Variation der Spaltbreite der Bleiblende. Ein linearer Fit an die Messpunkte I(L) der Ströme I als Funktion der Bestrahlungslängen L ergab, dass der zur Bestrahlungslänge L=0 interpolierte Strom I0 ungleich Null war. I0 war zudem mehr als eine Größenordnung höher als der gemessene Strom der Kammer bei der gleichen Röntgenstrahlung aber unter vollständiger Abschirmung der Kammer durch Blei. Daraus wurde geschlossen, dass I0 der Ionisationsstrom ist, der durch die Streustrahlungen an den Blendenrändern verursacht wird. Um diesen unerwünschten Einfluss zu korrigieren, wurde I0 von den Messwerten I(L) subtrahiert um aus den so korrigierten Werten den Kalibrierfaktor zu ermitteln. Der relative Anteil von I0 an I(L) nimmt natürlich mit zunehmender Bestrahlungslänge L ab, betrug aber bei L=10 mm 26 % und bei L=50 mm noch etwa 4%. Wie weiter oben bereits erwähnt, werden CT-Ionisationskammern in der PTB bei L=50 mm kalibriert und zwar mit einer relativen erweiterten Messunsicherheit von 1,5%. Der Einfluss der Streustrahlung an der Bleiblende auf den Kalibrierfaktor in dieser Messgeometrie wurde mit Hilfe von Monte-Carlo-Simulationen auf kleiner als 0,5% ermittelt. Daher wurde bei Routinekalibrierungen auf zeitaufwändige Messungen dieses Einflusses verzichtet. Da aber die Ergebnisse der Monte-Carlo-Simulationen gravierend von den Messergebnissen von Bochud et al. [1] abwichen, war es notwendig geworden, eigene Messungen dazu durchzuführen.

Zur experimentellen Abklärung dieser Situation wurde in der PTB der Einfluss der Streustrahlung nach der von Bochud et al. [1] verwendeten Methode und ebenfalls für 120 kV Röntgenstrahlung mit 2,5 mm Aluminium-Filterung gemessen (Abbildung 1 zeigt schematisch den experimentellen Aufbau). In Abbildung 2 sind die Ergebnisse der Messungen des auf einen Monitorkammerstrom normierten CT-Kammerstromes als Funktion der Bestrahlungslänge L am Messort der CT-Kammer aufgetragen. Der aus dem linearen Fit ermittelte Wert I0 betrug relativ zu dem Strom bei L=10 mm 1,8% und bei L=50 mm 0,3% und liegt damit innerhalb der von der PTB angenommenen Unsicherheit für diesen Effekt. Die notwendige Korrektion des durch Streustrahlung verursachten Ionisationsstromes in der CT-Kammer ist damit um eine Größenordung kleiner als diejenige von Bochud et al. Zur Zeit wird untersucht, was die Ursachen für die Überschätzung des beschriebenen Effektes bei Bochud et al. sein könnten. Untersuchungen dieser Art haben große Bedeutung für die Praxis, wie z.B. in "Dosimetry in Diagnostic Radiology: An International Code of Practice" [2] oder für die Messprozeduren zur Prüfung von Anforderungen an solche Kammern [3].

Abbildung 2 : Der auf den Strom IMK der Monitorkammer bezogene Strom ICT der CT-Ionisationskammer als Funktion der bestrahlten Kammerlänge L. Gezeigt sind die Messwerte für L= 10 mm bis 90 mm in Schritten von 10 mm () und ein linearer Fit an die Messwerte ().

Literatur

  1. Bochud, F.O; Grecescu, M. and Valley, J-F.:
    Calibration of ionization chambers in air kerma length.
    Phys.Med.Biol. 46, 2477-2487 (2001).
  2. Dosimetry in Diagnostic Radiology:
    An International Code of Practice
    (IAEA Technical Reports Series No. 457, STI/DOC/010/457), 2007, in press
  3. IEC 61674 1997 International Standard:
    Medical Electrical Equipment-Dosimeters with Ionisation Chambers and/or Semi-Conductor Detectors as used in X-ray Diagnosis Imaging
    (Geneva: International Electrotechnical Commission)