Archiv "Apparative Qualitätsprüfung in der Nuklearmedizin" (06.05.1994)

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DIE ÜBERSICHT

Apparative Qualitätsprüfung in der Nuklearmedizin

D

^ieNuklearmedizin ist inzwischen zu einer selbständigen medizinischen Fachdisziplin geworden. Die Entwicklung neuer Radiopharmaka, die Optimie- rung geeigneter Meß- und Auswerte- verfahren sowie ärztliche Aus- und Weiterbildungsprogramme haben wesentlich dazu beigetragen.

Der diagnostische Wert einer nuklearmedizinischen Untersuchung hängt entscheidend von der Lei- stungsfähigkeit der Untersuchungs- methode in ihrer Gesamtheit ab. In diesem Sinne sind die von der WHO geprägten Begriffe der Qualitätssi- cherung und Qualitätsprüfung (Qua- litätskontrolle) zu verstehen.

Qualitätssicherung bedeutet das systematische Bemühen, eine opti- male Qualität des Untersuchungser- gebnisses zu erzielen. In der Nukle- armedizin erstreckt sich die Quali- tätssicherung somit von der Prüfung der zur Anwendung kommenden Ra- diopharmaka über die Technik und Auswertung der Messungen bis zur Beurteilung der Untersuchungser- gebnisse durch den befundenden Arzt.

Im Rahmen dieser Qualitätssi- cherung stellt die Qualitätsprüfung oder Qualitätskontrolle die Funkti- ons- und Leistungsüberprüfung der einzelnen Komponenten der Meßsy- steme dar.

In der Nuklearmedizin werden im wesentlichen folgende Meßgeräte verwendet:

..,.. Aktivimeter zur Messung der Aktivität der zu applizierenden Ra- diopharmaka,

..,.. Organ- und Probenmeßplät- ze für In-vivo- und In-vitro-Aktivi- tätsbestimmungen,

..,.. Gamma-Kameras in Verbin- dung mit elektronischer Meßdaten- verarbeitung zur Registrierung der örtlichen und zeitlichen Verteilung des radioaktiven Stoffes im Körper.

Julius Kretschko

Eine Funktions- und Leistungsminde- rung nuklearmedizinischer Meßgerä- te kann sich schwerwiegend auf die Befundung der Untersuchungen aus- wirken. Die inzwischen gesetzlich vorgeschriebene apparative Quali- tätsprüfung ist somit ein wichtiger Teil der Qualitätssicherung in der Nu- klearmedizin. Sie umfoßt die Lei- stungs- und Funktionskontrolle der hier verwendeten Meßsysteme. Der Normenausschuß Radiologie im Deutschen Institut für Normung e.V.

hat entsprechende Empfehlungen für die Durchführung von Konstanzprü- fungen erstellt und in DIN-Normen veröffentlicht. Darüber hinaus muß ober auch auf verschiedene untersu- chungsbedingte Artefakte geachtet werden.

Die apparative Qualitätsprü- fung, auf die hier eingegangen werden soll, ist damit ein wichtiger Be- standteil der Qualitätssicherung in der Nuklearmedizin.

Voraussetzung für vergleichende Qualitätsbeurteilungen sind eine ex- akte Definition der zur Charakteri- sierung der Funktionseigenschaften der Meßgeräte erforderlichen Kenn- größen sowie die Vorgabe standardi- sierter Meß- und Prüfbedingungen.

Mit den Aufgaben der Standar- disierung befassen sich nationale und internationale Institutionen wie un-

Nuklearmedizinische Klinik und Poliklinik (Direktor: Prof. Dr. med. Marcus Schwai- ger); Klinikum rechts der lsar der Techni- schen Universität München

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ter anderem die Internationale Elek- trotechnische Kommission (IEC), der Normenausschuß Radiologie im Deutschen Institut für Normung (DIN-Normen) und die NEMA, eine Vereinigung amerikanischer Geräte- hersteller.

Prüfverfahren

Im Rahmen der Qualitätsprü- fung werden die folgenden Verfah- ren angewendet:

Abnahmeprüfung

Abnahmeprüfungen werden bei der Inbetriebnahme des Gerätes und im jeweils erforderlichen Umfang nach einer Reparatur durchgeführt.

Die Ergebnisse dieser Prüfungen sollen zeigen, daß die vom Hersteller angegebenen Spezifikationen zutref- fen und durch eine bereits erfolgte Reparatur die ursprüngliche Lei- stungsfähigkeit des Gerätes wieder- hergestellt wurde.

Abnahmeprüfungen sind zu- gleich auch Zustandsprüfungen, bei denen relevante Referenzwerte für weitere Konstanzprüfungen ermittelt werden.

Konstanzprüfung

Konstanzprüfungen sind in regel- mäßigen Zeitabständen durchzufüh- rende Kontrollen. Hierbei soll mit ein- fachen Methoden und Hilfsmitteln festgestellt werden, ob Veränderun- gen gegenüber dem durch Referenz- daten beschriebenen Ausgangszu- stand des Gerätes und seiner einzelnen Komponenten eingetreten sind .

Praxis der

Qualitätssicherung

Im folgenden sollen die wesentlichen Leistungsparameter und Prüf-

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verfahren für die Qualitätsprüfung der wichtigsten nuklearmedizinischen Meßgeräte dargestellt werden.

Aktivimeter

Aktivimeter bestehen in der Re- gel aus einer Schachtionisationskam- mer in Verbindung mit einem elektronischen Anzeigegerät. Die wichtigsten zu überprüfenden Leistungs- parameter sind:

.,.. Wiederholbarkeit der Meß- werte

.... Nulleffekt

.,.. Empfindlichkeit des Meß- systems

.... Linearität der Anzeige Eine tägliche Überprüfung mit Hilfe eines Referenzstrahlers ist un- erläßlich, weil sich die Empfindlich- keit durch Druckabfall in der Ionisa- tionskammer jederzeit ändern kann.

Organ- und Probenmeßplätze Organ- und Probenmeßplätze sind Szintillationsspektrometer mit einem für den jeweiligen Meßzweck geeigneten Szintillationsdetektor.

Mit Hilfe eines nachgeschalteten Im- pulshöhenanalysators ist eine selekti- ve Registrierung der Radionuklide möglich.

Für die Qualitätsprüfung dieser Geräte werden in der DIN-Norm 6855, Teil l die folgenden Testver- fahren empfohlen:

.,.. Überprüfung der Energie- auflösung und Energiekalibrierung durch Aufnahme des Impulshöhen- spektrums und Bestimmung der Ka- nallage der Photolinie für mindestens drei verschiedene Radionuklide mit unterschiedlicher Photonenenergie.

.... Überprüfung der Zählaus- beute als Quotient aus Zählrate und Aktivität, in der Regel täglich, mit Hilfe eines Prüfstrahlers und Ver- gleich mit einem Referenzwert.

.... Überprüfung der Zählstati- stik mit bewährten statistischen Prüf- verfahren, wie zum Beispiel dem Chi- Quadrat-Test.

.,.. Überprüfung von integralem und differentialem Nulleffekt, die in- folge einer Kontamination des De- tektors oder durch eine Strahlen- quelle in der Umgebung des Meßge- rätes erhöht sein können, täglich be- ziehungsweise vor jeder Messung.

DIE ÜBERSICHT

Abbildung 1: T ransmis- sions-Phantome zur Qualitätsprüfung von Gamma-Kameras, A:

Hine-Duley-Phantom, 8: Parallelstreifen- Phantom, C: Vier- Quadranten-Phantom, D: Orthogonal-Loch- Phantom

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Abbildung 2: Anordnung der Transmissions-Phan- tome mit einer Punktquelle

.... Aufnahme der Zählraten- charakteristik, um bei zunehmender Aktivität die Abweichung der wahren von der gemessenen Zählrate festzu- stellen und entsprechende Korrek- turfaktoren zu bestimmen.

Einkristall-Gamma-Kamera für die planare Szintigraphie Die Szintigraphie mit der Einkri- stall-Gamma-Kamera ist das am mei- sten benutzte bildgebende Verfahren in der Nuklearmedizin. Dieses Gerät ist ein Szintillationsspektrometer mit einem großflächigen Szintillations- kristall. Eine Vielzahl von Photomul- tipliern, die in ein elektronisches Netzwerk eingebunden sind, stellen

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das Ortungssystem für das Szintillati- onsereignis dar. Für die Überprüfung der Zählausbeute, der Energieauflö- sung und der Energiekalibrierung können die gleichen Prüfverfahren wie für Sonden- und Probenmeßplät- ze verwendet werden.

Darüber hinaus sind im Rahmen der Qualitätssicherung noch die folgenden Leistungsparameter zu über- prüfen (4, 6).

Inhomogenität

Von einer Gamma-Kamera wird erwartet, daß die Empfindlichkeit über das gesamte Gesichtsfeld kon- stant ist. Ein schlechter Abgleich der Ortungselektronik, der Ausfall eines Photomultipliers, Nichtlinearitäten, Defekte am Kristall sowie eine Kon- tamination des Detektors oder des Kollimators können zu Inhomogeni- täten und damit zu Fehlinterpretatio- nen des Szintigramms führen.

Die qualitative Überprüfung der Inhomogenität kann durch Auf- nahme und Beurteilung des Szinti- gramms einer unkollimierten Punkt- quelle (beispielsweise einer Injek- tions-Spritze mit radioaktiver Flüs- sigkeit), die sich zentriert in einem bestimmten Mindestabstand vom Kamera-Meßkopf befindet, erfolgen.

Ortsauflösung

Bei einer Gamma-Kamera wird unterschieden zwischen der inhären- ten Auflösung und der Systemauflö- sung. Die inhärente Auflösung ist ei- Deutsches Ärzteblatt 91, Heft 18, 6. Mai 1994 (41) A-1285

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Abbildung 3: Profildar- stellung einer mit Tc- 99m-Lösung gefüllten Flächenquelle mit von a) nach e) abnehmen- der Aktivität ; nach Lange et al. (9)

Abbildung 4: SPECT- Phantom nach Jaszczak (5) zur Überprüfung der Homogenität und des Kontrastes im tomographischen Bild mit verschiedenen Einsät- zen (hier Plexiglas- stäbe)

MEDIZIN DIE UBERSICHT

ne spezielle Eigenschaft des Detek- tor- und Ortungssystems; die System- auflösung berücksichtigt auch die Ei- genschaften der verwendeten Kolli- matoren.

Zur qualitativen Überprüfung der Ortsauflösung können die in Ab- bildung 1 dargestellten Transmissions- phantome in Verbindung mit einer Flächenquelle oder einer in einem Mindestabstand befindlichen Punkt- quelle (Abbildung 2) verwendet wer- den. Als Punktquelle eignet sich auch hier eine Injektionsspritze mit radioaktiver Flüssigkeit.

Besonders geeignet für die routi- nemäßige Kontrolle ist das Or- thogonal-Lochrasterphantom. Mit diesem Phantom können gleichzeitig

Die Herstellung von tomographischen Darstellungen hoher Qua- lität setzt die für die planare Szinti- graphie erforderlichen Qualitätskri- terien des Kamera-Meßkopfes voraus (8). Der Kontrast im tomographischen Bild hängt aber zusätzlich noch von den Eigenschaften der Bildmatrix, der Anzahl der aufge- nommenen Projektionen sowie vom Rekonstruktionsalgorithmus und den verwendeten Filtern ab. Qualitativ kann der Kontrast mit Hilfe eines Volumenphantoms, beispielsweise Homogenität, Linearität und Orts-

auflösung überprüft werden.

Verhalten bei hohen Zählraten Bei der Gamma-Kamera können durch Impulsüberlagerungen bei hohen Aktivitäten sogenannte pile-up- Adressen auftreten. In diesem Fall ist die Registrierung der Aktivitäts- verteilung im Körper nicht mehr orts- gerecht. Wie die in Abbildung 3 dar- gestellten Profile einer radioaktiven Flächenquelle zeigen, wird mit zunehmender Aktivität durch den pile- up-Effekt das Profil im Zentrum auf- gebeult (9). Eine Korrektur dieses Effektes ist nicht ohne weiteres mög- lich. Es muß deshalb ein Grenzwert für die Gesamtimpulsrate ermittelt und vorgegeben werden.

Einkristall-Gamma- Kamera für die Emissions-Tomographie Ein um die Körperachse rotierender Meßkopf einer Gamma-Kamera

Abbildung 5: Flächen- phantom für Homo- genitätsaufnahmen an einer Gamma-Kamera (4)

kann in Verbindung mit einem Meß- datenauswertesystem unter Verwen- dung geeigneter rechnerunterstützter Rekonstruktionsverfahren zur Ge- winnung emissionstomographischer Schnittbilder verwendet werden. Das Verfahren ist unter der Bezeichnung SPECT (Single-Photon-Emission- Computed-Tomography) bekannt

des SPECT-Phantoms nach Jaszczak (Abbildung 4) untersucht werden (5).

Es handelt sich hierbei um einen Ple- xiglaszylinder, in welchem Plexiglas- stäbe oder Plexiglaskugeln unter- schiedlichen Durchmessers in entsprechender geometrischer Anord- nung eingebracht sind. Das gesamte Phantom wird mit radioaktiver Flüs-

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sigkeit gefüllt. Aus dem Durchmesser der noch erkennbaren Kugeln kann der Kontrast im tomographischen Bild abgeleitet werden.

Inhomogenitäten des Detektor- systems führen zu Artefakten im tomographischen Bild. Aus diesem Grunde sind Homogenitätsaufnah- men einer radioaktiven Flächenquel- le (Abbildung 5) mit Kollimator sowie eine rechnerische Korrektur unbe- dingt erforderlich.

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DIE ÜBERSICHT

Eine wichtige Maßnahme im Rahmen der Qualitätssicherung einer SPECf-Kamera ist die Überprü- fung des Rotationszentrums. Abwei- chungen führen zu ringförmjgen Ar- tefakten bei der Bildrekonstruktion. Eine diesbezügliche Kontrolle kann mit Hilfe einer radioaktiven Linien- quelle erfolgen (Abbildung 6).

Die Hersteller von SPEer -Sy- stemen bieten in ihrem Lieferumfang entsprechende Programme für die Überprüfung der einzelnen Lei- stungsparameter sowie für die Durchführung entsprechender Kor- rekturen an.

Abbildung 6: Anordnung einer Linienquelle an einer Doppei-Kopf-SPECT-Kamera zur Überprüfung des Rotationszentrums (B)

Untersuchungsbedingte Artefakte

Artefakte können auch durch Fehler bei der Vorbereitung und Durchführung der Untersuchung be- dingt sein (10). Insbesondere sind hier zu erwähnen:

...,. Nichtbeachtung von voraus- gegangenen Untersuchungen mit radioaktiven Substanzen oder Rönt- genkontrastmitteln

...,. Mangelnde radiochemische Reinheit der Applikationslösung

...,. Fehler bei der Präparation des Radiopharmakons

...,. paravenöse Injektion

...,. Strahlenabsorption durch metallische Gegenstände an der

Abbildung 7: Hirnszin- tigramme und Aufnah- men mit einem Ortho- gonai-Lachphantam bei richtiger und falscher Energieeinstellung (7).

A: Verschiebung des Energiefensters zu klei- neren Energien, B:

Richtige Einstellung des Energiefensters, C: Ver- schiebung des Energie- fensters zu höheren

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A-1288 ( 44) Deutsches Ärzteblatt 91, Heft 18, 6. Mai 1994

Kleidung oder implantierte Gegen- stände (beispielsweise Herzschritt- mach er oder Infusionspumpen)

...,. Kontamination der Kleidung und der Körperoberfläche

...,. Bedienungsfehler am Gerät.

Die Homogenität einer Einkristall- Gamma-Kamera hängt beispielsweise entscheidend von der Energieeinstel- lung am Impulshöhenanalysator ab, wie an den inAbbildung 7 dargestellten Hirnszintigrammen und Aufnahmen mit einem Lochrasterphantom zu er- kennen ist (7).

Diese Artefakte können vermie- den werden durch eingehende Befra- gungen des Patienten über vorausge- gangene Untersuchungen, Qualitäts- prüfungen der Radiopharmaka insbesondere beim Hersteller und den Einsatz von qualifiziertem ärztlichen und medizinisch-technischen Perso- nal.

Schlußfolgerung

Technologische Entwicklungen auf dem Gebiet der Kernstrahlungs- Meßtechnik und der elektronischen Datenverarbeitung haben dazu ge- führt, daß nuklearmedizinische Meß- systeme einen hohen technischen Standard erreicht haben und hin- sichtlich ihrer Funktionseigenschaf- ten den klinischen Anforderungen in

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MEDIZIN

vollem Umfang gerecht werden.

Trotzdem sind regelmäßige Quali- tätsprüfungen der Meßgeräte und äußerste Sorgfalt bei der Vorberei- tung und Durchführung nuklearmedizinischer Untersuchungen im Inter- esse einer erfolgversprechenden Dia- gnostik zwingend notwendig. Dar- über hinaus dient die Qualitätssiche- rung auch dem Strahlenschutz des Patienten, da durch eine gute Beur- teilbarkeit der Untersuchungsergeb- nisse zusätzliche Maßnahmen mit er- neuter Radionuklidapplikation ver- mieden werden. Deshalb ist die apparative Qualitätsprüfung durch die Strahlenschutzverordnung inzwischen gesetzlich vorgeschrieben.

Deutsches Ärzteblatt

91 (1994) A-1284-1289 [Heft 18]

DIE UBERSICHT / KURZBERICHT

Literatur

1. EN 60789: Merkmale und Prüfbedingun- gen für bildgebende Systeme in der Nu- klearmedizin:

— Einkristall — Gamma — Kameras — (z. Zt.

Entwurf)

2. DIN 6855, Teil 1: Qualitätskontrolle Nu- klearmedizinischer Meßsysteme — In-vivo- und In-vitro-Meßplätze

3. DIN 6855, Teil 2: Qualitätskontrolle Nu- klearmedizinischer Meßsysteme — Meßbe- dingungen für die Einzelphotonen-Emis- sions-Tomographie mit Hilfe rotierender Meßköpfe einer Gamma-Kamera 4. DIN 6855, Teil 3: Qualitätskontrolle Nu-

klearmedizinischer Meßsysteme — Einkri- stall-Gamma-Kamera zur planaren Szin- tigraphie und Systeme zur Meßdatenauf- nahme und Auswertung

5. Greer, K.; Jaszczak, R.; Coleman, R.:

Quality Control in SPECT. J. Nucl. Med.

Techn. 13 (1985) 76-87

6. Kemmer, W.; (Bearb.): Die Neufassung der Richtlinie Strahlenschutz in der Medi- zin. H. Hoffmann-Verlag, Berlin (1992) 7. Kretschko, J.: Qualitätssicherung in der

Nuklearmedizin Medizintechnik 1 (1989) 5-9

8. Kretschko, J.; Nieland, P.: Apparative Qualitätsprüfung, bei der Einzel-Photo- nen-Emissions-Tomographie mittels einer Gamma-Kamera mit rotierenden Meß-

köpfen. Der Nuklearmediziner 14 (1991) 113-120

9. Lange, D.; Kober, B.; Schenk, G.: Totzeit- verlust und pile-up bei hohen Zählraten in Szintillationskameras. In: Höfer, R.: Ra- dioaktive Isotope in Klinik und For- schung. Band 12, Egermann-Verlag, Wien (1976)

10. Menzell, I.; Buttermann, G.: Fehlermög- lichkeiten und Artefakte bei nuklearmedizinischen Untersuchungen. Teil I: MTA 4 (1989) 1064-1072, Teil II: MTA 4 (1989) 1170-1175

11. Verordnung über den Schutz vor Schäden durch ionisierende Strahlen (Strahlen- schutzverordnung-StrlSchV) in der Fas- sung der Bekanntmachung vom 30. 6. 1989 (BGBl. I, 1321, 1926) zuletzt geändert durch das Einigungsvertragsge- setz vom 23. 9. 1990 (BGBl. II, 885, 116) 12. WHO, Genf: Quality Assurance in Nucle-

ar Medicine (1982)

Anschrift des Verfassers:

Dipl.-Phys. Dr. phil. nat.

Julius Kretschko

Nuklearmedizinische Klinik und Poliklinik der TU

Ismaninger Straße 22 81675 München

Molekulare Genetik in der Medizin

Myotone Dystrophie (MD)

Manuela Koch

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^ie Multisystemerkrankung Myotone Dystrophie (MD), auch als Curschmann-Stei- nert-Erkrankung bezeichnet, wird autosomal-dominant vererbt.

Kinder von Erkrankten haben damit eine Wahrscheinlichkeit von 50 Pro- zent, das mutierte Gen zu ererben.

Die Erkrankung wird jedoch nicht bei jedem Genträger manifest. Die mutierte Erbanlage zeigt eine varia- ble Expressivität im klinischen Aus- prägungsgrad und eine unvollständi- ge Penetranz. Die Prävalenz für die Erkrankung liegt in der europäischen Bevölkerung bei etwa 1:8 000 (9).

Die Krankheit manifestiert sich im klassischen Fall im späten Jugend- und frühen Erwachsenenalter. Er- krankte zeigen unter anderem eine

Abteilung 1 (Direktor: Prof. Dr. rer. nat.

Karl Heinz Grzeschik) Medizinisches Zen- trum für Humangenetik der Philipps-Univer- sität Marburg

progressive Symptomatik der querge- streiften und glatten Muskulatur (fortschreitende Muskelschwäche, aktive und passive Myotonie, Schluckstörungen, Obstipation, Di- arrhoen), des Herzmuskels (Herz- rhythmusstörungen), des endokrinen Systems (Diabetes mellitus, Hypogo- nadismus), des peripheren und zen- tralen Nervensystems (Polyneuropa- thie, Hypersomnie), der Augen (polychromatische Linsentrübung, Kata- rakte) sowie der Haut und ihrer An- hangsgebilde. Von der kongenitalen Myotonen Dystrophie (CMD) mit dem Symptom einer von Geburt an bestehenden schweren generalisier- ten Muskelhypotonie mit typischem Gesichtsausdruck und psychomotori- scher Retardierung sind nur Kinder manifest erkrankter Frauen betrof- fen (12).

Typisch für die Erkrankung MD ist, daß es in betroffenen Familien zu einer Zunahme der Schwere des

Krankheitsbildes und zu einer Ver- ringerung des Manifestationsalters in der Generationenfolge kommt. Die- ses Phänomen wird als genetische Antizipation bezeichnet (5, 19). So können Genträger in der Großeltern- generation als einzige Krankheitsma- nifestation polychromatische Linsen- trübungen oder präsenile Katarakte aufweisen (10). Nur eine sorgfältig durchgeführte EMG-Ableitung aus den Muskeln des Thenars oder Hy- pothenars zeigt auch bei diesen kli- nisch inapparenten Verlaufsformen myotone Potentiale Familienmitglie- der können aber lebenslang ohne subjektive Symptomatik und objekti- ve Krankheitszeichen bleiben, ob- wohl sie Träger der Erbanlage sind.

Molekulargenetik

Durch Kopplungsanalysen in MD-Familien wurde das Gen für die

Deutsches Ärzteblatt 91, Heft 18, 6. Mai 1994 (45) A-1289