DIE ÜBERSICHT
Apparative Qualitätsprüfung in der Nuklearmedizin
D
ie Nuklearmedizin ist inzwi- schen 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 wer- den 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 sol- len 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 einzel- nen Komponenten eingetreten sind .
Praxis der
Qualitätssicherung
Im folgenden sollen die wesentli- chen Leistungsparameter und Prüf-
verfahren für die Qualitätsprüfung der wichtigsten nuklearmedizini- schen Meßgeräte dargestellt werden.
Aktivimeter
Aktivimeter bestehen in der Re- gel aus einer Schachtionisationskam- mer in Verbindung mit einem elek- tronischen Anzeigegerät. Die wich- tigsten 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.
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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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III
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 fol- genden 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, erfol- gen.
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 to- mographischen 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 radio- aktiver Flüssigkeit.
Besonders geeignet für die routi- nemäßige Kontrolle ist das Or- thogonal-Lochrasterphantom. Mit diesem Phantom können gleichzeitig
Die Herstellung von tomogra- phischen Darstellungen hoher Qua- lität setzt die für die planare Szinti- graphie erforderlichen Qualitätskri- terien des Kamera-Meßkopfes vor- aus (8). Der Kontrast im tomogra- phischen 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 ho- hen 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 zu- nehmender 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 rotieren- der 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 ent- sprechender 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 to- mographischen 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 ei- ner 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 ra- dioaktiven 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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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 ins- besondere 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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vollem Umfang gerecht werden.
Trotzdem sind regelmäßige Quali- tätsprüfungen der Meßgeräte und äußerste Sorgfalt bei der Vorberei- tung und Durchführung nuklearme- dizinischer 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 ap- parative Qualitätsprüfung durch die Strahlenschutzverordnung inzwi- schen 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 nuklearmedi- zinischen 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 (po- lychromatische 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
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