KURZINFO
Konstanzprüfung
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Konstanzprüfung |
Dipl.Phys. A. Eisenberg /
Dipl.Phys. K. Mengedoht © TIMUG e.V., Bonn
Den Umgang
und die Handhabung von Testphantomen schulen wir in
unseren
Fachschulungen
für Mitarbeiter Med.-Technischer
Dienste und Servicemitarbeiter.
Ihre
Hinweise und Kommentare zum Konstanzprüfungskonzept sind uns
besonders wichtig: mailto:timug@gmx.net
Hinweis
zu den ZVEI-Empfehlungen:
Die
hier nachfolgend vorgestellten Prüfschritte decken sich
inhaltlich weitgehend mit den Empfehlungen der ZVEI vom 29.4.1997 zur
Konstanzprüfung für Ultraschalldiagnostikgeräte, die
als nützliche Checklisten konzipiert und ausgeführt sind.
Die spezifischen Empfehlungen der ZVEI, insbesondere die als zulässig
empfohlenen Grenzwerte haben wir daher jeweils in einem Infokasten
ergänzt.
Die prinzipiellen Unterschiede des ZVEI-Konzeptes
liegen in:
Verwendung einer konstanten Geräteeinstellung (der bei Messung der max. Eindringtiefe) für alle nachfolgenden Prüfschritte statt jeweils optimierter Einstellungen.
Keine getrennte Differenzierung der axialen und lateralen Auslösungswerte nach Nah- und Fernfeld, sondern in der Mitte des Bildfeldes.
Trennung der Bildhomogenitätsbeurteilung nach elektronischen und mechanischen Schallköpfen.
Gewebsphantome dienen der möglichst
realistischen Objektivierung der diagnostisch relevanten
Performance-Eigenschaften besonders bei B-Bild-Geräten. Sie
zeichnen sich i.d.R. besonders durch ihren kompakten, meist
kastenförmigen, multifunktionalen Aufbau aus, der die Testung
mehrerer Parameter mit eben nur einem Testkörper ermöglicht.
Ein Gewebsphantom wird mit Materialien gefüllt, die in den entscheidenden akustischen Parametern wie Impedanz, Absorption oder Streuung möglichst gut biologischem Gewebe entsprechen.
Oft werden Gelatine oder Silikonkautschuk verwendet, die dann durch geeignete Zusätze (Glycerin, Graphit) angepaßt werden. Ebenso können definiert Streupartikel eingefügt werden.
Allein schon mit einer solchen Füllmasse ausreichender Tiefe können die Parameter Eindringtiefe und Bildhomogenität objektiv geprüft werden.
Zusätzlich werden dann aber noch weitere besondere Ziele eingebaut, die je nach Phantom und Zweck unterschiedlich angeordnet und zusammengestellt sind. Als Beispiel ist unten der Querschnitt des Gewebephantoms "Model 400F" von RMI-Gammex gezeigt. Vergleichbare Phantome liefern verschiedene Hersteller, so auch ATS, vertrieben über die Firma PTW-Freiburg (mailto: ptw@ptw.de)
Solche Ziele (und im Beispielquerschnitt z.T. zu sehen) sind z.B.:
zur Prüfung des
axialenAuflösungsvermögens: ertikale Fadenreihen
mit in bekannten zunehmenden Abständen (diese sollten
geringfügig horizontal gegeneinander versetzt sein).Aufgrund der unterschiedlichen Bauformen sind die einzelnen am Markt erhältlichen Gewebsphantome nicht alle gleichgut für jeden Prüfzweck geeignet. Vor dem Kauf eines Phantoms sollte also die Bauform und Zusammstellung der Testziele nochmal im Hinblick auf den Testzweck geprüft werden.
Entscheidende Basistestungen lassen sich aber von jedem, auch dem allgemeinen Anwender, schon mit den am Markt erhältlichen üblichen Gewebsphantomen zuverlässig durchführen.
Das prinzipielle Vorgehen wird nachfolgend für mehrere wichtige Prüfparameter beschrieben.
Überblick:
Bei der Durchführung der nachfolgend geschil-derten Tests ist der Schallkopf jeweils mit Kon-taktgel zu versehen und an der vorgesehenen An-koppelfläche (meist als kleines Polster auf dem Phantom) aufzusetzen.
Idelalerweise wird eine Schallkopfhalterung verwendet, mit der der Schallkopf zur Signaloptimierung definiert verkippt werden kann.
2.1 Eindringtiefe
Testobjekt: Die Füllmasse des Phantoms als solche.
Einstellungen am Gerät: Entweder gemäß der vorgebenen Prüfanweisungen im Gerätehandbuch oder aber folgende Einstellungen am Ultraschallschallgerät wählen: Größte Bildtiefe, größte Signalverstärkung, größte Sendeleistung.
Vorgehen:
-
Das Phantom bzw. den Schallkopf darauf so positionieren, daß
möglichst wenige der Testobjekte(Fäden/Röhren) im Bild
erscheinen.
- das Bild optimieren und einfrieren.
- die Tiefe bestimmen, in der die akustischen Speckles in elektronisches Rauschen rsp. (abhängig von der Verstärkungseinstellung) in gleichmäßiges Schwarz übergehen.
- davon zur Dokumentation und Langzeitkontrolle eine "Hardcopy" machen (gleichzeitig visueller Test und Ähnlichkeitsvergleich mit dem Monitorbild, vgl. Punkt 4.8).
ZVEI-Empfehlungen: Bei Verwendung eines 0,5dB-Phantoms ist die Einbeziehung des Spiegelbildes am Phantomboden statthaft. Die Sonde ist ohne Druck auf das Phantom auszusetzen. Maximaler zulässiger Unterschied zwischen akt. Meß und früherem Referenzwert: ±10mm.
Ihre Hinweise
und Kommentare zum Konstanzprüfungskonzept sind uns wichtig:
mailto:timug@gmx.net
2.2 Distanzgenauigkeit
2.2.1.1 Nahfeld des Schallkopfes
Testobjekt: Die oberste, schallkopfnächste horizontale Fadenreihe.
Einstellungen
am Gerät: Entweder gemäß der vorgebenen
Prüfanweisungen im Gerätehandbuch oder aber die Einstellung
wählen, die die optimale Darstellung der Fadenreihe
liefert.
Diese Einstellung schriftlich dokumentieren.
Vorgehen:
- Optimiertes Bild einfrieren.
- Zuächst visuell die Gleichheit der Abstände überprüfen.
- Dann mit dem Caliper/Cursor die horizontalen Distanzen messen und notieren. Messungen über die ganze Bildbreite (d.h. an verschiedenen Positionen relativ zum Gesamtbild) durchführen (z.B. links 3,2mm, Mitte 3,0 mm, rechts 3,1 mm) und notieren.
- Diese Distanzen mit den Distanzenwerten vergleichen, die auf dem Phantom für die Fädenabstände angegeben sind.
- davon zur Dokumentation und Langzeitkontrolle eine "Hardcopy" machen (gleichzeitig visueller Test und Ähnlichkeitsvergleich mit dem Monitorbild, vgl. Punkt 4.8).
ZVEI-Empfehlungen: Mindestabstand zweier vertikaler Reflektoren 2cm, Messung etwa in der Bildmitte zwischen dem Schallkopf und der gemessenen max. Eindringtiefe. Maximale Differenz: ±3%.
Bewertung:
Die
gefundenen Abweichungen sind zunächst nach den im Gerätehandbuch
genannten Fehlermargen zu bewerten. Ist dort nichts angegeben, wählen
Sie als Fehlergrenze eine Abweichung einer der gemessenen Distanzen
um mehr als 2% von der tatsächlichen, oder aber die
Fehlergrenze, die im Hinblick auf Ihre speziellen diagnostischen
Anforderungen von Ihnen selbst als tolerabel festgelegt wird.
2.2.1.2 Im Fernfeld des Schallkopfes
Testobjekt: Die unterste, schallkopffernste horizontale Fadenreihe.
Einstellungen am Gerät und Vorgehen: wie bei Punkt 4.2.1.1
Bewertung: wie bei 4.2.1.1
2.2.2 Vertikale (axiale) Distanzgenauigkeit
Testobjekt: Die vertikalen Fadenreihen.
Einstellungen
am Gerät: Entweder gemäß den vorgebenen
Prüfanweisungen im Gerätehandbuch oder aber es ist die
Einstellung zu wählen, die die optimale Darstellung der
mittleren vertikalen Fadenreihe liefert.
Diese Einstellung
schriftlich dokumentieren.
Vorgehen:
- Das Phantom bzw. den Schallkopf so positionieren, daß die mittlere der vertikalen Faden-Reihen sichtbar ist.
- Jetzt die Caliper-Distanz-Messungen an mehreren Stellen des dann dargestellten Bereiches durchführen (z.B. Linker Rand, Mitte, rechter Rand).
- davon zur Dokumentation und Langzeitkontrolle eine "Hardcopy" machen (gleichzeitig visueller Test und Ähnlichkeitsvergleich mit dem Monitorbild, vgl. Punkt 4.8).
- Die Meßwerte mit dem festgelegten Basiswert aus der vorherigen Kontrolle vergleichen, oder aber (bei Erstkontrolle) diesen als Vergleichs-/Normalwerte für spätere Kontrollmessungen festhalten.
ZVEI-Empfehlungen: Mindestabstand zweier vertikaler Reflektoren 2cm, Messung etwa in der Bildmitte zwischen dem Schallkopf und der gemessenen max. Eindringtiefe. Maximale Differenz: ±2%.
Bewertung: wie bei 4.2.1.1
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und Kommentare zum Konstanzprüfungskonzept sind uns wichtig:
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2.3 Laterale (horizontale) Auflösung
2.3.1 In der Scanebene
Testobjekt: Jeweils nacheinander eine der vertikalen Fadenreihen.
Einstellungen
am Gerät: Entweder gemäß der vorgebenen
Prüfanweisungen im Gerätehandbuch vorgehen oder aber es ist
die Einstellung zu wählen, die die optimale Darstellung der
Fadenreihe liefert.
Diese Einstellung schriftlich dokumentieren.
Vorgehen:
- Auf einen Faden der Reihe besonders fokussieren. Die Position dieses Fadens notieren.
- Dann mit dem Caliper die Darstellungsbreite (nicht den Abstand!) dieses und der beiden benachbarten (zunächst fokusnächsten) Fäden messen.
- Die Meßwerte notieren.
- davon zur Dokumentation und Langzeitkontrolle eine "Hardcopy" machen (gleichzeitig visueller Test und Ähnlichkeitsvergleich mit dem Monitorbild, vgl. Punkt 4.8).
- Die Meßwerte mit dem festgelegten Basiswerten aus der vorherigen Kontrolle vergleichen oder aber (bei Erstkontrolle) diesen als Vergleichs-/Normalwerte für spätere Kontrollmessungen festhalten.
- Diesen Vorgang (zusätzlich zur Messung ind er Fokustiefe) in verschiedenen Tiefen durchführen.
Bewertung:
Die
gefundenen Meßwerte müssen mit den Werten aus den
vorherigen Kontrollen verglichen werden. Festgestellte Abweichungen
sind zunächst nach den im Gerätehandbuch genannten
Fehlerbeschreibungen zu bewerten, oder aber nach den Grenzwerten, die
im Hinblick auf Ihre speziellen diagnostischen Anforderungen von
Ihnen selbst als tolerabel festgelegt worden sind.
ZVEI-Empfehlungen: Als Darstellungsbreite wird „gemessen ... die größte horizontale Ausdehnung der Abbildung des nadelförmigen Objektes, die sich in der Helligkeit vom Hintergrund abhebt.“ Toleranz zwischen akt. Meß- und früherem Referenzwert: ±5%.
2.3.2 Optional: laterale Auflösung senkrecht zur Scanebene
Zur Bestimmung der Scanebenendicke verweist z.B. KOLLMANN [s. Zeitschr. für Med. Physik, Nr. 2, 1995 S.74-80], auf eine Methode, bei der man den Schallkopf um 45° um die Abstrahlachse dreht und dann die Darstellungsdicke des Fadens bestimmt (daraus lassen sich Rückschlüsse auf die Scanscheiben-Dicke ziehen). Ebenso kann man den Schallkopf um 90° drehen und Phantom oder Schallkopf verschieben wie im TIMUG-Meß-Praktikum. Beide Methoden bedürfen eines typischen Labor-Stativs mit Nonius-Vortrieb.
2.4 Maximum der axialen Auflösung
Testobjekt: Die lange vertikale Fadenreihe oder nacheinander die unterschiedlich tiefen horizontalen Fadengruppen.
Einstellungen
am Gerät: Entweder gemäß der vorgebenen
Prüfanweisungen im Gerätehandbuch vorgehen oder aber es ist
die Einstellung zu wählen, die die optimale Darstellung der
ersten Fadengruppe bzw. des obersten Fadens der vertikalen Reihe
liefert (ebenso dann nacheinander für alle tieferen Fäden
bzw. Fadengruppen).
Diese Einstellung schriftlich dokumentieren.
Vorgehen:
- Einen Faden der Reihe auswählen und darauf optimieren. Die Position dieses Fadens notieren.
- Dann mit dem Caliper die Darstellungsbreite (nicht den Abstand!) des Fadens (und im Falle der Fadengruppe der beiden benachbarten (zunächst fokusnächsten) Fäden) messen, der/die den kleinsten vertikalen Durchmesser ha(t)ben und nicht mit anderen Fadendarstellungen überlappen.
- Die Meßwerte notieren.
- Die Meßwerte mit dem festgelegten Basiswerten aus der vorherigen Kontrolle vergleichen, oder aber (bei Erstkontrolle) diesen als Vergleichs-/Normalwerte für spätere Kontrollmessungen festhalten.
- Diese Messungen für alle dieser Fäden/Fadengruppen nacheinander durchführen. Jeweils Position dieser Gruppe und die dazugehörigen Meßwerte notieren.
- davon zur Dokumentation und Langzeitkontrolle eine "Hardcopy" machen (gleichzeitig visueller Test und Ähnlichkeitsvergleich mit dem Monitorbild, vgl. Punkt 4.8).
ZVEI-Empfehlungen: Als Darstellungsbreite wird „gemessen ... die größte axiale Ausdehnung der Abbildung des nadelförmigen Objektes, die sich in der Helligkeit vom Hintergrund abhebt. Toleranz zwischen akt. Meß- und früherem Referenzwert: ±10%.
Bewertung:
Die
gefundenen Meßwerte müssen mit den Werten aus den
vorherigen Kontrollen verglichen werden. Festgestellte Abweichungen
sind zunächst nach den im Gerätehandbuch genannten
Fehlerbeschreibungen zu bewerten, oder aber nach den Grenzwerten, die
im Hinblick auf Ihre speziellen diagnostischen Anforderungen von
Ihnen selbst als tolerabel festgelegt worden sind.
Hinweis:
Bei Benutzung der Fadengruppen ist anzumerken, daß die Fäden
nicht senkrecht untereinander liegen (wegen des
Schallschattens), sondern leicht versetzt. Daher muß ihre
axiale Ausdehnung nach links und rechts extrapoliert werden (als
gedachte Linie) und erst dann sollte über das resultierende
Auflösungsvermögen entschieden werden.
Eine
ausführliche Prüfung der axialen Auflösung erfordert
die Bestimmung nicht nur in der Fokuslage, sondern in allen Tiefen
des Darstellungsbereiches.
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2.5 Bildhomogenität
Bildhomogenität bezeichnet die “Gleichmäßigkeit” der Intensitätsdarstellung. Dabei ist auf Schatten und Flecken im Specklemuster des gleichmäßig streuenden Phantoms zu achten.
Folgende Inhomogenitäten können z.B. auftreten:
Testobjekt: Die Füllmasse insgesamt.
Einstellungen
am Gerät:
Entweder gemäß der vorgebenen
Prüfanweisungen im Gerätehandbuch vorgehen oder aber
folgende Einstellungen am Ultraschallschallgerät
wählen:
Größte Bildtiefe, größte
Signalverstärkung, größte Sendeleistung.
Diese
Einstellung schriftlich dokumentieren.
Vorgehen:
- Das Phantom bzw. den Schallkopf darauf so positionieren, daß möglichst wenige der Testobjekte(Fäden/Röhren) im Bild erscheinen.
- das Bild optimieren und einfrieren.
- davon zur Dokumentation und Langzeitkontrolle eine "Hardcopy" machen (gleichzeitig visueller Test und Ähnlichkeitsvergleich mit dem Monitorbild, vgl. Punkt 4.8).
Bewertung:
Die
gefundenen Abweichungen sind zunächst nach den im Gerätehandbuch
genannten Fehlerbeschreibungen zu bewerten. Ist dort nichts
angegeben, verwenden Sie zur Bewertung eine numerischen
Artefaktskala:
ZVEI-Empfehlungen: Zu beurteilen ist z.B.: „Ist die Bildhelligkeit an der Bildrändern gleich der Helligkeit in der Bildmitte? Ist die Helligkeitsverteilung über die gesamte Bildtiefe konstant bzw. nimmt sie zum unteren Rand hin konstant ab? Ist das Bild schattenfrei (Luftblasen)?
2.6 Totzone
Bei manchen Phantomen (nicht beim 400F) befindet sich direkt unter der Oberfläche ein Fadengruppe ähnlich denen für Axial-Auflösung. Mit diesen kann festgestellt werden, wie tief die Totzone ist, d.h. der Bereich in dem (noch) keine Echos dargestellt werden können.
Testobjekt: schallkopfnahe Totzonen-Fadengruppe.
Einstellungen
am Gerät: Entweder gemäß der vorgebenen
Prüfanweisungen im Gerätehandbuch vorgehen oder aber
folgende Einstellungen am Ultraschallschallgerät wählen:
Größtmöglicher Bildausschnitt bzw. -vergrößerung,
größte Signalverstärkung, größte
Sendeleistung.
Diese Einstellung (möglichst mit
Zahlenangaben) schriftlich dokumentieren.
Vorgehen:
- Phantom/Schallkopf so positionieren, daß die Totzonen-Gruppe optimal sichtbar wird.
- Bild optimieren und einfrieren.
- Die Tiefe des Fadens feststellen, der als erster (nächster zum Schallkopf) sichtbar ist.
- davon zur Dokumentation und Langzeitkontrolle eine "Hardcopy" machen (gleichzeitig visueller Test und Ähnlichkeitsvergleich mit dem Monitorbild, vgl. Punkt 4.8).
- Den Meßwert mit dem festgelegten Basiswert aus der vorherigen Kontrolle vergleichen oder aber (bei Erstkontrolle) diesen als Vergleichs-/Normalwert für spätere Kontrollmessungen festhalten.
Bewertung:
Den
gefundenen Meßwert mit den Werten aus den vorherigen Kontrollen
vergleichen. Festgestellte Abweichungen sind zunächst nach den
im Gerätehandbuch genannten Fehlerbeschreibungen zu bewerten,
oder aber nach dem Grenzwert, der im Hinblick auf Ihre speziellen
diagnostischen Anforderungen von Ihnen selbst als tolerabel
festgelegt wird.
ZVEI-Empfehlungen: Es wird hier statt einer Messung am Phantom eine Bestimmung über den Luftschall empfohlen: „Geräteeinstellung identisch der Messung der max. Eindringtiefe; Schallkopf in die Luft halten, im verdunkelten Raum die Raumbeleuchung ausschalten.“ Abstand vom Schallkopf bis zum Beginn des Rauschens messen, Doku-Ausdruck machen, Max. zulässiger Unterschied zwischen akt. Meß- und früherem Referenzwert: ±10mm.
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2.7 Zystendarstellung (Röhrenphantom)
Das Phantom 400F besitzt nur “Wasserzysten”, also Röhren mit echofreien Innenraum. Andere Gewebephantome besitzen auch echoreiche Hohlräume (Tumorphantome). Das prinzipielle Vorgehen muß nur gering variiert werden.
Testobjekt: Die zylindrischen Testziele (Zystenphantome) nacheinander mit zunehmender Tiefe.
Einstellungen
am Gerät: Entweder gemäß der vorgebenen
Prüfanweisungen im Gerätehandbuch vorgehen oder aber es ist
die Einstellung zu wählen, die die optimale Darstellung der
jeweiligen Zyste liefert.
Jeweils diese Einstellung (möglichst
mit Zahlenangaben) schriftlich dokumentieren.
Vorgehen:
Davon
zur Dokumentation und Langzeitkontrolle eine "Hardcopy"
machen (gleichzeitig visueller Test und Ähnlichkeitsvergleich
mit dem Monitorbild, Testobjekt).
Bewertung:
Die
Darstellung mit denen aus den vorherigen Kontrollen vergleichen.
Festgestellte Abweichungen sind zunächst nach den im
Gerätehandbuch genannten Fehlerbeschreibungen zu bewerten, oder
aber z.B. nach folgenden Kriterien:
Form: sollte
möglichst rund sein; z.B. numerische Skalierung mit:
1 =
rund
2 = leicht deformiert
3 = stark deformiert.
Rand: sollte möglichst glatt sein.
Innenecho /"Fill
In": Es sollte echofrei sein bzw. die auf dem Phantom
angegebene Helligkeitstufe/Intensität haben.. Bei entsprechender
“Zyste”, z.B. numerische Skalierung mit:
1 = echofrei,
regelrecht
2 = Binnenechos verstärkt
3 = starke
Binnenstörechos.
Hinweis: an den Krümmungsscheitelpunkten (in Schallausbreitungsrichtung) der Zystenphantome kann durch starke, direkt in den Schallkopf gerichtete Schallreflektion kommen, die sich als hellen Flecken darstellen und nicht mitbewertet werden dürfen.
2.8. Visuelle Überprüfung der Hardcopyqualität
Wie bereits erwähnt, sollte überprüft werden, ob die Hardcopies (vom Videoprinter, aber auch das eingefrorene Monitorbild) dem Echtzeit-Bild auf dem Monitor entsprechen. Eine Quantifizierungsmöglichkeit ist gegeben, wenn der Graustufenkeil mit ausgedruckt wird. Dann (vgl. Kollmann) lassen sich die unterscheidbaren Graustufen auf dem Monitor und auf dem Videoausdruck zählen und die Differenz notieren.
Ansonsten bleibt die Möglichkeit der qualitativen visuellen Überprüfung, ob das gespeicherte rsp. gedruckte Bild in ausreichendem Maße mit dem Monitor-Realtime Bild übereinstimmt.
Anregungen,
Hinweise, Diskussionsbeiträge:
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