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Prüfmittel
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A-4. Testkörper zur Kalibration der Laufzeitanzeige sowie Prüfung von TGC und toter Zone
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Eine aktuelle fachliche Übersicht zur Qualititätsicherung (QS) von Ultraschalldiagnostikgeräten verschiedener medizinischer Fachgebiete geben die Veröffentlichungen
H.G.Trier: "
Apparative Qualitätssicherung in der Ultraschalldiagnostik"
in: Deutsches Ärzteblatt Heft 28/29 (1994) pp.A1949-1957.
H.G.Trier: „Funktionseigenschaften
von Ultraschalldiagnostikgeräten.
Ein Konzept von
Prüfbausteinen zur Durchführung der Qualitätssicherung“
in: Ultraschall in Med.15 (1994) pp.223-232.
Danach sind die Testmöglichkeiten für diese Geräte aufzuteilen in:
1.) Prüfung der Bildgüte (Performance)
Diese kann durch
a) akustische Testverfahren
b) elektrische Testverfahren
erfolgen.
Hinsichtlich der Durchführung der QS unterscheiden wir zwei Stufen (s. o.g.Publikationen):
- in der ersten Stufe kommen Testkörper und Phantome u.a. zur Prüfung von Empfindlichkeit und Dynamik, Auflösung, Wiedergabe von Kontrasten und Geometrie und Prüfung von Kalibrationsfehlern zum Einsatz.
- in der zweiten Stufe werden bei Bedarf diese und weitere Gütekriterien dann mit Meßgeräten geprüft, u.a. mittels Schallfeldausmessung, mit Schallstrahlungskraftwaage, Breitbandhydrophon, Oszillograph und elektrischen Testsignalen.
2.) Bestimmung der Bioeffekt-relevanten akustischen Parameter auf der Grundlage der vorliegenden internationalen Sicherheitsnormen.
Als Ergänzung zur der o.g. Systematik der Qualitätssicherung sind für diese Kategorien nachfolgend wesentliche Hilfs- und Prüfgeräte sowie Servicestellen und Prüflaboratorien, welche über die notwendige Ausstattung und Kenntnisse verfügen, zusammengestellt.
Die bei der
Beschreibung der einzelnen Prüfmittel genannten Bezugsquellen
finden Sie in der
Adressenübericht-
Rubrik 8 - Ultraschall-Prüfmittel und Prüftechnik
(QS Stufe 1)
1.1) Der HEMA W38 - Standardreflektor
Einsatzzwecke:
- Bestimmung
der maximalen Gesamtempfindlichkeit der Kombination von
Gerätekonsole und Schallkopf.
- Überprüfung des
Dämpfungsreglers.
Beschreibung:
HEMA-Reflektoren stellen ein "working standard plane echo
interface" nach der Definition des IEC-Standards 854 dar. Der
Wasseranteil ist von der chemischen Zusammensetzung abhängig und
zwischen etwa 30-90% einstellbar. Das Material HEMA-W38 hat z.B. bei
10MHz eine Reflektivität von 15.8±0,2 dB unter der
Totalreflektion eines idealen Reflektors.
Der W38-Testreflektor besteht aus einer planen HEMA-Scheibe aus Poly-Hydroxyethyl-metacrylat. Sein Wassergehalt beträgt 38%. Für die Prüfung von Einzelschallköpfen für Kleinorganuntersuchungen (incl. Ophthalmologie) ist ein W38-Standardtestreflektor mit ca. 50mm Durchmesser und ca. 5mm Dicke geeignet. Seine Oberflächenrauhigkeit liegt in der Größenordnung von 1µm.
HEMA muß in gepufferter physiologischer Kochsalzlösung gelagert werden. Die akustischen Daten von HEMA-W38 sind mit denen weicher biologischer Gewebe vergleichbar (bei T=300K, f=5-15MHz):
Dichte = 1.15 ±
0.025 [g/cm3].
Schallgeschwindigkeit = 1704 ±
10 [m/sec].
akustische Impedanz = 2.01 ± 0.05 [ 105*
g/(cm2*sec)].
Bezugsquelle(n): auf Anfrage.
HEMA-Material ist in mehreren mit med. Ultraschall befaßten
Labors vorrätig.
Falls Sie über keinen
Testreflektor verfügen, lassen Sie sich bei dem im Adressenteil
genannte Prüflaboratorien ggfs. ein Angebot für die Prüfung
Ihres/r Geräte(s) mit dem Standardreflektor machen.
Plane
Testkörper aus weiteren Polymeren
An der
Einführung planer Testreflektoren aus anderen Materialien als
HEMA, die nicht in wäßriger Lösung gehalten werden
müssen, wird z.Z. gearbeitet.
Einsatzzwecke:
-Bestimmung der Bildfeldgrösse.
-Bestimmung des lateralen Auflösungsvermögens (Seitenauflösung) und der Fokussierung.
- Bestimmung des axialen Auflösungsvermögens (Tiefenauflösung).
- Prüfung der Geometrietreue und Verzerrungsfreiheit der B-Mode-Darstellung.
-Prüfung der Schichtdickenanzeige (Auflösung in Elevation).
2.1 Für Körperuntersuchung mit großer Bildtiefe
2.1.1 AIUM - 100mm Testobjekt
Weitere Punkt- und Linien-Testkörper verschiedener Hersteller - auf Anfrage.
Ausleihe: nach Absprache bei der TIMUG e.V.
2.2 Für Kleinorgan-Untersuchung
2.2.1 Mehrfachfadenphantom
(Für B-Mode-Geräte verschiedener Fachgebiete; für Biometrie- und Laufzeitmeßgeräte in Fachgebiet Augenheilkunde).
Beschreibung: Die Fäden sollten aus sehr dünnen V2A-Stahl-, Polymer- oder Textilfäden mit Durchmesser von 0.15mm=150µm bestehen (also in der Größernordnung oder dünner als die durchschnittliche Wellenlänge sein). Die einfachste Form besteht aus einer Anzahl solcher Fäden, die parallel über einen rostfreien Stahlrahmen gespannt werden, wobei aufsteigende Fadenabstände gewählt werden, z.B. 0.5mm, 1mm, 2mm, 3mm usw. bis zu 10mm.
2.2.2 Kreuzfadenphantom
(Für B-Mode-Geräte verschiedener Fachgebiete; für Biometrie- und Laufzeitmeßgeräte in Fachgebiet Augenheilkunde).
Beschreibung: Das Kreuzfadenphantom ist aus dem gleichen Material wie unter 2.2.1. Dabei werden 2 Fäden in einem rechteckigen Rahmen über Kreuz gespannt, sodaß die Fadenabstände ab dem Kreuzungspunkt geometrisch definiert wachsen.
Bezugsquelle(n) für 2.2.1 und 2.2.2.: TIMUG e.V.
Preise: zwischen -50,- und 200,-DM + MwSt. Lieferfrist: ca. 1-3 Monate
Ausleihe: nach Absprache bei der TIMUG e.V.
Einsatzzwecke:
- Prüfung der Geometrietreue der B-Bilddarstellung.
- Prüfung auf Geisterechos und Artefakte.
- Überprüfung von 3D-Volumenscans.
Beschreibung:
Kunststoffkörper mit sphärischen oder ovalären Wölbungen mit verschiedenen Krümmmungsradien: für Normalscanner mit ca. 4-10cm Durchmesser, für Kleinorgan- incl. ophthalmologischer Geräte ca. 15-40mm.
Im einfachsten Fall verwenden Sie zunächst einen aufgeschnitten, halbierten Tischtennisball und dokumentieren dessen Darstellung im Bild bei verschiedenen Verstärker- und Modeneinstellungen. Jedoch eignen sich Kalotten aus niedrig-reflektierenden Polymeren wesentlich besser (z.B. HEMA-W38).
Bei der Prüfung des Volumen-Scan-Mode werden die vom Gerät angezeigten Volumenangaben (gemessen aus verschiedenen Abstastrichtungen/ in verschiedenen Scanebenen) mit dem rechnerisch ermittelten wahren Volumen der Kalotten verglichen.
Bezugsquelle(n) für Polymerkalotten:
a) Gammex - RMI, Bad Münstereifel
b) TIMUG e.V.
Preise: ca. 250,-DM je Set aus 3 Kalotten verschiedener Radien. Lieferfrist: ca. 1-3 Monate.
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Einsatzzwecke: Zur Testung von / der
* Mehrfachechos zur Prüfung des Tiefenmaßstabs.
* Konstanz der Laufzeitdarstellung über die Zeitachse.
* Visualisierung der TGC des Gerätes.
* Feststellung der toten Zone (Nullpunktfehler).
Beschreibung: Die Laufzeitblöcke sollten eine zur Darstellungstiefe des jeweiligen Ultraschallgerätes passende Umlaufzeit für den Schall haben. Dazu können entweder Stahlblöcke mit hoher Schallgeschwindigkeit, die dann etwas länger und größer sein können, oder relativ kurze Kunstoffkörper dienen.
Eine sinnvolle Erweiterung dieses einfachen Prüfmittels stellen treppenförmige Eichstücke dar, die vor allem bei der B-Bildprüfung eingesetzt werden können.
Mit handwerklichem Geschick selbst herstellbar.
Bezugsquelle(n): TIMUG e.V. Preisklasse ca. 150,-DM je Set. Lieferfrist: ca. 1-3 Monate
Ausleihe: z.Z. keine bekannt.
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Hier
führen wir nur eine kleine exemplarische Auswahl der angebotenen
Phantome auf,
ausführliche Unterlagen können Sie u.a.
bei den genannten Adressen anfordern.
Einsatzzwecke dieser Phantome sind u.a.: Qualitative Bestimmung und Prüfung der
- axialen und lat. Auflösung
- Fokussierung
- Distanzkalibrierung
- toten Zone.
- der Verstärker-Dynamik
- des Darstellungskontrastes
TCC- Tissue-Charactarization Phantom
Beschreibung: regelmäßige Verteilung nach Durchmesser geordneter Hohlräume in einer Kunstoffmasse aus Kunstgummi geringer Dämpfung (wahlweise 0.4 und 0.7 dB/cm/MHz). Die Größen der Hohlräume sinken von 5mm in mm-Schritten ab. Die kleinsten haben 1.0mm Durchmesser - das Phantom müßte daher zur Prüfung von B-Bild-Scannern bis ca. 15 MHz geeignet sein. Einschallungsfenster aus Polyurethan. Schallgeschwindigkeit: wie Wasser.
Garantiezeiten: auf das Gummi-Material 10 Jahre, auf das Einschallungsfenster 2 Jahre.
Bezugsquelle(n)/Prospekte: Dr.Ing. J. Satrapa, A-4850 Timelkam.
Mehrzweck-Phantom RMI 403 GS
Beschreibung: Faden- und gewebeäquivalente Tumor- und Zystenstrukturen, Graustufen-Testgruppe, in einem Gel auf Wasserbasis (optimiert auf Lebergewebeeingenschaften) mit einer Dämpfung von 0.5dB/cm/MHz. Schallgeschwindigkeit: 1540m/s. Mit abnehmbaren Wasserbad und klappbarem Schutzdeckel.
Phantomblockabmessungen: 23,17x8,5x17cm3.
Garantiezeit: 3 Jahre.
Bezugsquelle(n)/Prospekte: Gammex - RMI
Phantom RMI 415
Beschreibung: Zysten- und Tumorenphantom; gefüllt mit einem Gel der Dämpfung 0.7dB/cm/MHz. Die Einschallung geschieht über eine der Haut nachempfundene weiche Oberfläche.
Bezugsquelle(n)/Prospekte: Gammex - RMI, Bad Münstereifel
Phantom RMI 414B
Einsatzzweck: Dient zur Testung der Nahfeldeigenschaften des Schallkopfs.
Beschreibung: Es ähnelt dem dem Phantom 415, hat aber entsprechend kleinere Abmessungen.
Bezugsquelle(n)/Prospekte: Gammex - RMI, Bad Münstereifel
Phantom RMI 421
Einsatzzweck: Dient der Darstellung der Schnittdickenmessung in Abhängigkeit von der Bildtiefe.
Beschreibung: Hier ist eine diffus schallstreuende Ebene in 45 Grad zur Schallstrahlachse geneigt in das Gel eingelassen (eine ausführliche Einsatzbeschreibung gibt: Dipl.Arb. Ch.Schulz, Augsburg 1993).
Bezugsquelle(n)/Prospekte: Gammex - RMI, Bad Münstereifel
Mehrzweck-Phantom ATS Typ 539
Beschreibung: Faden- und gewebeäquivalente Tumor- und Zystenstrukturen in Urethan-Gummi mit einer Dämpfung von 0.5dB/cm/MHz. Schallgeschwindigkeit: 1450 m/s. Zur Qualitätssicherung in der konventionellen Ultraschalldiagnostik für Frequenzen bis 7,5MHz.
Phantomblockabmessungen: 234x205x95mm3.
Garantiezeit: 3 Jahre.
Bezugsquelle(n)/Prospekte: PTW Freiburg
Mehrzweck-Phantom ATS Typ 550
Beschreibung: ähnlich wie Modell ATS Typ 539, aber für Frequenzen bis 7,5 MHz. Faden- und gewebeäquivalente Tumor- und Zystenstrukturen in Urethan-Gummi mit einer Dämpfung von 0.5dB/cm/MHz. Schallgeschwindigkeit 1450m/s. Zur Qualitätssicherung in der konventionellen Ultraschalldiagnostin der Mamma und Schilddrüsensonographie.
Garantiezeit: 10 Jahre.
Bezugsquelle(n)/Prospekte: PTW Freiburg
ATS 504 - Phantom
Beschreibung: Phantomblock mit zylindrischen 81 Strukturen unterschiedlicher Größe und Tiefe zur Testung der Toten Zone, der Tiefenauflösung und der Eindringtiefe. Material: Hydrogel mit einer Dämpfung von 0.5dB/cm/MHz. Schallgeschwindigkeit 1540m/s.
Garantiezeit: 2 Jahre.
Bezugsquelle(n)/Prospekte: PTW Freiburg
Material: Urethan-Gummi mit einer Dämpfung von 0.5dB/cm/MHz, Schallgeschwindigkeit 1450m/s.
Garantiezeit: 10 Jahre.
Bezugsquelle(n)/Prospekte: PTW Freiburg
ATS 512A & 512 B - Phantom
Beschreibung: Phantomblock mit zylindrischen Strukturen zunehmender Dicke und abgestufter Dämpfung gegenüber dem Einlagematerial. Es dient der Testung des Kontrastauflösungsvermögens.
Einlagematerial: Hydrogel mit einer Dämpfung von 0.5dB/cm/MHz. Schallgeschwindigkeit 1540m/s.
Bezugsquelle(n)/Prospekte: PTW Freiburg
TM-Phantom (nach TILL)
Beschreibung: Silikonkautschuk mit eingebetteten streuenden Partikeln.
Bezugsquelle(n)/Prospekte: Kretz-Technik Deutschland GmbH
(QS Stufe 2)
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* Frequenzgang des Gerätes
* Darstellungsdynamik (nach KV-Richtlinie)
* Kalibrierung der Dämpfungsregelung (nach KV-Richtlinie)
* Form und Anpassung der geräteinternen zeitabhängigen Verstärkung (TGC).
* Richtigkeit von Tiefen- und Flächenmaßstabs- bzw. Streckenumrechungen
* Linearität der Distanzdarstellungen
* Digitalartefakten und Latenzzeiten
* Totzeiten / “Tote Zone”
* Triggerverhalten (d.h. der Amplitudenabhängigkeit der Laufzeitanzeigen)
* Richtigkeit von Tiefenmaßstabs- und Streckenumrechungen
* Linearität der Distanzdarstellungen
* Auflösung (KV-Richtlinie)
Bezugsquelle(n)/Prospekte: PTW Freiburg
Material: Das Flußmaterial hat eine Schallgeschwindigkeit von 1550m/s, das restliche Füllmaterial von 1540m/s.
Garantiezeit / Bezugsquelle(n)/Prospekte: Gammex - RMI
Garantiezeit: /
Bezugsquelle(n)/Prospekte: Dansk Fantom Service / Ultraschall-Labor IBMT Uni Wien
Meßplätze für Schallfelder zur Feststellung der akustischer Leistungsdaten und Schallfeldparameter
1.) Integrierende Verfahren wie zum Beispiel Schallstrahlungskraftwaagen mit geringer örtlicher Auflösung, bei denen auch keine spektrale Analyse des Schallsignals stattfindet, sondern die Gesamtleistung Pges im Schallfeld gemessen werden kann.
2.)
Hochfrequenz-Signalmeßplätze mit hoher örtlicher
Auflösung, mit denen
* die Schallsignalformen
("Transienten"),
* die spektrale Zusammensetzung,
*
die Schallfeldbündelbreiten
* die Ausgangsintensitäten
Iob
* die Lage der Fokuszonen
* Qualifizierung des Personals durch langjährige Erfahrung in der medizinischen Ultraschalltechnik.
* Minimale Frequenzbandbreite der Meßelektronik: als unterste Grenze ist hier das Dreifache der Schallkopfmittenfrequenz anzusetzen.
* Positioniergenauigkeit der Meßsonden (in der Regel von Hydrophonen).
* Effektive Fläche der Meßsonden.
* Automatisierungsgrad der Meßwerterfassung und -auswertung als Kriterium für den erforderlichen Zeitaufwand und die Fehlerträchtigkeit der Messungen.
NPL London
Gammex-RMI
Die Klärung der
Deklarationsfreiheit nach IEC 1157 Ihres
Ultraschalldiagnostikgerätes und damit der Konformität
mit der KV Richtlinie erfordert eine Schallfeldmessung,
die möglichst in Kombination von Schallkraftwaage-Messung
und einem Hydrophonmeßplatz erfolgen sollte.
Die akustisch
abgegebene Gesamtleistung kann mit einer sehr feinen Schallkraftwaage
bestimmt werden. Die Hydrophonmessung ist ein örtlich und
zeitlich hochauflösendes Verfahren, bei dem die
Schalldrucktransienten hochaufgelöst gemessen und gespeichert
werden. Aus diesen Daten kann dann die rechnerische Ermittlung aller
geforderten Schallfeldparameter exakt nach den Vorgaben der
IEC Normen erfolgen.
Zur KV-Deklaration werden mindestens drei Schallfeldparameter benötigt. Über diese Werte hinaus erhalten Sie nicht nur Aufschluß über die Richtlinienkonformität Ihres Gerätes, sondern auch weitere wertvolle Informationen, die sich bei der Weiterentwicklung und
Die Kenntnis der Einzelpulsdauer erleichtert z.B. die Bewertung des möglichen Tiefenauflösungsvermögens und dient zur Prüfung auf ausreichende/passende Bedämpfung des Schallkopfes. Die Kenntnis des Frequenzspektrums gibt die Möglichkeit, auf seiten der Elektronik die optimale Anpassung und damit die Voraussetzung für optimale Bildgüte bei minimalen Schalleistungswerten zu finden.
Die Darstellung der gesamten Schallfeldstruktur im Höhenlinienplot ermöglicht den Ausschluß/Nachweis und die Bewertung von Intensitätssenken im Schallfeld, wie z.B. von "Nahfeldhöhlen" durch zentrale Bohrungen (besonders wichtig bei Biometrieschallköpfen zur Verhinderung von Meßfehlern im Vorderabschnitt).
PC-gestütztes QS- System für Ultraschall-Geräte:
Jeder, der sich mit der Qualitätssicherung für Ultraschalldiagnostikgeräte befaßt, hat sich sicher schon oft eine Erleichterung durch PC-Verarbeitung gewünscht, vor allem bei der quantitativen Auswertung der Prüfbilder.
Mit seinem System ULTRA IQ stellt RamSOFT Inc. aus Toronto in Canada jetzt eine marktfähige PC-gestützte Prüfsoftware vor. Sie kann den Zeitaufwand für die quantitative Performance- und Langzeitkonstanzprüfung von Ultraschallgeräten auf ein realistisches Zeitmaß reduzieren und gleichzeitig die standardisierte Abarbeitung der Prüfschritte auch durch weniger geübte Tester sicherstellen.
Mit ULTRA IQ können beliebige handelsübliche Gewebephantome als Testkörper eingesetzt werden. Der Benutzer wird vom Programm sicher durch die notwendigen Testschritte geführt, wobei die Testbilder über einen FrameGrabber digitalisiert und dann abgespeichert werden.
Die rechnerische Auswertung liefert ein umfassendes Prüfprotokoll, nicht nur mit Angaben zur Seiten- und Tiefenauflösung, sondern z.B. auch zur Distanz- und Flächengenauigkeit, der Eindringtiefe, der Qualität der Zystendarstellung und der Bildhomogenität. Zusätzlich können die Meßwerte als Kurven ausgegeben werden. Abweichungen zu früheren Prüfergebnissen am betreffenden Ultraschallgerät werden von ULTRA IQ geprüft und gemeldet. ULTRA IQ kann auch mobil mit einem Laptop eingesetzt werden. Damit ist es nicht nur für den verantwortungsbewußten Ultraschallanwender in Klinik und Praxis, sondern auch für den Einsatz im technischen Kundendienst und von Außendienstmitarbeitern geeignet. Adresse von RAM-SOFT - siehe: Link auf “Adreßenübersicht - Rubrik 8”
J.D.
Satrapa setzte bei der Phantomentwicklung konsequent den Ansatz um,
die Bestimmung des räumlichen Auflösungsvermögens
nicht mehr über Fäden wie in den meisten handelsüblichen
Phantomen, sondern über eine regelmäßige Verteilung
nach Durchmesser geordneter Hohlräume in einer Kunstoffmasse
geringer Dämpfung (wahlweise 0.4 und 0.7 dB/cm/Mhz) vorzunehmen
(siehe Bild unten links). Er folgte damit gedanklich entsprechenden
Empfehlungen der AIUM für echolose Zysten. Die Größen
der Hohlräume sinken von 5mm in mm-Schritten ab. Die kleinsten
haben 1.0 mm Durchmesser - das Phantom müßte daher zur
Prüfung von B-Bild-Scannern bis ca. 15 MHz geeignet sein.
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