Technische Qualitätssicherung (TQS)

Moderne Ultraschall-Diagnostiksysteme arbeiten in der Regel zuverlässig und liefern Bilder in hoher Qualität. Es können sich jedoch wie bei allen technischen Systemen im Laufe der Zeit Fehler einstellen, die die Qualität der Diagnostik beeinträchtigen können [1-4.] Die Verfahren zur TQS sind in einer aktuellen Publikation der betreffenden EFSUMB-Arbeitsgruppe zusammen gefasst [5].
Besonders gefährdet durch Verschleiß sind die Schallsonden und bei diesen wiederum ist der Ausfall von einzelnen Elementen des Wandlerarrays eine dominante Fehlerquelle. Zur Sicherung der Qualität der Diagnostik ist es wichtig zu wissen, wie viele Elementausfälle pro Array tolerierbar sind, um trotzdem noch ausreichend gute Bilder zu erzeugen.
In verschiedenen Forschungsprojekten, die durch die DEGUM gefördert wurden, sind durch Mitglieder der Sektion Naturwissenschaft & Technik Verfahren zur TQS untersucht worden. Sie sind alle auf den Dreiländertreffen der letzten Jahre vorgestellt worden, eine schriftliche Veröffentlichung erfolgte bereits oder wird in Kürze erfolgen.

Phantomuntersuchungen [6,7]

Lokale Fehler, die z. B. durch den Ausfall von einzelnen piezoelektrischer Elemente oder Elementgruppen im Wandlerarray entstehen, können mit Hilfe von Phantomuntersuchungen detektiert werden, wobei sich als Testkriterium der Grauwert als besonders geeignet herausgestellt hat (Abb. 1). Dies funktioniert allerdings nur befriedigend, wenn der durch den Fehler beeinträchtigte Teil des Schallfeldes sich tatsächlich auch mit dem betreffenden Target des Phantoms deckt. Die generelle Einsetzbarkeit von Phantomen zur Verwendung im Sinne von Konstanztests über einen längeren Zeitraum wird außerdem durch subjektive Einflüsse bei der Ableitung der Phantombilder sowie ein Mangel an Langszeitkonstanz der Ableitungsbedingungen beeinträchtigt. Phantomuntersuchungen herkömmlicher Art sind demzufolge nur bedingt zur TQS geeignet.

Schallabstrahlung in Luft [8,9]

Die direkte Überprüfung des Arrays ist i. Allg. mit einem höheren technischen Aufwand verbunden. Es gibt jedoch die Möglichkeit über einen einfachen Schnelltest den Ausfall von einzelnen Elementen zu überprüfen. Dazu wird der Ultraschall ohne jegliches angekoppelte Medium in Luft abgestrahlt. Fehler im Array sind im B-Bild als Unregelmäßigkeiten im Sendeecho zu erkennen. Sind diese von etwas größerer Ausdehnung, so sind sie bereits mit bloßem Auge zu erkennen (Abb. 2). Bei weniger auffälligen Fehlern kann das B-Bild mit einem speziellen Auswertealgorithmus offline untersucht werden. Weitere Informationen hier.

Empirische Studien

Trotz der mehr oder weniger sicher festgestellten Wandlerfehler bleibt letztlich ungewiss, inwieweit diese für die diagnostische Bewertung von B-Bildern relevant sind. In zwei empirischen Studien sind wir dieser Frage nachgegangen.

Dazu wurden an den Schallsonden Fehler (Elementausfälle) simuliert und mit diesen Sonden B-Bilder (Videos) an gesunden Probanden aufgenommen. Die Bilder wurden dann in einem Blindverfahren bewertet, entweder am Gerät [10] oder in einem zweiten Schritt anhand von Videos [11]. Die Ergebnisse beider Methoden waren ähnlich. Der Ausfall von etwa zwei Elementen war statistisch signifikant im Bild zu erkennen. Offen und nicht Gegenstand der Untersuchungen ist allerdings, ab welcher Größe die Fehler dann auch zu falschen Diagnosen führen könnten.

Literatur

[1] Goodsitt. M.; Witt, S. Hykes, L., Kofler, M.  Real-time B-mode ultrasound quality control test procedures. Med. Phys. 25 (1998), 1385-1406

[2] Zeqiri, B.,  Hodnett, M.  Measurements, phantoms and standardization. J. Eng. In Med., Proc. IMechE, 224 Part II,(2010) 375-91

[3]Thijssen, J., Weurers, G.,  De Korte, C.L. Objective performance testing and quality assurance of medical ultrasound equipment, Ultrasound in Med. & Biol., 33 (3) 460-71 2007

[4] Madsen, E.L., Garra, B.S., Parks, B.A., Skelly, A.C., Zagzebski, J.A.  AIUM Quality Assurance manual for gray-scale ultrasound scanners, AIUM Laurel (MD), 1995

[5] Kollmann C, deKorte C, Dudley N.J., Gritzmann N., Martin K., Evans, D.H. Guideline for Technical Quality Assurance of Ultrasound devices  (B-Mode). – US-TQA/B – EFSUMB Technical Quality Assurance Group Version 1.0. Ultraschall in Med 2012; 33: 544-49

[6] Wolter, S., Kopp, A., Liebscher, E., Rosenfeld, E. Consistency check of diagnostic ultrasound transducer arrays using tissue equivalent Phantoms. AIP Conf. Proc.2012; 1433: 644-47

[7] Rosenfeld, E., Wolter, S., Kopp, A., Liebscher, E.. Investigation of the Suitability of Tissue Phantoms for Testing the Constancy of Ultrasonic Transducer Arrays. Ultraschall in Med 2012; 33: 289-94

[8] Rosenfeld, E., Kopp, A., Liebscher, E, Jenderka, K.-V. Quick test of ultrasonic transducer arrays using B-images radiating in air (in Vorbereitung)

[9] Schuster, S. K. Image acquisition and evaluation program for the technical quality assessment using ImageJ (Ger) (PDF)

[10] Rosenfeld, E. Jenderka, K.-V., Kopp, A., Keim, V. Wie gut können Sie mit defekten Sonden schallen? Ministudie im Rahmen der technischen Qualitätssicherung von B-Bild-Systemen auf dem Dreiländertreffen in Davos 2012. Ultraschall in Med (im Druck)

[11] Rosenfeld, E., Wolter, S., Liebscher, E., Keim, V. Empirische Untersuchung zur Qualitätskontrolle an Ultraschall-Wandlerarrays (im Druck)