Kan man lita p ultraljudet Mattias Mrtensson mattias

Kan man lita på ultraljudet? Mattias Mårtensson mattias. martensson@sth. kth. se 1

Vad kan orsaka felaktig eller saknad information? • Utrustningsfel • Artefakter • (Handhavandefel och kunskapsbrister vid användning av utrustning. Ej med här. ) 2

Utrustningsfel • • Exempel på utrustningsfel från Klinfys, KS Huddinge. Missad ductus arteriosus persistens (Öppen förbindelse mellan aorta och lungartären) Bakgrunden till en större studie 3

Utrustningsfel • Studie av ultraljudstransducers i svensk sjukvård. 4

Utrustningsfel • • Av 676 testade transducrar var 39. 8% defekta! Stor felfrekvens hos alla tillverkare. Oförsiktig användning? Tillverkare A Antal 52 Svaga element (%) Döda element (%) Totalt (%) 3. 8 0 24. 9 12 25. 0 33. 3 0 0 0 58. 3 31 41. 9 3. 2 6. 5 12. 9 67. 7 1. 9 0 0 0 47. 2 11. 1 6. 9 3. 4 0 0 41. 3 11. 1 0 0 0 22. 2 25. 5 8. 8 3. 9 0. 4 0 38. 6 F 9 G 490 D Kortslutning (%) 9. 6 E C Kabelbrott (%) 7. 7 B Delaminering (%) 45. 3 53 29 31. 0 5

Utrustningsfel • Transducerdelar med störst benägenhet att gå sönder. Antal Procent (%) Konfidensinterval (95%) Transducerfel Delaminering 179 26. 5 23. 5 – 29. 8 (ultraljudslinsen) Kabelbrott 57 8. 4 6. 3 – 10. 5 Kortslutning 23 3. 4 2. 0 – 4. 8 Svaga element 6 0. 9 0. 2 – 1. 6 Döda element 4 0. 6 0 – 1. 2 Totalt 269 39. 8 32. 0 – 47. 9 6

Utrustningsfel Det går ej att veta om en transducer är defekt genom att använda den!!! • Fungerande transducer. • Defekt transducer från KS. • Användes i dagliga rutinen. 7

Utrustningsfel • Hur många element får vara trasiga? Philips patent 5, 517, 994: ”…the failure of a single element in the probe can lead to a degradation in diagnostic performance…” GE patent 6, 120, 449: ”… the effect of dead elements on the image can be significant, particulary in the near field of the image where a fewer number of elements are used to form the beam…” 8

Utrustningsfel • Hur många element får vara trasiga? Fullt fungerande. 6 döda element (6 av 128, 4. 7%). • Toppvärdet ca 20 -25% för lågt när 6 element saknas. 9

Utrustningsfel • Transducerfel är vanliga. • Transducerfel påverkar både 2 D-bilden och Dopplermätningar. • Transducerfel är i det närmaste omöjliga att inse genom användning. 10

Utrustningsfel • • Läkemedelsverkets författningssamling, LVFS 2003: 11, reglerar tillverkningen. Socialstyrelsens författningssamling, SOSFS 2008: 1, reglerar användningen (Bör alla som arbetar medicintekniska produkter ha läst). 11

Artefakter • Artefakt (latin. ars = konst, facere = göra, tillverka) betyder egentligen konstgjort föremål. • En artefakt betyder inom medicinskt ultraljud felaktig återgivning av vävnad eller hastighet (Doppler). • Vävnadsartefakter uppträder som strukturer som antingen är: 1. Falska. 2. Borta. 3. Felaktigt placerade. 4. Eller som återges med fel nyans, form eller storlek. • Artefakter uppstår genom: 1. Defekt utrustning eller felaktiga inställningar. 2. Eller är ett naturligt resultat av fysiken eller begränsning i tekniken och uppstår trots att utrustningen fungerar och är korrekt inställd. 12

Artefakter • Antaganden som är nödvändiga att göra vid konstruktion av medicinska ultraljudsmaskiner: 1. Ljudvågor böjs inte av utan färdas i raka linjer. 2. Ekon kommer från ekokällor ut med ljudvågens utbredningslinje. 3. Amplituden på ekon är direkt relaterad till ekokällans akustiska impedans. 4. Avståndet till en ekokälla beräknas med hastigheten 1540 m/s. • Om någon av dessa antaganden inte uppfylls uppstår en artefakt. 13

Artefakter Lateral resolution artifacts 14

Artefakter Axial resolution artifacts 2008 -03 -04 15

Artefakter Section thickness artifacts • Tjockleken av hela den undersökta sektionen trycks ihop till en tunn skiva när den återges i 2 D. • Ekofri cysta, men som i den här projektionen förefaller ha ekokällor. 16

Artefakter Reverberations (multipelekoartefakt) • Multipla reflektioner kan uppstå mellan transducern och en stark ekokälla. • Reflektionerna placeras nedanför den riktiga reflektorn på avstånd likvärdigt med avtåndet mellan transducern och ekokällan. • Varje falskt eko är svagare än det föregående. 17

Artefakter Reverberation (multipelekoartefakt) 18

Artefakter Range ambiguity Falskt eko Sant eko (avståndsartefakt, multipelekoartefakt) • Om en ekopuls mottas kort efter att en ny puls sänts kommer ett falskt eko att placeras närmare transducern än det äkta. • Uppstår om PRF är för hög i förhållande till sökdjupet. Justeras normalt automatiskt. • Det kan däremot ske lättare som här i kombination med multipeleko som studsat mellan ekokällan och transducern. 19

Artefakter Comet tail (multipelekoartefakt) • Multipla ekon kan även uppstå genom två tätt liggande vävnader. Ljudpulsen kan då studsa mellan dessa och ge upphov till en så kallad kometsvansartefakt. 20

Artefakter Ring-down artifact (multipelekoartefakt) • Ring-down-artefakten är ett resonansfenomen som kan uppstå om det finns gasbubblor i vävnaden. • I bubblorna uppstår resonansvibrationer. • Bubblorna kommer för en kort stund att agera som ultraljudskällor och skapa en kontinuerlig ström av ultraljudspulser. 21

Artefakter Mirror image (speglingsartefakt) • Speglingsartefakter kan uppstå om det finns en struktur som reflekterar ljudpulsen bort från dess ursprungliga linje. • Ekokällan placeras på fel plats. • Ett av antagandena var ju att ljudet alltid färdas i raka linjer. 22

Artefakter Mirror image (speglingsartefakt) • Ett hemangiom (kärltumör, raka pilen) och ett blodkärl (böjda pilen) samt dessas speglingsartefakter (oifyllda pilarna). 23

Artefakter Refraction (refraktionsartefakt) • Refraktion leder till att ekokällor felplaceras. • Om en ljudpuls passerar ett gränsskikt mellan två vävnader med olika ljudhastigheter kommer ljudpulsen att böjas av något. • Vilket inte stämmer överens med antagandet om att ljudet färdas i raka linjer. 24

Artefakter Speed error (hastighetsartefakt) • Hastighetsartefakter uppstår när antagandet om att ljudhastigheten är 1540 m/s inte uppfylls. • Om ljudhastgheten i en vävnad är större än 1540 m/s kommer ekokällor att placeras för nära transducern och om den är mindre för långt bort. 25

Artefakter Side lobes (sidlobsartefakt) • Sidlober är ultraljud som avviker från huvudfältet. De uppkommer från enskilda element. • Sidloberna är alltid mycket svagare än huvudfältet och ger normalt inte upphov till ekon i bilden. • Mycket starka reflektorer kan återges, de återges då på rätt avstånd men kommer felaktigt att placeras utmed huvudfältets axel. 26

Artefakter Side lobes (sidlobsartefakt) • Bild som visar ultraljudsfält med och utan sidlober. • Transducerdesignen påverkar uppkomsten av sidlober. 27

Artefakter Shadowing and Enhancement (skuggnings- och förstärkningsartefakt) • Skuggningsartefakter är försvagningen av ekokällor distalt om en starkt dämpande eller reflekterande vävnad. • Förstärkningsartefakter är förstärkningen av ekokällor distalt om svagt dämpande vävnader. • Skuggning (rak pil) pga. tätheten i lårbenet (foster) och förstärkning (böjd pil) pga. den låga dämpningen i fostervattnet (A). 28

Artefakter Aliasing (vikningsartefakt) • • • Nyquistgränsen = 0. 5 * Pulsrepetitionsfrekvensen Om en ljudvåg studsar mot en ekokälla som rör sig, kommer ekot att få en annan frekvens än ljudvågen. Skillnaden kallas Dopplerskift och kan utnyttjas för att beräkna ekokällans hastighet. Dopplerskiftet analyserar genom att ekosignalen undersöks (samplas) med viss frekvens. Nyquistgränsen anger den högsta frekvens som kan detekteras utan vikning med viss PRF. Om Dopplerskiftet överstiger halva samplingsfrekvensen kommer fel Dopplerskift att uppmätas och därmed även fel hastighet. 29

Artefakter Aliasing (vikningsartefakt) • Dopplerskiftet beräknas enligt formeln 2*f*(v*cosΘ)/c, där frekvensen hos den utsända pulsen, v ekokällans hastighet, Θ vinkel mellan transducern och ekokällans riktning, c ljudhastigheten i vävnaden. • Innebörden blir att låg transducerfrekvens ger minskad risk för vikning. Risken för vikning ökar även med ökat sökdjup då pulsrepetitionsfrekvensen minskar med ökat djup. 30

Kan man lita på ultraljudet? • Ja, om man vet att utrustningen är funktionstestad och man är medveten om teknikens begränsningar. • Nej, om man inte vet ifall utrustningen är funktionstestad eller inte är medveten om dess begränsningar. 31