Analýza vlivu poruch sondy sonografu na kvalitu diagnostické informace

Mgr. Jaromír VACHUTKA

Doctoral thesis

The Analysis of the Effect of the Ultrasound Probe Failures on the Quality of Diagnostic Information

Abstract:

Cílem této disertační práce je určit vliv přesně definované poruchy sondy sonografu na přesnost spektrálních dopplerovských měření rychlosti toku krve. Poruchy sondy byly simulovány prostřednictvím diagnostického ultrazvukového systému Sonix RP. Pomocí sondy nepoškozené a sondy s různým stupněm simulovaného poškození byly měřeny parametry ustáleného laminárního proudění s parabolickým profilem toku. Tok byl generován dopplerovským průtokovým fantomem. Z naměřených dopplerovských spekter byl určen celkový dopplerovský výkon, maximální detekovaná rychlost a průměrná rychlost toku. Změny těchto parametrů větší než 10 % oproti hodnotám naměřeným s nepoškozenou sondou byly považovány za významné. U sond se simulovaným poškozením byly také určeny parametry generovaných ultrazvukových paprsků. Výsledky našich měření jednoznačně prokázaly, že zkoumaný typ poruchy sondy sonografu negativně ovlivňuje přesnost spektrálních dopplerovských měření. Analýzou získaných dopplerovských spekter lze dojít k závěru, že se vzrůstající závažností poruchy sondy dochází k poklesu celkového detekovaného dopplerovského výkonu a naměřené hodnoty maximální rychlosti toku i průměrné rychlosti toku. Simulovanou poruchou sondy byl ze zkoumaných parametrů nejvíce ovlivněn celkový detekovaný dopplerovský výkon, naopak nejmenší ovlivnění bylo zjištěno v případě průměrné rychlosti toku. Míra ovlivnění výsledků měření byla závislá na typu použité vyšetřovací sondy. Nejvýraznější pokles všech zkoumaných parametrů byl zaznamenán v případě konvexní sondy, naopak nejméně výrazný pokles byl zaznamenán v případě lineární sondy. Výsledky našich měření dále prokázaly, že v případě průtočného kanálu o průměru 8 mm, který je srovnatelný s velkými tepnami lidského organismu, dochází bez ohledu na simulované poškození sondy k poměrně výraznému nadhodnocení maximální i průměrné rychlosti toku. Analýza generovaných ultrazvukových paprsků prokázala, že v důsledku zkoumané poruchy sondy dochází k poklesu amplitudy hlavního laloku a amplitudy postranních laloků v elevačním směru. Naopak v azimutálním směru dochází k postupnému růstu amplitudy postranních laloků. Zjištěné změny v parametrech ultrazvukových paprsků umožnily blíže objasnit změny zaznamenané v případě měření dopplerovských spekter. Na základě výsledků všech provedených měření je možné stanovit, že maximální přípustná porucha sondy odpovídá v případě dopplerovských spektrálních měření třem sousedícím nefunkčním měničům. Sondy obsahující čtyři a více nefunkčních měničů by již neměly být nadále využívány v klinické praxi pro dopplerovská měření rychlosti toku krve.

Abstract:

The objective of this dissertation is to investigate the effect of exactly defined probe defects on the accuracy of spectral Doppler measurements. The probe defects were simulated by a specially designed ultrasound imaging system, Sonix RP. Using fully functional and defective probes we measured the parameters of a laminar parabolic flow profile. The flow was generated by a Doppler flow test object. The acquired velocity spectra were analyzed to determine the overall Doppler power, maximum flow velocity, and average flow velocity. The changes of these parameters higher than 10 % from the fully functional probe results were considered significant. We also determined the parameters of the ultrasound beams generated by the defective probes. The results of our measurements revealed that the investigated type of the probe defect negatively affects the accuracy of spectral Doppler measurements. Based on the analysis of the velocity spectra we can conclude that the overall Doppler power as well as the measured values of maximum flow velocity and average flow velocity decrease with the increasing severity of the probe defect. The overall Doppler power is the most affected parameter, conversely the average velocity is the least affected parameter. The extent of the effect of the simulated probe defect on the results of spectral Doppler measurements is dependent on the type of the probe. The most significant decrease of all investigated parameters was found in the case convex array probe, the least significant decrease was found in the case of linear array probe. The results of our measurements further revealed that the measured values of maximum flow velocity and average flow velocity in the 8 mm tube are significantly overestimated regardless on the simulated probe defect. The parameters of this tube are comparable to the large arteries of human body. The analysis of the ultrasound beams generated by the probes revealed that the investigated type of the probe defect causes the decrease of the amplitude of the main lobe. The amplitude of the side lobes in the elevation direction also decreases, but the amplitude of the side lobes in the azimuth direction gradually increases with the increasing severity of the probe defect. The detected changes of the ultrasound beam parameters enabled to explain the changes observed in the case of the measurement of velocity spectra. Based on the results of all measurements we can conclude that the maximum acceptable probe defect corresponds to three consecutive dead elements in the case of spectral Doppler measurements. If the number of dead elements is higher than three the probe should not be used for Doppler measurements in a clinical practice.

Keywords

spektrální dopplerovská měření, dopplerovský průtokový fantom, porucha sondy, nefunkční měniče, parametry ultrazvukového paprsku, hodnocení kvality

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 1. 10. 2013

Accessible from:: 1. 10. 2013

Thesis defence

• Date of defence: 14. 11. 2013

PALACKÝ UNIVERSITY IN OLOMOUC

Faculty of Medicine and Dentistry

Doctoral programme / field:
Medical Biophysics / Medical Biophysics