Gewebsphantom zur Qualitätskontrolle an Ultraschallanlagen
der negativen Ausgangsspannung des Dividierers ca. 20 mmHg und 30 mmHg (l mmHg = 1,333 mbar). Man erkennt die Abnahme der Kontraktilität in der Ausatmungsphase (kleinerer syst. Druck). Die am Anzeigeinstrument (Mittelwert) oder am Schreiberausgang erhaltene Kontraktilität ist über einen negativen Umrechnungsfaktor, der die Verzögerungszeit und die vom Arbeitsbereich abhängige Verstärkung vp beinhaltet, aus dem Divisionsergebnis bestimmt. Das Ergebnis ist mit einem Fehler von 2,8 % (Ausgangsbuchse) bzw. 4,3 °/o (Anzeige) bezüglich des Vollausschlages behaftet, was medizinischen Ansprüchen Genüge leisten dürfte. Bild 10 zeigt die Frontansicht des Meßgeräts. Literatur [1] Goodman, A. H., J. A. Angus, L. B. Cobbin and R. Einstein: A Devise for Measuring Myocardial Contractility. Digest of the 9th International Conference on Medical and Biological Engineering, Melbourne, 1971 [2] Heinkelmann, W., H. G. Pfeiffer, P. Rank, M. Birk und G. Blümel: Experimentelle Untersuchungen über die Kontraktilität des rechten Ventrikels. Bericht v. d. 1. Jahrestag, d. österr. Ges. l Biomed. Technik, Graz, 19.—22. Mai 1976, 49—53 [3] Nejad, N. S., M. D. Klein, J. Mirsky and B. Lown: Assessment of myocardial contractility from ventricular pressure recordings. Cardiovascular Research 5 (1973), 15—23
[41 Noble, M.: Problems in the definition of contractility in terms of myocardiai mechanics. European Journal of Cardiology 1/2 (1973), 209—216 [5] Noble, M., and G. C. van den Bös: Problems in the use of indices of myocardial contractility. Cardiovascular Research 7 (1973), 834—848 [6] Rank, P.: Untersuchungen in vivo und am isolierten Herzmuskel zum Aufbau eines Kontraktilitätsrechners. Diplomarbeit am Institut für Grundlagen der Elektrotechnik, Technische Universität München (1975) [7] Strauer, B. F.: Kriterien zur Beurteilung der Myocardcontractilität am normalen Herzmuskel Teil I, Teil II. Klinische Wochenschrift 51 (1973), 295—321 [8] Tarnow, J., und P. Schmicke: Derzeitige Möglichkeiten der Messung der myokardialen Kontraktilität in der Anästhesiologie und Intensivpflege. Zur prakt. Anästhesie 7 (1972), 322—330 [9] Tietze, U., und Ch. Schenk: Halbleiter-Schaltungstechnik. 1974, Springer Verlag, Berlin/New York 366 Anschriften der Verfasser: Prof. Dr.-Ing. J. Eichmeier Dipl.-Ing. P. Rank Institut für Grundlagen der Elektrotechnik Technische Universität München Arcisstraße 21 D-8000 München 2 Dipl.-Ing. W. Heinkelmann Institut für Experimentelle Chirurgie der Technischen Universität München Ismaninger Straße 22 D-8000 München 22
Biomed. Techn. 22 (1977), S. 199—204
U. Flesch G. Schoknecht
Gewebsphantom zur Qualitätskontrolle an Ultraschallanlagen A Tissue Phantom for Use in the Quality Control of Ultrasonic Equipment Aus dem Institut für Sozialmedizin und Epidemiologie des Bundesgesundheitsamtes, Berlin Fachgebiet Medizinische Physik Die zunehmende Verwendung von Ultraschall in der Diagnostik erfordert die Entwicklung einfacher und schnell durchzuführender Prüfverfahren für die Zwecke einer Qualitätskontrolle der Untersuchungsergebnisse. Bisher ist bei Anwendung des ImpulsEcho-Verfahrens lediglich eine routinemäßige Kalibrierung des Tiefenmaßstabes unter Verwendung von Prüfkörpern üblich. Zur exakten Einstellung des Tiefenausgleichs wird ein Vielschichtenphantom beschrieben, das sich hinsichtlich der Schallimpedanzen und der Schallabsorption weitgehend gewebeäquivalent verhält. Das Phantom eignet sich speziell für Messungen nach dem A-Bildverfahren und für B-Bilder mit Grauwertdarstellung. The increasing application of ultrasound for diagnostic purposes requires the development of simple and easy-to-perform test methods for the quality control of examination results. When using the pulse-echo method, the routine calibration of the depth scale with the aid of test objects has been commonly carried out. For the purpose of an exact adjustment of the depth compensation facility, a multilayer phantom is described which is almost completely tissue-equivalent with respect to acoustic impedance and sound absorption. The phantom is particularly suitable for examinations with A-scope display and with B-scope display using grey scale presentation.
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Gewebsphantom zur Qualitätskontrolle an Ultraschallanlagen
Einleitung
Ultraschallmethoden finden in der medizinischen Diagnostik zunehmende Verbreitung, da die Anwendung mit vernachlässigbaren Risiken für Untersuchten und Untersucher verbunden ist. Beim Impuls-Echo-Betrieb findet das A-Bildverfahren [l, 9 10] vorwiegend als exaktes Meßverfahren für Längenmessungen Anwendung, während die BBilddarstellung [8] geeignet ist, in noch nicht abzusehendem Umfang röntgenographische Untersuchungsmethoden zu ergänzen bzw. zu ersetzen. Die Informationen des -Bildes und des darauf aufbauenden B-Bildes beruhen auf der Reflexion von Schallwellen an Grenzflächen von Geweben unterschiedlicher Schallimpedanzen. Dabei ist aus der Laufzeit der Echosignale auf die Tiefenlage der Grenzflächen zu schließen. Notwendig ist eine Kalibrierung der Bildwiedergabeeinrichtung, damit eine maßstabgerechte Tiefenamgabe möglich ist. Diese Kalibrierung ist für medizinische Zwecke verhältnismäßig einfach, da sich die Schallgeschwindigkeiten in den verschiedenen Weichteilgewebearten des menschlichen Körpers um weniger als 10 °/o unterscheiden und mit Eindringtiefen von maximal 30 cm zu rechnen ist. Üblich ist die Verwendung von Plexiglasphantomen vorgegebener Schallweglänge, wobei die Echosignale mit vorgegebenen Werten des Tiefenmaßstabes zur Dekkung zu bringen sind. Aus der Höhe der Echosignale des Ultraschall-ABildes kann auf die Schallimpedanzen der aneinandergrenzenden Medien und damit auf die Gewebearten geschlossen werden. Die Echohöhe ist jedoch außerdem von der Schwächung der Schallwellen infolge Absorption durch das Gewebe abhängig, wobei die Absorption eine Funktion der Schallfrequenz ist. Da mit zunehmender Schallfrequenz das Tiefenauflösungsvermögen, aber auch die Schallabsorption ansteigt, sind für optimale Organdarstellungen häufig Wechsel der Schallfrequenzen durch Austausch der Schallköpfe notwendig. Die Schallabsorption läßt sich durch eine laufzeitabhängige Zunahme der Echoverstärkung bei der Bildwiedergabe — den Tiefenausgleich — eliminieren. Die Einstellung des Tiefenausgleichs ist dabei dem jeweils verwendeten Schallkopf anzupassen. In der klinischen Praxis erfolgt diese Einstellung meist nach der subjektiven Beurteilung der Echos im -Bild. Im folgenden wird ein Phantom beschrieben, mit dem eine schnelle und exakte Einstellung des Tiefenausgleichs durchführbar ist, so daß der Einfluß der Absorption auf die Echohöhe beim -Bild weitgehend entfällt;« Wenn moderne Ultraschallgeräte mit einer Grauwertwiedergabe des B-Bildes benutzt werden, ist die Anwendung des Phantoms darüber hinaus zur
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Erzielung einer gleichbleibenden Bildqualität von besonderer Bedeutung. Die bildgebundenen Strukturen erlauben damit Aussagen über reflektierende Flächen [12]. Mit dem A-Bild-Verfahren wurde eine exakte Bestimmung der Grenzschichten einer gesuchten Gewebeart schon früher vorgestellt [3]. Die Grundlage für solche weitgehenden Aussagen besteht jedoch in einer gewissenhaften Qualitätskontrolle, deren Problematik in einer weiteren Arbeit [14] aufgezeichnet wurde. Grundlagen
Der Reflexionskoeffizient oder die Reflektivität R — das Verhältnis der zeitlich gemittelten Energiedichten der reflektierten Welle Jr zur einfallenden Welle Ji beim Übergang vom Medium l zum Medium 2 und senkrechtem Einfall — wird beschrieben durch Jr
|Arj«
·
Ji
+
< \2
(1)
Dabei sind Ar und AI die Schalldruckamplituden der reflektierten bzw. der einfallenden Welle, · ci die Schallimpedanz im Medium l und · C2 die im Medium 2 (vgl. Bild 1). \Uttraschall-\ köpf
|
Medium 7 Grenzfläche
- *-
— Ebene
Medium 2
Bildl. Aufspaltung der einfallenden Welle beim Übergang von Medium l zu Medium 2 in einen reflektierten und durchgelassenen Teil. J — zeitlich gemittelte Energiedichten, A — Schalldruckamplitude.
Der Transmissionskoeffizient oder die Transmissivität T — das Verhältnis der zeitlich gemittelten Energiedichten der durchgelassenen Welle Jt zur einfallenden Welle Ji beim Übergang vom Medium l zum Medium 2 und senkrechtem Einfall — ist gegeben durch •p ._
jt_ _, JAt|2
Ji
| Ai
2
4
' Cg
c2)
(2)
mit At der Schalldruckamplitude der durchgelassenen Welle (vgl. Bild 1). Dabei ist * R + A-1 (3)
9/1977 Gewebsphantom zur Qualitätskontrolle an Ultraschallanlagen
Hat die Schallwelle mit der Anfangsamplitude A0 eine Gewebesschicht der Dicke d mit dem Absorptionskoeffizienten für die Schalldruckamplitude durchwandert, so ist der Schalldruck Ad nach dem Absorptionsgesetz Ad = Ao · e-fld (4) Über die Abhängigkeit des Absorptionskoeffizienten a von der Schallfrequenz für verschiedene Gewebearten des menschlichen Körpers wurde in einer früheren Arbeit [2] berichtet. Beim Impulsechoverfahren ist zu berücksichtigen, daß die Schicht vom Schallkopf bis zur Eindringtiefe y zweimal durchlaufen wird. Die Schalldruckamplitude des Echosignals Ay ist dann Ay = Ao · e-2«y (5) Eine Unabhängigkeit des Echosignals Ay von der Eindringtiefe kann durch einen zeitabhängigen Verstärkungsfaktor f im Ultraschallempfänger erreicht werden Ay = Ao · f ' e-2av (6) Aus der Bedingung Ay = Ao (7) folgt f = e 2ev (8) Diese Beziehung gilt jedoch nur für ausgedehnte reflektierende Flächen, die den gesamten Schallbündelquerschnitt erfassen. Bei punktförmigen Reflektoren, die nur einen geringen Teil des Schallfeldes erfassen, ist der reflektierte Anteil wesentlich geringer als bei flächenhaften Reflektoren. Die Abnahmen der Echohöhen eines metallischen scheibenförmigen Reflektors in einem Gewebsphantom als Funktion des Abstandes y von der Schallkopfoberfläche für drei Schallköpfe von l MHz, 2 MHz und 4 MHz sind in einer früheren Arbeit dargestellt worden [2]. In Bild 2 sind die
201
erforderlichen Verstärkungsfaktoren als Funktion des Abstandes y von der Schallkopfoberfläche, der sogenannte Tiefenausgleich, eingezeichnet, um die Bedingung (7) zu erfüllen. Die Echohöhe ist dann für den scheibenförmigen Reflektor unabhängig von der Eindringtiefe. In Bild 3 sind die Echohöhen bei Verwendung eines Kugelreflektors auf der Achse des Schallfeldes in Wasser (geringe Absorption) und im Gewebsphantom (mit Absorption) als Funktion des Abstandes y von der Schallkopfoberfläche für l, 2 und 4 MHzSchallköpfe eingezeichnet.
Bild 3. Echohöhe E (in relativen Einheiten) bei Verwendung eines Kugelreflektors (Stahl) von 8 mm Durchmesser auf der Achse des Schallfeldes in Wasser und einem Gewebsphantom (Shell Talpa Oel 969) als Funktion des Abstandes y von der Schallkppfoberfläche für drei Schallköpfe von l, 2 und 4 MHz. Zusätzlich die Verstärkungsfaktoren f als Funktion des Abstandes y von der Schallkopfoberfläche, um die Echohöhe im Gewebe im Abstand y auf die maximale im Wasser zu .. verstärken.
Zusätzlich sind die Verstärkungsfaktoren f dargestellt, um die jeweiligen Echohöhen in, verschiedenen Tiefen des Gewebes entsprechend Gl. (7) zu verstärken. Solange die Untersuchungen nicht ausschließlich im Fernfeld durchgeführt werden, sind die erforderlichen Verstärkerkurven technisch schwer zu verwirklichen. Die Verstärkungsfaktoren für kugelförmige Reflektoren liegen ca. um den Faktor 5 höher als bei scheibenförmigen. Phantomaufbau
Bild 2. Echohöhe E (in relativen Einheiten) eines Scheibenreflektors (Messing) von 20mm Durchmesser in einem Gewebsphantom (Shell Talpa Oel 969) als Funktion des Abstandes y von der Schallkopfoberfläche für drei Schallköpfe von l, 2 und 4 MHz. Zusätzlich die Verstärkungsfaktoren f als Funktion des AbStandes y von der Schallkopfoberfläche, um die Echohöhe im Abstand y auf die Anfangshöhe bei y = 0 cm zu verstärken (Tiefenausgleich).
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Um den Tiefenausgleich eines Ultraschallgerätes optimal einstellen zu können, müssen in einem Phantom, das dem menschlichen Gewebe weitgehend entspricht, bekannte Echos erzeugt werden. Ein Phantom, bei dem aus vorgegebenen Abständen definierte Echos erhalten werden, sollte folgende Bedingungen erfüllen: 1. In möglichst parallelen äquidistanten Abständen muß sich die Schallimpedanz um den gleichen Betrag ändern. Dies würde gleichhohen Ultraschallechos in der A-Bild-Darstellung bei fehlender Absorption entsprechen.
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Technik Gewebsphantom zur Qualitätskontrolle an Ultraschallanlagen Biomedizinische 5!f?i Heft 9/1977
2. Die Änderung der Schallimpedanz sollte im mittleren Bereich der physiologisch auftretenden Werte liegen. 3. Die Schallabsorption im Phantom muß von der gleichen Größe sein wie im menschlichen Gewebe. 4. Die Schallgeschwindigkeit im Phantom muß der des menschlichen Gewebes entsprechen. Auf diese Weise lassen sich sowohl Tiefenausgleich als auch Tiefenmaßstab kalibrieren und überprüfen. Diese Bedingungen lassen sich am leichtesten dadurch verwirklichen, wenn zwei Phantomsubstanzen ausgewählt werden, die gleiche Absorption und Schallgeschwindigkeit aufweisen wie im menschlichen Gewebe und sich nur in der Schallimpedanz unterscheiden. Diese beiden Substanzen werden in parallelen Schichten abwechselnd hintereinander angeordnet. Durchsetzt der Ultraschall ein so aufgebautes Phantom, so würden — bei fehlender Absorption — die Echohöhen alle gleich sein. Die Absorption des Phantomgewebes bedingt eine Verkleinerung der Echohöhen im -Bild in charakteristischer Weise, die durch Veränderung der Einstellung des Tiefenausgleichs zu korrigieren ist. Unter den festen Körpern ließ sich keine geeignete Substanz finden. Von mehreren geeigneten Flüssigkeiten wurden zwei Öle ausgewählt, deren Absorptionskoeffizient annähernd gleich ist und dem des Muskelgewebes entspricht und deren Schallgeschwindigkeit zwischen der des Fettgewebes und des Muskelgewebes liegt [4, 5, 6, 7,11,13]. Medium l: Rizinusöl nach D AB 7 Dichte = 9,6 · 2 kg - m-3 Schallgeschwindigkeit c = 1520 m * s'1 Schallimpedanz · c = 1,46 · l O6 kg · m'2 · s'1 Absorptionskoeffizient für die Schalldruckamplitude a = 0,6 · 102 m'1 Medium 2: Shell Talpa Oel 969 Dichte = 0,883 · 2 kg · nr3 Schallgeschwindigkeit c = 1480 m-s- 1 Schallimpedanz - c = 1,31 · l O6 kg · nr2 · s'1 Absorptionskoeffizient für die Schalldruckamplitude = 0,5 · lO2 m-1 (Bei Temperatur T = 22—24 °C; Schallfrequenz 4 MHz) Der Unterschied der Schallimpedanzen liegt im gewünschten Bereich. Der Verlust durch die mehrfache Reflexion an den parallelen hintereinander angeordneten Schichten kann praktisch vernachlässigt werden, da der Reflexionskoeffizient R beim .senkrechten Übergang vom Medium l zum Medium 2 0,29% beträgt und die Schalldruckamplitude der durchgelassenen Schallwelle gemäß GleiBrought to you by | University of Arizona Authenticated Download Date | 7/7/15 2:03 AM
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chung (2) 99,85 °/o ist — eine Abweichung, die meßtechnisch nicht erfaßt werden kann —. Der Aufbau der Konstruktion des Prüfgewebsphantoms ist aus Bild 4 zu ersehen. Mehrere scheibenförmige Kammern, die hintereinander angeordnet und durch Teflon oder Polyamidfolien untereinander getrennt sind, sind abwechselnd mit dem Medium l und dem Medium 2 gefüllt. Die Trennfolien aus Teflon oder Polyamid sind exakt parallel ausgerichtet. Die Kammern, die mit dem Medium l bzw. mit dem Medium 2 gefüllt sind, stehen zum Druckausgleich für Volumenänderungen durch Temperatur und Aufsetzen des Prüfkopfes untereinander und mit dem Außendruck in Verbindung. Die Trennfolien bleiben daher immer in der gleichen Lage, da der Druck auf beiden Seiten der Folien immer gleich groß ist. Die Trenn-
9*/1977
Gewebs
Pnantom zur Qualitätskontrolle an Ultraschallanlagen
Bild 5. Wiedergabe des Prüfgewebsphantoms
folien sind dünner als 0,1 mm und liefern keine Ultraschallechos. In Bild 5 ist ein Baumuster des Phantoms mit aufgesetztem Schallkopf zu sehen. Kalibrierung einer Ultraschallanlage Mit dem Gewebsphantom der Bilder 4 und 5 wurde eine Ultraschallanlage (Combison A4100MGB, Hersteller: Kretz-Technik) überprüft. Auf Grund der ersten Meßergebnisse mußten elektronische Änderungen am Tiefenausgleich vorgenommen werden. Die einwandfreie Kalibrierung auf gleiche Echohöhen und des Tiefenmaßstabes der verbesserten Ausführung ist aus Bild 6 zu erkennen.
Bild 6. -Bild vom Prüfgewebsphantom mit optimal abgeglichenem Tieienausgleich. Der Abstand der Echos entspricht 2 cm Gewebstiefe. Logarithmische Darstellung des Tiefenausgleichs. Bis zu einer Gewebstiefe von 8 cm ist der Tiefenausgleich, wie die gleichen Echohöhen zeigen, gut eingestellt.
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Der Abstand der Echos entspricht 2 cm Gewebstiefe. Gleichhohe Echos werden im B-Bild in Grauwertwiedergabe im gleichen Grauton dargestellt. Für die verschiedenen Schallrichtungen im B-Bild können der Abbildungsmaßstab und der Tiefenausgleich leicht eingestellt und überprüft und die Graustufen können zur Beurteilung des anatomischen Korrelats und der Form und Orientierung der Flächen mitverwendet werden. Die Bilder haben eine gleichbleibende Qualität. Darüber hinaus können nach dieser Grundeinstellung Korrekturen des Tiefenausgleichs leicht durchgeführt werden, um bestimmte Strukturen des Gewebes besonders hervorzuheben und zu unterdrücken. Mit diesem Gewebsphantom steht ein Prüfgewebe zur Verfügung, mit dem die Geräte für die klinische Ultraschalldiagnostik leicht kalibriert und die Einstellung kontrolliert werden können. Für die Verwendung dieses Gewebsphantoms als Standardphantom müssen die Zusammensetzungen der verwendeten öle, die Naturprodukte sind, noch genauer festgelegt werden. Literaturverzeichnis [1] Bermann, L.: Der Ultraschall. 1954, S. Hirzel Verlag, Stuttgart [2] Flesch, U., G. Schoknecht, W. Möhrle und H. Wüstenberg: Untersuchung von Schallköpfen für die Ultraschalldiagnostik. Acustica 35 (1976), 266—273 [3] Flesch, U., G. Schoknecht: Messung der Dicke des Unterhautfettgewebes mit Ultraschall. MedizinalMarkt/Acta Medicotechnica 24 (1976), 278—281 [4] Frucht, A.-H.: Die Geschwindigkeit des Ultraschalls in menschlichen und tierischen Geweben. Die Naturwissenschaften 39 (1952), 491—492 [5] Frucht, A.-H.: Die Schallgeschwindigkeit in menschlichen und tierischen Geweben. Z. ges. exp. Med. 120 (1953), 526—557 [6] Goldmann, D.E., T. F. Hueter: Tabular data of the velocity and absorption of high-frequency sound in mammilian tissue. J. acoust. Soc. Amer. 28 (1956), 35—37 [7] Hüter, Th.: Messung der Ultraschallabsorption in tierischen Geweben und ihre Abhängigkeit von der Frequenz. Die Naturwissenschaften 35 (1948), 285—287 [8] Kratochwil, A.: Ultraschalldiagnostik in Geburtshilfe und Gynäkologie (Lehrbuch und Atlas). 1968, Georg Thieme Verlag, Stuttgart [91 Krautkrämer, J., H. Krautkrämer: Werkstoffprüfung mit Ultraschall. 1975, Springer Verlag, Berlin-Heidelberg-New York [10] Matauschek, J.: Einführung in die Ultraschalltechnik. 1961, VEB Verlag Technik, Berlin [11] Nover, A., D. Glanschneider: Untersuchungen über die Fortpflanzungsgeschwindigkeit und Absorption des Ultraschalls im Gewebe. Albrecht v. Graefes Aren. Ophthalm. 168 (1965), 304—321 [12] Obraz, J.: Über den Einfluß der Form und Orientierung einer Reflexionsfläche auf die Ultraschallanzeige. In:'Ultrasonographia Medica Bd. I, I.Weltkongreß über Ultraschalldiagnostik in der Medizin und Siduo III 1969, Edited by J. Bock und K. Ossoinig. 1971, Verlag der Wiener Medizinischen Akademie, 147—153
.... . ,., , . , 4. , * 4 Computerunterstutzter, mobiler Lungenfunktionsmeßplatz
204
[13] Pohlmann, R.: Über die Absorption des Ultraschalls im menschlichen Gewebe und ihre Abhängigkeit von der Frequenz. Phys. Z. 40 (1939), 159 bis 161 [14] Schoknecht, G.: Qualitätskontrolle: Eine Aufgabe der Medizinischen Physik. In: Medizinische Physik in Forschung und Praxis. Ed. A. Kaul. 1976, Walter de Gruyter, Berlin, 489—500 i 370
Biomedizinische Technik Banci 22 Heft 9/1977
Anschrift der Verfasser: Dipl.-Phys. U. Flesch Dir. und Prof. Dr. G. Schoknecht Bundesgesundheitsamt Thielallee 88/92 D-1000 Berlin 33
Biomed. Techn. 22 (1977), S. 204—209
D. Wendisch H. Becker H. Kleß R. Mohnhaupt
Computerunterstützter, mobiler Lungenfunk tfons meßplatz A Mobil Lung Function Measuring System Aided by Computer
Ein konventioneller, fahrbarer Lungenfunktionsmeßplatz wurde mit einem Prozeßrechner (CAI ALPHA LSI-2, 24 K) automatisiert. Das ,Realtime'-Programmsystem ist in der Lage, die wichtigsten Lungenfunktionsgrößen in kürzester Zeit zu messen, auszuwerten und archivierungsgerecht zu protokollieren. Für die folgenden Bereiche der Lungenfunktionsanalyse sind Meßalgorithmen implementiert: Spirometrie (Lungenvolumina), Atemdynamik (Tiffeneau-Test, Maximaler Fluß), pulmonaler Gasaustausch, Atemmechanik (Compliance, Atemarbeit) und Ergospirometrie. Zur Berechnung von Normalwerten können die Kenndaten des Probanden über die Schreibmaschine eingegeben werden. Die einzelnen Lungenfunktionstest-Programme werden jeweils durch Drücken einer Taste am Interface-Einschub gestartet. Nach Ablauf des Meßprogramms werden die auf Standardbedingungen umgerechneten Daten mit den Normalwerten, der Uhrzeit und den Meßbedingungen (z.B. Luftdruck, Raumtemperatur) auf der geräuscharmen Schreibmaschine ausgedruckt. Gleichzeitig können ausgewählte Kurvenverläufe auf einem Plotter aufgezeichnet werden. Der modulartige Charakter des Programmsystems (in Assembler) erlaubt die einfache Ausbaufähigkeit auf weitere Meßprogramme. Die Vorteile dieses neuen mobilen Lungenfunktions-Meßplatzes liegen neben der schnellen und standardisierten Meßdatenaufbereitung vor allem in der einfachen Bedienung, so daß der Einsatz dieses Gerätes bei Reihenuntersuchungen, in der klinischen Routine und in der medizinischen Forschung einen erheblichen Zeitgewinn erbringt. A conventional, mobile lung function measuring System was automated with the aid of a small process Computer (ALPHA LSI-2, 24 K). The realtime System can evaluate the most significant lung function Parameters, analyse them and record them protocols for archiving in the shortest possible space of time. Measuring algorithms have been implemented for the following areas of lung function analysis: Static lung volumes, lung Ventilation (for example 1-sec-test, MFE), metabolic gas exchange, compliance, respiratory work and fitness testing. In order to calculate the nominal values of the lung function Parameters, the physical characteristics of the subject are keyed-in via a typewriter. The individual test programs are started by selecting the respective push button of the interface module. After completing the measurements the results, recalculated to Standard conditions, the normal values, the time and the testing conditions (for example barometric pressure, temperature) are written out on the quiet typewriter. Simultaneously, selected curves are drawn by a plotter. The modular character of the program System (in assembler) permits a simple Software extension. The rapid, standardized processing of the measured data and, in particular, the simple Operation are the great advantages of this new lung function measurement System. Its application in clinical routine, medical research and mass testing provides a significant time saving. Einleitung
Die Untersuchung der Lungenfunktion :bzw. der Atmung ist ein wichtiger Bestandteil der mediziniBrought to you by | University of Arizona Authenticated Download Date | 7/7/15 2:03 AM
sehen Diagnostik. Sie gibt Aufschluß über krankhafte Veränderungen des Atemapparates (Lunge, Brustkorb -und Atemwege) und über die Leistungsfähigkeit des Organismus.
der negativen Ausgangsspannung des Dividierers ca. 20 mmHg und 30 mmHg (l mmHg = 1,333 mbar). Man erkennt die Abnahme der Kontraktilität in der Ausatmungsphase (kleinerer syst. Druck). Die am Anzeigeinstrument (Mittelwert) oder am Schreiberausgang erhaltene Kontraktilität ist über einen negativen Umrechnungsfaktor, der die Verzögerungszeit und die vom Arbeitsbereich abhängige Verstärkung vp beinhaltet, aus dem Divisionsergebnis bestimmt. Das Ergebnis ist mit einem Fehler von 2,8 % (Ausgangsbuchse) bzw. 4,3 °/o (Anzeige) bezüglich des Vollausschlages behaftet, was medizinischen Ansprüchen Genüge leisten dürfte. Bild 10 zeigt die Frontansicht des Meßgeräts. Literatur [1] Goodman, A. H., J. A. Angus, L. B. Cobbin and R. Einstein: A Devise for Measuring Myocardial Contractility. Digest of the 9th International Conference on Medical and Biological Engineering, Melbourne, 1971 [2] Heinkelmann, W., H. G. Pfeiffer, P. Rank, M. Birk und G. Blümel: Experimentelle Untersuchungen über die Kontraktilität des rechten Ventrikels. Bericht v. d. 1. Jahrestag, d. österr. Ges. l Biomed. Technik, Graz, 19.—22. Mai 1976, 49—53 [3] Nejad, N. S., M. D. Klein, J. Mirsky and B. Lown: Assessment of myocardial contractility from ventricular pressure recordings. Cardiovascular Research 5 (1973), 15—23
[41 Noble, M.: Problems in the definition of contractility in terms of myocardiai mechanics. European Journal of Cardiology 1/2 (1973), 209—216 [5] Noble, M., and G. C. van den Bös: Problems in the use of indices of myocardial contractility. Cardiovascular Research 7 (1973), 834—848 [6] Rank, P.: Untersuchungen in vivo und am isolierten Herzmuskel zum Aufbau eines Kontraktilitätsrechners. Diplomarbeit am Institut für Grundlagen der Elektrotechnik, Technische Universität München (1975) [7] Strauer, B. F.: Kriterien zur Beurteilung der Myocardcontractilität am normalen Herzmuskel Teil I, Teil II. Klinische Wochenschrift 51 (1973), 295—321 [8] Tarnow, J., und P. Schmicke: Derzeitige Möglichkeiten der Messung der myokardialen Kontraktilität in der Anästhesiologie und Intensivpflege. Zur prakt. Anästhesie 7 (1972), 322—330 [9] Tietze, U., und Ch. Schenk: Halbleiter-Schaltungstechnik. 1974, Springer Verlag, Berlin/New York 366 Anschriften der Verfasser: Prof. Dr.-Ing. J. Eichmeier Dipl.-Ing. P. Rank Institut für Grundlagen der Elektrotechnik Technische Universität München Arcisstraße 21 D-8000 München 2 Dipl.-Ing. W. Heinkelmann Institut für Experimentelle Chirurgie der Technischen Universität München Ismaninger Straße 22 D-8000 München 22
Biomed. Techn. 22 (1977), S. 199—204
U. Flesch G. Schoknecht
Gewebsphantom zur Qualitätskontrolle an Ultraschallanlagen A Tissue Phantom for Use in the Quality Control of Ultrasonic Equipment Aus dem Institut für Sozialmedizin und Epidemiologie des Bundesgesundheitsamtes, Berlin Fachgebiet Medizinische Physik Die zunehmende Verwendung von Ultraschall in der Diagnostik erfordert die Entwicklung einfacher und schnell durchzuführender Prüfverfahren für die Zwecke einer Qualitätskontrolle der Untersuchungsergebnisse. Bisher ist bei Anwendung des ImpulsEcho-Verfahrens lediglich eine routinemäßige Kalibrierung des Tiefenmaßstabes unter Verwendung von Prüfkörpern üblich. Zur exakten Einstellung des Tiefenausgleichs wird ein Vielschichtenphantom beschrieben, das sich hinsichtlich der Schallimpedanzen und der Schallabsorption weitgehend gewebeäquivalent verhält. Das Phantom eignet sich speziell für Messungen nach dem A-Bildverfahren und für B-Bilder mit Grauwertdarstellung. The increasing application of ultrasound for diagnostic purposes requires the development of simple and easy-to-perform test methods for the quality control of examination results. When using the pulse-echo method, the routine calibration of the depth scale with the aid of test objects has been commonly carried out. For the purpose of an exact adjustment of the depth compensation facility, a multilayer phantom is described which is almost completely tissue-equivalent with respect to acoustic impedance and sound absorption. The phantom is particularly suitable for examinations with A-scope display and with B-scope display using grey scale presentation.
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Gewebsphantom zur Qualitätskontrolle an Ultraschallanlagen
Einleitung
Ultraschallmethoden finden in der medizinischen Diagnostik zunehmende Verbreitung, da die Anwendung mit vernachlässigbaren Risiken für Untersuchten und Untersucher verbunden ist. Beim Impuls-Echo-Betrieb findet das A-Bildverfahren [l, 9 10] vorwiegend als exaktes Meßverfahren für Längenmessungen Anwendung, während die BBilddarstellung [8] geeignet ist, in noch nicht abzusehendem Umfang röntgenographische Untersuchungsmethoden zu ergänzen bzw. zu ersetzen. Die Informationen des -Bildes und des darauf aufbauenden B-Bildes beruhen auf der Reflexion von Schallwellen an Grenzflächen von Geweben unterschiedlicher Schallimpedanzen. Dabei ist aus der Laufzeit der Echosignale auf die Tiefenlage der Grenzflächen zu schließen. Notwendig ist eine Kalibrierung der Bildwiedergabeeinrichtung, damit eine maßstabgerechte Tiefenamgabe möglich ist. Diese Kalibrierung ist für medizinische Zwecke verhältnismäßig einfach, da sich die Schallgeschwindigkeiten in den verschiedenen Weichteilgewebearten des menschlichen Körpers um weniger als 10 °/o unterscheiden und mit Eindringtiefen von maximal 30 cm zu rechnen ist. Üblich ist die Verwendung von Plexiglasphantomen vorgegebener Schallweglänge, wobei die Echosignale mit vorgegebenen Werten des Tiefenmaßstabes zur Dekkung zu bringen sind. Aus der Höhe der Echosignale des Ultraschall-ABildes kann auf die Schallimpedanzen der aneinandergrenzenden Medien und damit auf die Gewebearten geschlossen werden. Die Echohöhe ist jedoch außerdem von der Schwächung der Schallwellen infolge Absorption durch das Gewebe abhängig, wobei die Absorption eine Funktion der Schallfrequenz ist. Da mit zunehmender Schallfrequenz das Tiefenauflösungsvermögen, aber auch die Schallabsorption ansteigt, sind für optimale Organdarstellungen häufig Wechsel der Schallfrequenzen durch Austausch der Schallköpfe notwendig. Die Schallabsorption läßt sich durch eine laufzeitabhängige Zunahme der Echoverstärkung bei der Bildwiedergabe — den Tiefenausgleich — eliminieren. Die Einstellung des Tiefenausgleichs ist dabei dem jeweils verwendeten Schallkopf anzupassen. In der klinischen Praxis erfolgt diese Einstellung meist nach der subjektiven Beurteilung der Echos im -Bild. Im folgenden wird ein Phantom beschrieben, mit dem eine schnelle und exakte Einstellung des Tiefenausgleichs durchführbar ist, so daß der Einfluß der Absorption auf die Echohöhe beim -Bild weitgehend entfällt;« Wenn moderne Ultraschallgeräte mit einer Grauwertwiedergabe des B-Bildes benutzt werden, ist die Anwendung des Phantoms darüber hinaus zur
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Erzielung einer gleichbleibenden Bildqualität von besonderer Bedeutung. Die bildgebundenen Strukturen erlauben damit Aussagen über reflektierende Flächen [12]. Mit dem A-Bild-Verfahren wurde eine exakte Bestimmung der Grenzschichten einer gesuchten Gewebeart schon früher vorgestellt [3]. Die Grundlage für solche weitgehenden Aussagen besteht jedoch in einer gewissenhaften Qualitätskontrolle, deren Problematik in einer weiteren Arbeit [14] aufgezeichnet wurde. Grundlagen
Der Reflexionskoeffizient oder die Reflektivität R — das Verhältnis der zeitlich gemittelten Energiedichten der reflektierten Welle Jr zur einfallenden Welle Ji beim Übergang vom Medium l zum Medium 2 und senkrechtem Einfall — wird beschrieben durch Jr
|Arj«
·
Ji
+
< \2
(1)
Dabei sind Ar und AI die Schalldruckamplituden der reflektierten bzw. der einfallenden Welle, · ci die Schallimpedanz im Medium l und · C2 die im Medium 2 (vgl. Bild 1). \Uttraschall-\ köpf
|
Medium 7 Grenzfläche
- *-
— Ebene
Medium 2
Bildl. Aufspaltung der einfallenden Welle beim Übergang von Medium l zu Medium 2 in einen reflektierten und durchgelassenen Teil. J — zeitlich gemittelte Energiedichten, A — Schalldruckamplitude.
Der Transmissionskoeffizient oder die Transmissivität T — das Verhältnis der zeitlich gemittelten Energiedichten der durchgelassenen Welle Jt zur einfallenden Welle Ji beim Übergang vom Medium l zum Medium 2 und senkrechtem Einfall — ist gegeben durch •p ._
jt_ _, JAt|2
Ji
| Ai
2
4
' Cg
c2)
(2)
mit At der Schalldruckamplitude der durchgelassenen Welle (vgl. Bild 1). Dabei ist * R + A-1 (3)
9/1977 Gewebsphantom zur Qualitätskontrolle an Ultraschallanlagen
Hat die Schallwelle mit der Anfangsamplitude A0 eine Gewebesschicht der Dicke d mit dem Absorptionskoeffizienten für die Schalldruckamplitude durchwandert, so ist der Schalldruck Ad nach dem Absorptionsgesetz Ad = Ao · e-fld (4) Über die Abhängigkeit des Absorptionskoeffizienten a von der Schallfrequenz für verschiedene Gewebearten des menschlichen Körpers wurde in einer früheren Arbeit [2] berichtet. Beim Impulsechoverfahren ist zu berücksichtigen, daß die Schicht vom Schallkopf bis zur Eindringtiefe y zweimal durchlaufen wird. Die Schalldruckamplitude des Echosignals Ay ist dann Ay = Ao · e-2«y (5) Eine Unabhängigkeit des Echosignals Ay von der Eindringtiefe kann durch einen zeitabhängigen Verstärkungsfaktor f im Ultraschallempfänger erreicht werden Ay = Ao · f ' e-2av (6) Aus der Bedingung Ay = Ao (7) folgt f = e 2ev (8) Diese Beziehung gilt jedoch nur für ausgedehnte reflektierende Flächen, die den gesamten Schallbündelquerschnitt erfassen. Bei punktförmigen Reflektoren, die nur einen geringen Teil des Schallfeldes erfassen, ist der reflektierte Anteil wesentlich geringer als bei flächenhaften Reflektoren. Die Abnahmen der Echohöhen eines metallischen scheibenförmigen Reflektors in einem Gewebsphantom als Funktion des Abstandes y von der Schallkopfoberfläche für drei Schallköpfe von l MHz, 2 MHz und 4 MHz sind in einer früheren Arbeit dargestellt worden [2]. In Bild 2 sind die
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erforderlichen Verstärkungsfaktoren als Funktion des Abstandes y von der Schallkopfoberfläche, der sogenannte Tiefenausgleich, eingezeichnet, um die Bedingung (7) zu erfüllen. Die Echohöhe ist dann für den scheibenförmigen Reflektor unabhängig von der Eindringtiefe. In Bild 3 sind die Echohöhen bei Verwendung eines Kugelreflektors auf der Achse des Schallfeldes in Wasser (geringe Absorption) und im Gewebsphantom (mit Absorption) als Funktion des Abstandes y von der Schallkopfoberfläche für l, 2 und 4 MHzSchallköpfe eingezeichnet.
Bild 3. Echohöhe E (in relativen Einheiten) bei Verwendung eines Kugelreflektors (Stahl) von 8 mm Durchmesser auf der Achse des Schallfeldes in Wasser und einem Gewebsphantom (Shell Talpa Oel 969) als Funktion des Abstandes y von der Schallkppfoberfläche für drei Schallköpfe von l, 2 und 4 MHz. Zusätzlich die Verstärkungsfaktoren f als Funktion des Abstandes y von der Schallkopfoberfläche, um die Echohöhe im Gewebe im Abstand y auf die maximale im Wasser zu .. verstärken.
Zusätzlich sind die Verstärkungsfaktoren f dargestellt, um die jeweiligen Echohöhen in, verschiedenen Tiefen des Gewebes entsprechend Gl. (7) zu verstärken. Solange die Untersuchungen nicht ausschließlich im Fernfeld durchgeführt werden, sind die erforderlichen Verstärkerkurven technisch schwer zu verwirklichen. Die Verstärkungsfaktoren für kugelförmige Reflektoren liegen ca. um den Faktor 5 höher als bei scheibenförmigen. Phantomaufbau
Bild 2. Echohöhe E (in relativen Einheiten) eines Scheibenreflektors (Messing) von 20mm Durchmesser in einem Gewebsphantom (Shell Talpa Oel 969) als Funktion des Abstandes y von der Schallkopfoberfläche für drei Schallköpfe von l, 2 und 4 MHz. Zusätzlich die Verstärkungsfaktoren f als Funktion des AbStandes y von der Schallkopfoberfläche, um die Echohöhe im Abstand y auf die Anfangshöhe bei y = 0 cm zu verstärken (Tiefenausgleich).
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Um den Tiefenausgleich eines Ultraschallgerätes optimal einstellen zu können, müssen in einem Phantom, das dem menschlichen Gewebe weitgehend entspricht, bekannte Echos erzeugt werden. Ein Phantom, bei dem aus vorgegebenen Abständen definierte Echos erhalten werden, sollte folgende Bedingungen erfüllen: 1. In möglichst parallelen äquidistanten Abständen muß sich die Schallimpedanz um den gleichen Betrag ändern. Dies würde gleichhohen Ultraschallechos in der A-Bild-Darstellung bei fehlender Absorption entsprechen.
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Technik Gewebsphantom zur Qualitätskontrolle an Ultraschallanlagen Biomedizinische 5!f?i Heft 9/1977
2. Die Änderung der Schallimpedanz sollte im mittleren Bereich der physiologisch auftretenden Werte liegen. 3. Die Schallabsorption im Phantom muß von der gleichen Größe sein wie im menschlichen Gewebe. 4. Die Schallgeschwindigkeit im Phantom muß der des menschlichen Gewebes entsprechen. Auf diese Weise lassen sich sowohl Tiefenausgleich als auch Tiefenmaßstab kalibrieren und überprüfen. Diese Bedingungen lassen sich am leichtesten dadurch verwirklichen, wenn zwei Phantomsubstanzen ausgewählt werden, die gleiche Absorption und Schallgeschwindigkeit aufweisen wie im menschlichen Gewebe und sich nur in der Schallimpedanz unterscheiden. Diese beiden Substanzen werden in parallelen Schichten abwechselnd hintereinander angeordnet. Durchsetzt der Ultraschall ein so aufgebautes Phantom, so würden — bei fehlender Absorption — die Echohöhen alle gleich sein. Die Absorption des Phantomgewebes bedingt eine Verkleinerung der Echohöhen im -Bild in charakteristischer Weise, die durch Veränderung der Einstellung des Tiefenausgleichs zu korrigieren ist. Unter den festen Körpern ließ sich keine geeignete Substanz finden. Von mehreren geeigneten Flüssigkeiten wurden zwei Öle ausgewählt, deren Absorptionskoeffizient annähernd gleich ist und dem des Muskelgewebes entspricht und deren Schallgeschwindigkeit zwischen der des Fettgewebes und des Muskelgewebes liegt [4, 5, 6, 7,11,13]. Medium l: Rizinusöl nach D AB 7 Dichte = 9,6 · 2 kg - m-3 Schallgeschwindigkeit c = 1520 m * s'1 Schallimpedanz · c = 1,46 · l O6 kg · m'2 · s'1 Absorptionskoeffizient für die Schalldruckamplitude a = 0,6 · 102 m'1 Medium 2: Shell Talpa Oel 969 Dichte = 0,883 · 2 kg · nr3 Schallgeschwindigkeit c = 1480 m-s- 1 Schallimpedanz - c = 1,31 · l O6 kg · nr2 · s'1 Absorptionskoeffizient für die Schalldruckamplitude = 0,5 · lO2 m-1 (Bei Temperatur T = 22—24 °C; Schallfrequenz 4 MHz) Der Unterschied der Schallimpedanzen liegt im gewünschten Bereich. Der Verlust durch die mehrfache Reflexion an den parallelen hintereinander angeordneten Schichten kann praktisch vernachlässigt werden, da der Reflexionskoeffizient R beim .senkrechten Übergang vom Medium l zum Medium 2 0,29% beträgt und die Schalldruckamplitude der durchgelassenen Schallwelle gemäß GleiBrought to you by | University of Arizona Authenticated Download Date | 7/7/15 2:03 AM
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chung (2) 99,85 °/o ist — eine Abweichung, die meßtechnisch nicht erfaßt werden kann —. Der Aufbau der Konstruktion des Prüfgewebsphantoms ist aus Bild 4 zu ersehen. Mehrere scheibenförmige Kammern, die hintereinander angeordnet und durch Teflon oder Polyamidfolien untereinander getrennt sind, sind abwechselnd mit dem Medium l und dem Medium 2 gefüllt. Die Trennfolien aus Teflon oder Polyamid sind exakt parallel ausgerichtet. Die Kammern, die mit dem Medium l bzw. mit dem Medium 2 gefüllt sind, stehen zum Druckausgleich für Volumenänderungen durch Temperatur und Aufsetzen des Prüfkopfes untereinander und mit dem Außendruck in Verbindung. Die Trennfolien bleiben daher immer in der gleichen Lage, da der Druck auf beiden Seiten der Folien immer gleich groß ist. Die Trenn-
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Gewebs
Pnantom zur Qualitätskontrolle an Ultraschallanlagen
Bild 5. Wiedergabe des Prüfgewebsphantoms
folien sind dünner als 0,1 mm und liefern keine Ultraschallechos. In Bild 5 ist ein Baumuster des Phantoms mit aufgesetztem Schallkopf zu sehen. Kalibrierung einer Ultraschallanlage Mit dem Gewebsphantom der Bilder 4 und 5 wurde eine Ultraschallanlage (Combison A4100MGB, Hersteller: Kretz-Technik) überprüft. Auf Grund der ersten Meßergebnisse mußten elektronische Änderungen am Tiefenausgleich vorgenommen werden. Die einwandfreie Kalibrierung auf gleiche Echohöhen und des Tiefenmaßstabes der verbesserten Ausführung ist aus Bild 6 zu erkennen.
Bild 6. -Bild vom Prüfgewebsphantom mit optimal abgeglichenem Tieienausgleich. Der Abstand der Echos entspricht 2 cm Gewebstiefe. Logarithmische Darstellung des Tiefenausgleichs. Bis zu einer Gewebstiefe von 8 cm ist der Tiefenausgleich, wie die gleichen Echohöhen zeigen, gut eingestellt.
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Der Abstand der Echos entspricht 2 cm Gewebstiefe. Gleichhohe Echos werden im B-Bild in Grauwertwiedergabe im gleichen Grauton dargestellt. Für die verschiedenen Schallrichtungen im B-Bild können der Abbildungsmaßstab und der Tiefenausgleich leicht eingestellt und überprüft und die Graustufen können zur Beurteilung des anatomischen Korrelats und der Form und Orientierung der Flächen mitverwendet werden. Die Bilder haben eine gleichbleibende Qualität. Darüber hinaus können nach dieser Grundeinstellung Korrekturen des Tiefenausgleichs leicht durchgeführt werden, um bestimmte Strukturen des Gewebes besonders hervorzuheben und zu unterdrücken. Mit diesem Gewebsphantom steht ein Prüfgewebe zur Verfügung, mit dem die Geräte für die klinische Ultraschalldiagnostik leicht kalibriert und die Einstellung kontrolliert werden können. Für die Verwendung dieses Gewebsphantoms als Standardphantom müssen die Zusammensetzungen der verwendeten öle, die Naturprodukte sind, noch genauer festgelegt werden. Literaturverzeichnis [1] Bermann, L.: Der Ultraschall. 1954, S. Hirzel Verlag, Stuttgart [2] Flesch, U., G. Schoknecht, W. Möhrle und H. Wüstenberg: Untersuchung von Schallköpfen für die Ultraschalldiagnostik. Acustica 35 (1976), 266—273 [3] Flesch, U., G. Schoknecht: Messung der Dicke des Unterhautfettgewebes mit Ultraschall. MedizinalMarkt/Acta Medicotechnica 24 (1976), 278—281 [4] Frucht, A.-H.: Die Geschwindigkeit des Ultraschalls in menschlichen und tierischen Geweben. Die Naturwissenschaften 39 (1952), 491—492 [5] Frucht, A.-H.: Die Schallgeschwindigkeit in menschlichen und tierischen Geweben. Z. ges. exp. Med. 120 (1953), 526—557 [6] Goldmann, D.E., T. F. Hueter: Tabular data of the velocity and absorption of high-frequency sound in mammilian tissue. J. acoust. Soc. Amer. 28 (1956), 35—37 [7] Hüter, Th.: Messung der Ultraschallabsorption in tierischen Geweben und ihre Abhängigkeit von der Frequenz. Die Naturwissenschaften 35 (1948), 285—287 [8] Kratochwil, A.: Ultraschalldiagnostik in Geburtshilfe und Gynäkologie (Lehrbuch und Atlas). 1968, Georg Thieme Verlag, Stuttgart [91 Krautkrämer, J., H. Krautkrämer: Werkstoffprüfung mit Ultraschall. 1975, Springer Verlag, Berlin-Heidelberg-New York [10] Matauschek, J.: Einführung in die Ultraschalltechnik. 1961, VEB Verlag Technik, Berlin [11] Nover, A., D. Glanschneider: Untersuchungen über die Fortpflanzungsgeschwindigkeit und Absorption des Ultraschalls im Gewebe. Albrecht v. Graefes Aren. Ophthalm. 168 (1965), 304—321 [12] Obraz, J.: Über den Einfluß der Form und Orientierung einer Reflexionsfläche auf die Ultraschallanzeige. In:'Ultrasonographia Medica Bd. I, I.Weltkongreß über Ultraschalldiagnostik in der Medizin und Siduo III 1969, Edited by J. Bock und K. Ossoinig. 1971, Verlag der Wiener Medizinischen Akademie, 147—153
.... . ,., , . , 4. , * 4 Computerunterstutzter, mobiler Lungenfunktionsmeßplatz
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Biomedizinische Technik Banci 22 Heft 9/1977
Anschrift der Verfasser: Dipl.-Phys. U. Flesch Dir. und Prof. Dr. G. Schoknecht Bundesgesundheitsamt Thielallee 88/92 D-1000 Berlin 33
Biomed. Techn. 22 (1977), S. 204—209
D. Wendisch H. Becker H. Kleß R. Mohnhaupt
Computerunterstützter, mobiler Lungenfunk tfons meßplatz A Mobil Lung Function Measuring System Aided by Computer
Ein konventioneller, fahrbarer Lungenfunktionsmeßplatz wurde mit einem Prozeßrechner (CAI ALPHA LSI-2, 24 K) automatisiert. Das ,Realtime'-Programmsystem ist in der Lage, die wichtigsten Lungenfunktionsgrößen in kürzester Zeit zu messen, auszuwerten und archivierungsgerecht zu protokollieren. Für die folgenden Bereiche der Lungenfunktionsanalyse sind Meßalgorithmen implementiert: Spirometrie (Lungenvolumina), Atemdynamik (Tiffeneau-Test, Maximaler Fluß), pulmonaler Gasaustausch, Atemmechanik (Compliance, Atemarbeit) und Ergospirometrie. Zur Berechnung von Normalwerten können die Kenndaten des Probanden über die Schreibmaschine eingegeben werden. Die einzelnen Lungenfunktionstest-Programme werden jeweils durch Drücken einer Taste am Interface-Einschub gestartet. Nach Ablauf des Meßprogramms werden die auf Standardbedingungen umgerechneten Daten mit den Normalwerten, der Uhrzeit und den Meßbedingungen (z.B. Luftdruck, Raumtemperatur) auf der geräuscharmen Schreibmaschine ausgedruckt. Gleichzeitig können ausgewählte Kurvenverläufe auf einem Plotter aufgezeichnet werden. Der modulartige Charakter des Programmsystems (in Assembler) erlaubt die einfache Ausbaufähigkeit auf weitere Meßprogramme. Die Vorteile dieses neuen mobilen Lungenfunktions-Meßplatzes liegen neben der schnellen und standardisierten Meßdatenaufbereitung vor allem in der einfachen Bedienung, so daß der Einsatz dieses Gerätes bei Reihenuntersuchungen, in der klinischen Routine und in der medizinischen Forschung einen erheblichen Zeitgewinn erbringt. A conventional, mobile lung function measuring System was automated with the aid of a small process Computer (ALPHA LSI-2, 24 K). The realtime System can evaluate the most significant lung function Parameters, analyse them and record them protocols for archiving in the shortest possible space of time. Measuring algorithms have been implemented for the following areas of lung function analysis: Static lung volumes, lung Ventilation (for example 1-sec-test, MFE), metabolic gas exchange, compliance, respiratory work and fitness testing. In order to calculate the nominal values of the lung function Parameters, the physical characteristics of the subject are keyed-in via a typewriter. The individual test programs are started by selecting the respective push button of the interface module. After completing the measurements the results, recalculated to Standard conditions, the normal values, the time and the testing conditions (for example barometric pressure, temperature) are written out on the quiet typewriter. Simultaneously, selected curves are drawn by a plotter. The modular character of the program System (in assembler) permits a simple Software extension. The rapid, standardized processing of the measured data and, in particular, the simple Operation are the great advantages of this new lung function measurement System. Its application in clinical routine, medical research and mass testing provides a significant time saving. Einleitung
Die Untersuchung der Lungenfunktion :bzw. der Atmung ist ein wichtiger Bestandteil der mediziniBrought to you by | University of Arizona Authenticated Download Date | 7/7/15 2:03 AM
sehen Diagnostik. Sie gibt Aufschluß über krankhafte Veränderungen des Atemapparates (Lunge, Brustkorb -und Atemwege) und über die Leistungsfähigkeit des Organismus.
