Ultraääni artefaktat
Artefaktat eli kuvausvääristymät ovat osa ultraäänikuvausta. Artefaktat muuttavat kudosten todellista olemusta, minkä saattaa vaikeuttaa kudosten terveydentilan arviointia ja johtaa virheellisiin päätelmiin. Van Holsbeeck (2016) jakaa artefaktat hyviin, huonoihin ja ilkeisiin. Parhaimmillaan artefaktat helpottavat kuvanlukua tuomalla mukaan tiettyjä kudosten erottelua helpottavia piirteitä. Esim. kova kalkki antaa varjostuman, joka helpottaa kalkin havaitsemista ja tämän ominaisuuden (kovuuden) arviointia.
Griffith (2015) jakaa artefaktat näkymiin, joita ei ole olemassa, jotka puuttuvat, ovat sijoitettuna väärin tai ovat epätodellisen kirkkaita, väärän muotoisia tai kokoisia. Ongelmia voi muodostua myös teknologiasta, koska ultraäänilaite olettaa äänen kulun olevan sama kaikissa kudoksissa (1,540m/s), kulkevan suoraan ja tulevan takaisin anturiin ilman heijastuksia useammista paikoista. Artefaktojen taustalla voivat olla ääniaallon ominaisuudet, useat kaiut, äänenkulun vaihtelu kudoksittain, erot äänen läpäisyssä ja epäoptimaaliset laitteen asetukset.
Keinoja artefaktojen hallitsemiseksi ovat mm. laitteen säätäminen (mm. focus, gain, TGC, THI, dynamic range, frame rate, persistence ja spatial compounding), kompressio, geelin runsas käyttö, kohteen kuvaaminen sekä pitkittäin että poikittain, kuvaaminen eri paikoista ja kuvattavan eri asennot.
Eri artefaktatyyppejä tuki- ja liikuntaelimistön 2D kuvauksessa (B-Mode):
Anisotropy:
Rakenteista saadaan selkein kuva mikäli anturi on suunnattuna tähän suorassa kulmassa. Vain muutaman asteen kallistuma saa kudoksen näyttämään tummemmalta, mikä saattaa muistuttaa rappeutumaa tai repeämää. Anisotropiaa voidaan käyttää hyödyksikin. Rakenteen (esim. jänteen) paikantaminen voi kallistuksen (tummentuman) myötä olla helpompaa mikäli tämä on ympärillä olevan näkymään verrattuna muuten samantyyppinen.
Side lobe artifact:
Ultraäänianturi heijastaa toissijaisesti ääntä myös sivulle. Takaisin heijastavat matala-amplitudiset aallot ovat heikompia kuin pääasialliset aallot ja jäävät yleensä huomioimatta. Voimakkaasti heijastavasta pinnasta nämä saattavat kuitenkin heijastaa takaisin ja sekoittua pääasiallisiin (keskellä oleviin) aaltoihin jolloin laite tulkitsee aaltojen tulevan pääasialliselta alueelta. Heijastumista voi tapahtua mm. kystasta tai suolistokaasusta joka on heijastavan pinnan (virtsarakko) vieressä.
Beam width artifact:
Ultraäänilaite olettaa kaiun heijastavan pääasialliselta aaltoalueelta (keskeltä). Anturista lähtee aaltoja samalta leveydeltä, mutta pääasiallinen aaltoalue kapenee kohti asetettua tarkennussyvyyttä (focus), jonka jälkeen alkaa tulla leveämmäksi. Ääniaaltoja heijastuu myös pääasiallisen aaltoalueen ulkopuolelta, joka saa näyttämään näiden sijaitsemisen väärässä paikassa. Ääniaaltojen leveydestä johtuen pieni kova materiaali (esim. pieni kalkkikertymä) voi jäädä ilman alapuolelle muodostuvaa katvealuetta. Beam width artefaktatyypin haittoja voidaan vähentää kohdistamalla syvyys (focus) mahdollisimman optimaalisesti ja kuvaamalla haluttua kohdetta tämän keskeltä.
Slice thickness artifact:
Tämä artefakta johtuu ääniaaltosiivun ohuudesta. Anturi vastaanottaa kaikuja myös oletetun tason etu- ja takapuolelta. Kohde ohuen ultraäänisiivun ulkopuolelta voi tulla näkyviin. Esimerkkinä heijastukset kystassa, jonka tulisi näkyä mustana.
Reverberation artifact:
Ääniaalto saattaa heijastua kohteesta toiseen kohteeseen ja palata sieltä anturiin. Tällöin ultraääneltä kestää kauemmin palata takaisin, jolloin laite tulkitsee kohteen sijaitsevan todellista syvemmällä.
Ääniaalto voi myös heijastua toistuvasti kahden voimakkaasti heijastavan pinnan välillä tai anturin ja yhden voimakkaasti heijastavan pinnan välillä kun nämä ovat toisiinsa nähden kohtisuorassa. Tämän seurauksena on kohteen toistuva heijastuminen. Esimerkkinä injektioneula tai metallipintainen tekonivel, jota kuvataan kohtisuorassa. Heijastus voi aiheuttaa myös peilikuvan. Apuna voi olla PRF:n säätö, joka kontrolloi ääniaaltojen lähettämissyklien tiheyttä.
Comet tail artifact
Yksi reverberation artefaktan muoto, joka voi heijastua esim. kaiuttoman kohteen (puhdas neste) sisällä olevista kiinteistä osista, kuten kalkkikiteistä, kihdissä esiintyvistä kristallikiteistä tai nesteessä olevasta kaasukuplasta. Comet tail lähettää lyhyehkön toistuvan heijastuman koska energiaa menetetään nopeasti. Heijastavan pinnan alapuoli on kirkas, toistuvat heijastumat sijaitsevat lähekkäin.
Ring down artifact
Saman tyyppinen reverberation artefaktan muoto kuin comet tail, mutta mekanismi on eri. Kun ultraääni kulkee pienten kaasu- tai nestekuplien läpi, kuplat alkavat värähtelemään. Anturi ylitulkitsee tämän. Näkymä on kirkas, edellistä tiiviimpi heijastus kohteen alapuolella. Energiaa menetetään vähän joten tämä yltää syvemmälle.
Mirror image artifact
Voimakkaasti heijastavan tasaisen pinnan (esim. luu, virtsarakko tai keuhko) toiselle puolelle voi muodostua peilikuvana tänne kuulumaton kohde, mikä tämä sijaitsee aivan heijastavan pinnan edessä. Tyypillinen esimerkki on luun sisälle muodostuva kohde. Peilikuva muodostuu aina todellista paikkaa syvemmälle.
Velocity error artifact
Ultraäänilaite olettaa äänen etenemisen olevan sama, vaikka tämä vaihtelee eri kudoksissa. Mikäli äänen kulku on suurempi kuin 1540m/s, palaava kaiku palaa nopeammin anturiin antaen ymmärtää että kohde sijaitsee todellista sijaintia pinnallisemmin. Päinvastoin, kudoksessa hitaammin etenevä ääni aiheuttaa virheellisesti kohteen esiintymisen syvemmällä. Rasva hidastaa äänen etenemistä n. 10 %.
Refraction artifact
Kahden eri impedanssin omaavan osan rajapinta aiheuttaa taittumisen, mikäli ääniaalto ei tule kohtisuorassa. Mikäli heijastunut ääniaalto palaa anturiin, kohde sijoittuu näytöllä väärään paikkaan koska ultraäänilaite olettaa äänen kulkeutumisen suoraan. Refraction artifact saattaa johtaa rakenteen näkymiseen pidempänä tai väärässä paikassa olevana kopiona (ghost image).
Edge shadowing artifact
Edge shadowing artefakta voi aiheutua ultraääniaaltojen leveyteen verrattuna rakenteen suurikokoisesta pyöristyneestä reunasta, jonka akustinen impedanssi poikkeaa ympärillä olevasta. Reunasta ei palaa kaikuja ultraäänianturiin, jolloin heijastavan rakenteen reunasta muodostuu ohut, alas kulkeva katvealue. Tämä voi muodostua esim. kystan, verisuonen tai jänteen reunasta.
Posterior acoustic shadowing
Tyypillisin artefakta TULE ultraäänikuvauksessa on posterior acoustic shadowing. Ultraääntä läpäisemättömästä rajapinnasta johtuen ääni voi imeytyä tai täysin heijastua, jonka vuoksi esim. luun, kovan kalkin, metallin tai tiiviin fibroottisen kudoksen taakse ei voida nähdä. Tämä artefakta sekä vaikeuttaa että helpottaa kudosten tilanteen määrittelyä. Esim. kova kalkki voidaan erottaa pehmeästä kalkista.
Increased through transmission
Tämä aiheutuu kun ultraääni kulkeutuu muuhun kudokseen verrattuna heikosti vaimentavan aineen (kuten neste) läpi. Alapuolelle muodostuu tällöin viereiseen kudokseen verrattuna kirkkaampi alue. Tästä voi olla apua diagnostiikassa.
Range ambiguity
Ultraäänilaite olettaa kaikupulssien palaavan ennen seuraavan pulssin lähtemistä. Mikäli edellinen kaiku ei ole saapunut ennen seuraavan lähtemistä, laite tulkitsee kohteen olevan lähempänä anturia. Nykyaikaiset laitteet kuitenkin vähentävät pulssien toistotiheyttä automaattisesti tutkittaessa syvempiä rakenteita.
Equipment-generated artifact
Mikäli gain säädetään liian voimakkaaksi tai heikoksi, kudos näkyy liian kirkkaana tai tummana. Kohteiden kirkkaus on yksi terveydentilaa määrittelevä ominaisuus.
Motion artifact
Nopea anturin liike tai kuvattavan hengitys voi aiheuttaa kuvaan vääristymän. Näin erityisesti mikäli käytetään ominaisuuksia jotka hidastavat kuvan muodostusta ruudulle. Liikkeeseen liittyvät artefaktat esiintyvät tyypillisemmin kuvatessa verenkiertoa Dopplerilla.
Electrical noise
Ympärillä olevat laitteet saattavat aiheuttaa ultraäänilaitteeseen häiriöitä jotka näkyvät kuvaruudulla. Ongelmat ovat yleensä pieniä.
Lähteitä:
Diagnostic Ultrasound: Musculoskeletal. James F Griffith, 2015, Elsevier
Musculoskeletal Ultrasound: Van Holsbeeck M, Introcaso JH, 2016, Jaypee Medical Publishers