Automatische Erkennung von Mikroemboli in TCD-Signalen

Zusammenfassung

Die Detektion von Mikroemboli (ME) hirn-versorgender Arterien mittels der transkraniellen Doppler-So-nographie liefert nur dann zuverlässige und quervergleichbare Resultate, wenn die Anforderungen an die Signalqualität defi-niert und laufend überwacht werden. Ferner sollte die qualitative Beurteilung mit dem Ohr ersetzt werden durch eine auto-matische Meßtechnik. Anhand von Testaufnahmen wurden das Programm für einen Dopplersignal-Analysator entwickelt. An-schließend wurden die Detektionskriterien für die ME-Signale festgelegt. Aus einer Studie an Patienten vor und nach Implantation von künstlichen Herzklappen standen 44 Bandaufnah-men mit Signalen der A. cerebri media zur Verfügung. Die lOminütigen Bandsequenzen wurden bezüglich Frequenz-gang, Phase und Amplitude korrigiert und überwacht. Ihre Auswertung erfolgte blind durch zwei unabhängige Untersu-cher und durch den Automaten. Von den 44 Messungen wiesen 26 in beiden akustischen Auswertungen übereinstimmend kei-ne hörbaren ME-Signale auf; der Automat detektierte in 21 Fallen 0 ME-Signale, in 4 Fällen 1 und in einem Fall 4. Bei 18 Messungen ergab die akustische Zählung 1 bis 160 ME. In 12 Fällen stimmten die beiden Untersucher überein, in den übri-gen 6 Fällen diente der höhere beider Werte als Referenz. Die Automatenzählung war in 7 Fällen gleich, in 7 Fällen wurden mehr, in 4 Fällen weniger ME-Signale detektiert als vom Ohr. Die Methode und die Wahl der Detektionskriterien zeichnen sich durch eine gute Treffsicherheit aus, wobei die im Ver-gleich zur Ohrzählung falsch-positiv beurteilten Ereignisse stark überwiegen. Dies ist durch Artefakt-Detektion verur-sacht oder durch die gegenüber der akustischen Detektion höhere zeitliche Auflösung. Der Einsatz des Automaten verbes-sert die Erfassung und Zählung von Doppel-Ereignissen. Eine gute Signalqualität vorausgesetzt, kann die Methode für ein automatisches Screening eingesetzt werden.

Abstract

The detection of micro-emboli (ME) in the intracranial brain arteries by means of transcranial Doppler sonography depends on signal quality and on the definition of the detection levels. The qualitative analysis by ear should be replaced by quantitative measurement techniques to provide results that are cross-comparable to the ones of other studies. Algorithms for ME detection have been developed and implemented on a Doppler signal analyzer. Three quantitative criteria were established with test data. Tape recordings of 44 middle cerebral arteries from an ongoing study including patients before and after implantation of prosthetic heart valves were examined. The data were first corrected for frequency response, phase and amplitude and examined by two independent investigators and by the instrument. Within the 44 measurements both examinations by ear found the same 26 samples to contain zero audible ME signals. The instrument detected in 21 cases zero ME signals, in 4 cases 1 signal and in 1 case 4 signals. For 18 tapes the ear-method provided counts of 1 to 160 ME's. In 12 cases the two investigators got the same result, in the remaining 6 cases the higher of both figures was selected for comparison to the automated count. The counting by the instrument was exactly the same for 7 cases, in 7 cases the instrument counted more, in 4 cases it detected fewer ME signals compared to the reference. The method and the proposed detection criteria provided more false positive than false negative results. This appeared to be due to artifact detection and on higher resolution in time leading to better separation of double events compared to the ear method. Assuming an adequate quality of the quadrature signals, the method may lead to automatic screening for ME signals.

Schlüsselwörter

Transkranielle Doppler-Sonographie - Doppler-Signalanalysator - Doppler-Signalqualität - Emboli-Detektion - Mikroemboli

Key words

Transcranial Doppler sonography - Doppler signal analyzer - Doppler signal quality - Emboli detection - Microemboli