OPTIMALIZOVANÁ METODIKA UMÍSTĚNÍ KALIPERŮ PRO ULTRAZVUKOVÉ MĚŘENÍ NUCHÁLNÍ TRANSLUCENCE

Transkript

1 VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ BRNO UNIVERSITY OF TECHNOLOGY FAKULTA ELEKTROTECHNIKY A KOMUNIKAČNÍCH TECHNOLOGIÍ ÚSTAV BIOMEDICÍNSKÉHO INŽENÝRSTVÍ FACULTY OF ELECTRICAL ENGINEERING AND COMMUNICATION DEPARTMENT OF BIOMEDICAL ENGINEERING OPTIMALIZOVANÁ METODIKA UMÍSTĚNÍ KALIPERŮ PRO ULTRAZVUKOVÉ MĚŘENÍ NUCHÁLNÍ TRANSLUCENCE OPTIMALIZED METHODOLOGY OF CALIPER POSITIONING FOR ULTRASOUND MEASUREMENT OF NUCHAL TRANSLUCENCY BAKALÁŘSKÁ PRÁCE BACHELOR S THESIS AUTOR PRÁCE AUTHOR VEDOUCÍ PRÁCE SUPERVISOR ODBORNÝ KONZULTANT CONSULTANT DANA KOLÁŘOVÁ prof. Ing. IVO PROVAZNÍK, PhD. Ing. JAN MIKULEC, PhD. BRNO 2012

2

3 Abstrakt Tato práce se zaměřuje na výzkum metod pro prvotrimestrální screening vrozených vývojových vad plodu. V literární rešerši jsou popsány ultrazvukové markery aneuploidie, algoritmus prvotrimestrálního screeningu a stručná charakteristika chromozomálních aberací diagnostikovatelných v I. trimestru těhotenství. Nuchální translucence je nejdůležitějším markerem aneuploidie v I. trimestru a práce se dále zabývá jejím měřením podle současně používané metodiky, která byla vytvořena Nadací fetální medicíny (FMF). Cílem je popsat limitace této metodiky a vysvětlit nepřesnosti, které vznikají v důsledku doporučení FMF. Největším nedostatkem této metodiky je vliv parametrů nastavovaných na ultrazvukovém přístroji před a během vlastního měření, proto je třeba vytvořit novou metodiku, která tímto nebude ovlivněna. Na základě znalosti vlivů jednotlivých parametrů je vytvořena nová metodika, která nezávisí na změně nastavení parametrů ultrazvuku. V závěru práce je provedena studie, která srovnává směrodatné odchylky výsledků měření podle obou metodik. Klíčová slova Prvotrimestrální screening, ultrazvukové markery, nuchální translucence, ultrazvukové parametry, profil NT, kalipery.

4 Abstract This thesis focuses on the research of methods for first trimester screening of congenital defects of the fetus. Ultrasound markers of aneuploidy, the algorithm of the first trimester screening and brief description of chromosomal aberrations diagnosable in the first trimester of pregnancy are described in the literature search. Nuchal translucency is the most important marker of aneuploidy in the first trimester and the work also deals with the measurement methodology currently used, which was created by the Fetal Medicine Foundation (FMF). The aim is to describe the limitations of the methodology and explain inaccuracies that arise due to FMF recommendations. The biggest drawback of the methodology is the influence of parameters set on ultrasound machines before and during the actual measurement, therefore it is necessary to come with new methodology not affected by them. The new methodology is based on the knowledge of the parameter influence and is independent of parameter settings of ultrasound machines. The final part of the thesis includes a study comparing the standard derivation of measurement results in both methods Keywords First trimester screening, ultrasound markers, nuchal translucency, ultrasound parameters, profile NT, callipers.

5 KOLÁŘOVÁ, D. Optimalizovaná metodika umístění kaliperů pro ultrazvukové měření nuchální translucence. Brno: Vysoké učení technické v Brně, Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií, s., 6 příl. Vedoucí bakalářské práce prof. Ing. Ivo Provazník, Ph.D., odborný konzultant Ing. Jan Mikulec, Ph.D.

6 Prohlášení Prohlašuji, že svoji bakalářskou práci na téma Optimalizovaná metodika umístění kaliperů pro ultrazvukové měření nuchální translucence jsem vypracovala samostatně pod vedením vedoucího bakalářské práce a s použitím odborné literatury a dalších informačních zdrojů, které jsou všechny citovány v práci a uvedeny v seznamu literatury na konci práce. Jako autorka uvedené bakalářské práce dále prohlašuji, že v souvislosti s vytvořením této práce jsem neporušila autorská práva třetích osob, zejména jsem nezasáhla nedovoleným způsobem do cizích autorských práv osobnostních a jsem si plně vědoma následků porušení ustanovení 11 a následujících autorského zákona č. 121/2000 Sb., včetně možných trestněprávních důsledků vyplývajících z ustanovení 152 trestního zákona č. 140/1961 Sb. V Brně dne 24. května podpis autorky Poděkování Děkuji vedoucímu práce prof. Ing. Ivovi Provazníkovi, Ph.D. a konzultantovi Ing. Janovi Mikulcovi, Ph.D. za pedagogické vedení, za účinnou metodickou a odbornou pomoc a další cenné rady při zpracování mé bakalářské práce. Také bych ráda poděkovala Ing. Bogdanovi Szpyrcovi za pomoc při zpracování naměřených dat a RNDr. Jiřímu Jarkovskému, Ph.D. za cenné rady v oblasti statistického zpracování dat. V neposlední řadě děkuji svým blízkým za podporu a pochopení při psaní tohoto textu. V Brně dne 24. května podpis autorky

7 Obsah Úvod Prvotrimestrální screening Chromozomální aberace diagnostikovatelné v I. trimestru Algoritmus screeningu v I. trimestru Ultrazvukové markery v prvním trimestru těhotenství Nepřesnosti aktuálně používané metodiky měření NT Grafické vyjádření faktorů ovlivňujících přesnost měření NT Základní parametry nastavení přístroje Simulace umístění kaliperů podle doporučení FMF Další faktory mající vliv na výsledek diagnostiky snímku Optimalizace metodiky měření NT Popis nové metodiky Hodnocení metodik Návrh studie pro hodnocení obou metodik Realizace sběru dat Statistické zpracování klinických dat a diskuze získaných výsledků Hodnocení vlivu lékařů Hodnocení vlivu parametrů Závěr Použitá literatura Seznam použitých zkratek Seznam příloh Seznam obrázků Obrázek 1.1 : Algoritmus prvotrimestrálního screeningu Obrázek 1.2 : Měření CRL, převzato z [11] Obrázek 1.3 : Správné umístění kaliperů při měření NT podle FMF Obrázek 1.4 : Měření nuchální translucence, převzato z [10] Obrázek 1.5 : Přítomná nosní kost, převzato z [10] Obrázek 1.6 : Měření obličejového úhlu, převzato [10] Obrázek 1.7 : Dopředný tok krve v ductus venosus, převzato z [10] Obrázek 1.8 : Reverzní tok krve v ductus venosus, převzato z [10] Obrázek 1.9 : Fyziologický tok krve přes TVC, převzato z [10] Obrázek 1.10 : Patofyziologický tok krve přes TVC, převzato z [10]... 21

8 Obrázek 2.1 : Profil NT pocházející z ultrazvukového přístroje s nižší rozlišovací schopností Obrázek 2.2 : Profil NT pocházející z ultrazvukového přístroje s vyšší rozlišovací schopností Obrázek 3.1 : Profil NT s různým nastavením parametru gain Obrázek 3.2 : Profil NT s různým nastavením dynamického rozsahu Obrázek 3.3 : Profil NT s různým nastavením výstupního výkonu Obrázek 3.4 : Profil NT s vypnutým a zapnutým harmonickým zobrazením Obrázek 3.5 : Profil NT s různým nastavením reject levelu Obrázek 3.6 : Profil NT s rozdílným nastavením vyzařovací frekvence sondy (GEN střední frekvence, PEN penetrace, RES dobré rozlišení) Obrázek 3.7 : Profil NT s rozdílným nastavením fokusace Obrázek 3.8 : Profil NT při různých transformačních křivkách Obrázek 3.9 : Profil NT při různém nastavení filtrací Obrázek 3.10 : Mediánová filtrace snímek se základním nastavením Obrázek 3.11 : Interpolace profilu NT - snímek se základním nastavením Obrázek 3.12 : Výběr vhodné části profilu NT snímek se základním nastavením Obrázek 3.13 : Detekce oblasti NT ve snímku se základním nastavením Obrázek 3.14 : Detekce ve snímku, který nejvíce odpovídá NT Obrázek 6.1 : Výřez oblasti NT s vyznačenými pozicemi pro vhodné umístění kaliperů dle nové metodiky Obrázek 6.2 : Bodový graf proložený přímkou Obrázek 6.3 : Výřez snímku 15 s umístěním kaliperů lékaře Obrázek 6.4 : Krabicový graf testovaných souborů Seznam tabulek Tabulka 4.1 : Přehled průměrných pozic pro umístění kaliperů Tabulka 6.1 : Popisná statistika naměřených dat Tabulka 6.2 : Směrodatné odchylky pozice kaliperů v ose x a šířky NT podle NEW Tabulka 6.3 : Popisná statistika získaných dat pro jednotlivé snímky Tabulka 6.4 : Rozdíl měření mezi jednotlivými lékaři... 48

9 Úvod Ultrazvuk je mechanické vlnění o frekvencích vyšších než 20 khz. Je využívám v mnoha oblastech, avšak jednou z nejvýznamnějších je jeho využití v lékařství. Lze jej využít v terapii i v diagnostice. V gynekologii a porodnictví mají ultrazvukové zobrazovací systémy výhradní postavení, jelikož při dodržování bezpečnostních doporučení, nebyl prokázán negativní vliv na biologické tkáně, a proto jej lze bez obav využít při vyšetřování gravidních žen, u kterých by mohly například rentgenové zobrazovací systémy způsobit poškození plodu. Bezpečnostní doporučení stanovila Světová zdravotnická organizace a říkají, že při použití frekvencí 1 20 MHz, intenzitách do 100 mw.cm -2 a expozičních časech do 500 s, nebyly prokázány žádné biologické účinky. Intenzity ultrazvukového pole při diagnostických aplikacích se pohybují v rozmezí 5 30 mw.cm -2, proto se předpokládá, že ani při delším expozičním čase nepřekročí aplikovaná dávka prahovou úroveň [1]. V porodnictví se ultrazvukové vyšetření využívá zejména k diagnostice vrozených vývojových vad. Screening vrozených vývojových vad plodu se provádí v prvním trimestru gravidity a patří v současné době k rutinním vyšetřením, která lékaři každodenně vykonávají v gynekologických ambulancích. Cílem screeningu je zjistit pravděpodobnost výskytu vrozených vývojových vad plodu. Je důležité, aby měl tento test vysokou senzitivitu i specificitu. Jelikož v případě falešně pozitivního výsledku je těhotná žena zbytečně vystavena velkému stresu, který má velký dopad na její psychiku, ale zároveň v případě falešně negativního výsledku testu může dojít k narození postiženého dítěte, na které rodička není připravena. Z těchto důvodů se nejedná pouze o jedno vyšetření, ale o celou řadu testů a měření, u kterých se klade velký důraz na správnost provádění a interpretaci výsledků. V úvodní kapitole této práce jsou uvedeny teoretické poznatky o prvotrimestrálním screeningu a o ultrazvukových markerech aneuploidie. Největší prostor je věnován popisu šířky šíjového projasnění nuchální translucence (NT), která je nejdůležitějším markerem a má největší váhu pro výpočet rizika vrozených vývojových vad plodu. Současná metodika pro měření NT v obrazech ultrazvukové tomografie byla vytvořena Nadací fetální medicíny, která má největší zásluhy ve výzkumu screeningu vrozených vývojových vad. Současná metodika měření NT je v této práci důkladně popsaná a ve druhé kapitole jsou uvedeny příčiny nepřesností, které vznikají v důsledku doporučení této metodiky. Třetí kapitola se věnuje rozboru faktorů, které mohou nejvíce ovlivnit výsledek měření. Jedná se zejména o nastavení parametrů ultrazvukového tomografu před a během vlastního měření. Tyto parametry jsou zde nejen popsány, ale je zde uvedena i obrazová dokumentace, která přímo zobrazuje, jak konkrétní nastavení ovlivní profil NT. Na základě poznatků uvedených v předchozích kapitolách je dále popsán návrh optimalizace stávající metodiky měření nuchální translucence, tak aby měření nebylo závislé na nastavení ultrazvukového tomografu. Pro objektivní posouzení obou metodik je v závěru 9

10 práce provedena klinická studie, která porovnává výsledky získané měřením podle obou metodik, a vyhodnocení získaných výsledků. Cílem této práce je snaha o kritické zhodnocení současně používané metodiky měření NT a snaha o vysvětlení nedostatků této metodiky lékařům. Chce upozornit na nepřesnosti, které vznikají v důsledku subjektivního hodnocení lékaře a důsledkem nastavení ultrazvukového přístroje, čímž zdůvodňuje potřebu nové metodiky. Ta by mohla zvýšit senzitivitu prvotrimestrálního screeningu, a také by mohla eliminovat falešnou pozitivitu testu, a tím snížit stres budoucích rodiček, který je spojený s vysokými hodnotami tloušťky NT. 10

11 1 Prvotrimestrální screening V každém těhotenství existuje riziko, že plod bude mít vrozenou vývojovou vadu. Úkolem prenatálních vyšetření je odhalení těchto vývojových odchylek. Zatímco důkladná diagnostika morfologických vrozených vad je prováděna až kolem 20. týdnu těhotenství, hlavním úkolem prvotrimestrálních testů je odhalení chromozomální aneuploidie [2]. Narození postiženého dítěte vždy představuje velkou osobní a rodinnou tragédii. Je proto velmi důležité diagnostikovat chromozomální onemocnění již v raném stádiu těhotenství, aby mohly ženy s postiženými plody zvážit ukončení těhotenství. Všechny chromozomální vady jsou spojeny s výraznými fenotypickými projevy, a proto v případě, že je některá z nich u plodu diagnostikována, je prognóza velmi nepříznivá. U většiny takových plodů dochází k odumření již v průběhu těhotenství, anebo k úmrtí krátce po porodu. Ostatní pacienti se sice mohou dožít dospělosti, ale postižení, kterými trpí, výrazně ovlivňují celý jejich život [3]. Prvotrimestrální screening slouží pouze k odhadu pravděpodobnosti, s jakou má plod chromozomální onemocnění. Potvrdit nebo vyvrátit aneuploidii plodu může až invazivní diagnostika, která je indikována na základě výsledku tohoto screeningu. V případě, že invazivní diagnostika potvrdí u plodu chromozomální vadu, lze v souladu s českým právem na žádost rodičů ukončit těhotenství až do 24. týdne těhotenství [4]. 1.1 Chromozomální aberace diagnostikovatelné v I. trimestru Chromozomální aberace jsou mutace na úrovni chromozomů. Mohou být strukturní nebo numerické. Některé chromozomální aberace jsou spojeny s řadou typických projevů, v tom případě mluvíme o syndromech. Strukturální aberace vznikají následkem chromozomálních zlomů a následné přestavby chromozomu. Numerické aberace jsou odchylky od normálního počtu chromozomů, vznikají nondisjunkcí chromozomů v průběhu I. nebo II. meotického dělení. Patří sem euploidie, u kterých je zmožena celá chromozomální sada, nebo aneuploidie, u kterých dochází ke zmnožení pouze některého chromozomu [5]. Níže popsané aneuploidie patří mezi nejčastější a zahrnují 66 % všech prenatálně diagnostikovaných chromozomálních aberací v ČR [3]. Downův syndrom trizomie 21 Je to genetický syndrom, který je způsoben trizomií 21. Vyskytuje se nejčastěji v prosté formě, kdy se v karyotypu dítěte nacházejí tři chromozomy v páru 21 [6]. Druhým typem Downova syndromu (DS) je translokační forma, u které je nadbytečný chromozom 21 translokován na jiný akrocentrický chromozom, nejčastěji na chromozom

12 Touto formou je postiženo asi 5 % pacientů nemocných DS a ve většině případů je nositelem translokovaného chromozomu jeden z rodičů [3], [6]. Nejvzácnějším případem je tzv. mozaicismus. V tomto případě nese nadbytečný chromozom pouze určitá linie buněk a míra postižení závisí na procentuálním zastoupení linie s trisomickým karyotypem [6]. Downův syndrom má mnoho fenotypových projevů. Typický vzhled způsobuje výrazná kožní řasa ve vnitřním koutku oka, malá, šikmo položená oční víčka, zvětšený jazyk, menší uši, širší mohutnější krk a asi polovina dětí má pouze jednu rýhu přes dlaně. Přítomna bývá těžká mentální retardace, malý vzrůst (u mužů cm, u žen cm) a generalizovaná svalová hypotonie. Pacienti s DS často trpí srdečními vadami [6], [7]. DS je nejčastější chromozomální aberace. Dříve se vyskytoval u jednoho z živě narozených dětí. Nyní, zásluhou invazivní prenatální diagnostiky, se výskyt v ČR snížil na jeden případ z 2000 živě narozených dětí [3]. Edwardsův syndrom trizomie 18 Edwardsův syndrom (ES) je genetické onemocnění, které je způsobeno přítomností nadbytečného chromozomu 18. Vyskytuje se u jednoho dítěte na živě narozených [3]. Pacienti s ES jsou mentálně retardovaní a mají výrazné somatické malformace. Pro diagnostiku jsou důležitými znaky překřížení prstů na rukou, tvar hlavičky ve tvaru jahody, přítomnost srdečních vad a nuchální edém. Většina dětí s tímto syndromem umírá již v kojeneckém věku [5], [7]. Patauův syndrom trizomie 13 Je způsoben přítomností nadbytečného chromozomu 13. Vyskytuje se u jednoho dítěte na živě narozených. Děti mají výrazná postižení, jako je mikrocefalie, rozštěpy rtu a patra, anomálie končetin, srdeční vady a další. Výrazné změny na mozku způsobují těžkou mentální retardaci. V důsledku všech těchto abnormalit umírají pacienti s tímto syndromem většinou několik dní po porodu [3]. Turnerův syndrom Toto onemocnění se vyskytuje s frekvencí jeden případ na živě narozených děvčat. Jeho příčinou je absence jednoho pohlavního chromozomu X nebo jeho části. Často se také vyskytuje mozaiková forma [8]. V prenatálním období a raném postnatálním období nejsou často přítomné žádné příznaky, a proto bývá Turnerův syndrom (TS), na rozdíl od výše uvedených genetických chorob, často diagnostikován až v dětství. Nejčastějším důvodem pro genetické vyšetření a zjištění TS bývá porucha růstu. V případě včasné diagnostiky může být porucha růstu částečně kompenzována podáváním růstového hormonu [8]. 12

13 Na rozdíl od chromozomálních aberací autozomů netrpí pacientky s TS těžkými fenotypovými projevy, ale mají reprodukční problémy. Dochází u nich k poruše vývoje pohlavní dospělosti a zakrnění pohlavních orgánů, organismus neprodukuje potřebné pohlavní hormony [8]. Život s TS sice přináší jisté komplikace, ale většina dívek a žen může prožít plnohodnotný život za předpokladu, že syndrom je včas diagnostikován a jeho příznaky jsou adekvátně léčeny [8]. 1.2 Algoritmus screeningu v I. trimestru Základem screeningu v I. trimestru je stanovení apriorního rizika, které je výchozím bodem pro interpretaci výsledků testů a výpočet nových individuálních rizik. Apriorní riziko závisí na délce gestace a věku matky. Riziko mnoha chromozomálních aberací se zvyšuje s věkem rodičky a vzhledem k tomu, že u plodů s chromozomálními aberacemi je pravděpodobnost odumření in utero vyšší než u normálních plodů, se toto riziko snižuje s délkou gestace [7]. Každá gravidní žena může podstoupit tzv. kombinovaný prvotrimestrální screening, který kombinuje ultrazvukové a biochemické vyšetření. Zatímco nejvhodnější dobou pro odběry biochemické části testu je období kolem 10. týdne, ultrazvukové vyšetření je prováděno v týdnu. V současné době se provádí na některých pracovištích kombinovaný screening ve formě OSCAR (one stop clinic), to znamená, že se provedou obě části (jak biochemická, tak ultrazvuková) v jeden den a výsledky testování jsou známy už za několik hodin. Celý test proběhne v týdnu, což způsobuje vyšší falešnou pozitivitu biochemických výsledků testu [4]. Biochemickými markery aneuploidie jsou volná β-podjednotka hcg a plazmatický protein PAPP-A. Při biochemickém screeningu se zjišťuje hladina těchto markerů z krve matky [3]. Ultrazvuková část zahrnuje vždy měření temeno-kostrční délky a nuchální translucence (NT), další bioparametry jsou měřeny v závislosti na výsledku měření NT. Jednotlivé ultrazvukové bioparametry jsou na sobě nezávislé, a dají se tedy navzájem kombinovat. Čím více markerů se použije, tím více stoupá detekční účinnost a klesá falešná pozitivita prvotrimestrálního testu. Na základě výsledků vyšetření dojde k výpočtu nového individuálního rizika. Individuální riziko se získá vynásobením apriorního rizika koeficientem pravděpodobnosti. Koeficient pravděpodobnosti daného ultrazvukového nebo biochemického vyšetření je vypočten vydělením procenta chromozomálně abnormálních plodů procentem normálních plodů zjištěných při tomto vyšetření [7]. Podle individuálního rizika jsou gravidní ženy rozděleny do tří skupin. V první skupině jsou ženy s nízkým rizikem výskytu chromozomálních vad. V druhé skupině jsou ženy, které mají vysoké riziko výskytu chromozomálních vad. Těmto ženám je nabídnuta invazivní 13

14 diagnostika bez dalších vyšetření. Třetí skupinou jsou ženy se středním rizikem, jejichž výsledky vyšly hraniční. V tomto případě může lékař rovněž doporučit invazivní diagnostiku anebo nechá provést další vyšetření zejména dopplerovské vyšetření fetálního srdce, měření nosní kosti a fronto-maxilárního úhlu. Také výsledek triple testu může pomoci rozhodnout, zda je nutné provádět invazivní diagnostiku [3]. Triple test je biochemický test, který se provádí z krve matky v týdnu. Při triple testu se stanovuje hladina trojice hormonů v krvi: HCG choriový gonadotropin, který je produkován placentou, AFP alfafetoprotein, jenž je produkován plodem, a ue3 nekonjugovaný estriol tvořený placentou a plodem. Výsledek testu je validovaný genetikem [9]. Po provedení dodatečných testů je vypočítáno nové individuální riziko. Je-li výsledné riziko vyšší než 1:100, lékař doporučí invazivní diagnostické vyšetření. Pokud je nové individuální riziko nižší než 1:100, jedná se s pacientkami stejně jako se skupinou s nízkým rizikem výskytu chromozomálních vad [3]. APRIORNÍ RIZIKO KOMBINOVANÝ PRVOTRIMESTRALNÍ SCREENING INDIVIDUÁLNÍ RIZIKO VYSOKÉ RIZIKO STŘEDNÍ RIZIKO NÍZKÉ RIZIKO INVAZIVNÍ DIAGNOSTIKA DALŠÍ VYŠETŘENÍ NOVÉ INDIVIDUÁLNÍ RIZIKO Obrázek 1.1: Algoritmus prvotrimestrálního screeningu 14

15 1.3 Ultrazvukové markery v prvním trimestru těhotenství Aby mohly být jednotlivé výsledky ultrazvukových markerů hodnoceny, musel být definován standardní postup pro jejich měření. Tento postup popsala Nadace fetální medicíny (FMF), což je charitativní organizace se sídlem v Londýně vedená prof. Dr. K. Nicolaidesem. FMF podporuje zavedení poznatků o prvotrimestrálním screeningu do praxe. Sestavila postup pro školení sonografistů a zajišťuje tím jakost ultrazvukových vyšetření. Školení zahrnuje teoretický kurz, praktický nácvik získání vhodného snímku a správného měření ultrazvukových markerů. Po 12 měsících od získání certifikátu způsobilosti pro měření jednotlivých bioparametrů (Certificates of competence) je proveden audit a každý certifikovaný sonografista musí předložit tři snímky se změřeným parametrem ke kontrole [3], [10]. Seznam vyškolených sonografistů můžete nalézt na stránkách FMF ( Temeno-kostrční vzdálenost (CRL) Měření CRL je důležitým parametrem pro určení stáří plodu. Správné určení stáří plodu je nezbytné nejen pro určení termínu porodu, ale i pro správnou interpretaci výsledků screeningových testů. Při nesprávném změření CRL může tedy dojít k řadě omylů v průběhu těhotenství, proto je velmi důležité dodržet tyto zásady [3]: Musí být zobrazen mediosagitální řez plodem. Obraz je nastaven tak, aby plod vyplňoval většinu zorného pole, asi 75 %. Plod je měřen v neutrální poloze, nesmí být v hyperflexi nebo extenzi. Jeden kaliper je umístěn na vrcholu hlavičky a druhý na zadečku (nikoliv kostrči). Poté je změřena vzdálenost mezi nimi. Obrázek 1.2: Měření CRL, převzato z [11] 15

16 Šíjové projasnění nuchální translucence (NT) Nuchální translucence je nahromadění tekutiny v zátylku plodu, sahající do různé vzdálenosti přes hlavu a krk. Tuto vrstvu podkožní tekutiny lze sledovat pomocí ultrazvuku u všech plodů v prvním trimestru těhotenství. NT je na ultrazvuku viditelná jako hypoechogenní vrstva v podélné poloze. Bylo prokázáno, že se zvyšující se hodnotou NT se zvyšuje i riziko postižení plodu. Na druhou stranu ale i výrazné zvýšení tloušťky NT neznamená jistotu postižení plodu [3], [7]. Hodnota NT plodu se zvyšuje s rostoucí CRL. Při posuzování, zda je šířka NT zvýšená, je nezbytné zahrnout do úvahy délku gestace. Ve studii, která zahrnovala gravidních žen, byl při CRL 45 mm medián 1,2 mm a 95 percentil 2,1 mm, při CRL 84 mm byl medián 1,9 mm a 95 percentil 2,7 mm [12]. NT plodu je nejdůležitějším ultrazvukovým markerem aneuploidie. Výsledek jejího měření má největší vliv na nové apriorní riziko vady plodu, a tedy i provádění dalších vyšetření [3]. Měření nuchální translucence Gestační stáří musí být týdnů. Toto období je vhodné pro měření NT, protože výskyt abnormální akumulace nuchální tekutiny u chromozomálně postižených plodů je nižší ve týdnu než před 14. týdnem. Úspěšnost správného změření v týdnu je %, na rozdíl od 90 % ve 14. týdnu, kdy plod zaujímá vertikální polohu, což znesnadňuje získání vhodného snímku [7]. Temeno-kostrční délka (CRL) musí měřit mm [10]. Musí být zobrazen mediosagitální řez plodem. Toto doporučení je pro měření nuchální translucence zcela zásadní, jelikož i při malých odchylkách od mediosagitálního řezu může být výsledek měření výrazně zkreslen, anebo se měření nemusí vůbec podařit Pro kontrolu správného řezu lze využít tyto body: V profilu je vidět echogenní kůže nad kořenem a špičkou nosu. Intrakraniálně lze vidět hypoechogenní oblast thalamu, Varolův most a prodlouženou míchu [3]. Snímek by měl zobrazovat hlavu a horní část hrudníku plodu. Zvětšení obrazu by mělo být co největší, aby nejmenší pohyb kaliperem představoval posun pouze o 0,1 mm. Při zvětšování by se měla snížit hodnota gainu (viz kapitola 3.1), aby se zabránilo umístění kaliperů na neostrý okraj. Tím by mohlo dojít ke zkreslení výsledku hodnoty NT. Plod by měl být v neutrální poloze. Hlava je v linii s páteří. Pokud je krk v hyperextenzi, výsledek měření může být falešně zvýšený, a pokud je krk ve flexi, může být výsledek falešně snížený [7]. Plod by měl být vzdálen od amnia, protože v této fázi těhotenství se pokožka a amnion jeví jako tenké membrány a mohou splývat [3]. 16

17 Vyšetřující by měl použít kalipery ve tvaru křížků. Kalipery by se měly umístit na vnitřní okraj horizontálních linií vymezujících tloušťku NT příčka měřítka by měla být jen obtížně viditelná, musí splývat s bílou čárou okraje hran, a ne s nuchální tekutinou (viz Obrázek 1.3) [3], [10]. Provádí se více měření a jako výsledek se bere nejvyšší hodnota NT [10]. Asi u 5 10 % případů nalezneme v místě, kde by se mělo nacházet šíjové projasnění, pupečník, to může způsobit falešně vysoké naměřené hodnoty. V takovém případě je doporučený postup změřit hodnoty nad a pod pupečníkem. Výsledná hodnota je pak průměrem těchto dvou měření [3]. Obrázek 1.3: Správné umístění kaliperů při měření NT podle FMF Obrázek 1.4: Měření nuchální translucence, převzato z [10] Nosní kost (NB) Nepřítomnost nebo hypoplazie nosní kosti je důležitým znakem, který může odhalit výskyt aneuploidie. Nejčastěji bývá spojován s trizomií 21, ale může být přítomen i u jiných chromozomálních abnormalit [10]. Na ultrazvuku hodnotíme pouze přítomnost či nepřítomnost NB [3]. Přítomnost či absence nosní kosti je spojena s tloušťkou NT, velikostí CRL a etnickým původem plodu. Prevalence výskytu absence NB je častější, pokud je NT vyšší, CRL menší a plod je afrického původu [10]. 17

18 Absence NB může být i jednostranná. Jelikož byl tento znak prokázán u plodů s trizomií 21, bývá jednostranná absence NB považována za stejně důležitou jako absence bilaterální. Jednostrannou absenci NB pomáhá spolehlivě identifikovat 3D ultrazvuk [3]. Měření nosní kosti Gestační stáří musí být týdnů. Temeno-kostrční délka musí měřit mm. Snímek by měl zobrazovat hlavu plodu a horní část hrudníku plodu. Je nutné získat obraz středového sagitálního řezu plodem [10]. Signál, který vychází od sondy, musí svírat s dlouhou osou nosní kosti 90 a sonografista by ji měl jemně naklánět ze strany na stranu, aby zajistil, že nosní kost bude viditelná odděleně od kůže. Kůže kořene nosu a pod ním nosní kost jsou vidět jako dvě výrazné echogenní linie. Tyto linky jsou přibližně rovnoběžné a vytváří znak rovnítka =. Na kůži kořene nosu navazuje třetí linie. Ta se nachází výše a je tvořena špičkou nosu (viz Obrázek 1.5). Pokud je linie nosní kosti méně echogenní než linie kůže nad ní, naznačuje to, že NB není ještě osifikována, a je proto klasifikována jako chybějící [10]. Obrázek 1.5: Přítomná nosní kost, převzato z [10] Fronto-maxilární obličejový úhel (FA) Dalším rysem spojovaným s výskytem trizomie 21 je plochý obličej pacientů. Ultrazvukem lze dobře vyšetřit profil plodu a změřením fronto-maxilárního úhlu lze objektivně prokázat obličejovou hypoplazii. Příčinnou plochého obličeje u pacientů s Downovým syndromem je pravděpodobně hypoplazie maxily, dorzální posun maxily nebo jejich kombinace [3]. 18

19 Velikost FA úhlu je větší u plodů s trizomií 21 a klesá s rostoucím gestačním stářím. Tupý FA může být přítomen nejen u plodů s Downovým syndromem, ale také u trizomie 13 a 18 [3]. Měření fronto maxilárního obličejového úhlu Gestační stáří musí být týdnů. Snímek by měl zobrazovat hlavu plodu a horní část hrudníku plodu. Je nutné získat obraz středového sagitálního řezu plodem [10]. Měření FA je prováděno pomocí dvou přímek (viz Obrázek 1.6). První se umístí podél horní hrany tvrdého patra. Vrchol obličejového úhlu je v nejpřednější části horní čelisti, odtud vede druhá přímka směrem k čelu, jejíž vnitřní okraj se dotýká metopického čelního švu. Ten leží těsně pod kůží a není ještě v prvním trimestru osifikován, proto se zobrazuje jako linie s podobnou echogenitou jako kůže [3]. Obrázek 1.6: Měření obličejového úhlu, převzato [10] Dopplerometrie v ductus venosus Ductus venosus (DV) je specifická spojka, která přenáší okysličenou krev přicházející z pupečníkové žíly do koronárního a cerebrálního oběhu přednostním prouděním přes foramen ovale do levé předsíně srdce [7]. Průtok krve přes tento žilní kanál má charakteristickou rychlostní křivku s vysokou rychlostí během komorové systoly (S-vlna) a diastoly (D-vlna). Během stahu síně (a-vlna) dochází k prudkému zpomalení, ale dopředný tok je za fyziologických stavů zachován (viz Obrázek 1.7). Za patofyziologických stavů a-vlna ustane anebo dojde k toku reverznímu (viz Obrázek 1.8) [3]. V týdnu je abnormální tok krve v ductus venosus spojen s chromozomálními aberacemi, srdečními abnormalitami a nepříznivým výsledkem těhotenství [13]. Proto je 19

20 důležité, v případě reverzní a-vlny, provést pečlivé vyšetření fetálního srdce a opakovat toto vyšetření v polovině druhého trimestru [3]. Vyšetření toku v ductus venosus je časově velmi náročné a je nutné, aby je prováděl vysoce kvalifikovaný personál [7]. Měření toku v ductus venosus Obraz musí být zvětšen tak, aby hrudník a břicho plodu zabíraly celý obraz [10]. Pomocí barevného dopplerovského mapování lze zobrazit pupečníkovou žílu (UV), DV a srdce plodu. Tok krve v DV má výrazně vyšší rychlost než v UV, čehož lze využít k rozlišení těchto dvou struktur [3]. Vzorkovací objem (gate) se umísťuje do průsvitu cévy DV. Objem měl by být malý, asi 0,5 1 mm, aby nedocházelo k interferenci signálu z přilehlých žil. Sonda by měla být umístěna tak, aby směr šíření akustického signálu byl paralelní k DV, odchylka od tohoto směru by měla být maximálně 30. Filtr by měl být nastaven na nízké frekvence (asi Hz) tak, aby byla a-vlna dobře viditelná [10]. Obrázek 1.7: Dopředný tok krve v ductus venosus, převzato z [10] Obrázek 1.8: Reverzní tok krve v ductus venosus, převzato z [10] Trikuspidální regurgitace Trikuspidální chlopeň (TVC) se nachází v srdci mezi pravou síní a komorou. Přítomnost nedomykavosti této chlopně se vyšetřuje pomocí barevného dopplerovského mapování. TVC regurgitace je spojována se zvýšeným rizikem vrozených srdečních vad [3]. Fyziologická křivka průtoku přes TVC zobrazuje dvoufázový tok krve do pravé komory (viz Obrázek 1.9). První fáze představuje komorovou diastolu a druhá síňovou systolu. Během 20

21 komorové systoly by nemělo být přítomno proudění krve přes TVC. Trikuspidální regurgitace má rychlost toku více než 60 cm/s (viz Obrázek 1.10) a je charakteristická vysokým syčivým zvukem při dopplerovském vyšetření v reálném čase [3]. V případě diagnózy trikuspidální regurgitace je důležité provést pečlivé vyšetření fetálního srdce a opakovat toto vyšetření v polovině gravidity. V té době už lze totiž vyloučit většinu srdečních vad [3]. Měření průtoku krve přes TVC Obraz musí být zvětšen tak, aby hrudník a břicho plodu zabíraly celý obraz. Musí být zobrazena čtyřdutinová projekce fetálního srdce. Vzorkovací objem se umísťuje napříč TVC a velikost by měla být asi 2-3 mm, aby obsáhl obě strany chlopně. Úhel, který svírá pulzní dopplerovský svazek a mezikomorové septum, musí být 30 nebo menší. Trikuspidální regurgitace je prokázána, jestliže proudění přes TVC trvá alespoň polovinu komorové systoly a má rychlost více než 60 cm/s. Regurgitaci nemusí způsobovat všechny cípy TVC, ale pouze jeden či dva. K vyšetření celé chlopně je tedy vhodné dopplerovské měření opakovat [10]. Obrázek 1.9: Fyziologický tok krve přes TVC, převzato z [10] Obrázek 1.10: Patofyziologický tok krve přes TVC, převzato z [10] 21

22 2 Nepřesnosti aktuálně používané metodiky měření NT Jak již bylo uvedeno v kapitole 1.2, prvotrimestrální screening se skládá z biochemické a ultrazvukové části. Zatímco biochemické markery aneuploidie byly exaktně popsány a byly také stanoveny jejich nejistoty, u ultrazvukových markerů doposud takové studie provedeny nebyly. Výhodou biochemického měření je stabilita vzorků, proto lze provést měření daného vzorku vícekrát, také je známa chyba měřících přístrojů a výsledek měření se tak dá kvantitativně ohodnotit. Ultrazvukové měření se kvantitativně hodnotit nedá, jelikož v praxi není možné realizovat vyšetření opakovaně. Plod se v čase pohybuje a vyvíjí. Navíc těhotnou ženu vždy vyšetřuje jen jediný lékař [14]. Chyby při ultrazvukovém měření vznikají na různých úrovních. Jednak jsou to chyby vycházející z fyzikální podstaty ultrazvuku, jednak chyby přístroje či chyby způsobené obsluhou přístroje. Z tohoto důvodu je stanovení nejistoty u ultrazvukových markerů velice obtížné. Hodnocení nejistoty ultrazvukového měření NT ve své bakalářské práci provedla M. Matejková [9]. Z výsledků této práce vyplynulo, že nejistota měření NT se pohybuje v rozmezí 20,18 49,01 %. Vysoká nejistota vzniká v důsledku současně používané metody měření NT podle FMF, konkrétně v důsledku nastavení přístroje. Tloušťka NT je měřena v ultrazvukovém B-módu. Je to 2D zobrazení, které zobrazuje řez plodem a umožňuje jeho neinvazivní anatomické vyšetření. Principem je převedení amplitud echa na stupnici šedi. Nejsilnějšímu signálu je přiřazena bílá barva a nejslabšímu naopak černá barva [3]. V kapitole 1.3 je uvedeno, že při správném měření NT by příčka kaliperu měla být jen obtížně viditelná a musí splývat s bílou čárou okraje hran, ne s nuchální tekutinou. Umístění značek podle tohoto doporučení může být ve skutečnosti velice obtížné. Lidské oko je limitováno rozlišením několika odstínů šedi, a proto při opakování měření nemusí být dosaženo stejných hodnot [15]. V praxi je přesné umístění kaliperu na hranu vymezující NT prakticky nemožné a to způsobuje, že doporučený postup FMF ve skutečnosti nestanovuje přesnou pozici pro umístění značek, ale pouze interval pozic, ve kterých je měření považováno za správné. Obrázek 2.1 zobrazuje příčný řez nuchální krajinou, který bude dále označován jako profil NT. Tento profil ukazuje závislost stupně šedi na pozici pixelu v obrazu. Černá barva pixelu představuje nejnižší hodnotu a bílá barva naopak nejvyšší hodnotu na ose y. Tloušťka NT je tedy reprezentována oblastí minimálních hodnot. Je vidět, že kalipery umístěné podle doporučení FMF leží v horní polovině profilu NT v místech, kde se křivka strmě mění, což 22

23 odpovídá předpisu, že příčka měřítka musí splývat s bílou čárou okraje hran a ne s nuchální tekutinou. Obrázek 2.1: Profil NT pocházející z ultrazvukového přístroje s nižší rozlišovací schopností Strmost sestupné a vzestupné části profilu NT je závislá na kvalitě a nastavení přístroje. Změnou nastavení některých parametrů lze dosáhnout toho, že strmost nebude tak výrazná, ale bude se kontinuálně měnit, což může způsobit dokonce nepřítomnost hran v profilu NT (viz Obrázek 2.2). Obrázek 2.2: Profil NT pocházející z ultrazvukového přístroje s vyšší rozlišovací schopností V tomto případě již nejsou přítomny hrany. Absence hran je způsobena pozvolnějším přechodem šedi v obraze. To způsobuje, že pro lékaře je mnohem těžší přesně odlišit nuchální tekutinu a linii, která ji obklopuje. A tak mohou být kalipery umístěny do jakéhokoli bodu v horní polovině sestupné a vzestupné části profilu NT. 23

24 Profilu, který znázorňuje Obrázek 2.2, je dosaženo při vyšetřování na ultrazvuku o vyšší kvalitě a lepší rozlišovací schopnosti. Naopak Obrázek 2.1 představuje profil, kterého bylo dosaženo při vyšetřování pomocí přístroje o nižší rozlišovací schopnosti. Z toho plyne, že čím více stupňů šedi dokáže přístroj rozlišit, tím více bude průběh hladší a hrany nebudou tak ostré, což v praxi ztíží lékaři správné umístění kaliperů pro měření NT. Paradoxně tedy u přístrojů lepší kvality je dosažení stejné hodnoty tloušťky NT při opakovaném měření méně pravděpodobné. Tuto dedukci potvrzují i výsledky práce [9], z níž vyplývá, že při měření na snímku pocházejícího z přístroje o nejlepší rozlišovací schopnosti vznikla nejvyšší variabilita naměřených velikostí NT pocházejících od šesti různých lékařů. To dokazuje, že při nižším rozlišení je menší pravděpodobnost, že lékař naměří při opakovaném měření jinou hodnotu, avšak skutečnou přesnost to nezvyšuje [9]. 24

25 3 Grafické vyjádření faktorů ovlivňujících přesnost měření NT Před získáním snímku sloužícího k měření tloušťky NT může lékař nastavit na přístroji různé parametry zobrazení. Nastavení těchto parametrů by mělo být předepsáno, aby mohly být výsledky hodnoceny vždy stejným způsobem. Neexistuje však žádné jednotné doporučení pro nastavení všech parametrů přístroje, proto je ve snímcích získaných při různém nastavení přístroje velká variabilita, a proto také výsledky získané z jednotlivých snímků mohou být značně rozdílné. V doporučeních FMF je předepsáno nastavení pouze pro některé parametry například gain či harmonické zobrazení [3]. 3.1 Základní parametry nastavení přístroje V této kapitole jsou uvedeny pouze základní parametry přístroje, které mohou nejvíce ovlivnit výsledky měření. U jednotlivých parametrů jsou uvedeny obrázky, které dokumentují, jak nastavení konkrétního parametrů ovlivňuje profil NT. Snímky byly získány pomocí ultrazvukového tomografu (Medison Sonoace R7 střední třída, 64 HW kanálů) se sondou (konvexní 2 8 MHz) na fantomu (ATS 539) simulujícím NT. Snímek se základním nastavením je uveden v příloze C. Z naměřených dat byly zobrazeny profily NT pomocí skriptu vytvořeného v prostředí MATLAB. Zelený profil vždy představuje základní nastavení ultrazvuku: Gain 50 Dynamický rozsah 110 Harmonické zobrazení OFF Power 90 Frekvence sondy RES Reject Level 10 Full Spectrum Imaging 1 Gray map 4 Počet fokusací 1 Měřítko pro obrázky: 90 px = 10 mm. Kalipery v jednotlivých průbězích NT byly automaticky umístěny pomocí skriptu vytvořeného v prostředí MATLAB (viz kapitola 3.2). V profilech jsou také vyznačena maxima průběhů, o kterých bude pojednáno dále v textu. 25

26 Celkové zesílené Gain Tento parametr mění zesvětlení či ztmavení obrazu. Správné nastavení by mělo umožnit využití celé dynamiky monitoru. Při maximálním zesvětlení je dynamika zhoršena zesílením šumu, a tak některé struktury v obraze mohou být zcela překryty šumem. Ani extrémně tmavé snímky nejsou vhodné, jelikož některé struktury v obraze se vůbec nemusí zobrazit [3]. Obrázek 3.1: Profil NT s různým nastavením parametru gain Dynamický rozsah Tento parametr ovlivňuje kontrast (počet stupňů šedé barvy) v zobrazeném snímku. Velký dynamický rozsah umožňuje měkké zobrazení s více detaily a nízkým kontrastem. Naopak nízký dynamický rozsah vede k zobrazení s vysokým kontrastem, ale snižuje možnost lékařů rozlišit detaily [3]. Obrázek 3.2: Profil NT s různým nastavením dynamického rozsahu 26

27 Výstupní výkon Pomocí tohoto parametru můžeme nastavovat celkový vysílací výkon, tedy celkovou energii, která je předána tkáním. Čím vyšší výstupní výkon je nastaven, tím lepší poměr signál/šum lze získat. Zpravidla je správné nastavení výkonu poblíž maxima. Nastavení maxima se nedoporučuje z důvodu snižování životnosti sondy [3]. Obrázek 3.3: Profil NT s různým nastavením výstupního výkonu Harmonické zobrazení Při harmonickém zobrazení detekční systém potlačuje odrazy základní vysílané frekvence, ale přijímá kmity druhé harmonické frekvence. Amplituda přijatého signálu je nižší, ale poměr signál/šum je lepší než u zpracovávání základní frekvence [16]. Harmonické zobrazení se v praxi využívá zejména při vyšetřování málo echogenních pacientek. Zapnutí harmonického módu však snižuje rozlišovací schopnost, jelikož při zapnutém harmonickém módu je získaný obraz více vyhlazený a jinak ostré hranice rozhraní se rozmazávají. To však znemožňuje přesné umístění kaliperů, a způsobuje tak chyby měření vlivem obsluhy přístroje. FMF ve svých doporučeních zakazuje vyšetření se zapnutým harmonickým módem [15]. 27

28 Obrázek 3.4: Profil NT s vypnutým a zapnutým harmonickým zobrazením Reject Level Reject level pomáhá odfiltrovat nízké úrovně signálu tím, že jsou zobrazeny pouze silné odražené signály. Pomocí Reject Levelu lze snížit úroveň šumu v obraze. Obrázek 3.5: Profil NT s různým nastavením reject levelu Frekvence Frekvence se typicky pohybuje od 2 MHz do 10 MHz. Je nutné volit kompromis, neboť čím vyšší je frekvence, tím menší je vlnová délka, a tedy lepší odraz na anatomických rozhraních. Avšak čím je vyšší frekvence, tím je větší útlum ultrazvukového vlnění ve tkáních [1]. 28

29 Obrázek 3.6: Profil NT s rozdílným nastavením vyzařovací frekvence sondy (GEN střední frekvence, PEN penetrace, RES dobré rozlišení) Počet fokusací Fokusace nastavuje polohu fokusační zóny do oblasti zájmu. Fokusace ovlivňuje nejen rozlišení při příjmu, ale také disperzi energie při vysílání. Na přístrojích lze nastavit několik fokusací. Typické nastavení pro měření NT je s jedním fokusem [3]. Obrázek 3.7: Profil NT s rozdílným nastavením fokusace Transformační funkce Je to převodní funkce, která popisuje závislost velikosti výsledného parametrického pole na velikosti primárního parametru. Transformační funkce může mít různé tvary. Konkrétní nastavení záleží na zvyklostech vyšetřujícího. Parametry transformačních křivek se 29

30 liší podle výrobce ultrazvukového přístroje, a je tedy velmi obtížné jednotně definovat jejich tvar [1]. Obrázek 3.8: Profil NT při různých transformačních křivkách Další možnosti digitální filtrace Digitální filtrace obecně umožňuje selektivní zvýraznění či potlačení určitých frekvencí v obrazu. Můžeme pomocí ní redukovat šum v obraze, zostřovat struktury či je vyhladit. Je nutné zdůraznit, že takové úpravy obrazu pomáhají zlepšit psychosenzorický vjem, ale neumožňují přiblížení se nezkreslenému originálu [17]. Full Spectrum Imaging - signál generovaný sondou neobsahuje pouze jednu frekvenci, ale celé spektrum. Proto je třeba filtrovat přijatý signál, aby nedocházelo ke zkreslení obrazu. Díky této filtraci se zlepšuje poměr signál/šum [18]. Obrázek 3.9: Profil NT při různém nastavení filtrací 30

31 Edge enhancement Zvýraznění hran Zostřování hran zvýrazňuje detaily, a zvyšuje tak diagnostickou výtěžnost daného snímku. Zostřovací operátory zvyšují podíl složek s vyššími frekvencemi, o kterých se předpokládá, že nesou informace o hranách a detailech. Avšak šumové složky mají zpravidla také vyšší frekvence, a proto při zostřování hran může dojít ke zvyšování šumu v obraze. Zvýrazňovat hrany je tedy možné jen do té míry, aby nedošlo k neúnosnému zvýšení šumu v obraze [17]. Vliv změny tohoto parametru nebyl na ultrazvukovém fantomu proměřen. Pseudobarvení Pro zpracování šedotónového obrazu lze využít pseudobarvení. Jedná se o přiřazení libovolné barvy či barevné škály odstínům šedi. Je třeba zdůraznit, že pseudobarvený obraz může umožnit zvýšení diagnostické výtěžnosti snímku, avšak neodpovídá přirozenému barevnému podání. Tato operace vychází z vlastností lidského oka a je založena na skutečnosti, že člověk může rozeznat mnohem větší počet barevných odstínu než stupňů šedi [1], [17]. Vliv změny tohoto parametru nebyl na ultrazvukovém fantomu proměřen. Jelikož toto měření simuluje ideální situaci, kdy se mění pouze nastavované parametry a všechny ostatní podmínky jsou konstantní, můžeme předpokládat, že při reálném měření v praxi by byly rozdíly v profilech NT ještě vyšší. Podílela by se na nich nehomogenita tkáně, pohyb sondy, pohyb plodu a jiné nepříznivé faktory, které by v konečném důsledku ovlivnily výsledek měření [15]. 3.2 Simulace umístění kaliperů podle doporučení FMF Je vidět, že vlivem změny parametrů se mění průběhy profilů NT, a tím se mění i vhodné pozice pro kladení kaliperů. Lékař má tendenci umisťovat kalipery na světlou linii ohraničující tmavou nuchální tekutinu, to znamená, že klade značku tam, kde se mu jeví největší přechod mezi světlou a tmavou barvou. Lékaři měří NT na snímcích, na kterých je zachycena hlava a horní polovina hrudníku plodu [7]. Tyto obrázky tedy nemají moc velké přiblížení a proto i pixely představující jednotlivé barvy poměrně splývají. Při takovém zvětšení obrázku, kdy jsou viditelné okraje jednotlivých pixelů, nelze rozeznat konkrétní hranici mezi okolní tkání a nuchální tekutinou, to znamená, že existuje více vhodných pozic pro umístění kaliperů podle doporučení FMF. Pomocí skriptu NTs.m vytvořeného v MATLABU bylo simulováno lékařské vyšetření a výsledkem je umístění značek na obrázcích uvedených v kapitole 3.1. Nejprve byl ve všech snímcích volen řez místem, které nejvíce odpovídá nuchální translucenci. Výchozím signálem pro zpracování je profil NT, který je získán zprůměrováním 6 sousedních horizontálních pozic. 31

32 Protože byly snímky naměřené na ultrazvukovém fantomu, není získaný profil ideálně hladký (viz Obrázek 2.2), ale obsahuje i lokální maxima a minima, která by se při reálném obrazu NT plodu nevyskytovala. Toto kolísání může způsobit chybné zpracování. Proto musí být signál před vlastním hledáním vhodných pozic předzpracován. Jelikož oblastí zájmu je sestupná a vzestupná část profilu NT, nelze použít lineární filtraci, která by mohla tyto části zkreslit, proto musí být využita nelineární filtrace. Nejvhodnější se jeví využití mediánového filtru, který zachová hrany a odstraní kolísaní signálu. Pro filtraci bylo použito okno délky 7. Při použití filtru dochází ke zpoždění, které je při detekci nutno brát v úvahu. Dalšími důležitými body v profilu NT jsou maxima na obou stranách profilu NT, která budou popsána v dalším textu. Po využití mediánové filtrace je v umísťování kaliperů dosaženo srovnatelných výsledků jako u dalších způsobů zpracování, avšak horní části profilu jsou zkresleny, proto není tato úprava pro další zpracování vhodná. Obrázek 3.10: Mediánová filtrace snímek se základním nastavením Druhou možností úpravy profilu NT je interpolace lokálních maxim. Tato úprava by měla zachovat potřebná maxima, nezkreslit sestupnou a vzestupnou část profilu NT a zároveň odstranit kolísání signálu, které se negativně projevuje na detekci vhodných pozic. Nejprve byla nalezena lokální maxima, a poté byla použita lineární interpolace mezi sousedními detekovanými body. Vhodnější by se zdálo použít interpolaci kvadratickou, avšak interpolace neprobíhá v oblasti zájmu, je jen třeba vhodně korigovat danou část, aby nevstupovala do algoritmu hledání vhodných pozic. Obrázek 3.11 zobrazuje, že bylo detekováno lokální maximum na pozici 15, avšak interpolací tohoto maxima by došlo k výraznému zkreslení profilu, proto bylo nastaveno okno délky 4 vzorků. V případě, že vzdálenost sousedních maxim je větší než okno, interpolace neproběhne. 32

33 Obrázek 3.11: Interpolace profilu NT - snímek se základním nastavením Pro interpolaci bylo dosaženo lepších výsledků než u mediánové filtrace, avšak pro velmi tmavé snímky s nízkým kontrastem docházelo ke kladení kaliperů mimo oblast představující NT. V důsledku toho je nejvhodnější úpravou pouze výběr vhodné části signálu. Pro správnou analýzu je tedy nejlepší pouze vyříznout tu část signálu, která nekolísá. Byla vybrána část profilu NT mezi lokálními maximy, které jsou nejblíže oblasti představující NT, jak ukazuje Obrázek Obrázek 3.12: Výběr vhodné části profilu NT snímek se základním nastavením Poté je zahájen vlastní algoritmus. Pro určení největší strmosti (největšího přechodu stupňů šedi v obrazu) je proveden odečet hodnot šedi mezi sousedními pixely. Odečet je proveden po řadě a výsledný rozdíl je uložen do nového vektoru. V novém vektoru je pak nalezena pozice s co nejzápornější hodnotou pro sestupnou část a pozice s co nejkladnější hodnotou pro vzestupnou část. Tyto pozice se jeví jako nejvhodnější místo pro kladení kaliperů a jsou dále testovány. 33

34 Další nutná podmínka je, aby kaliper ležel ve světlé oblasti. Toho je dosaženo tak, že hodnota pixelu na dané pozici musí být větší než práh. Práh byl stanoven empiricky a je vypočítán jako: max( profil NT) min(profil NT) Práh min(profil NT) (3.1) konstanta Konstanta je přednastavena na hodnotu 3. V případě, že pozice nevyhovuje, vynuluje se a hledá se pozice nová, přičemž konstanta se zvyšuje o 1. Toto snížení prahu je důležité zejména pro snímky, ve kterých je malý rozsah hodnot stupňů šedi. Na následujících obrázcích je ukázka detekce NT ve dvou snímcích. Obrázek 3.13: Detekce oblasti NT ve snímku se základním nastavením Obrázek 3.14: Detekce ve snímku, který nejvíce odpovídá NT 34

35 3.3 Další faktory mající vliv na výsledek diagnostiky snímku Chyba vycházející z konstrukce ultrazvukového přístroje Základním předpokladem pro konstrukci ultrazvukových zobrazovacích systémů je, že šíření ultrazvukové energie v živých tkáních je konstantní a je rovno 1540 m/s. Ve skutečnosti se rychlost v jednotlivých tkáních liší, a proto by bylo vhodné zahrnout do diagnostiky různou rychlost šíření v dutině NT a okolní tkáni [1], [15]. Limitní prostorová rozlišovací schopnost ultrazvukového přístroje Rozlišení ultrazvukového přístroje je dalším parametrem, který ovlivňuje výsledek měření NT. Udává nejkratší možnou vzdálenost mezi dvěma body, které je možno od sebe rozlišit, a je determinováno vlnovou délkou. Pro výpočet můžeme použít vztah: c, (3.2) f kde λ je vlnová délka, c je rychlost šíření ultrazvukové energie ve tkáni a f je frekvence ultrazvuku [1]. Pokud c je konstantní pro všechny tkáně, závisí výsledné rozlišení na frekvenci sondy. Ze vztahu (3.2) vyplývá, že čím vyšší frekvence sondy by se pro vyšetření použila, tím nižší by byla výsledná vlnová délka, a tedy lepší prostorová rozlišovací schopnost. Avšak se vzrůstající frekvencí dochází k většímu útlumu ultrazvukového vlnění ve tkáni. Pro měření na fantomu byla použita sonda, která umožňuje vyšetření s frekvencí až do 8 MHz, avšak pro transabdominální vyšetření plodu jsou využívány frekvence řádově do 6 MHz [15]. Nyní lze po dosazení do (2) vypočítat prostorové rozlišení: mm/ s Hz 0,26 mm Toto rozlišní je však pouze teoretické, při reálném měření bude dosažený výsledek horší a bude ovlivněn nejen frekvencí, ale i kvalitou ultrazvukového přístroje a použité měřící sondy. Prostorové rozlišení se také liší pro jednotlivé směry, proto by se mělo vždy stanovit ve třech směrech: axiálním, laterálním a transverzálním. Pro měření NT je důležité rozlišení v axiálním směru, které bývá nejlepší [15]. Závisí na frekvenci sondy, na délce pulzu a na frekvenčním pásmu pulzu [19]. Konečné rozlišení monitoru přístroje Rozlišení monitoru je další parametr, který má vliv na výsledek měření. V dnešní době dosahují ultrazvukové přístroje pracovního rozlišení monitorů 832 x 600 pixelů. Při měření NT je zvětšení plodu takové, že obrazovka představuje asi 4 cm snímané scény. Z těchto 35

36 údajů lze vypočítat počet mm na jeden pixel obrazovky ve vertikálním směru, v kterém je NT měřené. 600 px...40 mm 1px...x mm 1 40 x 0, 07mm 600 V tomto případě by pohyb o 1 pixel v obraze znamenal velikost 0,07 mm. Citlivost trackballů ultrazvukových přístrojů zpravidla neumožňuje docílit jednotkového pohybu [15]. Nastavení monitoru Je nutné zmínit, že nastavení samotného monitoru také může ovlivnit obraz, což může mít za následek chybné umístění kaliperů, a tím zkreslení výsledku měření. Mezi nejdůležitější parametry monitoru patří jas a kontrast. Opět platí, že lékař by se měl vyhnout extrémům při jejich nastavování. Osvětlení vyšetřovny Při vyšetřování by měla být v místnosti tma, aby všechny struktury zobrazované na ultrazvuku byly dobře viditelné. V praxi však toto doporučení často není dodrženo. 36

37 4 Optimalizace metodiky měření NT Z obrázků uvedených v kapitole 3.1 lze usoudit, že určitý vliv na profil NT má změna jakéhokoliv z uvedených parametrů. Výsledkem tedy je, že při snímání totožné scény s různým nastavením sonografu získáme různé výsledky měření. Lze tedy říci, že pro porovnání jednotlivých výsledků měření, by musela metodika obsahovat informace o nastavení všech parametrů, což je v praxi nerealizovatelné, jelikož nastavování hodnot parametrů umožňuje lékaři získat co nejvhodnější snímek. Další možností je vytvoření nové metodiky tak, aby výsledky měření nezávisely na nastavení jednotlivých parametrů. Pro vytvoření nové metodiky je nutné nalézt takové pozice v profilu NT, které se výrazně nemění vlivem změny velikosti jednotlivých parametrů. Z profilů NT uvedených v předchozí kapitole vyplývá, že zatímco strmost hran, a tedy místa pro umístění kaliperů se mění, maxima těchto profilů zůstávají na stejných pozicích, a mění se v důsledku změny nastavená parametrů jen minimálně. Proto se jeví jako nejvhodnější místa pro kladení kaliperů. Zatímco doporučení FMF nestanovují přesně jednu konkrétní pozici pro umístění kaliperů, nová metodika ano, a proto i při opakovaném měření by se výsledná šířka NT nemusela výrazně lišit. V tabulce je uvedena průměrná pozice, směrodatná odchylka a rozptyl jednotlivých kaliperů v profilech NT. Lze vidět, že při kladení kaliperů do maxim profilu NT se směrodatná odchylka šířky NT výrazně snížila. Tabulka 4.1 : Přehled průměrných pozic pro umístění kaliperů Průměr [px] Sm. odchylka [px] Rozptyl [px] Kaliper vlevo 7,6250 1,4689 2,1576 Kaliper vpravo 22,5833 0,5836 0,3406 Šířka NT 14,9583 1,4289 2,0417 Kaliper vlevo max 5,0417 0,2041 0,0417 Kaliper vpravo max 27,6667 0,4815 0,2319 Šířka NT v max 22,6250 0,5758 0, Popis nové metodiky Pro získání vhodného snímku budou platit stejná pravidla, která popsala FMF. Měření se bude lišit až u samého kladení kaliperů. Gestační stáří musí být týdnů. Temeno kostrční délka (CRL) musí měřit mm. Musí být zobrazen mediosagitální řez plodem [10]. 37

38 Snímek by měl zobrazovat hlavu a horní část hrudníku plodu. Zvětšení obrazu mělo být co největší, aby nejmenší pohyb kaliperem představoval posun pouze o 0,1 mm. Plod by měl být v neutrální poloze. Plod by měl být vzdálen od amnia [7]. Dále lékař volí řez nuchální krajinou v nejširším místě. Z tohoto řezu je vytvořen profil NT. Kalipery jsou umístěny do maxim profilu, která jsou nejblíže oblasti NT a představují světlou linii. Provádí se více měření a jako výsledek se bere nejvyšší hodnota NT [10]. Asi u 5 10 % případů nalezneme v místě, kde by se mělo nacházet šíjové projasnění, pupečník, to může způsobit falešně vysoké naměřené hodnoty. V takovém případě je doporučený postup změřit hodnoty nad a pod pupečníkem. Výsledná hodnota je pak průměrem těchto dvou měření [3]. 38

39 5 Hodnocení metodik Pro další hodnocení optimalizované metodiky je třeba provést měření na reálných datech. Na těchto datech bude provedeno měření NT podle současně používané metodiky, které bude realizované proškolenými lékaři, a poté bude změřena šířka NT podle nově vytvořené metodiky. Získané výsledky budou dále zpracovány a vyhodnoceny. 5.1 Návrh studie pro hodnocení obou metodik Největším problémem pro objektivní posouzení vlivu parametrů na současnou metodiku je získání totožných obrázků, neboť plod se v čase neustále pohybuje, a proto není možné provádět snímání se změnou parametrů postupně. Aby se tato rozdílnost snímků nepodílela na výsledcích, byly do studie zahrnuty pouze ty parametry, které lze měnit na zamrazené obrazovce sonografického přístroje. Pro měření NT byl tedy získán pouze jeden snímek plodu (viz příloha D), který odpovídá první části doporučení FMF. Poté byly nastavovány různé hodnoty parametrů: dynamický rozsah, gain, pseudobarvení, edge enhancement, transformační křivky a různé možnosti digitální filtrace. Celkem bylo získáno 15 odlišných snímků. K dispozici je tedy 15 snímků zobrazujících tutéž scénu, avšak s různým nastavením sonografu. Výsledné obrázky budou předloženy proškoleným lékařům, přičemž každý lékař provede na každém snímku jedno měření v nejširším místě nuchální tekutiny podle doporučení FMF. Zároveň bude vykreslen profil NT v rovině, ve které lékař kladl kalipery, a automaticky bude změřena šířka NT mezi maximy v daných profilech. 5.2 Realizace sběru dat Základní snímek byl získán pomocí ultrazvukového přístroje Medison Accuvix V20 (nejvyšší třída). Pro sběr dat byl použit program NT_UZ, který byl vytvořen a poskytnut firmou Nimotech, s.r.o. speciálně pro realizaci tohoto měření. Měřítko pro získané snímky: 13 px = 1 mm. Lékaři bylo postupně předkládáno všech 15 snímků, přičemž lékař vždy změřil všech 15 snímků bezprostředně za sebou. Protože by mohla nastat situace, kdy by si lékař zapamatoval umístění kaliperů a snažil by se je klást vždy na stejné pozice, před každým novým obrázkem monitor zbělal, aby se částečně smazala vizuální paměť lékaře, a až poté byl zobrazen další snímek. V případě, že lékař nekladl kalipery přesně nad sebe (kalipery jsou vzájemně posunuty v oxe x), byl profil NT pro měření optimalizovanou metodikou vykreslen na průměrné souřadnici x obou kaliperů. 39

40 Data byla získána od 17 lékařů. Pro 15 snímků a 17 lékařů bylo tedy získáno 255 hodnot měření NT podle současné metodiky a 255 hodnot pro měření NT podle optimalizované metodiky. 40

41 6 Statistické zpracování klinických dat a diskuze získaných výsledků Naměřená data byla zpracována v programu STATISTICA. Nejdříve je hodnocena variabilita dat v závislosti na měření jednotlivých lékařů a poté je hodnocen vliv nastavení ultrazvukového přístroje na výsledky měření NT. Popis statistických metod použitých v této kapitole je obsažen v příloze E. Podrobnější zpracování získaných dat je uvedeno v příloze F. 6.1 Hodnocení vlivu lékařů Tabulka 6.1 obsahuje základní přehled naměřených dat. Výsledky jsou rozděleny podle jednotlivých lékařů a použitých metodik. Zkratka FMF značí měření podle současné metodiky a NEW označuje použití metodiky nové. Pro každého lékaře je uveden průměr, minimum, maximum a směrodatnou odchylku měření NT. Tabulka 6.1 : Popisná statistika naměřených dat Metodika Průměr [px] Minimum [px] Maximum [px] Sm. odch [px] Lékař 1 FMF 18,98 17,00 21,10 1,18 NEW 32,27 31,00 35,00 1,16 Lékař 2 FMF 20,74 19,00 32,80 1,10 NEW 23,02 27,00 37,00 1,97 Lékař 3 FMF 22,72 20,02 25,08 1,39 NEW 26,60 25,00 28,00 0,83 Lékař 4 FMF 9,91 5,00 15,03 2,65 NEW 27,93 26,00 32,00 2,12 Lékař 5 FMF 17,10 14,00 20,02 1,80 NEW 30,07 26,00 34,00 2,89 Lékař 6 FMF 17,96 13,00 23,02 2,82 NEW 29,00 26,00 33,00 2,88 Lékař 7 FMF 18,04 15,13 21,10 1,69 NEW 28,07 26,00 32,00 2,22 Lékař 8 FMF 21,95 20,00 25,02 1,34 NEW 30,13 26,00 33,00 2,90 Lékař 9 FMF 21,90 19,10 25,02 1,53 NEW 28,87 27,00 33,00 2,64 Lékař 10 FMF 16,70 13,00 19,24 1,87 NEW 24,67 22,00 29,00 2,13 Lékař 11 FMF 14,52 9,00 17,03 2,45 NEW 26,73 25,00 31,00 1,39 Lékař 12 FMF 20,10 16,03 27,07 2,90 NEW 23,20 20,00 25,00 1,21 41

42 Metodika Průměr [px] Minimum [px] Maximum [px] Sm. odch [px] Lékař 13 FMF 15,15 12,00 19,03 2,30 NEW 33,60 32,00 36,00 0,99 Lékař 14 FMF 26,08 25,00 27,02 0,70 NEW 33,07 30,00 35,00 1,39 Lékař 15 FMF 21,85 20,00 26,17 1,86 NEW 33,73 33,00 36,00 0,96 Lékař 16 FMF 25,21 22,02 27,02 1,42 NEW 33,87 33,00 36,00 0,83 Lékař 17 FMF 20,94 16,00 24,00 1,75 NEW 30,73 26,00 35,00 2,99 Jelikož výsledné hodnoty šířky NT měřené pomocí obou metodik si nejsou rovné, nelze pro srovnání metodik použít průměry. Nejvhodnější pro tento popis se jeví směrodatné odchylky. Pro každého lékaře byla vypočítána směrodatné odchylka pro jednotlivé metodiky a poté byly tyto odchylky hodnoceny párovým t-testem. Podmínkou pro provedení t-testu je ověření, zda soubory dat mají normální rozložení. Pro tento účel byl vybrán Lilieforsův test normality, který potvrdil normalitu rozdělení dat. T-testem se hodnotí, zda optimalizace stávající metodiky má vliv na změnu velikosti směrodatných odchylek v rámci měření jednotlivými lékaři. Nulová hypotéza H 0 říká, že průměry směrodatných odchylek měření pomocí různých metodik se významně neliší, alternativní hypotéza H 1 říká, že se statisticky významně liší: H H 0 1 : : FMF FMF NEW NEW Po dosazení do (E.4) bylo vypočítáno testovací kritérium t -0,183. Na hladině významnosti 5 %, pro stupeň volnosti 16 je tabulková kritická hodnota t 0,975(16) 2, 120 [20]. Jelikož t t 1- /2(v), výsledkem testu je, že směrodatné odchylky výsledků měření NT, získaných pomocí různých metodik, se významně neliší a nelze zamítnout H 0. Proto navrhovaná metodika nedosahuje statisticky významného zlepšení. Po detailnějším zkoumání naměřených dat ale bylo zjištěno, že lékaři kladli kalipery do různých pozic podél vodorovné osy nuchální translucence. Předpokladem návrhu studie bylo, že kalipery budou stále kladeny přibližně do stejných pozic ve vodorovném směru a bude se testovat pouze vliv změny parametru na šířku nuchální translucence. Neočekávalo se, že lékařem jednou zvolené nejširší místo NT se bude výrazně měnit. Z tohoto důvodu lze usuzovat, že do testování vstoupil nepředpokládaný faktor, který vyplývá z doporučení FMF, že lékař klade kalipery do nejširšího místa nuchální translucence. Zdá se, že toto doporučení má také významný vliv na celkový výsledek, jelikož lékaři nedokážou nejširší místo přesně určit. 42

43 Na následujícím obrázku jsou červeně vyznačeny vhodné pozice pro umístění kaliperů podle optimalizované metodiky v originálním snímku. Lze vidět, že šířka vymezená červenými linkami se zmenšuje směrem od hlavy k zadečku plodu. Proto pokud lékař kladl kalipery ve vodorovném směru s velkým rozptylem, úměrně k tomu se měnila i hodnota NT měřená podle optimalizované metodiky. Obrázek 6.1: Výřez oblasti NT s vyznačenými pozicemi pro vhodné umístění kaliperů dle nové metodiky Z toho plyne, že nově navržená metodika nemusí být nutně nepřesná, avšak navržená studie, která nepředpokládala vliv vodorovné polohy umístění kaliperů, byla chybná a způsobila vysoké odchylky. Tento předpoklad lze ověřit pomocí korelace směrodatných odchylek souřadnic kaliperů na ose x a směrodatných odchylek šířky nuchální translucence, měřené pomocí nově navržené metodiky. 43

44 Sm. odchlka měření NT podle NEW [px] Tabulka 6.2 : Směrodatné odchylky pozice kaliperů v ose x a šířky NT podle NEW Sm. odch. v ose x [px] Sm. odch. měření NT [px] Lékař 1 3,35 1,16 Lékař 2 9,14 1,97 Lékař 3 4,09 0,83 Lékař 4 6,23 2,12 Lékař 5 11,87 2,89 Lékař 6 11,45 2,88 Lékař 7 6,74 2,22 Lékař 8 17,08 2,90 Lékař 9 13,81 2,64 Lékař 10 9,76 2,13 Lékař 11 11,12 1,39 Lékař 12 7,69 1,21 Lékař 13 3,85 0,99 Lékař 14 6,18 1,39 Lékař 15 4,68 0,96 Lékař 16 1,86 0,83 Lékař 17 11,17 2,99 Závislost směrodatné odchylky měření NT podle NEW na velikosti směrodatné odchylky pozic v ose x 3,5 3 2,5 2 1,5 1 0, Sm. odchylka v ose x [px] Obrázek 6.2: Bodový graf proložený přímkou Obrázek 6.2 zobrazuje bodový graf, který ukazuje na lineární závislost mezi oběma datovými soubory, proto lze pro výpočet použít Pearsonův korelační koeficient. Po dosazení do (E.6) byla vypočtena hodnota korelačního koeficientu r 0,8301. Tuto závislost mezi oběma veličinami lze považovat za vysoce významnou. To znamená, že čím vyšší byl rozptyl kaliperů ve vodorovném směru, tím vyšší byla směrodatná odchylka mezi výsledky naměřenými pomocí optimalizované metodiky. 44

45 Pokud lékař kladl kalipery přibližně do stejných pozic, bylo měření NT podle optimalizované metodiky přesnější a směrodatná odchylka byla nižší. Lékaři 3, 4, 13 a 16 tuto podmínku splnili a Tabulka 6.1 ukazuje, že právě pro tyto lékaře vyšla směrodatná odchylka měření NT podle nové metodiky nižší než směrodatná odchylka měření NT podle FMF metodiky. To znamená, že navržená optimalizace by mohla být účinná, avšak nezbytnou podmínkou by bylo zajištění správnosti řezu nuchální krajinou nejširším místem. Je však nutné se zamyslet nad tím, zda změna nastavení ultrazvukového přístroje ovlivňuje šířku NT v celém rozsahu stejně nebo zda se projeví prostorová variantnost procesu zobrazení. To by znamenalo, že nejširší místo NT se mění v závislosti na nastavení přístroje, tuto myšlenku by mohly podpořit zejména výsledky lékaře 8, který při směrodatné odchylce měření v ose x 17,08 px naměřil výsledky se směrodatnou odchylkou 1,34 px. Toto měření ale také mohla ovlivnit podvědomá snaha lékaře naměřit opakovaně stejnou šířku NT, či náhodná chyba. Obrázek 6.3 například ukazuje umístění kaliperů lékařem 8 ve snímku 15 a lze spekulovat o tom, zda je vrchní kaliper umístěn na hraně NT nebo se lékař podvědomě snaží naměřit stejnou šířku NT. Jelikož se jedná o poslední snímek v řadě, lékař již skutečně mohl být tímto faktorem ovlivněn. Obrázek 6.3: Výřez snímku 15 s umístěním kaliperů lékaře Hodnocení vlivu parametrů Pro ověření, zda některé nastavení nemá výraznější vliv na výsledek měření, bylo provedeno hodnocení variability dat, tentokrát pro výsledky získané v rámci jednotlivých snímků. Opět byl proveden párový t-test směrodatných odchylek měření podle obou metodik. Tabulka 6.3 obsahuje základní přehled získaných dat. 45

46 Tabulka 6.3 : Popisná statistika získaných dat pro jednotlivé snímky Č. Snímek Metodika Průměr [px] Minimum [px] Maximum [px] Sm. odch [px] 1 Dynamický rozsah 3 FMF 18,90 9,00 27,00 5,12 NEW 29,18 20,00 35,00 4,39 2 Gain -10 FMF 20,27 11,18 26,00 3,64 NEW 30,12 24,00 33,00 3,00 3 Gamma Hard FMF 19,92 13,04 26,17 3,93 NEW 29,59 24,00 33,00 3,41 4 Dynamicky rozsah off FMF 19,15 8,06 26,02 4,47 NEW 29,12 22,00 35,00 3,92 5 Transformační funkce FMF 19,67 15,03 25,02 2,89 Post Curv 5 NEW 30,35 24,00 35,00 3,67 6 Gain 10 FMF 18,63 12,00 26,02 3,82 NEW 29,88 24,00 36,00 3,98 7 Filtrace - SRF 2 FMF 19,15 7,00 27,00 5,21 NEW 28,59 22,00 36,00 4,14 8 Dynamický rozsah 4 FMF 19,28 11,18 26,02 4,06 NEW 29,88 23,00 34,00 3,43 9 Edge Enhancement -3 FMF 19,31 9,06 25,02 4,29 NEW 28,71 23,00 34,00 3,82 10 Gamma Medium FMF 20,27 10,00 27,07 4,55 NEW 30,65 24,00 35,00 3,71 11 Pseudobarvení FMF 19,19 9,00 27,00 4,66 NEW 30,00 23,00 34,00 3,57 12 Transformační funkce FMF 19,93 11,00 26,02 4,30 Post Curv 6 NEW 29,59 23,00 34,00 3,64 13 Filtrace - SRF 3 FMF 18,67 5,00 26,00 5,22 NEW 30,41 25,00 37,00 3,92 14 Edge Enhancement 3 FMF 18,91 6,08 27,02 5,10 NEW 29,71 22,00 34,00 4,16 15 Originální snímek FMF 19,79 11,05 27,02 4,57 NEW 30,12 24,00 35,00 3,76 Rovněž byl nejprve proveden Lilieforsův test normality, který potvrdil normální rozložení testovaných souborů. Opět platí nulová hypotéza H 0 a alternativní hypotéza H 1 : H H 0 1 : : FMF FMF NEW NEW Pro získané výsledky bylo podle (E.4) vypočteno testovací kritérium t 4, 661. Pro 5 % hladinu významnosti a stupeň volnosti 14 je tabulková kritická hodnota t 0,975(14) 2, 145 [20]. Jelikož t > t 1- /2(v), lze zamítnout H 0. To znamená, že směrodatné odchylky pro jednotlivé snímky se statisticky významně liší. Z toho lze usuzovat, že nastavení přístroje má vliv na výsledek měření NT. Obrázek 6.4 ukazuje krabicový graf pro výsledné soubory t-testu, na kterém lze vidět, že pro jednotlivé snímky vychází naměřené hodnoty s nižšími 46

47 směrodatnými odchylkami při měření optimalizovanou metodikou. Závěrem lze tedy říct, že při měření pomocí optimalizované metodiky jsou rozdíly mezi výsledky nižší než při měření jednotlivými lékaři. Obrázek 6.4: Krabicový graf testovaných souborů Jak ukazuje Tabulka 6.1, na výsledky při měření lékaři měly největší vliv snímky 1, 4, 7, 13 a 14, u kterých se směrodatná odchylka pohybuje kolem 5 px. V těchto snímcích se mění nastavení vyhlazování hran, dynamického rozsahu a úroveň digitální filtrace. Pro tyto snímky je společné, že oblast nuchální tekutiny je značně zašuměna a přechod tmavé tekutiny a bílé linie je velmi neostrý. Naopak nejlepšího výsledku je dosaženo při měření snímku 5, u kterého je dosaženo dokonce nejlepšího výsledků ze všech měření bez ohledu na použitou metodiku. V tomto snímku byla provedena změna transformační funkce. Při tomto nastavení sonografu má snímek vysoký kontrast, nuchální tekutina a obklopující linie jsou dobře rozlišitelné a přechodové hrany jsou ostré. Navíc nuchální tekutina není téměř vůbec zašuměna, jeví se jako tmavá homogenní vrstva. Dalším možným faktorem, který ovlivnil výsledek testu, je rozdíl mezi způsobem měření jednotlivých lékařů. Někteří lékaři třeba mohou měřit trvale nižší nebo naopak trvale vyšší hodnoty. Tento faktor se v první části hodnocení neuplatnil, avšak při vzájemném porovnávání v rámci jednotlivých snímků se může projevit a způsobit tak statisticky významný rozdíl. Pro hodnocení tohoto vlivu byla pro názornost vypočítána průměrná hodnota NT ze všech lékařských měření. Průměrná hodnota šířky NT podle FMF metodiky je rovna 19,40 px. Od této hodnoty poté byla odečtena průměrná hodnota měření pro každého lékaře. 47

48 Tabulka 6.4 : Rozdíl měření mezi jednotlivými lékaři Průměr [px] Rozdílová hodnota [px] Lékař 1 18,98-0,42 Lékař 2 20,74 1,34 Lékař 3 22,72 3,32 Lékař 4 9,91-9,49 Lékař 5 17,10-2,30 Lékař 6 17,96-1,44 Lékař 7 18,04-1,36 Lékař 8 21,95 2,55 Lékař 9 21,90 2,50 Lékař 10 16,70-2,70 Lékař 11 14,52-4,88 Lékař 12 20,10 0,70 Lékař 13 15,15-4,25 Lékař 14 26,08 6,68 Lékař 15 21,85 2,45 Lékař 16 25,21 5,81 Lékař 17 20,94 1,54 Tabulka 6.4 zobrazuje, jak moc se průměrné hodnoty jednotlivých lékařů liší. Lze vidět, že nejmenší hodnoty trvale měřil lékař 4, a to v průměru o 9,91 px, naproti tomu lékař 14 měřil trvale nejvyšší hodnoty a lišil se v průměru o 6,68 px. Ze získaných výsledků tedy plyne, že při globálním porovnávání v rámci všech měření u všech lékařů dosahuje lepších výsledků optimalizovaná metodika. Důvodem je, že zatímco lékař může umístit kaliper na kterýkoliv pixel v daném obrázku, optimalizovaná metodika klade kalipery jen do omezeného intervalu hodnot, jelikož z návrhu této metodiky plyne, že existuje pouze jeden vhodný bod pro umístění v každém profilu NT (viz Obrázek 6.1). Navrhovaná metodika tedy není zcela chybná, avšak je třeba ji doplnit o další doporučení, a to zejména takové, které by umožňovalo zajistit, přesné definování nejširšího místa NT. Toto doporučení bude v praxi těžce realizovatelné, jelikož pouhým okem toto místo nelze přesně určit. Proto by se jevilo jako vhodné automatické měření šířky nuchální translucence, kdy by bylo programově hledáno nejširší místo NT, a v tomto místě by pak byly automaticky umístěny kalipery a změřena šířka NT. Tato metodika by mohla zaručit, že výsledky nebudou tolik ovlivněny nastavením přístroje a také se neuplatní ani subjektivní hodnocení lékaře. V případě zavedení optimalizované metodiky do praxe by bylo třeba provést adjustaci fyziologických hodnot, jelikož výsledky získané při použití této metodiky jsou trvale zvýšené. 48

49 Závěr Tato práce se věnuje problematice metod prvotrimestrálního screeningu. V teoretické části je popsán algoritmus prvotrimestrálního screeningu a základní ultrazvukové markery aneuploidie včetně jejich metodiky měření. Hlavím úkolem práce bylo kritické zhodnocení současně používané metodiky pro měření NT. Nedostatky současné metodiky popsané v kapitole 1.3 jsou vysvětleny na změnách v profilu NT. Profilem NT je příčný řez nuchální krajinou, který zobrazuje hodnotu stupně šedi pixelu v závislosti na pozici daného pixelu v obrázku. Protože kalipery umístěné podle současných doporučení by měly splývat se světlou linií ohraničující černou nuchální tekutinu, je důležitá přítomnost a velká strmost hran v profilu NT, které představují rychlé přechody stupňů šedi v obrazu. Kalipery, umístěné do obrázku podle správného doporučení, se promítnou do profilu NT tak, že budou ležet v horní polovině jeho sestupné a vzestupné části. Průběh profilu NT výrazně ovlivňuje kvalita a nastavení ultrazvukového přístroje. Profil NT získaný na přístroji vyšší třídy má hladší průběh, a proto je obtížnější umístit kalipery přesně podle doporučení současné metodiky, což zavádí do měření chyby. Naopak u profilu NT pocházejícího z přístrojů nižší třídy jsou přítomné hrany či skoky, které umožňují lepší rozlišení přechodů, avšak ani to nezaručuje, že kalipery budou vždy kladeny správně. V další kapitole této práce byl hodnocen vliv jednotlivých parametrů, které lze nastavit na ultrazvukovém přístroji, na změny v profilu NT. Pro jeho posouzení byly na ultrazvukovém fantomu simulujícím NT získány snímky, ze kterých byl vykreslen profil NT. Byl změřen vliv devíti základních parametrů, které by mohly mít vliv na profil NT. Z výsledků, uvedených v kapitole 3, lze usoudit, že určitý vliv na profil NT má změna jakéhokoliv z proměřených parametrů. Rozdíly v profilech NT při různém nastavení přístroje jsou posuzovány na základě změny strmosti sestupné a vzestupné části profilu NT, změny šířky oblasti představující nuchální tekutinu a změny jasové hodnoty pixelu. Lze tedy říct, že pro vzájemné porovnávání jednotlivých výsledků měření NT je třeba stanovit pevné nastavení všech daných parametrů, anebo vytvořit novou metodiku, která nebude záviset na nastavení přístrojů, a tudíž chyba vzniklá při měření NT nebude tak vysoká. Vytvoření takové metodiky by mohlo zvýšit senzitivitu prvotrimestrálního testu na chromozomální vady. Na základě výsledků získaných v kapitole 3 byl dále proveden návrh optimalizace stávající metodiky. Hlavním úkolem bylo nalézt takové pozice v profilu NT, které se výrazně nemění vlivem změny nastavení jednotlivých parametrů. Zatímco strmost hran, a tedy místa pro umístění kaliperů podle FMF, se mění vlivem změny nastavení sonografu, maxima těchto profilů zůstávají stále na stejných pozicích a mění se v důsledku změny nastavení parametrů jen minimálně, proto se jeví jako vhodné pozice pro kladení kaliperů. Pro prokázání platnosti této dedukce byl vytvořen program, jehož úkolem bylo simulovat lékařské vyšetření tak, aby 49

50 byla dodržena základní doporučení FMF. Jednalo se zejména o tato doporučení: Vyšetřující by měl umístit kalipery na vnitřní okraj horizontálních linií vymezujících tloušťku NT tak, aby příčka měřítka byla jen obtížně viditelná, tj. musí splývat s bílou čárou okraje hran a ne s oblastí nuchální tekutiny. Toho bylo docíleno tak, že byl hledán největší přechod stupňů šedi v profilu NT pro sestupnou a vzestupnou část. Daná místa byla označena jako vhodné pozice pro kladení kaliperů. Hodnota pixelu na označené pozici byla porovnávána s empiricky určeným prahem, což má zajistit, aby kaliper ležel ve světlé oblasti. V případě, že hodnota práh nepřekročila, byla hledána nová pozice a práh se snižoval. Poté byly umístěny kalipery podle nové metodiky do maxim profilu NT. Dosažené výsledky byly porovnány a bylo zjištěno, že pro optimalizovanou metodiku byla směrodatná odchylka měření výrazně nižší než směrodatná odchylka měření podle stávající metodiky. Hlavním zlepšením je fakt, že nová metodika stanovuje konkrétní bod v profilu NT pro kladení kaliperu, zatímco stávající metodika umožňuje kladení kaliperu do intervalu pozic. Pro další hodnocení nové metodiky byla provedena klinická studie, do které se zapojilo celkem 17 proškolených lékařů. Na 15 snímcích téhož plodu, ale s různým nastavením sonografu, byla nejprve změřena šířka NT lékařem podle stávající metodiky, poté v místě, které lékař zvolil jako nejširší, byla automaticky změřena šířka NT dle optimalizované metodiky. Jelikož naměřené hodnoty šířky NT při měření rozdílnými metodami si nejsou rovné, byly pro hodnocení obou metodik použity směrodatné odchylky. Ty byly vypočteny pro jednotlivé lékaře a jednotlivé metodiky. Získané soubory byly otestovány párovým t-testem. Testovalo se, zda optimalizace metodiky má vliv na snížení směrodatné odchylky měření. Výsledky t-testu neprokázaly statisticky významný rozdíl mezi směrodatnými odchylkami, a proto se na první pohled jeví, že návrh optimalizace metodiky je na reálných datech neúčinný. Avšak po detailnějším prozkoumání naměřených dat bylo zjištěno, že lékaři kladli kalipery do různých pozic podél vodorovné osy nuchální translucence. Předpokladem návrhu studie bylo, že kalipery budou stále kladeny přibližně do stejných pozic ve vodorovném směru a bude se testovat pouze vliv změny parametru na šířku nuchální translucence. Do testování tedy vstoupil nepředpokládaný vliv, který výrazně ovlivnil výsledek. Z toho plyne, že nově navržená metodika nemusí být nutně nepřesná, avšak navržená studie, která nepředpokládala vliv vodorovné polohy umístění kaliperů, byla chybná a způsobila vysoké odchylky. V další části byl hodnocen vliv jednotlivých snímků na výsledek šířky NT. Byly vypočteny směrodatné odchylky, tentokrát z hodnot naměřených jednotlivými lékaři v rámci daného snímku. Opět byl proveden párový t-test, který zjišťoval, zda změna nastavení sonografu má vliv na výsledek měření. Výsledek testu prokázal statisticky významný rozdíl mezi směrodatnými odchylkami pro různé metodiky. Po vykreslení testovaných dat bylo zjevné, že optimalizovaná metodika vykazuje trvale nižší směrodatné odchylky. Největší vliv na měření lékařů mělo různé nastavení úrovně digitální filtrace, vyhlazování hran a změna 50

51 nastavení parametru dynamický rozsah. Naopak nejlepších výsledků bylo dosaženo na snímku s vysokým kontrastem, kterého bylo dosaženo při vhodně zvolené transformační křivce. Dalším možným faktorem, který ovlivnil výsledek testu, je rozdíl mezi způsobem měření jednotlivých lékařů. Někteří lékaři třeba mohou měřit trvale nižší, nebo naopak trvale vyšší hodnoty. Tento faktor se v první části hodnocení neuplatnil, avšak při vzájemném porovnávání v rámci jednotlivých snímků se mohl projevit, a způsobit tak statisticky významný rozdíl. Závěrem lze tedy říct, že při celkovém porovnávání výsledků mezi lékaři dosahuje lepších výsledků optimalizovaná metodika, jelikož se neuplatňuje subjektivní hodnocení lékařem a zároveň vliv nastavení ultrazvukového přístroje je nižší. Navrhovanou metodiku by bylo vhodné doplnit o další doporučení, a to zejména takové, které by umožňovalo zajistit přesné definování nejširšího místa NT. V praxi bude toto doporučení jen obtížně realizovatelné, jelikož pouhým okem toto místo nelze přesně určit. Potenciálně vhodnější se proto jeví automatické měření šířky nuchální translucence. Návrh optimalizace, který je proveden v této práci, je základním krokem ke zlepšení účinnosti tohoto měření. Je třeba metodiku dále testovat a zároveň popsat všechny vlivy, které se při měření NT uplatňují a podílejí se na nejistotě získaných výsledků. Cílem práce je upozornit na možná úskalí stávající metodiky, vhodně je popsat, zdůvodnit potřebu metodiky nové a provést návrh takové metodiky. Práce je určena hlavně lékařům, kteří tak mohou získat celkový přehled o podstatě měření šířky nuchální translucence, kterou využívají v každodenní klinické praxi. 51

52 Použitá literatura [1] DRASTICH, Aleš. Zobrazovací systémy v lékařství. Brno: Ediční středisko VUT, s. ISBN [2] BŘEŠŤÁK, M. SCREENING V I. TRIMESTRU. Moderní babictví. 2007, 13, s Dostupný také z WWW: < >. [3] CALDA, Pavel; BŘEŠŤÁK, Miroslav; FISCHEROVÁ, Daniela a kol. Ultrazvuková diagnostika v těhotenství a gynekologii. 2., kompletně přeprac. a rozš. vyd. Praha: Aprofema, 2010, 496 s. ISBN [4] FETMED [online] [cit ] týden těhotenství - OSCAR (one stop clinic). Dostupné z WWW: < >. [5] Genetika [online] [cit ]. Chromosomové aberace. Dostupné z WWW: < >. [6] ŠÍPEK, Antonín, et al. Vrozené vady: Informační portál o vrozených vadách a jejich výskytu v ČR [online] [cit ]. Downův syndrom. Dostupné z WWW: < >. ICBN , [7] NICOLAIDES, K. UZ screening v gestačním týdnu. 1. české vydání Editor Ishraq Dhaifalah. Olomouc: Univerzita Palackého, 2004, 117 s. ISBN [8] Ipsen [online] [cit ]. Turnerův syndrom. Dostupné z WWW: < >. [9] MATEJKOVÁ, M. Posouzení nejistoty ultrazvukového měření nuchální translucence. Brno: Vysoké učení technické v Brně, Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií, s. Vedoucí bakalářské práce RNDr. Jiří Jarkovský, Ph.D., odborný konzultant Ing. Jan Mikulec, Ph.D. [10] Fetal Medicine Foundation [online] [cit ]. Nuchal translucency. Dostupné z WWW: < >. Na podstránkách se nachází jednotlivé definice k ultrazvukovým markerům. [11] Zdn [online] [cit ]. Intrauterinní růstová retardace v klinické praxi. Dostupné z WWW: < 52

53 [12] SNIJDERS, R. J.; NOBLE, P; SEBIRE, N.; SOUKA, A.; NICOLAIDES, K. H. Umulticentre project on assessment of risk of trisomy 21 by maternal agand fetal nuchal translucency thickness at weeks of gestation Lancet. 1998; 351: [13] Borrell, A; Martinez, JM; Seres, A; Borobio, V; Cararach, V; Fortuny, A. Ductus venosus assessment at the time of nuchal translucencymeasurement in the detection of fetal aneuploidy. Prenat Diagn 2003;23: [14] LOUCKÝ J. Význam nejistoty měření při antenatálním screeningu Downova syndromu.actual Gyn. 2010;2:5-9. [15] SZPYRC, B. Automatizované měření ultrazvukových markerů vrozených vývojových vad plodu. Brno: Vysoké učení technické v Brně, Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií, s. Vedoucí diplomové práce prof. Ing. Ivo Provazník, Ph.D., odborný konzultant Ing. Jan Mikulec, Ph.D. [16] HRAZDIRA, Ivo; MORNSTEIN, Vojtěch. Lékařská biofyzika a přístrojová technika. Brno: Neptun, 2006, 396 s. ISBN [17] JAN, Jiří. Číslicová filtrace, analýza a restaurace signálů. 2. upravené a rozšířené vydání. Brno, Antonínská 1 : VUTIUM, s. ISBN [18] Samsung Medison [online]. [cit ]. Full Spectrum Imaging. Dostupné z WWW:< [19] Zdravcentra [online] [cit ]. Fyzikální principy echokardiografie. Dostupné z WWW: < _01.pdf>. [20] BEDÁŇOVÁ, Iveta; VEČEREK, Vladimír. Základy statistiky pro studující veterinární medicíny a farmacie. Vyd. 1. Brno: Veterinární a farmaceutická univerzita Brno, 2007, 130 s. ISBN [21] PAVLÍK, Tomáš; DUŠEK, Ladislav. Biostatistika. Brno: AKADEMICKÉ NAKLADATELSTVÍ CERM,s.r.o., ISBN [22] MathWorks - MATLAB and Simulink for Technical Computing [online] [cit ]. Liliefors test - Matlab. Dostupné z WWW: < 53

54 Seznam použitých zkratek AFP CRL DS DV ES FA FMF hcg NB NT PAPP-A TS TVC ue3 UV Alfafetoprotein Temeno-kostrční délka Downův syndrom Ductus venosus Edwardsův syndrom Obličejový úhel Nadace fetální medicíny Choriový gonadotropin Nosní kost Nuchální translucence Plazmatický protein Turnerův syndrom Trikuspidální chlopeň Nekonjugovaný estriol Pupečníková žíla Seznam příloh Příloha A Příloha B Příloha C Příloha D Příloha E Příloha F Obsah přiloženého CD Fotografie měřící aparatury Snímek se základním nastavením měřený na ultrazvukovém fantomu Základní snímek pro klinickou studii Popis použitých statistických metod Podrobnější výsledky statistického zpracování dat 54

55 A Obsah přiloženého CD Dana_Kolarova_BP.pdf text bakalářské práce Kapitola 3 FOTO_MĚŘÍCÍ APARATURA fotografie měřící aparatury OBRAZKY_FANTOM snímky pocházející z měření na ultrazvukovém fantomu NTs.m skript vytvořený v MATLABU, který slouží k umísťování kaliperů do profilů NT vytvořených ze získaných snímků Kapitola 5 NT_snímky snímky použité pro klinickou studii data.pdf naměřená data Kapitola 6 Výsledky.xlsx podrobnější statistické výsledky z kapitoly 6 55

56 B Fotografie měřící aparatury Ultrazvukový tomograf (Medison Sonoace R7 - Střední třída, 64 HW kanálů) se sondou (Konvexní 2-8 MHz) a fantom (ATS 539). 56

57 C Snímek se základním nastavením měřený na ultrazvukovém fantomu Základní nastavení: Gain 40, Dynamický rozsah 110, Harmonické zobrazení OFF, Power 90, Frekvence sondy RES, Reject Level 10, Full Spectrum Imaging 1, Gray map 4, Počet fokusací 1 57

58 D Základní snímek pro klinickou studii 58

59 E Popis použitých statistických metod V této příloze se nacházíí popis základních statistických metod, které byly použity pro hodnocení výsledků. Zpracování je uvedeno v kapitole 6. Variabilita dat Směrodatná odchylka, je vypočítána jako [21]: 1 n s, (E.1) n 1 i 1 2 x i x kde x je hodnota daného měření, n je počet hodnot a x je průměr všech naměřených hodnot od jednoho lékaře měřených stejnou metodikou a je vypočítán jako: n j x j x 1. (E.2) n Test normality Test normality je základním výchozím bodem pro testování hypotéz parametrickými testy. Slouží k ověření předpokladu, že statistický soubor má normální rozdělení. Pro testování normality dat byl využit Lilieforsův test. Lilieforsův test je modifikací Kolmogorov-Smirnova testu. Je založen na výpočtu maxima rozdílu empirické a teoretické distribuční funkce a jeho následném porovnání s kritickou hodnotou. Testovací kritérium je vypočteno jako [22]: t max SCDF( x) CDF( x), (E.3) x kde SCDF je empirická kumulativní distribuční funkce, která je odvozena z výběrového souboru, a CDF je kumulativní distribuční funkce normálního rozdělení. Slouží k testování hypotézy, u které nejsou přesně specifikovány parametry ověřované distribuční funkce. Tyto parametry jsou před provedením testu odhadnuty přímo z dat pomocí výběrového průměru. Testuje se hypotéza H 0, která říká, že daný náhodný soubor má normální rozložení, proti alternativní hypotéze H 1, která tvrdí, že daný náhodný statistický soubor nemá normální rozdělení. Při testování byl použit oboustranný test s hladinou významnosti 5%. Realizace testu byla provedena v MATLABU, kde k provedení testu slouží příkaz lillietest (je součástí statistického toolboxu). Vstupem je vektor testovaných dat [22]. Párový t-test Párový t-test patří mezi parametrické testy a provádí se u párových pokusů měření, přičemž první skupina dat bývá kontrolní a druhá skupina je měřena po určitém zásahu. Hodnotí se, zda příslušný zásah má vliv na změnu střední hodnoty měřené veličiny. 59

60 Výchozím bodem testu je rozdíl naměřených párových hodnot u srovnávaných variačních řad. Poté je vypočteno testovací kritérium [20], [21]: d t, (E.4) s kde d je průměrná hodnota rozdílů párových hodnot, s d je směrodatná odchylka a n je počet párů. Podmínkou provedení testu je normalita dat. Vypočtené testovací kritérium porovnáme s tabulkovou kritickou hodnotou t1 / 2( v), přičemž v je stupeň volnosti a vypočítá se jako [20]: d n v n 1. (E.5) Testuje se nulová hypotéza H 0,která říká, že průměrné hodnoty významně neliší, alternativní hypotéza H 1 říká, že se statisticky významně liší: H H 0 1 : : Pokud t t 1 / 2( v ), je mezi středními hodnotami testovaných souborů statisticky nevýznamný rozdíl a H 0 nelze zamítnout. V případě že t t 1 / 2( v ), je mezi testovanými parametry významný rozdíl na hladině významnosti. Lze zamítnout hypotézu H 0 a přijímá se hypotéza H 1 [20]. Korelace popis závislosti Jako nejjednodušší metoda pro určení, zda na sobě dvě variační řady závislé, je metoda bodového grafu, ze kterého také můžeme odhadnout typ závislosti. Pokud je závislost lineární, lze vztah mezi oběma variačními řadami popsat pomocí Pearsonova korelačního koeficientu, který je vypočítán jako [21]: kde r n x j x y j y j 1 2 n x x y y 2 j j x, y jsou náhodné veličiny a x, y jsou jejich výběrové průměry. j 1 Pearsonův koeficient leží v intervalu 1, 1 silnější je mezi veličinami vztah [21]., (E.6), čím větší je absolutní hodnota výsledku tím 60

61 Testování hypotézy o nulové korelaci Slouží pro otestování významnosti korelace. Testuje se nulová hypotéza H 0, která říká, že korelace dvou náhodných veličin je nulová, oproti alternativní hypotéze H 1, která říká, že korelace dvou náhodných veličin není nulová. Testovací kritérium je vypočteno jako [21]: v t r, (E.7) 2 1 r kde r je korelační koeficient, n počet případů a v stupeň volnosti, který je vyjádřen jako [21]: v n 2. (E.8) Vypočtené testovací kritérium je porovnáváno s tabulkovou hodnotou. Pokud t t 1 / 2( v ), nelze zamítnout H 0. V případě, že t t 1 / 2( v ), existuje mezi náhodnými veličinami závislost na hladině významnosti. Lze zamítnout hypotézu H 0 a přijímá se hypotéza H 1 [21]. P-hodnota P-hodnota lze využít namísto porovnávání testovacího kritéria s tabulkovými kritickými hodnotami pro rozhodování o platnosti či neplatnosti H 0. Lze ji definovat jako nejnižší hladinu významnosti, při které je zamítána nulová hypotéza. Pro rozhodnutí platnosti H 0 je p-hodnota porovnávána se zvolenou. Pokud p - hodnota alternativní hypotéza H 1. Výslednou p-hodnotu lze vyjádřit následovně [21]: <, je zamítnuta H 0 a přijímá se p 2 (1 P( Z z)), (E.9) kde z označuje pozorovanou hodnotu testové statistiky a P(Z < z) je hodnota distribuční funkce standardizovaného normálního rozložení v bodě z [21]. 61

62 F Podrobnější výsledky statistického zpracování dat Tato příloha obsahuje podrobnější výsledky statistického zpracování naměřených dat. Slovní komentáře k získaným výsledkům jsou uvedeny v kapitole 6. Lilieforsův test normality Lékaři Tabulka F.1: Testované soubory Snímky Soubor č.1 Soubor č.2 Soubor č.3 Soubor č.4 Č. Sm. odchylka FMF Sm. odchylka NEW Č. Sm. odchylka FMF Sm. odchylka NEW 1 1,18 1,16 1 5,12 4,39 2 1,10 1,97 2 3,64 3,00 3 1,39 0,83 3 3,93 3,41 4 2,65 2,12 4 4,47 3,92 5 1,80 2,89 5 2,89 3,67 6 2,82 2,88 6 3,82 3,98 7 1,69 2,22 7 5,21 4,14 8 1,34 2,90 8 4,06 3,43 9 1,53 2,64 9 4,29 3, ,87 2, ,55 3, ,45 1, ,66 3, ,90 1, ,30 3, ,30 0, ,22 3, ,70 1, ,10 4, ,86 0, ,57 3, ,42 0, ,75 2,99 p - hodnota 0,2281 0,1091 0,5* 0,5* Hypotéza H 0 H 0 H 0 H 0 * V případě, že je skutečná p-hodnota je větší než 0,5, zobrazil se výsledek 0,5. H 0 : Testovaný soubor má normální rozdělení dat H 1 : Testovaný soubor nemá normální rozdělení dat 62

63 Obrázek F.1: Histogramy testovaných souborů Hodnocení vlivu lékařů párový t-test směrodatných odchylek Tabulka F.2: Testovaná data Sm. Odchylka FMF Sm. odchylka NEW Lékař 1 1,18 1,16 Lékař 2 1,10 1,97 Lékař 3 1,39 0,83 Lékař 4 2,65 2,12 Lékař 5 1,80 2,89 Lékař 6 2,82 2,88 Lékař 7 1,69 2,22 Lékař 8 1,34 2,90 Lékař 9 1,53 2,64 Lékař 10 1,87 2,13 Lékař 11 2,45 1,39 Lékař 12 2,90 1,21 Lékař 13 2,30 0,99 Lékař 14 0,70 1,39 Lékař 15 1,86 0,96 Lékař 16 1,42 0,83 Lékař 17 1,75 2,99 63