عنوان :

مقاله اولتراسوند سه بعدی

تعداد صفحات : ۱۳۸

نوع فایل : ورد و قابل ویرایش

چکیده

هدف  در تصویر برداری ۳D مشاهده ساختار آناتومی به صورت واقعی می باشد. که این امر توسط سیستم های تصویر برداری ۲D، نظیر X-ray   ,CT,     MR و . . . امکان پذیر نبوده است. در این مقاله سعی شده است که به معرفی معرفی اولتراسوند ۳D و محدویت های ۲ – D UltraSound ، تکنیک های دریافت و اسکن تصاویر ، بازسازی تصویر ۳D ، کاربردهای ۳-D  UltraSound، تحقق سیستم اولتراسوند ۳D ،بهبود تصاویر اولتراسوند ۳D ، مشاهده زمان واقعی اولتراسوند ۳D توسط کامپیوتر، وسپس کاربرد اولتراسوند ۳D در پزشکی از راه دور  و در نهایت آینده سیستم اولتراسوند ۳D می پردازد.

مشخصات سیستم دریافت تصویر اولتراسوند ۳-D در تخمین کیفیت تصویرنهایی بسیار حائز اهمیت می باشد.با این همه تکنیک اجرای انتخاب شده نقش مهم و با گذشت زمان نقش اصلی را در تخمین اطلاعات فرستاده شده به اپراتور در صفحه نمایش تصویر اولتراسوند۳-D را ایفا می نماید.تکنیک های متفاوتی برای نمایش تصویر ۳-D وجود داد که به سه گروه زیر دسته بندی می شوند :

دید بر پایه سطح، Multi –Plannar و بر پایه حجم می باشند.

عموماً انتخاب بهینه تکنیک اجرا با توجه به کاربردهای کلینیکی مشخص زده می شود.

اگر چه تصویرگیری اولتراسوند۳-Dبیش از یک دهه است که مورد تحقیق واقع شده است،در حال حاضر به طور جدی مورد بررسی می باشد و به  عنوان تصویرگیری در  کاربرد پزشکی روزمره مورد آزمایش است.پیشرفت هایی در الگوریتم های بازسازی،تکنیک های نمایش و کامپیوتر جهت افزایش منافع پزشکی مورد نظر می باشند.

مطالعات اخیر نشان داده است که به کارگیری اولتراسوند۳-D در ارزیابی دقیق حجم ها و نمایش اطلاعات در یک روندی که قبل از آن با تکنیک های مرسوم ممکن نبوده است،مؤثر می باشد.مزیت دیگر آن زمان آزمایش کمتر بیمار است.

در سونوگرافی مرسوم،آزمایش کننده به طور تکراری همان حجم از بافت را برای ساخت تصویر ذهنی از ساختار ۳-D مورد آزمایش قرار می دهد.با اولتراسوند ۳-D، یک اسکن تنها از پروب اولتراسوند برای بازسازی کل حجم کافی است،که بعد از آن می تواند بطور مکرر در صورت عدم حضور بیمار مورد آزمایش واقع شود.بنابراین،زمان آزمایش بیمار کاهش می یابد و پزشک حجم را با کامپیوتر در یک روند مناسب بازبینی می کند.

واژه های کلیدی: اولتراسوند ۳D ، تکنیک های دریافت و اسکن تصاویر ، بازسازی تصویر ۳D ، کاربردها، تحقق سیستم ،بهبود تصاویر ، مشاهده زمان واقعی اولتراسوند ۳D توسط کامپیوتر، کاربرد در پزشکی از راه دور 

فهرست مطالب

چکیده-        ۵
مقدمه-        ۶
فصل اول – معرفی اولتراسوند ۳D و محدویت های ۲ – D UltraSound        ۷
فصل دوم- تکنیک های دریافت و اسکن        ۱۱
۱-۲- دریافت دستی         ۱۲
۲-۲- موقعیت یاب آکوستیک        ۱۳
۳-۲- موقعیت یاب بازوی مفصل دار        ۱۴
۴-۲- سنسور میدان مغناطیسی        ۱۴
۵-۲- موقعیت یاب های مکانیکی        ۱۵
۱-۵-۲- اسکن خطی        ۱۷
۲-۵-۲- اسکنFan        ۱۸
۳-۵-۲- اسکن چرخشی        ۱۹
فصل سوم- بازسازی تصویر ۳-D        ۲۱
۱-۳- آرایه های دو بعدی        ۲۳
۲-۳- تکنیک دید برپایه سطح        ۲۵
۳-۳- دید چند صفحه ای         ۲۶
۴-۳- تکنیک بر پایه‌حجم        ۲۹
فصل چهارم – کاربردهای ۳-D  UltraSound         ۳۱
۱-۴- تصویر برداری عروق        ۳۲
۲-۴- بافت های نرم        ۳۹
۳-۴- کاردیولوژی        ۴۱
۴-۴- ارزیابی حجم ران نوزاد نرمال        ۴۲
۵-۴- خلاصه ای از مزایای کلینیکی اسکن اولتراسوند۳D و ۴D         ۴۳
فصل پنجم –  تحقق سیستم اولتراسوند ۳D         ۵۰
۱-۵- آنژیوگرام اولتراسوند ۳D از تصاویر نقش شده جریان رنگی        ۵۱
۲-۵- ساخت تصویر اولتراسوند ۳D از سرخرگ کاروتید.        ۵۸
۳-۵- تولید کامپیوتری تصاویر اولتراسوند ۳D  از سرخرگ کاروتید         ۶۰
فصل ششم- بهبود تصویر ۳-D  UltraSound        ۷۲
۱-۶- پنجره دی کانوولوشن ۳-D        ۷۳
۲-۶- دی کانوولوشن در راستای ارتفاع         ۸۵
۳-۶- آنالیز اعوجاج هندسی و واریانس آماری در  طول،سطح و حجم تصویر اولتراسوند
اسکن شده خطی ۳-D        ۱۰۱
فصل هفتم – مشاهده realtime داده اولتراسونیک ۳D   توسط یک pc استاندارد  ۱۰۳
فصل هشتم – معرفی  سیستم MUSTPAC در پزشکی از راه دور ۳-D  UltraSound         ۱۱۶
فصل نهم- آینده ۳-D UltraSound        ۱۳۰
نتیجه گیری         ۱۳۲
فهرست مراجع         ۱۳۶

فهرست مراجع :

[۱] Aaron  Fenster and Donal B.Downey: “۳-D Ultrasound Imaging:A Review”. IEEE Engineerig in Medicine and Biology,1996.

[۲] Svetoslav Ivanov Nikolov,Jvan Pablo Gomez Gonzalez,Jqrgen Arendt jensen . “Real Time 3D Visvalization of ultrasouics Data Using a Standard PC.”.WWW.Sciencedirect.Com.Elsevier,ultraSonics 41(2003) 421-426.

[۳] TorFinn Taxt,Member,IEEE.Department of physiology university of Bergen,5009 Bergen,Norway.”Three-Dimensional Blind Deconvolution of Ultrasound Images” IEEE Trans. Ultrason., Ferroelect., Freq.,Contr.,Vol 48,No.4, pp.867-871, july 2001.

[۴] Aaron Fenster,Donald Lee,and Donal Downeg.”۳-D Vascular Ultrasound Imaging”..IEEE Instrumentation and Measurment, Technology Conference,pp.559-561,1998.

[۵] Richard j.Littlesfield. “MUSTPAC 3-D Ultrasond Telemedicine / Telepresence System”.IEEE Ultrasonics Symposium.,1998.

[۶]C.CHANG,C.Yu,F.CHANG,H-Ko,H.CHEN.”Three-Dimensional Ultrasoundin the Asseassment of Normal Fetal Thigh Volvme”. Elsevier,Ultrasoundin Med.and Bio,Vol.29,No.3,pp.361-366,2003.

[۷] J.Goddard, N.Yoshikawa, T.Sate, M.Kataguchi, I.Sato, Y.Dkamoto.
“۳-D Ultrasound Angiograms from color Flow Mapping Images”. Annual International Conference of the IEEE Engineering in Med.and Bio.Society.Vol.13,No.1,1991.

[۸] Robert H.Selzer,Paul L.Lee,June Y.Lai,Howard Jfrieden,D,Blankenhorn. “Comuter-Generated 3D UltrasoundImages of the Carotid Artery”.IEEE,1989.

مقدمه

در ۱۰۰ سال گذشته تصویر برداری X- ray راهی برای مشاهده بدن انسان بوده است که توسط آن  سایه ای دو بعدی  از ساختارهای سه بعدی تولید و روی آشکار ساز دو بعدی مثل فیلم ثبت می گردید.در این روش تمام اطلاعات سه بعدی از بین می رفتند.در ۷۰ سال اول کشف X-ray تمام تلاشها بر این بوده است که تکنیک های تصویر برداری توسعه یابد و اطلاعات سه بعدی درون بدن در تصویر ثبت شده حضور یابد.در ۱۹۷۰ ،CT تولید شد و انقلابی در تشخیص رادیولوژی ایجاد نمود برای اولین بار اطلاعات سه بعدی در تصاویر ثبت شده حاضر گشت،و به صورت سری اسلایدهایی با نقش هایی از بدن(یعنی تصاویر ۲-D ) در اختیار پزشکان قرار گرفت.بعلاوه،برای اولین بار در رادیولوژی کامپیوتر در پردازش و نمایش تصویر به صورت متمرکز استفاده شد.اطلاعات ۳-D کاربردهای زیادی در تشخیص رادیولوژی دارد.

تاریخچه تصویر برداری اولتراسوند به گذشته برمی گردد.با دنبال کردن کارReid,Wild در دهه ۱۹۵۰ از پیش گامان این رشته هستند کاربرد پزشکی اولتراسوند به آرامی پیشرفت یافت و از سیستم های A-Mode به سیستم هایی تبدیل شد که تصاویر مقطعی شده read-time را از جریان خون و آناتومی ایجاد می نمود.کیفیت تصاویر اولتراسوند جهت مدیریت بهتر تعداد زیاد بیماری ها و تشخیص بهبود یافت.اگر چه تصویربرداری اولتراسوند  به علت این که هنوز پتانسیل کامل آن درک نشده است، لطمه دیده است.

توسعه تصویربرداری اولتراسوند ۳-D راهی برای نشان دادن معایب تصویربرداری اولتراسوند مرسوم می باشد.روش هایی در توسعه اولتراسوند ۳-D مثل ۳-D  B-Mode، داپلر رنگی و سیستم های داپلر توان  حاصل شده است.

معرفی اولتراسوند ۳D ومحدودیت های اولتراسوند ۲D مرسوم

 یکی از معایب تصویربرداری اولتراسوند ۲-D وابستگی آن به تجربه و دانسته های تشخیص دهنده می باشد تا مبدل اولتراسوند را هدایت کند تا به طور ذهنی تصویر دوبعدی به سه بعدی تبدیل گرددو تشخیص یا اجرا را به یک روند تداخلی تبدیل نماید.این مشکل مقدمتاً نتیجه بکارگیری تکنیک تصویربرداری ۲-D  اولتراسوند که به صورت فضایی قابل انعطاف می باشد،برای مشاهده ساختار آناتومی می باشد.

پروسه های درمانی که توسط اولتراسوند هدایت می شوند دچار زیان خواهند شد،زیرا کمی کردن و مونیتو تغییرات کوچک در طول پروسه یا در طول یک دوره از زمان با محدودیت های ۲-D مرسوم محدود شده است.و این عمل و اتلاف وقت می باشد و کافی نیست و نیز ممکن است به تصمیم نادرست در خصوص تشخیص،مرحله بندی و در حین عمل جراحی گردد.بعلاوه قرار دادن صفحه  تصویر در اولتراسوند ۲-D نازک در روی ارگان و تولید دوباره محل تصویر ویژه در زمان دیگر مشکل می باشد.این امرتصاویر D -2 اولتراسوند را برای مطالعات پس از عمل جراحی۱ یک تصویربرداری ضعیف تلقی می کند. همچنین، آناتومی بیمار و مسیر هدف گاهی زاویه تصویر را محدود می کند و صفحه تصویر بهینه را برای تشخیص غیر قابل دسترس می سازد.

هدف تصویربرداری اولتراسوند ۳-D فائق آمدن بر این محدودیت ها می باشد تا آناتومی بصورت ۳-D جهت تشخیص مشاهده گردد و تغییر پذیری تکنیک های مرسوم را کاهش دهد.تصویربرداری اولتراسوند پزشکی به طور مقطعی می باشد بنابراین اطلاعات لازم برای مشاهده سه بعدی را فراهم می سازد.اگر چه،برخلاف تصویربرداری MR و CT،که تصاویر معمولاًدر یک نرخ آهسته از اسلایس های موازی پشت سرهم دریافت می شوند،اولتراسوند تصاویر مقطعی در یک نرخ بالا (۱۶-۱۰ تصویر در ثانیه)را باایجاد می کند و جایگذاری  تصاویر قابل انعطاف می باشد.زیرا لزوماًنیازی به دریافت صفحات بصورت پشت سرهم ندارد.علاوه بر مشکلات بی نظیری که فیزیک تصویربرداری اولتراسوند با‌آن روبرو می باشد(لکه۱، سایه۲، اعوجاج۳) نرخ بالای دریافت تصویر و انعطاف پذیری تکنیک مرسوم بر مشکلات غلبه کرده و همچنین باعث به گسترش اولتراسوند از تصاویر ۲-D به۳-D و۴-D شده است.

مقالاتی که ابزار پزشکی تصویربرداری اولتراسوند ۳-D را شرح می دهند در خصوص بکارگیری آن در رادیولوژی و echocardiology به چاپ رسیده است.این مقالات نشان می دهند که سیستم های بسیاری جهت تولید تصاویر ۳-D اولتراسوند ایجاد شده اند که به سادگی توسط ۲ بلوک نشان داده شده در شکل ۱ قابل شرح هستند.[۱] بلوک ابتدایی مربوط به تکنیک دریافت های متعددی می شود که به کار گرفته شده اند.بلوک دوم مربوط به ثبت تصاویر اولتراسوند قبل از بازسازی می باشد.بلوک سوم بازسازی تصاویر  ۳-D از تصاویر ۲-D ثبت شده است.بلوک انتهایی تکنیک مشاهده برای نمایش تصویر ۳-D را مهیا می سازد.تمام بلوک ها در فصول بعدی توصیف می گردند.

تکنیک های دریافت و اسکن

انعطاف پذیری هندسه دریافت تصویر،اولین جزء سیستم در شکل ۱ را به دو علت حیاتی می سازد.ابتدا،از آنجائیکه سری تصاویری که برای تصویر گیری۳-D مورد نیاز است می تواند در جهات متفاوت گرفته شود،موقعیت نسبی و زاویه آنها باید به درستی شناخته شده باشند تا اعوجاج هندسی رخ ندهد.ثانیاً ،برای جلوگیری از آرتیفکت و اعوجاج مربوط به تنفس،قلب و حرکات غیر اختیاری دریافت تصویر باید به سرعت اجرا گردد یا بطور مناسبی دریافت گردد.سه راه حل پیشنهاد شده  است:

دریافت دستی[۱]، موقعیت گذار۲های مکانیکی و پروب های ۳-D.

۱-۲-دریافت Free – hand:

در دریافت Free-hand،اپراتور یک پروب ترکیبی مجتمع را نگه می دارد و در یک روندمعمول روی آناتومی ای که باید دیده شود، هدایت می نماید.تصاویر با موقعیت ها و زاویه های انتخابی که تحت کنترل اپراتور می باشد،دریافت می شوند.این تکنیک        مزیت  های ویژه ای را ارائه می دهد زیرا اپراتور می تواند دید  و نیز موقعیت بهینه را  انتخاب کند .همچنین سطوح پیچیده بیمار را مطابقت می دهد. این مزیت بی نظیر محدودیت جدی ای روی سیستم ۳-D اعمال می نماید.

برای بازسازی هندسه صحیح ۳-D،زاویه و موقعیت نسبی دقیق پروب اولتراسوند باید برای هر تصویر دریافت شده مشخص باشد.بعلاوه اپراتور باید مطمئن باشد که در طول اسکن آناتومی تحت مشاهده هیچ فاصله ای باقی نماند.سه روش اساسی برای این مشکل ردیابی توسعه یافته است:

موقعیت یاب[۲] های اکوستیک،بازوی مفصل بندی شده و الکترو مغناطیسی،همانطور که در شکل ۲ نشان داده شده است.

۲-۲- موقعیت یاب اکوستیک:

معمولترین روش دریافت تصاویر Free-hand ,3-D بر پایه دامنه اکوستیک می باشد همانطور که در شکل a2 نشان داده شده است.زاویه و موقعیت ترانسدیوسر با نصب سه وسیله انتشار صوت (برای مثال، شکاف جرقه زن۲) موقعیت های ثابت نسبت به هم روی مبدل بدست می آید.یک آرایه از میکروفون ها معمولاً بالای بیمار نصب می گردند.برای بدست آوردن اطلاعات لازم برای بازسازی تصویر ۳-D،اپراتور مبدل را آزادانه روی بیمار، در حالیکه وسایل انتشار صوت فعال می باشند حرکت می دهد.با دانستن اطلاعات سرعت صوت در هوا،موقعیت های میکروفون ها و اندازه زمان پرواز۳ پالسهای صوتی،موقعیت و زاویه مبدل به طور دائم می تواند مونیتور گردد.بطور واضح،برای بدست آوردن داده های مناسب،میکروفون ها باید در یک روندی در اطراف بیمار قرار داده شوند،که خطوط دید منتشر کننده ها مانع یکدیگر نشوند و به اندازه کافی باید نزدیک مبدل باشند تا قادر باشد پالسهای صوتی را  آشکار سازد،همچنین تصحیح مربوط به اختلاف در سرعت صوت بر اثر تغییرات در دما و رطوبت باید صورت گیرد.

۳-۲- موقعیت یاب بازوی مفصل دار:

ساده ترین روش توسط نصب مبدل روی سیستم بازوی مکانیکی با مفاصل قابل حرکت چند گانه بدست می آید،که به اپراتور اجازه میدهد تا مبدل.مر به طریق پیچیده ای هدایت شود و زاویه و دید دلخواه ( در شکل b2 ملاحظه نمائید) بدست آید.

پنانسیومترهایی در مفاصل با بازو های متحرک جاسازی شده اند، بنابراین زاویه مفاصل اندازه گیری و ثبت می شود.توسط این اندازه ها موقعیت و زاویه ترانسویومر می تواند بطور مداوم محاسبه و مونیتور گردد.

این روش به شیوه های متعددی اجرا می شود،مقدمتاً برای اندازه گیری های اکوکاردیوگرافی از حجم بطن،برخی از این اجراها حرکت را به یک محور محدود می نماید تا  دقت افزایش یابد،در حالیکه در بقیه آزادی کامل وجود دارد.تا حد ممکن با کوتاه نگه داشتن بازوهای منفرددقت حاصل می گردد،اگر چه حجم تصویر را محدود می نماید.

۴-۲- سنسور میدان مغناطیسی:

روش دیگر استفاده از سیسور مغناطیسی با ۶ درجه آزادی می باشد تا موقعیت و وضعیت مبدل را اندازه گیری نماید. این وسیله در شکل c2 نشان داده شده است و شامل یک فرستنده می باشد که در نزدیک بیمار قرار داده می شود و یک دریافت کننده که روی پروب نصب شده است.فرستنده یک میدان مغناطیسی متغیر فضایی را تولید می نماید و دریافت کننده شامل سه سیم پیچ عمودی است که قدرت میدان را اندازه گیری می نماید. با اندازه گیری میدان مغناطیسی محلی موقعیت و زاویه دریافت کننده نسبت به فرستنده قابل تخمین خواهد بود.نوعاً،اندازه های میدان در HZ-100 می باشند،بنابراین مونیتور کردن دائم مبدل اولتراسوند ممکن خواهد بود. اندازه دریافت کننده حدود cm³16 می باشد و نصب آسان را برروی مبدل اولتراسوند بدون تداخل با کاربرد معمول آن امکان پذیر می باشد.

اگر چه این روش خیل قابل انعطاف می باشد به بازسازی دقیق۳-D ای نیاز دارد که در آن تداخل الکترومغناطیسی حداقل گردد،فرستنده نزدیک به دریافت کننده اندازه گیری های میدان را با S/N کافی انجام می دهد و فرو یا فلزهای با هدایت بالا که میدان مغناطیسی را دچار  اعوجاج می نمایند از اطراف دور باشند. این محدودیت ها می تواند با پیش احتیاط های خاصی برطرف می گردد و تصاویر با کیفیت بالا را ارائه نماید،که نوعاً در تصویر برداری مامایی و عروقی به کار می رود.

۵-۲- موقعیت گذارهای مکانیکی :

اگر چه روش اسکن نمودن Free-hand   ۳-Dقابلیت انعطاف وسیعی را می دهد مشکلات نونیز و فواصل اسکن کیفیت تصویر را مخصوصاً وقتی ساختارهای کوچک در رزولوشن بالا مورد تصویربرداری قرار می گیرند،کاهش میدهد. یک راه  جلوگیری از این مشکلات به کارگیری پروب۳-D مکانیکی می باشد که سه بعد بدقت با حرکت مکانیکی مبدل حاصل می گردد.همانطور که ترانسدیوسر حرکت داده می شود،تصاویر اولتراسوند ۲-D در فواصل فضایی از قبل  تعریف شده حاصل می شوند،بنابراین توالی تصویرگیری حجم مورد تصویربرداری  را به درستی نمونه برداری می نماید،بدون اینکه هیچ ناحیه ای باقی بماند. یک تعداد از محققین و شرکت های بازرگانی انواع مختلف پروب های مونتاژشده ۳-D مکانیکی را توسعه دادند.این مونتاژ از مبدلهای آرایه ای – خطی  یا مکانیکی که در یک مجتمع سوار شده اند،استفاده می نماید و انتقال یا چرخش مبدل توسط یک موتور انجام می شود.وقتی موتور فعال می گردد (معمولاً تحت کنترل کامپیوتر)،مبدل می چرخد یا منتقل می گردد و به سرعت سطح ناحیه جاروب می شود.از آنجائیکه  هندسه اسکن از قبل برای ابزار اسکن مشخص شده است،هیچ فریم خارجی مرجعی نیاز نیست.به علت اینکه پارامترهای هندسی مورد نیاز می تواند به خوبی محاسبه گردد،بازسازی مؤثر می باشد.

اندازه سایز این وسایل از مکانیزم های مجتمع کوچک  که موتور و مبدل را در هم جای داده و یک پروب مجتمع ۳-D را ایجاد می کند،تا مکانیزم هایی که موتور به توسط یک  بست خارجی به  یک پروب ۲-D متصل شده است، می باشند.

پروب های ۳-D مجتمع کوچک کاربرد آسانی را برای کاربر فراهم می کند اگر چه به کارگیری آنها نیاز به خریداری سیستم اولتراسوند خاص دارد. وسایل خارجی که منتج به  دستگاههای bulkier شده اند، اما با مبدل های ۲-D موجود،نیاز به خرید یک ماشین جدید گران برای رسیدن به قابلیت تصویرگیری۳-D را دارد. این روش تصویرگیری ۳-D توسط سه نوع حرکت اساسی اجرا می شوند که در شکل ۳ نشان داده شده است. اسکن خطی، Fan و گردشی.

۲  – Sparkgaps

۳  – Time – of – Flight

[۱] – Free hand

۲  – localizer

[۲] – positioner

۱  – Follow  up

۱  – Speckle

۲  – Shadowing

 ۳  – distortion

جهت دریافت و خرید متن کامل مقاله و تحقیق و پایان نامه مربوطه بر روی گزینه خرید انتهای هر تحقیق و پروژه کلیک نمائید و پس از وارد نمودن مشخصات خود به درگاه بانک متصل شده که از طریق کلیه کارت های عضو شتاب قادر به پرداخت می باشید و بلافاصله بعد از پرداخت آنلاین به صورت خودکار  لینک دنلود مقاله و پایان نامه مربوطه فعال گردیده که قادر به دنلود فایل کامل آن می باشد .