دانلود تحقیق اولتراسوند سه بعدی

هدف در تصویر بردارری 3D مشاهده ساختار آناتومی به صورت واقعی می باشد.

که این امر توسط سیستم های تصویر برداری 2D، نظیر X-ray ,CT, MR و .

.

امکان پذیر نبوده است.

در این سمینار سعی شده است که این تکنیک که به طور خاص مربوط به تصاویر اولتراسوند می باشد معرفی گردد.

لذا تکنیک های دریافت و اسکن تصاویر و سپس بازسازی تصویر 3D مورد بحث قرار خواهند گرفت.

سپس جهت ترغیب به ادامه بحث ها مروری بر کار بردهای وسیع این روش تصویر برداری شده است.

متعاقباً تحقق سیستم اولتراسوند 3D آنژیوگرام 3D و ساخت تصاویر 3D کاروتید شرح داده خواهد شد تا نمونه ای عملی از این سیستم معرفی گردد.

سپس در تکمیل بخشهای قبلی روشهایی که درمقالات جهت بهبود تصاویر اولتراسوند 3D ارائه شده است، مورد بررسی قرار می گیرد.

و در ادامه مشاهده زمان واقعی1 اولتراسوند 3D توسط کامپیوتر، که روشی جدید می باشد مورد بحث قرار می گیرد وسپس کاربرد اولتراسوند 3D در پزشکی از راه دور 2 و در نهایت آینده سیستم اولتراسوند 3D آورده شده اند.
امید است که این سمینار زمینه تحقیق را برای علاقمندان به روشهای تصویر برداری و بخصوص تصویر برداری 3D فراهم سازد و دیگر دانشجویان را با این سیستم تصویر برداری که امروزه بسرعت در حال پیشرفت می باشد و به سمت کاربرد روتین در پزشکی هدایت می شود، آشنا نموده باشد.
در 100 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 70 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 1970 ،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 2-D ) در اختیار پزشکان قرار گرفت.بعلاوه،برای اولین بار در رادیولوژی کامپیوتر در پردازش و نمایش تصویر به صورت متمرکز استفاده شد.اطلاعات 3-D کاربردهای زیادی در تشخیص رادیولوژی دارد.
تاریخچه تصویر برداری اولتراسوند به گذشته برمی گردد.با دنبال کردن کارReid,Wild در دهه 1950 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 3-D راهی برای نشان دادن معایب تصویربرداری اولتراسوند مرسوم می باشد.روش هایی در توسعه اولتراسوند 3-D مثل 3-D B-Mode، داپلر رنگی و سیستم های داپلر توان حاصل شده است.
یکی از معایب تصویربرداری اولتراسوند 2-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 2-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 2-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 2-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 جراحی1 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 3-D فائق آمدن بر این محدودیت ها می باشد تا آناتومی بصورت 3-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 (16-10 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(لکه1، سایه2، اعوجاج3) نرخ بالای دریافت تصویر و انعطاف پذیری تکنیک مرسوم بر مشکلات غلبه کرده و همچنین باعث به گسترش اولتراسوند از تصاویر 2-D به3-D و4-D شده است.
مقالاتی که ابزار پزشکی تصویربرداری اولتراسوند 3-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 3-D اولتراسوند ایجاد شده اند که به سادگی توسط 2 بلوک نشان داده شده در شکل 1 قابل شرح هستند.[1] 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 3-D از تصاویر 2-D ثبت شده است.بلوک انتهایی تکنیک مشاهده برای نمایش تصویر 3-D را مهیا می سازد.تمام بلوک ها در فصول بعدی توصیف می گردند.
انعطاف پذیری هندسه دریافت تصویر،اولین جزء سیستم در شکل 1 را به دو علت حیاتی می سازد.ابتدا،از آنجائیکه سری تصاویری که برای تصویر گیری3-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 ، موقعیت گذار2های مکانیکی و پروب های 3-D.

1-2-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 3-D اعمال می نماید.
برای بازسازی هندسه صحیح 3-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 های اکوستیک،بازوی مفصل بندی شده و الکترو مغناطیسی،همانطور که در شکل 2 نشان داده شده است.
موقعیت یاب های اکوستیک،بازوی مفصل بندی شده و الکترو مغناطیسی،همانطور که در شکل 2 نشان داده شده است.

شکل 2- شماتیک سه روش پایه برای دریافت موقعیت و جهت مبدل اولتراسوند برای تکنیک دریافت Free- hand: موقعیت یاب های(a)اکوستیک،(b)بازوی مفصل دار،(c) الکترومغناطیسی 2-2- 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 زن2) 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 3-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 پرواز3 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.

3-2- 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.

4-2- سنسور میدان مغناطیسی: روش دیگر استفاده از سیسور مغناطیسی با 6 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 دقیق3-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.

5-2- موقعیت گذارهای مکانیکی : اگر چه روش اسکن نمودن Free-hand 3-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 پروب3-D مکانیکی می باشد که سه بعد بدقت با حرکت مکانیکی مبدل حاصل می گردد.همانطور که ترانسدیوسر حرکت داده می شود،تصاویر اولتراسوند 2-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 3-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 3-D را ایجاد می کند،تا مکانیزم هایی که موتور به توسط یک بست خارجی به یک پروب 2-D متصل شده است، می باشند.

پروب های 3-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 2-D موجود،نیاز به خرید یک ماشین جدید گران برای رسیدن به قابلیت تصویرگیری3-D را دارد.

این روش تصویرگیری 3-D توسط سه نوع حرکت اساسی