پایان نامه ارشد رایگان درباره دانش اولیه، برنامه ریزی پویا، ارزیابی کمی و کیفی، قلب و عروق

تا محور چرخش پروتونها مجددا در امتداد خطوط میدان مغناطیسی برگردند. این برگشت باعث ایجاد یک موج رادیویی (الکترومغناطیسی) جدید میشود.

شکل 1-7. تصویر برداری ام آر آی

سپس این امواج رادیویی ثانویه که از تک تک پروتونها ساطع میشود، توسط گیرنده دستگاه ام ار ای دریافت شده و به کامپیوتر ام ار آی ارسال میگردند. کامپیوتر ام ار آی بسیار پر قدرت و با توان محاسباتی بالا است. در این کامپیوتر امواج دریافت شده به سرعت تحلیل شده و سپس تصاویری بر اساس این تحلیلها ساخته میشود که پزشک آنها را بر روی مانیتور دستگاه میبیند و در صورت لزوم آنها را چاپ میکند. در ام ار ای مشخص میشود که چه قسمتهایی از بدن موج رادیویی بیشتری از خود ساطع کردهاند. هر چه شدت موج دریافتی از نقطه ای از بدن بیشتر باشد نشانه تراکم بیشتر پروتونها در آن نقطه است و چون فراوانترین اتم بدن که پروتون دارد اتم هیدروژنی است که در مولکول آب قرار دارد، پس هر جایی که موج رادیویی بیشتری ارسال کرده است در واقع آب بیشتری داشته است. در واقع کاری که در ام ار آی انجام میشود این است که نشان میدهد در چه نقاطی از بدن آب بیشتری وجود دارد. چون غلظت مولکول آب در بافتهای بدن متفاوت است و با بیمار شدن بافتها این غلظت باز هم تغییر میکند.

1-3-1- ام ار آی قلبی
یکی از روشهای تصویربرداری غیر تهاجمی برای بررسی وضعیت قلب ام ار آی قلبی است . در این روش برای تولید تصاویر بدون حرکت ، باید از تکنیک gating قلبی و تنفسی استفاده شود . در مواردی که از سکانسهای اسپین اکو استفاده شود ، حفرههای قلب و عروق بزرگ فاقد سیگنال شده و حفرههای قلب نسبت به سایر قسمتها واضحتر دیده میشوند زیرا ماهیچههای قلب و دیواره عروق سیگنالهای قوی تولید میکنند .با استفاده از سکانس های گرادیان-اکو جریان خون با سیگنال زیاد مشاهده میشود . از این سکانسها برای انجام آنژیوگرافی توسط MRI استفاده می شود. در سکانسهای فوق از پالسهای سریع و پیوسته برای اشباع بافتهای اطراف عروق استفاده میشود.
درسیستمهای با میدان قوی مغناطیسی میتوان با استفاده از تکنیکهای chemical shift و اسکپتروسکوپی محتوای شیمیایی مواد موجود در محل ضایعه را تجزیه و تحلیل نمود .بررسی عمومی آزمونهای قلب شامل بررسی آئورت است که به ترتیب زیر باید از قفسه سینه تصویربرداری گردد:
تصویر لوکالیزه اسکنوگرام در مقطع کرونر
اسکنها در نمای اکسیال
اسکنها در نمای ساژیتال یا ساژیتال ابلیک
در ابتدای اسکن یکسری تصویر در مقاطع کرونال با تصویر اسپین اکو T1W با ضخامت 3 تا 8 میلیمتر تهیه میشود . فاصله بین مقاطع باید حتی الامکان کوچک بوده و از ناحیه استرنوم تا مهرههای پشتی را در برگیرد . مقاطع از لبه پائینی قلب تا لبه بالایی قوس آئورت ادامه مییابد فاصله بین مقاطع نیز ناچیز منظور میشود . پس از بدست آمدن تصاویر یکی از آنها را که دارای آئورت صعودی و نزولی است انتخاب کرده و برای تهیه مقطع ساژیتال ابلیک برروی آن با تصویر اسپین-اکو T1W مورد استفاده قرار گیرد .ضخامت این مقاطع باید بین 3 تا 4 میلیمتر و فاصله بین مقاطع نیز باید ناچیز منظور شود.
به منظور بررسی حفرات قلب باید تصاویری موازی با سطوح محور کوتاه و محور بلند از قلب تهیه شود.
برای اسکن محور بلند باید تصویری در مقطع آکسیال از سطح بطن چپ به عنوان اسکنوگرام مهیا شود . از این تصویر یک مقطع ساژیتال ابلیک از محور طولی بطن چپ تهیه میشود . از روی تصویر حاصله میتوان زاویه محور قلب را اندازهگیری کرده و حفرات قلب را در نمای طولی افقی مورد بررسی قرار داد. از روی این تصویر میتوان مقاطع مخصوص محور کوتاه را بدست آورد.
در این تصویر بطن چپ به صورت یک حفره کروی دیده شده و بطن راست در حد فاصل آن با دیواره قفسه سینه قرار میگیرد.
همچنانکه در شکل 1-8 نشان داده شده است تصویر ام ار آی قلبی زیستپذیری بالایی از خود نشان میدهد. تراکمهای سطح خاکستری نیز به علت استفاده از اسکنهای مختلف و یا ترتیب bffe مختلف میتواند متفاوت باشد. قسمتهای مبهم در بخشهای حاشیهای از تصویر دیده میشود که عمدتا بدلیل جریان خون و تاثیرات حجمی است. این تاثیر اولیه نتیجه ضخامت غیر صفر اسلایسهای MRI است، در برخی قسمتها یک همسایگی میتواند ترکیبی از چندین نوع بافت باشد. تفاوتهای شکل حفره در بیماران مختلف، در طی زمان و در طول محور بلند مشاهده میشود این تفاوت به دلیل تفاوتها در الگوریتمهای بخشبندی است [4].

شکل1-8. تغییرات قلب در تصویر MRI

موقعیت در طول محور apex-base: پیچیدگی بخشبندی همچنین به سطح قسمتهای تصویر وابسته است. تصاویر بخشهای بالایی و پایینی از تصاویر قسمتهای میانی جهت بخشبندی مشکلتر است. در حقیقت تفکیک ام ار ای جهت تعیین اندازه ساختارهای کوچک در سطح راس کافی نیست و شکل حفره قویا نزدیک با سطح قاعدهای قلب، بدلیل مجاورت به آن ادغام میشود. توجه کنید که شکل بطن راست در طول این محور تغییرپذیری زیادی دارد در حالی که بطن چپ شبیه شکل حلقه مانند باقی میماند (شکل1-8).

شکل 1-9. اسلایسهای short-axis از apex to base

1-4- توجیه ضرورت انجام طرح و روش کار

بیماریهای قلبی عروقی یکی از بیشترین و رایج ترین علت مرگ در دنیا میباشد [1]. از این رو کنترل و درمان این بیماریها یکی از مهمترین چالشهای کادر درمانی است. بخشبندی بطن چپ و راست قلب اطلاعات با ارزشی در مورد عملکرد قلب به پزشک ارائه میدهد که برخی از
این شاخصها عبارتند از حجم پایان سیستولی، حجم پایان دیاستولی، حجم ضربهای و کسر تخلیه میباشد.
از این شاخصها برای تشخیص بیمارهایی مانند ایسمیک قلبی (کاهش خون رسانی به میوکارد)، بیماری شریانهای کرونری، پر فشاری شریانی وپلی ارتریت استفاده میکنند [2].
از این رو بخشبندی قلب برای کنترل و درمان بسیاری از بیماریهای قلبی عروقی مهم می باشد، اگرچه تقسیمبندی دستی بطنهای قلب نتایج خوبی را تولید میکند اما تقسیمبندی دستی کاری وقتگیر، به خصوص برای بطن راست، با توجه به هندسه پیچیده آن میباشد. از این رو بخشبندی اتوماتیک بطنهای قلب مهم و ضروری به نظر میرسد. شکل 1-9 یک تصویر MRI از قلب را با بخشبندی دستی بطن راست و چپ قلب، در دو فاز دیاستول و سیستول نشان میدهد .

شکل1-10. تصویر بخش بندی شده دستی MRI

در این تحقیق یک روش کاملا اتوماتیک و جدید بر اساس ترکیب روشPSO و الگوریتم پیمایش تصادفی بهبود یافته برای بخشبندی بطن راست و چپ از تصاویر قلبی ارائه شده است.

1-5- مساله پژوهش از دیدگاه پزشکی

قلب دارای 4 حفره، 2 حفره در بالا به نام دهلیز و 2 حفره درپایین به نام بطن است، هر یک از این حفرها به دلیل بیماریهایی دچار گشادی میشوند ولی گشادی که در میان عوام شناخته شده گشادی بطن چپ است. گشادی بطن چپ به نارسایی قلب منجر میشود. گشادی بطن چپ به دلیل نارسایی و تنگی دریچه آئورت و گشادی بطن راست هم بدلیل نارسایی دریچه پولمونر ایجاد میشود. علاوه بر اتساع و گشادی بطن چپ بیماریهای دیگری هم وجود دارد که به کمک بخشبندی میتوان در تشخیص زود هنگام بیماری و در روند درمان اطلاعات مفیدی را در اختیار قرار دهد.
پیچش بطن راست نقش مهمی در خروج خون از بطن دارد و درست انجام نشدن این پیچش میتواند باعث اختلال در روند خروج خون بشود. مطالعات بالینی نشان دادهاند که تحلیل هم زمان اطلاعات پیچش بطن راست و کسر خروجی میتواند اطلاعات مفیدی در مورد کارکرد قلب در اختیار قرار دهد و میتواند در تشخیص زود هنگام بیماری و همچنین در روند درمان مفید واقع شود.
شبیه سازی
مراحل شبیهسازی در این تحقیق با استفاده از نرم افزار متلب 2010 بر روی تعداد زیادی از تصاویر قلبی ام ار ای انجام شده است.

فصل دوم

مطالعات پیشین

2-1- مقدمه

در این فصل ما تعدادی از روشهای ارائه شده برای بخشبندی بطنهای قلب را از تصاویر MRI مرور خواهیم کرد. به علت منظم بودن شکل هندسی و همچنین حیاتیتر بودن عملکرد بطن چپ، بیشتر این روشها بر بخشبندی بطن چپ تاکید دارند اما کارهایی هم برای بخشبندی بطن راست انجام شده است و برخی از این روشها هم هر دو بطن قلب را همزمان بخشبندی میکنند که ما آنها را بررسی خواهیم کرد و در نهایت روشهای مطالعه شده را در جدول 1-2 دستهبندی کردهایم.

2-2- روش های بخش بندی تصاویر ام ار آی قلبی

برای بخشبندی بطنها به خصوص بطن چپ روشهای بسیاری ارائه شده است. روشهای بخشبندی تصاویر در یک دستهبندی کلی در دو گروه روشهای خودکار و نیمه خودکار تقسیمبندی میشوند. در روش خودکار تمام مراحل بخشبندی بدون نیاز به کاربر انجام
میشود؛ در حالی که در روش های نیمه خودکار تصاویر با دخالت کاربر بخشبندی میشود.
در این تحقیق برای بررسی روشهای مختلف مقالات معتبری را در نظر گرفتهایم که شامل روش بخشبندی برای بطن چپ، بطن راست یا هر دو ، ارزیابی کمی و کیفی روشها و همچنین شرح مصور اطلاعات MRI قلبی میباشد.
تمامی مقالات مرور شده در جدول 2-1 لیست شدهاند. طبقهبندی این مطالعات کار آسانی نبود. بسیاری از مشکلات بخشبندی به استفاده از دانش اولیه برای افزایش دقت نیازمند
میباشد. از یک طرف، مداخلات کاربر9 یک ملاحظه مهم در مشکل بخشبندی میتواند بعنوان دانش اولیه مد نظر قرار گیرد. مداخله کاربر در مطالعه بخشبندی بطن چپ و راست، میتواند شامل مشخص کردن مرکز حفره بطن چپ یا ردیابی دستی مرز حفرهها باشد. این دو سطح از مداخلات کاربر از جهت قابلیت تکرار آزمایش، تأثیر یکسانی ندارد و همچنانکه به سطح تخصص یکسانی نیز نیاز ندارند. اطلاعات اولیه میتواند شامل ارتباطات فضایی ساده بین اشیاء (بعنوان مثال بطن راست در سمت چپ بطن چپ است) و یا فرضهای آناتومیکی در هندسه چرخشی بطن چپ باشد. دانش پیشزمینه از بیومکانیک قلب نیز میتواند در بخشبندی مهم باشد. بیشتر اطلاعات دقیق راجع به شکل قلب را میتوان از طریق اطلاعات سطح بالاتر همچون مدل شکل آماری محاسبه نمود. در برخی تصاویر بویژه قسمت رأسی، مرزهای میوکاردیوم بسیار مبهم بوده و بخشبندی سخت است که جهت طبقهبندی صرفا به تصویر متکی میباشد. بعنوان مثال استفاده از مدل، بسیار مفید است اما برای این مهم نیاز به بانک داده متنوع و بزرگ میباشد. ما سه سطح از اطلاعات مورد استفاده در پردازش بخشبندی را تمیز خواهیم داد. بخشبندی بدون دانش اولیه، با دانش اولیه ضعیف و نهایتا با دانش اولیه قوی. در این فصل از تحقیق ما خواهیم دید که چگونه سطح اطلاعات استفاده شده با نوع روش بخشبندی و سطح مداخلات کاربر مرتبط است. تکنیکهای مرتبط با تصویر همچون حد آستانه10، تشخیص لبه11 و مبتنی بر ناحیه12 مرزی و یا دیگر طبقه بندیها، چارچوب محدودی برای ادغام دانش اولیه ارائه میکند.
برعکس مدلهای تغییرپذیر، چارچوب جامع و وسیعی برای استفاده از هر دوی دانش اولیه قوی و دانش اولیه ضعیف فراهم میک
ند. که شامل اطلاعات آناتومیکی و نیز اطلاعات سطح در شکل فعال مدل های ASM/AAM میباشد. با در نظر گرفتن روشهای طبقهبندی معمول و سطح اطلاعات بیرونی، ما دو گروه اصلی را پیشنهاد میکنیم:
بخشبندی بر مبنای دانش اولیه ضعیف یا بدون دانش اولیه که شامل روشهای طبقه بندی قاعده ای و رأسی و مدلهای تغییرپذیر میباشد.
بخشبندی بر مبنای دانش اولیه قوی که شامل مدلهای تغییرپذیر، شکل فعال و ظهور فعال و اطلس است. روشهای ترکیب کننده دانش اولیه قوی و ضعیف در بخش دانش اولیه قوی طبقهبندی شدهاند.
در ادامه، اینکه چطور این طبقهبندی با تفاوتهای جزئی استفاده میشود و چه
شاخصهایی جهت طبقهبندی روشهای مختلف انتخاب میگردد، توضیح میدهیم.

2-2-1- روشهای بخشبندی خودکار
همچنانکه در بالا ذکر شد، بررسی ناحیه مورد نظر13(ROI) متمرکز روی قلب عموما از تصویر MRI اصلی استخراج میشود تا نیاز به پردازش کل تصویر نباشد. رویکردهای خودکار دو گونهاند: رویکردهای مبتنی بر زمان14 که از متحرک بودن قلب بهره گرفته و یا تکنیکهای تشخیص شی15 که هر دو رویکرد در انتقال Hough که تشخیص موقعیت بطن چپ را میسر میسازد مشترک هستند [9-7].
هنگام استفاده از بعد زمان، تفاوت تصویر در کل داده ها تجزیه تحلیل میشود. تصویر حاصله شامل یک ناحیه دایرهای در حول مرز بطن چپ میباشد که توسط انتقال Hough تشخیص داده میشود. برخی مطالعات پیشنهادی، متکی بر تفاوت در محاسبه هستند [10-9]. با شروع از تصویر اصلی سه بعدی، تفاوت در طول بعد زمان با انحراف استاندارد در هر همسایگی محاسبه میشود. حداکثر تراکم تصویر سه بعدی حاصل به یک تصویر دو بعدی تبدیل شده (روش otsu) و چندین بار بزرگ می شود. سطح جذب ناحیه نهایی بدست آمده، ROI دو بعدی نهایی است [7،9،11].

شکل 2-1. محاسبه خودکار ROI در تصویر MRI با روش تصویر منتخب ژورنال Elsevier

برخی مؤلفان، روشی بر اساس آنالیز فوریه16 تصویر را پیشنهاد دادهاند که تصویری را از ساختارهای متحرک فراهم می کند از آنجائیکه قلب تنها عضو متحرک در تصاویر MRI است، پردازش اولین تصویر هماهنگ امکان مکانیابی قلب را فراهم میکند [9،12].
برخلاف رویکردهای مبتنی بر زمان که صرفاً بر اطلاعات MRI تکیه دارند، تکنیکهای تشخیص شی مستلزم مرحلهای تحلیلی است. اصول آنها استخراج پنجرههای مستطیلی از تصویر برای محاسبه ویژگیهای آنها و آموزش طبقه بندی کننده تا آنهایی را بپذیرد که شامل قلب و نه بقیه تصاویر باشد [13]. یک روش پیشنهادی دیگر مبتنی بر رویکرد جالب تشخیص چهره است که حاوی توصیف زیر پنجرهها و آبشاری از طبقهبندی کنندههای adaboost می باشد [14].

2-2-2- روشهای نیمه خودکار
2-2-2-1- بخشبندی با دانش ضعیف یا بدون دانش
در این بخش روشهای بخشبندی با دانش اولیه ضعیف یا بدون دانش اولیه را گردآوری کرده که شامل مدلهای مبتنی بر تصویر17، طبقهبندی پیکسل18 و مدلهای متغیر19 میباشد.

2-2-2-1-1- روشهای مبتنی بر تصویر
همچنان که در بخش 1-2 دیده شد، مرزهای اندوکاردیال و اپی کاردیال مشکلات بخشبندی خاص خود را دارند. بسیاری ازروشهای مبتنی بر تصویر بر اساس پردازش متفاوت و جداگانه آنهاست و از اینرو روشهای ویژهای در اندوکاردیوم بطن چپ پیشنهاد میکند. اولین گام، یافتن مرز اندوکاردیال با حد آستانه [18-15] و یا برنامه ریزی پویا20 DP[25-19] میباشد. شکل هندسی مدور بطن چپ باعث تسهیل استفاده از DP شده است. چندین راه حل بمنظور وارد نکردن عضلات پاپیلاری پیشنهاد شد

پاسخی بگذارید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *