جستجو در تالارهای گفتگو

بيماري قلبي يكي از بزرگترين علل مرگ در سراسر دنيا است و كاهش اين بيماري يكي از مهم­‌ترين چالش­‌هاي كادر درماني است. تكنيك‌هاي تشخيص، در تخصص قلب، نياز به آناليز تصاوير پيچيده سيگنال ها وتوالي تصاوير به دست آمده، از طريق روش‌هاي تصويربرداري مثل MRI, ECG‌ و التراسوند، دارند. تخمين حركت قلب اطلاعات بسيار مفيدي در مورد عملكرد قلب در اختيارما قرار مي‌دهد.‌در گذشته روش هاي زيادي براي آناليز حركت قلب به كار مي‌رفتند، اما به دليل پيچيدگي حركت بطن چپ، عدم حضور ماركرهاي داخلي در عضله قلب و تاثير بطن راست (Right ventricle)‌ بر روي بطن چپ(Left ventricle)‌ آناليز تصاوير، براي تخمين حركت با مشكلات بسياري مواجه مي‌شد. حـركـت بـطـن چـپ، مـي‌تـوانـد، بـه عـنـوان سـيستم بسيار پيچيده‌اي از چرخش‌ها و انتقال‌ها، نسبت به نقاط سطحش در نظرگرفته شود. تخمين دقيق مسيرگذرا براي هر يك از نقاط ديواره قلب، اطلاعات ارزشمندي را براي مطالعه در زمينه بيماري‌هاي قلبي با اسـتـفــاده از مــدل ســازي Finite element model‌ بــراي يــافـتـن نـقـاطـي كـه رفـتـارهـاي بي‌قاعده‌اي دارند يا بافت‌هايي از قلب كه فشار بر روي آن ها زياد است، فراهم مي‌كند. ‌تـكـنـيـك هـايي ‌كه حركت قلب را بررسي مي‌كنند، مي‌توان به دو دسته تهاجمي و غيرتهاجمي تقسيم كرد. تكنيك‌هاي تهاجمي، ماركرهايي را به صورت فيزيكي بر روي سطح ديواره بطن چپ كار مي‌گذارد و آن ها را رديابي مي‌كنند. حركت اين ماركرها در توالي تصاوير قلب رديابي مي‌شود و تخمين حركت بطن چپ را، ممكن مي‌سازد. اين تـكـنـيــك‌هــا، كــاربــرد وسـيـعــي نـدارنـد، زيـرا بـه جـراحـي نـيـاز دارنـد. امـا تـكـنـيـك‌هـاي غير‌تهاجمي بر اين مشكل غلبه كرده‌اند. سه روش متفاوت و عمده براي اين كار وجود دارد. ‌‌در گروه اول نقاط تقسيم بندي شده، با حركت بافت قلب، قابل رديابي هستند، ولي حـركت نقاط ديگر تخمين زده نمي‌شود. گروه دوم با توجه به آناليز شكل هاي قبلي قسمت‌هاي ديوار قلب، اطلاعات حركت را از روي اين تغييرات در شكل، استخراج مي‌كند. اين روش معمولا به يك سري نقاط مشخصه كه از مرزهاي بطن چپ استخراج مي‌شوند، محدود مي‌شود.‌گروه سوم از اين روش‌ها، تكنيك‌هايoptical flow (O.F)‌ هستند كه تغييرات را در شدت روشنايي هر پيكسل تصوير، ثبت مي‌كنند و با توجه به ديتاهاي ثبت شده، حركت را تخمين مــي‌زنـد. روش O.F‌ نـتـايـج خـيـلـي خـوبـي را در حركات ساده نشان مي‌دهند، اما براي حركات پـيـچـيـده كـه در تـصـاوير قلب مشاهده مي‌شود، الـگـوريـتـم بـايـد اصـلاح شـود. سـاير روش‌ها از نتايج O.F‌ به عنوان ورودي براي آناليز حركات بعدي استفاده مي‌كنند. ‌ در سال هاي اخير، روش هاي زيادي براي بـــالا بـــردن دقـــت شــبــيـــه‌ســـازي در مـــدل‌هـــاي الكتريكي قلب ارائه شده است. به عنوان مثال، مـحـقـقـان تلاش كردند، كه با افزايش و اصلاح رزولوشن، قلب را مدل‌سازي كنند. اين مدل‌ها معمولا استاتيك هستند و حركت قلب را شامل نمي‌شوند. اما؛ مسئله كاملا منطقي اين است، كه در شبيه‌سازي كمپلكس ECG, QRS‌ در قسمت ST‌ و موج T ، خطاي بسيار زيادي وجود دارد، چرا كه موقعيت نسبي نقاط منبع و ميدان در حين سيستول و دياستول تغيير مي‌كنند. بنابراين براي بهبود و اصلاح دقت شبيه‌سازي ECG‌ ، يك مدل ضـربـان يـا ديـنـامـيك نيز بايد در نظرگرفته شود. يعني اثرات الكترومكانيكي عضله قلب، بايد در مدل‌سازي ها و شبيه‌سازي‌هاي الكتريكي قلب مد نظر گرفته شوند. در ابتدا، مدل‌هاي مكانيكي قلب تنها شامل بطن چپ بودند و با فرضيات بسيار ساده‌اي طراحي مي‌شدند. بـا پـيـشـرفـت سـريـع تـكـنـولـوژي كـامپيوتري و تصوير برداري پزشكي، روش المان محدود، به يكي از ابزارهاي اصلي براي مطالعه مكانيك‌هاي قلب- عروق تبديل شد. مدل‌هاي بطن چپ موجود، بسياري از ويژگي‌هاي مكانيكي بطن را توصيف مي‌كنند. در سال هاي اخير ، مدل هاي الكترونيكي مختلفي براي قلب ارائه شده است كه شامل بطن چپ و بطن راست است. در ادامه، به بررسي روش تخمين حركت قلب مي‌پردازيم و مزايا و معايب اين روش را مورد بررسي قرار مي‌دهيم. الگوريتم optical flow‌ تخمين O.F‌ يكي از مشكل‌ترين روش ها در آناليز تصوير است، زيرا ممكن است؛ حركات زيادي به وجود بيايد، و باعث ايجاد نويز شود. تكنيك‌هاي مورد استفاده در اين الگوريتم، را مي‌توان به تكنيك هايي كه بر پايه تطبيق شكل يا روشني پيكسل، هستند، تقسيم كرد.تكنيك هاي روشني پيكسل، به صورت مستقيم از روشني هر پيكسل براي تخمين حركت استفاده مي‌كنند. الگوريتم‌هاي O.F‌ تخميني از نواحي حركتي قلب را به دست مي‌دهد. در حالت كلي، اطلاعات O.F‌ كاملا مشابه ناحيه حركت نيست. O.F ميدان سرعت را نسبت به پيكسل‌هاي تصوير نشان مي‌دهد. روش‌هاي زيادي براي مـحـاسـبـه O.F‌ وجـود دارد. طـبقه بندي اساسي و پايه‌اي اين روش ها بر پايه گراديان، شباهت و انرژي است. الگوريتم O.F‌ بر پايه روشني پيكسل روشي كه در اين بخش توصيف شده است، بر پايه حداقل كردن تابع انرژي ميدان حـركـت اسـت، كـه بـراي دو فريم متوالي محاسبه مي‌شود. تابع انرژي |E كه براي اين الگوريتم استفاده مي‌شود، از دو بخش تشكيل شده است: 1) 2+ E 1E= E ‌ بخش اول انرژي 1E‌ ميزان شباهت بين نواحي دو فريم تصوير را نشان مي‌دهد. ميزان شـبـاهـت نـاحـيـه اول، از طـريـق مـقـايـسـه مـيـانـگـيـن روشـنـي نـواحـي و انحراف آن ها از پيكسل‌هاي روشني استاندارد، به دست مي‌آيد. بخش دوم، بر پايه فاكتور شباهت به دست مي‌آيد. ‌فاكتور شباهت، از طريق بررسي شباهت ناحيه روشني پيكسل تصوير اول و دوم كه با سرعت گرفته شده‌اند، به دست مي‌آيد. شباهت بين پيكسل‌هاي ابتدايي كه در اولين تصوير قرار دارند و مكان هاي دومين تصوير، كه با اضافه كردن سرعت به مكان اوليه ايجاد مي‌شود، سنجيده مي‌شود:2, r, velocity) )2 , image1 = corr (image1(E بخش دوم ،2E‌ همسايگي و حدود نفوذ را محاسبه مي‌كند. فاكتور همسايگي نيز با روش‌هاي بالا به دست مي‌آيد. پيكسل‌ها در حاشيه با همسايگي بقيه نواحي مقايسه مـي‌شـود. بـراي تـمـام پـيـكـسـل‌هـاي مـجاور فاكتور 2E‌ بر پايه تفاوت بين سرعت ها وcorrelation cross-‌ نواحي همسايگي افزايش مي‌يابد. الگوريتم O.F‌ در شكل (2) نشان داده شـده اسـت. پيكسل‌ها شامل پارامترهاي مختلفي هستند. براي نواحي بزرگ تر، احـتـمال اينكه حركت آن ها به درستي تخمين زده شود، خيلي زياد است. براي نواحي كوچك تر كه حتي مي‌تواند، يك پيكسل تنها باشد، لازم اســت اطـلاعـات درسـتـي از هـمـسـايـگـي داشـتـه بـاشـيـم، . زيـرا از ايـن احـتـمـال كه ناحيه سرعت اشـتـبـاهـي بـگـيـرد، جـلـوگـيـري مـي‌كـنـد. نـواحي بــزرگـتــر اطــلاعــات هـمـسـايـگـي خـيـلـي خـوبـي دارنـد.اين روش نواحي حركت را با استفاده از يك سري ويژگي نواحي مثل ميانگين روشني و انـحــراف اسـتــانـدارد روشـنـي تـصـويـر، مـقـايـسـه مي‌كند، اما اگر نويز را هم در نظر بگيريم، توانايي اين تكنيك در تعيين شباهت نواحي كوچك تر پـايـيـن مـي‌آيـد. اگـرچـه وقـتـي اين روش، بر پايهcorrelation cross‌ پـيـكـسـل‌ها در نواحي تحت مقايسه، انجام مي‌گيرد ، تفاوت‌هاي نواحي را با جـزئـيـات بـيـشـتـري مـي‌تـوانـد، نـشـان دهد، ولي حـسـاسـيـت خـيـلـي بـيـشتري نسبت به نويزهاي تـصــويــر دارد. زمــان اجــراي الـگــوريـتـمO.F‌ در كامپيوترهاي pc‌ پنتيوم 200 حدود 2 دقيقه است. نـتـايج به عنوان مثال براي يك جفت تصوير در شكل (1) نشان داده شده است نويسنده: مهندس سرور بهبهاني منبع : ماهنامه مهندسی پزشکی