بخشی از مقاله
چکیده- اکثر اطلسهاي سر موجود مربوط به بازه سنی بزرگسالان و خردسالان می باشند و براي استفاده در بازه سنی نوزادان کارآیی ندارند. این پژوهش مربوط به ساخت اطلس سر نوزاد با استفاده از تصاویر تشدید مغناطیسی می باشد. ابتدا دو بازه سنی نوزاد زودرس 37 تا 38 و نوزاد 43 تا 45 هفتگی را مشخص کردیم. سپس تصاویر موجود در این بازه هاي سنی را به کمک الگوریتم هاي انطباق تصاویر پیاده سازي شده در نرم افزار “ANTs” ، به فضاي مرجع نگاشت دادیم.
با استفاده از الگوریتم هاي ساخت اطلس هندسی بدون بایاس مبتنی بر انطباق گروهی معرفی شده در این نرم افزار، اطلس سر نوزاد براي بازه هاي سنی مذکور ساخته شد. براي ارزیابی اطلس هاي ساخته شده از معیارهاي شباهت اطلاعات متقابل و همبستگی متقابل بهره جستیم به نحوي که میانگین معیار شباهت تصاویر مربوط به هر بازه سنی را با اطلس ساخته شده براي آن بازه محاسبه کردیم. میانگین اطلاعات متقابل و همبستگی متقابل براي بازه سنی 37 تا 38 هفتگی با اطلس همین بازه به ترتیب برابر 1,459 و 0,84 است. همچنین میانگین اطلاعات متقابل و همبستگی متقابل تصاویر بازه 43 تا 45 هفتگی با اطلس همین بازه به ترتیب برابر 1,281 و 0,82 است.
-1مقدمه
دانش مربوط به سالهاي اولیه زندگی بخصوص از تولد تا دو سالگی فاز مهمی از رشد سر انسان را نشان میدهد. فرآیند رشد سر انسان در این دوران بسیار چشمگیر است و از اهمیت بالایی برخوردار است، چرا که هرگونه اختلال در آن میتواند نشاندهنده وجود بیماري در فرد باشد. لذا کمی کردن رشد سر در هفتههاي اولیه تولد نقش به سزایی در فهم و آموزش آن در پزشکی، تشخیص، پیشگیري و درمان به موقع بیماريهاي سیستم عصبی دارد. بنابراین ساخت اطلس سر وابسته به سن که معرف ویژگیهاي آناتومی واضح از یک جمعیت آماري نوزادان باشد لازم و ضروري است.
اطلسها در کاربردهایی نظیر ناحیهبندي بافت سخت و نرم سر نوزادان در تصاویر پزشکی، حل مساله معکوس مکانیابی منابع سیگنالهاي الکتروانسفالوگرافی1 و مگنتوانسفالوگرافی2 ثبت شده بر روي پوست سر نوزادان، بازسازي تصویر در روشهاي مقطعنگاري نوري و مقطعنگاري امپدانس الکتریکی3، مطالعه چگونگی انتشار نور در روش طیفسنجی مادون قرمز نزدیک4، مطالعه رشد سر جهت کنترل، اندازهگیري و شناسایی بیماريها قابل استفاده میباشند.
بررسی و مطالعه تصاویر تشدید مغناطیسی نوزادان در طی چند سال اخیر مورد توجه بیشتري واقع شده است. در مقایسه با تصاویر گرفته شده از بزرگسالان، تصاویر بدست آمده از نوزادان داراي مشکلات بیشتري میباشندکه از جمله آنها می توان موارد زیر را نام برد :[21] نسبت کنتراست به نویز پایین، عدم یکنواختی در ساختار ماده سفید مغز، ناهمگنی در شدت روشنایی یک بافت و ضخامت کم جمجمه و وجود ملاجها. در نوزادان برخلاف بزرگسالان، زمان T1 در ماده سفید بیشتر از T1 در ماده خاکستري میباشد. از دیگر تفاوتها در این ناحیه میتوان عدم یکنواختی رنگ ماده سفید در نوزادان را بیان کرد.
همچنین در نواحی خارجی ماده سفید هر چه به طرف ماده خاکستري پیش برویم، ماده سفید تیرهتر مشاهده میگردد. در ناحیه ماده سفید سیگنال دریافت شده در تصاویر T1 قوي و در T2 ضعیفتر است و در نتیجه کنتراست بهتر بافت نرم در تصاویر T2 و کنتراست بهتر پوست در تصاویر T1 مشاهده میگردد .[13] در جدول شماره 1 برخی از اطلسهاي موجود براي بازه سنی نوزادان گردآوري شده است. این اطلسها میتوانند مبتنی بر ناحیه بندي [7,8,9] یا انطباق گروهی [5] تصاویر باشد. اطلس- هاي استخراج شده از روش ناحیهبندي بیشتر مربوط به بافت هاي نرم مغز مثل ماده سفید، ماده خاکستري و مایع مغزي نخاعی میشوند [7,8,9] و اطلس بدست آمده از روش انطباق گروهی مربوط به کل سر میباشد .[5]
-2روشها
2-1 پایگاه داده
در این پژوهش از 12 تصویر MR وزن T1 استفاده شده است که 5 تصویر مربوط به بازه سنی 37 تا 38 هفتگی و 7 تصویر مربوط به بازه سنی 43 تا 45 هفتگی است. تصاویر در مرکز تصویربرداري کودکان بیمارستان امین متعلق به دانشگاه پیکاردي فرانسه گرفته شدهاند. این تصاویر با دستگاه جنرال الکتریک 1,5 تسلا گرفته شده که اندازه هر وکسل تصویر 0,47×0,47×0,47 میلی متر مکعب است. پارامترهاي تصویربرداري نیز به این شرح است: TR=10,1ms و TE= 2,208ms و . TI=400ms شکل 2 نماي جانبی، محوري و رو به رو یکی از تصاویر را قبل از هرگونه پیش پردازش نشان می دهد.
2-2پیش پردازش
پیش پردازش تصاویر شامل 4 مرحله است. در ابتدا با استفاده از آستانهگذاري و عملگرهاي مورفولوژي، ماسک سر نوزاد ایجاد میشود. با اعمال ماسک سر به تصویر MR نوزاد، اطلاعات مربوط به مغز و پوست سر حفظ و نویزهاي اطراف سر از بین میرود. مرحله دوم عبارت است از اصلاح بایاس5 میدان مغناطیسی که براي کاهش دادن شدت روشنایی بالا که در اثر ناهمگونی میدان مغناطیسی بوجود می آید، انجام می شود.
در مرحله سوم نقاط بافت رابط قدامی - AC - 6 و بافت رابط خلفی - PC - 7 استخراج و به وسیله این دو نقطه تصاویر همتراز8 شدند. در مرحله آخر بر روي تصاویر بدست آمده هموارسازي انجام گردید. شکل 3 تصویر MR یک نوزاد را که عملیات پیش پردازش روي آن اعمال شده است نشان می دهد. در هر یک از بازه هاي سنی معین شده، تصویري را که نسبت به بقیه از نویز کمتر و وضوح بالاتري برخوردار است به عنوان فضاي مرجع براي انطباق، در نظر می گیریم.
2-3 روش انطباق تصاویر
انطباق تصاویر از دو بخش تشکیل شده است، بخش اول انطباق خطی و بخش دوم انطباق غیرخطی .[14] انطباق خطی براي بهبود نتایج انطباق غیرخطی انجام میشود. مرجع [14] روشهاي انطباق غیرخطی را از نظر صحت نتایج مقایسه کرده و روش انطباق غیر خطی متقارن - SyN - 9 را به عنوان یکی از روش- هاي بهینه معرفی کرده است. آوانتس [15] روش انطباق متقارن تصویر را معرفی کرد.
نگاشت دیفئومورفیسم10 نگاشتی است یکبهیک و پوشا که خودش و وارونش پیوسته و مشتقپذیر باشد. [15] آوانتس روش خود را محدود به فضاهایی کرد که بتوان میان آنها نگاشت دیفئومورفیسم در نظر گرفت. در این فضاها مرزهاي تصویر پس از اعمال نگاشت به روي خودشان منطبق میشوند و کوتاهترین مسیرها میان اجزاي موجود در این فضا ژئودزیک11 نامیده میشود. منظور از یک ژئودزیک، کوتاهترین مسیر بین دو نقطه روي سطح است.
در روش انطباق تصویر متقارن فرض بر این است که مسیر انطباق تصویر I به J با مسیر محاسبه شده از انطباق تصویر J به I، صرفنظر از معیار شباهت یا پارامترهاي بهینهسازي استفاده شده براي انطباق، یکسان است. تقارن در انطباق، براي محاسبه کوتاهترین فاصله میان دو تصویر لازم است و در این روش، نتیجه حاصل مستقل از آن است که کدام تصویر به عنوان تصویر متحرك و کدام یک به عنوان تصویر مرجع یا ثابت انتخاب شدهاست. در شکل 4 توضیح مختصري از این روش آمده است.
2-4 روش ساخت اطلس
یک اطلس میتواند با استفاده از تصاویر گرفته شده از فرد و یا با استفاده از تصاویر یک جمعیت نمونه آماري خلق شود. برخی از اطلسها که به آنها اطلسهاي احتمالی گفته میشود اطلاعات یک جمعیت نمونه را شامل شده و به جاي بیان قطعی حضور یک بافت در یک ناحیه، از نمایش احتمالی براي مکان قرارگیري بافت استفاده مینمایند.[16] اولین مرحله براي طراحی یک اطلس احتمالی با روش ساخت مبتنی بر شدت روشنایی، نمایش متوسط آناتومی با استفاده از متوسطگیري بر روي شدت روشنایی تصاویر است.
[17] براي طراحی این اطلس ابتدا تصاویر با استفاده از تبدیلهاي خطی و غیرخطی به یک فضاي یکسان نگاشت داده میشوند. این فضا به شکلی یافت میشود که حداقل فاصله را نسبت به هریک از تصاویر دارا باشد. تصویر حاصل از این روش به نام مدل هندسی اطلس شناخته میشود. آوانتس 19]،[18 با بهرهگیري از انطباق گروهی در فضاي دیفئومورفیک روش ساخت مدلی را ارائه میدهد که تا حد امکان وابستگی کمتري نسبت به خصوصیات منحصر به فرد موجود در شکل و آناتومی مغز سوژههاي مختلف، داشته باشد.
