بخشی از مقاله
چکیده: تکنیک تصویربرداری مقطعنگاری کامپیوتری فراصوت، - UltraSound Computerized Tomography - از سال 2012 به عنوان یک سیستم تصویربرداری تجاری که تلفیقی از دو روش سونوگرافی و سیتیاسکن است، معرفی شد، بهطوریکه محدودیتهای رایج تصویربرداری در هر دو روش بهخصوص فراصوت را تا حدقابل ملاحظهای کاهش دادهاست. این مقاله با الگو گرفتن از سیستمهای USCT طی دو مرحله پیادهسازی شدهاست.
در اولین مرحله با ایده گرفتن از ساختار یک ردیف حلقوی از مبدل استوانهای در سیستمهای USCT، ساختاری متفاوت از مبدلهای فراصوت ارائه گردیده و در دومین مرحله سعی شده، اصول تصویربرداری در سیستمهای مذکور، روی مبدل هشتضلعی طراحی شده، پیادهسازی شود. سپس با بهکارگیری روش چشمههای مصنوعی، امواج فراصوت را به سمت بافت تحت مطالعه ارسال کرده و با دریافت اکوهای بازگشتی از آن، به تصویربرداری پرداختهایم. در ادامه به مقایسهی تصویر حاصل از مبدل هشت ضلعی با مبدلهای خطی رایج در تصویربرداری فراصوت، پرداختهشدهاست. مقایسه نتایج نشان میدهد، با ایجاد ساختار متفاوت از مبدلهای رایج فراصوت، میتوان با بهبود 39 درصدی رزولوشن، مرز کیست از بافت، همچنین ابعاد کیست را دقیقتر به تصویر کشید.
-1 مقدمه
سرطان پستان یکی ازشایع ترین انواع سرطان در بین زنان است، به طوریکه از هر هشت زن یک نفر به این سرطان مبتلا می شود.[ 2][1] آمار و علائم ارائهشده، در شرایطی است که با تشخیص به موقع و دقیق مشخصات و موقعیت تودهها، درمان بیماری امکان پذیر است. به منظور تصویربرداری از بافت پستان در مرحله ی تشخیص، روش های مختلفی ارائه شده است که از جمله مهم ترین آن ها میتوان به دو روش سونوگرافی و ماموگرافی اشاره کرد.
ماموگرافی ر ایج ترین روش تصویربرداری از بافت سرطانی پستان است. این روش با استفاده از اشعه ی ایکس و اصول تصویربرداری سیتیاسکن، به ارزیابی تغییرات پستان، می پردازد.[3] تصویربرداری فراصوت روشی است که در آن با ارسال امواج فراصوت به سمت بافت تحت مطالعه و ثبت اکوهای بازگشتی، میتوان به تصویرگری از بافت آسیب دیده پرداخت .[4] از جمله کاربردهای این روش، ثبت تصویر از بافت های همگن و متراکم، مانند بافت پستان است.
پزشکان برای بیماران با سنین زیر 40 سال، ابتدا سونوگرافی را تجویز میکنند.[5] هر یک از دو روش مذکور دارای محدودیتهایی است که معمولا برای ارائهی تصویری با کیفیت و دقت بالا، از هر دو روش به طور مکمل استفاده میشود. بنابراین دانشمندان به سمتی پیش رفته اند تا سیستمی ارائه دهند که به طور ترکیبی شامل دو تکنیک مذکور باشد به طوری که با حفظ مزایا، معایب و محدودیت های هر دو روش در آن، به حداقل رسد. سیستم مذکور USCT نام دارد.
USCT روشی ترکیبی بین سونوگرافی و ماموگرافی است. هدف اصلی این دسته سیستمها، استفاده از اصول تصویربرداری سیتیاسکن و سونوگرافی است که با جایگزینی امواج فراصوت به جای اشعهی ایکس، به تصویربرداری از بافت تحت مطالعه در چندین مقطع و از تمام جهات می پردازد. در نهایت با بازسازی دادههای به دست آمده، یک تصویر حجمی ارائهمیشود.[6] ساختار سیستم مذکور با توجه به شکل 1 بدینصورت است که، المان های ارسال کننده و دریافت کنندهی امواج فراصوت روی دیواره داخلی استوانهای با قطر 18 سانتیمتر و ارتفاع 15 سانتیمتر، قرارگرفته اند. سیستم تصویربرداری در مجموع شامل 384 المان ارسال و 1536 المان دریافت است که سه ردیف می پردازد.
در اولین مرحله با الگو گرفتن از ساختار یک ردیف 16تایی مبدل فراصوت را روی دیوارهی استوانه شامل میشوند. حلقوی مبدل در سیستم های تصویربرداری USCT، ساختاری در نمونهی تجاری با استفاده از یک موتور، در استوانه شش متفاوت از مبدل های رایج فراصوت، طراحی و ارائه گردیدهاست. مرحله چرخش ایجاد میشود، بنابراین در عمل هر یک از سه در دومین مرحله، نوع سادهای از اصول تصویربرداری ردیف شامل 6*16 مبدل 16 - مبدل تعبیه شده و شش مرحله سیتیاسکن و سونوگرافی که به طور ترکیبی در چرخش - میباشد. چینش المانها در سطح و ارتفاع استوانه سیستم هایUSCT به کار برده شده است، روی مبدل هشت شامل 24 ردیف 96تایی المان ارسال کنندهی امواج فراصوت و ضلعی، پیادهسازی میشود.
48 ردیف 192تایی المان دریافتکنندهی اکوهای پراکنده شده در مرحله ی اول به منظور پیاده سازی مبدلی با ساختار مشابه از بافت، است.[7] مطابق با آنچه در شکل 1 نمایش داده شده و با یک ردیف مبدل حلقوی در سیستم های تصویربرداریUSCT، همچنین توضیحات فوق میتوان ساختار را بهطور فرضی اینگونه مطابق شکل 2، مبدلی هشت ضلعی طراحی شدهاست که هر بیان کرد که، تصویربرداری از هر مقطع از بافت توسط یک مبدل ضلع آن یک مبدل مستقل، شامل 24 المان فعال در مرحلهی حلقوی شامل 192 المان ارسال و 96 المان دریافت به روش دریافت و 12 المان فعال در مرحلهی ارسال است.
بنابراین تعداد چشمههای مصنوعی، انجام میگیرد. المان های ارسال و دریافت در مبدل هشت ضلعی با تعداد المان ها در یک ردیف حلقوی از مبدل، در نمونهی تجاری برابری میکند. تصویربرداری در این دسته سیستم ها به روش چشمه های مصنوعی - SA - انجام میپذیرد، SA روشی است که در آن یک المان از مبدل، موج فراصوت را به سمت بافت ارسال کرده، سپس اکوهای پراکندهشده از بافت توسط تمام المانهای مبدل دریافت میشود، این فرایند به ترتیب برای تک تک المان های مبدل در نقش ارسال کننده، تکرار میشود.[10] در نمونه تجاری، تصویربرداری به روش SA بدین صورت است که اولین المان مبدل حلقوی، موج را به سمت بافت تحت مطالعه ارسال میکند و اکوهای پراکنده شده از بافت در تمام جهات توسط دیگر المانهای روی سطح حلقه، دریافت و ثبت میشوند.
-2 روش پیشنهادی
این مقاله با هدف شبیه سازی یک نمونه ی ساده مبدل با ساختاری مشابه با مبدل ها در سیستم های تصویربرداری USCT و اصول تصویربرداریِ به کاربرده شده در این دسته سیستم ها، طی دو مرحله پیادهسازی شده و به بررسی پارامتر رزولوشن در گام اول هر ضلع از مبدل هشت ضلعی که خود یک مبدل است، به طور مستقل از زاویه ی خود، با بهکارگیری روش چشمههای مصنوعی، به تصویربرداری از بافت میپردازند و تصویر نهایی از میانگینگیری روی هشت تصویر، به دست میآید.
در گام دوم، مشابه با روش تصویربرداری در یک ردیف مبدل حلقوی در نمونه ی تجاری که یک المان ارسالکننده و دیگر المانها دریافتکنندهاند، نحوهی تصویربرداری در مبدل هشت ضلعی بدین صورت است که، یک مبدل موج را ارسال کرده، سپس خودش و هفت مبدل دیگر از مبدل هشت ضلعی، اکوها را در تمام جهات دریافت و ثبت میکنند. تصویر به دست آمده در سیستم های فراصوت بر اساس بازسازی اکوهای بازگشتی از فانتوم است، در حالی که در مبدل هشت ضلعی، با افزایش زاویهی بین مبدل ارسال کننده و دریافت کننده، تعدادی از المانهایشان در مقابل و امتداد یکدیگر قرار میگیرد.
بنابراین دسته امواجی که توسط المان مقابل المان ارسال کننده، دریافت میشوند از نوع انتقال یافته بوده و بازسازی مذکور پایه گذاری شده است، سعی شده فانتومی با ظاهری مشابه تصویر از روی آنها توسط اصول رایج delay and sum در با بافت پستان طراحی کنیم. بازسازی تصاویر فراصوت امکان پذیر نیست، بنابراین در این شکل 3 نمایی از فانتوم مخروطی طراحی شده با مشخصات شرایط تصویر کیفیت خود را از دست میدهد.
در این پژوهش با زیر است: ارتفاع20 میلیمتر در راستایy ، با قطر بزرگترین توجه به سایز مبدل هشتضلعی و فانتوم تحت مطالعه، برای سطح مقطع 18 میلیمتر در صفحهیx-zکه در آن کیست حذف تاثیر امواج انتقالیافته از مبدلهایی که با مبدل کروی شکل تعبیه شده است. در این مجموعه تنها از یک مقطع از ارسالکننده زاویهی +45 ، -45 ، 90+ و -90 درجه دارند، مخروط که سطح دایرهای به شعاع شش میلیمتر است، استفاده کرده و از دیگر مبدل ها در نقش دریافت کننده، صرف استفادهشدهاست. نظر شده است. بنابراین در هر مرحله از ارسال امواج توسط مبدل ارسالکننده، خودش و چهار مبدل با زاوایای مذکور، دریافت کننده اند. در صورتیکه در مبدل هشت ضلعی به ازای هر ضلع در نقش مبدل ارسالکننده، پنج تصویر حاصل شود، تصویر نهایی از میانگینگیری روی 40 تصویر حاصل میشود.
-3 ارزیابی روش پیشنهادی
به عنوان اولین مرحله ی بررسی عملکرد مبدل هشت ضلعی در تصویربرداری از فانتوم نقطه ای، از هشت مبدل با دو چیدمان متفاوت استفاده شده است. اولین آرایش، ساختار یک هشت ضلعی بوده و دومین آرایش، بدین گونه است که، هشت مبدل به صورت ردیفی با فاصله ی0,01میلیمتر در کنار یکدیگر قرار گرفته اند و آرایش یک مبدل خطی را ایجاد میکنند. در هر دو چیدمان، هر یک از هشت مبدل بهطور مستقل از فانتوم تصویربرداری کرده و تصویر نهایی از میانگینگیری روی هشت تصویر، بهدست میآید.
به منظور تصویربرداری از فانتوم تک نقطه ای یک محیط تصویربرداری هشت میلیمتر در هشت میلیمتر طراحی کرده و یک فانتوم تک نقطه ای در مرکز آن و در عمق 11,8 میلیمتری از مبدل قرار می دهیم. در شکل 4 تصویر به دست آمده از هشت مبدل با دو ساختار هشتضلعی و خطی، نمایش دادهشدهاست. در شکل -4ت با بررسی نمودار تغییرات جانبی، مشاهده می شود، تصویر بهدست آمده از مبدل هشت ضلعی، پهنای لوب اصلی کمتری نسبت به تصویر بهدستآمده از مبدل با ساختار ردیفی دارد، که این به معنای بهبود رزولوشن است.
