پایان نامه تصحیح حرکت تنفسی در تصویربرداری gate شده به روش SPECT
فهرست محتوا
فهرست مطالب:
- چکیده …………………………………………………………………………………………………….1
- فصل اول …………………………………………………………………………………………………2
- 1- مقدمه و کلیات ……………………………………………………………………………………3
- 1-1 تصویربرداری های پزشکی ………………………………………………………………….3
- 1-1-1 قطع نگاری کامپیوتری با پرتوی تابشی……………………………………………….4
- 1-1-1-1PET………………………………………………………………………………………….4
- 1-1-1-2 SPECT………………………………………………………………………………….5
- 1-1-1-2-1دوربین گاما……………………………………………………………………………..5
- 1-1-1-2-1-1آشکارسازهای سوسوزن………………………………………………………..6
- 1-1-1-2-2 عوامل تأثیرگذار روی تصاویر SPECT قلبی……………………………..10
- 1-1-1 -2-2-1 عوامل مربوط به دوربین گاما……………………………………………..11
- 1-1-1-2-2-1-1 قدرت تفکیک انرژی قدرت تفکیک………………………………. 11
- 1-1-1-2-2-1-2 راندمان آشکارسازی ……………………………………………………..12
- 1-1-1-2-2-1-2-1 بهرۀ ذاتی………………………………………………………………..13
- 1-1-1-2-2-1-2-2 بازده فوتوپیک و کسر فوتونی…………………………………….14
- 1-1-1-2-2-1-2-3 بهرۀ هندسی……………………………………………………………14
- 1-1-1-2-2-1-3 زمان مرده……………………………………………………………………15
- 1-1-1-2-2-1-4 قدرت تفکیک فضایی…………………………………………………..18
- 1-1-2-2-1-4-1 قدرت تفکیک ذاتی………………………………………………………18
- 1-1-1-2-2-1-4-2 قدرت تفکیک کلیماتور…………………………………………….19
- 1-1-1-2-2-1-4-3 قدرت تفکیکپراکندگی…………………………………………….20
- 1-1-1-2-2-1-5 حساسیت…………………………………………………………………….20
- 1-1-1-2-2-2 عوامل مربوط به بیمار………………………………………………………..20
- 1-1-1-2-2-2-1-1 تضعیف بافت پستان ………………………………………………..21
- 1-1-1-2-2-2-1-2 تضعیف دیافراگم……………………………………………………..22
- 1-1-1-2-2-2-2 آرتیفکت حرکتی………………………………………………………….24
- 1-1-1-2-2-2-2 -1 حرکت تنفسی………………………………………………………….26
- 1-1-1-3 بازسازی………………………………………………………………………………….27
- 1-2 قلب شناسی……………………………………………………………………………………..28
- 1-2-1 آناتومی قلب…………………………………………………………………………………28
- 1-2-1-1 سرخرگهای کرونری ………………………………………………………………28
- 1-2-1-1-1 سرخرگ کرونری اصلی چپ………………………………………………….28
- 1-2-1-1-2 سرخرگ کرونری اصلی راست……………………………………………….29
- 1-2-1-2 superior vena cava …………………………………………………………29
- 1-2-1-3 inferior vena cava …………………………………………………………29
- 1-2-1-4 آئورت ………………………………………………………………………………….29
- 1-2-1-5 عروق ریوی……………………………………………………………………………30
- 1-2-1-6 سیاهرگهای ریوی…………………………………………………………………30
- 1-2-1-7 ماهیچههای papillary …………………………………………………………30
- 1-2-1-8 سیکل قلبی…………………………………………………………………………….30
- 1-2-1-9 خروجی قلبی ………………………………………………………………………..32
- 1-2-1-10 شاخص قلب ………………………………………………………………………32
- 1-2-1-11 حجم ضربهای……………………………………………………………………….32
- 1-2-1-12 PCWP………………………………………………………………………………32
- 1-2-1-13 دیوارۀ تحتانی………………………………………………………………………..32
- 1-2-1-14 باریکشدگی نوک قلب…………………………………………………………..33
- 1-2-1-15 upper septum………………………………………………………………….33
- 1-2-2 منحنی استرلینگ ………………………………………………………………………….33
- 1-3 مطالبی دربارۀ ریه و عملکرد آن………………………………………………………….34
- 1-3-1 نمودارهای حجمی ریه………………………………………………………………….34
- 1-4 آنالیز کمی در تصویربرداری از قلب ………………………………………………….36
- 1-4-1 کمی سازی کار قلب…………………………………………………………………….37
- 1-4-1-1 حجم های پایان دیاستول و پایان سیستول …………………………………..37
- 1- 4-1-2 کسر جهشی…………………………………………………………………………..38
- 1-5 شبیهسازی……………………………………………………………………………………….39
- 1-5-1 فانتومهای تصویربرداری پزشکی…………………………………………………….39
- 1-5-2 فانتوم چهاربعدی NCAT…………………………………………………………….40
- 1-5-3 مدلکردن مونتهکارلوی تصویربرداری پزشکیهستهای…………………………41
- 1-5-3-1 اثر شبیهسازیهای مونتهکارلو ……………………………………………………41
- 1-5-3-2 بستههای نرم افزاری مونته کارلو…………………………………………………41
- 1-5-3-2-1 برنامههای مونتهکارلو با هدف عمومی …………………………………….41
- 1- 5-3-2-2 بستههای شبیهسازی مونتهکارلو اختصاصی………………………………43
- 1-5-3-2-3 کاربردهای اختصاصی روش مونتهکارلو…………………………………..44
- 1-5-3-2-4 SimSET…………………………………………………………………………44
- 1-5-3-2-5 SIMIND ……………………………………………………………………….44
- 1-5-3-2-6 GATE …………………………………………………………………………..45
- فصل دوم……………………………………………………………………………………………….47
- 1-2 مروری بر مطالعات ………………………………………………………………………….48
- 2-2 بیان مسئله ………………………………………………………………………………………59
- 2-3 فرضیات تحقیق ………………………………………………………………………………59
- فصل سوم………………………………………………………………………………………………61
- 3- مواد و روشها ………………………………………………………………………………….62
- 3-1 تولید فانتوم ……………………………………………………………………………………..62
- 3-1-1 سطوح Spline و NURBS ……………………………………………………….62
- 3-1-2 فانتوم MCAT ………………………………………………………………………….62
- 3-1-3 فانتوم NCAT …………………………………………………………………………..63
- 3-2 بررسی بصری فانتومهایNCAT……………………………………………………….66
- 3-2-1: برنامۀ مطلب……………………………………………………………………………….67
- 3-3 ساخت لژیون ………………………………………………………………………………….68
- 3-4 تصویربرداری شبیهسازی از فانتومهای تولیدی………………………………………70
- 3-5 تصویربرداری با کد Gate ……………………………………………………………….70
- 3-6 تصویربرداری با مدل SIMIND……………………………………………………….72
- 3-7 پارامتردهی مدل شبیهسازیSIMIND… 72
- 3-8 Xeleris ……………………………………………………………………………………….73
- 3-9 بازسازی…………………………………………………………………………………………75
- 3-10 4D-MSPECT………………………………………………………………………….75
- فصل چهارم……………………………………………………………………………………………76
- 4- نتایج ……………………………………………………………………………………………….77
- 4-1 تأثیر حرکت تنفسی…………………………………………………………………………..77
- فصل پنجم …………………………………………………………………………………………….92
چکیده
مقدمه: تصویربردای از عضلهٔ قلب بهروش SPECT، روشی غیر تهاجمی برای تشخیص بیماران مشکوک به بیماری عروق کرونر است. یکی از مهمترین آرتیفکتهای حرکتی در تصویربرداری بهروش SPECT، حرکت تنفسی است که سبب کاهش کیفیت تصویر خواهد شد. هدف از این تحقیق، بررسی تأثیر حرکت تنفسی نرمال در ناحیهٔ RCA بطن چپ میباشد.
مواد و روشها: با استفاده از نرمافزار NCAT، فانتومهای با و بدون حرکت تنفسی نرمال بصورت معیوب و سالم ساخته شدند (جهت انجام گیت تنفسی، 24 فانتوم در یک سیکل تنفسی برای گروههای با حرکت تنفسی و یک فانتوم گیتنشده بدون حرکت تنفسی نیز برای هر گروه ساختهشد) و با استفاده از کدهای شبیهسازی Gate و SIMIND مورد شبیهسازی قرارگرفتند. در مرحلهٔ بعد، برروی فانتومهای گیتشده توسط برنامهٔ Matlab چند پردازش انجامگردید: 1. در هر یک از گروههای مورد بررسی، تمام فانتومها با یکدیگر جمعشدند. 2. سیکل تنفسی به شش قسمت تقسیم و فانتومهای هر قسمت با یکدیگر جمعگردید. 3. فانتومها در سیکل تنفسی به مقدار 208/0 ثانیه در سه مرحله، جا به جا شدند و سپس با هم جمع گردیدند. 4. در پردازش آخر با یک برنامهٔ تصحیح (که در آن ماکسیمم شمارشها، مشخص و شمارشهای اطراف به آن نقاط منتقل و با آنها جمعمیشوند، معادلهای برای موقعیت دیافراگم پیشنهاد گردید تا اثر آن را در آن موقعیتها بتوان حذف نمود) اثر حرکت تنفسی در آنها تعدیلگردید. سپس برای تمام فانتومهای پردازششده یک سر منطبق با زبان دستگاه ساختهشد و بوسیلهٔ روش فیلتربکپروجکشن، بدون اعمال تصحیح تضعیف و پراکندگی در workstation دستگاه Xeleris بازسازیگردید. در پایان، آنالیز کمی خونرسانی با نرمافزار 4D-MSPECT در workstation دستگاه Xeleris روی نمونهها انجامگرفت.
نتایج: مشاهدات حاکی از آن بود که شمارشها و نسبت شمارش نواحی تحتانی[1] و دیواره تحتانی بین بطنی[2] به ناحیه کناری[3]، در حضور حرکت تنفسی کاهشداشتهاند و تصاویر نمونههای با حرکت تنفسی به تصاویر بیمار قلبی با مشکلی در ناحیهٔ تحتانی قلب شباهت پیداکردند. انجام گیت تنفسی، نتایج را تعدیلنمود و حضور آن در روند تصویربرداری ثمربخش بود. تصاویر گیتشدهٔ قسمتهای دوم و پنجم سیکل تنفسی به تصاویر بدون حرکت تنفسی نزدیک بودند.
نتیجه گیری: نتایج تحقیق حاضر نشان دادند، حرکت تنفسی بیشترین تأثیر را روی ناحیهٔ تحتانی و دیوارهٔ تحتانی بینبطنی قلب میگذارد و با گیت تنفسی و بررسی تصاویر چند قسمت خاص در یک سیکل تنفسی میتوان این تأثیر را تعدیلنمود. با استفاده از برنامهٔ تصحیح حرکت تنفسی پیشنهادشده میتوان پس از شبیهسازی تصویر و قبل از بازسازی، این اثر را تا حد زیادی تصحیح کرد.
فصل اول:
مقدمه و کلیات
تشخیص بیماری ازطریق انجام معاینات فیزیکی و مشاهده نشانههای بیماری از قدیم در بین اطبا مرسوم بودهاست و در همین راستا کتب بیشماری نیز نوشته شدهاند. لیکن با رشد روزافزون جمعیت در جهان و بروز بیماریهای پیچیده، تشخیص بیماریها سخت گردید و امر تشخیص اهمیت خاصی پیدا کرد. در این رابطه روشها و دستگاههای زیادی ابداع و بکار گرفته شدند. تصویربرداری از بخشهای مختلف بدن انسان یکی از بهترین راههای تشخیصی است که تاکنون استفادهشدهاست. تصویربرداری، تشخیص به موقع بیماریها را ممکن ساخته و موجب کشف بیماریهای بسیار و پدیدههای نادر و ناشناخته گشتهاست. در طول صد سال گذشته تصویربرداری پزشکی رشدی صعودی داشتهاست. امروزه از انواع مختلف تصویربرداری بهمنظور بررسی اعضاء حیاتی بدن استفادهمیشود. تصویربرداری پزشکی انواع گوناگونی دارد که بر حسب چشمهای که با استفاده از آن تصویربرداری انجام میشود، قابل تقسیم بندی هستند. [1]
- گسیلی
- اشعهٔ ایکس
- [4]CT
- رادیولوژی پروجکشنی
- بازتاب، شکست
- فراصوت
- آندوسکوپی
- فوتوگرافی
- ویدیوگرافی
- Planar
- SPECT
- مقطع نگاری گسیلی پوزیترون
- چشمهٔ طبیعی:
- دمانگاری
- ECG map، EEG
1-1-1: مقطع نگاری کامپیوتری با پرتوی تابشی:
مقطع نگاری کامپیوتری پرتوی تابشی، گرفتن تصاویری سه بعدی از توزیع اکتیویتهٔ رادیوداروی دادهشده به بیمار در یک محیط زنده را ممکن میسازد. مقطع نگاری کامپیوتری را میتوان به دو گروه عمده تقسیم نمود:
1-1-1-1: PET:
مبنای ردیابی در این روش ردیابی پوزیترون است و معمولاً از مواد پرتوزا که پرتو بتا مثبت از خود گسیل مینمایند، بهره میبرند. پوزیترون در بدن نابود میشود. در اثر پدیده نابودی زوج، دو فوتون با انرژی 511 کیلوالکترونولت تولید میشوند و در خلاف جهت با زاویه 180 درجه نسبت به یکدیگر شروع به حرکت مینمایند. این دو فوتون با دوربینهای PET آشکارشده و محل تولید آنها نقطهیابی میگردد. در این دوربینهای PET از دوربینهای گاما استفاده میشود. در این روش، جمعآوری در 360 درجه انجام میپذیرد. سر دوربین PET حلقهای قرار دارد که حول محور عمودی بیمار قرار گرفتهاست. در این سیستم از کلیماتورهای الکتریکی بهمنظور آشکارسازی همزمان دو فوتون استفاده شده است که به آن موازیسازی الکتریکی گفته میشود.
رادیوداروهای بیشماری در PET استفاده میشوند، اما استفاده از 82Rb-RbCl در تصویربرداری خونرسانی قلب و استفاده از 18F-fluoro deoxy glucose در تصویربرداری از مغز، قلب و انواع مختلف سرطان متدوالتر است.
استفاده از SPECT جهت تصویربرداری، متداول است. در تصویربرداری با CT و ام.آر.آی گسترهٔ حساسیت آشکارسازی برای غلظتهایی در حد میلیمولار میباشد درحالیکه در مورد PET دقت در حد غلظتهای پیکومولار یعنی برابر دقت CT و ام.آر.آی میباشد. همچنین در تصویربرداری با CT و ام.آر.آی کنتراست با اختلاف چگالی بافت و حجم آب تعیین میشود اما در PET و SPECT کنتراست با تعیین مولکول معین که با یکی از ایزوتوپهای رادیواکتیو یکی از عناصر سازندهٔ آن مولکول نشانه گذاری شدهاست، حاصل میشود.
در تصویربرداریهای SPECT مانند PET، از تکنیک ردیابی استفاده میشود. در این تکنیک، رادیونوکلئیدهای تزریقشده در بدن پرتودهی مینمایند. اشعههای گسیلشده بوسیله دستگاههای آشکارساز، گرفته و آشکار میشوند و سپس مورد آنالیز قرار میگیرند. دوربینهای تصویربرداری SPECT به دوربینهای گاما معروفند. این دوربینها، با چرخش در گستره 180 تا 360 درجه حول بدن بیمار، تصاویر استاتیک از بدن تولید مینمایند.
اولین دوربین گاما در سال 1964 توسط انگر[9] ساختهشد. دوربینها یا همان آشکارسازها انواع مختلفی دارند که از آن جمله میتوان به آشکارسازهای سوسوزن، آشکارسازهای نیمه هادی، آشکارسازهای گازی اشارهنمود. آشکارسازهای گازی اولین آشکارسازهایی بودند که برای آشکارسازی ذرات باردار مورد استفاده قرارگرفتند. این آشکارسازها یک مشکل اساسی داشتند و آن این بود که برای آشکارسازی نیاز به فضای زیادی داشتند، ازینرو بررسی ذراتی با انرژی بالا در آن زمان امکانپذیر نبود. با پیشرفت علم و کشف آشکارسازهای جامد (آشکارسازهای با چگالی بالا)، این مشکل رفعگردید. آشکارسازهای جامد باید دو ویژگی متناقض زیر را دارا میبودند:
- تحمل میدانهای الکتریکی قوی توسط ماده آشکارساز و عبور ندادن جریان.
- عبور آسان الکترونها از ماده آشکارساز.
این دو ویژگی متناقض دانشمندان را به استفاده از مواد نیمهرسانا در آشکارساز سوق داد. اما مواد نیمهرسانا در آن زمان دردسترس نبود و این امر منجربه اختراع آشکارسازهای سوسوزن گردید. دوربینهای گاما، معمولاً آشکارسازهای سوسوزن هستند. در ادامه، انواع این نوع آشکارسازها و عمللکرد آنها بیان شدهاست.
1-1-1-2-1-1 آشکارسازهای سوسوزن:
آشکارسازهای سوسوزن در دهه 1950 ابداع شدند. آشکارسازهای سوسوزن برای استفاده از مادهٔ جامد در آشکارسازی از واسطهای استفاده میکردند و آن واسطه، فوتونهای نوری بودند و الکترونهای یونش، الکترونهای مولد تپ نبودند. در این آشکارسازها، ذرات واپاشیده از طریق یونش یا برانگیختن، با مواد اندرکنش مینمایند. پس از اندرکنش مواد حاصله برای وانگیخته یا بازترکیب شدن، از خود انرژی گسیل مینمایند. این انرژی به صورت انرژی گرمایی تلف میشود و به انرژی درونی ماده تبدیل میگردد و بخشی از این انرژی به صورت نور مرئی گسیل میشود. به موادی که پس از اندرکنش از خود نور مرئی گسیل میکنند، سوسوزن و آشکارسازهایی که از این مواد ساخته میشوند آشکارسازهای سوسوزن مینامند. مواد رادیواکتیوی که در این نوع آشکارسازها مورد استفاده قرار میگیرند به دلیل روند کار این نوع آشکارسازها باید گسیلندهٔ اشعه بتا یا گاما باشند.
آشکارسازهای سوسوزن را میتوان به دو دسته تقسیم نمود:
- آشکارسازهای معدنی
- آشکارسازهای آلی
متداولترین آشکارسازهای سوسوزن، آشکارسازهای با کریستال NaI میباشند. طرز کار این آشکارسازها در ادامه ذکر شده است.
فوتون فرودی به اتمهای کریستال NaI بر خورد میکنند. برهمکنشهای دستهجمعی اتمها در یک بلور سبب میشود که ترازهای انرژی به صورت دسته نوارهای انرژی درآیند. بالاترین نوار، نوار رسانش و پایینترین نوار، نوار ظرفیت است. در طی برهمکنشها، الکترونها از فوتون فرودی به اندازه گاف انرژی بین این دو نوار، انرژی میگیرند و به نوار رسانش میروند و سپس وانگیخته میشوند و از خود فوتون نور گسیل مینمایند.
جهت کاهش خود جذبی و افزایش احتمال گسیل فوتون نور از فعال کننده استفاده مینمایند. فعالکننده، گاف انرژی بین نوار رسانش و ظرفیت را کوتاه میسازد. به این منظور مقدار کمی فعال کننده بهعنوان ناخالصی به کریستال خالص اضافه میگردد. انتخاب فعال کننده به نوع کاری که میخواهیم انجام دهیم بستگی دارد مثلاً برای بازده بالای آشکارسازیِ اشعهٔ گاما معمولاً کریستال NaI با فعال کنندهٔ Tl مورد استفاده میگیرد. پس از گسیل، فوتونهای نوری به لامپهای PM [10] میرسند. لامپهای PM، تولیدکنندهٔ پالسهای ضعیف جریان الکتریکی میباشند. شکل (1-1) ساختمان و طرز کار لامپ فوتومولتی پلایر را نشان میدهد [2].
نقد و بررسیها
هنوز بررسیای ثبت نشده است.