تصحیح حرکت تنفسی در تصویربرداری gate شده به روش SPECT از قلب93
فهرست مطالب:
چکیده ...1
1-1 تصویربرداری های پزشکی ...3
1-1-1 قطع نگاری کامپیوتری با پرتوی تابشی..4
1-1-1-2-1-1آشکارسازهای سوسوزن......6
1-1-1-2-2عوامل تأثیرگذار روی تصاویرSPECT 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
1-1-2-2-1-4-1قدرت تفکیک ذاتی.......18
1-1-1-2-2-1-4-2 قدرت تفکیککلیماتور......19
1-1-1-2-2-1-4-3 قدرت تفکیکپراکندگی....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 -1حرکت تنفسی...................................................................26
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
1-2-1-5عروق ریوی.......................................................................................30
1-2-1-6 سیاهرگهای ریوی...........................................................................30
1-2-1-7 ماهیچههای papillary ..................................................................30
1-2-1-9 خروجی قلبی ...................................................................................32
1-2-1-10 شاخص قلب.................................................................................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
1-4 آنالیز کمی در تصویربرداری از قلب ..........................................................36
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 کاربردهایاختصاصی 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
2-2 بیان مسئله ...................................................................................................59
2-3 فرضیات تحقیق ..........................................................................................59
فصل سوم............................................................................................................61
3- مواد و روشها ..............................................................................................62
3-1تولید فانتوم ..................................................................................................62
3-1-1 سطوحSpline و NURBS ................................................................62
3-1-2 فانتومMCAT.....................................................................................62
3-1-3 فانتوم NCAT......................................................................................63
3-2 بررسی بصری فانتومهایNCAT................................................................66
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 شبیهسازیSIMIND72
3-8 Xeleris....................................................................................................73
5- بحث .....................................................................................................93
5-1 بررسی اثر حرکت تنفسی در قسمتهای مختلف یک سیکل تنفسی در تصاویر SPECT قلب............................................................................................93
5-2 تأثیر حرکت تنفسی روی نواحی تحتانی و تحتانیبینبطنی....................95
5-3 بررسی تأثیر جابهجایی در سیکل تنفسی..............................................96
5-4 تأثیر برنامۀ تصحیح حرکت تنفسی بر نمونههای اصلاحنشده................98
فهرست جداول:
جدول (1-1) مقادیر نرمال کمیتهای قلب در هر تصویربرداری..........................38
جدول(1-2) خصوصیات کدهای رایج مونتهکارلو با اهداف عمومی در مدل کردن سیستمهای تصویربرداری پزشکیهستهای.............................................................42
جدول (1-3) خصوصیات کدهای مونتهکارلو اختصاصی برای شبیهسازی سیستمهای تصویربرداری پزشکیهسته-ای...........................................................................43
جدول (3-1) نمودار ضرایب تضعیف بافتی استفاده شده.....................................65
جدول (3-2) نمودار اکتیویتۀ استفاده شده ..........................................................66
جدول (4-1) فاکتورهای اکتیویته شش قسمت ناحیۀ بازال...................................78
جدول (4-2) فاکتور اکتیویته قسمت بازال فانتومها در شش قسمت سیکل تنفسی..................................................................................................................79
جدول (4-3) فاکتور اکتیویته قسمت بازال فانتومها پس از جابهجایی در نمودار سیکل تنفسی .......................................................................................................80
جدول (4-4) فاکتور اکتیویته قسمت mid فانتومها با و بدون حرکت تنفسی......81
جدول (4-5) فاکتور اکتیویته قسمت mid فانتومها در شش بخش یک سیکل تنفسی..................................................................................................................82
جدول (4-6) فاکتور اکتیویته قسمت mid فانتومها در جابهجایی سیکل تنفسی..84
جدول (4-7) فاکتور اکتیویته قسمت apical و apexفانتومها با و بدون حرکت تنفسی..................................................................................................................85
جدول (4-8) فاکتورهای اکتیویته قسمت apical و apex فانتومها در شش قسمت یک سیکل تنفسی.....................................................................................86
جدول(4-9) فاکتورهای اکتیویته قسمت apical و apex فانتومهایی که در سیکل تنفسی جابهجاشدهاند...........................................................................................87
جدول (4-10) نسبت فاکتور اکتیویته ناحیۀ دیوارۀ تحتانیبینبطنی و تحتانی به فاکتور اکتیویتۀ ناحیۀ کناری مربوط به فانتومها در شش قسمت یک سیکل تنفسی..................................................................................................................88
جدول (4-11) نسبتهای فاکتور اکتیوبته ناحبههای دیوارۀ تحتانی بینبطنی و تحتانی به فاکتور اکتیویته ناحیۀ کناری فانتومهایی که در سیکل تنفسی جابهجاشدهاند........................................................................................................................88
جدول (5-1) نسبت نواحی مختلف را برای زن با حرکت تنفسی و بدون حرکت تنفسی بیان میکند................................................................................................96
جدول (5-2) عدد فانتومها با توجه به عدد k وm که در فرمول قراردارد، بهدستآمدند...................................................................................................................97
فهرست نمودارها:
نمودار(1-1)پهنای کامل نصفماکسیمم انرژی662Kevپرتوی گامای..................11
نمودار ( 1-2 ) نمودار بهرۀذاتی برحسب انرژی فوتون پرتو گاما.........................13
نمودار (1-3) منحنیهای آهنگ شمارش واقعی و آهنگ شمارش........................17
نمودار (1-4) سطح زیر منحنی سیکل قلبی نمودار فشار-حجم...........................31
نمودار (1-5) منحنی استرلینگ ...........................................................................34
نمودار (1-6) نمودارهای LV.............................................................................37
نمودار (4-1) مربوط به جدول (4-1) ...............................................................78
نمودار(4-2) منحنیهای سه بخش ابتدای سیکل تنفسی را با منحنی حالت بدون حرکت تنفسی مقایسه مینماید.............................................................................79
نمودار (4-3) منحنی سه بخش انتهای سیکل تنفسی را با منحنی بدون حرکت تنفسی مقایسه می نماید........................................................................................80
نمودار (4-4) منحنیهای فانتومهای جابهجاشده در سیکل تنفسی را با منحنی بدون حرکت تنفسی نشان میدهد..................................................................................81
نمودار (4-5) مربوط به جدول (4-5) ................................................................82
نمودار (4-6) منحنی بدون حرکت تنفسی و منحنیهای سه قسمت ابتدای سیکل تنفسی...................................................................................................................83
نمودار(4-7) منحنیهای بدون حرکت تنفسی و سه بخش انتهایی سیکل تنفسی...83
نمودار(4-8)منحنی بدون حرکت تنفسی با منحنیهای جابهجایی در سیکل تنفسی...................................................................................................................84
نمودار (4-9) مربوط به جدول (4-9).................................................................85
نمودار(4-10) منحنی بدون حرکت تنفسی با منحنیهای سه بخش ابتدای سیکل تنفسی..................................................................................................................86
نمودار (4-11) منحنی بدون حرکت تنفسی با سه بخش انتهایی سیکل تنفسی..................................................................................................................87
نمودار (4-12) مقایسۀ منحنی بدون حرکت تنفسی با منحنیهای جابهجایی در سیکل تنفسی........................................................................................................88
نمودار (4-13) منحنیهای نسبت فاکتور اکتیویتههای نواحی دیوارۀتحتانی بین بطنی و تحتانی تمامی حالتهای مورد بررسی با یکدیگر مقایسه شدهاند...................... 89
نمودار (4-14) LPV زن نرمال قبل از تصحیح حرکت تنفسی.............................89
نمودار (4-15) LPV پس از تصحیح حرکت تنفسی...........................................90
نمودار (4-16) LPH زن نرمال قبل از تصحیح حرکت تنفسی............................90
نمودار (4-17) LPH زن نرمال پس از تصحیح حرکت تنفسی...........................91
نمودار (5-1) تغییرات دیافراگم طی یک سیکل تنفسی را نشان میدهد................94
فهرست اشکال:
شکل (1-1) ساختمان و کار لامپ photomultiplier .......................................7
شکل (1-2) نمایش کلی دوربین گامای NaI ......................................................8
شکل(1-3) (a) آشکارسازهای تک سر، (b) آشکارسازهای دو سر با زاویه 90درجه نسبت بههم، (c) آشکارسازهای دوسر با زاویه 180 نسبت به هم و(d)آشکارسازهای چندسر ................................................................................................................9
شکل(1-4) روند جمعآوری حالتهای گیتشده وگیتنشده را نشان میدهد.....10
شکل1-5 نمایش بازده هندسی .........................................................................15
شکل (1-6) آرتیفکت تضعیف بافت پستان........................................................22
شکل 1-7 تضعیف دیافراگم ..............................................................................23
شکل (1-8) نقص واقعی دیوارۀ تحتانی را نشان میدهد.....................................23
شکل (1-9) در این شکل بیمار حرکت داشته است............................................24
شکل (1-10) بیمار حرکت کرده است...............................................................25
شکل (1-11) منحنی حجمهای مختلف ریه را نشان میدهد ..............................35
شکل (1-12) تقسیمبندی بیستقسمتی و نواحی رگهای بطنچپ ...................36
شکل (1-13) فانتوم NCAT و نمایش اجزای هر یک .....................................40
شکل(1-3) توسعه اولیه (چپ) آناتومی NCAT چهاربعدی ................................64
شکل(2-3) برنامۀ imlook3d...........................................................................68
شکل (3-3) ساخت لژیون برای فانتومهای گیتنشده ........................................69
شکل (3-4) ساخت لژیون برای فانتومهای گیت تنفسی شده .............................69
شکل (3-5) تنظیمات فیلتر در سیستمxeleris ..................................................74
شکل (5-1) (a)تصویر فانتوم نرمال گیتنشده زن بدون حرکت تنفسی(b) قسمت دوم سیکل تنفسی زن نرمال(c) تصویر قسمت پنجم سیکل تنفسی زن نرمال....................................................................................................................95
شکل (5-2) (a) تصویر زن نرمال گیت نشده بدون حرکت تنفسی است که با زن نرمال با حرکت تنفسی مقایسه شده است..............................................................95
شکل (5-3) تصویر تصحیح حرکت تنفسی را نشان میدهد.................................99
چکیده
مقدمه: تصویربردای از عضلۀ 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 ناحیۀ 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 مرحلۀ بعد، برروی فانتومهای گیتشده توسط برنامۀ 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 برنامۀ تصحیح ( که در آن ماکسیمم شمارشها، مشخص و شمارشهای اطراف به آن نقاط منتقل و با آن ها 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 بوسیلۀ روش فیلتربکپروجکشن، بدون اعمال تصحیح تضعیف و پراکندگی در workstation دستگاه Xelerisبازسازیگردید. 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 ناحیۀ تحتانیقلب شباهت پیداکردند. انجام گیت تنفسی، نتایج را تعدیلنمود و حضور آن در روند تصویربرداری ثمربخش بود. تصاویر گیتشدۀ 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 ناحیۀ تحتانی و دیوارۀ 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 برنامۀ 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
- مقدمه و کلیات:
-1. تصویربرداریهای پزشکی:
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 شده اند. لیکن با رشد روزافزون جمعیت در جهان و بروز بیماری های پیچیده، تشخیص بیماری ها سخت گردید و امر تشخیص اهمیت خاصی پیدا کرد. در این رابطه روشها و دستگاه های 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 پدیده های 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]
لف- چشمۀ بیرون بدن:
- گسیلی
o اشعۀ ایکس
- [4]CT
- رادیولوژی پروجکشنی
- بازتاب، شکست
o فراصوت
o آندوسکوپی
o فوتوگرافی
o ویدیوگرافی
- چشمه درون بدن :
- برانگیختگی بیرونی:
o رزونانس مغناطیسی هستهای
o بیولومینسانس[5]
- ردیابی داخلی:
o سینوگرافی[6] تک فوتون
- Planar
- SPECT
o مقطع نگاری گسیلی پوزیترون
- چشمۀ طبیعی:
o دمانگاری
o ECG map، EEG
1-1-1: مقطع نگاری کامپیوتری با پرتوی تابشی:
مقطع نگاری کامپیوتری پرتوی تابشی،گرفتن تصاویری سه بعدی از توزیع اکتیویتۀ 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 دوربینPETحلقهای 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 PETاستفاده میشوند، اما استفاده از 82Rb-RbCl در تصویربرداری خونرسانی قلب و استفاده از 18F-fluorodeoxy glucose در تصویربرداری از مغز، قلب و انواع مختلف سرطان متدوالتر است.
1-1-1-2 SPECT:
استفاده از SPECTجهت تصویربرداری ، متداول است. در تصویربرداری با CT و ام.آر.آی گسترۀ حساسیت آشکارسازی برای غلظتهایی در حد میلیمولار میباشد درحالیکه در مورد PET دقت در حد غلظتهای پیکومولار یعنی برابر دقت CTو ام.آر.آی میباشد. همچنین در تصویربرداری با CTو ام.آر.آی کنتراست با اختلاف چگالی بافت و حجم آب تعیین میشود اما در PETو SPECT کنتراست با تعیین مولکول معین که با یکی از ایزوتوپهای رادیواکتیو یکی از عناصر سازندۀ آن مولکول نشانه گذاری شدهاست، حاصل میشود.
در تصویربرداریهایSPECTمانند 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 .
1-1-1-2-1دوربین گاما:
اولین دوربین گاما در سال 1964توسط 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. آشکارساز های جامد باید دو ویژگی متناقض زیر را دارا میبودند :
1.تحمل میدانهای الکتریکی قوی توسط ماده آشکارساز و عبور ندادن جریان.
2. 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]inferior
[2]Infero septal
[3]lateral
[4]Computed Tomography
[5]Bioluminescence
[6]Signography
[7]Positron Emission Tomography
[8]Single Photon Emission Tomography
[9]Anger
