آندوسکوپی مجازی

1. آندوسکوپی مجازی Virtual Endoscopy

2. آندوسکوپی معمولی چه معایبی دارد؟ • تهاجمی است. • عوارضی مثل پارگی، عفونت و خونریزی دارد. • دید محدودی فراهم می کند.

3. آندوسکوپی مجازی چه مزایایی دارد؟ • غیر تهاجمی • بدون عارضه • قابل تکرار • دید بهتر • امکان اندازه گیری • امکان مشاوره • هزینه کمتر • امکان آموزش • طراحی روش جراحی

4. آندوسکوپی مجازی چه محدودیت هایی دارد؟ • عدم امکان انجام مداخله درمانی • لزوم انجام تصویر برداری • محدودیت درنگاشت حقیقی رنگ و قوام بافتها • عدم وجود استاندارد برای روش ها • مشکل تکنیکی بخش بندی خودکار • عدم پذیرش بیمار، پزشک، بیمه

5. آندوسکوپی مجازی چیست؟ روش های تصویر برداری + حقیقت مجازی آندوسکوپی مجازی

6. مراحل آندوسکوپی مجازی • دریافت اطلاعات • پردازش اولیه تصاویر • ارائه سه بعدی • نمایش و تجزیه و تحلیل تصویر

7. دریافت اطلاعات • تصویر دو بعدی CT یا MRI یا اسکنرهای پزشکی • انتخاب فاکتورهای اسکن مثل ضخامت برش ، پیچ اسپیرال و مقدار روی هم افتادن لبه هاو فاکتورهای تابش اشعه

8. پردازش اولیه تصاویر • فیلتر برای کاهش نویز • بخش بندی تصویر • خوشه بندی • حذف

9. ارائه سه بعدی • Surface rendering • Volume rendering • Less artifacts • More real images • No need to process

10. نمایشو تجزیه و تحلیل تصویر • سیستم های کامپیوتری و نمایش دهنده های قوی • ابزارهای تجزیه و تحلیل تصویر • QUICKSEE • ANALYZE • VOYAGER • 3D NAVIGATOR

11. مراحل به دست آوردن تصویر سه بعدی گرفتن تصویر CT یا MRI بخش بندی (دستی یا خودکار) رندر کردن سطحی حجمی

12. بخش بندی با بخش بندی تصویر نقشه تومور مشخص شده است

13. روش های سه بعدی سازی • رندر کردن سطحی • سطح داخلی را نشان میدهد • داده های کمتری نیاز دارد • محاسبات کمتری دارد • رزولوسیون تصویر پایین است • رندر کردن عمقی • سطح خارجی را نشان میدهد • داده های بیشتری نیاز دارد • محاسبات بیشتری دارد • رزولوسیون بهتری فراهم می کند

14. مطالعه موردی سمت چپ آندوسکوپ را در داخل مدل سه بعدی باز سازی شده قلب بیمار نشان می دهد که به ورید پولمونری راست نگاه می کند.در سمت راست دهلیز از زاویه دید آندوسکوپ نشان داده شده است.

15. مطالعه موردی( ادامه) آندوسکوپی مجازی که یک برش بازسازی شده همراه با نمای صفحه آندوسکوپ نشان داده شده است. یک پولیپ درنمای آندوسکوپیک دیده می شود(سمت راست). کولون براساس خم های روده رنگ آمیزی شده که رنگ آبی خم فوقانی را نشان می دهد.

16. اصلاحات گرافیکی سه بعدی سازی actor اجسام سه بعدی که در صفحه رندر می شوند world صحنه ای که actor ها در آن نمایش داده می شوند world matrix ماتریسی که موقعیت وجهت actor را در world نشان می دهد

17. پارامتر های دوربین • وکتور دوربین به نقطه تمرکز،وکتورview normal نامیده می شود • صفحه های قطع کننده جلویی وعقبی وکتور view normal را قطع میکنند و بر آن عمود هستند • نمایش سه بعدی هنگامی اتفاق می افتد که همه شعاع های نوری از یک نقطه عبور کنند

18. 3D Slicer • یک بسته نرم افزاری open-source • تنظیم مجموعه های داده ها • بخش بندی نیمه خودکار • ایجاد مدل های سطوح سه بعدی • تصویر سازی سه بعدی • تجزیه و تحلیل کمی مثل ابزار های اندازه گیری • فرمت فایل MRML

19. صفحه نمایش • پنل کنترل • پنج صفحه نمایش مختلف • نمای آندوسکوپیک (صفحه راست وبالا)

20. نمای آندوسکوپیک World view Endoscope actor دوربین 3D gyro نقطه تمرکز Endoscopic view دوربین 3D gyro نقطه تمرکز

21. نمای آندوسکوپیک(ادامه) • موقعیت و جهت هردو آندوسکوپ مجازی و actor به طور جداگانه تغییرمی کند • پزشک می تواند بسته به نیاز یک نما را در حداکثر کدورت نگه دارد و نمای دیگر را کاملا شفاف کند

22. جستجو • جستجوی فعال بسیار مهم است • کنترل حرکت با ماوس مشکل است چون درجه آزادی زیادی دارد • با استفاده از دو ابزار gyro و picker با حرکت ماوس می توان دوربین را حرکت داد و چرخاند

23. حرکت فعال دوربین این شکل نشان می دهد که چگونه ابزار gyro حرکت می کند. در سمت چپ کاربر ماوس را در جهت وکتور Vmouse حرکت می دهد و محور قرمز را برای ترجمه انتخاب کرده است. وکتور Vaxis نمایش محور قرمز بر روی صفحه نما است. زاویه بین Vmouse و Vaxis جهت حرکت در طول محور قرمز را نشان می دهد ( شکل راست).

24. مسیرهای جستجو • یک مسیر نمایش fly-through اتصال بین نقاط کلیدی است که لندمارک نامیده می شوند • سه راه برای مشخص کردن لندمارک وجود دارد: • به صورت فعال • به صورت خودکار با الگوریتم Path Planning • از یک فایل

25. روش های ایجاد مسیر • به صورت فعال • تعیین موقعیت و جهت آندوسکوپ در طی یک through fly- • روش خودکار • انتخاب یک نقطه شروع و یک نقطه پایان بر روی مدل • برنامه بهترین مسیر را از نقطه شروع به پایان پیدامی کند • از روی فایل • اجرای فایل ایجاد شده از موقعیت لندمارکها

26. روش های ایجاد مسیر(ادامه) یک مسیر fly-through که به روش نیمه خودکار به وسیله مشخص کردن لندمارکها بر روی برش CT از کولون به دست آمده است

27. روش های ایجاد مسیر(ادامه) در کاربردهای بالینی استفاده از روش های خودکار بهتر است چون: • دخالت کاربر کمتر است و در نتیجه زمان کمتری صرف می شود و نتیجه حاصله مستقل از کاربر است. • یک کاربر کم تجربه ممکنست نقطه پایان را در محل اشتباهی قرار دهد • در روش های دستی ممکنست اشکالاتی در مطالعه وجود داشته باشدمثلا پاکسازی روده در کولونوسکوپی کامل نباشد وکاربر نتواند بررسی را دقیق انجام دهد • مسیر تعیین شده به طور خودکار کاملا در داخل لومن قرار گرفته و مسیری نرم و هموار است

28. مسیرهای جستجو(ادامه) مشکل اصلی همه تکنیک های جستجو ”منطقه کور ” در مسیر جستجو قرار نگرفته پزشک آنرا ندیده است

29. "مسیر مطمئن" با طراحی یک مسیر مطمئن همه مناطق کور در طول جستجو حذف می شوند: • یک مسیر مطمئن مجموعه ای از نقاط در داخل مدل است که به هم متصل شده اند و از آنها همه سطح داخلی قابل دیدن است • برای یک مدل، معمولا تعداد زیادی مسیر مطمئن وجود دارد • یک مسیر مطمئن خوب باید تا حد ممکن در مرکز مدل قرار گیرد • مسیر باید طول کوتاهی داشته باشد تا اثربخشی آزمون بیشتر شود

30. نکات تکمیلی درباره روش های سه بعدی سازی دو مرحله رندر کردن وجود دارد : • عبورازفضای خالی همه اشعه ها به دیواره کولون تابیده می شود و نتایج در یک بافر عمقی ذخیره می شود. دو روش دارد: • potential-field based • exploit frame to frame coherence • سایه گذاری (shading) با استفاده از سیستم سایه گذاری Phong رنگ پیکسل ها به دست می آید

31. تعیین رنگ پیکسل ها مساله اصلی در تعیین رنگ پیکسل این است که به تقریب درستی از نرمال در نقطه برخورد برسیم روش های تخمین نرمال در دو گروه کاملا جداگانه قرار می گیرند: • image-space • بر اساس تصویر دو بعدی • سایه گذاری براساس اختلاف عمق • object-space • با مدل سه بعدی نقطه ای که نمونه برداری شده • روش هایی مثل استفاده از فیلترها و روش های مشابه

32. کاربردهای اختصاصی آندوسکوپی مجازی • کولونوسکوپی مجازی • برونکوسکوپی مجازی • آنژیوسکوپی مجازی • سیستوسکوپی مجازی • لارنگوسکوپی مجازی • ونتریکولوسکوپی مجازی

33. کولونوسکوپی مجازی • سرطان کولورکتال دومین علت مرگ در بیشتر کشورهای صنعتی • کنسرهای کولورکتال ناشی از پولیپ های آدنوماتوز هستند • تشخیص زودرس پولیپ ها یکی از مهمترین اهداف در مراقبت های بهداشتی است • کولونوسکوپی مجازی امروزه به عنوان دومین گزینه برای بررسی پولیپ ها و کنسرکولون است

34. کولونوسکوپی مجازی (ادامه) • اتساع کولون از طریق دمیدن هوا یا دی اکسید کربن بعد از پاکسازی روده • بسته به سرعت اسکنر سی تی، بیشتر از دسته اشعه به قطر 3-5mm با سرعت بینmm/s 5-8 استفاده می شود • این روش می تواند با اطمینان پولیپ هایی راکه سایز آنها کمتر از قطر اولیه دسته اشعه نیست تشخیص دهد

35. کولونوسکوپی مجازی (ادامه) یک پولیپ 8میلیمتری در کولون صعودی که بعد از برداشتن بدخیم تشخیص داده شد

36. برونکوسکوپی مجازی • محل ضایعات، ارزیابی آنها، تعیین اندازه و شکل آنها • برای رتبه بندی(staging) و طراحی درمان جراحی و رادیوتراپی • تصویربرداری از بافت های خارج برونش و ضایعات خارج از لومن مثل در گیری غدد لنفاوی • ضایعات خیلی کوچک و تغییر رنگ قابل آشکار سازی نیست

37. آنژیوسکوپی مجازی تشخیص تنگی یا آنوریسم(گشادی) در عروق خونی • آنژیوسکوپی عروق مغزی • تشخیص ساختار عروقی آنوریسم در شبکه های پیچیده عروقی • آنژیوسکوپی عروق کرونری • بازسازی سه بعدی قلب بسیار پیچیده است • اندازه گیری های قطرعروق خونی در محل تنگی • اندازه گیری های حجم بطن ها

38. سیستوسکوپی مجازی • تمام سطح داخلی مثانه به خصوص سطح قدامی گردن مثانه و قاعده مثانه که نقاطی هستند که دیدن آنها در سیستوسکوپی معمولی دشوار است • در بیمارانی که تنگی مجرا دارند • در پیگیری تومور مثانه که معمولا هنگام عود چند کانونی و بسیار بدخیم است • از تکنیک های رندر کردن سطحی • در سیستوسکوپی مجازی، هوا و برای پیلویورتروسکوپی، ماده حاجب داخل مجاری تفاوت کنتراست مورد نیازرا ایجاد می کند

39. لارنگوسکوپی مجازی • می تواند بدون مشکل برای تصویر سازی قسمت های زیر تنگی به کار رود • استفاده همزمان از نماهای sliding slab رندر شده حجمی اجازه می دهد که گسترش کامل زیر مخاطی یک ضایعه بهتر دیده شود • اطلاعات کافی در مورد مخاط فراهم نمی کند • آرتیفکت های ناشی از عمل بلع وجود دارد

40. ونتریکولوسکوپی مجازی • بر اساس اسکن های قبل ازعمل که از سر بیمار به دست می آید، نمای سه بعدی سیستم ونتریکولاربازسازی و راه های دسترسی به کف بطن سوم مشخص می شود • برای مشخص کردن تنگی مجرای بطن که از طریق آندوسکوپ قابل دسترسی نیست • با جستجوی سه بعدی به بررسی برش فعلی کمک و آن را کامل می کند

41. کاربرد های خاص دیگر • بینی و سینوس های پارا نازال • داده های اسپیرال با رزو لوسیون فضایی بالا بسیار مهم است • VEتاثیر زیادی در بالا بردن قدرت تشخیص ضایعات بینی و سینوس های اطراف آن ندارد • به عنوان یک راهنمای حین عمل برای جراحان مفید است

42. کاربرد های خاص دیگر (ادامه) • مجاری صفراوی و کیسه صفرا • مطالعات زیادی در این مورد وجود ندارد • می توان تنگی ها، نقایص مادر زادی و یا سنگ های کوچک را در مجاری صفراوی نشان داد • روده کوچک • چین های روده به خوبی از ماده حاجب پر نمی شود و این امر برای تصویر سازی سه بعدی و استفاده از روش VE مشکل ایجاد می کند • استفاده از VE برای تشخیص ضایعات داخل روده کوچک مثل تنگی ، فیستول و پولیپ امکانپذیر است • نیاز به پیشرفت در تکنیک های تصویر برداری دارد

43. نتیجه گیری • آندوسکوپی مجازی از ابزارهای تصویر سازی تشخیصی در حال تکامل به شمار می رود • توانایی فراوانی در بازبینی بهتر ساختمان های مختلف آناتومیک همچون کولون، راه های هوایی و دیگر ساختمانهای لوله ای از هر دو نمای داخلی و خارجی دارد • آندوسکوپی مجازی در مقایسه با آندوسکوپی حقیقی ارزان تر، عاری از خطر، همرا با ناراحتی کمتر بیمار و نیز مفید برای پزشکان و شرکت های بیمه است • آندوسکوپی مجازی باید به عنوان یک روش تکمیلی و برای افزایش کارایی آندوسکوپی معمولی تلقی شود

44. منابع [1]- Richard M.Stava, CDR Shaun B.Jones, Medical Applications of Virtual Reality, February 1999. www.vehand.engr.ucf.edu/handbook/Chapters/Chapter55.PDF [2] Introduction to the Special Section on Virtual Endoscopy, IEEE TRANSACTIONS ON MEDICAL IMAGING, vol.23,no.11,November 2004. www.mipl.ee.psu.edu/publications/Publications/LiangVE-Intro2004.pdf [3] www.aapm.org/meetings/july98/pdf/836-367839594.pdf [4] Dirk Bartz,Applications of Virtual Endoscopy Part 2,2004. www.norsigd.no/nsi-2-04.pdf [5] قاسمی مهر امیر حسین، روفه مریم. ماهنامه مهندسی پزشکی برگرفته از سایت "آفتاب". http://www.aftab.ir/articles/health_therapy/medical_science/c13c1149669514_endoscopy_p1.php

45. منابع (ادامه) [6] http://www.prin.ir/ShowRecent.asp?ID=13&CID=2 [7] The Interactive Virtual Endoscopy Module, Chapter 2. www.bme.gatech.edu/groups/mineversa/publicatios/papers/delfin_ms_thesis.pdf [8] Roel Truyen, Thomas Deschamp, Laurent D. Cohen. Clinical Evaluation of an automatic path tracher for virtual colonoscopy. www.ceremade.dauphine.fr/~cohen/mypapers/deschamps_miccai01.pdf [9] Taosong He, Lichan Hong, Dongqing Chen, Zhegrong Liang, TRANSACTIONS ON VISUALIZATION AND COMPUTER GRAPHICS, Reliable Path for Virtual endoscopy: Ensuring Complete Examination of Human Organs. Vol. 7, October-December 2001. http://www2.parc.com/istl/projects/uir/publications/author/Hong_ab.html

46. منابع (ادامه) [10] Jozef Klozar, Yi Jea-Young. Accelerating Virtual Endoscopy. www.zcu.cz/wscg2003/papers-2003/c79.pdf [11] Drink Bartz. NORSGID INFO 1/2005,Applications of Virtual Endoscopy- Part 3. www.norsigd.no/nsi-1-05.pdf [12] M.Taksam, S. O. Casey, E. Michel, C. L. Truwit. Real time 3D volume-rendered virtual laryngoscopy with a multi-detector CT scanning, 2000. www.tgr.dergisi.org/pdf.php3?id=91 [13] P.Rogalla. MEDICAMUNDI, Vol. 43, Issue 1. Virtual Endoscopy: an application snapshot,March 1999. www.medical.philips.com/.../assets/docs/medicamundi/mm_vol43_no1/mm_vol43_no1_article_virtual_endoscopy.pdf [14] Agg. Tavernaraki, M. Stassinopoulou. Virtual Broncoscopy with CT. http://www.imasavas.gr/virtualbroncoEng/index.htm

47. منابع (ادامه) [15] A.G. Schreyer, J. R. Fielding, S. K. Warfield, J. H. Lee, K. R. Loughlin, H. Dumanli, F. A. Julesz, R. Kinis. Vitual CT Cystoscopy: Color Mapping of Bladder Wall Thickening. www.spl.harvard.edu:8000/pages/ppl/warfield/papers/2000/schreyer-bladder.pdf [16] Adilson Prando, CLINICAL UROLOGY, Vol. 28(4): 317-322. CT-Virtual Endoscopy of The Urinary Tract, July-August 2002. www.brazjurol.com.br/july_august_2002/Prando_ing_317_322.pdf [17] Andrias H. Koning, Eduard Groller. ERCIM NEWS No.44. 3D Medical Visualization: Breaking the Limits of Diagnostics and Tratment, Jahuary 2001. http://www.ercim.org/publication/Ercim_News/enw44/koenig.html [18] Endoscopy 2006 www.falk-pharma.com/pdf/FS152_Abstracts_Internet.pdf