بطن، قلب، بخشبندی، MRI، گشادی، سیستول

(شکل1-2) که این موضوع منجر به محدودیت دقت در تفکیک فضایی تصاویر MRI میشود.

شکل1-2. شکل هندسی بطن چپ و راست
به علت دلایل ذکر شده مسئله بخشبندی بطنها به خصوص برای بطن راست هنوز باقیست. به علت منظم بودن شکل بطن چپ و به این علت که عملکرد بطن چپ حیاتیتر از بطن راست است اکثر مطالعات روی بطن چپ متمرکز بوده است اما در سالهای اخیر روشهایی هم برای بخشبندی بطن راست ارائه شده است [3]. در شکل 1-3 تصویر MRI و حفرهها و بطنها مشخص شدهاند.

شکل1-3. تصویر کامل MRI قلب

1-2- قلب انسان
1-2-1- ساختار قلب و عملکرد قلب
قلب انسان متشکل از چهار حفره: دهلیز راست، بطن راست، دهلیز چپ و بطن چپ می باشد که در شکل 1-4 نشان داده شده است.

شکل1-4. تصویر ساختار قلب
بطن چپ: بطن چپ شکل خاص بیضوی دارد و توسط میوکاردیوم احاطه شده است که ابعاد ضخامت آن از 6 تا 16 میلیمتر متفاوت است. بطن چپ خون اکسیژنه را از طریق دریچه دولختی (میترال) از دهلیز چپ دریافت کرده و آن را از طریق دریچه آئورتی به آئورت و به این ترتیب به سراسر بافت‌های بدن می‌فرستد.
بطن راست: بطن راست شکل پیچیده هلالی شکلی دارد و 3 تا 6 برابر در ضخامت نازکتر از حفره بطن چپ میباشد. بطن راست خون را از طریق دریچه سه‌لختی از دهلیز راست دریافت می‌کند؛ و سپس آن را از طریق دریچه ششی به سرخرگ ششی و به سوی ششها می‌فرستد.
اپیکاردیوم: دیواره خارجی قلبی در بین میوکارد و بافتهای اطراف (چربی و ریه) قرار دارد و حاوی پروفایل تراکمی متفاوت بوده و تباین کمی با میوکاردیوم نشان میدهد. از این رو بخشبندی دیواره اپیکاردیال مشکل بوده به ویژه در بطن راست به دلیل کاهش ضخامت آن این مشکل مشهود است.
اندوکاردیوم: اندوکاردیوم حفره بطن چپ را احاطه میکند .MRI تباین خوبی بین میوکاردیوم و جریان خون بدون نیاز به اصلاح تباین بدست میدهد. با این حال هنوز مشکلاتی وجود دارد که عمدتا به دلیل سطح خاکستری در جریان خون و بویژه بدلیل حضور برآمدگیها و نامنظمیهای عضلات دیواره میباشد. این میتواند باعث جلوگیری از ترسیم دقیق دیواره شود. بر طبق استانداردهای کلینیکی این نامنظمیها نبایستی در بخشبندی دیواره اندوکاردیال در نظر گرفته شوند. بعلت آسانتر بودن بخشبندی دیواره اندوکاردیال در قیاس با دیواره اپیکاردیال و از آنجایی که تنها سطح محیط مورد نیازجهت محاسبه حجم حفره میباشد برخی مطالعات روی بخشبندی اندوکاردیوم متمرکز شده است.
چرخه قلبی: به مدت زمان بین شروع یک ضربان تا شروع ضربان بعدی، یا به عبارت دیگر ابتدای سیستول (انقباض قلبی) تا ابتدای سیستول بعدی را چرخه قلبی میگویند. جریان خون توسط چرخههای مختلف قلب تنظیم میشود. هنگامی که عضله قلبی بطن چپ منقبض میشود خون از بطن چپ به درون آئورت پمپ میشود این فاز انقباض قلبی یا سیستول نام دارد. دیاستول زمان استراحت دوره قلبی است که در خلال آن قلب از خون پر میشود. زمان سیستول، خون از قلب خارج می شود.
انقباض عضله قلب چند میلی ثانیه پس از شروع پتانسیل عمل آغاز میشود و تا چند میلی ثانیه پس از خاتمه آن ادامه مییابد. مدت انقباض عضله قلب تابع مدت پتانسیل عمل و کفه آن است که در عضله دهلیزی 2/0 ثانیه و در عضله بطن 3/0 ثانیه است.
حجم پایان دیاستولی: به حجم بطن در پایان دیاستول که حدود (mL) 120-110 می باشد حجم پایان دیاستولی (ED) میگویند.
حجم پایان سیستولی: به حجم باقیمانده خون در داخل بطن که حدود (mL)40-50 است حجم پایان سیستولی(ES) میگویند.
حجم ضربهای: مقدار خونی که طی سیستول از بطن خارج می شود که حدود (mL)170 است حجم ضربهای گفته میشود.
کسر تخلیه: به کسری از حجم پایان دیاستول بطن که با هر ضربهای از بطن خارج میشود کسر تخلیه (EF) میگویند [4]. در افراد طبیعی کسر تخلیه در حدود 65-60 درصد میباشد. در فعالیتهای سنگین این حجمها تغییر میکنند.
(1-2) EF=EDV-ESV/EDV از محیط و کانتورهای اندوکاردیال و اپیکاردیال جهت تعیین عملکرد قلبی استفاده میشود [5،6]. پزشکان علاقهمند به محاسبه جرم بطن راست و بطن چپ و حجم آنها در دو لحظه خاص در چرخه قلبی هستند، زمان بیشترین انقباض (انتهای سیستول) و زمان بیشترین پر شدن قلب (پایان دیاستول). شکلهای(1-5 و 1-6).

شکل 1-5. تصویر MRI قلبی در پایان دیاستول (سمت چپ) و پایان سیستول (سمت راست)

شکل 1-6 . تصویر قلب در پایان دیاستول (سمت چپ) و پایان سیستول (سمت راست)
1-3- تصویر برداری رزونانس مغناطیسی
در تصویر برداری ام ار آی شکل 1-7 بیمار در یک میدان مغناطیسی قوی قرار میگیرد. این موجب میشود محور چرخش پروتونهای هسته اتمها در تمام بافتهای بدن بخصوص پروتونهایی که در هسته مولکول آب قرار دارند در امتداد خطوط میدان مغناطیسی ام ار آی قرار گیرند. سپس امواج رادیویی خاصی به سوی بدن بیمار تابانده میشود. این امواج که بصورت پالس فرستاده میشوند موجب میگردند تا محور چرخش پروتونها مجددا در امتداد خطوط میدان مغناطیسی برگردند. این برگشت باعث ایجاد یک موج رادیویی (الکترومغناطیسی) جدید میشود.

شکل 1-7. تصویر برداری ام آر آی
سپس این امواج رادیویی ثانویه که از تک تک پروتونها ساطع میشود، توسط گیرنده دستگاه ام ار ای دریافت شده و به کامپیوتر ام ار آی ارسال میگردند. کامپیوتر ام ار آی بسیار پر قدرت و با توان محاسباتی بالا است. در این کامپیوتر امواج دریافت شده به سرعت تحلیل شده و سپس تصاویری بر اساس این تحلیلها ساخته میشود که پزشک آنها را بر روی مانیتور دستگاه میبیند و در صورت لزوم آنها را چاپ میکند. در ام ار ای مشخص میشود که چه قسمتهایی از بدن موج رادیویی بیشتری از خود ساطع کردهاند. هر چه شدت موج دریافتی از نقطه ای از بدن بیشتر باشد نشانه تراکم بیشتر پروتونها در آن نقطه است و چون فراوانترین اتم بدن که پروتون دارد اتم هیدروژنی است که در مولکول آب قرار دارد، پس هر جایی که موج رادیویی بیشتری ارسال کرده است در واقع آب بیشتری داشته است. در واقع کاری که در ام ار آی انجام میشود این است که نشان میدهد در چه نقاطی از بدن آب بیشتری وجود دارد. چون غلظت مولکول آب در بافتهای بدن متفاوت است و با بیمار شدن بافتها این غلظت باز هم تغییر میکند.
1-3-1- ام ار آی قلبی
یکی از روشهای تصویربرداری غیر تهاجمی برای بررسی وضعیت قلب ام ار آی قلبی است . در این روش برای تولید تصاویر بدون حرکت ، باید از تکنیک gating قلبی و تنفسی استفاده شود . در مواردی که از سکانسهای اسپین اکو استفاده شود ، حفرههای قلب و عروق بزرگ فاقد سیگنال شده و حفرههای قلب نسبت به سایر قسمتها واضحتر دیده میشوند زیرا ماهیچههای قلب و دیواره عروق سیگنالهای قوی تولید میکنند .با استفاده از سکانس های گرادیان-اکو جریان خون با سیگنال زیاد مشاهده میشود . از این سکانسها برای انجام آنژیوگرافی توسط MRI استفاده می شود. در سکانسهای فوق از پالسهای سریع و پیوسته برای اشباع بافتهای اطراف عروق استفاده میشود.
درسیستمهای با میدان قوی مغناطیسی میتوان با استفاده از تکنیکهای chemical shift و اسکپتروسکوپی محتوای شیمیایی مواد موجود در محل ضایعه را تجزیه و تحلیل نمود .بررسی عمومی آزمونهای قلب شامل بررسی آئورت است که به ترتیب زیر باید از قفسه سینه تصویربرداری گردد:
تصویر لوکالیزه اسکنوگرام در مقطع کرونر
اسکنها در نمای اکسیال
اسکنها در نمای ساژیتال یا ساژیتال ابلیک
در ابتدای اسکن یکسری تصویر در مقاطع کرونال با تصویر اسپین اکو T1W با ضخامت 3 تا 8 میلیمتر تهیه میشود . فاصله بین مقاطع باید حتی الامکان کوچک بوده و از ناحیه استرنوم تا مهرههای پشتی را در برگیرد . مقاطع از لبه پائینی قلب تا لبه بالایی قوس آئورت ادامه مییابد فاصله بین مقاطع نیز ناچیز منظور میشود . پس از بدست آمدن تصاویر یکی از آنها را که دارای آئورت صعودی و نزولی است انتخاب کرده و برای تهیه مقطع ساژیتال ابلیک برروی آن با تصویر اسپین-اکو T1W مورد استفاده قرار گیرد .ضخامت این مقاطع باید بین 3 تا 4 میلیمتر و فاصله بین مقاطع نیز باید ناچیز منظور شود.
به منظور بررسی حفرات قلب باید تصاویری موازی با سطوح محور کوتاه و محور بلند از قلب تهیه شود.
برای اسکن محور بلند باید تصویری در مقطع آکسیال از سطح بطن چپ به عنوان اسکنوگرام مهیا شود . از این تصویر یک مقطع ساژیتال ابلیک از محور طولی بطن چپ تهیه میشود . از روی تصویر حاصله میتوان زاویه محور قلب را اندازهگیری کرده و حفرات قلب را در نمای طولی افقی مورد بررسی قرار داد. از روی این تصویر میتوان مقاطع مخصوص محور کوتاه را بدست آورد.
در این تصویر بطن چپ به صورت یک حفره کروی دیده شده و بطن راست در حد فاصل آن با دیواره قفسه سینه قرار میگیرد.
همچنانکه در شکل 1-8 نشان داده شده است تصویر ام ار آی قلبی زیستپذیری بالایی از خود نشان میدهد. تراکمهای سطح خاکستری نیز به علت استفاده از اسکنهای مختلف و یا ترتیب bffe مختلف میتواند متفاوت باشد. قسمتهای مبهم در بخشهای حاشیهای از تصویر دیده میشود که عمدتا بدلیل جریان خون و تاثیرات حجمی است. این تاثیر اولیه نتیجه ضخامت غیر صفر اسلایسهای MRI است، در برخی قسمتها یک همسایگی میتواند ترکیبی از چندین نوع بافت باشد. تفاوتهای شکل حفره در بیماران مختلف، در طی زمان و در طول محور بلند مشاهده میشود این تفاوت به دلیل تفاوتها در الگوریتمهای بخشبندی است [4].

شکل1-8. تغییرات قلب در تصویر MRI
موقعیت در طول محور apex-base: پیچیدگی بخشبندی همچنین به سطح قسمتهای تصویر وابسته است. تصاویر بخشهای بالایی و پایینی از تصاویر قسمتهای میانی جهت بخشبندی مشکلتر است. در حقیقت تفکیک ام ار ای جهت تعیین اندازه ساختارهای کوچک در سطح راس کافی نیست و شکل حفره قویا نزدیک با سطح قاعدهای قلب، بدلیل مجاورت به آن ادغام میشود. توجه کنید که شکل بطن راست در طول این محور تغییرپذیری زیادی دارد در حالی که بطن چپ شبیه شکل حلقه مانند باقی میماند (شکل1-8).

شکل 1-9. اسلایسهای short-axis از apex to base
1-4- توجیه ضرورت انجام طرح و روش کار
بیماریهای قلبی عروقی یکی از بیشترین و رایج ترین علت مرگ در دنیا میباشد [1]. از این رو کنترل و درمان این بیماریها یکی از مهمترین چالشهای کادر درمانی است. بخشبندی بطن چپ و راست قلب اطلاعات با ارزشی در مورد عملکرد قلب به پزشک ارائه میدهد که برخی از این شاخصها عبارتند از حجم پایان سیستولی، حجم پایان دیاستولی، حجم ضربهای و کسر تخلیه میباشد.
از این شاخصها برای تشخیص بیمارهایی مانند ایسمیک قلبی (کاهش خون رسانی به میوکارد)، بیماری شریانهای کرونری، پر فشاری شریانی وپلی ارتریت استفاده میکنند [2].
از این رو بخشبندی قلب برای کنترل و درمان بسیاری از بیماریهای قلبی عروقی مهم می باشد، اگرچه تقسیمبندی دستی بطنهای قلب نتایج خوبی را تولید میکند اما تقسیمبندی دستی کاری وقتگیر، به خصوص برای بطن راست، با توجه به هندسه پیچیده آن میباشد. از این رو بخشبندی اتوماتیک بطنهای قلب مهم و ضروری به نظر میرسد. شکل 1-9 یک تصویر MRI از قلب را با بخشبندی دستی بطن راست و چپ قلب، در دو فاز دیاستول و سیستول نشان میدهد .

شکل1-10. تصویر بخش بندی شده دستی MRI
در این تحقیق یک روش کاملا اتوماتیک و جدید بر اساس ترکیب روشPSO و الگوریتم پیمایش تصادفی بهبود یافته برای بخشبندی بطن راست و چپ از تصاویر قلبی ارائه شده است.
1-5- مساله پژوهش از دیدگاه پزشکی
قلب دارای 4 حفره، 2 حفره در بالا به نام دهلیز و 2 حفره درپایین به نام بطن است، هر یک از این حفرها به دلیل بیماریهایی دچار گشادی میشوند ولی گشادی که در میان عوام شناخته شده گشادی بطن چپ است. گشادی بطن چپ به نارسایی قلب منجر میشود. گشادی بطن چپ به دلیل نارسایی و تنگی دریچه آئورت و گشادی بطن راست هم بدلیل نارسایی دریچه پولمونر ایجاد میشود. علاوه بر اتساع و گشادی بطن چپ بیماریهای دیگری هم وجود دارد که به کمک بخشبندی میتوان در تشخیص زود هنگام بیماری و در روند درمان اطلاعات مفیدی را در اختیار قرار دهد.
پیچش بطن راست نقش مهمی در خروج خون از بطن دارد و درست انجام نشدن این پیچش میتواند باعث اختلال در روند خروج خون بشود. مطالعات بالینی نشان دادهاند که تحلیل هم زمان اطلاعات پیچش بطن راست و کسر خروجی میتواند اطلاعات مفیدی در مورد کارکرد قلب در اختیار قرار دهد و میتواند در تشخیص زود هنگام بیماری و همچنین در روند درمان مفید واقع شود.
شبیه سازی
مراحل شبیهسازی در این تحقیق با استفاده از نرم افزار متلب 2010 بر روی تعداد زیادی از تصاویر قلبی ام ار ای انجام شده است.

2386965846772500
فصل دوم
163449072072500
مطالعات پیشین
2-1- مقدمه
در این فصل ما تعدادی از روشهای ارائه شده برای بخشبندی بطنهای قلب را از تصاویر MRI مرور خواهیم کرد. به علت منظم بودن شکل هندسی و همچنین حیاتیتر بودن عملکرد بطن چپ، بیشتر این روشها بر بخشبندی بطن چپ تاکید دارند اما کارهایی هم برای بخشبندی بطن راست انجام شده است و برخی از این روشها هم هر دو بطن قلب را همزمان بخشبندی میکنند که ما آنها را بررسی خواهیم کرد و در نهایت روشهای مطالعه شده را در جدول 1-2 دستهبندی کردهایم.
2-2- روش های بخش بندی تصاویر ام ار آی قلبی
برای بخشبندی بطنها به خصوص بطن چپ روشهای بسیاری ارائه شده است. روشهای بخشبندی تصاویر در یک دستهبندی کلی در دو گروه روشهای خودکار و نیمه خودکار تقسیمبندی میشوند. در روش خودکار تمام مراحل بخشبندی بدون نیاز به کاربر انجام میشود؛ در حالی که در روش های نیمه خودکار تصاویر با دخالت کاربر بخشبندی میشود.
در این تحقیق برای بررسی روشهای مختلف مقالات معتبری را در نظر گرفتهایم که شامل روش بخشبندی برای بطن چپ، بطن راست یا هر دو ، ارزیابی کمی و کیفی روشها و همچنین شرح مصور اطلاعات MRI قلبی میباشد.
تمامی مقالات مرور شده در جدول 2-1 لیست شدهاند

این نوشته در پایان نامه ها ارسال شده است. افزودن پیوند یکتا به علاقه‌مندی‌ها.

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *