دانلود مقاله استخوان

مشکلاتی که در بخش بندی وجود دارد:

1-شکل تمام استخوانها یکنواخت و مثل یکدیگر نیست

2-وجود رگهای خونی در کنار بافت استخوان

3-لبه های از بین رفته و پخش شده

4-ناحیه های باریک استخوانی

5-بلورینگ ذاتی تصاویر CT

6-تأثیرات جزئی حجم.

از تصاویر CT برای برنامه ریزی اولیه قبل از جراحی و همچنین هدایت در حین جراحی و همچنین تشخیصهای بعد از عمل جراحی استفاده می شود.

مفصل لگن یک توپ و سوکت اتصال است که شامل نمود و استخوان لگن است.

الف- تعریف مسأله یا فرضیه:

استخوانها بدلیل به عهده داشتن وظایف متعددی نظیر حرکت و تحمل وزن بدن، محافظت از قسمتهای حساس بدن نظیر مغز، نخاع، خون سازی و غیره از اهمیت زیادی برخوردار هستند. به همین دلیل آنالیز کمی (Quantitative Analysis) بافتهای استخوانی با استفاده از تصویربرداری تشخیصی (Diagnostic Imagine) مورد توجه پزشکان و متخصصین ارتوپد قرار دارد. در این میان تصاویر سی تی اسکن، در مقایسه با سایر دستگاههای تصویر گری بالینی، بدلیل نمایش بهتر بافتهای استخوانی در تصمیم گیری های مهمی نظیر تشخیص و درمان بیماریهای استخوانی، شکستگی استخوان و ناهنجارهای استخوانی از کاربرد بیشتری برخوردار هستند. استخوان فمور (Femur) و سر آن (Femoral Head) بدلیل تحمل وزن تنه با بالا رفتن ریسک فاکتورهایی نظیر بیماری پوکی استخوان (Osteporosis)، بیماری سیاه شدن استخوان (Avascular Necrosis) یا بیماریهیا مادرزادی (Congential Disease)، شکستگی و غیره در معرض ریزش (Collapse) میباشد. در صورت ریزش و یا عملکرد غیرعادی استخوان فمور قدرت راه رفتن از شخص سلب گردیده و عمل جراحی در ناحیه استخوان ران (Total Hip Replacement) الزامی می گردد. در پزشکی مدرن، ارزیابی کمی تصاویر پزشکی اخذ شده از فمور بکمک کامپیوتر برای بالا بردن سرعت، کیفیت و دقت پیشگیری، تشخیص و درمان مرتبط با موارد فوق الذکر مطرح است. بخش بندی و مدل کردن استخوان فمور با استفاده از تصاویر چند مقطعی (Multi Slice) سی تی اسکن بصورت اتوماتیک بخش مهم و اساسی از ارزیابی عملکرد این استخوان، بیماریهای مرتبط، طراحی عمل جراحی و غیره بکمک کامپیوتر را شامل میگردد که در این پروژه کارشناسی ارشد مورد بررسی قرار خواهند گرفت.

ب-هدف از طرح مورد نظر و ضرورت انجام آن:

سالیانه میلیونها نفر در سراسر جهان بدلیل احساس ناراحتی و درد در ناحیه مفصل ران (Hip Joint) به مراکز درمانی مراجعه می کنند. بر اساس آمار اخیر سالیانه روی حدود 2 میلیون نفر از مراجعین در جهان نهایتاً عمل جراحی جایگزینی استخوان ناحیه ران (Hip Replacement Surgery) انجام می گیرد. استخوان فمور یکی از استخوانهای مهم مفصل ران است که بدلایل متعدد نظیر وزن زیاد بدن، کهولت، پوکی استخوان و سایر بیماریهای استخوانی مورد تهاجم، تخریب و ریزش قرار می گیرد. برای ارزیابی وضعیت این استخوان، و مقایسه با استخوان فمور سالم و یا مقایسه با استخوان فموری که یک بیماری مشخص دارد بصورت اتوماتیک و با استفاده از تصاویر چند مقطعی (Milti Slice) سی تی اسکن و کامپیوتر تحقق دو فرایند اساسی و الزامی است. فرایند اول بخش بندی خودکار بافت های استخوانی از بافتهای غیر استخوانی در تصاویر سی تی اسکن و همچنین بخش بندی خودکار استخوانهای لگن و فمور از یکدیگر است. فرایند دوم یافتن یک مدل عمومی (Generic Model) است که با استفاده از آن بتوان استخوان فمور سالم را بیان نمود. هنوز روشی که بتواند عمل بخش بندی اتوماتیک فوق الذکر را با دقت کلینیکی قابل قبول ارایه کند و مدل مناسبی که بتواند استخوان فمور را با توجه به خصوصیات آناتومیک آن توصیف کند، در داخل و خارج کشور ارایه نگردیده است. هدف از انجام این پروژه کارشناسی ارشد ارایه روشهای کارآمد جدید برای بخش بندی اتوماتیک و مدل سازی استخوان فمور با استفاده از تصاویر سی تی اسکن می باشد. انجام این طرح باعث کمک به ارتقاء روند کیفیت پیشگیری، تشخیص و درمان بیماران مرتبط خواهد شد و در نتیجه کاهش و یا حذف عملیات تهاجمی نظیر جراحی های زاید امکان پذیر خواهد گردید.

Osteoprosis: پوکی استخوان با افزایش سن شیوع آن افزایش پیدا می کند به خصوص خانمها بعد از یایسگی و در آقایان بعد از سن 60 الی 70 سالگی شیوع آن در خانمها و آقایان برابر می شود و یکی از استخوانهایی که بیشتر دچار این بیماری می شود استخوان لگن و فمور است (چون استخوانهای تحمل کننده وزن هستند) درس بالا به یک خط را مختصر ممکن است شکستگی و آسیب استخوان لگن و ران اتفاق بیافتد. توان راه رفتن را فرار می گیرد و بعد بر اثر خوابیدن طولانی مدت در بستر دچار زخم بستر می شوند. همچنین خطر آمبولی نیز وجود دارد. درمان آن نیز درمان مشکلی است نسبت به سایر شکستگی ها.

سیاه شدن: خون رسانی سر استخوان فمور کم می شود بنابراین سر استخوان فمور دچار نکروز و از بین رفتن می شود. این بیماری می تواند علل عروقی و یا  علل مادرزادی داشته باشد.

مادرزادی ها: آپلازی (عدم شکل گیری سر استخوان فمور) از جمله بیماریهای مادرزادی است.

در مقدمه

همچنین تصاویر تشدید مغناطیسی سه بعدی (3D MRI) به دلیل کانتراست بالایی که در نمایش بافت استخوانی و بافت غضروفی اطراف آن دارد بدین منظور مورد توجه قرار می گیرد.

برای تأمین اهدافی که در مقدمه بیان گردید چند روش جدید از بخش بندی اتوماتیک استخوان فمور در ناحیه مفصل لگن را بررسی می کنیم.

روش اول: بخش بندی و تشخیص ضخامت کاملاً اتوماتیک غضروف در مفصل لگن با استفاده از تصاویر سه بعدی MRI می باشد.

در این روش از تصاویر MRI استفاده شده است چون در نمایش اعضاء اطراف استخوان کانتراست کمتری از تصاویر (CT) ایجاد می کند و این روش شامل 4 مرحله زیر است:

1-تشخیص مرکز فمور که به شکل کره می باشد

2-ارتقای منطقه غضروف لبه های داخلی آن (اتصال به استخوان) با استفاده از مشخصات جهتی (directionmal derivatives) در راستای شعاع کره.

3-بخش بندی سر فمور و غضروف استابولار با استفاده از مشتقات شعاعی جهتی

4-لوکالیزه کردن واکسل های غضروف برای تعیین ضخامت غضروف

هرچند که در تشخیص ضخامت غضروف زانو هم در تصاویر داخلی[1] و هم در تصاویر خارجی[2] استفاده شده است اما در مفصل لگن تا پیش از این فقط تصاویر خارجی استفاده شده است.

در این روش بخش بندی اتوماتیک غضرف مفصل لگن از سر استخوان فمور و آستابولوم و همچنین تشخیص ضخامت غضروف با استفاده از تصاویر داخلی MR انجام می گردد. طراحی که در این روش بیان می شود برای بیماریهای مفصلی و اختلال در حفاظت غضروف به کار می آید و فقط به یکسری اطلاعات تصویری (MR) از مریض و افراد نرمال احتیاج دارد.

شکل مفصل لگن را هم می توان با این متد بدست آورد. فرض می شود که غضروف فمور برروی یک سطح کروی که مرکز آن همان مرکز حرکت دایره یا مفصل ران می باشد تعریف شده است.

اپراتور ابتدا مرکز کره ای که به طور تقریبی ممان مرکز محور فرض می شود را بدست می آورد و سپس به بخش بندی غضروف استابولار و سر فمور آرتیکولار می پردازد. در این طرح روش کاملاً اتوماتیک که نیازی به اطلاعات اپراتور از تصاویر ورودی و اطلاعات عمومی در مورد شکل استخوانها ندارد، بیان می شود.

این روش شامل 4 مرحله است.

1-پیدا کردن مرکز کره که تقریباً دمی فمور است استفاده از تبدیل هاف[3] که در ادامه توضیح داده می شود.

2-ارتفاعی ناحیه غضروف و لبه های داخلی آن (متصل به استخوان) با استفاده از مشتقات اول و دوم در امتداد شعاع کره که در 1 مرکز آن مشخص شد.

3-بخشبندی اتوماتیک سر فمور استابولار از تصاویری که مشتق گیری شده اند. با استفاده از آستانه گیری پویا[4] که در ادامه توضیح داده خواهد شد.

4-لوکانیره کردن subvoxelهای مرز غضروف برای تشخیص ضخامت غضروف.

1-مشخص کردن مرکز کره ای که به طور تقریبی همان سر فمور است.

همان طور که در قسمت آناتومی بیان شد سر فمور دارای شکل کروی با شعاع در حدود mm25-20 است. با اعمال این شعاع به تبدیل هاف با استفاده از اطلاعات سه بعدی MR می توانیم مرکز کره را محاسبه کنیم. بردار رادیان تصاویر MR که با یک تابع کونین ایزومتروپیک بلور شده است محاسبه می شود. در تصاویر MR که در این روش بررسی شده است غضروف خیلی روشن تر از استخوان تصویر شده است. در نتیجه واکسهای اطراف مرزهای سرفمور و غضروف آن باید در ویژگی زیر را داشته باشند:

1-جهت بردار گرادیان باید با جهت مرکز فمور به سمت واکسله مورد نظر یکی باشد.