پایگاه آموزشی و اطلاع رسانی مهندسی پزشکی

كاليبراسيون دوربين اتوماتيک آندوسكوپی

آندوسكوپ، دوربين انعطاف‌پذيري است كه به حفره‌هاي بدن سفر مي‌كند تا بخش‌هاي سيستم گوارشي يا ناي را به طور مستقيم بررسي كند. بنابراين عمل روِيت درون بدن با مقاصد پزشكي با دستگاهي به نام آندوسكوپ صورت مي‌گيرد.

حفره‌ها و راه‌هاي درون بدن امكان استفاده از دستگاه آندوسكوپ را براي معاينه پزشكي درون بدن فراهم كرده‌است. اصول كار آندوسكوپي استفاده از يك آينه و نور بازتاب ‌است.
اغلب آندوسكوپ‌هاي امروزي با استفاده از راهبرد معمولي كه هر بخش از دوربين از بخش خاصي تصويربرداري مي‌كند، كار مي‌كنند. 
پزشكان، لوله ضخيم و انعطاف پذيري با قطر حدود 9‌ ميلي‌متر يعني در حدود عرض ناخن انسان را از حلق بيماران عبور مي‌دهند كه اين براي بسياري از آن‌ها ناراحت‌كننده ‌است. بنابراين با توجه به قطر اين لوله،  بيماران بايد در طول اسكن بي‌حس شوند.
يك دوربين كوچك براي تهيه تصاويري رنگي با كيفيت، در فضاهاي محدود طراحي شده است. چنين وسيله‌اي مي‌تواند نشانه‌هاي هشداردهنده از سرطان مري را  پيدا كند.
امروزه در آندوسكوپي تصاوير گرفته شده از بدن به يك واحد پردازشگر ويدئويي منتقل مي‌شوند و در بيشتر اعمال جراحي آندوسكوپي، از ويدئو و دوربين‌هاي عكاسي براي ديدن و ثبت عمل استفاده مي‌شود. با اين روش تصاوير رنگي قابل ضبط و ذخيره شدن به‌ دست مي‌آيد. به تازگي آزمايش‌هايي نيز با يك دوربين كوچك بلعيدني براي آندوسكوپي دستگاه گوارش انجام شده ‌است. 
امروزه آندوسكوپي به عنوان رايج‌ترين و دقيق‌ترين روش معاينه براي ديدن انحرافات و گرفتگي‌هاي بيني نيز استفاده مي شود.

آندوسكوپي در عمل جراحي ديسك كمر نيز مورد استفاده دارد. از مهمترين مزيت‌هاي عمل جراحي ديسك كمر با روش آندوسكوپي، ترخيص سريع بيمار پس از عمل، كاهش درد، طول برش جراحي و محدوديت‌هاي حركت و بهبودي سريع است. با اين روش برخلاف روش‌هاي معمول و قديمي تر عمده بخش‌هاي زائد مهره‌ها، ليگامان‌ها و عناصر اطراف مهره آسيب نمي‌بيند. 
اين نوع آندوسكوپ يا درون‌بين وسيله‌اي است به قطر حدود 4 ميليمتر و طول 20 سانتيمتر كه سر آن حاوي لنزي است كه ناحيه مورد بررسي را به وضوح روي نمايشگر تلويزيون نشان مي‌دهد. اين لنز با زاويه‌هاي 0، 30، 70، 90، 120 درجه وجود دارد.
همچنين در آندوسكوپي مجازي، تصويري سه‌بعدي به‌صورت يك كپي است كه نشان‌دهنده آناتومي قسمت اسكن شده است. با استفاده از ابزار Rendering كامپيوتري، يك آندوسكوپي مجازي درون محيط مجازي ، نماهاي سطح داخلي ساختمان‌هاي لوله‌اي را شبيه آنچه در آندوسكوپي واقعي است، به وجود خواهد آورد.

كاليبراسيون
يك الگوريتم كاليبراسيون براي دوربين هاي لنزي داراي اعوجاج طراحي شده است. اين الگوريتم از يك تصوير واحد كه از الگوي تخته شطرنج مسطح به دست آمده در يك حالت كلي است استفاده مي كند.
اعوجاج شعاعي با استفاده از مدل تقسيم مرتبه اول مدل سازي اين روش يك فرم بسته از تخمين پارامترهاي اصلي ارائه مي دهد.  ارزيابي تجربي نشان مي دهد كه دقت كاليبراسيون قابل مقايسه با الگوريتم هاي تصاوير ورودي چندگانه است.
اين الگوريتم روش ويژه و مناسبي براي كاليبراسيون آندوسكوپي پزشكي در جراحي به كمك كامپيوتر است. از آنجا كه لنز بر روي دوربين قبل از هر استفاده در اتاق عمل ‌ نصب مي شود ، روش كاليبراسيون توسط پزشك باليني با حداقل تلاش انجام مي شود.
 ‌اين مشكل با پيشنهاد روشي كاملا اتوماتيك كه نياز به دخالت هيچ شخصي ديگري براي دستيابي به تصوير كاليبراسيون نيست قابل حل است.
ارائه يك روش موثر براي كاليبراسيون هندسي آندوسكوپي پزشكي كاري بسيار چالش برانگيز است. دلايل اين كار را مي توان به شرح زير بر شمرد:
1) كاليبراسيون بايد بسيار دقيق باشد.
2) اپتيك يا فيزيك نور آندوسكوپي اعوجاج شعاعي قوي نشان مي دهد كه بايد در تصوير مدل در نظر گرفته شود.
3) روش كاليبراسيون به ناچار توسط غير‌متخصص در اتاق عمل، انجام مي شود كه نياز به استفاده از روش قدرتمند و كاملا اتوماتيك دارد.
 ‌كاليبراسيون هندسي دوربين ، يك موضوع خوب براي مطالعه است و چندين روش و نرم‌افزار در حال حاضر در دسترس است. 
متاسفانه روش كاليبراسيون مشخصات قابل استفاده اي را كه در بالا ذكر شد برآورده نمي كند.
اين روش  نيازمند به دست آوردن چند تصوير شبكه  و انتخاب دستي نقاط گوشه است. اين انتخاب ، هر چند به راحتي  براي تصاوير پرسپكتيو استاندارد خودكار مي شود ، اما در حضور اعوجاج لنز قوي بسيار دچار مشكل مي شود. به سختي مي‌توان تصور كرد كه پزشكي تمايل خود را براي به دست آوردن 10 تا 20 عكس شبكه در طول يك كار منظم باليني و سپس انتخاب دستي نقاط Over all اين تصاوير نشان دهد. 
Wengert و همكارانش پيشنهاد اضافه كردن تغييراتي را به جعبه ابزار Bouguet دادند، كه در آن از نقطه شبكه براي جلوگيري از انتخاب نقطه دستي استفاده مي شود. اما متاسفانه، به دليل اينكه تعيين مراكز نقطه در يك تصوير با اعوجاج شعاعي غير‌ممكن است ، تخته شطرنج توسط نقطه شبكه جايگزين شده و باعث كاهش در دقت و صحت كاليبراسيون مي شود.
در ادامه روشي براي كاليبراسيون آندوسكوپ و قابليت استفاده آن بدون آنكه دقت كاهش يابد، پيشنهاد مي شود. اين روش كاملا خودكار است . شكل زیر تصوير شبكه را نشان مي دهد.

تشخيص گوشه در ناحيه حاشيه تصوير كاليبراسيون به دليل اعوجاج شعاعي مشكل است‌.  اين گوشه ها مدور و خيلي نزديك هستند ، فراهم كردن روش تشخيصي،  بدون نظارت و محلي سازي براي دستيابي سخت است. هدف اين روش تشخيص گوشه خودكار در ناحيه مركز است، كه در آن اثر اعوجاج شعاعي كمتر شناخته شده است. مكان گوشه ها با استفاده از آشكارساز هريس با پنجره جستجو كوچك تصحيح مي‌شوند.
در تحقيقات انجام شده،  الگوريتم ها قادر به كاليبره كردن  يك دوربين با اعوجاج شعاعي براي يك تصوير واحد از شبكه مسطح بودند. در حال حاضر پيشرفت هاي اخير در استفاده از مختصات  مدل تصوير در مركز سيستم هاي Catadioptric صورت گرفته است. 
اين نظريه به موارد آندوسكوپي پزشكي كه توسط بررسي شباهت بين مدل تقسيم بندي براي اعوجاج شعاعي و پروژه شبه Catadioptric است نيز بسط داده شده است.
نتايج تجربي نشان مي دهد كه روش كاليبراسيون خطي پيشنهاد شده از يك تصوير منفرد دقت قابل مقايسه با Bouguet ارائه مي دهد، كه از تصاوير مختلف و بهينه سازي غير خطي تكراشونده استفاده مي كند.

شكل فوق نتايج 12 كاليبراسيون مستقل را با استفاده از كاليبراسيون تصوير منفرد (هر تصوير امكان كاليبراسيون كامل را فراهم مي كند) بر حسب نتيجه به دست آمده با جعبه ابزار Bouguet مقايسه شده اند.
Bouguet به طور همزمان از دوازده تصوير استفاده مي كند و تصحيح كلي نهايي را با بهينه‌سازي تكرار شونده انجام مي دهد. شكل سمت چپ مربوط به  تخمين نقاط اصلي (cx ، cy) است ، در حالي كه شكل سمت راست تخمين فاصله كانوني و اعوجاج را نشان مي دهد.

منبع: ماهنامه مهندسی پزشکی

کلمات کلیدی: biomedical engineering ، مهندسی پزشکی ، آشنایی با مهندسی پزشکی ، معرفی مهندسی پزشکی ، مهندسی پزشکی گرایش بالینی ، مهندسی پزشکی گرایش بیومکانیک ، مهندسی پزشکی گرایش بیوالکتریک ، مهندسی پزشکی گرایش بیومتریال (بیومواد) ، مهندسی پزشکی ایران ، مهندسی پزشکی دانشگاه پیام نور ، پایگاه آموزشی و اطلاع رسانی مهندسی پزشکی ، اخبار و تازه های مهندسی پزشکی ، مقالات مهندسی پزشکی ، آموزش مهندسی پزشکی ، دانلود کتاب های مهندسی پزشکی ، دانلود جزوه های مهندسی پزشکی ، دانلود نمونه سوالات امتحانی مهندسی پزشکی ، کالیبراسیون ، آندوسکوپی ، کالیبراسیون آندوسکوپی ، دوربین آندوسکوپی