مدل سازي و شبيه سازی تصوير بردار جریان شریان خون در بدن انسان

مدل سازي و شبيه سازی تصوير بردار جریان شریان خون در بدن انسان

تحليل عملکرد سيستم گردش خون يکي از مهمترين مسائل در شناخت ، کنترل و جلوگيري از ناهنجاري ها و بيماري هايي است که امروزه نقش عمده اي در آمارمرگ و مير انسان ها دارند. با توجه به اهميت شناخت عملکرد سيستم گردش خون سال هاست که تلاش زيادي در شناسايي اين سيستم به عمل آمده است. مدل سازي و شبيه سازي يکي از ابزارهايي است که امروزه به صورت گسترده در خدمت علوم بويژه مهندسي قرار گرفته است تا بتوان براحتي پارامترها و ويژگي هاي يک سيستم را بررسي و مطالعه کرد. در اين مقاله، روشي براي شبيه سازي شريان در يك سيستم تصويربرداري فراصوتي در محيط Matlab ارائه گردید كه به راحتي به كاربر نرم افزار اجازه تعيين پارامترهاي شبيه سازي از جمله قطر و ضخامت ديواره شريان، تعداد لايه هاي موجود در شريان و تعداد پراكننده هاي موجود در هر لايه را مي دهد. در این مقاله پس از طراحي شريان، مي توان الگوي حركت ديواره را به دلخواه و با توجه به فاصله شريان از قلب تعيين نمود. با اجراي برنامه تصاوير فراصوتي به صورت هاي ثابت در هر قاب و متحرك – با توجه به فواصل تصويربرداري- و نيز سيگنال هاي دريافت شده توسط سيستم فراصوتي نمايش داده مي شوند.

کلمات کلیدی: مدل شبیه سازی فراصوت، شریان، سکته قلبی

 چکیده

تحليل عملکرد سيستم گردش خون يکي از مهمترين مسائل در شناخت ، کنترل و جلوگيري از ناهنجاري ها و بيماري هايي است که امروزه نقش عمده اي در آمارمرگ و مير انسان ها دارند. با توجه به اهميت شناخت عملکرد سيستم گردش خون سال هاست که تلاش زيادي در شناسايي اين سيستم به عمل آمده است. مدل سازي و شبيه سازي يکي از ابزارهايي است که امروزه به صورت گسترده در خدمت علوم بويژه مهندسي قرار گرفته است تا بتوان براحتي پارامترها و ويژگي هاي يک سيستم را بررسي و مطالعه کرد. در اين مقاله، روشي براي شبيه سازي شريان در يك سيستم تصويربرداري فراصوتي در محيط Matlab ارائه گردید كه به راحتي به كاربر نرم افزار اجازه تعيين پارامترهاي شبيه سازي از جمله قطر و ضخامت ديواره شريان، تعداد لايه هاي موجود در شريان و تعداد پراكننده هاي موجود در هر لايه را مي دهد. در این مقاله پس از طراحي شريان، مي توان الگوي حركت ديواره را به دلخواه و با توجه به فاصله شريان از قلب تعيين نمود. با اجراي برنامه تصاوير فراصوتي به صورت هاي ثابت در هر قاب و متحرك – با توجه به فواصل تصويربرداري- و نيز سيگنال هاي دريافت شده توسط سيستم فراصوتي نمايش داده مي شوند.

کلمات کلیدی: مدل شبیه سازی فراصوت، شریان، سکته قلبی

۱)        مقدمه

حجم کلي خون در يک فرد بالغ ۶ ليتر يا ۷ درصد ليتر الي ۸ درصد وزن بدن است و در لوله هايي به نام رگهاي خوني جريان مي يابد. اين رگها از قلب شروع و به آن ختم مي شوند و خون را به قسمتهاي بدن هدايت مي کنند. تقريبا ۹۶۰۰ کيلومتر رگ خوني در بدن وجود دارد که به ۳ نوع اصلي سرخرگ ، مويرگ و سياهرگ تقسيم مي شوند. سرخرگ رگهايي با جدار کلفت هستند که خون را از قلب به ريه ها يا ساير قسمتهاي بدن هدايت مي کنند. مويرگ ها هم خون را به همه بافتهاي بدن مي رسانند و در نهايت سياهرگ ، خون خالي از اکسيژن و تصفيه نشده را به قلب برمي گرداند. به طور کلي خون در بدن دو گردش مجزا از يکديگر دارد؛ يکي گردش خون سراسري و ديگري گردش خون ريوي که هر دو از قلب شروع مي شود و به آن نيز خاتمه مي يابد. ﻳﻜــﻲ ﺍﺯ ﻣﻮﺿــﻮﻋﺎﺕ ﺍﺳﺎﺳــﻲ ﺩﺭ ﺯﻣﻴﻨــﻪ ﺿــﺎﻳﻌﺎﺕ ﻗﻠﺒــﻲ‐ﻋﺮﻭﻗﻲ ﺍﺭﺯﻳـﺎﺑﻲ ﺗﻐﻴﻴـﺮﺍﺕ ﻗﻄـﺮ، ﺳـﺮﻋﺖ ﺟﺮﻳـﺎﻥ ﺧـﻮﻥ ﻭ ﺧﻮﺍﺹ ﺍﻻﺳﺘﻴﻚ ﺷﺮﻳﺎﻥﻫـﺎﻱ ﺍﺻـﻠﻲ ﺩﺭ ﺷـﺮﺍﻳﻂ ﺑﻴﻤـﺎﺭﻱ ﻭ ﻣﻘﺎﻳﺴﻪ ﺁﻥ ﺑﺎ ﺣﺎﻟﺖ ﺳﺎﻟﻢ ﺍﺳﺖ. ﺍﺧﻴﺮاً ﻣﻄﺎﻟﻌﺎﺕ ﺑﺴﻴﺎﺭﻱ ﺩﺭ ﺧﺼﻮﺹ مدل سازی جزیان شریان، دیواره شریان، فشار و اکسیژن محلول خون انجام شده است(Ahlgren,et.al,1997; Ferrara,et.al,1995; Gamble,et.al,1994; Hansen,et.al,1995). ﻫﻨﮕﺎﻣﻲ ﻛﻪ ﻳﻚ ﺷﺮﻳﺎﻥ ﺩﭼﺎﺭ ﺭﻭﻧﺪ ﭘﺎﺗﻮﻟﻮﮊﻳﻚ ﺍﺯ ﻗﺒﻴﻞ ﺑﻴﻤﺎﺭﻱ ﺗﺼﻠﺐ ﺷﺮﺍﺋﻴﻦ[۱] ﻣﻲﮔﺮﺩﺩ به ﻋﻠﺖ ﺗﻐﻴﻴﺮﺍﺗﻲ ﻛﻪ ﺍﻳﻦ ﺑﻴﻤﺎﺭﻱ ﺩﺭ ﺩﻳﻮﺍﺭﻩ ﺷﺮﻳﺎﻥ ﺍﻳﺠﺎﺩ ﻣﻲﻛﻨﺪ (ﺍﺯ ﺩﺳﺖ ﺩﺍﺩﻥ ﺍﻟﻴﺎﻑ ﺍﻻﺳﺘﻴﻚ ﻭ ﺍﻓﺰﺍﻳﺶ ﻛﻼﮊﻥ، ﺭﺳﻮﺏ ﭼﺮﺑﻲ ﻭ ﺍﻓﺰﺍﻳﺶ ﺿﺨﺎﻣﺖ ﺩﻳﻮﺍﺭﻩ ﻭ ﻏﻴﺮﻩ) ﺧﺎﺻﻴﺖ ﺍﺭﺗﺠﺎﻋﻲ ﺩﻳﻮﺍﺭﻩ ﺷﺮﻳﺎﻥ ﻛﺎﻫﺶ ﻳﺎﻓﺘﻪ ﻭ ﻣﻴﺰﺍﻥ ﺳﻔﺘﻲ ﺁﻥ ﺍﻓﺰﺍﻳﺶ ﻣﻲﻳﺎﺑﺪ(Jogestrand,1999). مقاله حاضر به دنبال روشي براي شبيه سازي جریان شریان می باشد تا مقدمه اي براي پردازش هاي بعدي براي افزايش قدرت تفكيك فضايي تصاوير فراصوتي باشد. در این راستا از نرم افزار Field II تحت برنامه نویسی مطلب استفاده می شود.

۲)       بیان مسئله

ﺳﺎﻝ ﻫﺎ ﺍﺳﺖ ﮐﻪ ﺁﻧﮋﻳﻮﮔﺮﺍﻓﻲ ﻋﺮﻭﻕ ﮐﺮﻭﻧﺮ[۲] ﻭ ﮐﺎﺭﻭﺗﻴـﺪ[۳] ﺑﻪ ﻋﻨﻮﺍﻥ ﺭﻭﺵ ﻏﺎﻟﺐ ﺑﺮﺍﻱ ﺗﺸﺨﻴﺺ ﺑﻴﻤﺎﺭﻱ ﺁﺗﺮﻭﺍﺳـﻜﻠﺮﻭﺯ ﻭ ﭘﻴﺸﮕﻴﺮﻱ ﺍﺯ ﺳﮑﺘﻪﻫﺎﻱ ﻗﻠﺒﻲ ﻭ ﻣﻐﺰﻱ ﺍﺯ ﺳـﻮﻱ ﭘﺰﺷـﻜﺎﻥ ﭘﺬﻳﺮﻓﺘﻪ ﺷﺪﻩ ﺍﺳﺖ. ﺍﺯ ﻣﻌﺎﻳـﺐ ﺍﺻـﻠﻲ ﺍﻳـﻦ ﺭﻭﺵ ﺗﻬـﺎﺟﻤﻲ ﺑﻮﺩﻥ ﻭ ﻋﻮﺍﺭﺽ ﻣﻨﺠﺮ ﺑﻪ ﺳﻜﺘﻪ ﻭ ﻣﺮﮒ ﻭ ﻧﻴـﺰ ﺧﻄـﺮ ﭘﺮﺗـﻮ ﻳــﻮﻧﻴﺰﺍﻥ ﺍﺳــﺖ. ﺁﻧﮋﻳــﻮﮔﺮﺍﻓﻲ ﺩﺭ ﺑﺮﺭﺳــﻲ ﺟــﺪﺍﺭ ﺷــﺮﻳﺎﻥ، ﺩﻳﻨﺎﻣﻴﻚ ﺟﺮﻳﺎﻥ ﺧـﻮﻥ ﻭ ﺗـﺸﺨﻴﺺ ﭘـﻼﻙ ﺯﺧﻤـﻲ ﻧـﺎﺗﻮﺍﻥ ﺍﺳـﺖ(Baum,1997). ﺍﺯ ﺍﻳـﻦ ﺭﻭ ﺗﻌﻴـﻴﻦ ﻣﺸﺨـﺼﺎﺕ ﻣﻜـﺎﻧﻴﻜﻲ ﺑﺎﻓـﺖ ﺗﻮﺳﻂ ﺍﻣﻮﺍﺝ ﻓﺮﺍﺻﻮﺗﻲ ﺑﺮﺍﻱ ﺗﺸﺨﻴﺺ ﻣﺘﻐﻴر ﻫﺎﻱ ﻣﻜﺎﻧﻴﻜﻲ ﻋﺮﻭﻕ، ﻣﻮﺭﺩ ﺗﻮﺟﻪ ﻭ ﺗﺤﻘﻴﻖ ﺑﺴﻴﺎﺭﻱ ﻗﺮﺍﺭ ﮔﺮﻓﺘﻪ ﺍﺳﺖ(Mokhtari,2005; Peterson,1960; Merode,1988; Hoskins,1998; Hayashi,1980). ﺩﺭ ﺍﻏﻠــﺐ ﻣﻄﺎﻟﻌــﺎﺕ ﺍﻧﺠــﺎﻡ ﺷــﺪﻩ ﺑــﺮﺍﻱ ﺑــﺮﺁﻭﺭﺩ ﺍﻻﺳﺘﻴﺴﻴﺘﻪ[۴] (Hayashi,1980)  ﻭ ﺍﺗﺴﺎﻉ ﭘﺬﻳﺮﻱ[۵] (Hansen,et.al,1995) ﺷﺮﻳﺎﻥ، ﺍﺯ ﺍﻧﺪﺍﺯﻩﮔﻴـﺮﻱ ﻗﻄﺮ ﺷـﺮﻳﺎﻥ ﻭ ﺗﻐﻴﻴـﺮﺍﺕ ﺁﻥ ﺩﺭ ﻃـﻮﻝ ﺩﻭﺭﻩ ﻗﻠﺒـﻲ ﻭ ﺍﻧـﺪﺍﺯﻩ ﺗﻐﻴﻴﺮ ﻓﺸﺎﺭ ﺧﻮﻥ ﺷـﺮﻳﺎﻥ ﺑـﺎﺯﻭﻳﻲ ﺍﺳـﺘﻔﺎﺩﻩ ﺷـﺪﻩ ﺍﺳـﺖ. ﺑـﺎ ﻭﺟﻮﺩ ﻣﻄﺎﻟﻌﺎﺕ ﮔﺴﺘﺮﺩﻩﺍﻱ ﻛﻪ ﺩﺭ ﺯﻣﻴﻨـﻪ ﺧـﻮﺍﺹ ﺍﻻﺳـﺘﻴﻚ ﺷﺮﻳﺎﻥ ﺑﺮ ﺍﺳﺎﺱ ﺗﻐﻴﻴﺮ ﻓﺸﺎﺭ ﺷﺮﻳﺎﻥ ﺑﺎﺯﻭﻳﻲ ﺻﻮﺭﺕ ﮔﺮﻓﺘـﻪ، ﻫﻨﻮﺯ ﻧﺘﺎﻳﺞ ﻗﻄﻌﻲ ﺩﺭ ﺍﻳﻦ ﺯﻣﻴﻨـﻪ ﺣﺎﺻـﻞ ﻧـﺸﺪﻩ ﺍﺳـﺖ. ﺑـﻪ ﻋﻼﻭﻩ ﺩﺭ ﻛﻠﻴﻪ ﮔﺰﺍﺭﺵ ﻫﺎﻱ ﻣﻮﺟﻮﺩ ﺭﻭﺵ ﺑﺮﺁﻭﺭﺩ ﺿـﺮﺍﻳﺐ ﺍﻻﺳﺘﻴﻚ ﺑﺮ ﺍﺳﺎﺱ ﺗﻐﻴﻴﺮ ﻓﺸﺎﺭ ﺷﺮﻳﺎﻥ ﺑـﺎﺯﻭﻳﻲ ﺍﺭﺍﺋـﻪ ﻧـﺸﺪﻩ ﺍﺳﺖ. ﺍﻓﺰﻭﻥ ﺑﺮ ﺍﻳﻦ، ﺑﻴﺸﺘﺮ ﺭﻭﺵﻫﺎ ﺑﺮﺍﻱ ﺍﺭﺯﻳـﺎﺑﻲ ﻣـﺴﺘﻘﻴﻢ ﺍﻻﺳﺘﻴﺴﻴﺘﻪ ﺷﺮﻳﺎﻧﻲ ﻃﺮﺍﺣـﻲ ﺷـﺪﻩ ﺍﻧـﺪ ﻭ ﺩﺭ ﺁﻧﻬـﺎ ﺍﺯ ﻓـﺸﺎﺭ ﺷﺮﻳﺎﻥ ﺑﺎﺯﻭﻳﻲ ﺑﻪ ﺟﺎﻱ ﻓﺸﺎﺭ ﭘﺎﻟﺲ ﻣﻮﺿﻌﻲ[۶] ﺧـﻮﺩ ﺷـﺮﻳﺎﻥ ﺍﺳﺘﻔﺎﺩﻩ ﺷﺪﻩ ﺍﺳﺖ. ﺩﺭ ﻳـﻚ ﻣﻄﺎﻟﻌـﻪ، ﻧﺘـﺎﻳﺞ ﺑـﺮﺁﻭﺭﺩ ﻣﺘﻐﻴـﺮ ﺍﻻﺳﺘﻴﻚ ﻭ ﺳﻔﺘﻲ ﺷﺮﻳﺎﻥ ﻛﺎﺭﻭﺗﻴﺪ ﻣﺸﺘﺮﻙ ﺭﺍﺳﺖ ﺑﺮ ﺍﺳـﺎﺱ ﺗﻐﻴﻴﺮ ﻓﺸﺎﺭ ﺷﺮﻳﺎﻥ ﺑﺎﺯﻭﻳﻲ، ﺗﻐﻴﻴﺮﺍﺕ ﻧـﺴﺒﻲ ﺳـﻄﺢ ﻣﻘﻄـﻊ ﻭ ﺗﻐﻴﻴﺮﺍﺕ ﻧﺴﺒﻲ ﻗﻄﺮ ﺷﺮﻳﺎﻥ ﺩﺭ ﺩﻭ ﺣﺎﻟﺖ ﺳـﺎﻟﻢ ﻭ ﻣﺒـﺘﻼ ﺑـﻪ ﺗﻨﮕﻲ ﺩﺭ ﻧﺎﺣﻴـﻪ ﺷـﺮﻳﺎﻥ ﻛﺎﺭﻭﺗﻴـﺪ ﻣـﺸﺘﺮﻙ ﺭﺍﺳـﺖ ﺑـﺮﺁﻭﺭﺩ ﮔﺮﺩﻳﺪ ﻭﻟﻲ ﺗﻤﺎﻳﺰ ﻣﻌﻨﻲ ﺩﺍﺭﻱ ﻣـﺸﺎﻫﺪﻩ ﻧـﺸﺪ(Mokhtari,et.al,2003).

با پیشینه بیان شده در این تحقیق سيستم هاي تصويربرداري فراصوت موجود براي تشكيل تصوير ازپوش سيگنال هاي RF دريافتي توسط پروب دستگاه استفاده مي كنند. قدرت تفكيك فضايي تجهيزات موجود در محدوده اي چند برابر طول موج سيگنال فراصوت يعني براي مثال در يك پروب با فركانس ۳MHz در حدود ۱ mm مي باشد. با توجه به اين موضوع جهت اندازه گيري ارتعاشات با دامنه چند ده ميكرومتر نياز به پردازش سيگنال هاي RF مي باشد. بنابراين در اين مقاله جهت بررسي امكان اندازه گيري ارتعاشات كم دامنه ديواره شريان مدلي براي استخراج سيگنالهاي RF از عروق ارائه گرديده است.

۳)      روش تحقیق

براي مدل سازي محيط آزمايش از برنامه نویسی ریاضی در محیط نرم افزار Matlab استفاده مي شود. همچنین از بسته نرم افزاري Field II که توسط جورجن آرنت جنسن (Jørgen Arendt Jensen) در دانشگاه صنعتي دانمارك توسعه يافته است در مدل سازی استفاده شد (Jensen & Svendsen, 1992). در اين نرم افزار مي توان انواع مختلف فرستنده و گيرنده هاي فراصوت و تصاوير مرتبط با آنها را شبيه سازي نمود. كانوني سازي (Focus) و آپودايزيشن (Apodization) فرستنده- گيرنده به صورت پويا قابل كنترل است و بنابراين مي توان انواع مختلف سيستم هاي تصوير برداري فراصوت را در اين محيط شبيه سازي نمود. در اين محيط همچنين سرعت و  بازه تكرار موج پالسي در اختيار كاربر مي باشد و  نيز مي توان براي فرستنده و گيرنده دو آرايه جداگانه با مشخصات مختلف تعريف نمود، اما با توجه به اينكه طراحي يك محيط نزديك به شرايط واقعي مورد نظر مي باشد تنها يك آرايه به عنوان گيرنده- فرستنده تعريف مي شود. نحوه دريافت پاسخ به دو صورت پاسخ تك الماني و پاسخ كل المانها مي باشد. اين پاسخ قابل ذخيره سازي يا نمايش به صورت هاي مختلف مي باشد. در این تحقیق از يك آرايه گيرنده- فرستنده با مشخصات ارائه شده در جدول (۱) استفاده گردید. همچنین برای تحلیل از یکسری المان استفاده گردید که در جدول (۲) ارائه شده است.

جدول ۱: مشخصات آرايه گيرنده- فرستنده

جدول۲: مشخصات المان های گیرنده-فرستنده

به كمك برنامه Field II مي توان فرستنده- گيرنده مورد بررسي را مشاهده نمود. شكل و موقعيت فضايي آرايه محيط نرم افزار Field II به كاربر امكان در نظر گرفتن پارامتر تضعيف موج فراصوت در بافت را با كمك دستور set field مي دهد. در شبيه سازي انجام شده در این تحقیق براي سهولت دريافت پالس هاي بازگشتي از اين پارامتر صرف نظر شد.

۴)      ارائه مدل

پس از انکه محيط و سيستم ارسال – دريافت موج فراصوت شبيه سازي گرديد بايد مدلي براي شبيه سازي شريان مورد بررسي بدست آورد. در اين طراحي از يك استوانه با شعاع، ضخامت اوليه ديواره، تعداد لايه ها و فشردگي دلخواه پراكننده هاي داراي توزيع تصادفي در هر لايه براي شبيه ساز ي شريان سالم استفاده گرديد. اساس تشكيل تصوير در سيستم هاي تصوير برداري فراصوتي بر پايه انعكاس پرتو فراصوت از مرز دو لايه با امپدانس صوتي متفاوت و يا پراكننده هاي موجود در آن محيط است(Wong et al, 1993). در شبيه سازي این تحقیق براي مدل كردن اين پديده از تعداد زيادي پراكننده استفاده گردید كه اين پراكننده ها در ديواره شريان به صورت تصادفي قرار گرفته اند و تعداد آنها در لايه هاي مختلف ديواره متفاوت است. شريان مورد بررسي بر اساس الگوي شريان واقعي به سه لايه اصلي تقسيم بندي مي شود، البته تعداد لايه هاي موجود در ديواره شريان بيشتر از سه لايه هستند ولي ماهيت اين لايه ها اغلب مشابه است و تفاوت عمده تنها در سه لايه اصلي به نام هاي اندوتليم (Endothelium)، تونيكا مديا (Tunica media) و تونيكا ادونتيشيا (Tunica Adventitia) بارز مي باشد. بنابراين در این تحقیق  سه لايه اصلي اساس بررسي هاي قرار گرفت لذا پارامترهاي مربوط به شبيه سازي شريان مطابق جدول (۳) می باشد.

جدول ۳: مشخصات شريان شبیه سازی شده

تعداد نقاط در شريان شبيه سازي شده نمادي از سلولهاي ماهيچه اي ديواره شريان واقعي مي باشد. چگالي توزيع نقاط در لايه سوم كه خارجي ترين لايه است به دليل وجود بافت چربي و مويرگ هاي خوني در اين لايه كمتر از دو لايه ديگر در نظر گرفته مي شود. همين اختلاف چگالي پارامتر مناسبي براي تشخيص لايه ادونتيشيا از لايه اينتيما است و اين مطلب در شكل (۱) به وضوح ديده مي شود(Fawcett, 1986). ولي در واقعيت اين دو لايه با كمك تصاوير فراصوتي از يكديگر قابل تفكيك نمي باشند. در شكل (۲) شريان شبيه سازي شده با مشخصات ذكر شده در جدول (۱ و ۲) نشان داده شده است كه بدليل اختلاف اندك تعداد نقاط در سه لايه و نحوه نمايش قادر به تفكيك سه لايه با چشم نمي باشيم.

حركت پراكننده ها در يك ضربان قلب از يك تابع متناوب پيروي مي كند. در عين حال فرض بر اين است كه با توجه به اين نكته كه در زمان سيستول (Systole) قطر ديواره شريان كاهش پيدا كرده و در همين زمان شعاع شريان رو به افزايش است ميزان جابجايي پراكننده ها با افزايش فاصله از مركز شريان كاهش پيدا مي كند.  براي حركت شريان در يك ضربان قلب از مدلهاي حركت موجود در مرجع(Hasegawa et al, 2004) الگوبرداري شده است. همانطور كه در شكل (۳) مشاهده مي شود ميزان نوسانات جابجايي ديواره در زمان موج QRS بيشتر از تغييرات جابجايي در زمان موج T مي باشد؛ يعني در زمان موج T حركت ديواره از يك الگوي تقريباً خطي يكنواخت تبعيت مي كند. بنابراين حركت ديوار ه در ۷۹ قاب متوالي با فواصل تصويربرداري متناسب با تغييرات نمودار در طول يك ضربان نمايش داده مي شود – فواصل زماني بين دو قاب متوالي در طول موج QRS بسيار كمتر از فواصل زماني بين دو قاب متوالي در طول فاصله موج T تا شروع ضربان بعدي مي باشد.

شكل ۳ : الگوي ضربان قلب

ارتعاشات ديواره كه عامل عمده تشخيص بيماري هايي همچون تصلب شرايين هستند در دو حالت تصادفي در سه جهت x, y, z و يا تنها در جهت شعاعي با فاز اوليه متفاوت شبيه سازي شده اند. از آنجا كه تصويربرداري تنها در زمان هاي خاصي صورت مي گيرد اين ارتعاشات با دامنه كوچك و فركانس نوسان بزرگ در زمان هاي مذكور به حركت بزرگ ديواره افزوده مي شوند. در اين مدل براي شبيه سازي بيماري سخت شدگي شرياني با توجه به اين نكته كه جنس قسمت هاي سخت شده معمولاً از بافت هاي فيبروزي و كلسيمي كه در گروه بافت هاي سخت قرار مي گيرند مي باشد اين قسمت از بافت ديواره تنها داراي يك حركت كلي بزرگ در راستاي شعاعي بر اثر ضربان قلب مي باشد و تغيير ضخامت و ارتعاشي در اين قسمت ديواره وجود ندارد. بنابراين در تصاوير بدست آمده اين قسمت از بافت از ساير قسمتهاي آن مجزا مي شود و با پردازش سيگنال هاي دريافتي از چنين حركتي مي توان بيماري را حتي در مر احل اوليه آن كه تنها خود لايه هاي داخلي ديواره شروع به سخت شدن كرده اند تشخيص داد. شكل (۴) سيگنال هاي دريافت شده توسط تك تك المان هاي گيرنده از همان شريان را به صورت مجزا نمايش مي دهد و نيز براي سهولت مشاهده تصوير بزرگنمايي بخشي از شريان نيز در ادامه آن ترسيم شده است. تصاوير زير پاسخ هاي برنامه شبيه سازي كننده شريان در پايان دياستول است. اين تصاوير قابليت ذخيره سازي براي پردازش هاي دو بعدي را دارند.

شكل ۴: نتایج شبیه سازی شريان و بزرگنمايي يك قسمت از ديواره آن

۵)       بحث و نتیجه گیری

در پاره اي از مقالات موجود در زمينه پردازش سيگنال هاي فراصوتي، شبيه سازي هايي براي اثبات فرض اوليه مقاله انجام شده است. از جمله اين مقالات مي توان به مرجع(Watanebe et al, 2002) اين مقاله اشاره نمود كه در آن از مدلي براي شريان در محيط برنامه نویسی C استفاده شده است، ولي به نحوه و پارامترهاي مؤثر در مدلسازي اشاره اي نگرديده است. در این مقاله پس از طراحي شريان و سيستم تصويربرداريتحت برنامه نویسی مطلب، حتي مي توان الگوي حركت ديواره را به دلخواه و با توجه به فاصله شريان از قلب تعيين نمود. با اجراي برنامه تصاوير فراصوتي به صورت هاي ثابت در هر قاب و متحرك – با توجه به فواصل تصويربرداري- و نيز سيگنالهاي دريافت شده توسط سيستم فراصوتي نمايش داده مي شوند. در تلاشهاي بعدي بايد بر روي سيگنال هاي دريافت شده در قاب هاي متوالي پردازش هاي ثانويه صورت گيرد تا امكان تشخيص بيماري سخت شدگي شرياني در مراحل ابتدايي آن از طريق استخراج پارامترهايي از سيگنالهاي RF فراصوت بررسی گردد.

مراجع:

• Ahlgren A.S. Hansen F. (1997). Stiffness and diameter of the common carotid artery and abdominal aorta in women, Ultrasound Med Biol, 23: 983-988.
• Baum S. (1997). Abrams angiography: vascular and interventional radiology, Little and Brown, 4th Edition, 158-114.
• Boué, F Cassagne, C Massoud, D Fournier. (2007). Thermal imaging of a vein of the forearm: Analysis and thermal modelling. Infrared Physics & Technology, 51: 13-20.
• Cebral R., Peter J. Yim, Rainald Löhner, Orlando Soto, Peter L. Choyke. (2002). Blood Flow Modeling in Carotid Arteries with Computational Fluid Dynamics and MR Imaging Original Research Article Academic Radiology, 9(11): 1286-1299.
• Fawcett, D. W. (1986) Bloom and Fawcett: A Textbook of Histology:11th Ed. Saunders: Philadelphia.
• Ferrara L A. Mancini M. (1995). Carotid diameter and blood flow velocities in cerebral circulation in hypertensivepatients, Stroke, 26: 418-421.
• Gamble G. Zorn J. Sanders G. MacMahon S. Sharpe (1994). Estimation of arterial stiffness, compliance, and distensibility from M-mode ultrasound measurements of the common carotid artery, Stroke, 25: 11-16.
• Hansen F. Mangell P. Sonesson B. Lanne T. (1995). Diameter and compliance in the human common carotid arteryvariations with age and sex, Ultrasound Med Bio, 21: 1-9.
• Hasegawa H. Kanai H. Koiwa Y. (2004). Detection of Lumen- Intima Interface of Posterior Wall for Measurement of Elasticity of the Human Carotid Artery, IEEE Transactions on Ultrasonics, Ferroelectrics, and Frequency Control, 51(1):93-108
• Hayashi K. Handa H. Nagasawa S. Okumura A. Moritake K. (1980). Stiffness and elastic behavior of human intracranial and extracranial arteries, J Biomech
• Hoskins P R. Fish P J. McDicken W N. Moran C. (1998). Developments in cardiovascular ultrasound. Part 2: arterial applications, Med Biol Eng Comput
• Jensen J. A. Svendsen N. B. (1992). Calculation of pressure _elds from arbitrarily shaped, apodized, and excited ultrasound transducer, IEEE Trans. Ultra-son., Ferroelec., Freq. Contr., 39:262-267
• Jerez S., Miguel Uh. (2010). A flux-limiter method for modeling blood flow in the aorta artery. Original Research Article Mathematical and Computer Modeling, 52(7–۸): ۹۶۲-۹۶۸٫
• Jogestrand T. Nowak J. (1999). The relationship between the arterial wall thickness and elastic properties of the common carotid artery, Clin Physiol, 19: 191-203.
• Merode T V. Hick P J. (1988). Differences in carotid artery wall properties between presumed healthy men and women, Ultrasound Med Biol, 14: 571-574.
• Mokhtari-Dizaji M, Nikanjam N. Babapoor B. (2003). Estimation of elastic modulus, stiffness, distensibility and young modulus in atherosclerosis of human common carotid artery IRANIAN HEART JOURNAL (IHJ), 4: 68-74
• Mokhtari-Dizaji M. Nikanjam N. Saberi H. (2005). Detection of initial symptoms of atherosclerosis using estimation of local static pressure by ultrasound, Atherosclerosis, 178:123-128
• Peterson L H. Jensen R E. (1960). Mechanical properties of arteries in vivo, Circ Res, 8: 622-639
• Rossmann, J.S. (2010). Elastomechanical properties of bovine veins. Original Research Article
  Journal of the Mechanical Behavior of Biomedical Materials. 3(2): 210-215
• Umale S. Chatelin S. Bourdet N. Deck C. Diana M. Dhumane P. Soler L. Marescaux J. Willinger R. (2011). Experimental in vitro mechanical characterization of porcine Glisson’s capsule and hepatic veins. Original Research Article Journal of Biomechanics. 44(9, 3):1678-1683.
• Wang Y. Pierce I. Gatehouse P. Wood N., Firmin D. Xiao Yun Xu. (2010). Analysis of flow and wall shear stress in the peroneal veins under external compression based on real-time MR images. Medical Engineering & Physics, Volume 34, Issue 1, January 2012, Pages 17-27
• Watanebe M.. Hasegawa H. Kanai H. (2002). Optimization of Condition of Ultrasonic Beam for Measurement of Small Change in Thickness of Arterial Wall, Japanese Journal of Applied Physics, 41(5B):3613-3618
• Wong M. Edelstein J. Wollman J. and Bond MG. (1993). Ultrasonic- Pathological Comparison of the Human Arterial Wall Verification of Intima-Media Thickness, Arterioscler. Thromb. Vasc. Biol., 13:482-486

[۱] Atherosclerosis

[۲] Coronary artery

[۳] Carotid

[۴] Elasticity

[۵] Distensibility

[۶] Local pulse pressure

با ما در ارتباط باشید admin@matlab360.ir