مقدمه

تصویربرداري مسطح و تصویربرداري برش نگاري (مانند (SPECT دو طبقه بندي اصلی از تصویربرداري پزشکی هستهاي مبتنی بر گسیل تک فوتون در پی تزریق رادیوداروي پرتوزا به بدن بیمار و تجمع آن در عضو مورد نظر محسوب میشوند. اگرچه تصویربرداري برشنگاري براي تصویربرداري پزشکی هستهاي بالینی بیشتر مورد توجه می گیرد اما تصویربرداري مسطح نیز هم اکنون در برخی موارد تشخیصی و نیز در مواردي خاص مورد استفاده قرار می گیرد که از مهمترین کاربردهاي آن می توان به ونتریکولوگرافی در تصویربرداري هستهاي قلب اشاره نمود .[۱]

اطلاعات به دست آمده در تصاویر پزشکی هستهاي به علت ماهیت تصادفی واپاشی هستهاي، دقت محدود سیستمهاي تصویربرداري و همچنینهاي پراکندگی و تضعیف فوتون ها، با آمار به نسبت کم تعداد فوتونهاي تشکیل دهنده تصویر همراه است. اگرچه با افزایش زمان تصویربرداريو یا افزایش دز تزریقی به بیمار میتوان بر کیفیت تصاویر جمعآوري گشته افزود. اما اولی به دلیل افزایش احتمال حرکت بیمار و دومی به دلیل افزایش پرتوگیري بیمار از پرتوزایی جاي گرفته در بدن او، مشکلاتی را به دنبال دارد. یکی از روشهاي موثر ارتقاء کیفیت تصویر و کاهش نویز، استفاده از فیلترهاي هموارسازي در فضاي فوریه است که ممکن است کیفیت تصویر را به شدت تحت تاثیر قرار دهد .[۲] فیلتر مناسب دادههاي پزشکی هستهاي براي تجسم و تشخیص درست تصویر به عنوان یک پیش نیاز براي امر تشخیصی بالینی در برخی موارد کاملا ضروري به نظر می رسد .[۳]

در سال ۱۹۹۲، دونوهو روشی را براي نویز زدایی از سیگنال بر اساس فیلتر کردن غیر خطی در فضاي تبدیل موجک ارائه کرد.[۴] تجزیه چند تفکیکی و تبدیل موجک به منظور تجزیه و تحلیل یک تابع و یا سیگنال در مقیاسهاي متفاوت توسعه یافته است. در حالی که در تبدیل فوریه سیگنال بر پایه فرکانس تجزیه میگردد در این تبدیل، سیگنال و یا تصویر بر اساس مقیاس، تجزیه و تحلیل میشود. مهمترین مزیت تجزیه و تحلیل یک سیگنال در توان تفکیکهاي مختلف را میتوان در برخی کاربرد خاص دانست که اگر جزئیات سیگنال حاوي اطلاعات نادرستی باشد (مانند نویز)، استفاده از مقیاسهاي بالاتر موثر تر خواهد بود .[۵]

در تبدیل موجک یک تصویر، تصویر ابتدا به صورت سطري و سپس به صورت ستونی فیلتر می گردد که خروجی این فرآیند در مرحله اول، چهار زیر تصویر ربع اندازه شامل HH1، LH1، HL1 و LL1 را که به ترتیب مربوط به تصویر جزئیات قطري، عمودي و افقی و همچنین تصویر هموارتر است را شکل دهند. مراحل بعد با استفاده از تابع اصلی هموارتر شده (یعنی(LL1 و تکرار موارد یاد شده براي آن قابل انجام است. نویز زدایی به کمک تبدیل موجک شامل تبدیل موجک تابع و سپس تعدیل ضرایب تبدیل به کمک روشهاي آستانهگذاري متفاوتی مانند آستانهگذاري سخت، نرم و Stein است که تفاوت آنها در چگونگی تقویت ضرایب تبدیل میباشد. و در نهایت، استفاده از تبدیل معکوس موجک صورت می گیرد.

۲۱st Iranian Nuclear Conference 25-26Feb 2015 University of Isfahan

_ ت و ی_ ن ا س _ ه _ی ان

۶و۷ ا” د ماه ۳۹۳۱ دا+ گاه ) هان

در این مقاله به منظور استفاده از روشهاي نویززدایی به کمک تبدیل موجک براي تصاویر پزشکی هستهاي، به کمک شبیه سازي یک دوربین SPECT توسط نرم افزار GATE و طراحی بخش داغ مربوط به فانتوم کارلسون در این نرمافزار، به تولید تصاویر مسطح با میزان نویز دلخواه پرداختهایم. تصویر مرجع با انتخاب زمان شبیهسازي ۴۰ ثانیه و تصویر نویزآلود با انتخاب زمان تصویربرداري۱۰ ثانیه شبیهسازي گشت. سپس به کمک روشهاي نویز زدایی بر پایه تبدیل موجک و استفاده از روش هاي آستانه گذاري سخت، نرم و Stein، به مقایسه تصویر آزمایشی نویز زدایی شده با تصویر مرجع به کمک معیار PSNR و RMSE پرداخته شده است.

روش کار

از نرمافزار GATE نسخه ۶٫۱ براي شبیهسازي تصاویر مسطح استفاده شد .[۶] براي شبیهسازي دوربین گاما اساسیترین قسمت آن یعنی کریستال سوسوزن به صورتی مکعبی از جنس بلور NaI با ابعاد۲۱×۳۰×۷ cm3 در نظر گرفته شد. این دوربین گاما با باریکهساز کم انرژي با توان تفکیک بالا در محیط شبیهسازي، تجهیز شد. سپس، هندسه منطقه داغ از فانتوم کارلسون (شکل (۱-۱ در نرمافزار بهصورت دیجیتال تعریف گشته و مختصات مکانی آن به گونه اي انتخاب گشت که ۹ زوج حفره درست در مقابل سر آشکارساز قرار گیرد. در مطالعات عملی، فانتوم کارلسون به طور معمول با ترکیبی همگن از آب و در حدود ۵ تا۱۰ میلیکوري تکنسیوم شبه پایدار پر میشود، بنابراین با نسبت بندي میزان حجم آبی که فانتوم را پر میکند به مقدار حجمی آبی که هر یک از حفرهها در خود جاي میدهند، میزان فعالیت تکنسیوم قرار گرفته در هر حفره محاسبه گشت و به عنوان پرتوزایی هر حفره در نرمافزار تعریف شد.

در ابتدا، تصویر مسطح از فانتوم کارلسون با استفاده از زمان تصویربرداري ۱۰ ثانیه انجام شد که به دلیل زمان کم تصویربرداري، تصویري با نویز بیشتر را خواهیم داشت که این تصویر به عنوان تصویر آزمایشی در نظر گرفته شد. براي به دست آوردن تصویر مرجع، تصویري با تعداد بالاي شمارش با افزایش زمان اکتساب به میزان ۴۰ ثانیه شبیهسازي گشت که از لحاظ کیفیت تصویري به مراتب از تصویر اولیه بهتر بود. درشکل ۱-۲ و ۱-۳، تصاویر مرجع و آزمایشی را میتوان مشاهده نمود. سپس، این تصاویر با استفاده از برنامهاي که در نرمافزار MATLAB نوشته شد، خوانده شده و پردازشهاي بعدي و تجزیه و تحلیل نتایج نیز به کمک همین نرمافزار انجام گشت. پس از پردازشهاي اعمال شده بر تصویر آزمایشی به کمک روش هاي نویز زدایی به کمک تبدیل موجک، تصویر نویز زدایی شده به کمک معیارهاي PSNR و RMSE با تصویر مرجع مقایسه گشت تا میزان کارایی هر یک از روشهاي اعمالی براي نویز زدایی تصویر مقایسه گردد.

نتایج

۲۱st Iranian Nuclear Conference 25-26Feb 2015 University of Isfahan

_ ت و ی_ ن ا س _ ه _ی ان

۶و۷ ا” د ماه ۳۹۳۱ دا+ گاه ) هان

در ابتدا تصویر همراه با نویز به کمک نرمافزار MATLAB به صورت تصویري ماتریسی تبدیل گشته وسپس تصویر به فضاي موجک انتقال یافت. به کمک برنامه نوشته شده در محیط MATLAB، تصویر آزمایشی به کمک روش آستانهگذاري بلوکی با ابعاد ۲، نویز زدایی شد. در این شیوه ابتدا تصویر تبدیل یافته به فضاي موجک به بلوكهایی با ابعاد معین تقسیم گشته و سپس تعدیلسازي ضرایب به کمک روشهاي آستانهگذاري به صورت همسان بر روي تمامی ضرایب موجود در هر بلوك اعمال میگردد. در پایان، از تبدیل موجک معکوس براي بازسازي نهایی تصویر بهره برده شد. براي بررسی چگونگی تأثیر آستانهگذاريهاي نرم، سخت و Stein بر کیفیت تصویر نویززدایی شده، مقادیر PSNR و RMSE بهعنوان معیاري براي مقایسه عملکرد آستانه گذاريهاي متفاوت، در نظر گرفته شد.