تصويربرداري فراصوت پزشكي مبتني بر شبكه عصبي عميق

اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان

مهندسي پزشكي

كارشناسي ارشد

تصويربرداري تشخيصي يكي از اهرم¬هاي كاربردي در سيستم سلامت و درمان شناخته مي¬شود. تصاوير بدست آمده امكان تشخيص زودهنگام بيماري، ميزان پيشرفت، انتخاب نوع درمان و برنامه¬ريزي جهت بهبود و پايش بيمار را براي پزشك فراهم مي¬آورد. روش¬هاي تصويربرداري پزشكي متعددي مانند CT، MRI، fMRI، اولتراسوند و غيره وجود دارند اما هريك با چالش¬هايي از جمله آسيب رساني به بافت بدن، قرار گرفتن بافت¬ها در معرض اشعه، تهاجمي بودن و غيره رو به رو هستند. تصويربرداري اولتراسوند پزشكي يكي از رايج¬ترين روش¬ها است كه امكان بررسي غيرتهاجمي ساختار آناتوميك را بدون استفاده از اشعه¬هاي خطرناك فراهم مي¬كند. در اين روش، فرآيند استفاده از امواج صوتي براي هدايت و تمركز يك پرتو تحت عنوان شكل‌دهي پرتو شناخته مي‌شود. تكنيك¬هاي شكل¬دهي پرتو متعددي وجود دارند كه متناسب با عملكرد خود به زيرمجموعه غيروفقي و وفقي تقسيم مي¬شوند. يكي از شكل¬دهنده¬هاي پرتو غير وفقي پايه شكل¬دهنده پرتو تأخير و حاصل جمع است كه در آن رزولوشن و كنتراست تصاوير وابسته به تعداد المان¬هاي آرايه و فركانس مركزي است. در اين شكل¬دهنده پرتو تعداد زياد المان¬هاي آرايه منجر به بهبود رزولوشن مي¬شود اما افزايش پيچيدگي سخت افزاري و افزايش حجم داده¬هاي دريافتي را در پي دارد. به منظور بهبود كنتراست و رزولوشن، روش¬هاي شكل¬دهي پرتو وفقي مانند مينيمم واريانس معرفي شدند كه با اصلاح وزن عملكرد مطلوبي در نمايش جزئيات تصوير و بهبود كيفيت تصوير از خود نشان دادند. علي¬رغم عملكرد مناسب شكل¬دهنده پرتو مينيمم واريانس، مطالعات در زمينه معرفي شكل¬دهنده¬هاي پرتو با كيفيت تصوير مناسب¬ در حال توسعه است. هم¬زمان و با پيشرفت علوم در زمينه هوش مصنوعي نيز برخي مطالعات به ادغام مباحث تصويربرداري اولتراسوند پزشكي با شبكه¬هاي يادگيري عميق پرداختند و شكل¬دهنده¬هاي پرتو مبتني بر يادگيري عميق به وجود آمدند. اين مطالعات با نمايش جزئيات كامل¬تر در تصوير با بهبود كنتراست و رزولوشن همراه بودند اما همچنان سرعت و پيچيدگي محاسبات از چالش¬هاي آن¬ها به شمار مي¬آمد. در پژوهش حاضر، سه شكل¬دهنده پرتو تأخير و حاصل جمع، مينيمم واريانس و مبتني بر شبكه تماماً متصل پياده¬سازي شده و نتايج حاصل از آن¬ها مورد ارزيابي كيفي و كمّي قرار گرفته است. پياده¬سازي شكل¬دهنده پرتو تأخير و حاصل جمع به عنوان يك معيار ارزيابي غيروفقي و شكل¬دهنده پرتو مينيمم واريانس به عنوان معيار ارزيابي وفقي صورت گرفته است. معماري شكل¬دهنده پرتو تماماً متصل در روش تصويربرداري متمركز و برگرفته از مطالعه لويتن و همكارانش با داده¬ها و تابع هزينه متفاوت صورت گرفته است. ارزيابي نتايج شكل¬دهنده پرتو مبتني بر يادگيري عميق، بهبود كنتراست و رزولوشن را نبست به شكل¬دهنده پرتو تأخير و حاصل جمع نشان مي¬دهند و حاكي از آن است كه شكل¬دهنده¬ پرتو مبتني بر شبكه تماماً متصل با كاهش پهناي لوب¬ اصلي و سطح لوب¬هاي جانبي عملكرد مطلوبي در زمينه رزولوشن داشته و كنتراست تصاوير نيز نسبت به شكل¬دهنده پرتو تأخير و حاصل جمع بهبود قابل توجهي داشتند. پيچيدگي محاسبات در فاز تست هر سه شكل¬دهنده پرتو نيز محاسبه شده و نتايج كاهش ميزان پيچيدگي محاسبات در شكل¬دهنده پرتو مبتني بر شبكه تماماً متصل را تأييد مي¬كند.

230693

بيوالكتريك

مهندسي برق و كامپيوتر

دانشگاه صنعتي اصفهان