نوع مقاله: مقاله کامل پژوهشی

نویسندگان

1 کارشناس ارشد، گروه فیزیک و مهندسی پزشکی، دانشگاه علوم پزشکی تهران

2 دانشیار، گروه فیزیک و مهندسی پزشکی، مرکز تحقیقات علوم و تکنولوژی در پزشکی، دانشگاه علوم پزشکی تهران

3 دانشیار، گروه فیزیک و مهندسی پزشکی، دانشگاه علوم پزشکی تهران

4 دانشیار، دانشکده مهندسی پزشکی، دانشگاه رایرسون

10.22041/ijbme.2009.13407

چکیده

در این مقاله روشی نوین برای پایش سریع تغییرات دما با استفاده از تصاویر فراصوت B-Mode ارائه شده است. در این روش، از وابستگی سرعت صوت به دما استفاده می شود. وابستگی سرعت صوت به دما باعث ایجاد جابه جایی ظاهری ذرات پراکنده ساز می گردد. جابه جایی به وجود آمده را می توان با استفاده از الگوریتم های مختلف جابه جایی سنجی و ردیابی برفک تخمین زد و اندازه گیری نمود. در این کار روش شارش نوری هورن – شانک برای سنجش جابه جایی های به وجود آمده به تصاویر دیجیتال فراصوت B-Mode فانتوم شبیه بافت اعمال شد. روش شارش نوری از جمله روش های بر پایه گرادیان است و بر اساس اندازه گیری تغییرات به وجود آمده در الگوی روشنائی به تخمین میزان جابه جایی می پردازد. در طراحی فانتوم از یک مقاومت گرمازا برای گرم کردن بافت در عمق استفاده شد. حین گرم کردن فانتوم، به وسیله پروب خطی سونوگرافی 10 MHz، تصاویر فراصوت دیجیتال از موضع در حال گرم شدن تهیه شد. برای سنجش میزان دقت، دمای به دست آمده در این روش، با دمای اندازه گیری شده به روش تهاجمی مقایسه شد. با بررسی نتایج به دست آمده مشاهده شد که سرعت محاسبه دما در مقایسه با تحقیق قبلی (تخمین دما به کمک الگوریتم تطبیق بلوک) به میزان قابل توجهی افزایش یافته است. بیشینه افزایش دما در فانتوم، 7oC بوده است. با بررسی و مقایسه دمای مقاومت های گرمایی با نتایج حاصل از روش شارش نوری، خطای اندازه گیری میانیگن 4oC و مقدار بیشینه خطا در طول آزمایش 9oC به دست آمد. با استفاده از روش شارش نوری می توان با سرعت بالا و حتی بی درنگ، دما را تخمین زد. از ضعف های این روش می توان به حساسیت زیاد آن به اغتشاش اشاره کرد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله [English]

Fast And Noninvasive Thermal Monitoring In Ultrasound Digital Images Using Optical Flow Method

نویسندگان [English]

  • Bahram Momen Mehrabani 1
  • Mohammad Javad Abolhassani 2
  • Alireza Ahmadian 3
  • Javad Alirezaie 4

1 .Sc Graduated, Biomedical Engineering Group, Tehran University of Medical Sciences

2 Associate Professor, Medical Physics and Biomedical Engineering Department, Tehran University of Medical Sciences

3 Associate Professor, Medical Physics and Biomedical Engineering Department, Tehran University of Medical Sciences

4 Associate Professor, Dept. Electrical Engineering, Ryerson University

چکیده [English]

The main purpose of this work is introducing a novel method of temperature monitoring using B-Mode Ultrasound digital images. Thermal dependence of sound speed causes a virtual displacement of scatterer particles. The virtual displacement is computed using speckle tracking methods. Horn-Shunck algorithm was applied to a tissue mimicking phantom to measure the virtual displacement. A heating resistor was used in this phantom to generate temperature elevation. The DICOM ultrasound images were acquired using commercial SIMENES ultrasound imaging system with 10MHz linear probe. The accuracy of noninvasive temperature estimation was measured comparing with invasive temperature measurement. The phantom is warmed up to the 8. The mean error of temperature estimation was found to be 0.4°C and peak error 0.9°C. Fast temperature estimation can be achieved using Optical-Flow methods. This Method is a differential based motion estimation method that estimates displacement by calculating the optical pattern changes caused by movements between two frames. Noise sensitivity is the main infirmity of Horn-Schunck method.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Temperature Estimation
  • Thermal Therapy
  • Ultrasound Images
  • Optical-Flow
  • Speed Of The Sound

[1]     Conway J., Electrical impedance tomography for thermal monitoring of hyperthermia treatment: an assessment using in vitro and in vivo measurements. Clin. Physiol Meas, 1987; 8: 141-146.

[2]     Sanghvi N. T., Foster R. S., Bihrle R., Casey R., Uchida T., Phillips M. H., Syrus J., Zaitsev A. V. Marich, K. W., Fry F. J., Noninvasive Surgery of Prostate Tissue by High Intensity Focused Ultrasound. European Journal of Ultrasound, 1999; 19-29.

[3]     Kahn T., Harth T., Kiwit J. C., In vivo MRI thermometry using a phase-sensitive sequence: Preliminary experience during MRI-guided Laserinduced interstitial thermotherapy of brain tumors. J Magn Reson Imaging, 1998; 8: 160-164.

[4]     Ueno S., Hashimoto M., Fukukita M., Ultrasound Thermometry in Hyperthermia. IEEE Ultrasonics Symposium 1990; 1645 1652.

[5]     Straube W. L., Arthur L., Theoretical Estimation of the Temperature Dependence of Backscattered Ultrasonic Power for Noninvasive Thermometry. Ultrasound in Med & Biol, 1998; 20: 915-922.

[6]     Simon C., VanBaren P., Ebbini E., Two-Dimensional Temperature Estimation Using Diagnostic Ultrasound. IEEE Transactions on Ultrasonic Ferroelectrics and Frequency Control, 1998; 4: 45

[7]     Abolhassani M., Noruzy A., Takavar A., Noninvasive Temperature Estimation Using Sonographic Digital Images. J Ultrasound in Med, 2007; 26:215-222.

[8]     Wear K. A., Wanger R. F., Insana M. F., Hall T. J., Application of autoregressive spectral analysis to cepstral estimation of mean scatterer spacing. IEEE Trans Ultrason Ferroelec Freq Contr, 1993; 40:150- 158.

[9]     Simon C., VanBaren P., Ebbini E., Two-Dimensional Temperature Estimation Using Diagnostic Ultrasound. IEEE transactions on ultrasonics, ferroelectrics, and frequency control, 1998; 4:45 july.

[10] Wear S. A., Wanger R. F., Insana M. F., Application of autoregressive spectral analysis to cepstral estimation of mean scatterer spacing, IEEE Trans. Ultrason. , Ferroelec Freq Contr, 1993; 40: 150-58.

[11] Sahba N., Tavakoli V., Ahmadian A., Abolhassani M., Fotouhi M., Adaptive Multi-resolution Myocardial Motion Analysis of B-Mode Echocardiography Images using Combined Local/Global Optical Flow., iCBBE Shanghai China 2008.

[12] Khojasteh D., Generalized Jacobi and Gauss-Seidel Methods for Solving Linear System of Equations. Numer Math J Chinese Univ, 2007; 16: 164-170.

[13] Harrrell M., Herod J., www.math.gatech.edu/~harrell /pde/ch20wr-.html. (2008-04-16).