راهبری جراحی به کمک تصویر:پروژه ها

 

 

 

 

 

 

 

پروژه های در حال اجرا

طراحی و پیاده‌سازی سیستم مبتنی بر ترکیب اطلاعات سنسور‌های مغناطیسی و تصاویر اولتراسوند جهت راهبری پروسه تزریق ستون فقرات کمری

هدایت و جایگذاری دقیق نوک سوزن در نقطه هدف، یکی از پروسه‌های مهم در مداخلات هدایت سوزن است. در این میان، تزریقات مفصل facet و ناحیه اپیدورال با توجه به نزدیکی محل تزریق به عصب، از جمله بارز‌ترین کاربرد‌هایی است که اهمیت دقت در این پروسه را نمایان می‌کند. امروزه روش غالب استفاده از دستگاه C-arm و تصویربرداری X-Ray است که دوز اشعه بالایی را به بیمار و به‌ویژه پزشک و تکنسین‌ها وارد می‌کند. اخیراً تلاش‌های زیادی جهت به‌کارگیری مدالیته اولتراسوند در این مداخلات شده است که علیرغم مزایای متعدد، همچنان کاربرد محدود دارد. یکی از این دلایل سخت بودن رهگیری همزمان نواحی هدف و نوک سوزن در تصاویر in-plane و بویژه out-of-plane بوده است. در این پروژه، هدف طراحی و پیاده‌سازی سیستمی مبتنی بر ترکیب اطلاعات سنسور‌های مغناطیسی و تصاویر اولتراسوند است، طوریکه کم هزینه و قابل اتکا بوده و با قالب فعلی اتاق عمل سازگار باشد. برای این منظور تخمین موقعیت شفت و نوک سوزن بصورت سلسله مراتبی و تعاملی توسط بلوک‌های پردازش نرم افزاری و پردازش سخت افزاری انجام می‌شود.

 

 

 

 

 

مکان یابی توده های ریه در فانتوم برونش از طریق فیوژن تصاویر EBUS و CT در سیستم نویگیشن برونکوسکوپی

اهمیت تشخیص زودهنگام و درمان سرطان ریه برای بیماران در مراحل اولیه بیماری در حال افزایش است. برونكوسكوپي حين عمل يك روش تهاجمي زنده براي تشخيص ضايعات بدخيم ريوي است در حالي كه سونوگرافي تکمیلی انتهای ریه (EBUS) كه راهنماي مستقيمي براي مکان یابی سایت های خارج از درخت هوایی فراهم مي كند، به رويه ی استانداردي براي تشخيص سرطان از طریق برونكوسكوپي تبدیل شده است. متأسفانه ، هیچ ارتباط مستقیمی بین EBUS و سایر روشهای تصویربرداری تشخیصی برقرار نشده است، که این امر منجر به تغییرات گسترده عملکرد پزشک و بیوپسی نا صحیح می شود. در این مطالعه ی ما یک سیستم ناوبری EBUS / CT را پیشنهاد می کنیم که به صورت هم افزایی EBUS را با تصاویر سه بعدی توموگرافی کامپیوتری (CT) از قفسه سینه بیمار ترکیب می کند و ترکیبی واقعی از EBUS و CT را جهت مکان یابی محل سایت های بیوپسی خارج از درخت هوایی در طول برونشوسکوپی امکان پذیر می سازد.

 

 

 

 

 

ارایه روش جدید جایگذاری پیچ در مهره های کمری به کمک انطباق سطوح تصاویر استریو حین عمل و تصاویر CT قبل از عمل ستون فقرات

ستون فقرات یکی از بافت های بسیار مهم و حیاتی است که به دلیل ساختار پیچیده اش و نیز حساسیت ساختارهای عروقی-عصبی احاطه کننده آن همواره مورد توجه بوده است. در میان عمل های جراحی صورت گرفته روی این بافت عمل جایگذاری پیچ در مهره ها بسیار حائز اهمیت است.عمل جایگذاری پیج در مهره ها به منظور fixation ستون فقرات انجام می گیرد و خطا در این با استفاده از تصاویر گرفته شده از بافت مورد نظر و هدایت جراحی به کمک این تصاویر می توان به دقت بالایی در جراحی دست یافت اما در اثر جابجایی ستون فقرات، هم راستایی بین تصاویر قبل از عمل و شرایط حین عمل از بین می رود که باعث می شود تصاویر پیش از عمل چندان قابل اطمینان نباشند. با استفاده از دوربین استریو می توان دوز دریافتی را به میزان زیادی کاهش دهد و میزان جابجایی را از طریق انطباق تصاویر CT و استریو محاسبه کرد.جایگذاری می تواند منجر به وارد آمدن صدماتی به ساختارهای عروقی یا عصبی احاطه کننده آن شود

 

 

 

 

 

 

طراحی فرآیند جااندازی استخوان گونه، پیش از عمل، به کمک اطلس CT برای استفاده در سامانه راهبری جراحی

در جراحی های جاگذاری پروتز در ناحیه میانی صورت یک چالش بسیار بزرگ اطمینان از قرارگیری پروتز در محل دقیق برنامه ریزی شده است چرا که در غیر این صورت نتایج بالینی و رضایت بیمار مطلوب نخواهد بود. ما در این پروژه به دنبال توسعه یک سیستم راهبری جراحی در حوزه جراحی فک و صورت هستیم. این سیستم به جراح کمک می کند تا از محل دقیق پروتز جاگذاری شده را ارزیابی کند. از سوی دیگر، در شکستگی های دو طرفه ناحیه میانی صورت استفاده از یک الگوی مناسب برای طراحی پروتز از اهمیت ویژه ای برخوردار است. در بخش دیگری از تحقیق در حال تهیه یک اطلس آماری برای بیمارانی هستیم که دچار شکستگی در استخوان زیگوماتیک هستند. این اطلس که با استفاده از تصاویر CT ساخته می شود به عنوان بخشی از فرآیند درمان بیمار قابل استفاده خواهد بود.

 

 

 

 

 

 

ارایه روش انطباق ترکیبی داده های فوتواکوستیک و MRI در فضای تنک به منظور محاسبه تغییر فرم بافت مغز در حین جراحی به کمک سیستم IGS

‏ بافت مغز يكي از حياتي­ ترين بافت‎­هاي بدن انسان است و هر گونه آسيب به آن اثرات مخرب جبران­ ناپذيري دارد. جراحی­ های مدرن مغز و اعصاب به سمت روش ­هایی ‏با کمترین تهاجم گرایش یافته است و استفاده از ‏سیستم­ های IGS در حین جراحی­ بسیار مورد توجه واقع شده است. در جراحی مغز هنگامی که جمجمه باز می­شود بافت مغز دچار جابه ­جایی و تغییر فرم می ­شود. این جابه­‏ جایی که نتیجه ترکیب عوامل گوناگونی از جمله نشت مایع مغزی نخاعی است یکی از عوامل مهم محدود کردن دقت ‏سیستم های IGS می باشد. یکی از روش ­های مفید برای به ­روزرسانی تصاویر قبل از عمل ‏IGS‏، استفاده از تصویربرداری در ‏حین جراحی است. با تصاویری حین جراحی می توان تصاویر قبل ‏از عمل را به­ روز کرد. به این منظور برای اولین بار استفاده از تصاویر فوتواكوستيك حین جراحی پیشنهاد می ­شود. تصاوير فوتواكوستيك به­ علت نمايش آناتومي، عروق و رگ ­زايي تومور ويژگي­ هاي بهينه­ اي جهت ‏شناسايي دقيق ناحيه تومور در اختيار جراح قرار مي ­دهند.‏ با انطباق تصاویر فوتوآکوستیک حین جراحی و MRI قبل از جراحی، خطای ایجاد شده در اثر تغییر فرم بافت مغز محاسبه و جبران می ­شود.

 

 

طراحی و ارزیابی سیستم پروتوتایپ فوتوآکوستیک به منظور تصویربرداری از تومور گلیوما در فانتوم مغز

انطباق مبتنی بر مدل آماری تصاویر CT/MRI با تصاویر حین عمل اولتراسوند جهت هدایت فرآیندهای تزریقی در ناحیه ستون فقرات کمری

بیماری های کمر، بیش از 50 درصد افراد را در طول مدت عمرشان حداقل یک بار به مطب پزشکان می کشاند. در این زمینه اقدامات گوناگونی از جمله ورتبروپلاستی، کایفوپلاستی و انواع تزریق با راهبری مدالیته هایی از جمله فلوروسکوپی که تجهیز گران قیمتی بوده و تشعشع زیادی را اعمال می کند انجام می شود. مدالیته اولتراسوند با قابلیت تصویربرداری همزمان و همچنین نداشتن تشعشع، به عنوان روش جایگزین، روز به روز با اقبال بیشتری مواجه می شود. اما برای گریز از معایبی از جمله سخت بودن تفسیر تصاویر اولتراسوند و نیاز به دوره های آموزش طولانی مدت، می توان از ترکیب این تصاویر با مدلهای آماری استفاده نمود و فرآیند تزریق دقیق تری داشت. هدف اختصاصی این پروژه ساخت یک مدل آماری، به روز کردن آن با استفاده از .تصاویر پیش از عمل و در نهایت نمایش برخط سه بعدی جهت کمک به فرآیند تزریق است

 

 

 

 

 

طراحی و ارزیابی سیستم پروتوتایپ فوتوآکوستیک به منظور تصویربرداری از تومور گلیوما در فانتوم مغز

هدف از این پروژه طراحی و ارزیابی سیستم فوتوآکوستیک مبتنی بر ال ای دی است. در این پروژه ارزیابی سیستم بر روی فانتوم معادل بافت انجام شد. در این مطالعه امکان سنجی به کارگیری این روش تصویربرداری برای استفاده در جراحی مغز سنجیده می شود. نمایش حاشیه تومور گلیوما برای برداشت حداکثری تومور که شباهت ظاهری با بافت نرمال مغزی دارد یکی از چالش های جراحی مغز است. با توجه به توانمندی روش فوتوآکوستیک در نمایش رگ های حاشیه تومور امکان نمایش حاشیه تومور در حین جراحی گلیوما برای برداشت امن حداکثری تومور وجود دارد.

 

 

 

 

 

 

 

 

ارزیابی و بهینه سازی هندسه ی سیستم تصویربرداری فوتوآکوستیک به منظور تصویربرداری فانتوم معادل بافت پستان

امروزه جهت غربال گریِ سرطان پستان علاوه بر معاینات متداول پزشکان، استفاده از مدالیته های تصویربرداری تبدیل به امری جدایی ناپذیر در تشخیص شده است. روش های تصویربرداری متداول جهت غربالگری سرطان پستان شامل روشهای تصویربرداری ماموگرافی، ام آرآی و سونوگرافی می باشد. هر یک از این روش های تصویربرداری در کنار مزایا دارای معایبی نیز هستند که سبب می شود به عنوان روش روتین غربالگری سرطان پستان در نظر گرفته نشوند. فوتوآکوستیک روش تصویربرداری نسبتا جدیدی است که با بهره مندی از قدرت تفکیک فراصوتی و کنتراست نوری قابلیت نمایش انواع مختلف تومور را دارد.

هدف اين پروژه ارزیابی و بهینه سازی هندسه ی سیستم فوتوآکوستیک به منظور تصویربرداری از بافت پستان می باشد. با توجه به توانمندی تصویربرداری فوتوآکوستیک، این روش توانایی شناسایی انواع بیشتر تومور در مقایسه با ماموگرافی و فراصوت را دارد. هندسه های تصویربرداری مختلفی برای فوتوآکوستیک وجود دارد که در این پروژه به ارزیابی و بهینه سازی این هندسه ها برای تصویربرداری از پستان پرداخته می شود.

 

 

 

 

 

 

طراحی و پیاده سازی سیستم رهگیری سوزن با استفاده از اثر فرومغناطیس فلزات و آرایه سنسورهای مغناطیسی در مداخلات هدایت سوزن با اولتراسوند ناحیه ستون فقرات
هدایت و جایگذاری دقیق نوک سوزن در نقطه هدف، یکی از پروسه‌های مهم در مداخلات هدایت سوزن است. امروزه روش غالب استفاده از دستگاه C-arm و تصویربرداری X-Ray است که دوز اشعه بالایی را به بیمار و به‌ویژه پزشک و تکنسین‌ها وارد می‌کند. اخیرا تلاش‌های زیادی جهت به‌کارگیری مدالیته اولتراسوند در این مداخلات شده است که علارغم مزایای متعدد، به دلایلی همچنان کاربرد محدود دارد. یکی از این دلایل سخت بودن رهگیری همزمان نواحی هدف و نوک سوزن در تصاویر in-plane و بویژه out-of-plane بوده است. در این پروژه، هدف طراحی و پیاده‌سازی سیستمی مبتنی بر آرایه سنسور‌های مغناطیسی جهت رهگیری مارکر مغناطیسی متصل به نوک ابزار و یا استفاده از اثر فرومغناطیس فلزات و رهگیری سوزن مغناطش‌شده است. برای این‌کار از شبکه‌های عصبی پرسپترون به‌عنوان روشی شناخته‌شده و کارا در حل مسایل رگرسیون و کلاس بندی استفاده می‌کنیم.

 

 

 

 

 

 

سه بعدی سازی تصاویر التراسوند دو بعدی بدون قید، به کمک دوربین های استریو
رشد کیفیت تصاویر و تکنولوژی سیستم های تصویربرداری التراسوند از یک سو، و تصویربرداری آسان، زنده و بدون آسیب التراسوند از سوی دیگر سبب شده تا بکارگیری این نوع تصاویر با اقبال بیشتری روبرو شود. یکی از کاربردهای تصویربرداری التراسوند، در عمل های جراحی با رویکرد حداقل تهاجم (MIS) است که در آن جراح علاوه بر دانش مربوط به آناتومی بیمار که در تصاویر توموگرافی پیش از عمل وجود دارد، به مکان بافت ها در حین عمل نیاز دارد. در این پروژه تلاش شده تا جمع آوری تصاویر دو بعدی که در مکان و زاویه دلخواه تهیه شده اند و ساخت تصویر سه بعدی، امکان به روز رسانی محل قرار گیری بافت ها در تصاویر توموگرافی فراهم شود. برای این منظور، به کمک سیستم های ردیابی موقعیت پروب التراسوند در حین تصویربرداری ثبت می¬شود. در این طرح از نرم افزار های Plus Server، برای برقرار ارتباط و اخذ داده ها میان سیستم های ردیابی و التراسوند و نرم افزار 3D Slicer، برای نمایش داد ها بهره گرفته شده است.