آندوسکوپي مجازي – 2

نویسنده: مهندس سرور بهبهاني، مهندس محمد كريمي مريداني دانشجوي دكتري مهندسي پزشكي (بيوالكتريك)، دانشگاه آزاد اسلامي واحد علوم و تحقيقات

روش هاي ايجاد تصوير سه بعدي

همان طور که گفته شد براي تجزيه وتحليل تصوير پزشکي ايجاد تصوير سه بعدي از مدل سي تي يا MRI اوليه مريض بسيار مفيد است. قدم اول در ايجاد يک مدل سه بعدي بخش بندي ساختار هاي آناتوميک در برش هايي است که از اسکن هاي پزشکي به دست آمده است. بخش بندي روند نام گذاري پيکسل هايي است که به يک ساختمان آناتوميک خاص مرتبط است. بخش بندي معمولا دستي و برش به برش انجام مي شود اما خود کار کردن اين کار در دست تحقيقات گسترده است. در حال حاضر الگوريتم هاي زيادي وجود دارند که ساختارهاي آناتوميک خاص را نيمه خودکار و يا خودکار بخش بندي مي کند. ابتدا مرزهاي يک ساختار نام گذاري مي شود، سپس مدلي به شکل يک سطح سه گوش سه بعدي از ساختار بخش بندي شده ايجاد مي شود که مي توان اين کار را با استفاده از الگوريتم هايي مثل Marching Cubes  انجام داد. در اين الگوريتم تمام پيکسل هاي نام گذاري شده به نرمي به هم متصل مي شود و سطحي از مثلث هاي ايجاد شده به وجود مي آورد که اغلب “mesh” ناميده مي شود. سپس اين سطح بر روي صفحه، رندر شده و رنگ  آميزي مي شود. در شکل(1) مدل سه بعدي تومور که با الگوريتم Marching Cubes ديده مي شود ايجاد و سپس هموار شده است.

روش برخورد متداول براي تصوير سازي آندوسکوپي مجازي، رندر کردن سطح است که تصاويري به دست مي دهد که نزديک به آندوسکوپي واقعي هستند. اگر ساختارهاي خارجي مورد نظر باشد، بايد تکنيک هاي رندر کردن حجمي اعمال شود. اين روش ها شکل واقعي لومن داخلي را خيلي خوب نشان نمي دهد. براي مقاصد خاصي مثل طراحي عملي يک بيوپسي ترانس برونشيال، هم شکل لومن داخلي و هم ساختمان هاي خارجي مثل رگ هاي خوني و تومور بايد مشخص شوند.
VE به پزشک امکان مي دهد که آناتومي بيمار را با استفاده از اينتر فيس فعال به طور مشروح مشخص کند. به طور کلي دو روش تکنيکال براي انجام دادن VE وجود دارد:
.VEPerspective,Surface rendering of polygonal models rendering وVolume
روش اول با استفاده از الگوريتم هاي معمولي رندر کردن حجمي مستقيما ازمجموعه داده هاي حجمي تصوير سازي مي کند. مدل هاي پلي گونال به يک مرحله پيش پردازش نياز دارند تا اطلاعات بخش بندي شده حجم را به درون يک سطح پلي گونال تبديل کنند که ممکن است با سرعت فريم هاي در زمان (real time) نمايش داده شود. هر دوروش نقاط قوت و ضعف خاص خود را  دارند.
مزيت اصلي روش رندر کردن سطحي اين است که مقدار داده هاي مورد نياز را به شدت کاهش مي دهد. سطح به وسيله آستانه گذاري تعيين مي شود. وقتي سطح مشخص شد يا به عبارت ديگر روند بخش بندي کامل شد، قدرت محاسباتي نسبتا کمي مورد نياز است تا تصاوير را درنماهاي شبيه به آندوسکوپي فيبر اپتيک واقعي نشان دهد، در نتيجه اين روش براي جاهايي که بايد از وسايل سخت افزاري ارزان قيمت استفاده کرد مناسب است. اما مهم ترين مشکل آن محدوديت در رزولوسيون فضايي سه بعدي است که در ساختار هاي کوچک بيشتر مشخص مي شود. در مقابل، تکنيک رندر کردن حجمي به قدرت محاسباتي نسبتا بالاتري نياز دارد چون تمام مجموعه داده هاي حجمي براي هر نماي انتخاب شده محاسبه مي شود و بستگي به طبقه بندي اي دارد که در آن کاربر مشخص کرده است کدام بافت ها بايد شفاف و کدام بايد کدر باشند. اين خاصيت اين مزيت را دارد که به کاربر اجازه مي دهد که طبقه بندي را به طور فعال تغيير دهد بدون اين که نياز باشد دوباره حجم را بخش بندي کند. به علاوه تصاويري که رندر حجمي شده اند رزولوشن فضايي بهتري دارند و اين باعث مي شود که اين تکنيک، روش برگزيده براي انجام VE باشد.
برنامه هاي کامپيوتري قدرت تصوير سازي و ويرايش مدل هاي سه بعدي پزشکي را دارند. 3DSlicer که توليد  MIT AILab است و ANALYZE که در Mayo clinic ساخته شده است نمونه هايي از اين نرم افزار ها است. کاربر مي تواند با چرخش در مدل، نقطه ديد خود را عوض کند و يا با بزرگنمايي، يک نماي نزديک از سطح خارجي به دست آورد. با اين وجود آشکار سازي کاملا دستي است و مي تواند وقت گير و براي کاربراني که تجربه گشت وگذار در محيط هاي سه بعدي را ندارند بسيار مشکل باشد.
قبل از توضيح جزئيات سه بعدي سازي و عملکرد  VE به چند مثال موردي از کاربرد VE اشاره مي شود.

چند مطالعه موردي
مثال اول در شکل (2) نشان داده شده است.

آندوسکوپ مجازي در سمت چپ شکل(2) نشان داده شده که در آن يک دوربين در داخل مدل سه بعدي باز سازي شده در حفره قلب يک مرد 34 ساله قرار داده شده است .آندوسکوپ به طور خاص براي مشاهده وريد هاي پولمونري که مسوول وارد کردن خون به قلب است قرار داده شده است. با قرار دادن آندوسکوپ مجازي در موقعيت هاي خاص، پزشک قادر است که اندازه گيري هاي لازم را درباره وريد که براي محاسبات بعدي مورد نياز است انجام دهد. اگر فقط تصوير سمت راست نشان داده مي شد، درست مثل آنچه در سيستم تصوير سازي معمولي وجود دارد، کاربر نمي توانست موقعيت را به درستي تشخيص دهد و با اطمينان نسبت به موقعيت آندوسکوپ در مدل قضاوت کند. آندوسکوپ رو به چه جهتي قرار دارد؟ چقدر از محل ورود فاصله دارد؟ با نشان دادن محل قرار گيري آندوسکوپ و جهت آن در تصوير سمت چپ، کاربر اين امکان را پيدا مي کند که در فضا به جستجو بپردازد و با اطلاعاتي که از مدل به دست مي آورد به مداخله بپردازد.
مثال دوم در شکل (3) نشان داده شده است.

 آندوسکوپ در داخل مدل سه بعدي بازسازي شده از کولون يک زن 66 ساله قرار داده شده است. خط مرکزي نشان داده شده در کولون توسط الگوريتم طراحي کننده مسير مرکزي که جزء خصوصيات نرم افزار مورد استفاده بوده است، به طور خود کار تعيين شده است. خط مرکزي مثل يک”ريل “براي هدايت آندوسکوپ مجازي عمل مي کند. روند حرکت آندوسکوپ برروي ريل  fly-through ناميده مي شود .هنگامي که مدل از يک اسکن پزشکي بازسازي مي شود، هر شکل غير طبيعي که در سطح کولون وجود داشته باشد در اسکن ظاهر و در نتيجه آن در مدل مجازي کولون مشاهده مي شود. سپس سطح کولون نسبت به خم هاي آن رنگ آميزي مي شود. بنابراين بيرون زدگي ها و برآمدگي ها مثل پوليپ آسان تر قابل تشخيص است. در هر زماني از حرکت، کاربر مي تواند حرکت آندوسکوپ را متوقف کند، به عنوان مثال وقتي ناحيه مشکوکي ديده مي شود و لازم است اندازه گيري هايي انجام شود. در سمت راست شکل (3 )يک پوليپ در سمت راست (به رنگ آبي) ديده مي شود و گزينه هاي اندازه گيري را مي توان به آن اضافه کرد تا اندازه پوليپ مشخص شود.
سومين مورد آزمايشي است که مشخص مي کند ساختار آناتوميک، ضايعات، و ايمپلنت هايي که در استخوان تمپورال (گوش) است با استفاده از يک اسکنرVolume-CT (VCT)  با رزولوشن بالا، در مقايسه با Multislice-CT(MSCT) بسيار بهتر مشخص مي شوند. پنج نمونه استخوان تمپورال به هر دو روش MSCT و VCT اسکن شدند. برش هاي دو بعدي از هر دو نوع اسکنر مطالعه شده است. سطوح سه بعدي و نماهاي رندر شده حجمي توليد شده و يک فيلم آندوسکوپي مجازي ايجاد شده که تصاوير VCT را با آنهايي که از MSCT به دست آمده اند مقايسه کند. اين مطالعه ثابت کرد که کيفيت تصوير با VCT به طور کلي بهتر از MSCT بود.
جزئيات آناتوميکال ريزتر مثل عصب صورتي و شاخه هايش، لاميناي مارپيچي استخواني در کوکله آ و ساختمان هاي متعدد ديگري قابل ديدن شد. در داده هايVCT  نسبت به داده هايMSCT ضايعات کوچک تري قابل ديدن بود.
در اين تحقيق VE رکن اصلي بود. غير ممکن بود که بتوان تنها با نگاه کردن به برش ها در اسکن هاي مختلف ساختارهاي گوش را به شکل فضايي تصوير سازي و مقايسه کرد. چون رزولوشن اسکنر بسيار بالاست و تراکم اطلاعات در برش ها نيز بسيار زياد است. بنابراين مقايسه برش به برش بسيار وقت گير بوده و عملي نيست. بازسازي مدل هاي سه بعدي و در معرض ديد قرار دادن آن ها با استفاده ازVE بهترين روش مقايسه بود. بعضي از نماهاي استخوان هاي تمپورال و ساختارهاي گوش مياني و داخلي در شکل 4 و 5  نشان داده شده است.

 شکل (4) استخوان تمپورال (گوش) را در مدخل گوش نشان مي دهد. کاربر تصميم گرفته است که يک گردش دستي ايجادکند به طوري که آندوسکوپ در خارج گوش شروع به نشان دادن ساختمان استخوان تمپورال کرده ودر داخل گوش با نشان دادن ساختمان هاي مهم گوش مثل زنجيره استخواني، کوکله آ و ساختار هاي عصب صورتي جستجو را به پايان برساند. اطلاعات فضايي که از اين طريق به دست مي آيد در آموزش پزشکان و دانشجويان پزشکي بسيار با ارزش است. حتي براي مهندساني که در صدد فهميدن عمل ساختمان هاي گوش مياني و نقش آن ها در شنيدن و کنترل تعادل انسان هستند مي تواند بسيار سودمند باشد. پيدا کردن موقعيت عصب صورتي براي طراحي جراحي کاشت حلزون گوش حياتي است.
حتي شفافيت مدل ها نيز براي تامين مقاصد مورد نظر قابل تنظيم است. مثلا در شکل (4) استخوان تمپورال براي آندوسکوپ کاملا کدر قرار داده شده است تا مدخل ورودي گوش ديده شود. در شکل (5) استخوان تمپورال در شکل سمت چپ نيمه شفا ف شده است تا اجازه قرار گرفتن آندوسکوپ در داخل گوش را بدهد و در شکل سمت راست کاملا شفاف است تا همه ساختمان هاي گوش داخلي را مشخص کند.

در روشي که در اين مطالعه به کار رفته، مسير نيمه خودکار ايجادشده است به اين صورت که مارکر هايي در نقاط خاصي در سطح ساختمان ها قرار داده شده است وقتي يکي از اين مارکر ها در سطح يک مدل قرار گيرد آندوسکوپ به طور خودکار خود را طوري قرار مي دهد که به سطح مشخص شده نگاه کند. مثلا در شکل(4) براي هر مارکر لوزي شکل که روي استخوان تمپورال قرار داده شده يک مارکر کروي که نشان دهنده موقعيت آندوسکوپ است اضافه شده است. سپس يک مسير نمايش بين محل هاي مختلف دوربين (مارکر هاي کروي) ايجاد شده است.

اصول و مباني آندوسکوپي مجازي
براي انجام آندوسکوپي مجازي بايد چهار بخش وجود داشته باشد که عبارتند از:
دريافت اطلاعات، پردازش اوليه تصوير، ارائه سه بعدي و در انتها نمايش و تجزيه و تحليل تصوير.
 دريافت اطلاعات
نخستين گام در تشکيل تصوير مطلوب انتخاب دقيق پارامترهاي اسکن است. اين پارامترها شامل ضخامت برش، پيچ اسپيرال و مقدار روي هم افتادن لبه ها و فاکتورهاي تابش اشعه مثل kvp Am و زمان اسکن است. انتخاب فاکتورهاي تابش بايد به گونه اي باشد که تعادلي بين کيفيت تصاوير و دوز جذبي بيمار ايجاد کند.
 پردازش اوليه تصاوير
مرحله بعدي پس از دريافت اطلاعات، پردازش اوليه اطلاعات است که هدف آن بهينه سازي تصوير قبل از پردازش نهايي است. پردازش اوليه شامل استفاده از الگوريتم هاي مختلف فيلترکننده براي کاهش نويز تصاوير است. بخش بندي تصوير اين قسمت شامل، تعيين مسير براي حرکت در داخل ساختارهاي لوله اي و ابزارهاي ديگر مثل ابزارهاي خوشه بندي و حذف است. بخش بندي تصويرمي تواند به دو روش نيمه خودکار (توسط اپراتور) و يا تمام خودکار انجام شود.
  ارائه سه بعدي
دو روش براي ارائه تصوير سه بعدي در  VEوجود دارد:
ارائه تصوير سه بعدي از سطح ( surface rendering ) و ارائه حجم (volume rendering) هر  دوي اين روش ها در آزمون هاي گوناگون آندوسکوپي مجازي استفاده مي شوند ولي اکثر صاحب نظران معتقدند که رندرکردن سطح براي استفاده در تصاوير مجازي مناسب نيست زيرا باعث آرتيفکت ناشي از ميانگين گيري حجم مي شود. استفاده از ارائه سه بعدي از حجم باعث ايجاد تصوير واقعي تر از ناحيه مورد نظر مي شود، ضمن اين که آرتيفکت هاي کمتري نيز نسبت به روش رندرکردن سطح دارد.
  نمايش و تجزيه و تحليل تصوير
براي نمايش و تجزيه و تحليل تصوير نياز به سيستم هاي کامپيوتري و دهنده هاي قوي است. آندوسکوپي مجازي شامل نمايش ابزارهاي تجزيه و تحليل تصوير است که به کاربر اين اجازه را مي دهد تا با استفاده از طيف گسترده اي از نرم افزارها به کار روي تصاوير بپردازد. يکي از ويژ گي هاي اين بسته هاي نرم افزاري وجود نوعي ابزار کمي و ديداري در آن ها است که به خصوص براي استفاده در تصوير سازي آندوسکوپي مجازي در MRI و CT به کار مي رود. و به عنوان مثال بعضي از اين نرم افزار ها با نام ANALYZE و QUICKSEE قابل دسترسي است. در اين جا دو نوع آخر را توضيح مي دهيم.
 VOYAGER
يک بسته نرم افزاري پيشرفته براي CT آندوسکوپي مجازي است که قادر است در اطراف و درون ساختمان هاي آناتوميک لوله اي به طور همزمان حرکت کند. در اين نرم افزار فن آوري ماوس کاربر را در سراسر آناتومي مورد نظر هدايت مي کند. ضمن اينکه اين نرم افزار قادر است نمايش خوبي از پيچ و خم ها را به صورت فيلمي قابل ضبط بر روي نوارهاي ويديوئي براي دستگاه هاي ارتباطي دور دست تهيه نمايد. خصوصيت منحصر به فرد نرم افزار VOYAGER ترکيب نمودن تصوير سازي حجمي اي است که استخوان، بافت نرم و عروق را در آن واحد نشان مي دهد. اين تکنيک آنژيو گرافي چهار بعدي هم ناميده مي شود. در اين حالت تصاوير سه بعدي با بعد چهارم که شفافيت است به تصوير کشيده مي شود. از اين نرم افزار مي توان براي نشان دادن ساختمان هاي آناتوميک توخالي مثل برونش ها، کولون، معده، عروق خوني، سيستم تنفسي فوقاني و حنجره، سينوس هاي اطراف بيني، مثانه و کانال نخاعي بهره جست.
 3 D NAVIGATOR
نرم افزار بازبيني پيچيده اي است که براي سهولت در انجام عمليات روي تصاوير آندوسکوپي مجازي داراي نوعي “نماد قابل حرکت”  است. اين نرم افزار به کاربر اين امکان را مي دهد تا در بيرون و اطراف آناتومي مورد نظر همانند درون آن به حرکت در آيد. از ويژگي هاي آن، نمايي بي نظير از ساختمان هاي لوله اي مثل پوليپ ها، تومورها، لخته ها، آنوريسم ها، تنگي هاي عروقي و انسدادها است.
براي هردو اين نرم افزارها انتخاب طراحي مسيرحرکت و جهت يابي موفقيت آميز بسيار حائز اهميت است که به جزئيات آن پرداخته خواهد شد.

نکات تکميلي درباره روش هاي سه بعدي سازي
تصويرسازي حجمي بر مبناي رديابي شعاع ها، يک روش مستقيم رندر کردن حجمي براي تصوير سازي مجموعه داده هاي مختلف است. دستيابي به سرعت بالاي رندر کردن به طور فعال  ده فريم يا بيشتر در ثانيه – کار آساني نيست و موضوع تحقيقات وسيعي بوده است. بيشتر روش هاي قديمي تکنيک هاي غير مستقيم بر مبناي رندر کردن سطح بودند. هرچند روش هاي حجمي کيفيت تصوير خيلي خوب و دقت بيشتري فراهم مي کنند و بدون نياز به پيش پردازش بوده يا نيازمند پيش پردازش مختصر هستند، الگوريتم هاي رندر کردن مستقيم حجمي فاقد پشتيباني هاي سخت افزاري هستند که روش هاي مبني بر رندر کردن سطحي از آن برخوردارند. وقتي برنامه هايي بر مبناي رديابي اشعه بر روي سخت افزارهاي PC نصب مي شوند، هنوز کارايي مهم ترين مشکل آن ها است.
وقتي در مورد آندوسکوپي مجازي صحبت مي شود مشکل رندر کردن را مي توان خيلي واضح مشخص کرد. براي روشن تر شدن موضوع بحث هاي بعدي بر مبناي کولونوسکوپي ساده مجازي توضيح داده شده است. در همه موارد نيز فرض هاي زير وجود دارد:
  دوربين هميشه در داخل کولون قرار دارد.
  ديواره کولون با يک مقدار آستانه مشخص شده و وکسل هاي داخل کولون مقدار کمتري از آستانه دارند.
 در نظر گرفته شده که داخل کولون يک فضاي خالي (فقط حاوي هوا) است.
فرض سوم به اين معني است که قبل از انجام کولونوسکوپي کولون پاکسازي و در آن هوا دميده شده است. در عمل پاکسازي کامل نيست.
آنچه از فرض هاي بالا در رابطه با رندر کردن نتيجه مي شود اين است که اشعه هايي که از موقعيت دوربين ساطع مي شوند، از داخل فضاي خالي عبور مي کنند، به ديواره کولون برخورد مي کنند و براي به دست آوردن سايه يا رنگ پيکسلي که مربوط به اشعه است به کار مي روند. اين يک مثال ساده از رندر کردن مستقيم حجمي است که درجه کدورت به عنوان يک روش ساده براي آستانه تعيين شده در نظر گرفته شده است. کيفيت تصوير بايد به اندازه اي باشد که ضايعات بزرگ تر از mm 5 از دست داده نشوند، چون پوليپ هاي به اين اندازه بايد تشخيص داده شوند.
دو مرحله رندر کردن وجود دارد که جداگانه توضيح داده مي شود. مرحله اول که عبور ازفضاي خالي است همه اشعه ها به ديواره کولون تابيده مي شود و نتايج در يک بافر عمقي ذخيره مي شود. در مرحله دوم که سايه گذار (shading)ناميده مي شود، وکتورهاي نرمال در محل هاي برخورد به هم نزديک مي شوند و با استفاده از سيستم سايه گذاري Phong رنگ پيکسل ها به دست مي آيد.

کاربردهاي اختصاصي آندوسکوپي مجازي
آندوسکوپي مجازي زمينه هاي باليني متعددي را تحت پوشش قرار مي دهد. بعضي از زمينه هاي متداول تر عبارتند از:
 کولونوسکوپي مجازي
 برونکوسکوپي مجازي
 آنژيوسکوپي مجازي
  سيستوسکوپي مجازي
 لارنگوسکوپي مجازي
 ونتريکولوسکوپي مجازي
در زير به شرح مختصري از موارد ذکر شده پرداخته مي شود.

کولونوسکوپي مجازي

سرطان کولورکتال دومين علت مرگ در بيشتر کشورهاي صنعتي است. تشخيص زود هنگام و برداشتن پيشگيرانه پوليپ هاي اندوماتوز که ضايعات پيش سرطاني است بيشترين علت احتمالي کاهش وقوع و مرگ و مير از سال 1985 به بعد است. اکنون پذيرفته شده که کنسرهاي کولورکتال ناشي از پوليپ هاي آدنوماتوز است. توجه به اين موضوع که تغيير شکل بدخيمي در حدود 1% از پوليپ هاي کمتر از يک سانتي متر اتفاق مي افتد در مقايسه با 10% از پوليپ هاي بزرگ تر، نشان مي دهد که تشخيص زودرس پوليپ ها يکي از مهم ترين اهداف در مراقبت هاي بهداشتي است. مطالعات زيادي براهميت آندوسکوپي مجازي تاکيد دارند. بسته به سرعت اسکنر سي تي، بيشتر از دسته اشعه به قطر 5-3 mm با سرعت بين 8-5 mm/s استفاده مي شود.
اين روش مي تواند با اطمينان پوليپ هايي راکه سايز آنها کمتر از قطر اوليه دسته اشعه نيست تشخيص دهد. اتساع کولون از طريق دميدن هوا يا دي اکسيد کربن بعد از پاکسازي روده، يک پيش نياز براي کولونوسکوپي است. مايعات باقيمانده در داخل کولون مي توانند با مخفي کردن پوليپ ها براي کولونوسکوپي مجازي مشکل ايجاد کنند.

خوراندن ماده حاجب به بيمار همرا با پاکسازي روده مي تواند اين مشکل را حل کند چون پوليپ ها وقتي با ماده حاجب پوشيده شوند يک کنتراست منفي ايجاد مي کنند. در يک بررسي اوليه از مقدار حساسيت و اختصاصي بودن کولونوسکوپي مجازي، حساسيت 75% و اختصاصي بودن90% را براي پوليپ هاي 10 ميليمتري يا بزرگ تر و حساسيت 66% و اختصاصي بودن 63% ميليمتر براي پوليپ هاي بين 10-5 گزارش کرده است.
به طور خلاصه کولونوسکوپي مجازي امروزه به عنوان دومين گزينه براي بررسي پوليپ ها و کنسرکولون است و بايد به عنوان يک انتخاب براي بيماراني که کولونوسکوپي اپتيکال را تحمل نمي کنند و يا از انجام آن امتناع مي کنند در نظر گرفته شود.
استفاده از کولونوسکوپي مجازي به عنوان يک تست بيماريابي اين اشکال را دارد که بسياري از بيماران مثبت کاذب دوباره بايد با کولونوسکوپي معمولي آزمايش شوند و اين مساله، مقرون به صرفه بودن VE  را زير سوال مي برد. به هرحال گسترش استفاده از کولونوسکوپي مجازي مشروط به اين است که نياز به پايگاه هاي داراي امکانات گرافيکي سطح بالا نداشته باشد و با امکانات معمول موجود قابل اجرا شود.

برونکوسکوپي مجازي
به کمک برونکوسکوپي مجازي مي توان محل ضايعات، ارزيابي آن ها، تعيين اندازه و شکل آن ها را انجام داد. اين اطلاعات براي رتبه بندي (Staging) و طراحي درمان جراحي و راديوتراپي بيمار بسيار ارزشمند است. تصويربرداري از بافت هاي خارج برونش و ضايعات خارج از لومن مثل در گيري غدد لنفاوي ممکن است. برونکوسکوپي مجازي روشي است که تکرار آن براي پيگيري بيمار آسان و غير تهاجمي است. اما اشکال اين روش اين است که ضايعات خيلي کوچک و تغيير رنگ قابل آشکار سازي نيست. برونکوسکوپي مجازي احتياج به داده هاي فضايي با رزو لوشن بالا دارد چون ناحيه مورد نظر ممکن است خيلي کوچک باشد. به علاوه آرتيفکت هاي ناشي از تنفس مي تواند کيفيت داده ها را کاهش دهد. بنابراين براي اين روش از يک Multi-slice CT استفاده مي شود که تا حدود 300-250 تصوير 250×250 وکسل به دست مي آيد. براساس اين داده ها و بخش بندي راه هاي هوايي، عروق خوني و تومورهاي احتمالي، يک سطح نشان دهنده ريه ها بازسازي مي شود. بعد از بخش بندي، با استفاده از يک نرم افزار VE مجموعه داده ها به طور فعال مورد بررسي قرار مي گيرد.

آنژيوسکوپي مجازي
سيستم گردش خون براي پزشکان بسيار مهم است چون بسياري از آسيب ها و بيماري هاي اين سيستم مي تواند به وضعيت هاي خطرناک و مرگبار منجر شود. بسياري از بيماري ها تنگي يا آنوريسم(گشادي) در عروق خوني ايجاد مي کنند که هردو آن ها به وسيله آندوسکوپي مجازي قابل بررسي هستند. اين روش ها به خصوص وقتي براي کاربردهاي تشخيصي مفيد هستند که امکان ارزيابي داخلي با آندوسکوپ واقعي وجود نداشته باشد.

آنژيوسکوپي عروق مغزي
يک روش متداول در نوروراديولوژي ارزيابي عروق داخل و خارج مغز است. انگيزه اصلي از انجام چنين آزمايشي پيدا کردن آنوريسم هاي مغزي است. از نظر باليني دو نوع اصلي آنوريسم وجود دارد:
آنوريسم فوزيفورم گشادشدن رگ خوني در تمام لايه هاي ديواره آن است. مشخصه اصلي آن اين است که گردني ندارد و بنابراين قابل درمان نيست. در حالي که در نوع غير فوزيفورم گردن يا محل خروجي وجود دارد. روش درماني معمول براي درمان آنوريسم دخالت هاي جراحي اعصاب و نورو راديولوژيک است. روش اصلي جراحي اعصاب خارج کردن آنوريسم از جريان خون با قرار دادن يک بست در ناحيه گردن آنوريسم است. در روش نورو راديو لوژيک با استفاده از يک ميکروکاتتر از طريق يکي از عروق فمورال(راني)، يک حلقه پلاتيني ظريف در آنوريسم قرار داده مي شود. اين حلقه به کمک لخته ايجاد شده توسط ترومبوسيت ها، جريان خون را به آنوريسم قطع مي کند.
همه اين مداخلات درماني نياز به تعيين گردن و خروجي آنوريسم دارد. اما اغلب اين کار به وسيله آنژيوگرافي،MIP، يا برش هاي مجموعه داده هاي حجمي انجام پذير نيست. بازسازي سه بعدي با استفاده از تکنيک هاي رندر کردن حجمي مستقيم و غير مستقيم روشي است که اخيرا در بيمارستان هاي تحقيقاتي براي تشخيص هرچه بهتر ساختار عروقي آنوريسم در شبکه هاي پيچيده عروقي مورد استفاده قرار گرفته است. به خصوص مشاهده داخل عروقي رگ هاي خوني مي تواند اطلاعات با ارزشي درباره موقعيت، جهت ونحوه اتصال آنوريسم فراهم کند.

آنژيوسکوپي عروق کرونري
بيماري هاي قلبي در بين علت هاي اوليه مرگ در اروپا و آمريکاي شمالي است. معمولا عدم خون رساني کافي به عضله قلب که عمده ترين علت آن تنگي عروق کرونر است باعث آريتمي شده و در نتيجه پمپاژ قلب مختل مي شود که مي تواند مرگ بيمار يا از دست رفتن عملکرد قسمتي از عضله قلب را به دنبال داشته باشد. براي تشخيص اختلال عملکرد قلب روش هاي مختلف باليني و آزمايشگاهي وجود دارد. از روش هاي تصوير برداري اکو کارديو گرافي، آنژيو گرافي عروق کرونر يا روش هاي پزشکي هسته اي به کار مي روند. با وجود اين تنها روش هاي اسکن کردن سه بعدي مي توانند داده هاي حجمي از قلب ايجاد کنند. متاسفانه اکثر روش ها آنقدر کند هستند که نمي توانند از آرتيفکت هاي ناشي از حرکت سريع قلب اجتناب کنند. روش Spiral CT ECG-triggered  تقريبا يک روش بدون آرتيفکت حرکتي فراهم مي کند که داده هاي حجمي قلب را جمع آوري مي کند. با استفاده از multi-slice CT رزولوشن فضايي کافي براي آنژيو گرافي سه بعدي فراهم مي شود. آنژيوسکوپي مجازي براساس تصاوير به دست آمده ازMulti-Slice انجام مي شود.

سيستوسکوپي مجازي
استفاده از آندوسکوپي مجازي براي بررسي مثانه (سيستوسکوپي) در چند مطالعه در مقالات آمده است اما استفاده از آن براي سيستم پيلو کاليسيال (پيلويورتروسکوپي) انگشت شمار است.
سي تي اسکن هليکال با فراهم کردن داده هاي حجمي امکان ايجاد تصاوير سه بعدي را مي دهد. VE با استفاده از تکنيک هاي رندر کردن سطحي تصوير برداري از سطح داخلي يک عضو توخالي را از طريق جدا کردن مقادير سي تي فقط از نواحي مرز بين ديواره ارگان و ماده حاجب ممکن مي کند. براي اينکه بتوان تصاوير آندوسکوپيک از روي تصاوير سي تي تهيه کرد بايد تفاوت شدت زيادي بين خارج و داخل لومن وجود داشته باشد. در سيستوسکوپي مجازي، هوا و براي پيلويورتروسکوپي، ماده حاجب داخل مجاري اين تفاوت کنتراست را ايجاد مي کند. به وسيله يک جستجو گر آندوسکوپيک، تصاوير مرجع در مقاطع استاندارد آگزيال، ساژيتال، کورونال و ابليک گرفته مي شود. با استفاده از يک حد آستانه براي اجتناب از خطا و استفاده از زواياي مناسب، سطوح داخلي ارگان هاي مورد نظر مشخص مي شود. با استفاده از اين روش نقطه ديد مشاهده گر مي تواند تا 360 درجه در هر محور دستکاري شود و در داخل مثانه تمام سطح داخلي ارگان مورد بررسي قرار گيرد به خصوص سطح قدامي گردن مثانه و قاعده مثانه که نقاطي است که ديدن آن ها در سيستوسکوپي معمولي دشوار است. ساير کاربرد هاي سيستوسکوپي مجازي در بيماراني است که تنگي مجرا دارند و همچنين در پيگيري تومور مثانه که معمولا هنگام عود چند کانوني و بسيار بدخيم است. با اين روش مي توان عود را بسيار زود و هنگامي که ضايعه بسيار کوچک است کشف نمود. در مطالعه اي که براي بررسي اين روش انجام شد حساسيت و اختصاصي بودن براي کشف تومورهاي مجاري ادراري  81% و100% ، بوده است هرچند اين مطالعه براي قضاوت در مورد حساسيت و دقت آزمايش کافي نيست.

 لارنگوسکوپي مجازي
در بيماران مبتلا به سرطان حنجره رتبه بندي دقيق قبل از درمان بسيار با اهميت است تا بتوان گزينه هاي درست را براي طراحي درمان به دست آورد. سي تي اسکن با ماده حاجب يک روش مهم در ارزيابي محل، اندازه، حدود طولي، گسترش عمقي و در گيري غدد لنفاوي به خصوص در افرادي است که از نظر باليني منفي هستند و يا گردن چاقي دارند که به راحتي قابل معاينه نيست. آندوسکوپي نيز يک روش ديگر است که محدوديت هاي زيادي دارد از جمله اين که در جايي که تنگي وجود دارد (مثلا به علت تومور) عبور لارنگوسکوپ ممکن نيست. لارنگوسکوپي مجازي يک تکنيک غير تهاجمي است و مي تواند بدون مشکل براي تصوير سازي قسمت هاي زير تنگي به کار رود. قبلا لارنگوسکوپي به علت پوشش ندادن به جزئيات ساختار آناتوميک ارگان داراي محدوديت بود اما امروزه با استفاده از Multi-Detector CT اين مشکل تقريبا حل شده است.
استفاده همزمان از نماهاي Sliding Slab رندر شده حجمي اجازه مي دهد که گسترش کامل زير مخاطي يک ضايعه بهتر ديده شود. اين امر طراحي قبل از عمل و درجه بندي ضايعات سر وگردن را بهتر مي کند. البته اين روش اين محدوديت را دارد که اطلاعات کافي در مورد مخاط فراهم نمي کند و آرتيفکت هاي ناشي از عمل بلع نيز وجود دارد که مانع از استفاده از روش  VEبراي تشخيص تومورهاي محدود به مخاط و تارهاي صوتي مي شود.

ونتريکولوسکوپي مجازي
تمرکز ونتريکولوسکوپي (معمولي و مجازي) سيستم ونتريکولار مغز است، جايي که مايع مغزي نخاعي(CSF) توليد و جذب مي شود. تخليه بطن هاي سوم به بطن هاي چهارم ممکن است به دليل  تنگي يا انسداد مجراي مرتبط کننده آنها بلوک شود. علت اين انسداد مي تواند تومور، ضربه، مننژيت يا در بعضي موارد نقص هاي مادر زادي باشد. در نتيجه اختلالي در جريان طبيعيCSF  ايجاد مي شود که اغلب منجر به افزايش خطرناک فشار در داخل جمجمه شده و مي تواند به شدت به مغز آسيب برساند. روش استاندارد براي درمان اين حالت تخليه سيستم ونتريکولار به حفره شکم با استفاده از شنت است. متاسفانه اين سيستم تخليه خارجي مشکلات زيادي دارد از جمله انسداد و روند هاي دژنراسيون که در نتيجه تعويض شنت با استفاده از تکنيک هاي جراحي ضروري مي شود. اخيرا آندوسکوپ جديدي ساخته شده که به اندازه کافي کوچک است که از سوراخ مونرو عبور کند و شدت روشنايي قابل قبولي نيز دارد. اين آندوسکوپ مداخلات داخل سيستم بطن ها را ممکن مي کند. براي دسترسي به بطن ها سوراخي در جمجمه ايجاد شده که از مغز عبور کرده و به شاخه خلفي بطن طرف چپ يا راست وارد مي شود. سپس آندوسکوپ وارد لوله شده و اين لوله به عنوان يک راهنماي پايدار براي آندوسکوپ عمل مي کند. آندوسکوپ از طريق سوراخ مونرو به بطن سوم وارد مي شود.
مهم ترين مشکل روش هايي مثل روش بالا ديد و جهت يابي محدود در خلال انجام کار است که زمان لازم و به تبع آن خطرات عوارض جدي را افزايش مي دهد.

نتيجه گيري
آندوسکوپي مجازي از ابزارهاي تصوير سازي تشخيصي در حال تکامل به شمار مي رود که هنوز دوران ابتدايي رشد خود را طي مي کند. اين روش به عنوان يک ابزار تشخيصي، توانايي فراواني در بازبيني بهتر ساختمان هاي مختلف آناتوميک همچون کولون، راه هاي هوايي و ديگر ساختمان هاي لوله اي از هر دو نماي داخلي و خارجي دارد. پيشرفت هاي فنآوري آندوسکوپي مجازي همچون پردازش ديجيتال تصوير و ابزارهاي بازبيني کامپيوتري و تکنيک هاي خودکار قادر است به عنوان يک ابزار مفيد باليني باعث توسعه آندوسکوپي مجازي شود. در مقايسه با تصاوير حاصل از مجموعه هاي اطلاعاتي به دست آمده از دستگاه هاي سي تي تک برشي ، مقدار فراوان مجموعه هاي داده هاي اطلاعاتي جمع آوري شده از دستگاه هاي سي تي چند برشي تصاوير آندوسکوپي مجازي بهتري به وجود خواهند آورد. مطالعات نشان داده است که آندوسکوپي مجازي در مقايسه با آندوسکوپي حقيقي ارزان تر، عاري از خطر، همراه با ناراحتي کمتر بيمار و نيز مفيد براي پزشکان و شرکت هاي بيمه است. اين روش به خصوص در مطالعات کارسينوم هاي کولورکتال و برونکوژنيک بيشترين توجه را به خود اختصاص داده است.

منابع
1- ارمغان علوي فومني، گزارش پژوهشي درس انفورماتيك پزشكي، دانشگاه صنعتي اميركبير، دكتر فرزاد توحيدخواه
[2] Richard M.Stava, CDR Shaun B.Jones, Medical Applications of Virtual Reality, February 1999.
[3] Introduction to the Special Section on Virtual Endoscopy, IEEE Transactions On Medcal Imaging, vol.23,no.11,November 2004.
[4] www.aapm.org/meetings/july98/pdf/836-367839594.pdf
[5] Dirk Bartz, Applications of Virtual Endoscopy Part 2, 2004.
6-  امير حسين قاسمي مهر ، مريم روفه. ماهنامه مهندسي پزشکي و تجهيزات آزمايشگاهي، شماره 55.
[7] http://www.prin.ir/ShowRecent.asp?ID=13&CID=2
[8] The Interactive Virtual Endoscopy Module, Chapter 2.
[9] Roel Truyen, Thomas Deschamp, Laurent D. Cohen. Clinical Evaluation of an automatic path tracher for virtual colonoscopy.
[10] M.Taksam, S. O. Casey, E. Michel, C. L. Truwit. Real time 3D volume-rendered virtual laryngoscopy with a multi-detector CT scanning, 2000.
[11] Adilson Prando, CLINICAL UROLOGY, Vol. 28(4): 317-322. CT-Virtual Endoscopy of The Urinary Tract, July-August 2002.