موضوعات اپتیک و فوتونیک

موضوعات اپتیک و فوتونیک؟

لیزرهای با قدرت بالا

تصویربرداری پزشکی

اجزای نوری

شبکه های نوری

سنجش از دور

تصحیح بینایی

مقدمه ای بر تصویربرداری زیست پزشکی

شرح

بررسی جامع و یکپارچه از روش های تصویربرداری زیست پزشکی

یکی از اجزای مهم گسترش اخیر در مهندسی زیستی، حوزه تصویربرداری زیست پزشکی است. این کتاب پوشش عمیقی از زمینه تصویربرداری زیست پزشکی را با توجه ویژه به دیدگاه مهندسی ارائه می دهد.

مناسب به عنوان یک مرجع حرفه ای و به عنوان یک متن برای یک دوره یک ترم برای مهندسان پزشکی یا دانشجویان فناوری پزشکی، مقدمه ای بر تصویربرداری زیست پزشکی اصول و کاربردهای چهار تکنیک اولیه تصویربرداری پزشکی را پوشش می دهد: تصویربرداری تشدید مغناطیسی، اولتراسوند، پزشکی هسته ای و اشعه ایکس / توموگرافی کامپیوتری.

این کتاب با اتخاذ رویکردی در دسترس که شامل هر گونه ریاضیات و روش‌های تبدیل ضروری است، بحث‌های دقیقی را در مورد موارد زیر ارائه می‌کند:

اصول فیزیکی، طراحی ابزاری، استراتژی های اکتساب داده ها، تکنیک های بازسازی تصویر، و کاربردهای بالینی هر روش

پیشرفت‌های اخیر مانند توموگرافی کامپیوتری مارپیچی چند تکه، تصویربرداری اولتراسونیک هارمونیک و ساب هارمونیک، اسکن PET چند برشی و تصویربرداری تشدید مغناطیسی عملکردی

ویژگی های کلی تصویر مانند وضوح فضایی و سیگنال به نویز، مشترک در همه روش های تصویربرداری

رادیولوژی دانشگاهی

تصویربرداری کودکان

تصویربرداری قفسه سینه

تصویربرداری مولکولی

تصویربرداری اسکلتی عضلانی

تصویربرداری و گرافیک پزشکی کامپیوتری

تصویربرداری پزشکی

تکنیک های تصویربرداری در چشم پزشکی

پرتودرمانی هدایت شده با تصویر

اصطلاحات پزشکی برای تصویربرداری اورولوژی

تصویربرداری قلب و عروق

گرایش ها و تکنیک های تصاویر 2 بعدی / 3 بعدی / 4 بعدی

تصویربرداری عصبی

رادیولوژی مداخله ای

کسب رادیولوژی اسکلتی

شیمی تجزیه و تحلیل رادیویی و هسته ای

رادیولوژی مداخله ای کودکان

پرتو انکولوژی

تشخیص جسم خارجی

رادیوسرجری در مقابل پرستاری رادیولوژی

رادیولوژی دانشگاهی

رادیوداروها

رادیولوژی عصبی

نوررادیولوژی بالینی

رادیولوژی دامپزشکی

تابش به سرطان

سرطان روده بزرگ رادیولوژی

پرتودرمانی حین عمل

رادیولوژی سرطان کولورکتال

سرطان های خاص اندام و ژنتیک سرطان

کشف و توسعه داروی ضد سرطان

رویکردهای جدید برای درمان سرطان

ایمونوتراپی سرطان و درمان با سلول های بنیادی

تاثیرات اجتماعی-اقتصادی سرطان

انکولوژی جراحی

سونوگرافی و هوش مصنوعی

سونوگرافی پزشکی (US) یک روش تصویربرداری پزشکی ضروری است. غیریونیزه کننده، قابل حمل است و می تواند تجسم در زمان واقعی پویایی بافت را ارائه دهد. به طور خاص، تصویربرداری از قلب، معروف به اکوکاردیوگرافی، به طور معمول در تشخیص، مدیریت و درمان بیماران مبتلا به بیماری قلبی استفاده شده است. بنابراین از تنوع بالای درون و متغیر رنج می برد. با بهره گیری از پیشرفت های اخیر در هوش مصنوعی، یادگیری ماشین برای دور زدن محدودیت های موجود در تصویربرداری مستقر به کار گرفته شده است. در این فصل، پیشرفت های اخیر را برجسته می کنیم و چالش های باقی مانده و همچنین فرصت های آینده را مورد بحث قرار می دهیم. تمرکز بر روی کاربردهای قلبی عروقی است، اما تم ها و تفاوت های رایج برای کاربردهای غیر قلبی عروقی نیز خلاصه شده است.

تصویربرداری قلب و عروق

خلاصه

تجزیه و تحلیل عملکرد قلب نقش مهمی در قلب و عروق بالینی برای مدیریت بیمار، تشخیص بیماری، ارزیابی خطر و تصمیم گیری در درمان دارد. تعیین حفره های سمت راست و چپ، و همچنین عروق اصلی، گام مهمی در قلب و عروق بالینی برای تشخیص بیماری قلبی است. تصویربرداری پزشکی یک ابزار تشخیصی غیر تهاجمی برای مطالعه آناتومی قلب و تشخیص تغییرات پاتولوژیک که در حالت‌های بیماری مانند کاردیومیوپاتی متسع، کاردیومیوپاتی هیپرتروفیک و اختلال عملکرد بطن راست رخ می‌دهد، فراهم می‌کند. اتوماسیون دقیق کار مربوطه می تواند بخش تشخیصی را تسریع کند و به تصمیم گیری های درمانی کمک کند. در این فصل، رویکردهای اخیر یادگیری ماشینی را که برای تشخیص خودکار قلب بر اساس یادگیری عمیق و شبکه‌های متخاصم مولد استفاده شده‌اند مرور می‌کنیم و کاربرد اخیر شبکه‌های متخاصم مولد (GANs) را برای طبقه‌بندی، تشخیص، تقسیم‌بندی، ثبت، بازسازی تصویر، توضیح می‌دهیم. و سنتز بیشتر در تصویربرداری قلبی عروقی. در ادامه، مجموعه داده‌های عمومی قلب را با چالش‌های باز مرور می‌کنیم و فصل را با محدودیت‌های GAN و جهت‌گیری‌های تحقیقاتی آینده به پایان می‌رسانیم.

اکوکاردیوگرافی داپلر

اکوکاردیوگرافی داپلر روشی است که از سونوگرافی داپلر برای بررسی قلب استفاده می‌کند.[1] اکوکاردیوگرام از امواج صوتی با فرکانس بالا برای ایجاد تصویری از قلب استفاده می کند در حالی که استفاده از فناوری داپلر امکان تعیین سرعت و جهت جریان خون را با استفاده از اثر داپلر فراهم می کند.

اکوکاردیوگرام می‌تواند در محدوده‌های خاصی ارزیابی دقیقی از جهت جریان خون و سرعت خون و بافت قلب در هر نقطه دلخواه با استفاده از اثر داپلر ارائه دهد. یکی از محدودیت ها این است که پرتو اولتراسوند باید تا حد امکان موازی با جریان خون باشد. اندازه گیری سرعت امکان ارزیابی نواحی و عملکرد دریچه قلب، هرگونه ارتباط غیرطبیعی بین سمت چپ و راست قلب، هرگونه نشت خون از طریق دریچه ها (نقص دریچه)، محاسبه برون ده قلبی و محاسبه نسبت E/A را فراهم می کند. ] (معیار اختلال عملکرد دیاستولیک). محیط کنتراست ریز حباب پر از گاز با استفاده از امواج فراصوت با کنتراست تقویت‌شده می‌تواند برای بهبود سرعت یا سایر اندازه‌گیری‌های پزشکی مرتبط با جریان استفاده شود.

مزیت اکوکاردیوگرافی داپلر این است که می توان از آن برای اندازه گیری جریان خون در قلب بدون روش های تهاجمی مانند کاتتریزاسیون قلبی استفاده کرد.

علاوه بر این، با تنظیمات کمی متفاوت فیلتر/بهره، این روش می‌تواند سرعت بافت را با اکوکاردیوگرافی داپلر بافت اندازه‌گیری کند. ترکیبی از جریان و سرعت بافت می تواند برای تخمین فشار پر شدن بطن چپ استفاده شود، اگرچه فقط تحت شرایط خاص.[3]

اگرچه "داپلر" مترادف "سنجش ​​سرعت" در تصویربرداری پزشکی شده است، اما در بسیاری از موارد این تغییر فرکانس (تغییر داپلر) سیگنال دریافتی نیست که اندازه گیری می شود، بلکه تغییر فاز (زمانی که سیگنال دریافتی می رسد) اندازه گیری می شود. با این حال، نتیجه محاسبه در نهایت یکسان خواهد بود.

این روش اغلب برای بررسی قلب کودکان از نظر بیماری قلبی استفاده می شود زیرا سن یا اندازه مورد نیاز نیست.

اکوکاردیوگرافی ردیابی لکه

در زمینه های قلب و عروق و تصویربرداری پزشکی، اکوکاردیوگرافی ردیابی لکه (STE) یک تکنیک تصویربرداری اکوکاردیوگرافی است. حرکت بافت‌ها در قلب را با استفاده از الگوی لکه‌ای طبیعی در میوکارد (یا حرکت خون هنگام تصویربرداری اولتراسوند) تجزیه و تحلیل می‌کند.

این روش مستندسازی حرکت میوکارد یک روش غیرتهاجمی برای تعریف هم برای بردارها و هم برای سرعت است. در مقایسه با سایر فناوری‌هایی که به دنبال تعریف غیرتهاجمی ایسکمی هستند، ردیابی لکه یک تلاش ارزشمند به نظر می‌رسد. الگوی لکه‌ای ترکیبی از الگوهای تداخلی و بازتاب‌های صوتی طبیعی است.[1] این انعکاس ها همچنین به عنوان لکه ها یا نشانگرها توصیف می شوند.

این الگو تصادفی است، هر ناحیه از میوکارد دارای یک الگوی لکه ای منحصر به فرد است (که الگوها، ویژگی ها یا اثر انگشت نیز نامیده می شود) که امکان ردیابی ناحیه را فراهم می کند. الگوی لکه نسبتاً پایدار است، حداقل از یک فریم به فریم دیگر.[2][3] در پردازش پس از پردازش، می توان آن را به صورت متوالی فریم به فریم ردیابی کرد و در نهایت به دنباله های دو بعدی مستقل از زاویه (2D) و سه بعدی مبتنی بر کرنش (3D) تبدیل شد.[3][4][5] این توالی ها اطلاعات کمی و کیفی را در مورد تغییر شکل و حرکت بافت ارائه می دهند.

فهرست

1 اصول اولیه

2 صافی

3 کاربردها و محدودیت ها

4 همچنین ببینید

5 مراجع

6 ادامه مطلب

7 پیوندهای خارجی

صدای نور: فوتوآکوستیک برای کاربردهای زیست پزشکی

تکنیک‌های تصویربرداری پزشکی نمای منحصربه‌فردی را در داخل بدن ارائه می‌کنند و برای تشخیص و پایش بیماری بسیار ارزشمند هستند. از اشعه ایکس، MRI گرفته تا اولتراسوند، این زمینه وسیع و متنوع است. هنگام تصویربرداری از بافت بیولوژیکی، انتخاب روش به کنتراست مورد استفاده برای تصویربرداری و مبادله بین وضوح و عمق بستگی دارد. امواج نور، به عنوان مثال. که در آندوسکوپی یا میکروسکوپی استفاده می شود، می تواند تصاویری با وضوح بالا ایجاد کند، اما بدون مزاحمت زیاد سفر نمی کند. در عمق بافت، نور پراکنده می شود و در نتیجه تصاویر تار ایجاد می شود. پرتوهای پرانرژی ایکس با نفوذ به اعماق بافت و ایجاد تصاویری با وضوح بالا، حالت خاصی را تشکیل می دهند، اما این پرتوهای یونیزان استفاده از آنها را محدود می کند.

برای دور زدن این اشکالات، گزینه‌های دیگری که بر انتشار نور بدون مزاحمت تکیه نمی‌کنند نیز بررسی شده‌اند. امواج صوتی یا صوتی برای نظارت ایمن جنین در رحم با استفاده از تصویربرداری اولتراسوند به خوبی شناخته شده است. این امواج مکانیکی کمتر از امواج الکترومغناطیسی با فرکانس ها یا طول موج های مشابه پراکنده می شوند، بنابراین می توانند به اجسام عمیق تر در بافت برسند. با این حال، تصاویر اولتراسوند معمولا از وضوح پایین رنج می برند. MRI (تصویربرداری تشدید مغناطیسی)، بر اساس امواج رادیویی که با هسته‌های هیدروژن در تعامل هستند، ویژگی‌های مشابهی را با کاوش در عمق خوب اما وضوح محدود نشان می‌دهد. تصاویر MRI دارای جزئیات بیشتری نسبت به تصاویر اولتراسوند هستند، اما آنها معمولاً بلادرنگ و ایستا نیستند. علاوه بر این، MRI یک تکنیک دست و پا گیر است که اغلب به مواد حاجب برای افزایش وضوح نیاز دارد.

در نقطه نرم بین این روش های تصویربرداری ایجاد شده، یک تکنیک جدید با وضوح تصویربرداری مبتنی بر نور و نفوذ عمق خوب تصویربرداری مبتنی بر صدا ظاهر می شود که فوتوآکوستیک (PA) نامیده می شود. این می تواند بدون نیاز به مواد حاجب یا قرار گرفتن در معرض اشعه ایکس (تصویربرداری فوتوآکوستیک، PAI) از رگ های خونی ظریف تر نسبت به سایر تکنیک ها تصویربرداری کند. فوتوآکوستیک همچنین می‌تواند برای طیف‌سنجی استفاده شود که ویژگی‌های طیفی یک جسم را هنگام برهمکنش نور با آن توصیف می‌کند (طیف‌سنجی فوتوآکوستیک، PAS)، به عنوان مثال، برای شناسایی مولکول‌های زیستی و نظارت بر غلظت آنها بر اساس یک امضای طیفی منحصربه‌فرد (شکل 1). Imec در حال حاضر روی فناوری کار می کند تا پتانسیل کامل فوتوآکوستیک را برای کاربردهای زیست پزشکی باز کند. هیلد جانس، دانشمند ارشد و مدیر پروژه برای فعالیت‌های فوتوآکوستیک در imec، و خاویر روتنبرگ، حسگرها و محرک‌های مبتنی بر موج در imec، در مورد اینکه چگونه فن‌آوری‌های نیمه‌رسانا می‌توانند PA را به جلو ببرند، بحث می‌کنند.

روش های تصویربرداری پزشکی

این جلد محتوای آموزشی را برای درک جنبه های نظری و عملی تکنیک های تصویربرداری تشخیصی ارائه می دهد. بینشی از شیوه‌های فعلی ارائه می‌کند، و همچنین ویژگی‌های عملی خاص مانند قرار گرفتن در معرض تشعشع، حساسیت به تشعشع، نفوذ سیگنال، تعامل بافت، و محصور کردن سیگنال را با اشاره به تکنیک‌های تصویربرداری فردی مورد بحث قرار می‌دهد. همچنین علاوه بر روش‌های موجود، روش‌های تصویربرداری نسبتاً کمتر رایج را نیز پوشش می‌دهد. به عنوان مرجعی برای محققان و دانشجویانی که در زمینه پزشکی، علوم زیست پزشکی، فیزیک و ابزار دقیق کار می کنند، عمل می کند.

ویژگی های کلیدی

• روی کاربردهای بالینی تمرکز می کند و در عین حال اطمینان از درک ثابت علم اساسی دارد

• از یک رویکرد پایین به بالا پیروی می کند تا نظریه، محاسبات، و روش ها را پوشش دهد تا به دانشجویان و محققان در تصویربرداری زیست پزشکی، رادیولوژی و ابزار دقیق کمک کند.

• مفاهیم منحصر به فرد کاربردهای نانوذرات را به همراه مسائل اخلاقی در تصویربرداری پزشکی پوشش می دهد

فصل 1. خدمات تصویربرداری پزشکی تشخیصی با هزاران معضل اخلاقی در زمینه مراقبت های بهداشتی معاصر: آیا هوش مصنوعی راه حل است؟

فصل 2. تصویربرداری پزشکی و تشخیص به کمک کامپیوتر

فصل 3. تصویربرداری اشعه ایکس و گاما (CT، PET و SPEC، فلوروسکوپی، سینتی گرافی و رادیوگرافی): مزایا و خطرات

فصل 4. کاربردهای توموگرافی کامپیوتری با پرتو مخروطی در دندانپزشکی

فصل 5. نقش نانوذرات در تصویربرداری پزشکی

فصل 6. نانوبیوسنسورها و کاربردهای آنها در تشخیص و تصویربرداری پزشکی

تصویربرداری با نور و الکترومغناطیسی در پزشکی و زیست شناسی

تصویربرداری با نور و الکترومغناطیسی در پزشکی و زیست شناسی

بیولوژیک سازی: تصویربرداری از طریق نور و الکترومغناطیس در پزشکی و زیست شناسی، افق های جدید را در فن آوری های تصویربرداری و سنجش زیست پزشکی، از سطح مولکولی به مغز انسان بررسی می کند. این اطلاعات به روزترین اطلاعات مربوط به تکنیک های تصویربرداری پزشکی جدید، مانند تشخیص و تصویربرداری از بیماری های سرطان و مغز را بررسی می کند.

این کتاب همچنین ابزارهای جدیدی را برای تحقیقات مغز و علوم اعصاب شناختی بر اساس تکنیک های تصویربرداری جدید فراهم می کند. ویرایش شده توسط پروفسور Shooogo Ueno، که منجر به زمینه تصویربرداری زیست پزشکی به مدت 40 سال، این یک کتاب مرجع ایده آل برای دانشجویان و دانشجویان کارشناسی ارشد و محققان پزشکی و فیزیک پزشکی است که به دنبال یک رساله معتبر در این رشته گسترش تصویربرداری است و سنجش در پزشکی و زیست شناسی.

امکانات:

توضیحات گام به گام از اصول بیوشیمیایی و فیزیکی در تصویربرداری زیست پزشکی ارائه می دهد

پوشش های پیشرفته تجهیزات هنری و روش های برش لبه مورد استفاده در تصویربرداری زیست پزشکی را پوشش می دهد

به دلیل موضوع بین رشته ای و رویکرد، طیف گسترده ای از خوانندگان را خدمت می کند

Shoogo Ueno، Ph.D، استاد استاد دانشگاه توکیو، توکیو، ژاپن است. منافع تحقیقاتی او شامل تصویربرداری بیومدیکال و بیوالکترومغناطیس، به ویژه در نقشه برداری مغز و عصبی، تحریک مغناطیسی مغناطیسی (TMS) و تصویربرداری رزونانس مغناطیسی (MRI) است. او رئیس انجمن Bioelectromagnetics بود، BEMS (2003-2004) و رئیس کمیسیون K در Electromagnetics در زیست شناسی و پزشکی اتحادیه بین المللی رادیو، URSI (2000-2003) بود. او در سال 2010 به عنوان مدرس برجسته انجمن IEEE Magnetics نامگذاری شد و مدال D'Arsonval را از انجمن Bioelectromagnetics در سال 2010 دریافت کرد.