کاربرد پردازش تصویر در پزشکی

با کشف اشعه ایکس در سال 1895، تصاویری به دست ‌آمد که برای کاربردهای تشخیص پزشکی مورد استفاده قرار گرفتند. سپس با افزایش استفاده از سیستم‌های تصویربرداری دیجیتال مستقیم، پردازش تصویر دیجیتال به طور فزاینده‌ای در مراقبت‌های پزشکی و بهداشتی اهمیت پیدا کرد. علاوه بر روش‌های دیجیتالی اولیه مانند توموگرافی کامپیوتری (CT) یا تصویربرداری رزونانس مغناطیسی (MRI)، روش‌های تصویربرداری آنالوگ ابتدایی مانند آندوسکوپی یا رادیوگرافی نیز اکنون به سنسورهای دیجیتال مجهز شده‌اند.

به طور کلی کاربرد پردازش تصویر در پزشکی شامل استفاده و تجزیه و تحلیل مجموعه داده‌های تصاویر سه بعدی از بدن انسان است که ‌شامل روش‌های رایج برای تشخیص آسیب‌شناسی یا هدایت مداخلات درمانی مانند برنامه‌ریزی جراحی برای تحقیقات اسکن توموگرافی کامپیوتری (CT-SCAN) یا تصویربرداری تشدید مغناطیسی (MRI) هستند. اهداف پردازش تصویر توسط رادیولوژیست‌ها، مهندسان و پزشکان برای درک بهتر آناتومی و مقایسه گروه‌های سالم و بیمار انجام می‌شود.

کاربردهای پردازش تصویر در پزشکی
امروزه پردازش تصویر یک بخش ضروری از فن‌آوری‌های مورد استفاده در علم پزشکی است. فن‌آوری‌های بینایی ماشین نه تنها در تولید محصولات و قطعات و تجهیزات فناوری پزشکی استفاده می‌شوند؛ بلکه اخذ و پردازش تصویر دیجیتال طیف وسیعی از امکانات را برای بررسی، تجزیه و تحلیل و تشخیص بیماری‌ها ارائه می‌دهند. برخی از کاربردهای معمول آن عبارتند از:

بررسی تصاویر میکروسکوپی
اتوماسیون آزمایشگاهی
تجهیزات تشخیصی
هماتولوژی
آسیب‌شناسی
چشم‌پزشکی
دندانپزشکی
آنالیز حرکت در پزشکی
توانبخشی

مزایای پردازش تصویر برای علوم پزشکی
مزیت اصلی پردازش تصویر در علوم پزشکی این است که امکان کاوش عمیق اما غیرتهاجمی آناتومی داخلی را فراهم می‌کند. مدل‌های سه‌بعدی آناتومی‌ را می‌توان برای بهبود نتایج درمان برای بیمار، توسعه دستگاه‌های پزشکی و سیستم‌های تحویل دارو یا دستیابی به تشخیص‌های آگاهانه‌تر ایجاد و مطالعه کرد. مدل سه‌بعدی از ابزارهای کلیدی برای پیشرفت پزشکی می‌باشد.

کیفیت روزافزون تصویربرداری همراه با ابزارهای نرم‌افزاری پیشرفته، بازتولید دیجیتالی دقیق ساختارهای تشریحی را در مقیاس‌های مختلف و همچنین با خواص بسیار متفاوت از جمله استخوان و بافت‌های نرم تسهیل می‌کند. اندازه‌گیری، تجزیه و تحلیل آماری و ایجاد مدل‌های شبیه‌سازی که هندسه‌های تشریحی واقعی را در خود جای می‌دهند، فرصتی را برای درک کامل‌تر، فراهم می‌کند که به عنوان مثال می‌توان به تعامل بین آناتومی بیمار و دستگاه‌های پزشکی اشاره نمود.

پردازش تصویر در پزشکی چگونه کار می کند؟
فرآیند پردازش تصویر در پزشکی با به دست آوردن داده‌های خام از تصاویر CT یا MRI و بازسازی آن‌ها به فرمت مناسب برای استفاده در نرم‌افزارهای مربوطه آغاز می‌شود. یک بیت مپ سه بعدی (3D bitmap) از شدت روشنایی‌های خاکستری شامل یک شبکه وکسل (voxel) با ورودی معمولی برای پردازش تصویر است. همان‌طور که می‌دانید، شدت روشنایی در سی‌تی اسکن به جذب اشعه ایکس بستگی دارد، در حالی که در MRI با قدرت سیگنال‌های ذرات پروتون پس از اعمال میدان‌های مغناطیسی بسیار قوی تعیین می‌شود.

برای کاربران پزشکی، حجم تصویر بازسازی‌شده معمولاً برای بخش‌بندی و ویرایش مناطق مختلف آناتومیکی مورد نظر خود (ROI)، مانند بافت و استخوان، پردازش می‌شود. کاربران می‌توانند عملیات پردازش تصویر مختلفی را در سطح دوبعدی و سه‌بعدی انجام دهند، از جمله:

کاهش و حذف نویز یا مصنوعات ناخواسته با فیلترهای تصویر
برش و نمونه‌برداری مجدد از داده‌های ورودی برای استفاده آسان‌تر و سریع‌تر پردازش تصاویر
استفاده از ابزارهای تقسیم‌بندی برای شناسایی مناطق مختلف تشریحی، از جمله تکنیک‌های خودکار با استفاده از الگوریتم‌های یادگیری ماشین مبتنی بر هوش مصنوعی
استفاده از ابزارهای اندازه‌گیری و آمار برای بررسی بخش‌های مختلف داده‌های تصویر مانند خطوط مرکزی
وارد کردن مدل‌های CAD، مانند ایمپلنت‌ها یا دستگاه‌های پزشکی، برای مطالعه نحوه تعامل آن‌ها با آناتومی‌های فردی
ذخیره مدل‌های پردازش‌شده برای شبیه‌سازی مبتنی بر فیزیک، طراحی و چاپ سه‌بعدی
نرم‌افزارها و پردازش تصویر در پزشکی
نرم افزارهای بسیاری از تحقیقات عمومی گرفته تا کاربردهای بالینی، در پزشکی کاربرد گسترده‌ای دارند. این نرم‌افزارها راه‌های متعددی را برای کار با MRI ،CT و سایر اشکال داده‌های تصاویر پزشکی ارائه می‌دهند. از راه‌های متعدد می‌توان به توانایی ایجاد آسان مدل‌هایی که شامل ایمپلنت‌ها و دستگاه‌های طراحی شده با CAD می‌شود، اشاره نمود.

کاربرانی مانند مهندسان دستگاه، نرم‌افزار را برای مشکلاتی مانند برنامه‌ریزی روش‌های جراحی، و ارزیابی عملکرد طرح‌های مختلف ایمپلنت‌ها و همچنین ایجاد مدل‌هایی برای شبیه‌سازی و طراحی، اعمال می‌کنند.

دوربین‌ها و پردازش تصویر در پزشکی
سری دوربین‌های Basler MED ace اولین خط تولید برند باسلر (Basler) است که به طور ویژه برای کاربردهای پزشکی، فن‌آوری پزشکی و علوم زیستی طراحی شده است. همه مدل‌های این برند مجهز به بهترین فن‌آوری سنسورهای CMOS و مجموعه ویژگی‌های Basler MED هستند.

به منظور پاسخگویی به الزامات کیفیت بالا در بازار علوم پزشکی و زندگی، سیستم بررسی کیفیت آن نیز مطابق با استانداردهای جهانی است. Basler MED ace مطابق با ISO 13485:2016 تولید، توزیع و سرویس می‌شود. Basler MED ace برای کاربردهای مختلف از جمله پزشکی، فن‌آوری پزشکی و علوم زیستی برای بررسی تصاویر میکروسکوپی، اتوماسیون آزمایشگاهی و چشم پزشکی (بررسی تصاویر OCT) ایده‌آل است و شامل ویژگی‌های زیر است:

جدیدترین سنسورهای CMOS از سری Pregius از Sony یا سری PYTHON از Onsemi
حداکثر 164 فریم در ثانیه و وضوح 20 مگاپیکسل
اندازه پیکسل تا 5.86 میکرومتر و اندازه سنسور تا 1.1 اینچ
قابلیت کاهش نویز از طریق api pylon-
رابط GigE و USB 3.0

آنالیز خون با استفاده از دوربین های Basler ace GigE
راه حل شرکت RTS برای خودکارسازی تقسیم خون، یک سیستم بینایی ماشین منحصر به فرد برای ارزیابی هر نمونه خون است. ابتدا اطلاعاتی که از طریق خواندن بارکد هر کانتینر به دست آمده و در یک پایگاه داده مرکزی ذخیره می‌شود. کسر ارتفاع خون ذخیره شده در هر کانتینر با استفاده از محاسبه و بررسی ابعاد آن کانتینر، تعیین می‌شود. سپس این اطلاعات توسط یک سیستم جابه‌جایی مایعات بررسی شده تا میزان دقیقی از هر بخش خارج ‌شود، که قبل از توزیع، آن‌ها در کریوویال‌هایی با مقادیر مشخص شده توسط کاربر، ذخیره می شوند تا برای پردازش‌های بعدی مورد استفاده قرار گیرند.

تقسیم خودکار خون باعث صرفه‌جویی در زمان و هزینه می‌شود و همچنین خطر وقوع خطا را کاهش می‌دهد. علاوه بر این تکنسین‌هایی که این وظیفه را بر عهده دارند، فرصت بیش‌تری برای شرکت در وظایف چالش برانگیزتر و سازنده‌تر خواهند داشت. شرکت RTS برای جدیدترین سیستم‌های تقسیم خون خود، یک دوربین Basler ace GigE (مدل acA1300-30gm) را جایگزین دوربین آنالوگ Sony XC-HR70 کرده است.