فهرست مطالب عنوان صفحه 1- فصل اول: مقدمه 11-1- مقدمه 21-2- Filtered Back Projection (FBP) و آرتیفکتها در سی تی41-2-1- سخت شدن پرتوها 61-2-2- کمبود فوتون 71-2-3- پراکندگی 71-2-4- اثر حجم نسبی 71-3- اهداف کلی این پایان نامه 82- فصل دوم: مبانی نظری تحقیق 92-1- تاریخچه سی تی اسکن 102-2- اجزای اصلی تشکیل دهنده دستگاه سی تی اسکن112-3- نسلهای مختلف دستگاه سی تی اسکن تا به امروز 142-3-1- نسل اول 152-3-2- نسل دوم 162-3-3- نسل سوم 172-3-4- نسل چهارم 172-3-5- نسل پنجم، سیتی اسکنهای EBCT 182-3-6- نسل ششم، سی تی اسکنهای مارپیچ (اسپایرال یا هلیکال)192-3-7- نسل هفتم، سی تی اسکنهای مالتی اسلایس202-4- الگوریتمهای بازسازی تصویر 212-4-1- ساینوگرام 232-4-2- الگوریتم ART 272-4-3- الگوریتم Back Projection Fourier Slice 282-4-4- الگوریتم Filtered Back Projection Fourier Slice 322-5- بازسازی تصویر در حالت پرتو بادبزنی شکل 342-5-1- بازسازی تصویر در حالت پرتو بادبزنی با زاویههای مساوی 352-5-2- بازسازی تصویر در حالت پرتو بادبزنی با فضاهای پوششی مساوی 382-6- بازسازی تصویر در سیتیهای نسل اسپایرال 382-7- کانتورهای فعال 402-7-1- مدلهای اکتیو کانتور پارامتریک 412-7-2- مدلهای کانتور فعال هندسی 532-8- تبدیل هاف 623- فصل سوم: مروری بر تحقیقات انجام شده 684- فصل چهارم: روش تحقیق 754-1- مقدمه 764-2- روش تصویر برداری مارپیچ و مقایسه آن با اسکنر معمولی 774-3- تشکیل ساینوگرام 784-4- الگوریتم مطرح شده 794-4-1- مدل کانتور فعال 804-4-2- الگوریتم بر پایه تبدیل هاف 844-4-3- الگوریتم پس از پردازش 864-5- نتیجه گیری 865- فصل پنجم: نتایج 885-1- اعمال الگوریتم پیشنهادی بر دادههای واقعی و مقایسه به صورت شهودی 895-2- اعمال الگوریتم پیشنهادی بر مولاژ و مقایسه به صورت کمی 905-2-1- میانگین و واریانس سطح خاکستری 925-2-2- میانگین مربع خطاها 935-2-3- نسبت ماکزیمم سیگنال به نویز 935-2-4- پارامتر Q 945-3- مقایسه الگوریتم مطرح شده با روش جداسازی با حد آستانه و تبدیل هاف 1195-4- نتیجه گیری 122مراجع 123 فهرست شکلها عنوان صفحهشکل 1-1: رادیولوژی معمولی. 3شکل 1-2: سی تی اسکن از یک بیمار با یک پروتز لگن. 5شکل 1-3: تصاویر سی تی از جمجمه که شامل مواد پرکننده دندان میباشد [3] 6شکل 2-1: ایده پرتونگاری گابریل فرانک. 11شکل 2-2: دستگاه ثبت ساینوگرام ساخته شده توسط اولدندورف [1]. 12شکل 2-3: ساختار تشکیل دهنده لامپ اشعه ایکس [1]. 12شکل 2-4: دتکتورهای گاز زنون. 14شکل 2-5: قسمتهای اصلی تشکیل دهنده دستگاه سی تی اسکن معمولی و نحوه ارتباط آنها [1]. 15شکل 2-6: هندسه سی تی اسکن نسل اول [1]. 16شکل 2-7: هندسه سی تی اسکن نسل دوم. 18شکل 2-8: هندسه سی تی اسکن نسل سوم [1]. 18شکل 2-9: هندسه سی تی اسکن نسل چهارم. 20شکل 2-10: نحوه عملکرد EBCTبه صورت شماتیک [1]. 21شکل 2-11: سی تی اسکن اسپایرال. 21شکل 2-12: چگونگی تضعیف پرتو ایکس در اجسام. 22شکل 2-13: نمونهای از بدست آوردن ضرایب تضعیف سطح مقطعی که از 4 پیکسل تشکیل شده است. 24شکل 2-14: مثالی از نگاشت بین فضای جسم و فضای ساینوگرام [1]. 25شکل 2-15: نمونهای از سطح مقطع و ساینوگرام مربوطه برای پرتوهای موازی. 25شکل 2-16: هندسه پرتو بادبزنی شکل [7]. 26شکل 2-17: نمونهای از سطح مقطع و ساینوگرام مربوطه برای پرتوهای بادبزنی. 27شکل 2-18: نحوه عملکرد الگوریتم ART. 29شکل 2-19: تئوری Fourier Slice. 29شکل 2-20: نحوه قرار گیری دستگاه مختصات در پروجکشنی با زاویه [1]. 30شکل 2-21: تراکم نمونهها در صفحه . 32شکل 2-22: پرتو بادبزنی شکل. 35شکل 2-23: هندسه پرتو بادبزنی با زاویههای مساوی [1].36شکل 2-24: هندسه پرتو بادبزنی با فضای پوشش مساوی [1].39شکل 2-25: چگونگی قرار گیری اسکنها در نسل اسپایرال [1]. 39شکل 2-26: قرار گیری صفحه بازسازی بین دو صفحه با زاویه [1]. 40شکل 2-27: نمونهای از مدل کانتور فعال با نیروی پتانسیل گوسی. 45شکل 2-28: مثالی از نیروی فشار در کانتور فعال. 48شکل 2-30: اعمال میدان جریان برداری گرادیان به کانتور فعال.50شکل 2-31. نمونهای از نیروی تعاملی. 53شکل 2-32: نمونهای از تعبیه یک منحنی به عنوان یک level-set.56شکل 2-33. نمونهای از تعبیهی یک منحنی به عنوان level-setzero.58شکل 2-34: استخراج کانتور کیست از تصویر اولتراسوند از طریق ترکیب چند level-setاولیه [4]. 60شکل 2-35: جداسازی مغز با استفاده از تنها ترم دوم رابطه (2-31). 61شکل 2-36: تبدیل خط از فضای x-yبه نقطه در فضای m-c [6].64شکل 2-37: تبدیل نقطه در فضای x-yبه خط در فضای m-c[6].64شکل 2-38: تبدیل چند نقطه در فضای x-yبه چند خط در فضای m-c [6]. 65شکل 2-39: استفاده از نرمال و زاویه نرمال در تبدیل هاف [6].66شکل 2-40: ساخت انباشتگر درتبدیل هاف [6]. 67شکل 3-1: روش مطرح شده توسط لیو و همکاران. 70شکل 3-2: روش مطرح شده توسط دکتر یزدی و همکاران [16].72شکل 3-3: روش مطرح شده توسط دکتر یزدی و همکاران [17].73شکل 3-4: روش مطرح شده توسط Hui Xue 73شکل 3-5: روش مطرح شده توسط وتر [20]. 74شکل 4-1: جداسازی نواحی فلزی در ساینوگرام مطابق مدلهای کانتور فعال هندسی. 81شکل 4-2: جداسازی بافتهای فلزی در ساینوگرام با مدل کانتور فعال در [24]. 83شکل 4-3: نمونهای از فضای انباشتگر. 85شکل 4-4. اعمال تبدیل هاف طراحی شده به نواحی در شکل «4-2-ب و د».87شکل 4-5: اعمال روش پس از پردازش. 87شکل 5-1: اعمال روش LBFبر دادههای ساینوگرام. 91شکل 5-2: بازسازی تصاویر از ساینوگرام بهبود یافته پس از جداسازی با روش فقط LBF. 92شکل 5-3: اعمال الگوریتم بر روی ساینوگرامی با نواحی فلزی ناشی از وجود پروتز در بیمار. 96شکل 5-4: اعمال الگوریتم مطرح شده بر دادههای ساینوگرام مربوط به بیمار با مواد پرکننده دندان 97شکل 5-5: نتایج بازسازی تصاویر از ساینوگرام بهبود یافته با روش مطرح شده، به همراه نتایج بازسازی تصاویر از ساینوگرام اصلی بیمار با مواد پرکننده دندان. 99شکل 5-6: اعمال الگوریتم مطرح شده بر دادههای ساینوگرام مربوط به بیمار با پروتز لگن. 103شکل 5-7: نتایج بازسازی تصاویر از ساینوگرام بهبود یافته با روش مطرح شده، به همراه نتایج بازسازی تصاویر از ساینوگرام اصلی بیمار با پروتز لگن.104شکل 5-8: مولاژی از جمجمه. 106شکل 5-9: تعریف منطقه مورد نظر برای محاسبه پارامتر خطا. 106شکل 5-10: نتایج بازسازی تصاویر از ساینوگرام بهبود یافته با روش مطرح شده، به همراه نتایج بازسازی تصاویر از ساینوگرام مربوط به مولاژ با و بدون فلزات. 107شکل 5-11: نتایج بازسازی تصاویر از ساینوگرام بهبود یافته با روش مطرح شده، به همراه نتایج بازسازی تصاویر از ساینوگرام مربوط به مولاژ با و بدون فلزات. 109شکل 5-12: نتایج بازسازی تصاویر از ساینوگرام بهبود یافته با روش مطرح شده، به همراه نتایج بازسازی تصاویر از ساینوگرام مربوط به مولاژ با و بدون فلزات. 111شکل 5-13: نتایج بازسازی تصاویر از ساینوگرام بهبود یافته با روش مطرح شده، به همراه نتایج بازسازی تصاویر از ساینوگرام مربوط به مولاژ با و بدون فلزات. 113شکل 5-14: نتایج بازسازی تصاویر از ساینوگرام بهبود یافته با روش مطرح شده، به همراه نتایج بازسازی تصاویر از ساینوگرام مربوط به مولاژ با و بدون فلزات. 115شکل 5-15: نتایج بازسازی تصاویر از ساینوگرام بهبود یافته با روش مطرح شده، به همراه نتایج بازسازی تصاویر از ساینوگرام مربوط به مولاژ با و بدون فلزات. 117شکل 5-16: مقایسه الگوریتم اصلی با روش جداسازی با حد آستانه و تبدیل هاف 120فهرست جدولها عنوان صفحهجدول 5-1: مقایسه تصاویر بدون اعوجاج، دارای اعوجاج و بهبود یافته شکل 5-10.108جدول 5-2: مقایسه تصاویر بدون اعوجاج، دارای اعوجاج و بهبود یافته شکل 5-11.110جدول 5-3: مقایسه تصاویر بدون اعوجاج، دارای اعوجاج و بهبود یافته مربوط به شکل 5-12.112جدول 5-4: مقایسه تصاویر بدون اعوجاج، دارای اعوجاج و بهبود یافته شکل 5-13.114جدول 5-5: مقایسه تصاویر بدون اعوجاج، دارای اعوجاج و بهبود یافته مربوط به شکل 5-14.116جدول 5-6: مقایسه تصاویر بدون اعوجاج، دارای اعوجاج و بهبود یافته مربوط به شکل 5-15.118در این فصل ابتدا توضیح مختصری در مورد نیاز به سیستمهای تصویر برداری بدن و پیدایش دستگاه سی تی اسکن، سپس روند کلی ایجاد تصویر و علل ایجاد آرتیفکت و اعوجاج‌های ناشی از بافت فلزی در تصویر شرح داده و در نهایت اهداف کلی و بخشهای پایان نامه ارایه شده است. 1-1- مقدمه حفظ و ارتقا سلامتی انسان به عنوان محور توسعهی پایدار، از دیرباز مورد توجه و مد نظر دانشمندان در عرصههای مختلف علوم بوده است. کسب علم و احراز مهارت در زمینهی استفاده از ابزارهای مختلف برای خدمت به نوع بشر به ویژه برای تشخیص زود هنگام بیماریها و درمان به موقع آنها از دغدغههای روزمره دانشمندان علوم پزشکی بوده و میباشد. تولید و پیشرفت علم و فناوری نه تنها تحولات عظیمی را در این راستا فراهم نموده است، بلکه به طور قابل ملاحضهای تمایل انسان را در به کارگیری از تکنولوژی افزایش داده است.کسب اطلاع از چگونگی استقرار و عملکرد دقیق دستگاههای بدن در شرایط عادی و تغییرات آنها به علت بیماری برای درک و توجیه بروز علائم و نشانهها ضروری میباشد. هر چند کالبد شناسی یا شناخت دستگاهها و اندامهای داخلی از طریق تماس مستقیم و برش دادن جسم انسان، اطلاعات جامعی را در اختیار پزشکان و علمای پزشکی قرار میدهد ولی اکتفا به استفاده انحصاری از این روش برای آگاهی از وضعیت جسمی و عملکردی بافتهای درونی نه تنها همیشه مقدور نیست بلکه میتواند صدمات قابل ملاحظهای را به انسان وارد نماید. استفاده از تجربیات قبلی بر روی اجساد و تعمیم یافتههای فردی نیز به دلیل تفاوتهای قابل ملاحظهای که در آناتومی بدن انسان وجود دارد امکان پذیر نمیباشد. بنابراین استفاده از ابزار و تکنولوژی برای کسب اطلاعات دقیق از درون انسان از آرمانهای پایان ناپذیر علمای پزشکی بوده است. در طول تاریخ، آرمانگرایی علمای پزشکی در کسب اطلاعات کاملتر از درون جسم انسان، آنها را به خلق، توسعه و استفاده از تکنولوژی سوق داده است.کنراد رونگتن[1] دانشمند آلمانی در سال 1895 برای اولین بار پی به وجود اشعه ایکس برد و به طور اتفاقی قابلیتهای منحصر به فرد این اشعه را در تصویر برداری از اعضای داخلی بدن به خصوص استخوان، کشف نمود. به این ترتیب شروعی تازه بر تحولی بزرگ در زمینه تصویر برداری پزشکی رقم خورد.اشعه ایکس از سری پرتوهای الکترومغناطیس میباشد که طول موجی از چند پیکومتر تا چند نانومتر را پوشش میدهد و بسته به جنس مواد مختلف با ضرایب تضعیف متفاوتی از مواد عبور میکند. این همان ویژگی میباشد که از آن در رادیولوژی معمولی استفاده میشود. به این گونه که اشعه ایکس در عبور از استخوان و بافتهای سخت بیشتر از سایر بافتها جذب و هنگامی که توسط فیلمهای حساس به اشعه ایکس به تصویر تبدیل میشود این تضعیف اشعه به صورت نواحی روشن دیده میشود وقابل تشخیص نیز میباشد. این روند در شکل «1-1» قابل مشاهده میباشد.