اشترك بالحزمة الذهبية واحصل على وصول غير محدود شمرا أكاديميا
تسجيل مستخدم جديدبناء مجسم ثلاثي الأبعاد للجنين من أجهزة التصوير بالأمواج فوق الصوتية ثنائية الأبعاد
3D Model Reconstruction of Fetus from 2D Ultrasound Devices
1658
1 70
0
(
0
)
نشر من قبل
جامعة دمشق ورقة بحثية
تاريخ النشر
2011
مجال البحث
الحاسبات والتحكم الآلي
والبحث باللغة
العربية
تمت اﻹضافة من قبل
Shamra Editor
اسأل ChatGPT حول البحث
تفتقر صور الجنين الناتجة عن أجهزة التصوير بالأمواج فوق الصوتية ثنائية الأبعاد إلى الوضوح و الدقة، مما يؤدي إلى بروز الحاجة لتقديم رؤية ثلاثية الأبعاد للجنين تسمح برؤية العرض و الارتفاع و الزاوية، و ذلك من أجل الحصول على معلومات إضافية عن الجنين و الكشف عن الشذوذات الجنينية. نشرح في هذه المقالة طريقتنا في توليد نماذج ثلاثية الأبعاد للجنين انطلاقاً من صور ثنائية الأبعاد باستخدام نظام حاسوبي دون الحاجة إلى تغيير تجهيزات التصوير ثنائية الأبعاد، و دون الحاجة لحساس موقع. تعتمد طريقتنا على تمرير المجس على بطن الحامل فوق الجنين و إجراء مسح يدوي لكامل جسم الجنين من قمة رأسه و حتى أسفل قدميه، و تخزين المسح كمقطع فيديو، ثم إرساله إلى حاسوب يقوم بتقطيع الفيديو إلى عدة صور تخزن و تعالج باستخدام مبادئ معالجة الصورة الرقمية. تُركَّب بعد ذلك الصور للحصول على مصفوفة الحجم، و من ثم تُظهر بشكل ثلاثي الأبعاد باستخدام طرائق بناء النماذج ثلاثية الأبعاد. نُفّذ البرنامج على عدة أجنة بأعمار مختلفة و حصلنا على صور مجسمة تعد جيدة مقارنة بالصور التي تقدمها الأنظمة و الأجهزة المتوافرة. و تختلف دقة الصور التي حصلنا عليها باختلاف وضعية الجنين و كمية السائل الأمنيوسي و حجم الجنين. يستطيع الطبيب الحصول على تفاصيل أدق للصورة الجديدة بتغيير الزاوية و عرض صور مجسمة لجزء محدد من جسم الجنين.
Fetus images produced by 2D ultrasound devices are ambiguous and lack precision. This led to the need for offering a 3D visualization of the fetus, which allows visualizing width, height, and angle, in order to get additional information about the fetus, and detect fetus abnormalities. We explain in this paper our method in producing 3D models of the fetus from 2D images using a computer system without the need for changing the 2D imaging devices, and without using position sensors. Our method is based on passing the probe over the pregnant woman's abdomen and make a manual scan for the entire body of the fetus from top of the head till the bottom of his feet, then it saves this scan as a video clip then send, it to the computer which segments the video into multiple images which are saved and later processed using digital processing principles of images. Then these processed images are reconstructed to produce the volume matrix and then display it in a 3D form using 3D model construction methods. We applied our software on various fetuses of different ages and got volume images which are considered good in comparison with the images offered by currently available systems and devices. The precision of the images we got, differs according to the change in fetus pose, amniotic liquid, and fetus size, The obstetrician or gynecologist can retrieve more precise details by changing the angle and displaying volume images of certain part of the fetus body.
المراجع المستخدمة
R.W. Prager, A. Gee and L. Berman, "Stradx: Real-time acquisition and visualization of freehand three-dimensional ultrasound", Med Image Anal, 3(2):129– 140, 1999
R. C. Gonzalez, Digital Image Processing, Prentice Hall, 2001
A. Fenster, D. B. Downey and H N. Cardinal, "Three-dimensional ultrasound imaging", Phys. Med. Biol. 46 pp 67-99, 2001
قيم البحث
اقرأ أيضاً
هذه المقالة تقدم طريقة جديدة مقترحة للتعرف على بصمات الأصـابع باسـتخدام تحويـل
رجليت Ridglet الثلاثي الأبعاد. في المرحلة الأولى نعد بصمة الأصابع الثلاثية البعد بمنزلة
رقم تعريف شخصي، ثم تقوم باستخلاص الخصائص المطلوبة باستخدام طريقة جديدة تعتمد
على
تحويل رجليت الثلاثي الأبعاد، و المستنتج من تحويل رجليت ثنائي البعد.
في المرحلة الثانية نستخدم التعرف باستخدام الشبكات العصبونية لإنشاء قاعدة المعطيـات
الضرورية لتدريب النظام، حيث نقوم باختبار النظام باستخدام خمسين بصمة أصابع مختلفة،
حيث تبين النتائج أن النظام يعطي نتائج تعرف ممتازة (بالمقارنة بما هو مبين في [12]).
باستخدام تجارب التقييم السابقة، يمكن التحقق من بصمة أصبع فـي ظـروف ضـجيجية،
بضجيج يصل إلى نسبة %96 ،و برابط يصل إلى درجة 9 مع البصمة المدخلة.
يقدم البحث طريقة مبتكرة في تجزئة رأس الجنين آلياً في الصور فوق الصوتية Ultrasound Images قليلة التباين. حيث تعاني تلك الصور من كمية ضجيج مرتفعة تؤثّر على الظهور البصري لمنطقة الرأس, كذلك ضعف الحواف و عدم إحاطتها بالمنطقة المرغوبة بشكل كامل يجعل من عم
لية التجزئة صعبة و مهمة في نفس الوقت, خصوصاً أن البحث اعتمد التجزئة الآلية Auto Segmentation دون الحاجة إلى تدخل المستخدم في أي مرحلة من المراحل. اعتمدنا على تقنية ضبط المستوى Level-Set لتجزئة منطقة الرأس, بعد تحديد الإطار الأولي Initial Contour بشكل آلي عن طريق تابع خصائص المنطقة Region Properties. الطريقة المقترحة أثبتت فعاليتها في اقتطاع منطقة الرأس دون التأثّر بالضجيج الموجود أو بالانقطاعات الحاصلة أحياناً للحواف, بالرغم من عدم وجود مرحلة معالجة مسبقة Pre-Processing ضمن سلسلة الخطوات المتتالية المطبّقة على عدة صور فوق صوتية بأحجام و مصادر مختلفة. ليتم في النهاية حساب القطر الثانوي للقطع الناقص (قطاع رأس الجنين Head) الناتج بالاعتماد على تابع خصائص المنطقة, القياس النهائي يمثّل المسافة بين الجداريين Bi Parietal Diameter BPD, و هو قياس مهم يمكّن الطبيب من تقدير عمر الحمل و تحديد تاريخ الولادة للجنين. تمت مصادقة نتيجة التجزئة بالاعتماد على معايير التشابه, أما دقة القياس النهائي فقد تمت مقارنته مع قياسات يدوية قام بها طبيب مختص. و قد أبدت نتائج المقارنة فعالية الخوارزمية المقترحة و نجاحها بنسبة تصل إلى 98%.
من أجل حساب توزع الجرعة الإشعاعية للحزمة الفوتونية ذات الطاقة 6 MeV , عند أعماق مختلفة داخل فانتوم مائي ثلاثي الأبعاد، اِستُخدم الكود MCNP4C2,
و قورنت النتائج مع نظام تخطيط العلاج الحاسوبي (TPS) , وتبين أن هناك توافقاً جيداً في حساب توزع الجرعة الم
حسوبة بواسطة الكود MCNP4C2 و نظام تخطيط العلاج الحاسوبي (TPS).
كما تبين أن الكود MCNP4C2 يعطي دقة جيدة عند حساب توزع الجرعة الإشعاعية لحزمة الفوتونات ذات الطاقة 6 MeV , لذا فإن الحساب بهذا الكود هو طريقة موثوق بها لحساب الجرعة الإشعاعية التي يتلقاها المرضى.
النموذج ثلاثي الأبعاد 3D Model ببساطة هو تمثيل وصفي ومكاني مبسط لواقع معقد. يتم وعلى نطاق واسع استخدام النماذج ثلاثية الأبعاد للمباني من قبل المهندسين والعلماء بمن فيهم علماء الآثار والمؤرخين. تعتبر النماذج ثلاثية الأبعاد مفيدة في أغراض التوثيق والعر
ض البصري وإعادة الإعمار. يمكن إنتاجها للحصول على البيانات لتمثّل البقايا و/ أو لإيضاح عملية إعادة الإعمار الافتراضي، تبعاً للطريقة التي يتم بها جمع البيانات ذات الصلة، يمكن للنموذج الثلاثي الأبعاد أن يكون شديد التفصيل أو أن يقدّم ببساطة نظرة عامة سريعة عن وضع معماري ما، ولكونها نماذج افتراضية يمكن مشاركتها على مستوى العالم من خلال الإنترنت وتخزينها بسهولة رقمياً أو طباعتها باستخدام طابعة ثلاثية الأبعاد. نظراً للتنوع الكبير للنماذج ثلاثية الأبعاد يمكن أن يتراوح نطاق مستخدميها من المتخصصين إلى المستهلكين. يمكن إنشاء نماذج ثلاثية الأبعاد للمباني بالاعتماد على المسح الطبوغرافي التقليدي والخرائط وصور الأقمار الصناعية وقياسات المباني والمسح الليزري ثلاثي الأبعاد. إن الجيل القادم من نظم المعلومات الجغرافية يسرع نحونا بما يستغله من تقدم كبير في التقنيات الرقمية الحاسوبية، وهو يحتاج إلى طرق جديدة في تمثيل أو نمذجة البيانات المكانية وتحتل النمذجة ثلاثية الأبعاد الصدارة في هذا التمثيل. حتى أن هذا الجيل القادم يسمى بجيل نظم المعلومات الجغرافية ثلاثية الأبعاد 3D GIS، ومن المتوقع أنه سيشهد ظهور أنواع جديدة من النمذجة قريباً. تكمن قوة التمثيل ثلاثي الأبعاد في نظم المعلومات الجغرافية في قابلية النموذج الرقمي على ربط المعالم (الممثلة شكلياً) بالأوصاف (التي تمثل بشكل نصوص ظاهرة على النموذج أو مرتبطة معه بجداول). توفر نظم المعلومات الجغرافية مجموعة من المزايا والمنافع لإدارة نماذج المجسمات الافتراضية ثلاثية الأبعاد المستندة إلى بيئة واقعية حقيقية، ومنها:
• إدارة المعلومات المكانية والوصفية: تساهم الأجهزة المتاحة في نظم المعلومات الجغرافية في جمع البيانات وتخزينها، واستعادتها وإدارتها وتحويلها لتعديل الظروف والشروط الملازمة لها، مع عرض المعلومات بطريقة تساعد على فهمها بصريا من قبل المستخدم.
• نظم حيوية ديناميكية: من خلال التحكم وتغيير سمات محتملة غير حقيقية للعناصر الممثلة، أو عن طريق إدخال معطيات جديدة تحدد المواقع المكانية والخصائص المتعلقة بها، يمكن تحديث قواعد بيانات هذه النظم بسهولة، مما يجعلها نظماً حيوية ديناميكية.
• تسمح قاعدة بيانات هذه النظم للمستخدم بتنفيذ استعلامات متعلقة بالموقع المدروس وبعض من عناصره المتعلقة بأخرى بالإضافة إلى خصائص كل من هذه العناصر.
• صناعة القرار: يتم استخدام البحوث والتحليلات المنجزة بإمكانات نظم المعلومات الجغرافية كأداة لصنع القرار لأغراض تجنب فقدان المعلومات المدروسة والتي يمكن أن تؤثر في دراسات المواقع وعملية التخطيط العمراني.
• المشاهدة الصورية التفاعلية: يمكن استخدام نظم المعلومات الجغرافية لإنشاء رسومات ومخططات وصور وخرائط وأفلام متحركة، ويمكن للباحثين استكشاف ودراسة مواضيعهم في الوضع المتقدم عن طريق تشغيل خيار التصور والمشاهدة الصورية.
بالرغم من مجموعة المزايا سابقة الذكر والتي تقدمها نظم المعلومات الجغرافية، إلا أن عملية تكوين نماذج ثلاثية الأبعاد للعناصر والمكونات في هذه النظم تتضمن بعض الصعوبات، فعادة ما تكون عملية إنشاء مجسمات هندسية للعناصر المعقدة جداً أو الأجسام متعددة المستويات (غير النظامية الشكل) المشكلة الأكثر صعوبة، وذلك أنه حتى الآن لم يتم توفير إمكانية تمثيل درجة تعقيد هذه المكونات، بسبب عدم كفاءة مؤهلات معايير تبادل البيانات أو أدوات عملية المشاهدة البصرية لهذه التطبيقات ضمن التقنية وهو ما سنشهده ضمن مشروعنا.
2-أهداف المشروع
تهدف هذه الدراسة إلى بناء نموذج ثلاثي الأبعاد في بيئة GIS باستخدام برنامج ArcGIS وذلك من خلال تطبيق عملي على مبنى كلية طب الأسنان الجديدة في جامعة تشرين.
3-محتويات المشروع
يتألف المشروع من الفصول التالية:
• الفصل الأول: تضمن معلومات نظرية عن تعريف المضلعات وأنواعها وطريقة تعديل المضلع المفتوح الموثوق من الطرفين.
• الفصل الثاني: تضمن شرحاً عن عملية التسوية وأنواعها والقوانين والعلاقات الرياضية والأجهزة المستخدمة.
• الفصل الثالث: تضمن شرحاً عن الأعمال المكتبية والحقلية في الرفع التفصيلي والأجهزة والأدوات المستخدمة لذلك كما تضمن لمحة نظرية عن جهاز المحطة المتكاملة، مكوناتها، ملحقاتها ومجالات استخدامها.
• الفصل الرابع: تضمن مقدمة نظرية في نظم المعلومات الجغرافية، تعريفها، مكوناتها، وظائفها ومزاياها مع شرح لأنواع البيانات والتمثيل الرقمي في هذه النظم كما تم تقديم لمحة عن مجموعة برامج ArcGIS والقائمة 3D Analyst ومزايا هذه القائمة.
• الفصل الخامس: تضمن مقدمة نظرية عن الملحقArcScene بالإضافة إلى شرح للحركية فيه من خلال توضيح أوامر الأداة Animation.
• الفصل السادس: تضمن شرحاً تفصيلياً للتطبيق العملي (الأعمال الحقلية) لنمذجة مبنى كلية طب الأسنان الجديدة مع ما يحيط به من معالم، تضمنت الأعمال الحقلية استطلاع المنطقة والبحث عن الأساس الجيوديزي فيها، أعمال المضلعات، أعمال التسوية، أعمال الرفع التفصيلي.
• الفصل السابع: تضمن شرحاً تفصيلياً للتطبيق العملي (الأعمال المكتبية) لنمذجة مبنى كلية طب الأسنان الجديدة مع ما يحيط به من معالم، وتتضمن إنشاء قاعدة بيانات للمشروع وإنشاء الطبقات اللازمة، رسم المعالم والتفاصيل ضمن هذه الطبقات باستخدام برنامجArcMap بشكل ثنائي البعد وإنشاء سطح، ثم تحويل هذه الطبقات إلى طبقات ثلاثية الأبعاد وعرضها في برنامج ArcScene لبناء النموذج.
• الفصل الثامن: الاستنتاجات والتوصيات.
• ملحق يتضمن كروكيات للمعالم المحيطة بمبنى الكلية.
إعادة تشكيل وضعيات الإنسان ثلاثية الأبعاد من صورة واحدة ثنائية الأبعاد هي مشكلة تمثل تحديا للعديد من الباحثين.
وفي السنوات الأخيرة، كان هناك اتجاه صاعد نحو تحليل الهندسة ثلاثية الأبعاد للكائنات بما في ذلك الأشكال والوضع بدلاً من مجرد تقديم مربعات مر
بوطة. حيث أن التفكير الهندسي ثلاثي الأبعاد يؤدي إلى توفير معلومات أكثر ثراءً عن المشهد لمهام لاحقة عالية المستوى مثل فهم المشهد والواقع المعزز والتفاعل مع الكمبيوتر البشري، بالإضافة أيضًا تحسين اكتشاف الكائنات [3]، [4]. ولذلك كانت إعادة التشكيل ثلاثية الأبعاد مشكلة مدروسة جيداً، وكانت هناك العديد من التقنيات القابلة للتطبيق عمليًا مثل البنية من الحركة، والأنظمة الصوتية متعددة المقاييس ومستشعرات العمق، ولكن هذه التقنيات محدودة في بعض السيناريوهات.
هنا في هذه الورقة، نعرض كيف تم التعامل مع المشكلة في العقود القليلة الماضية، وتحليل التطورات الأخيرة في هذا المجال، والاتجاهات المحتملة للبحث في المستقبل.
سجل دخول لتتمكن من نشر تعليقات
التعليقات
جاري جلب التعليقات
سجل دخول لتتمكن من متابعة معايير البحث التي قمت باختيارها
