8625

طراحي و كنترل موقعيت دستگاه اسكنر سه‌بعدي ستون فقرات جهت اصلاح آرتيفكت تصاوير

كارشناسي

مهندسي مكانيك

1402

برهان بيگ زاده

1402/07/05

مهندسي مكانيك

Design and Position Control of Spinal Imaging Apparatus for Image's Artifact Correction

امروزه با تغييرات سبك زندگي افراد، آمار بيماري‌هاي ستون فقرات و به طبع آن عمل‌هاي جراحي مربوط به آن روبه‌افزايش است. تصويربرداري در حين جراحي، يكي از پارامترهاي تعيين‌كننده در هدايت ايمپلنت‌ها و ابزارها مي‌باشد و مي‌تواند مستقيماً در موفقيت جراحي و بهبود بيمار اثرگذار باشد. دستگاه‌هاي O-Arm و C-Arm با قابليت عكس‌برداري سه‌بعدي و دوبعدي در حين جراحي از جديدترين تكنولوژي‌هاي مورداستفاده براي عكس‌برداري حين جراحي بشمار مي‌رود. دستگاه O-Arm به دليل نحوه كاركرد و قابليت عكس‌برداري 360 درجه و حركت دستگاه توسط موتور از راه دور، برتري‌هايي دارد. در اين دستگاه‌ها انحرافات حركتي بيمار موجب اختلاف تصاوير ثبت شده از آناتومي واقعي مي‌شود و روش‌هاي غالباً نرم‌افزاري براي كاهش اين آرتيفكت‌ها بكار گرفته مي‌شود. با پيشرفت تكنولوژي، روش‌هايي مبتني بر نشانگر با بازتاب نور مادون‌قرمز امكان دستيابي به اين انحرافات حركتي ناشي از تنفس را به ما مي‌دهد و از اين طريق مي‌توانيم مسير حركتي تنفس بيمار را استخراج كنيم. دستگاه O-Arm داراي پنج درجه حركتي و يك درجه حركتي مربوط به چرخش تيوب و ديتكتور عكس‌برداري است و به‌عنوان يك ربات شش درجه آزادي مي‌تواند مسير تنفس استخراج شده را دنبال كند و موجب كاهش تاري‌ها در تصاوير گردد. در اين پژوهش با درنظرگرفتن تجهيزات تصويربرداري و پارامترهاي ابعادي موردنياز كاربرد، به طراحي مدل دستگاهي شبيه به دستگاه O-Arm پرداختيم و مكانيزم‌هاي حركتي با درنظرگرفتن ملاحظات مكانيكي و استانداردهاي پزشكي از برندهاي مطرح انتخاب شده‌اند. شبيه‌سازي ديناميكي دستگاه در نرم‌افزار MSC Adams صورت‌گرفته است و معادلات ديناميكي مربوط به دستگاه استخراج شده است. از مقايسه معادلات و مدل شبيه‌سازي‌شده نرم‌افزاري، شناسايي سيستم انجام‌گرفته است. در انتها براي امكان‌سنجي اصلاح آرتيفكت‌هاي حركتي، مسيري فرضي براي تنفس در نظر گرفتيم و با پياده‌سازي كنترلر PID سعي در كاهش انحرافات حركتي داشتيم. در اين پژوهش امكان استفاده از دستگاه‌هاي سي‌تي‌اسكن مدرن و رديابي حركات آهسته تنفس بيمار به‌منظور كاهش مصنوعات حركتي مورد بررسي قرار گرفت. نتايج نشان مي‌دهد كه خطاي حركت تا حدود 1.5 ميلي‌متر كاهش مي‌يابد و موجب كاهش ناحيه جستجو در روش اصلاح اتوفكوس مي‌گردد. اين كاهش ناحيه جستجو بر روي زمان محاسبات الگوريتم تصحيح و همچنين ميزان خطا، مؤثر است.

Intraoperative imaging , O-Arm , artifacts , autofocus method , Spinal Imaging Apparatus