حجم های هندسی از اندامهای بدن

برای مشاهده و بررسی داده های حجیم سه بعدی مانند تصاویر پزشکی از نماسازی حجمی استفاده می شود؛ البته هرچند به کمک توابع چندبعدی در مرحله طبقه بندی می توان

کد خبر: ۱۳۸۷۶۴

با دقت بالا ساختارها و بافتهای مورد نظر را استخراج کرد و نمایش داد ، ولی برای مشاهده قسمتهای داخلی و پوشیده شده این ساختارها باید از روشهای دیگر مانند صفحات برش استفاده کرد.
در این میان مشکل مهم این روش ، حذف کامل اطلاعات در قسمت برش خورده است که گاهی باعث ناتوانی در انتقال موقعیت فضایی ساختار برش خورده به کاربر می شود، اما با طراحی نرم افزار سه بعدی تصاویر پزشکی در دانشگاه صنعتی امیرکبیر، مفهوم برش ژنی گسترش یافته است و شامل هر هندسه برش دلخواه و از طرف دیگر با شفافیت و کدری دلخواه می شود.

هم اکنون با افزایش توانایی پردازنده ها و ظهور کمک پردازنده های گرافیکی با قابلیت های بالای نماسازی حجمی که ذاتا به لحاظ پردازش مورد نیاز، الگوریتمی پرهزینه محسوب می شود، کاربردهای روزافزونی در این زمینه یافته است.
برخلاف نماسازی سطحی که در آن عبور یا عدم عبور سطح از هر وکسل مشخص می شود و در نتیجه به دلیل این تصمیم گیری صفر و یکی می تواند بویژه در دادگان همراه با نویز مانند تصاویر فراصوت دارای خطا باشد. در نماسازی حجمی با به کارگیری مفهوم تاری و کدری و انجام عمل ترکیب برای هر شعاع دیده می توان تصاویر بسیار متنوعی از لایه های متعدد درونی به دست آورد. به منظور مشاهده یک برش از دادگاه نمونه برداری شده با موقعیت دلخواه از الگوریتم برش ژنی که مستلزم میانیابی نمونه های برش مذکور از بین نمونه های اصلی است ، استفاده می شود.
به همین ترتیب در نماسازی حجمی هم از صفحات برش برای حذف قسمتی از دادگان که در یک طرف صفحه برش قرار دارند و نمایش قسمتی که در طرف دیگر آن قرار گرفته اند، استفاده می شود.
به گفته مهندس آرش میرهاشمی ، کارشناس ارشد مهندسی پزشکی از دانشگاه صنعتی امیرکبیر، پیاده سازی صفحات برش به کمک کد کردن موقعیت فضایی هروکسل و به کارگیری آن به عنوان یک پارامتر در تخصیص کدری استفاده می شود. با این کار می توان تعریف متنوع تری از یک صفحه ساده داشته باشیم که انواع اشکال هندسی را در بر گیرد. از طرف دیگر با انجام عمل حذف می توان به جای حذف کامل اطلاعات آنها را تا حد لازم شفاف کرد و از حذف کامل آنها جلوگیری کرد.
میرهاشمی درباره اهمیت وجود چنین نرم افزاری می گوید: مفهوم برش زدن برای مشاهده سطح مقطعی دلخواه بویژه در روشهایی که از ترکیب نماهای دوبعدی و سه بعدی استفاده می کنند، همواره کاربرد داشته است. در این روشها از نمای سه بعدی برای مشاهده موقعیت و جهت دقیق صفحه برش و درک فضایی حالت قرارگیری دادگان و صفحه برش نسبت به هم استفاده می شود سپس مقطع برش خورده با حفظ زاویه فضایی به صورت کج یا با خارج شدن از جهتگیری اولیه خود به صورت عمود نمایش داده می شوند. این در حالی است که اعمال مدلهای نوری رایج در نماسازی سه بعدی به مقاطع ، معمولا نتیجه مناسبی ندارد و باعث غیرواقعی شدن کیفیت بافت برش خورده در مقطع می شود.
در واقع در صورت نیاز به نوردهی مقطع برش باید مدلهای نوری خاصی را طراحی کرد. این روشهای برش ، در واقع حالاتی خاص از نمایش دوبعدی هستند؛ البته در این میان هر چند دارای بیشترین ریزنمایی و دقت در ارائه اطلاعات مربوط به جایگاه فضایی خود هستند، ولی پیوستگی در بعد سوم را کاملا حذف می کنند و احتیاج دارد صحنه به همراه تصاویر کمکی سه بعدی به گونه ای تنظیم شود تا جایگاه سه بعدی برای کاربر مشخص شود.به علاوه اصل سازگاری همجوار، وفادار ماندن به یک نوع نمایش و حفظ همگرایی بصری و ادراکی کاربر در مواردی که نیاز به جمع بندی اطلاعات در ابعاد فضایی است. از نمایش سه بعدی و در مواردی که نیاز به تمرکز بر روی یک یا دو بعد خاص است از نمایش دوبعدی بهره گیریم.

با کمک سیستم های طراحی شده می توان طرح دقیقی از اعضا به دست آورد

در نماسازی حجمی ، برش زدن مفهوم متفاوتی دارد و هدف نمایش مقطع به دست آمده نیست ؛ بلکه صفحه برش به عنوان یک هندسه شفاف حجم را به 2 قسمت تقسیم می کند. حجم قرار گرفته بین بیننده و صفحه برش حذف می شود و در نمای شرکت نمی کند و حجم قرار گرفته در طرف دیگر بدون تغییر باقی می ماند. به این ترتیب امکان مشاهده بهتر حجم باقی مانده بدون کدر شدن و پوشیده شدن به وسیله قسمت برش خورده فراهم می شود.مهمترین صفحاتی که بویژه در کاربردهای پزشکی به کار برده می شوند و برای رادیولوژیست ها آشنا هستند عبارتند از صفحات عمود بر هر یک از محورهای مختصات X و Y و Z که صفحات جانبی ، محوری و روبه رو نامیده می شوند.
نکته جالب در طراحی نرم افزار سه بعدی تصاویر پزشکی این است که به کمک آن کاربر علاوه بر انتخاب این صفحات می تواند جایگاه آنها را هم تنظیم کند.
به گفته میرهاشمی در روش ارائه شده ، برخلاف روشهای رایج یعنی پیاده سازی صفحات برش در مرحله نماسازی ، با به کارگیری مختصات فضایی به عنوان یک پارامتر موثر در تخصیص کدری ، این کار به مرحله طبقه بندی منتقل شده است ؛ هر چند در این روش برای جابه جا کردن موقعیت صفحه برش یا شکل آن نیاز به تکرار فرآیند طبقه بندی است ، ولی به دلیل مستقل بودن پارامتر مختصات فضایی از دیگر پارامترهای رایج مثل شدت روشنایی و گرادیان ، اول: پیچیدگی طراحی تابع تبدیل افزایش نمی یابد و کدری به دست آمده از مرحله برش زنی درنهایت از کوری به دست آمده از تابع تبدیل ضرب می شود و دوم: در صورت نیاز به تکرار فرآیند، نیازی به محاسبه کل تابع تبدیل نیست و تنها بخش مربوط به صفحه برش محاسبه و در مقادیر تابع تبدیلی قبلی ضرب می شود. به این ترتیب بار محاسباتی افزوده شده ناچیز خواهد بود.
میرهاشمی می افزاید: با قبول این هزینه محاسباتی ، ایده پیاده سازی برش در مرحله طبقه بندی و به کارگیری مختصات فضایی به عنوان یک پارامتر در تخصیص کدری ، مزایایی جالب و قابل توجهی خواهد داشت:
1- هندسه دلخواه برش: با استفاده از روش گرد کردن مختصات فضایی می توان مفهوم صفحه برش را بسط و گسترش داد و هر گونه حجم دلخواه مثل قطاع یا گوشه را در نظر گرفت و مطابق با هندسه آن ، جدول بازخوانی کدری را مقداردهی کرد. البته این مطلب نه تنها شامل حجم های هندسی پیچیده است ، بلکه شامل مواردی که هندسه موردنظر مرز و تعریف مشخصی ندارد هم می شود. به طور مثال می توان به تخصیص تابع کدری در امتداد هر محور به صورت نرمال یا گوسی اشاره کرد. حتی با این روش می توان جلوه هایی ابرگونه ایجاد کرد که در گرافیک رایانه ای ، الگوریتمی پیچیده و مشکل دارد.
2- تعریف صفحات برش با کدری غیر صفر و یک: با تلفیق پارامتر کدری و صفحه برش در این روش برخلاف روشهای موجود که با قرار دادن صفحه برش کلیه اطلاعات بین صفحه و بیننده حذف می شود. می توان هر شفافیت دلخواهی به این قسمت از حجم اختصاص داد به طوری که فرم و شکل کلی آن و خطوط و سطوح اصلی شکل دهنده سایه دار باقی می ماند و به عنوان راهنمایی بصری به بیننده منتقل می شود. به این ترتیب از حذف کامل اطلاعات این بخش از حجم جلوگیری می شود و با تنظیم مناسب شفافیت می توان جلوه های تصویری جالبی به دست آورد. در واقع هر کدری غیر از صفر و یک نیز قابل استفاده است و ناحیه عبور صفحه برش می تواند به آرامی شفاف شود و حالتی فازی ایجاد کند که فقط با استفاده از کدری امکان پذیر است.