فهرست مطالب

Medical Physics - Volume:4 Issue: 14, 2007

Iranian Journal of Medical Physics
Volume:4 Issue: 14, 2007

  • 106 صفحه،
  • تاریخ انتشار: 1386/05/16
  • تعداد عناوین: 8
|
  • آمنه برومند، علیرضا احمدیان، محمدعلی عقابیان صفحات 1-18
    مقدمه
    وجود منابع مختلف نویز و آرتیفکت در داده های بدست آمده از روش تصویربرداری عملکردی مغناطیسی مغزغالبا منجر به کاهش دقت و صحت نتایج بدست آمده در اکثر روش های تحلیلی پارامتری و غیر پارامتری می شود. یکی از راه حل های متداول در مواجهه با داده های نویزی روش تصویربرداری عملکردی مغناطیسی مغز بکارگیری روش های پیش پردازشی مناسب بر روی دیتا با هدف کاهش نویز دیتا است که می تواند در بهبود عملکرد الگوریتم های تحلیلی مختلف موثر باشد. تاکنون اثرات برخی از روش های پیش پردازشی بر روی روش های تحلیلی پارامتری از قبیل روش مدل خطی عمومی مورد بررسی قرار گرفته است. در این مقاله علاوه بر مقایسه الگوریتم های نویزی و غیر نویزی آنالیز مولفه های مستقل در تحلیل داده های زمانی-مکانی تصویربرداری عملکردی مغناطیسی مغز برای نخستین بار میزان بهبود عملکرد الگوریتم غیر پارامتری آنالیز مولفه های مستقل بر روی داده های نویزی روش تصویربرداری عملکردی مغناطیسی مغز در حضور تعدادی فیلتر مکانی و زمانی از نظر کمی مورد بررسی قرار گرفته است. استفاده از الگوریتم های نویزی آنالیز مولفه های مستقل دقت تحلیلی داده های تصویربرداری عملکردی مغناطیسی مغز را تا 16% افزایش داده است. استفاده از فیلترهای زمانی و مکانی منجر به 10-8% افزایش در دقت الگوریتم های غیر نویزی آنالیز مولفه های مستقل شده است. با استفاده از الگوریتم نویزی احتمالی آنالیز مولفه های مستقل زمان لازم برای تحلیل داده های تصویربرداری عملکردی مغناطیسی مغز 28% افزایش پیدا کرده است.
    مواد و روش ها
    در این مقاله ابتدا دو دسته از الگوریتم های نویزی و غیر نویزی آنالیز مولفه های مستقل در تحلیل داده های شبیه سازی شده روش تصویربرداری عملکردی مغناطیسی مغز مورد مقایسه قرار گرفته اند. در مرحله بعد اثرات فیلترهای زمانی و مکانی در عملکرد الگوریتم های غیر نویزی آنالیز مولفه های مستقل بررسی شده است. فیلتر های مذکور در دو دسته فیلترهای پایین گذر و بالاگذر مطرح شده اند. کلیه بررسی ها با استفاده از داده های شبیه سازی شده روش تصویربرداری عملکردی مغناطیسی مغز انجام شده است.
    نتایج
    با بکارگیری فیلترهای بالاگذر حساسیت، ویژگی و صحت زمانی الگوریتم های غیر نویزی آنالیز مولفه های مستقل در تحلیل داده های روش تصویربرداری عملکردی مغناطیسی مغز افزایش یافته است. بکارگیری فیلترهای پایین گذر در مواجهه با داده هایی که دارای نسبت سیگنال به نویز پاییین هستند منجر به بهبود نتایج بدست آمده از الگوریتم های غیرنویزی آنالیز مولفه های مستقل شده است. در داده هایی که دارای نسبت سیگنال به نویز بالا هستند بکارگیری این فیلترها می تواند منجر به کاهش ویژگی و صحت زمانی الگوریتم های مذکور شود.
    بحث و نتیجه گیری
    نتایج بدست آمده از تحلیل دادهای روش تصویربرداری عملکردی مغناطیسی مغزبا نسبت سیگنال به نویز بالا توسط الگوریتم های نویزی و غیر نویزی آنالیز مولفه های مستقل تقریبا مشابه است. با افزایش نویز داده ها الگوریتم اینفومکس به دلیل استفاده از الگوریتم های گرادیانی در تخمین ماتریس تفکیک کننده مورد نظر از حساسیت، ویژگی و صحت زمانی بالاتری نسبت به الگوریتم سریعآنالیز مولفه های مستقل رخوردار است. استفاده از فیلترهای زمانی و مکانی مناسب می تواند راهکاری مناسب برای بکارگیری الگوریتم های غیر نویزی آنالیز مولفه های مستقل به جای الگوریتم های نویزی آنالیز مولفه های مستقل که اغلب پیچیده و زمانبر هستند باشد.
    کلیدواژگان: آنالیز مولفه های مستقل، تصویربرداری عملکردی مغز، فیلترهای زمانی، فیلترهای مکانی
  • سیده شهربانو فلاحیه حمیدپور، علیرضا احمدیان، رضا آقایی زاده ظروفی، محمدعلی شعبانی صمغ آبادی صفحات 19-30
    مقدمه
    کولونوسکوپی مجازی یکی از روش های جدید بالینی برای شناسایی عوامل اولیه بروز سرطان کولون[1] مانند پلیپ وهمچنین میزان پیشرفت آن در جهت پیشگیری یا درمان است. یکی از مهمترین مراحل کولونوسکوپی مجازی بخش بندی کولون می باشد، زیرا یک بخش بندی نادرست ممکن است منجر به یک تفسیر اشتباه گردد.
    مواد و روش ها
    . با توجه به پیچیدگی بخش بندی کولون، یک روش ترکیبی در این مقاله ارائه می گردد. مدل های شکل پذیر هندسی بعنوان ابزاری مناسب برای بخش بندی تصاویر معرفی شده اند که بطور خاص برای بخش بندی اجسام با پیچیدگی زیاد توصیه می شوند. دو پارامتر عملکرد کلی الگوریتم را محدود می کنند؛ فاصله بین مرزهای اولیه و مرزهای واقعی جسم و ترم متوقف سازی منحنی متحرک که شکل پذیری مرزها را کنترل می کند. برای فائق آمدن بر این محدودیت ها یک بخش بندی دو مرحله ای برای استخراج مرزهای ناهموار اما دقیق اولیه بکارگرفته شده است و سپس مرزها بکمک روش مدل شکل پذیر هندسی با ترم متوقف سازی تغییریافته، هموار شده و بهبود یافته اند.
    نتایج
    الگوریتم بر روی 40 مجموعه داده که هر یک شامل 400 تا 480 تصویر می باشد، اعمال گردید. نتایج نشان دهنده بهبود مرزهای استخراج شده می باشد. ارزیابی کمی نتایج نشان دهنده یک بهبود 6درصدی در دقت روش بخش بندی پیشنهادی در مقایسه با روش های متداول مبنی بر روش رشد ناحیه ای و آستانه گذاری می باشد. دقت بخش بندی این الگوریتم 95درصد می باشد.
    بحث و نتیجه گیری
    مرزهای استخراج شده با استفاده از مدل های شکل پذیر هندسی بهبود یافته هموار و دقیق تر می گردد. با توجه به وقت گیر بودن این الگوریتم استفاده از آن بتنهایی پیشنهاد نمی گردد. به منظور کاهش تعداد تکرار و زمان اجرا در این الگوریتم استفاده از روش دو مرحله ای جهت استخراج مرز اولیه دقیق و صحیح و بدنبال آن اعمال الگوریتم مدل شکل پذیر هندسی با تابع متوقف سازی تطبیق داده شده، پیشنهاد می گردد.
    کلیدواژگان: بخش بندی، کولونوسکوپی، مدلهای شکل پذیر هندسی، تصاویر سه بعدی تصاویر سی تی اسکن
  • سمیرا حیدریان، محمود جباروند بهروز، ابراهیم جعفرزاده پور، ریحانه وهابی صفحات 31-40
    مقدمه
    بررسی حساسیت کانتراست یکی از مهمترین آزمونهای سایکوفیزیکال است که جهت ارزیابی شرایط انکساری و کیفیت تصویر شبکیه ای می تواند مورد استفاده قرار گیرد. بنابراین پس لیزیک، جهت ارزیابی کیفیت تصویر شبکیه ای می توان از کانتراست متضاد رنگی زرد- آبی جهت دستیابی به این هدف استفاده نمود.
    مواد و روش ها
    در این بررسی سی چشم که مشکل انکساری اصلی آن مایوپی بوده است مورد ارزیابی قرار گرفته است. حساسیت کانتراست این افراد قبل و پس از عمل لیزیک در یک محیط و شرایط ثابت توسط آزمون حساسیت کنتراست متضاد رنگی زرد آبی مورد ارزیابی قرار گرفته است.
    نتایج
    نتایج بدست آمده حاکی از آن است که حساسیت کانتراست رنگی پس از عمل لیزیک شرایط بهتری را در مقایسه حساسیت کانتراست رنگی این افراد با عینک نشان می دهد. تفاوت آستانه رنگی حساسیت کانتراست قبل و بعد از عمل شرایط کاملا معنی داری (001/0 p<) رانشان می دهد.
    بحث و نتیجه گیری
    بهبود شرایط اپتیکی چشم مهمترین عامل بهبود کانتراست محسوب می شود. توجه به مبانی علمی جراحی انکساری به کمک لیزر (لیزیک) و مهارت و تجربه جراح از یک سو و نامطلوب بودن شرایط اپتیکی عینک بیماران به علت عدم وجود شرایط استاندار در تهیه و ساخت عینک طبی از مهمترین عوامل ایجاد کننده این نتیجه محسوب می شود.
    کلیدواژگان: حساسیت کانتراست، لیزیک، کانتراست، متضاد رنگی، خطای اپتیکی
  • هومن زاهد منش، فرزان قالیچی، سهراب بهنیا صفحات 41-50
    مقدمه
    کاربرد پزشکی امواج پر شدت و متمرکز فراصوت برای درمان تومورهای مغزی به دلیل تغییرات فاز و دامنه که به واسطه ناهمگونی های استخوان های جمجمه القاء می شود، بسیار محدود مانده است. به تازگی نشان داده شده است که روش تصحیح دامنه به وسیله معکوس کردن نسبت به زمان و جبران دامنه می تواند بر این محدودیت ها چیره شود. در این مقاله مدلی برای شبیه سازی دو بعدی روش معکوس سازی امواج نسبت به زمان ارائه شده که به خوبی نمایان گر آن است که چگونه توسط این روش می توان هر هدف دلخواه در داخل مغز را بدون نیاز به برداشتن استخوان جمجمه و به صورت کاملا غیرتهاجمی مورد هدف امواج فراصوت متمرکز قرار داد.
    مواد و روش ها
    یک مدل دو بعدی از سر بر اساس تصاویر MRIمغز ساخته شده است. مدل ساخته شده می بایست شامل هندسه واقعی مغز و جمجمه باشد چرا که انتشار امواج نسبت به هندسه ناهمگون جمجمه حساس می باشد. مدل ساخته شده همچنین باید شامل محیط کوپل کننده ای باشد که وظیفه کوپل کردن تراگردان و سر برای نفوذ امواج را دارد. ماده ای که به صورت کلینیکی به این منظور استفاده می شود، آب است. خواص آکوستیکی و گرمایی محیط های بافتی از مراجع استخراج شده اند. سپس یک آنالیز کوپل شده آکوستیک و حرارتی بر مبنای معادلات هلمهولتز و بیوهیت پنس توسط نرم افزار عناصر محدود 2/3 FEMLAB بر روی رایانه ای با 8 گیگابایت حافظه رم و 4/2 مگاهرتز Dual CPU انجام شد.
    نتایج
    به وضوح دیده می شود که امواج فراصوت دقیقا در مکان مورد نظر متمرکز می شوند. امواج به داخل سینوس ها نفوذی نداشته و از سطح آنها منعکس شده اند که به علت تفاوت زیاد سرعت صوت بین استخوان و هوا می باشد. تحت فشار آکوستیک 5/2 مگاپاسکال و 4 ثانیه صوت دهی درجه حرارت در کانون به 51 درجه سانتی گراد رسید و درجه حرارت استخوان های قبل از هدف به 31/56 درجه سانتی گراد افزایش یافت. در ناحیه پس از هدف درجه حرارت سینوس اسفنویید به 1/47 درجه سانتی گراد افزایش یافته و درجه حرارت استخوان های اوکسی پیتال به 46 درجه سانتی گراد رسید. همچنین نشان داده شد که به وسیله یک سامانه خنک کننده وکاهش دمای استخوان قبل از هدف تا 20 درجه سانتی گراد قبل از صوت دهی دمای استخوان های قبل از هدف از 40 درجه سانتی گراد تجاوز نکرده و به بافت استخوانی آسیبی وارد نخواهد شد.
    بحث و نتیجه گیری
    در این بررسی عددی به خوبی نشان داده شد که توسط روش آیینه معکوس کننده نسبت به زمان می توان هر نقطه دلخواه در داخل مغز را بدون نیاز به برداشتن استخوان جمجمه مورد هدف قرار داد. اگر چه در مقایسه با فرکانس های بالاتر در فرکانس های پایین مانند 300 کیلوهرتز امواج فراصوت دچار تعیرات فاز و انحرافات بیشتری در حین عبور ازمحیط هایی با سرعت های صوتی بسیار متفاوت و نا همگونی های هندسی میشوند، این شبیه سازی ها نشان می دهد که حتی در فرکانس های پایین امکان تصحیح این انحرافات به وسیله روش آیینه معکوس کننده نسبت به زمان وجود دارد. شبیه سازی حرارتی نشانگر آن است که توسط این روش درجه حرارت تومورهای بسیار عمیق مغزی در چند ثانیه به درجه حرارت مرگ سلولی می رسد.
    کلیدواژگان: فراصوت پرشدت و متمرکز، تومور مغزی، گرما درمانی فراصوت، روش عناصر محدود
  • بهروز سپهری، علی استکی، اسماعیل ابراهیمی تکامجانی، غلامعلی شهیدی، فاطمه خمسه، مرضیه معین الدین صفحات 51-60
    مقدمه
    از جمله عوارض بیماری پارکینسون سفتی طی حرکت غیر فعال می باشد. در حال حاضر یکی از شاخص های تعیین پیشرفت این بیماری اندازه گیری کلینیکی سفتی بر اساس معیار کیفی UPDRS میباشد. طبیعت کیفی این روش موجب دخالت نظر شخص پزشک در اندازه گیری می باشد لذا ابداع روشی استاندارد که دارای شاخص های کمی باشد، ضروری بنظر می رسد.
    مواد و روش ها
    در تحقیق حاضر با ساخت دستگاهی برای اندازه گیری کمی پارامتر های بیومکانیکی دخیل در سفتی و نیز محدوده حرکت مفصل آرنج، ارتباط بین این پارامتر ها و میزان پیشرفت بیماری بررسی گردیده است. این اندازه گیری ها برای دو گروه بیمار (مشتمل بر 41 نفر) و شاهد(مشتمل بر 11 نفر) انجام گردیده است. برای استخراج شاخص های تحقیق از نرم افزار Matlab و برای انجام بررسی های آماری از نرم افزار Spss استفاده شده است.
    نتایج
    گرچه در هریک از شاخص های ویسکوز و الاستیک تفاوت در گروه های شاهد و بیماران معنی دار میباشد، ولی همبستگی بین معیار کمی UPDRS با شاخص های ویسکوز بیشتر می باشد (860/0r = در مورد شاخص ویسکوز نرمال شده). محدوده حرکت به عنوان یک شاخص مستقل با درجه بیماری همبستگی ضعیفی دارد (326/0r =-).
    بحث و نتیجه گیری
    با بررسی نتایج تحقیق مشخص گردید که مشخصه ویسکوز برای تعیین درجه بیماری به مشخصه الاستیک ارجح می باشد. با انجام آزمایشهای بیشتر و بررسی بر روی هر یک از شاخص ها در بخش های مختلف از محدوده حرکتی بیماران، روش بکار رفته در این تحقیق ممکن است منجر به ابداع شیوه کمی استاندارد در تعیین پیشرفت بیماری پارکینسون گردد.
    کلیدواژگان: اندازه گیری کمی، سفتی، ویسکوز، الاستیک، بیماری پارکینسون
  • شهریار شهبازی، منیژه مختاری دیزجی، محمدرضا زرین، محمدرضا منصوری صفحات 61-70
    مقدمه
    مطالعات تهاجمی نشان داده اند که تحت تاثیر عواملی چون سن، پیشرفت ضایعات چشمی، تراکم فیبرهای عدسی و تغییرات بیوشیمیایی اجزا داخلی کره چشم، مشخصات فیزیکی و خواص الاستیسیته چشم تغییر می کند. در مطالعه حاضر روشی غیرتهاجمی برای برآورد الاستیسیته چشم انسان با استفاده از تصاویر فراصوتی پیشنهاد و رابطه آن با سن و جنس، مورد ارزیابی قرار گرفت.
    مواد و روش ها
    برای برآورد الاستیسیته چشم، سیستم بارگذار ویژه ای طراحی شد، به طوری که بافت چشم 20 فرد تحت تنش خارجی 146±2614 پاسکال، در محدوده کمتر از فشار کره چشم هر فرد، قرار گیرد. تصاویر فراصوتی مد B بدون اعمال تنش و پس از آن ثبت گردید. برای امکان بازخوانی مجدد تصاویر در طول فرایند بارگذاری، تصاویر فراصوتی به صورت فریم های متوالی توسط برد ضبط کننده ویدئو به کامپیوتر منتقل و امکان پخش، ذخیره و بررسی مجدد تصاویر مربوط به طول های محوری چشم و ضخامت دیواره خلفی آن قبل و پس از تنش فراهم شد. با توجه به تغییر نسبی ابعاد محوری چشم و ضخامت دیواره خلفی آن (کرنش محوری) و تنش اعمال شده، الاستیسیته برآورد گردید. در ادامه همبستگی آماری مدول الاستیک بر اساس جنس و سن مورد بررسی قرار گرفت.
    نتایج
    مدول الاستیک چشم و دیواره خلفی آن به ترتیب 27304±51777 و 4636±14603 پاسکال برآورد شد. یافته های حاصل از بررسی تغییر پارامتر الاستیک چشم و دیواره خلفی آن بر اساس جنس نشان داد که تمایز معنی داری میان پارامترهای الاستیک چشم و دیواره خلفی آن بر اساس جنس در دو گروه زن و مرد وجود ندارد. بررسی آنالیز همبستگی میان پارامتر الاستیک با سن نیز نشان داد که همبستگی معنی داری میان پارامتر الاستیک چشم و دیواره خلفی آن بر اساس سن با سطح معنی داری 95 درصد وجود دارد.
    بحث و نتیجه گیری
    این یافته ها می توانند کمک موثری در راستای توسعه ابزارهای فراصوتی برای تخمین میزان سختی ضایعات چشمی و ضخامت دیواره خلفی چشم داشته باشند.
    کلیدواژگان: فراصوت، الاستیسیته، ضخامت دیواره خلفی، چشم
  • پریناز محنتی صفحات 71-81
    مقدمه
    ذرات باردار سنگین شامل هسته های عناصری مانند آهن، آرگون، کربن و نئون هستند که همگی بار الکتریکی مثبت دارند. برای مفید بودن این ذرات در پرتودرمانی باید تا انرژی های چندین هزار میلیون ولت شتاب داده شوند. همچنین فضای کی هانی متشکل از فوتونهایی با انرژی بالا و ذرات تشعشعی است که تهدیدی برای فضا نوردان در ماموریتهای طولانی فضایی بشمار میرود. بنابراین بررسی اثرات بیولوژیکی این پرتوها حائزاهمیت است.
    مواد و روش ها
    در این تحقیق وقوع مرگ اینترفازی در سلولهای همسترچینی بعد از پرتودهی با یونهای شتاب یافته کربن، نئون، آرگون و آهن با مقادیر مختلف انتقال خطی انرژی از 10 الی 2000 کیلو الکترون ولت بر میکرومتر مورد بررسی قرار گرفت. دو روش جهت بررسی مرگ اینترفازی بکار گرفته شده است. روش مستقیم توسط عکس برداری دوره ای و با توجه به زمان و چگونگی تقسیم سلولی برای هر سلول بطور جداگانه مشاهده و ثبت می گردد. در روش غیر مستقیم با استفاده از کافئین توانستیم سلولهایی را که دچار مرگ اینترفازی بودند٬ سریعتر شناسایی کنیم.
    نتایج
    منحنی سلولهای پرتودیده با ایکس در مرگ اینترفازی بصورت خطی با افزایش آهنگ دز پرتوی افزایش می یابد ولی منحنی دارای آستانه یا شانه اولیه در ناحیه 10 گری می باشد. در حالیکه در مورد پرتو یونهای سنگین شتاب یافته با انتقال انرژی بالا منحنی دارای شانه اولیه ای نبوده و با افزایش دز پرتوی احتمال مرگ سلولی نیز افزایش می یابد. محدوده تغییرات مقدار انرژی برای ایجاد حداکثر اثر بیولوژیکی نسبی در مورد مرگ اینترفازی از 120 الی 230 الکترون ولت بر میکرومتراست. همچنین احتمال بروز مرگ سلولی در سطح هدف سلولهای تخمدان همسترچینی برای یونهای سنگین در حدود 04/0 الی 08/0 محاسبه گردید.
    بحث و نتیجه گیری
    افزایش انتقال خطی انرژی موجب افزایش اثر بیولوژیکی نسبی خواهد بود و در50 درصد از موارد پرتو دهی با یونهای سنگین در انرژی 230 کیلو الکترون ولت بر میکرومتر اثر بیولوژیکی نسبی به میزان حداکثر می رسد ولی بعد از آن با افزایش انرژی مقدار اثر بیولوژیکی نسبی کاهش می یابد. محدوده تغییرات مقدار انرژی برای ایجاد حداکثر اثر بیولوژیکی نسبی در مورد مرگ اینترفازی کمتر از مرگ میتوزی است.
    کلیدواژگان: مرگ اینترفازی، یونهای سنگین شتاب یافته، سلولهای تخمدان همستر چینی
  • حسین منتظری کردی، محمدحسین میران بیگی، محمدحسن مرادی صفحات 83-96
|
  • A. Boroomand, A. Ahmadian, M.A. Oghabian Pages 1-18
    Introduction
    The accuracy of analyzing Functional MRI (fMRI) data is usually decreases in the presence of noise and artifact sources. A common solution in for analyzing fMRI data having high noise is to use suitable preprocessing methods with the aim of data denoising. Some effects of preprocessing methods on the parametric methods such as general linear model (GLM) have previously been evaluated methods such as. In this study, besides the comparison of simple and noisy Independent Component Analysis (ICA) algorithms, the quantity effects of some spatial and temporal filtering have been evaluated on the functionality of ICA algorithms. Noisy ICA algorithms perform with a higher accuracy (up to 16%) in comparison to simple ICA for noisy fMRI data, although it is more time consuming than simple ICA. The accuracy of the results is improved by 8-10% using spatial and temporal filtering prior to simple ICA.
    Materials And Methods
    Simple ICA and noisy ICA methods have been compared for analyzing simulated fMRI data sets. The impact of some temporal and spatial filters on the functionality of simple ICA algorithms has been evaluated. Implemented filters have been proposed in low and high pass group.
    Results
    The sensitivity, specificity and temporal accuracy of simple ICA algorithms has been improved by using high pass filters. Although low pass filtering has some positive effects on the performance of simple ICA algorithms in the low SNR levels, in the high signal-noise Ratio (SNR) levels these low pass filters may cause a decrease in the sensitivity, specificity and temporal accuracy of simple ICA methods. Discussion and
    Conclusion
    The results obtained from simple and noisy ICA algorithms for analyzing fMRI data having high SNR levels are approximately similar. Infomax algorithm uses Gradient based methods for estimating unmixing matrix has better sensitivity, specificity and temporal accuracy than Fast ICA for analyzing noisy ICA data. An alternative to the complicated and time consuming noisy ICA algorithms is to preprocess and denoise fMRI data prior to analyzing it by simple ICA algorithms.
    Keywords: Independent Component Analysis, Functional MRI, Temporal Filter, Spatial Filter
  • S. Falahieh Hamidpour, A. Ahmadian, R. Aghaeezadeh, Zoroofi, M. A. Shabani, Samghabadi Pages 19-30
    Introduction
    Nowadays virtual colonoscopy has become a reliable and efficient method of detecting primary stages of colon cancer such as polyp detection. One of the most important and crucial stages of virtual colonoscopy is colon segmentation because an incorrect segmentation may lead to a misdiagnosis.
    Materials And Methods
    In this work, a hybrid method based on Geometric Deformable Models (GDM) in combination with an advanced region growing and thresholding methods is proposed. GDM are found to be an attractive tool for structural based image segmentation particularly for extracting the objects with complicated topology. There are two main parameters influencing the overall performance of GDM algorithm; the distance between the initial contour and the actual object’s contours and secondly the stopping term which controls the deformation. To overcome these limitations, a two stage hybrid based segmentation method is suggested to extract the rough but precise initial contours at the first stage of the segmentation. The extracted boundaries are smoothed and improved using a modified GDM algorithm by improving the stopping terms of the algorithm based on the gradient value of image voxels.
    Results
    The proposed algorithm was implemented on forty data sets each containing 400-480 slices. The results show an improvement in the accuracy and smoothness of the extracted boundaries. The improvement obtained for the accuracy of segmentation is about 6% in comparison to the one achieved by the methods based on thresholding and region growing only.Discussion and
    Conclusion
    The extracted contours using modified GDM are smoother and finer. The improvement achieved in this work on the performance of stopping function of GDM model together with applying two stage segmentation of boundaries have resulted in a great improvement on the computational efficiency of GDM algorithm while making smoother and finer colon borders.
    Keywords: Segmentation, Colonoscopy, Geometric Deformable Models (GDM), 3D Images, CT Scan Images
  • S. Heydarian, M. Jabarvand Behrooz, E. Jafarzadehpour, R. Vahabbi Pages 31-40
    Introduction
    contrast sensitivity is one of the most important psychophysical tests that may be used for the evaluation of refractive state of eye and retinal image quality. Yellow vs. blue color contrast sensitivity may be more suitable in this regard.
    Materials And Methods
    thirty myopic eyes were considered in this study. Yellow vs. blue color contrast sensitivity was evaluated under the same environment and conditions in these individuals pre and post LASIK.
    Results
    The comparison of yellow vs. blue color contrast sensitivity with glasses pre and post LASIK shows a significant improvement (p<0.001) in the contrast sensitivity.Discussion and
    Conclusion
    The improvement of optical state of the eye is the main reason for the improvement of contrast sensitivity. The reason behind performing LASIK surgery and surgeon's experience on one hand, and the undesirable quality of glasses due to the lack of standard in the manufacturing and glazing of correcting lenses on the other hand are the main factors behind the improvement of optical state of the eye.
    Keywords: Contrast Sensitivity, LASIK, Opponent Color Contrast, Optical Aberrations
  • H. Zahedmanesh, F. Ghalichi, S. Behnia Pages 41-50
    Introduction
    The medical applications of ultrasound on human brain are highly limited by the phase and amplitude aberrations induced by the heterogeneities of the skull. However, it has been shown that time reversing coupled with amplitude compensation can overcome these aberrations. In this work, a model for 2D simulation of the time reversal mirror technique is proposed to study the possibility of targeting any point within the brain without the need for craniotomy and to calculate the acoustic pressure field and the resulting temperature distribution within the skull and brain during a High Intensity Focused Ultrasound (HIFU) transcranial therapy.
    Materials And Methods
    To overcome the sensitivity of the wave pattern to the heterogeneous geometry of the skull, a real MRI derived 2D model is constructed. The model should include the real geometry of brain and skull. The model should also include the couplant medium which has the responsibility of coupling the transducer to the skull for the penetration of ultrasound. The clinical substance used as the couplant is water. The acoustic and thermal parameters are derived from the references. Next, the wave propagation through the skull is computed based on the Helmholtz equation, with a 2D finite element analysis. The acoustic simulation is combined with a 2D thermal diffusion analysis based on Pennes Bioheat equation and the temperature elevation inside the skull and brain is computed. The numerical simulations were performed using the FEMLAB 3.2 software on a PC having 8 GB RAM and a 2.4 MHz dual CPU.
    Results
    It is seen that the ultrasonic waves are exactly focalized at the location where the hydrophone has been previously implanted. There is no penetration into the sinuses and the waves are reflected from their surface because of the high discrepancy between the speed of sound in bone and air. Under the focal pressure of 2.5 MPa and after 4 seconds of sonication the temperature at the focus reached 51 °C and the temperature of the pre-target bone increased to 56.31 °C. In the post-target region the temperature of the sphenoid bone increased to 47.1 °C while the temperature of the occipital bones reached up to 46 °C. It is also shown that by using a cold water cooling system and cooling down the pre-target bones to 20 °C before sonication, the maximum pre-target bone temperature will not exceed 40 °C and hence the pre-target bone cells will remain intact.Discussion and
    Conclusion
    In this study, it is well demonstrated that by using the time reversal mirror technique it is possible to target any point within the skull without the need for craniotomy. Although at higher acoustic frequencies compared to the lower ones such as 300 kHz the ultrasound undergoes more severe aberrations while passing through media having geometrical heterogeneity and discrepant sound velocities, the simulations performed in this work show that even at such frequencies it is still possible to correct these aberrations using the time reversal mirror technique. The thermal simulations show that by using this method the temperature of the deep seated tumors can be increased to cytotoxic temperature in a few seconds.
    Keywords: High Intensity Focused Ultrasound, Brain Tumor, Ultrasound thermotherapy, Finite Element Method
  • B. Sepehri, A. Estaki, E. Ebrahimi Takamjani, G.A. Shahidi, F. Khamse, M. Moinoddin Pages 51-60
    Introduction
    One of the most common syndromes in Parkinson's disease (PD) is rigidity. Currently, an index is used to evaluate the level of PD by the clinical measurement of rigidity in the upper extremity. The index uses a subjective method called Unified Parkinson's Disease Rating System (UPDRS). The subjective nature of this method makes the influence of physician in the measurement of rigidity possible. Hence, the development of a new standard method based on objective indices is needed.
    Materials And Methods
    In this research, a new device was fabricated and used to measure the viscous and elastic indices and the range of motion during passive movement of elbow joint. The relation between each index and the level of illness was analyzed. The parameters were measured on 41 patients and 11 controls. The indices were extracted using Matlab-R14 software and the statistical analysis was performed using Spss-13.
    Results
    Although there were significant differences in both the viscous and elastic indices between the pair groups and also among the UPDRS groups, but better correlations of the viscous ones and UPDRS were found. The range of motion by itself has no good correlation with the level of the disease.Discussion and
    Conclusion
    Based on the obtained results, it can be inferred that using viscous indices of rigidity may have an advantage over the elastic ones for the evaluation of Parkinson’s disease.Upon conducting more trials and also considering the sub indices in different parts of the range of motion, the method used here may become a standard objective method for the evaluation of Parkinson's disease.
    Keywords: Measurement, Stiffness, Viscous, Elastic, Parkinson's disease, Objective
  • S. Shahbazi, M. Mokhtari, Dizaji, M. Zarin, M. Mansori Pages 61-70
    Introduction
    Based on the invasive studies it has been shown that factors such as age, the progress of eye disorders, lens fibers compression and the biochemical changes of ocular matrix alter the physical characteristics and elastic properties of eye. In this study, a noninvasive method of estimating human eye elasticityis proposed and its relation with age and gender is evaluated using ultrasound images.
    Materials And Methods
    To estimate eye elasticity, an especial loading system was designed and an external stress of 2614 ± 146 Pa which is less than the intraocular pressure of eye was applied to 20 eyes in an in vivo study. The pressure was measured using digital force gauge. The ultrasound images of B-mode were acquired prior to and post applying the stress. For the offline study throughout the loading process, the ultrasound images were saved as multi-frames into the computer by video grabber board. Monitoring, saving and further study of images were provided for the extraction of eye axial length and posterior wall thickness (PWT). The elasticity was estimated by measuring the relative changes of the axial length of eye, the posterior wall thickness and the applied stress. The statistical correlation of elastic modulus was analyzed based on age and gender.
    Results
    The elastic modulus of the eye and the posterior wall thickness was estimated to be 51,777 ± 27304 and 14603 ± 4636 Pa, respectively. The obtained results indicated that there was no significant difference between the elastic parameters of the eye and the posterior wall thickness based on gender in both male and female group. The correlation analysis of the elastic parameter showed that there was significant difference between the eye and the posterior wall thickness based on age with a 95% confidence interval. Discussion and
    Conclusion
    Based on the results obtained in this study the ultrasonic instruments might be used to estimate the hardness of eye lesions as well as eye posterior wall thickness.
    Keywords: Ultrasonography, Elasticity, Posterior wall thickness, Eye
  • P. Mehnati Pages 71-81
    Introduction
    Heavy ions are nucleus of elements of iron, argon, carbon and neon that all carry positive electrical charges. For these particles to be useful in radiotherapy they need to accelerated to high energy by more than thousand mega volts. Also the cosmic environment is considered to be a complicated mixture of highly energetic photons and heavy ions such as iron. Therefore, the health risks to astronauts during long mission should be considered.
    Materials And Methods
    The induction of interphase death was tested on Chinese hamster ovary cells by exposing them to accelerated heavy ions (carbon, neon, argon and iron) of 10-2000 linear energy transfers (LETs). The fraction of cells that underwent interphase death was determined by observing individual cells with time-lapse photography (direct method) as well as by the indirect method of counting cells undergoing interphase death made visible by the addition of caffeine (indirect method).
    Results
    The interphase death due to the exposure to X- rays is increased linearly as the dose exceeds the threshold dose of 10 Gy. Whereas the interphase death increases at a higher rate due to the exposure to high LET heavy ions and no threshold dose was observed. The range of LET values corresponding to the maximum RBE for the interphase death is 120-230 keV/µm. The probability of inducing the interphase death by a single heavy ion traversing through the nucleus is about 0.04-0.08.Discussion and
    Conclusion
    The relative biological effectiveness (RBE) of heavy ions as compared to X- rays as determined at the 50% level of induction is increased with LET. It reached a maximum value at a LET of approximately 230 keV/µm and then decreased with further increase in LET. The range of LET values corresponding to the maximum RBE appears to be narrower for interphase death than for reproductive death.
    Keywords: Interphase Death, Accelerated Heavy Ions, Chinese Hamster Ovary Cells
  • H. Montazery Kordy, M. H. Miran Baygi, M. H. Moradi Pages 83-96
    Introduction
    Amajor problem in the treatment of cancer is the lack of an appropriate method for the early diagnosis of the disease. The chemical reaction within an organ may be reflected in the form of proteomic patterns in the serum, sputum, or urine. Laser mass spectrometry is a valuable tool for extracting the proteomic patterns from biological samples. A major challenge in extracting such patterns is the optimum selection of feature subset from mass spectrum data.
    Materials And Methods
    In this research, the data corresponding to proteomic patterns of serum from patients with ovarian cancer was analyzed in two independent groups. Using a mathematical model, the baseline and electrical noises were eliminated in the preprocessing stage with subsequent normalization of mass spectra. The proposed method uses a hybrid algorithm based on a statistical test and Bhattacharyya distance measure. Using the final prediction error criteria, the best feature subset was selected from 15154 data points while maintaining the resolution and the valuable information. The selected feature subset was then used for the detection of biomarkers within the mass spectrum.
    Results
    Using the method of k-fold cross validation, the samples under study were divided into two sets called the learning and test. Using the least threshold value, the points having significance difference (p-value < 0.05) were selected. The best subset was then extracted from the remaining points such that it would have the maximum information content. By doing so, the number of input variables was reduced from 15154 to 80 points. In the next step, 16 and 6 biomarkers were selected for the two independent dataset. The obtained results show accuracy, specificity as well as sensitivity of 100%. Discussion and
    Conclusion
    To diagnose a disease in medicine is an example of pattern recognition in engineering and physical science. In this paper, a filter approach is introduced for feature subset selection which extracts appropriate features in the input space by using the combination of statistical method and distance measure based on information criteria. The result of this study emphasizes that the use of combination approach in feature extraction and selection in high dimensional data can appropriately separate the pattern classes in addition to maintaining the information content.