بخش‌بندی چندکلاسه عروق کبدی در تصاویر CT با استفاده از الگوریتم‌های خودکار یادگیری عمیق

سال شروع: 1401

دانشجو: سحر سرکار، مقطع کارشناسی ارشد مهندسی کامپیوتر-هوش مصنوعی

امروزه استفاده از سامانه‌های راهبردی جراحی به کمک تصاویر در همه‌ی حوزه‌های جراحی از نمونه‌برداری تا جراحی‌های پیچیده امری ضروری محسوب می‌شود. یکی از حوزه‌های جراحی که به‌شدت نیازمند استفاده از این سیستم‌ها می‌باشد، جراحی کبد است. کبد به دلیل دربرداشتن سرخرگ کبدی، سیاهرگ کبدی و سیاهرگ باب دارای آناتومی پیچیده‌ای است و به همین دلیل خطر جراحی‌های کبدی بالا می‌رود. در فرایند جراحی کبد، مکان‌یابی دقیق عروق کبدی از اهمیت بالایی برخوردار است. با این حال، به دلیل تنوع زیاد و ساختار پیچیده‌ی عروق کبدی، تشخیص واضح آن‌ها در حین جراحی برای پزشکان زمان‌بر و دشوار است؛ بنابراین بخش‌بندی عروق کبد قبل از عمل جراحی بسیار مهم است. قبل از عمل جراحی، پزشکان با بررسی تصاویر توموگرافی کامپیوتری، اقدام به تجسم مدل سه‌بعدی از ساختار عروق کبدی می‌کنند. بخش‌بندی دستی یک فرایند زمان‌بر، خسته‌کننده و تابع تجربه و مهارت متخصصان است؛ به همین دلیل از روش‌های نیمه‌خودکار و کاملاً خودکار بخش‌بندی استفاده می‌شود. در نهایت، با توجه به وجود چند نوع عروق کبدی و اهمیت در نظر گرفتن هم‌زمان این عروق، می‌توان ادعا کرد که این مسئله به یک مسئله‌ی بخش‌بندی چند کلاسه تبدیل می‌شود.

ایجاد و بروزرسانی مدل سه بعدی ساختارهای حیاتی کبد در حین عمل جراحی

سال شروع: 1401

دانشجو: مهدیه رحمانی، مقطع دکتری تخصصی مهندسی پزشکی-بیوالکتریک

دقت جراحی کبد به مکان یابی دقیق تومورها، ساختار عروقی و مجاری صفراوی بیمار بستگی دارد. در نتیجه فراهم کردن اطلاعات سه­ بعدی مورد نیاز جراح از بافت کبد، تومور، ساختار عروقی آن و مجاری صفراوی پیش از عمل امری ضروری و چالش برانگیز است. از سوی دیگر پس از شروع جراحی نیز جابجایی بافت و ساختار آناتومیکی کبد حین عمل تحت تاثیر عواملی همچون عقب نشینی و تحریک عضلات شکمی از مهم­ترین عوامل محدود کننده دقت جراح می­ باشد. تغییر شکل و موقعیت کبد در حین عمل جراحی سبب می ­شود داده­ های حاصل شده از ساختار حیاتی کبد پیش از عمل دچار تغییرات شده که میزان این جابجایی در افراد مختلف، متغییر است و لذا مدل سه ­بعدی پیش از عمل اعتبار کافی به منظور استفاده در حین عمل جراحی را ندارد.

این امر سبب ایجاد ضرورت بروزرسانی مدل سه بعدی ساختارهای حیاتی کبد در حین عمل می­ شود. بنابراین، چالش اساسی در جراحی باز کبد مبتنی بر تصویر، انطباق ساختارهای حیاتی حاصل از داده ­های تصویری به دست آمده پیش از عمل با موقعیت حین عمل بافت است. به همین منظور، انطباق مدل سه بعدی پیش از عمل و موقعیت ساختارهای حیاتی کبد بیمار در حین عمل به منظور تصحیح جابجایی کبد امری ضروری محسوب می­ شود.

بازسازی سه‌بعدی مفصل زانو از تصاویر X-ray دو بعدی با استفاده از شبکه­ های یادگیری عمیق به منظور افزایش دقت در جراحی های شکستگی پروکسیمال تیبیا

سال شروع: 1400

دانشجو: علی کاظمی، مقطع دکتری تخصصی مهندسی پزشکی-بیوالکتریک

جراحی­ جا اندازی باز و فیکس کردن شکستگی­ های استخوان از شایع­ترین موارد در جراحی­ های ارتوپدی است که شامل شکستگی­ های لگن، استخوان ران، ستون فقرات، سطوح مفصلی و غیره می ­باشد. زمانی­که شکستگی پروکسیمال تیبیا اتفاق می­ افتد، در کنار ترک‌ خوردگی و جابجایی در قسمت‌ کندیل های تیبیا، فرورفتگی به وجود می ­آید که حاصل آن ایجاد ناهمواری در سطح مفصلی زانو و متعاقب آن آرتروز زودرس زانو در صورت عدم اصلاح می­ شود. هدف در جراحی، بالا آوردن دقیق سطح مفصلی و بازسازی آن است. اما امکان دسترسی به CT Scan به عنوان بهترین روش در حین عمل جراحی محدود است، به­ همین دلیل در حال حاضر از سه روش مرسوم حین عمل جراحی برای این منظور استفاده می­ شود:

روش اول: استفاده از تصویربرداری فلوروسکوپی یا C-arm دوبعدی (دارای دقت پایین)

روش دوم: باز کردن مفصل زانو و بررسی میزان اصلاح زیر دید مستقیم (تحمیل آسیب بیشتر به بیمار)

روش سوم، استفاده از ابزارهای آرتروسکوپی (ایجاد عارضه و سندرم کمپارتمان)

از این رو، نمایش مدل سه‌بعدی از سطح مفصلی پروکسیمال تیبیا در مفصل زانو، گامی مهم و کاربردی جهت ارزیابی، نمایش و طرح ریزی در حین عمل جراحی محسوب می­ شود. در نتیجه این پروژه، این امکان برای پزشک جراح فراهم می­ شود که بتواند با توجه به تصویر سه بعدی ارائه شده از مفصل زانو در حین عمل جراحی شکستگی پروکسیمال تیبیا، میزان فرورفتگی را در قسمت کندیل تیبیا ارزیابی کند و بر این اساس بتواند اصلاحات لازم و بالا آوردن سطح مفصلی را با دقت مناسب انجام دهد تا منجر به افزایش موفقیت عمل شود. 

ایجاد مدل سه بعدی ساختارهای حیاتی توسط بخش بندی تصاویر CT و MRI

سال شروع: 1400

دانشجو: مهدیه رحمانی، مقطع دکتری تخصصی مهندسی پزشکی-بیوالکتریک

ساختار آناتومی پیچیده کبد به دلیل در برگرفتن ورید پورت، ورید کبدی، سرخرگ کبدی و مجاری صفراوی، ریسک جراحی­ های کبد را بالا می­ برد. به همین منظور جراح پیش از عمل به بررسی تصاویر CT و MRI بیمار می ­پردازد و مدل سه بعدی از اطلاعات مورد نیاز مانند بافت کبد، تومور، موقعیت رگ­ ها و مجاری کبدی را در ذهن خود مجسم می­ کند. این فرآیند علاوه بر زمان بر بودن، وابسته به مهارت جراح و نیازمند کسب تجربه ­ی بسیاری است. در نتیجه فراهم کردن اطلاعات سه ­بعدی مورد نیاز جراح از بافت کبد، تومور، ساختار عروقی آن و مجاری صفراوی پیش از عمل، امری ضروری و چالش برانگیز است. لذا هدف از این پروژه بخش ­بندی خودکار و ایجاد مدل سه­ بعدی کبد، شبکه عروقی، تومور و مجاری صفراوی به منظور ایجاد مدل سه ­بعدی دقیق پیش از جراحی است. به دست آورن این اطلاعات سه بعدی پیش از عمل جراحی مبتنی بر تصویر در جراحی های کبد مزیت­ هایی از جمله ارزیابی استراتژی­ های حین عمل، شناسایی کردن خطرات آناتومیکی و ریسک ­های حین عمل و مشخص کردن یک حاشیه ایمنی مطمئن برای برداشتن تومور را در اختیار جراح قرار می­ دهد. 

بازسازی خودکار تصاویر CT شکستگی های گونه با کاربرد در جراحی هدایت شده استخوان فک و صورت

سال شروع: 1399

دانشجو: زهرا منتظریانی، مقطع دکتری تخصصی مهندسی پزشکی-بیوالکتریک

شکستگی گونه یکی از شایع ترین صدمات در ناحیه میانی صورت است. این نوع شکستگی مشکلات بسیاری از جمله محدودیت باز شدن دهان و عدم تقارن صورت را به همراه دارد. جراحی جا اندازی استخوان های شکسته می تواند تا حد زیادی این مشکلات را مرتفع می سازد. تنظیم دقیق استخوان گونه به نحوی که تقارن در دو طرف بیمار به شکل قبل از شکستگی برگردد یکی از چالش هایی است که جراحان با آن روبرو هستند که ایجاد تقارن در صورت بیمار بیشتر بر تجربه و مهارت جراح تکیه دارد. افزایش دقت و کمک به کاهش خطاهای انسانی، فراهم آوردن امکان طرح ریزی های پیش از عمل، ساخت ایمپلنت ها و پروتزهای مختص بیماران و استفاده از نویگیشن حین عمل از جمله مهمترین عوامل گرایش جراحان به استفاده از این تکنولوژی ها در حوزه فک و صورت است. در این پروژه، هدف بازسازی خودکار تصویر شکستگی ناحیه گونه و به طبع آن کاهش زمان طرح ریزی و وابستگی نتایج به اپراتور و همچنین فراهم آوردن بستر مناسب جهت ردیابی استخوان در جراحی های جا اندازی استخوان گونه است. در صورت انجام بازسازی خودکار و کاهش قابل توجه زمان طرح ریزی می توان امکان انجام جراحی جا اندازی استخوان گونه در ساعت اولیه آسیب دیدگی را ایجاد نمود و به دنبال آن بازده جراحی را افزایش داد.