Tugas Tpi-euis Nurvika (1)

A Review on Real-Time 3D Ultrasound Imaging Technology Disusun untuk memenuhi tugas akhir ujian mata kuliah Teknik Pesawat Imaging Dosen Pengampu : Very Ricardina, S.Si, MSc

Disusun oleh: EUIS NURVIKA P1337430216084

PROGAM STUDI SARJANA TERAPAN TEKNIK RADIOLOGI JURUSAN TEKNIK RADIODIAGNOSTIK DAN RADIOTERAPI POLITEKNIK KESEHATAN KEMENKES SEMARANG 2019

Jurnal di download pada tanggal 22 maret 2019

1. Introduction Teknologi ultrasound dalam beberapa tahun terakhir mendapat banyak perhatian. Selain biaya rendah dan tidak ada radiasi, sifat interaktif US yang sebagian besar dibutuhkan dalam operasi memfasilitasi penggunaannya secara luas dalam praktik klinis. Konvensional 2D AS telah banyak digunakan karena secara dinamis dapat menampilkan gambar 2D region of interest (ROI) secara real-time. Namun, karena kurangnya informasi anatomi dan orientasi, dokter harus membayangkan volume dengan gambar 2D planar secara mental ketika mereka membutuhkan pandangan struktur anatomi 3D. Keterbatasan pencitraan 2D AS membuat akurasi diagnostik jauh tidak pasti karena sangat tergantung pada pengalaman dan pengetahuan dokter. 3D US memungkinkan dokter untuk mendiagnosis dengan cepat dan akurat karena mengurangi waktu yang dihabiskan untuk mengevaluasi gambar dan berinteraksi dengan dokter yang ramah untuk mendapatkan pegangan bentuk dan lokasi lesi. Secara umum, pencitraan 3D US dapat dilakukan dengan tiga tahap utama: yaitu, akuisisi, rekonstruksi, dan visualisasi. Akuisisi mengacu pada pengumpulan B-scan dengan posisi relatif menggunakan probe 2D konvensional atau secara langsung mendapatkan gambar 3D menggunakan probe 3D khusus. Rekonstruksi bertujuan untuk memasukkan gambar 2D yang dikumpulkan ke dalam kisi volume reguler yang telah ditentukan sebelumnya. Visualisasi adalah untuk membuat array voxel yang dibangun dengan cara tertentu seperti pengiris bidang, rendering permukaan, atau rendering volume apa pun. 2. Akuisisi data Memperoleh gambar US-real-time 3D tanpa distorsi sangat penting untuk diagnosis klinis berikutnya. Dalam setiap pendekatan akuisisi data, tujuannya ada dua: pertama untuk memperoleh lokasi relatif dan orientasi gambar tomografi secara akurat, yang memastikan rekonstruksi 3D tanpa kesalahan, dan kedua untuk menangkap ROI secara cepat, yang bertujuan menghindari artefak yang disebabkan oleh kardiak, pernapasan, dan gerakan tak sadar, serta memungkinkan 3D visualisasi struktur dinamis secara real-time. Empat teknik representasi data AS 3D real-time representatif telah diusulkan, yaitu : 2.1. Transduser Array 2D Transduser array 2D memperoleh informasi 3D dengan pemindaian elektronik. Seperti yang diilustrasikan pada Gambar 1, elemen-elemen transduser array 2D menghasilkan sinar yang menyimpang dalam bentuk piramidal dan gema yang diterima diproses untuk mengintegrasikan gambar 3D AS secara waktu nyata. Berbagai pola array 2D diusulkan untuk membuat transduser array 2D, seperti periodik jarang array, Mills cross array, array acak, dan array Vernier. Sebagai transduser linier 1D, transduser array 2D dapat diurutkan dari permukaan cekung dan permukaan datar. Transduser cekung memiliki keuntungan memusatkan energi yang lebih tinggi ke area fokus. Flat transducers memiliki area akustik yang lebih luas dan dapat dikendalikan.

Gambar 1: Prinsip pencitraan volumetrik dengan transduser array 2D.

Gambar 2: Materi yang terdiri dari transduser matriks tipe unit tunggal. Substrat transduser array 2D dapat dibuat dengan berbagai bahan piezoelektrik (Gambar 2), seperti timbal zirkonat titanat (PZT), timbal magnesium niobate-lead titanate (PMN-PT), dan piezocomposites. Selain dari transduser piezoelektrik, transduser US micromachined kapasitif (CMUT) juga telah menunjukkan kinerja potensial sebagai rekanrekan mereka.

2.2. Probe 3D Mekanis. Dalam probe 3D mekanis, transduser array linier biasa digerakkan untuk memutar, memiringkan, atau menerjemahkan dalam probe di bawah kontrol komputer. Beberapa gambar 2D diperoleh di atas area yang diperiksa ketika motor diaktifkan. Tiga jenis pemindaian mekanis diilustrasikan dalam Gambar 4, yaitu pemindaian linier, pemindaian miring, dan pemindaian rotasi.

2.3 Penentu Lokasi Mekanis. Dalam probe mekanik 3D, mekanisme pemindaian terintegrasi di dalam instrumen genggam bersama dengan transduser linier 1D khusus. Namun demikian, localizer mekanik terdiri dari fixture eksternal yang memegang transduser 1D konvensional untuk memperoleh serangkaian gambar 2D berurutan. Secara umum, rute pemindaian ditentukan sebelumnya sehingga posisi relatif dan orientasi gambar 2D yang diperoleh dapat direkam secara tepat di komputer. Dengan informasi lokasi ini, gambar 3D US dapat dibuat ulang secara real-time. Pola pemindaian localizers mekanik dapat dikelompokkan menjadi 3 jenis: yaitu linear, miring, dan rotasi.

2.4 Pemindai tangan bebas. Menggunakan pemindai tangan bebas, dokter dapat memindai ROI dalam arah dan posisi yang sewenang-wenang, memungkinkan dokter untuk memilih tampilan optimal dan mengakomodasi kompleksitas permukaan anatomi. Empat pendekatan dengan sensor posisional yang berbeda diusulkan untuk melacak probe AS: yaitu, positioner akustik, positioner optik, articulatedarmpositioner, dan sensor medan magnet (Gambar 5). Selain itu, pendekatan berbasis gambar tanpa sensor posisi juga dikembangkan, misalnya, dekorasi speckle.

3. Algoritma Rekonstruksi Algoritma rekonstruksi real-time representasi voxel 3D dapat diklasifikasikan ke dalam 3 jenis berdasarkan implementasi: yaitu, Metode Berbasis Voxel (VBM), Metode Berbasis Pixel (PBM), dan Metode Berbasis Fungsi (FBM). Nilai voxel di grid menggunakan metode yang disebutkan di atas tergantung pada piksel sumber dari gambar scan 2DB yang diperoleh. 4. Volume Rendering 4.1. Algoritma Rendering. Kecepatan dan kualitas rekonstruksi memiliki pengaruh serius pada implementasi visualisasi waktu nyata dan ketepatan diagnosis praktis. Namun, teknik rendering juga memainkan peran penting dan, kadang-kadang, dominan dalam mentransmisikan informasi 3D kepada dokter tepat waktu. Ada tiga pendekatan dasar untuk visualisasi 3D gambar US: yaitu, proyeksi irisan, rendering permukaan, dan rendering volume. Salah satu pendekatan awal untuk rendering volume ray-casting didasarkan pada teknik proyeksi intensitas. Itu melemparkan sinar melalui gambar 3D dan setiap sinar memotong gambar dengan serangkaian voxel dan kemudian nilai-nilai voxel terukur atau hanya mengambil nilai maksimum untuk setiap sinar untuk menunjukkan anatomi secara transparan.

Rendering volume direct-ray-cast konvensional memiliki kelemahan yang tak terhindarkan dari akses data yang tidak koheren, sehingga mengakibatkan perhitungan yang tidak efisien karena arsitektur memori menderita latensi panjang dalam kasus akses acak. Beberapa upaya dilakukan untuk mengatasi tingginya biaya komputasi. Salah satu algoritma klasik tercepat yang dirancang untuk mengatasi perhitungan mahal dalam metode sinar-langsung adalah algoritma geser-warp yang memecah pengecoran sinar menjadi dua tahap, yaitu, komponen geser dan komponen warp (Gambar 16). Ia memproses potongan data 3D demi sepotong pada kotak volume asli untuk mengurangi interpolasi trilinear yang mahal secara komputasional menjadi interpolasi bilinear dan pada saat yang sama membuat akses data yang koheren dengan membatasi voxel yang di-resampel menjadi satu irisan pada satu waktu.

4.2. Pengaturan Rendering. Ada terutama dua pengaturan untuk rendering selama akuisisi dan penyisipan data: satu adalah untuk merender volume ketika setiap gambar yang baru didapat tiba dan telah dimasukkan ke dalam kotak voxel (mis., Sliceby-slice rendering volume rendering); yang lain adalah menunggu sejumlah frame untuk dipetakan ke volume sebelum rendering.



Multiple Scans per Rendering (MSPR).

 

One Scan per Rendering (OSPR). OSPR versus MSPR

5. Aplikasi a. Kebidanan Menggunakan probe mekanis 3D transabdominal cembung (3,5MHz) dan rendering permukaan, pencitraan US 3D real-time tersedia untuk janin yang dikelilingi oleh cairan ketuban yang cukup dalam diagnosis prenatal. Kelainan pada wajah janin, misalnya, mikrognatia dan bibir sumbing, dapat terdeteksi dalam pencitraan US 3D real-time. Selain itu, pencitraan US 3D realtime juga dapat diterapkan untuk membantu diagnosis pada anomali tulang rusuk, akumulasi cairan, dan kelengkungan tulang belakang yang tidak normal. Memanfaatkan matriks array transduser memungkinkan multimodality, misalnya, pencitraan xPlane hidup dan permukaan 3D langsung, untuk memeriksa jantung janin secara real-time. b. Kardiologi. Ekokardiografi 3D real-time diusulkan untuk memvisualisasikan keseluruhan anatomi ruang jantung. Dengan integrasi transduser matriks, ekokardiografi 3D real-time semakin banyak digunakan untuk secara kuantitatif mengukur volume ventrikel kiri dan perubahan dinamis volume ruang selama siklus jantung. Ini memberikan informasi fungsional, misalnya, aliran darah dan fraksi ejeksi, untuk mendiagnosis penyakit jantung iskemik dan bawaan. c. Bimbingan Bedah. Memanfaatkan matriks array transduser, real-time 3D transrektal AS dapat meningkatkan akurasi implan beku. Intervensi lain, misalnya, cryoprobe, yang membantu dalam mengobati kanker prostat dan hiperplasia prostat, juga dapat mengambil keuntungan dari panduan yang tepat dari pencitraan US 3D real-time dengan probe 3D mekanis dalam pemindaian rotasi. Dengan bimbingan pencitraan US 3D real-time, biopsi mampu mendiagnosis kanker secara pasti dan mengurangi trauma psikologis dalam pembedahan.

d. Jaringan Muskuloskeletal. Pencitraan 3D US waktu nyata dapat dengan mudah menunjukkan detail anatomi sendi kecil yang tidak dapat terdeteksi menggunakan pencitraan 2D AS tradisional dan secara dramatis mengurangi waktu pemeriksaan. Dengan kemampuan untuk menggambarkan struktur artikular dan berpengalaman, 3D US-real-time semakin banyak diterapkan dalam diagnosis reumatologi. Deteksi reumatologi termasuk erosi tulang pada sendi kecil, entesitis, dan robekan sebagian tendon, yang membutuhkan gambar yang ditunjukkan dengan kualitas tinggi. e. Pencitraan Vaskular. Probe cembung (1-5MHz) yang dikombinasikan dengan pelacak posisi amagnetik, pengukuran diameter aorta, volume plak, dan derajat stenosis dapat diimplementasikan untuk memprediksi aneurisma aorta. Galur aorta, yang merupakan indikator perubahan biomekanik yang disebabkan oleh aneurisma aorta , juga dapat dideteksi dengan ekokardiografi real-time. Pencitraan US intravaskular 3D real-time yang menggunakan sensor pelacak elektromagnetik atau pengatur posisi optik memungkinkan penyelarasan yang tepat dari pencangkokan stent aorta endovaskular [87] dan deteksi pembuluh darah perifer untuk panduan penyisipan kanula. f. Urologi. Real-time 3D US telah didemonstrasikan sebagai alternatif non-invasif untuk voiding cystourethrography (VCUG) konvensional, yang merupakan investigasi invasif untuk diagnosis dan pemantauan pengobatan refluks vesikoureteral. Pencitraan cystoscopy virtual berbasis US 3D real-time dapat digunakan untuk mendeteksi kambuhnya kanker kandung kemih. Metode pencitraan Transurethral US (TUUS) umumnya digunakan dalam evaluasi dasar panggul, uretra, detrusor, dan levator ani. Ini memberikan informasi yang berguna dalam diagnosis stres inkontinensia urin dan etiologi disfungsi dasar panggul. 6. Kesimpulan Dengan sifat yang inheren dari biaya rendah dan tidak ada radiasi, kapasitas memvisualisasikan secara dinamis anatomi dan geometri dalam interaksi waktu-nyata dan ramahpengguna dengan operator memperluas penerapan pencitraan US 3D waktu-nyata dalam pemeriksaan klinis yang semakin meningkat. Pendekatan utama untuk mencapai sistem pencitraan AS waktu-nyata dibahas secara sistematis dalam ulasan ini. Rincian teknis implementasi dan perbandingan di antara berbagai pendekatan memberikan panduan untuk merancang sistem yang tepat untuk penggunaan praktis dan meningkatkan pencitraan 3D US real-time yang berpotensi dengan kualitas lebih tinggi dan biaya waktu lebih rendah. Kegunaan 3DUS real-time telah ditunjukkan oleh berbagai macam aplikasi klinis, lebih lanjut menunjukkan peran dan signifikansinya dalam bidang pencitraan medis dan diagnosis.

Jurnal / artikel : A Review on Real-Time 3D Ultrasound Imaging Technology, Qinghua Huang and Zhaozheng Zeng.