طراحی واجرای الگوریتم فوروارد تصاویر سیستم برش‌نگاری فلورسنت مولکولی با استفاده ازروش اجزای محدود

  مقدمه: تصویر ‌ برداری نوری مولکولی روش غیر تهاجمی است که در تشخیص بیماری ‌ ها در سطوح سلولی و ارزیابی عملکرد مولکولی در ارگان ‌ های زنده مورد استفاده قرار می ‌ گیرد. در ‌ بین روش ‌ های مختلف تصویربرداری مولکولی برش ‌ نگاری فلورسنت مولکولی (FMT) به ‌ عنوان یک روش غیر ‌ تهاجمی و دقیق با استفاده از پرتوهای غیر یونیزان معرفی شده است. این نوع تصویربرداری شامل یک دوربین سی ‌ سی ‌ دی به ‌ عنوان آشکارساز و یک منبع نوری می ‌ باشد که در دو جهت مخالف بدن حیوان کوچک قرار گرفته ‌ اند. در این تکنیک سلول مورد نظر با استفاده مادۀ فلورسنت نشان ‌ دار و توسط پرتوی لیزر تحریک می ‌ شود. برای دسترسی به اطلاعات مربوط به عمق و تراکم مادۀ فلورسنت نیازمند به الگوریتم ‌ های مناسب جهت بازسازی تصویر می ‌ باشد. منظور از بازسازی در تصویربرداری FMT تعیین شدت توزیع فلورسنت در عمق معین بافت مورد نظر است. مرحلۀ بازسازی شامل دو مرحلۀ Forward و Inverse می ‌ باشد. در مرحلۀ Forward با دانستن مکان چشمه می ‌ توان شدت فلورسنت رسیده به سطح بافت را تخمین زد و مرحلۀ Inverse شامل تخمین توزیع مکانی مادۀ فلورسنت با استفاده از شدت اندازه ‌ گیری ‌ شده در سطح بافت می ‌ باشد. هدف این مقاله توسعۀ یک الگوریتم فوروارد سریع با استفاده از روش اجزای محدود برای سیستم تصویر ‌ برداری برش ‌ نگاری فلورسنت مولکولی است.   روش بررسی: الگوریتم فوروارد براساس تقریب دیفیوژن با استفاده از روش اجزای محدود برای یک محیط همگن در محیط متلب نوشته شد. برای تعیین عملکرد صحیح الگوریتم، به ‌ عنوان ورودی در مرحلۀ بازسازی نرم ‌ افزار NIRFAST قرارگرفت و با نتایج به ‌ دست ‌ آمده با این نرم ‌ افزار نیز مورد مقایسه قرار گرفت.   یافته ‌ ها: نتایج نشان دادند که الگویتم نوشته ‌ شده با داده ‌ های به ‌ دست ‌ آمده از نرم ‌ افزار NIRFAST مطابقت دارند و ضریب همبستگی بیش از 92/0 است. با توجه به مقادیر P.value اختلاف معنی ‌ داری میان نتایج الگوریتم پیشنهادی و نرم افزار مرجع مشاهده نشد.   بحث و نتیجه ‌ گیری: یک الگوریتم تقریبی برای حل معادلۀ‌ دیفیوژن دو ‌ بُعدی بر ‌ اساس روش اجزای محدود برای اجرای الگوریتم فوروارد FMT نوشته شد. این الگوریتم شامل ساخت فانتوم، ساخت مش، تعیین نقاط گره ‌ ای، تعیین مکان منبع و آشکارسازها، جای ‌ گذاری منبع فلورسنت، حل معادلۀ دیفیوژن با استفاده از تقریب گالرکین و محاسبۀ شدت رسیده به سطح بود. با ‌ توجه به نتایج به ‌ دست ‌ آمده از الگوریتم پیشنهادی و مقایسه با نتایج نرم ‌ افزار NIRFAST می ‌ توان نتیجه گرفت که این الگوریتم از سرعت و دقت بالایی برخوردار است. این الگوریتم برای برنامۀ بازسازی در روش FMT می ‌ تواند مورد استفاده قرار گیرد.