הפקולטה להנדסה - המגמה להנדסה מכנית

יוני 2002

תקציר לספר ספר הפרוייקטים

הכין:     גכמן ודים (305919128)

מנחה: ד"ר יגאל גראד

תקציר

נושא הפרוייקט: שיפור דיוק השתלות סטנטים באמצעות ניתוח הנדסי של השיקוף

ופעולת הצינטור.

מטרת הפרוייקט:

מחלות כלי דם ולב מהוות את הגורם התמותה העיקרי בבני אדם. חלק מבעיות אלו, כמו טרשת עורקים, מתבטא בהצרויות של כלי דם הגורמות לספיקה מופחתת של דם לאיבר מסוים או חלקו של גוף האדם. דבר זה יכול לגרום לשיתוק ולעתים אף למותו של אותו איבר או חלק הגוף עליו נפסקה הספקתו של הדם. אחד הפתרונות לטפל בבעיות אלו הינה השתלת סטנט לתוך כלי הדם, המבוצע ע"י צינטור. סטנטים הם מתקנים הדומים לצינורות גליליות מרושתות העשויים בדרך כלל ממתכת או חומר פלסטי ומיועדים להשתלה בתוך המעברים הגליליים של גוף האדם. משתילים את הסטנטים כדי לשמור על שטח חתך של המעברים האלה פתוח מפני טראומה או מחלה, אשר יכולים להתכווצותם או סגירתם המלאה. המטרה של הפרוייקט היא בניית תוכנה גרפית שמיועדת לשימוש בעת השתלת הסטנט אשר תתן פיתרון למספר בעיות:

1.בעיה של הבלטת העורק (בידודו) משער החלקים על תמונת השיקוף.

2. כיום על מנת לחסוך בכמות של הזרקות של חומר ניגוד וכמות השיקופים (דבר שמזיק לבריאות

המטופל) מתבצע סימון של מיקום ההשתלה ידנית עם טוש על גבי המוניטור עצמו. על מנת

למנוע זאת ולעזור לרופא להדגיש מקום ההתשלה נדרש לבנות אלגוריתם אשר יוכל להלביש

סימון ראשוני על תמונות נוספות.

3. לצורך ביצוע ההשתלה נדרש לבצע מדידה של המקום המיועד לכך (קוטר העורק), לכן נדרש

לבנות מנגנון מדידת העורק , מדוייק ככל האפשר.

4. נדרש לתת למשתמש (רופא המנתח) אפשרות לבחור תמונה מסרטון השיקוף. (במהלך הניתוח

מתבצעת הקלטה של תהליך הזרקת חומר ניגוד). ע"י שימוש בסרטון זה יש לבנות מנגנון

שיאפשר למנתח לבחור תמונה ה"מוצלחת" והרצויה ביותר.

5. כיום ישנם מספר קבצים המחילים נתונים של ניתוחי השתלה שבוצעו ושצריכים להתבצע

והמעקב עליהם. הקבצים האלו אינם מרוכזים תחת ממשק אחד לכן יש צורך לספק מנגנון

אשר יאפשר גישה פשוטה לקבצים הנ"ל.

6. התוכנה והממשק צריכים להיות פשוטים ונוחים להפעלה ולענות על הדרישות שפורטו לעיל.

7. העיבוד של התמונה חייב להיות מהיר על מנת לא לגרום לעיכוב במהלך הניתוחים. (כיודע עיבוד קבצי תמונה הינו תהליך מסובך וממושך ועל כן יש לחשוב על פתרון לבעיה זו).

8. הוספת מגוון רחב של מניפולציות שונות אשר יאפשרו למשתמש להגיע לתוצאה הרצויה כגון (שרטוט על גבי התמונה, היפוך, סיבוב,שינוי בהירות ושינוי צבעים וכו').

מהות העבודה:

כתיבת תוכנה, התבצעה בשפת Visual Basic. בחירת שפה זו נובעת מכך ש- Visual Basic מאפשר לספק ממשק משתמש נוח ויעיל. השיקופים של תמונות נוצרו כקובץ BMP לכן היה צורך ללמוד ולהבין צורתו ויחודיותו של קובץ מסוג זה. ניתוח של פורמט קובץ BMP איפשר בנייה של אלגוריתמים לעיבוד תמונה. על מנת לענות על כל הדרישות שפורטו לעיל נבנו מספר אלגוריתמים שונים שמותאמים לפורמט קובץ BMP ולכן מאפשרים לבצע מניפולציות שונות ולהגיע לתוצאות הרצויות.

הבלטת תמונה - קיימים אלגוריתמים השונים במהותם אשר מטפלים באותה בעיה אך מכיוונים שונים ובדרכים אחרות וזאת על מנת לתת כיסוי לכל המגוון הרחב של התמונות האפשריות. במהלך כתיבת קוד להבלטת התמונה השתמשתי בשלושה אלגוריתמים שונים אשר משלימים אחד את השני וכך מאפשרים להגיע לתוצאה המדויקת ביותר.

הלבשת תמונה – פותח אלגוריתם המאפשר לזכור עיבוד של תמונה שהתבצע על המסך בזכרון של המחשב והלבשתו על תמונה חדשה על פי בחירת המשתמש. דבר שמייתר צורך לסמן מקום ההשתלה ע"י טוש על גבי המסך.

מדידת קוטר העורק – יישמתי אלגוריתם של חישוב מרחק מנקודה לישר – המרחק הקצר ביותר. בעזרת אלגוריתם זה התוכנה מבצעת מדידה קוטר העורק והן מבצעת תיקון אוטומתי לצורך דיוק של המדידה.

פירוק סרטון שיקוף – עפ"י סקר שוק שביצעתי קיימת תוכנה המאפשרת חלוקת סרטון לפריימים בודדים. קיימת אפשרות לרכוש את התוכנה ולשלבה בתוך הממשק שמאפשר גישה ישירה לשימוש התוכנה.

איחוד נתונים בתוך הממשק – נבנה חלון אינטרקציה עם תוכנות חיצוניות כגון Video Player, Excel וכו'.

ממשק משתמש – הפעלת פונקציות של התוכנה נעשות ע"י ממשק שמחולק לשלושה כאשר כל חלק אחראי על סוג מניפולציה מסוימת (הבלטת תמונה, מדידה, אפקטים וכו'). הצורה הלוגית של הממשק הינה נוחה ופשוטה לשימוש.

מהירות העיבוד – הפרמטר הנ"ל הינו החשוב ביותר מכיוון ששימוש בתוכנה יתבצע בזמן אמת (ניתוח) ונדרשת מהירות מירבית לקבלת תוצאות. לשם השגת מטרה זו, שונה הקונצפט הראשוני של עיבוד ישיר על גבי המסך והוחלף בעיבוד בזכרון של המחשב, דבר ששיפור את מהירות הביצוע באלפי אחוזים.

כדאיות כלכלית:

כיום מערכות לעיבוד תמונה אשר נמצאות בשימוש של בתי חולים גדולים הינם מסובכות ויקרות ודורשות מגוון רחב של אמצעים: תוכנה, חומרה וציוד נוסף. כך לצורך החסרת תמונה משתמשים בטכניקת הקלטה לפני ואחרי הזרקת חומר ניגוד ושילוב של התמונות הללו (המרכיב צהמשתנה בתמונה הינו צבעו/קהות של העורק עצמו ולכן ע"י החסרה של שת התמונות מתקבלת התמונה הרצויה) תהליך זה הינו יקר. כמו כן פיתוח של מערכות הנ"ל נעשה בעיקר ע"י חברות גדולות ולכן התוצאה הישירה היא המחירן הגבוה. אחת המטרות של הפרויקט הנ"ל לבנות מערכת אלטרנטיבית אשר תוכל לספק מנגנון שבמהותו יוכל להחליף מנגנון המקורי והן להוזיל עלותו.

תוצאות ומסקנות:

שבץ מוחי היא תופעה נפוצה ביותר בין הגורמים המובילים למוות ולנחות. במשך שנים רבות האנושות מנסה להיתגבר על "קדחת" של המאה העשרים ותחילת המאה הנוכחי שהיא – שבץ מוחי. זאת בעיה שקשה לצפותה ועוד יותר קשה למנוע. חברות רבות מנסות למצוא פתרון לבעיה זו. בחב' MindGuard מנסים להתמודד עם הבעיה ע"י פיתוח של הסטנט אשר ימוקם בצומת של עורק כך שבעת זרימה חזקה של דם לכיוון הראש הסטנט "ידאג" שכמות הדם שתעבור לראש לא תהינה יותר גדולה מהכמות הנדרשת, כאשר שאר זרם הדם יופנה לכיוון אחר.

עצם העובדה כי מדובר בחיי האדם מחייבת התייחסות מאוד דקדקנית הן לאיכות החומר שממנו מיוצר הסטנט, הן לסטריליות מוחלטת והן לפיתוח מדויק של הסטנט עצמו. השתלת הסטנט בעורק, הינה פרוצדורה מסובכת שדורשת שימוש בציוד חדשני וממוחשב ותוכנה שנותנת מענה לדרישות הבסיסיות.

כל המטרות שהוצבו בפני בתחילת הפרויקט הושגו. השתדלתי לבנות ממשק שיקל על עבודתם של רופאים ומהנדסים השוקדים על פתרון בעיה זו.