مزاحمی با نام نویز

در یک تعریف کلی، به هر نوسان و تغییر غیر عمدی که بر روی سیگنال های مورد اندازه گیری ظاهر می‌شود ،نویز گفته می‌شود . هر کمیتی می تواند نویز بپذیزذ . در مدار های الکتریکی بیشتر با نویر ولتاژ و جریان سر و کار داریم ؛ این نویز ناشی از تغیرات گرمایی و تاثیر آن‌ها بر روی حامل‌های الکترونیکی است. در ناحیه رادیو و میکرو ویو با نویز های الکترو مغناطیسی روبرو هستیم. گاهی نیز نویزی که ناشی از گرما یا تابش و یون های کم انرژی هستند. اما نویز می تواند به علت تغییرات غیر عمدی کمیت‌های دیگری نیز ایجاد شود.
نویز در همه جا حضور دارد؛ هرجا که سیگنالی اندازه گیری می شود، حتما نوعی نویز بر روی آن ایجاد می شود. هر آزمایش دقیق و با کیفیت بالا که در دنیای فیزیک انجام می شود، به دقت زیادی نیاز دارد تا به توان نویز محیط را پیش بینی و تاثیر آن را کم کرد. اهمیت تحلیل نویز هنگامی کاملا نمایان می شود که کیفیت سیگنال اندازه گیری شده به وسیله مقدار مطلق انرژی سیگنال تعیین نشود بلکه از نسبت سیگنال به نویز تعیین می شود . نتیجه تحققات نشان می دهد که بهترین روش برای بهبود نسبت سیگنال به نویز، کاهش نویز است نه افزایش قدرت سیگنال.
نویز تصادفی طبق تعریف ، غر قابل کنترل است و مقدار دقیق آن در آزمایش های مختلف با هم متفاوت است. پس بهتر است که به صورت آماری نشان داده شود. نویز، تصادفی است و معمولا توزیع آن را توزیع گوسی در نظر می گیرند( البته این توزیع معمولا در نظر گرفته می شود ولی در شرایط متفاوت ممکن است توزیع های متفاوتی در نظر گرفته شوند ) . تصادفی بودن نویز باعث می شود که میانگین آن صفر شود . بنابراین برای توصیف آن از مقادیر توان دو آن استفاده می شود . مقدار موثر نویز از جذر میانگین مربعات آن به دست می آید . (rms ) البته این پارامتر هیچ اطلاعاتی در مورد متغیر با زمان بودن نویز یا اجزای فرکانسی آن نمی دهد.
نویزی ایستا گفته می شود ( نا متغیر با زمان ) که ویژگی های آماری آن با زمان تغییرنکند. به طور مثال واریانس یا مقدار موثر آن با زمان تغییر نکند .
در سیستم هایی که چند منبع نویز وجود داشته باشد نویز کلی می تواند به صورت مجموع نویز های مختلف در نظر گرفته شود. اگر این نویز ها مستقل از یکدیگر باشند می توان مقدار موثر را به صورت جمع مقدار های موثر تک تک منابع نویز در نظر گرفت ( نویز هایی مستقل هستند که میانگین حاصلضزب دو به دوی نویز ها صفر شود).
● انواع نویز
نویز بر اساس تغییرات زمانی و فرکانسی خود بیشتر مشخص می شوند . نویز های زیر معمول ترین نویز های موجود هستند:
▪ نویز سفید
نویز سفید طیفی به نویزی گفته می شود که طیف چگالی آن به فرکانس بستگی نداشته باشد ( مقدار ثابتی باشد ). البته این یک تعریف ایده ال است زیرا اگر از یک عدد ثابت نسبت به فرکانس انتگرال بگیریم ، واریانس نویز ( یا همان انرژی نویز ) بی نهایت به دست می آید . در سیستم های هایی که بیشتر مورد بررسی قرار می گیرند ، نویز عملا سفید نیست بلکه "صورتی " است .به این معنا که داری فرکانس قطع است. این فرکانس قطع باعث می شود که واریانس نویز محدود شود . نویز سفید به دو صورت ظاهر می شود : نویز دمایی و اثر ساچمه ای.
▪ آشفتگی هارمونیک
آشفتگی های هارمونیکی در واقع نویز های تصادفی نیستند بلکه آشفتگی هایی هستند که از منابع نزدیک گرفته می‌شود ( یا اصطلاحا نویر از طریق منابع نزدیک بر روی سیستم افتاده است ).این نویز ها می توانند به وسیله طراحی‌های مناسب حذف شوند .روش هایی که برای حذف این نویز استفاده می شوند عبارتند از : پوشش،زمین کردن مناسب ، کاهش حساسیت سیستم به نویز گرفتن .از آنجا که آشفتگی های هارمونیک دارای فرکانس های مشخصی هستند ، باعث ایجاد نوسانات غیر میرا در سیگنال و ایجاد ضربه در طیف فرکانسی می شوند .این رفتار تکین باعث می‌شود که نوع آن ها با نویز های دیگر فرق کند.
▪ نویز I/f
از روی نام نویز I/f می توان دریافت که رفتار آن چگونه می تواند باشد .چگالی طیفی این نویز با آهنگ I/f کاهش پیدا می‌کند. قدرت نویز I/f بستگی به نحوه تولید دارد و از وسیله ای به وسیله دیگر متفاوت است .
▪ رانش
رانش نویزی بدون مقدار ثابت است، یعنی مقدار میانگین آن صفر است N(t) = ۰ . اما باید گفت که این جمله همیشه درست نیست . در بعضی سیستم ها مقدار ثابت نمودار با زمان تغییر می کند.
● سیگنال های حیاتی و تقویت کننده عملیاتی
بیشتر سیگنال های حیاتی دامنه کوچکی دارند و به تقویت احتیاج دارند.همچنین بیشتر سیگنال های حیاتی به تغییراتی از جمله فیلتر کردن فرکانسی احتیاج دارند.در نتیجه از تقویت کننده عملیاتی برای رفع نیازهای فوق استفاده می شود.
بیشتر سیگنال هایی که با سیگنال های حیاتی تداخل پیدا می کنند مثل تداخل ۶۰ هرتز برق شهر در ثبت ECG در هر دو ورودی تقویت کننده عملیاتی به صورت مشابه ظاهر می شوندکه بایدحذف شوند.
● منطق فازی؛ روشی برای حذف نویز
امروزه تاثیر الگوریتم های هوشمند بر هیچ کس پوشیده نیست. در این میان منطق فازی با توجه به انعطاف پذیری بالایی که دارد، در مقایسه با روش های کلاسیک از نظر سرعت و دقت عملکرد به نتایج قابل قبولی دست یافته است. الگوریتم فازی در کلیه زمینه ها از کنترل یک کوره گرفته تا هدایت موشک کاربرد دارد.
پدیده نویز در کنترل سیستم های مختلف مشکلی عمومی است و سیستم های فازی در این حیطه نیز وارد شده اند. تشخیص و حذف نویز در بسیاری از مطالعات و مکتوباتی که در زمینه سیستم های فازی موجود است مطرح شده است. در حیطه پردازش تصویر مانند سایر زمینه ها، استفاده از روش‌های هوشمند نتایج مثبتی در پی دارد. با وجود پیشرفت تئوری شبکه‌های عصبی در این حیطه ارائه روش‌هایی که نیاز به سیکل آموزش کمتری دارند، هنوز مفید است.
مطالعات زیادی در مورد سیستم های مختلف فازی برای وضوح تصویر وجود دارد که به طور عموم سعی در کاهش نویز و صاف کردن تصاویر البته با حفظ برخی جزئیات لازم مثل لبه ها دارند.
● تشخیص نویز ایمپالس فازی و روش کاهش (FIDRM)
کاهش یا از بین بردن نویز ایمپالس در حوزه پردازش تصویر امر مهمی است. می‌توان از این الگوریتم برای کاهش نویز در تصویر که از نویزهای پالس یا غیره تشکیل شده استفاده کرد. این تکنیک فیلترسازی غیرخطی ۲ مرحله دارد:
۱) تشخیص نویز ایمپالس
۲) کاهش نویز که شیب لبه ها را حفظ می کند.
سیستم فازی با تابع عضویتی نمایش داده می شود که از روش فیلترینگ استفاده می کند که یک میانگین گیر پیکسل‌های همسایه فازی است.
پالس نویز به وسیله خطاهایی در انتقال اطلاعات تولید شده در سنسورهای دارای نویز یا کانال های ارتباطی نویزدار یا خطاهای ایجاد شده در طی ثبت داده دوربین ایجاد می شود. معمولا نویز با درصد نقاط معیوب سنجیده می شود. این نقاط به صفر یا مقدار ماکزیمم ، تنظیم می شوند.
یک تصویر دیجیتال سیاه و سفید O معمولا با یک آرایه ۲ بعدی نمایش داده می شود. آدرس (i,j) محلی را در O مشخص می کند که یک پیکسل یا تصویر المان خوانده می شود. در فضای سبز و سفید و قرمز RGB ، خاکستری یک شدت سیگنال برابر دارد. پس لازم است یک مقدار شدت برای هر پیکسل اختصاص داده شود همانطور که برای مشخص کردن یک پیکسل در یک تصویر رنگی کامل باید ۳ شدت سیگنال خاصی به آن داده شود. برای این مقدار یک محل ۱ بیتی با ۲۵۶ مقدار مختلف سفید تا سیاه می گذاریم : [۲۵۵-۰]. اگر O(i,j) یک مقدار پیکسل ۲ بعدی در تصویر O در محل (i,j) را نشان دهد، پس می توان نویز ایمپالس را مدل سازی کرد. که Pr احتمال آن است که پیکسل معیوب باشد اگر A تصویر معیوب باشد: مقدار Prk احتمال آن است که پیکسل تصویر اصلی به Pk تبدیل شود.
۲ مرحله وجود دارد: تشخیص و فیلتر کردن. مرحله تشخیص از قوانین فازی برای تشخیص اینکه آیا یک نقطه با نویز معیوب شده یا نه استفاده می کند. وقتی نویز شناسایی شد مقدار Pk باید مشخص شود. پس از مرحله تشخیص، تکنیک فیلتر کردن فازی تنها بر مقدار Pk تمرکز می کند. روش تشخیص نویز از مقادیر گرادیان فازی مثل فیلتر GOA استفاده می کند تا مشخص شود یک نقطه مشخص با نویز معیوب شده یا خیر. برای هر نقطه (i,j) از تصویر ، یک پنجره همسایگی ۳×۳ مانند شکل ۱، در نظر گرفته می شود. هر همسایه با توجه به (i,j) به یک جهت اشاره می کند.{NW : شمال غربی، N : شمال، NE : شمال شرقی، W: غرب، E : شرق، SW : جنوب غربی، S : جنوب، SE: جنوب شرقی} هر جهت با توجه به (i,j) به یک محل خاص پیوند می‌خورد.
کار اصلی پردازش تصویر در سطوح ابتدایی، حذف نویز، قطعه بندی و بهبود لبه‌ها است. روش های زیادی برای انجام این کار وجود دارد. از آنجا که لبه ها و نویز هر دو از مؤلفه های تصویری فرکانس بالا هستند، بیشتر این روش‌ها در صاف کردن تصاویر خراب شده با نویز با حفظ لبه ها خوب عمل نمی کنند. با این فیلترها، همیشه مجبور به تشخیص تیزی یا محوی خواهیم بود.
برای بهبود عملکرد تشخیص لبه و به دست آوردن اطلاعات دقیق تر لبه، برخی پیش پردازش های تشخیص لبه یا پس پردازش های کاربر دارند که در ادامه آمده اند:
۱) پروسه های پیش تشخیص لبه: این روش ها قبل از تشخیص لبه استفاده می شوند تا نمایش بهتری از لبه به دست آید.
▪ فیلتر کردن گوسی: فیلتر گوسی باید قبل از تشخیص لبه شکل استفاده شود و توجه شود که این حالت نرم شده گوسی از تصویر لبه تنها برای قسمت تشخیص لبه به کار برده می شود و به عنوان ورودی تکرارهای انتشار استفاده نخواهد شد. هدف استفاده از فیلتر گوسی کاهش حساسیت به نویز نشانگرهای لبه است تا مقدار نویز باقی مانده روی نقشه لبه کمترین باشد.
▪ حفظ کنتراست: برای تصاویری با کنتراست پایین عملکردهای حفظ کنتراست تطبیقی یا غیر تطبیقی می توانند روی تصویر ورودی استفاده شوند تا تشخیص لبه بهتر انجام شود.
۲) پروسه های پس تشخیص لبه: این روش پس از تشخیص لبه و برای حذف نویز باقی مانده روی نقشه لبه استفاده می شوند.
▪ فیلتر میانگین وزن دهی شده (WMF) یا فیلترهای دیگر برای حذف نویز: هنگامی که لبه ها تقریبا به هم پیوسته می شوند، این فیلترها می توانند نقاط ایزوله ای که در این طرح لبه ای بسیار شبیه به نقاط ایجاد شده به وسیله نویز هستند را حذف کنند.
▪ فیلتر میانگین وزن دهی شده برای تشخیص جزئیات: مشاهده گرهای انسانی تصاویری تیز با کمی نویز را به تصاویر بدون نویز محو، ترجیح می دهند. در حقیقت، تحقیقات نشان می دهد که بیننده به نویزی که نزدیک به لبه های قوی باشد کمتر حساس است تا نویزی که در نواحی سیگنال ثابت باشد. برای جلوگیری از کم شدن جزئیات تصویر، منطقی است که همسایگی کوچکی از جزئیات حفظ شود. فیلتر میانگین وزدن دهی شده برای تشخیص همسایگی های جزئیات استفاده می شود.
▪ فیلتر گوسی برای حفظ جزئیات: همسایگی های کوچک جزئیات که با WMF تشخیص داده می شوند باید با هسته گوسی همراه شوند تا وزن پیکسل های نزدیک به لبه را در نقشه لبه مشخص کنند تا در تکرارهای انتشار کمتر نرم شوند.
نقاط سفید مشخص کننده لبه ها هستندکه پس از فرایند هموارسازی حفظ می شوند. واضح است که بعضی نویزها روی لبه باقی می مانند و برخی لبه ها، خراب می شوند. برای بهبود عملکرد تشخیص لبه با اپراتور sobel ، یک فیلتر گوسی روی تصویر، قبل از تشخیص لبه عمل می کند تا نویز را کاهش دهد. WMF پس از تشخیص لبه برای حذف پیکسل های ایزوله به کار می رود، که مثل نقاط نویزی هستند.
● الگوریتم Wang-Mendel
ویولت(موجک) یک روش مؤثر برای حذف نویز است و یافتن مقدار مناسب آستانه یکی از موضوعات تحقیقاتی سال‌های اخیر بوده است.
در برخی از روش های موجود معمولا فرض می شود که ضرائب ویولت تصویر دارای توزیع مستقل هستند. زیرا باعث کاهش حجم محاسبات شده اما در عمل این توزیع مستقل نیست، کیفیت نویززدایی این روش ها مناسب نیست بنابراین در روش هایی که بر اساس بلوک بندی تصویر ارائه شده اند با دو مشکل روبرو می شویم:
۱) یافتن طول مناسب برای بلوک است
۲) از بین رفتن بعضی لبه های تصویر که موجب مات شدن تصویر می شود.
● الگوریتم Wang-Mendel
در حال حاضر، یکی از مهم ترین کاربردهای تئوری مجموعه های فازی، سیستم های مبتنی بر قانون فازی (FRBS )هستند.این نوع سیستم ها بر اساس توسعه سیستم های مبتنی بر قانون کلاسیک هستند؛ زیرا آن ها به جای قوانین منطقی کلاسیک با قوانین فازی سروکار دارند. به همین دلیل این روش با موفقیت به مسائل مختلفی در حوزه های گوناگون که دارای عدم قطعیت هستند، اعمال شده است.
یکی از مهم ترین کاربردهای سیستم های مبتنی بر قانون فازی در مدل کردن سیستم ها است. در این روش یکی از مهم ترین موارد، شبیه سازی زبانی است.
سیستم مبتنی بر قانون فازی شامل دو جزء است: پایگاه دانش و سیستم نتیجه گیری. پایگاه دانش از دو قسمت تشکیل شده است: پایگاه داده و پایگاه قوانین و وظیفه آن ذخیره کردن اطلاعات در مورد مسأله به شکل قوانین زبانی ‘IF-THEN’است.
سیستم نتیجه گیری، فرایند استنتاج را بر اساس اطلاعات ذخیره شده در پایگاه دانش انجام می دهد. برای طراحی سیستم های مبتنی بر قانون فازی مناسب برای مسأله، چندین کار باید انجام شود. یک مشکل شرح اطلاعات توسط فرد خبره به شکل قوانین فازی است که برای رفع آن، محققان روش های خودکاری را برای انجام این کار ارائه کرده اند. برخی از این روش ها که ساده و مؤثرند و این ادگی موجب می شود فهمیدن و پیاده سازی آن ها آسان باشد؛ از طرف دیگر، به دلیل سرعت بالا جهت استفاده در اولین مرحله فرایند شبیه سازی برای تولید مدل فازی اولیه بسیار مفیدند.
یکی از معروف ترین و پرکاربردترین روش ها، روش Wang-Mendel است که کارایی بالای آن اثبات شده است . در این روش مجموعه داده های ورودی و خروجی، رفتار حالت حل شده مسأله را نشان می دهند .تولید پایگاه قوانین بر طبق مراحل زیر صورت می گیرد.
۱) در نظر گرفتن یک تفکیک فازی از فضای متغیرهای ورودی
این کار را می توان با استفاده از اطلاعات فرد خبره یا با فرایند نرمال سازی انجام داد. در حالت دوم، انجام تفکیک فازی فضای متغیر ورودی، آن را به قسمت های مساوی یا نامساوی تقسیم می کند. سپس یک نوع تابع عضویت انتخاب شده و یک مجموعه فازی به هر یک از قسمت ها نسبت داده می شود.
۲) تولید مجموعه قوانین زبانی نامزد
این مجموعه با انتخاب قوانینی با بیشترین شمول برای هر نمونه(مجموعه داده های ورودی-خروجی)شکل می گیرد.
۳) انتساب یک درجه اعتبار به هر قانون
درجه اعتبار هر قانون از حاصل ضرب مقادیر تابع عضویت برای همه اجزاء موجود در فرض قانون و مقدار تابع عضویت نتیجه قانون، به دست می آید.
۴) به دست آوردن پایگاه قوانین نهایی از مجموعه قوانین زبانی نامزد
برای انجام این کار، قوانین نامزد در چند گروه متفاوت دسته بندی می شوند که هر گروه شامل تمام قوانین نامزدی می شود که دارای فرض یکسان هستند. برای دستیابی به پایگاه قوانین نهایی، در هر گروه، قانونی که بیشترین درجه اعتبار را داراست، انتخاب می شود.
● نویز در MRI
یکی از مهم ترین مسائلی که باید به آن توجه کافی شود بحث نویز و کاهش آن‌ها در تصاویر پزشکی است. اگر اعوجاج‌های موجود در تصویر زیاد باشد سیستم بینایی انسان قادر به ارزیابی خوبی از آن تصویر نخواهد بود که این ارزیابی ممکن است در جهت تشخیص بیماری یا تشخیص ساختارهای مختلف در تصویر مورد استفاده قرار بگیرد.
نویز معمولا با انحراف استاندارد شدت سیگنال تصویر مربوط به یک شیء یکسان در نبود آرتیفکت‌ها مشخص می‌شود. تصویر نویزی زمانی دیده می‌شودکه نسبتا سیگنال به نویز (SNR) کم باشد. یکی از انواع معروف نویز،Radio Frequency) RF است.
آرتیفکت، لفظی عمومی است که به سیگنال‌های نامناسب تصویر در یک فضای خاص اشاره می‌کند. یک سری ویژگی‌ها و شاخص‌هایی که افزایش شدت سیگنال‌های نامناسب تصویر در یک فضای خاص اشاره می‌کند. یک سری ویژگی‌ها و شاخص‌هایی که به سیگنال‌های نامناسب تصویر در یک فضای خاص اشاره می‌کند. یک سری ویژگی‌ها و شاخص‌هایی که به افزایش شدت سیگنال در جایی‌که سیگنال نباید تولید شود می‌انجامد یا باعث کاهش یا از بین رفتن دامنه سیگنال می‌شود. در زمانی که سیگنال باید تولید شود. آرتیفکت و نویز RF اغلب به دلیل حضور و عملکرد دستگاه‌های پزشکی در محیط دستگاه باید تولید شود.
آرتیفکت و نویز RF اغلب به دلیل حضور و عملکرد دستگاه‌های پزشکی در محیط دستگاه MRI اتفاق می‌افتد. منابع نویز متنوعی در هر سیستم الکترونیکی وجود دارد که از جمله می‌توان به نویز‌جانسون، نویز Shot و نویز حرارتی (thermal noise) اشاره کرد.
آرتیفکت‌ها در اثر وجود آلات‌پزشکی مانند ایمپلنت‌ها و الکترودهای سطحی که در داخل یا مجاورت محفظه تصویربرداری وجود دارند به وجود می‌آید. مواد مختلف با خصوصیات متنوع میدان‌های مغناطیسی متفاوتی را ایجاد می‌کنند که این می‌تواند باعث اختلال در رابطه بین موقعیت و فرکانس مورد نیاز برای بازسازی درست تصویر شود.
برای جلوگیری از ایجاد آرتیفکت، بیمار باید لباسی بپوشد که فاقد دکمه‌های فلزی باشد یا هر شی‌ء یا ماده‌ای مانند سنجاق سر، جواهرآلات، عینک، ساعت، سمعک، فندک و مانند این‌ها همراه خود نداشته باشد. همچنین اجسام فلزی در اطراف ناحیه اسکن، ایجاد آرتیفکت می‌کند.
نویز RF که اغلب به‌صورت ایستا در تصاویر دیده می‌شود توسط تجهیزاتی که در اتاق MR، تعبیه شده‌اند می‌تواند به وجود آید. نویز RF در نتیجه تابش بیش از اندازه امواج الکترو‌مغناطیسی تجهیزات پزشکی که در کار اسکنر MR دخالت می‌کنند ناشی می‌شود. در صورتی‌که اتاق مربوط به عملیات MR توسط یک عایق با شیله RF پوشانده شود، امواج الکترو‌مغناطیسی ناشی از کارکرد دستگاه‌های پزشکی خارج از اتاق دیگر نمی‌تواند تاثیر چندانی روی پروسه اسکنر داشته باشد که به این شیلد، قفس فارادی (Faraday Cage) گفته می‌شود. این شیلد دارای فرکانسی نزدیک به فرکانس امواج رادیویی FM است.
اگر شیء قابلیت مغناطیسی متمایز با بافت داشته باشد اعوجاج (Distortion) ایجاد می‌شود. همچنین ایمپلنت ممکن است یک جریان گردابی (Eddy current) بر اثر حضور میدان RF به وجود آورد که باعث تغییر میدان RF در مجاورت ایمپلنت می‌شود و همین موضوع باعث اعوجاج می‌شود. به دلیل قدرت بالای میدان مغناطیسی دستگاه MRI در جابه‌جایی و گسیختن اشیاء فلزی، افرادی را که دارای ایمپلنت‌های فعال از جمله میکرو هستند، نمی‌توانند تحت شرایط عادی اسکن شوند و نباید داخل MRI بروند.
حرکت بیمار نیز باعث تیرگی و لکه‌شدن تصویر MRI و باعث به‌وجود آمدن آرتیفکت می‌شود که این حرکات ممکن است ناشی از نوعی مرض به نام Claustrophobia یعنی ترس از فضای تنگ و محصور باشد. در صورتی‌که کسی خیلی نگران و مضطرب باشد و نتواند در داخل محفظه دراز بکشد احتمال دادن مسکن به او وجود دارد و حتی برای جلوگیری از رسیدن صدای بلند دستگا به گوش بیمار در هنگام کارکرد که باعث وحشت بیمار می‌شود به او گوش‌گیر یا هدفون می‌دهند. بعضی از اسکنرها به تلویزیون یا موسیقی برای آرامش دادن به بیمار مجهز شده‌اند.
اخیرا نیز نوع دیگری از MRI به نام MRI باز (Wide Open MRI) به کار گرفته می‌شود که این مدل فاقد تونل است و دیگر لازم نیست سر بیمار داخل حفره برود و خود این مسئله نیز در جلوگیری از تشویش و اضطراب بیمار فاکتور بسیار مهمی است که در نتیجه آن حرکات بیمار کمتر شده و مانع تولید آرتیفکت می‌شود.
مواردی مانند نوسانات برق شهر، خراب شدن سیمن زمین (Earth) و نداشتن کابل زمین جدا، لرزش‌های آسانسور بیمارستان و چند مورد دیگر نیز باعث به‌وجودآمدن نویز و آرتیفکت می‌شوند که برای جلوگیری از ایجاد نویزهایی به این سبک باید موارد ایمنی از جمله استفاده از UPS جهت جلوگیری از نوسانات برق، چک کردن ادواری سیم‌زمین و استفاده از آسانسورهایی با سرعت آرام رعایت شود.
البته با رعایت تمام مواردی که در بالا ذکر شد باز هم نویزهایی بر روی تصاویر باقی می‌ماند که از آن جمله می‌توان به نویزهای Speckle، نویز Gaussian و نویز Salt and pepper اشاره کرد که برای برطرف کردن این گونه نویزها باید از فیلترهای نرم‌افزاری مانند فیلترهایی که با استفاده از آنالیز فوریه، تبدیل موجک و سیستم‌های دیگر پردازش تصویری طراحی می‌شوند استفاده کرد.
چند نمونه از فیلترهای نرم‌افزاری عبارتند از: فیلتر میانه، میانگین، وینر، &#۹۴۵;-TM، MNM، M-MAD-TM، فیلتر TM وفقی، میانه بهبود داده شده، فیلتر L،M،MTM،DWMTM،K-NN، فیلتر متوسط غیرخطی، فیلتر هم‌ساختار، انواع فیلتر LUM، فیلتر مرکب تکراری، فیلتر میانه چندسطحی و فیلترهای غیرخطی براساس تابع بخش ناهمسان‌گرد اشاره کرد.● انواع نویز در سی تی اسکن
وجود نویز در تصویر برداری توموگرافی کامپیوتری باعث افت کیفیت تصویر می شود. بدین ترتیب که با نشان دادن بخشی از سیگنال که حاوی هیچ اطلاعاتی نیست، اطلاعات موجود در سیگنال محو یا کمرنگ می شود. نویز موثر بر سیگنال توموگرافی، ممکن است منابع متعددی داشته باشد و از هر نقطه ای در زنجیره پردازش کل سیستم منشا بگیرد.
● منابع نویز در سی تی اسکن عبارتند از:
۱) نویزهای آماری که نویز کوانتومی: در CT پاسخ آشکارساز، به تعداد کوانتوم انرژی دریافتی که همان فوتون‌های اشعه ایکس هستند بستگی دارد. اما در شرایط کاملا یکسان نیز دتکتورهای مشابه تعداد کوانتوم مختلفی از پرتوهای ایکس را ثبت می‌کنند. حتی اگر امکان ساخت دتکتوری کامل وجود داشته باشد که دقیقا تمام کوانتوم‌های ایکس را محاسبه کرده و هیچ نویزی در سیستم آن به‌وجود نیاید، بازهم این تفاوت تصادفی در تعداد کوانتوم اندازه گیری شده وجود خواهد داشت. نویز آماری در CT به سبب نوسانات ذاتی است که از آشکارسازی تعداد معینی از ذرات اشعه ایکس ناشی می شود. بنابراین علت آن ناکافی بودن تعداد فوتون های دریافتی توسط دتکتور پس از نفوذ در بدن است. برای نویزهای کوانتومی می توان منشا یکسانی همچون لکه کوانتومی در رادیوگرافی ساده در نظر گرفت.
سیستم‌های CT در مقایسه با رادیوگرافی‌های ساده قدرت بیشتری در آشکارسازی فوتون‌‌ها دارند. میزان تسخیر فوتونی از %۹۰-۳۰ متفاوت است. بنابراین نمی توان همراه بهبود راندمان دتکتورها، نویز را به صورت مشخص کاهش داد. علاوه بر آن به منظور کاهش نویز لازم ‌است که میزان اشعه افزایش داده شود.
۲) نویز الکتریکی: در سیستم تصویر برداری هریک از مدارات الکترونیکی به‌کار رفته قابلیت شناخت بعضی از نویزهای داخل سیستم را دارند. ممکن است مدارها در مراحل اولیه یا ابتدایی هر سیستم پیچیده الکترونیکی موجب تزاحمات خاصی شوند. چون نویز شناخته شده در مراحل اولیه از پردازش سیگنال بسیار مشکل از اطلاعات اصلی جدا می شود و اغلب با اطلاعات سیگنال در مراحل بعدی تقویت می‌شود.
مدارهای الکترونیکی آنالوگ که دائما سیگنال‌های مختلف پیوسته را در اختیار دارند بسیار مستعد نویز هستند، از آنجا که پردازش آنالوگ اطلاعات در بخش ابتدایی زنجیره پردازش تصویر در نقطه‌ای که سیگنال الکترونیکی کوچک است صورت می گیرد این مطلب در مورد CT پذیرفته نیست. البته مدارات الکترونیکی به طرزی طراحی شده‌اند که نویز الکتریکی تنها کسری از نویز آماری محسوب می شود.
۳) خطاهای راندوف: مبدل آنالوگ به دیجیتال، سیگنال آنالوگ را به سیگنال دیجیتال تبدیل کرده سپس این سیگنال از میان مدارهای دیجیتال انتقال یافته و نظیر کامپیوتر دیجیتال با پردازش سیگنال‌های مشخص معین می‌شود. به طور کلی کامپیوترهای دیجیتال نویز الکترونیکی سیستم را تشخیص نمی‌دهند. اما امکان دارد نویز را در پردازش بازسازی خطاهای راندوف بشناسد. علت اساسی خطاهای راندوف محدود بودن تعداد بیت‌ها است که برای نشان دادن اعداد در کامپیوتر عددی یا دیجیتال استفاده می‌شود. به‌طور مثال زمانی‌که دو عدد در هم ضرب می شوند باید حاصلضرب‌ آن‌ها به بیت حداقلی که کامپیوتر از آن برای نشان دادن آن عدد استفاده می کند تبدیل شود و از نظر ریاضی روی آن عمل گرد کردن صورت گیرد. خطاهای راندوف را می توان با استفاده از تعداد بیشتری از بیت ها در هر کلمه یا در طی یک برنامه ریزی کاهش داد.
۴) نویز مصنوعی: آرتیفکت نوعی به هم ریختگی تصویر است و نویز تلقی می‌شود. در CT اغلب آرتیفکت ها در اثر برخورد یا ارتباط بیمار با دستگاه ایجاد می شوند یا ممکن است به علت هندسه خاص دستگاه یا عدم تناسب الگوریتم بازسازی و خطای اندازه گیری تضعیف پرتوهای ایکس، حاصل از تغییرات طیف انرژی دسته پرتو در هنگام عبور از بدن بیمار یا اثرات حجمی- بخشی و خطاهای دید باشد. این نوع آرتیفکت حاوی بخشی از سیگنال یا تصویری است که هیچ گونه اطلاعات با خود ندارد و اطلاعات موجود در تصویر را نیز محو می‌کند. به طور کلی آرتیفکت ها بر کیفیت و جزئیات تصویر اثر می گذارند که عبارتند از: قدرت تفکیک فضایی و کنتراست. در CT اکثر آرتیفکت ها به شکل رگه دیده می شوند.
۵) نویز فیلتری: هدف ابتدایی تصفیه یا فیلتراسیون حذف آرتیفکت محو کننده با یک پروجکشن ساده است. تابع فیلتری نیز برای تغییر تصویر نهایی به کار می‌رود و اثر مهمی روی کیفیت تصویر دارد. کاربرد مناسب کانولوشن کرنل را می توان با صاف کردن یا بهبود یال شناساند. در مورد یک فیلتر صاف کننده اجزا سیگنالی و نویز فرکانس بالا را می توان کاهش داد. این تغییر و تحولات نه تنها بر ظاهر تصویر بلکه بر کیفیت نویز نیز تاثیر می گذارد.
بنابراین فیلتر بر نویز اثر می گذارد. هنگام صاف کردن تصویر اجزا سیگنالی فرکانس بالا از نویز در مقایسه با اجزا فرکانس پایین به‌طور انتخابی تضعیف می‌شود. در مقام مقایسه یک فیلتر برای بهبود یال تصویر اجزای فرکانس بالای نویز و سیگنال را حفظ یا حتی ثابت خواهد کرد.
طیف توان نویز در CT نیز همچون رادیوگرافی عبارت است از، اندازه گیری توزیع فرکانس نویز. طیف توان نویز با آرایش تصویر نویز دار به دست می آید. تصویر نویز دار به اجزاء فرکانسی مختلفی شکسته می شود که دامنه هریک از اجزاء فرکانسی مربع شکل است که این به علت توان موجود در هر فرکانس است که با مربع دامنه متناسب است. از آنجا ‌که متوسط دامنه یک سیگنال سینوسی صفر است، نتایج حاصل نسبت به سایر تصاویر نویز دار مشابه به خاطر قابلیت و دقت بیشتر از سطح متوسطی برخوردار است. نمودار مربع دامنه از هر جزء فرکانسی در مقابل فرکانس نشان دهنده طیف توان نویز است.
در رادیوگرافی ساده طیف توان نویز تقریبا در دامنه وسیعی از محدوده فرکانس ثابت است و این به عنوان "نویز سفید" شناخته می شود که مشابه طیف نور سفید بوده و شامل کلیه فرکانس های نوری طیف نور مرئی است. توان طیف نویز در CT به نویز سفید شباهت ندارد. بلکه کاهشی در نویز به ویژه در فرکانس‌های پایین تر مشاهده می شود و آن بیت پیچیده‌ای‌ است که بر مبنای یک محدوده طولانی از نویز منفی در CT است و این به خاطر الگوریتم بازسازی تصویر به کار رفته CT است. به طور کلی در رادیولوژی اختلاف تصادفی در دانسیته یا تیرگی فیلم به نویز یا خالدار شدن آن مربوط می شود. نویز یک اثر ناخواسته است، باید سعی کرد دانسیته فیلم یکنواخت باشد به جز در مواردی که تغییرات یا اختلافات فقط به تشکیل تصویر مربوط شود. سایر عوامل ظاهری خالدار و نا منظم به فیلم می دهند که به سادگی قابل مشاهده است. نویز یا خالدار شدن تصویر در رادیوگرافی می تواند به علت یکی از سه دلیل زیر باشد:
۱) دانه ای شدن که یکی از خصایص فیلم رادیوگرافی است.
۲) خالدار شدن ساختمانی
۳) خالدار شدن ناشی از صفحات تشدید کننده در رادیوگرافی
● انواع نویز در سیگنال EMG
الکترومایوگرام ها جریان های الکتریکی کوچکی هستند که توسط فیبر های عضلانی به منظور فراهم کردن نیروی لازم عضلانی تولید می شوند. این جریان ها به وسیله تبادلا ت یونی که در سطوح فیبر های ماهیچه ای صورت می گیرد تولید می شوند . این سیگنال های که الکترومایوگرام (EMG) نامیده می شوند را می توان ازطریق قرار دادن المان های رسانا یا الکترود ها بر روی سطح پوست یا به طور تهاجمی از طریق قرار دادن در داخل فیبر ماهیچه ای اندازه گیری کرد.
اندازه گیری EMG به صورت سطحی از روی پوست به تعدادی از عوامل و دامنه سیگنال سطحی (sEMG) که در محدوده میکرو ولت تا چند میلی ولت تغییرات دارد بستگی دارد .دامنه و فرکانس مشخصه سیگنال های EMG را می توان به عوامل زیر مرتبط دانست :
▪ مدت زمان وقدرت انقباضی ماهیچه ها
▪ فاصله الکترود های ماهیچه های فعال
▪ مشخصه و خاصیت بافت های سطحی
▪ جنس و مشخصه الکترود ها
▪ اتصال مناسب بین الکترود و پوست
در اکثر موارد اطلاعاتی که در مورد مدت زمان و قدرت انقباض عضله هستند بسیار مطلوبند. سایر عوامل تنها موجب نامطلوب تر شدن تغییرات در در ثبت EMG می شوند و باعث می شوند که تجزیه وتحلیل نتایج بسیار دشوار شود. با وجود این روش های وجود دارد اثرات آن عوامل غیر عضله ای که بر روی سیگنال EMG تغییرات ایجاد می کنند کاهش داد:
▪ استفاده از الکترود ها و تقویت کننده های همسان
▪ اطمینان از همنواختی اتصال بین الکترو دها و پوست
از این طریق می توان با جابجایی پی در پی الکترود های در نواحی مختلف پوست میزان تغییرات ناخواسته در محدوده EMG را کاهش داد .علاوه بر این روش های برای نرمالیزه کردن سیگنال EMG در درون و بین الکترود ها و عضله استفاده کرد. اندازه گیری و نتایج درست تا حد زیادی به مشخصه الکترود ها و تعامل متقابل آن با پوست، نوع طراحی تقویت کننده و تبدیل سیگنال ها از آنالوگ به دیجیتال (A/D ) وابسته است. کیفیت سیگنال EMG اندازه گیری شده به طور معمول به صورت نسبت سیگنال ثبت شده به نویز ناخواسته از محیط بیان می شود. هدف افزایش دامنه و متقابلا کمتر کردن مقدار نویز وارده است .
● منابع نویز:
پیش از بیان روش های حذف نویزهای ناخواسته ابتدا منابع ایجاد نویز را بیان می کنیم:
▪ نویز محدود شده (Ambient Noise ) :
نویز محدود شده (Ambient Noise ) به وسیله وسایل الکترو مغناطیسی مانند رایانه و خطوط سیم برق و ... تولید می شود. می توان گفت هر وسیله ای که به برق AC متصل شده است روزنه ای برای خروج نویز محدود شده است. این نوع نویز دارای محدوده فرکانسی گسترده ای است اما فرکانس های غالب در آن بین ۵۰ تا ۶۰ هرتز که فرکانس برق AC شهری است هستند.
▪ نویز دستگاه مبدل ( transducer noise ) :
این نوع نویز در اتصال الکترود – پوست ناشی می شود. الکترود ها می خواهند جریان یونی که در ماهیچه ها تولید شده است به جریان الکتریکی تبدیل کنند که بتواند وارد مدارات الکترونیکی شود و بتواند در مدارات انالوگ یا دیجیتال به عنوان پتانسیل الکتریکی ذخیره شود.در این هنگام دو نوع نویز می تواند وارد سیستم شود:
▪ پتانسیل الکتریکی DC : ناشی از تفاوت امپدانسی بین پوست و سنسور های الکترود ها می باشد که از فرایند ها شیمیایی که در محل اتصال ژل رسانا والکترود است حاصل می‌ شود.
▪ پتانسیل الکتریکی AC : ناشی از نوسانات امپدانسی بین مبدل و پوست است . یکی از راه های کاهش تاثیرات امپدانسی استفاده از الکترود ها با جنس Ag-Ag Cl است . این الکترود های مرکب از فلز نقره هستند که بصورت کلرید نقره بر روی الکترود ها قرار دارد.
گسترش اصول فنی توانسته مقدار سیگنال نویز را تا حد قابل قبولی کاهش دهد .مهم ترین پیشرفت در روش ثبت با تکنولوژی تک دو قطبی است .ترتیب الکترود های تک قطبی از تقویت کننده های تفاضلی استفاده می کند . تقویت کننده های تفاضلی مقدار پتانسیل را در یک الکترود نسبت به الکترود دیگر کاهش می دهند و در انتها مقدار تفاضل آن ها را تقویت می کنند. ظهور روش پبت Bipolar با تقویت کننده های پیش تفاضلی امکان ثبت را در تمام پهنا باند EMG فراهم ساخت . همچینن این روش موجب افزایش نسبت سیگنال به نویز شده است.
● اهمیت امپدانسی الکترود – پوست
ثبات امپدانس برای قبول کردن نتایج EMG امری ضروری است.طراحی پیش تقویت کننده های مدرن اهمیت این را با کاهش سطح امپدانسی الکترود- پوست کم کرده است.مادامی که تغییرات امپدانسی خود عضلات عامل خیلی مهمی نیست ثبات امپدانسی در دفعات مختلف و بالانس امپدانسی بین الکترود ها تاثیر قابل توجهی بر روی نسبت سیگنال به نویز در سیگنال های EMG دارد.
بالانس امپدانسی میان مکان های مختلف الکترودها در تقلیل مولفه های نویز عامل مهمی است . نباید حتما امپدانس هر دو طرف الکترود به طور کامل یکسان باشند اما باید تا مقدار قابل قبولی نزدیک به همدیگر باشند . سطح بالانس امپدانسی تا حدی اختیاری است و بستگی به مسخصات پیش تقویت کننده تفاضلی دارد که استفاده می شود. این امپدانس است سطح انرژی سیگنال اندازه گیری شده در هر طرف الکترود را تعیین می کند.
در صورتی که تفاوت امپدانسی بین دو طرف الکترود زیاد باشدقدرت سیگنال وارده به پروسه تقویت کننده تفاضلی افزایش می یابد.تقویت کننده تفاضلی تنها مولفه های مشترک سیگنال را حذف می کند به طور مثال اگر انرژی نویز خطوط برق متفاوت باشند مقداری از نویز همچنان در سیگنال باقی خواهد ماند که وارد تقویت کننده تفاضلی می شوند به همین دلیل پتانیسل DC متفاوت بود و هیچ قسمت از آن حذف نمی شود پس اگر پیش تقویت کننده به اندازه کافی از ورودی نویز های DC جلوگیری نکند سیگنالی که یک بار تقویت شده و اکنون به پیش تقویت کننده هدایت می شود می تواند موجب بروز اشباع و خطا شود.
● سیگنال قلب، آلوده به نویز
تداخل الکتریکی از منابع به غیر از خطوط تغذیه نیز می تواند الکترو کاردیوگراف را تحت تاثیر قرار دهند.تداخل الکترومغناطیسی حاصل از وسایل وات بالای مجاور مثل رادیو،تلویزیون و رادار را می توان حذف و توسط پیوندهای p-n ترانزیستورها در الکتروکاردیوگراف و گاهی اوقات حتی به وسیله الکترود-الکترولیت بر روی بیمار یکسو نمود.سیم های لید و بیمار به عنوان آنتن عمل می کنند.به محض اینکه سیگنال آشکار می شود،سیگنال دمودله شده به صورت تداخل بر روی الکتروکاردیوگراف ظاهر می شود.تداخل الکترومغناطیسی می تواند توسط ژنراتورهای فرکانس بالا در خود بیمارستان نیز تولید شود.تجهیزات جراحی و دیاترمی از وسایلی هستند که همیشه ایجاد نگرانی می کنند.همچنین یک منبع تداخل الکتریکی در خود بدن وجود دارد که می تواند بر روی ECG اثر داشته باشد.همیشه ماهیچه ای وجود دارد که بین دو الکترود تشکیل دهنده لید الکتروکاردیو گراف قرار می گیرد.هر زمان که این ماهیچه منقبض می شود سیگنال الکترومایوگرافی را تولید می کند که می تواند توسط لید ECG انتخاب شده و سبب ایجاد تداخل در ECG گردد.
▪ اجزای ورودی به تقویت کننده حیاتی
۱) سیگنال حیاتی مطلوب (به طور مثال ECG)
۲) سیگنال های حیاتی نامطلوب(به طور مثال EMG در ثبت ECG)
۳) سیگنال تداخلی ۵۰ یا ۶۰ هرتز هارمونیک های آن
۴) سیگنال های تداخلی که در سطح بافت/الکترود ایجاد می شود.
۵) نویز
● مشکلات رایج در دستگاه ثبتECG
۱) اعوجاج فرکانسی: اعوجاج در شکل موج (ECG)از بین رفتن گوشه های تیز موج QRS در اثر کاهش فرکانس قطع بالا یا اعوجاج خط پایه در اثر افزایش فرکانس قطع پائین) به دلیل نامناسب بودن پاسخ فرکانس یا تغییر آن در طول زمان.
۲) اعوجاج قطع و اشباع: در هر دو حالت خط مبنای صفر ثابت می ماند و حتی موج های T , P نیز می تواند بصورت قبل باشد.
۳) حلقه های زمین: اگر بیش از یک دستگاه به بیمار متصل باشد این حلقه ایجاد شودکه دارای اثرات زیر است:
الف) با عبور جریان از زمین ها و الکترودها و بدن بیمار یک ولتاژ مشترک ایجاد می شود.
ب)جریان ممکن است باعث ایجاد شوک در فرد شود.مشکل حلقه های زمین را می توان با یک ترمینال زمین حل کرد
۴) آرتیفکت های ناشی از گذرهای الکتریکی بزرگ:
الف) دفیبریلاتور ب) بارهای استاتیک الکتریکی ج) جابجایی بیمار (Motion Artifact) د) تغییر حالت از یک اشتقاق به اشتقاق دیگر.
۵) تداخل از منابع الکتریکی
منبع اصلی تداخل به هنگام ثبت یا نمایش ECG سیستم تغذیه الکتریکی است.خطوط تغذیه علاوه بر فراهم کردن تغذیه برای خود الکترو کاردیو گراف به سایر قسمت های تجهیزات و دستگاه های بیمارستان یا مطب پزشک متصل هستند. همچنین خطوط تغذیه ای در دیوارها،کف و سقف که اتاق را به سایر نقاط ساختمان مرتبط می کند، وجود دارد.این خطوط تغذیه می توانند ثبت ECG را تحت تاثیر قرار دهندو تداخلی را در فرکانس خط در سیگنال ثبت شده به وجود آورند.چنین تداخلی در اثر دو مکانیسم بر روی ثبت ها ظاهر می شود،که هر کدام به تنهایی، یا در بعضی موارد هر دو با یکدیگر عمل می کنند.
۶) تداخلات الکترومغناطیسی
راه حل کاهش میدان مغناطیسی ، شیلدکردن منبع سیگنال،دور نگهداشتن الکتروکاردیوگراف و لیدها از نواحی پتانسیل میدان مغناطیسی و کاهش سطح موثر سیم پیچی تک دور است که این کار را می توان با پیچاندن سیم های لید به یکدیگر تا جایی که امکان دارد در فاصله بین الکتروکاردیوگراف و بیمار، انجام داد.
ساده ترین راه حل کم کردن سطح بین ورودی های تقویت کننده است. همچنین می توان الکترودها را از نواحی با میدان مغناطیسی دور کرد. یک راه حذف تداخلات الکتریکی مزاحم، شیلد کردن منبع سیگنال است.

نویسنده:
مهندس سرور بهبهانی - زینب رامشانی - محمد کریمی مریدانی - شادی نقدی -فاطمه یاوری - مصطفی داداش‌زاده

منبع : ماهنامه تخصصي مهندسي پزشکي