Implementation of a fast simulation tool for the analysis of contrast mechanisms in HMMDI and enhancement of the SNR in the experimental set-up
HHMDG kontrast mekanizmalarının analizi için hızlı bir simülasyon aracının gerçekleştirilmesi ve deneysel ortamda SGO iyileştirilmesi
- Tez No: 693759
- Danışmanlar: PROF. DR. NEVZAT GÜNERİ GENÇER, DR. CAN BARIŞ TOP
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği, Electrical and Electronics Engineering
- Anahtar Kelimeler: Elektromanyetik görüntüleme, Teşhis-görüntüleme, Electromagnetic imaging, Diagnostic imaging
- Yıl: 2021
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Orta Doğu Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Meme tümörlerinin teşhisinde klinik olarak kullanılan (X-ray) Mamografinin bazı limitleri bulunmakta ve yanlış sonuçlar verebilmektedir. Meme dokularını karakterize etmek ve dokudaki malignitelerin tanımlanması için doğru bilgiler elde etmek için, literatürde alternatif yeni teknikler gerekmektedir. Mikrodalga sinyallerini ve ultrason tekniklerini hibridize eden Harmonik Hareketli Mikrodalga Doppler Görüntüleme (HHMDG), dokudaki tümörlerin tespiti için yakın zamanda önerilmiştir. HHMDG yönteminde alınan işaretler, odaklanmış hacmin dielektrik, elastik ve akustik özelliklerinin bir kombinasyonudur. Malign ve normal meme dokularının dielektrik ve elastik özelliklerindeki kontrast seviyeleri, tümörlü dokuların saptanmasını sağlar. Ancak alınan Doppler sinyalinin seviyesi, özellikle mekanik özellikler için kontrast seviyelerinin doğrusal bir fonksiyonu değildir. Bu çalışmada, 3 mm büyüklüğündeki bir inklüzyon ile inklüzyonu çevreleyen meme arasındaki dielektrik ve elastik özelliklerdeki kontrastın, inklüzyon pozisyonunun etkisi, 10 Hz ila 95 Hz aralığında titreşim frekansı için analiz edilmiştir. HHMDG'nin ileri problemini çözmek için, Ayrık Dipol Yaklaşımı (ADY) tabanlı bir simülasyon yöntemi geliştirilmiştir. ADY çözücüsü, Sonlu Fark Zaman Etki Alanı yöntemine kıyasla simülasyon süresini 146 kat azaltmıştır. Dielektrik sabitinin 3,2 kat artırılması durumunda, alınan sinyali tüm titreşim frekans aralığında 5,1 dB artırmıştır. Öte yandan, elastik parametresi olan Young modülünün 3,3 kat arttırılması, sırasıyla 40 Hz ve 95 Hz titreşim frekansları için Doppler sinyal seviyesinde 1 dB ve 2,5 dB azalma ile sonuçlanmıştır. İnklüzyonun pozisyonu ultrason probunun odağından uzaklaştırıldığında, dielektrik ve/veya elastik kontrast değişimi, alınan sinyal seviyesini önemli ölçüde değiştirmemiştir. Simülasyon sonuçları, titreşim frekansının bir fonksiyonu olarak alınan sinyal seviyesi davranışının, inklüzyonun elastik özellikleri hakkında faydalı bilgiler sağlayabileceğini göstermiştir. HHMDG deney düzeneğinde, yöntemin duyarlılığı üzerinde iki ana sınırlama vardır: i) verici kaynağının faz gürültüsü ve ii) verici ve alıcı antenler arasındaki bağlantı. Bu çalışmada, gönderme anteninden iletilen sinyalin bağlaşımını bastırmak ve Doppler bileşeninin sinyal-gürültü oranını (SGO) artırmak için bir sinyal yok edici devre tasarlanmıştır. Alıcı antene bağlanan iletim sinyali 30 dB'den fazla azaltılarak SNR yaklaşık 17 dB artmıştır. Bir yağ fantomunun içindeki sert inklüzyonlar, önerilen sinyal iptal devresinin HHMDG sistemine uyarlanması ile görüntülenmiştir.
Özet (Çeviri)
Clinical method for breast tumor detection is Mammography (X-rays), which have limitations and may yield inaccurate results. Alternative novel techniques are required to characterize the breast tissues and extract accurate information for identification of malignancies in the tissue. Harmonic Motion Microwave Doppler Imaging (HMMDI), which enhances hybridizing microwave signals and ultrasound techniques, has been recently proposed for detection of tumors in the tissue. In HMMDI method, the data is a combination of dielectric, elastic and acoustic properties of the focused volume. The contrast levels in the dielectric and elastic properties of the malignant and normal breast tissues enable the detection of the tumorous tissues. However, the level of the received Doppler signal is not a linear function of the contrast levels, especially for the mechanical properties. In this study, the effect of contrast in the dielectric and elastic properties between a 3 mm sized inclusion and the surrounding breast as functions of position of the inclusion and vibration frequency (in 10 Hz to 95 Hz range) is analyzed. To solve the forward problem of HMMDI, a Discrete Dipole Approximation (DDA) based simulation method is developed. DDA solver decreased the simulation time by a factor of 146 compared to the Finite Difference Time Domain method. Increasing the dielectric constant by a factor of 3.2 increased the received signal by 5.1 dB in the whole vibration frequency range. On the other hand, increasing the Young's modulus by a factor of 3.3 resulted in 1 dB and 2.5 dB decrease in Doppler signal level for vibration frequencies of 40 Hz and 95 Hz, respectively. When the focus was moved away from the inclusion, dielectric and\or elastic contrast variation did not change the relative received signal level significantly. The simulation results showed that the received signal level behavior as a function of vibration frequency can provide useful information on the elastic properties of the inclusion. In the HMMDI experimental set-up there are two main limitations on the sensitivity of the method: i) the phase noise of the transmitter source and ii) the coupling between transmitting and receiving antennas. In this study, a signal cancellation circuit is designed to suppress the coupled signal and to increase the signal to noise ratio (SNR) of the Doppler component. The transmit signal coupled to the receiving antenna was decreased more than 30 dB, enhancing the SNR about 17 dB. Hard inclusions inside a fat phantom were resolved using the HMMDI system with the proposed signal cancellation circuit.
Benzer Tezler
- Development of a comprehensive simulation software for spacecraft missions
Uzay aracı görevleri için kapsamlı bir simülasyon yazılımı geliştirilmesi
EMİRHAN ESER GÜL
Yüksek Lisans
İngilizce
2023
Savunma ve Savunma Teknolojileriİstanbul Teknik ÜniversitesiSavunma Teknolojileri Bilim Dalı
PROF. DR. ALİM RÜSTEM ASLAN
- Tedarik zinciri satış ve planlama sürecinde değişkenlik yönetimi: Sipariş seviyesinin tahmin doğruluğuna göre tahmini için Monte Carlo simülasyonu uygulaması
Supply chain change management in sales and planning processes: A Monte Carlo simulation for determining the order level by the estimated accuracy
SALİM KAAN ALICI
Yüksek Lisans
Türkçe
2021
Mühendislik Bilimleriİstanbul Teknik Üniversitesiİşletme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. NİHAN YILDIRIM
- Parallel solution of unsteady, incompressible three-dimensional Navier-Stokes equations with a new implicit method
Zamana bağlı, sıkıştırılamaz, üç boyutlu Navier-Stokes denklemlerinin yeni bir kapalı metodlar paralel çözümü
VİLDAN ÜSTOĞLU ÜNAL
Doktora
İngilizce
2003
Astronomi ve Uzay Bilimleriİstanbul Teknik ÜniversitesiAstronomi ve Uzay Bilimleri Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ÜLGEN GÜLÇAT
- Comparison of active queue management techniques to be used in IntServ implementation
IntServ uygulamalarında kullanılabilir aktif kuyruk yönetimi tekniklerinin karşılaştırılması
ALİ UÇAR
Yüksek Lisans
İngilizce
2004
Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve Kontrolİstanbul Teknik ÜniversitesiBilgisayar Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ.DR. SEMA OKTUĞ
- Model tabanlı adaptif LMS hüzmeleme tasarımı ve FPGAüzerinde gerçeklenmesi
Model-based design and FPGA implementation of adaptive LMS beamforming
EŞREF TEMEL
Yüksek Lisans
Türkçe
2022
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiElektronik ve Haberleşme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. TUFAN COŞKUN KARALAR