Three dimensional medical ultrasonic imaging in biomedical applications
Tıbbi uygulamalarda üç boyutlu medikal ultrasonik görüntüleme
- Tez No: 38364
- Danışmanlar: PROF. DR. KEMAL ÖZMEHMET
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği, Electrical and Electronics Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 1995
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Dokuz Eylül Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 59
Özet
Bu tez çalışmasında, tıbbi ultrasonic sinyallerin kendi tasarımımız olan ekipmanlar tarafından oluşturulması ve işlenmesi planlanmıştır. Ana amaç, herhangi bir biyolojik ortamın, özellikle insan iç organlarının üç boyutlu görüntülerinin elde edilmesidir. Çalışma hem sinyallerin oluşturulmasını sağlayan analog devreleri hem de bu dataları işleyen ilgili yazılımları içermektedir. Ultrasonik sinyal üreten piezo kristallerin 350 Volt gibi yüksek voltajlarda ve 2 mikro saniye gibi dar vurularla uyarılması özel, hızlı ve düşük gürültülü devreler gerektirmektedir. Bu yüzden çalışmada, uyartım için hızlı ve yüksek voltajlı FET tipi anahtarlar kullanılmıştır. Temelde diyod devreleri içeren alıcı- verici ayırıcı yapılan kullanılarak biyolojik ortamlardan geri gelen yansımalar aynı piezo kristalleri tarafından toplanması sağlanmıştır. Tüm bu işlem için gereken gerilim çeviriciler, yükselteçler, zamanlayıcı ve senkron üreteçleri gibi yan devreler de çalışma sırasında düşük gürültü ve hız öğeleri düşünülerek tasarlanmış ve çalıştırılmıştır. Sinyallerin alınması işleminden sonra değerlendirilip işlenmesine gelinmiştir. Ancak analog devrelerden gelen analog işaretler bilgisayar ortamına aktarılmak istenmiş ve sonuçda kişisel bilgisayarlar için bir analogtan dijitale çevirici kart tasarımı yapılmıştır. Bu kart 7 bitlik bir kart olup eğer direkt hafıza aktarımı (DMA) yapılırsa nanosaniyelerde çalışabilmektedir. Ancak çalışmada assembler kullanılarak 200 mikro saniyelik bir uyartım çeviriminde yaklaşık 200 örnek alınmış, örnekleme süresi 1 mikrosaniye olarak kullanılmıştır. Analog devrelerce üretilip sonra biyolojik ortamdan gelen yansımaları alınmış ve tasarlanan kart tarafından bilgisayara aktarılan bilgiler 256 x 256 piksel büyüklüğündeki görüntüler oluşturmakta kullanılmıştır. Bunlara Kesit (Slice) denmektedir. Sonra, herhangi bir biyolojik ortamın bu iki boyutlu kesit görüntüleri o ortamın üç boyutlu hacim gösteriminin oluşturulmasında kullanılmıştır. Bu işlem iki boyutlu görüntünün aslına uygun olarak bilgisayar ortamında üst üste konması ve ara boşlukların çeşitli algoritmalarla yazılım tarafından doldurulması ile yapılır. ivBu amaçla çalışmada C++ programlama dili kullnılmıştır. Bu programlama dili hızı ve üst düzey programlama dillerinden biri olmasından dolayı diğerlerine tercih edilmiştir. Böylece bilgisayarın iç yazmaçlarına ve donanımına en hızlı şekilde ulaşan ve diğer dosyalan kontrol edebilmek mümkün olmuştur. Program tasarlanan analog devreleri de kontrol eder, eşzamanlama sinyallerini üretir, datayı alır ve bilgisayarın hafızasına uygun şekilde yerleştirir. Bu işlemlerden sonra datayı ekranda B-Mode ve M-Mode görüntüleme tekniklerini kullanarak ekrandan gösterir. B-Mode tekniğinde biyolojik ortamın 64 elemanlı ultrasound probu önündeki bir kesiti oluşturulur. M-Mode da ise tek bir piezo elementinin karşısındaki ortamdaki özellikle hareketli kısımlar derinliğe karşı parlaklık olarak gösterilir. Yazılımda kullanıcıya kolaylık sağlaması açısından mouse ve grafik destekli üçüncü boyuta geçmek, hafızada saklamak gibi işlemler rahatlıkla yapılabilir.
Özet (Çeviri)
In this thesis, it is planned to acquire ultrasonic data from own hardware and to process it in a personal computer system. The main aim in this study, is to reconstruct a volume of biological tissues, specially human organs, by using two dimensional slice images. The thesis consists of hardware, that produces ultrasonic signals and receives the echoes, and related software, that processes the ultrasonic data. The hardware parts of this study should have special properties. High speed and low noise devices are required for excitating the piezos at high voltages (up to 350 Volts) with narrow impulses (about 2 usee). For this purpose, fast and high voltage FET type switches are used to generate vibration on the piezoelectrics. Echoes from biological medium are received by transmitter-receiver diode switch structures. Subdevices, such as dc-dc converter that is used to generate 350 V from 12 V dc, far region gain curcuit, echo receiver-amplifier, 8031 microcontroller based timing and synchronizing circuit were realized considering high speed and noisiness conditions. After acquiring the ultrasonic echoes, a prototype card for PC to interface with analog devices is designed and ultrasonic data is acquired by using this IIcircuit. This card can be called as a“7 Bits Data Acquisition Card”, which can work in nanoseconds when DMA (Direct Memory Access) is used. Because of using assembler routines in which it is possible to get a 7 bit data in only 1 jisec, therefore, we can get 200 samples in one frame which is about 200 jj,sec. Those 7 bits data is saved in memory and processed as 256X256 pixel images called“Slices”, then, reconstructed as 3-D Images called“Volume”. After that point, several digital signal processing algorithms like smoothing and thresholding are used. During processing operations, C++ programming language is used for being the most effective language. Effective means firstly fast, then having high level functions and finally, reachable to Machine Codes and Internal Registers. Program can acquire ultrasonic data through prototype card and process and show the images considering data characteristics. We used two image modes for ultrasound: One of them is M-Mode that is based on stimulating only one direction, and showing only time dependent changes at that direction, which are used imaging heart valves in motion and etc. The second is B-Mode, which shows us a slice cut of the media under examine. The final two and three dimensional images are given at the end of the research. When this results are investigated, it can be said that we have realized most of the things desired at the beginning of this thesis.
Benzer Tezler
- Temperature estimation using magnetic nanoparticles: A simulation study
Manyetik nanoparçacıklar kullanarak sıcaklık ölçümü tahmini yapılması: Benzetim çalışması
GAMZE ONUKER
Yüksek Lisans
İngilizce
2020
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiElektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. NEVZAT GÜNERİ GENÇER
- Sistem parametrelerinin ultrasonik medikal görüntüler üzerindeki etkilerinin incelenmesi
Analysis of the system parameters effects on medical ultrasound images
GERÇEK SUNMAN
Yüksek Lisans
Türkçe
2012
Biyoteknolojiİstanbul Teknik ÜniversitesiElektronik ve Haberleşme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. İNCİ ÇİLESİZ
- MEMS sensor platform for vital monitoring under mri and intraocular pressure measurement
Yaşamsal işaretlerin ve göz içi basıncın ölçülmesine yönelik MEMS basınç ölçer platformunun geliştirilmesi
PARVIZ ZOLFAGHARI
Doktora
İngilizce
2023
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiElektronik ve Haberleşme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. ONUR FERHANOĞLU
- Değişken rezolüzyonlu görüntü örnekleyici
Multi resolution image sampler
RIZA CAN TARCAN
Yüksek Lisans
Türkçe
1991
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiY.DOÇ.DR. M. SAİT TÜRKÖZ
- Ultrasond kas modeli ve kinematik parametrelerle birlikte, gastrocnemius kas momentumun tahmin edilmesi
Prediction of the gastrocnemius muscle momentum by using of ultrasound-based muscle model and kinematic parameters
PARYA AZARNİA
Yüksek Lisans
İngilizce
2024
Ortopedi ve Travmatolojiİstanbul ÜniversitesiOrtopedi ve Travmatoloji Ana Bilim Dalı
PROF. DR. FUAT BİLGİLİ