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: Belirtilmemiş.
- 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: 149
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
- Şişeboynu kesimlerde doruk saat akımı için dinamik model yaklaşımı
Başlık çevirisi yok
SEVGİ ERDOĞAN
Yüksek Lisans
Türkçe
1998
İnşaat Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesiİnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ERGUN GEDİZLİOĞLU
- Addressing parametric uncertainties in autonomous cargo ship heading control
Otonom kargo gemisi yön kontrolündeki parametrik belirsizliklerin ele alınması
AHMAD IRHAM JAMBAK
Yüksek Lisans
İngilizce
2023
Mekatronik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMekatronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. İSMAİL BAYEZİT
- Sincap kafesli asenkron makinenin rotor alan yönlendirmeli kontrolü
Rotor field-orientation control of a squirrel cage induction machine
SAFFET ALTAY
Yüksek Lisans
Türkçe
1995
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiPROF.DR. M. EMİN TACER
- Dijital işaret işleme ve FIR filtre tasarımı algoritmaları
Digital signal processing and FIR filter design algorithms
METİN KALAYCI
Yüksek Lisans
Türkçe
1992
Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve Kontrolİstanbul Teknik ÜniversitesiDOÇ. DR. MEHMET BÜLENT ÖRENCİK