Meme kanserinin tanısı ve izlenmesi için mikrodalga uyarımlı termoakustik görüntüleme

Abstract

Termoakustik görüntüleme, iyonize etkisi olmayan, noktasal ve kontrast çözünürlüğü yüksek yeni bir hibrit görüntüleme modalitesi olup kanserinin erken tanısı ve izlenmesi için uygun bir tekniktir. Bu teknik bilimsel, teknolojik ve ticari potansiyeli olan henüz klinik bir araç haline gelmemiş bir güncel bir konudur. ‘’Meme Kanserinin Tanısı ve İzlenmesi İçin Mikrodalga Uyarımlı Termoakustik Görüntüleme’’ adlı bu projede mikrodalga uyarımlı termoakustik görüntüleme (MUTAG) sisteminin gelişmiş yerli alt yapısı oluşturulmuştur. MUTAG sisteminde görüntülenmek istenen ortamı aydınlatması için mikrodalga darbe üreteci-kuvvetlendirici ünitesi tamamlanmış ve karakterizasyon ölçümleri yapılmıştır. Standart mikrodalga antenin hava-su arasındaki empadans uyumsuzluğu problemi, literatürden farklı olarak tamamen su içinde çalışan mikrodalga anten tasarlanıp gerçekleştirilerek çözülmüştür. Bilgisayar kontrollü deneysel xyz-yönlü konumlandırma-tarama ünitesi tamamlanmış test edilmiştir. Alt üniteler birlikte kullanılarak, deneysel termoakustik işaret toplanmış ve böylece mikrodalga uyarımlı termoakustik görüntü elde edilmiştir. Termoakustik görüntüleme için yüksek görüntü çözünürlüğü veren, maliyeti düşük, katmanlı doku yapısı için yeni kuramsal ve sayısal çözümleme teknikleri geliştirilmiştir. Bu amaçla, termoakustik dalga denkleminin çözümünde, meme dokusu katmanlı olarak modellenmiştir. Yansımasız ideal sınır koşulları yerine daha gerçekçi olan katmanlar üzerinde süreklilik sınır koşulları kullanılmıştır. Termoakustik dalga denkleminin çok katmanlı silindirik ve düzlemsel doku yapısı için ileri ve ters analitik çözümleri elde edilmiştir. Ayrıca, çok katmanlı yapılar için sayısal olarak benzetimi yapılmıştır. Meme dokusunun kesit taramasında termoakustik sinyali alacak olan transduser geliştirmede ön empadans uyumlama ve arka yansıma sönümlendirme katmanları tasarım ve uygulama çalışmaları yürütülmüştür. Bunun sonucunda %60oransal bant genişliğine sahip 1MHz’lik bir biyomedikal transduser elemanı yapılarak, deneysel testleri tamamlanmıştır. Daha sonra laboratuvar ortamında mevcut bilgisayar kontrollü deneysel konumlandırma-kesit tarama ünitesine ek olarak memenin içine sığabileceği silindirik hazne (açısal ve dikey) kullanılarak tarama sistemi tamamlanmıştır. Kesit tarama yapabilecek çokelemanlı halka transduser dizisi ve tarama sisteminin entegre edileceği platform ulusal kaynaklarla üretilmiştir.

Thermoacoustic imaging is a new hybrid imaging modality with no ionization effect, high point and contrast resolution and is a suitable technique for early detection and monitoring of cancer. This technique is an up-to-date issue that has not yet become a clinical tool with scientific, technological and commercial potential. ‘’Microwave Induced Thermoacoustic Imaging for Breast Cancer Diagnosis and Follow-up ''This project has developed a developed localinfra-structure of microwave-induced thermoacoustic imaging (MUTAG) system.The microwave pulse generator-amplifier unit was completed and characterization measurements were made to illuminate the desired environment in the MUTAG system. The problem of incompatibility of the standard microwave antenna between air and water has been solved by designing and realizing a microwave antenna completely working in water different from the literature. The computer-controlled experimental xyz-directional positioning-scanning unit has been tested for completeness. Using the sub units together, the experimental thermoacoustic signalswas collected and thus a thermoacoustic image with microwaveexcitation was obtained. New theoretical and numerical analysis techniques have been developed for low-cost,multi-layered tissuestructure, which gives high image resolution for thermoacoustic imaging. For this purpose, in the solution of the thermoacoustic wave equation, the breast tissue is modeled as multi-layered. More realistic continuity boundary conditionson layers are used instead of ideal non-reflective boundary conditions. Forward and inverse analytical solutions have been obtained of the thermoacoustic wave equationfor the multi-layered cylindrical and planar tissue structures. In addition, it is simulated numerically for multi-layer structures. The transducer, which will receive the thermoacoustic signal during the cross-section scan of the breast tissue, has been carried out to design and implement pre-empadance alignment and backingreflection damping layers. This resulted in a 1 MHz biomedical transduser with a 60% proportional bandwidth, and the experimental tests were completed. Then, in addition to the computer-controlled experimental positioning-section scanning unit available in the laboratory environment, the scanning system is completed using a cylindrical chamber (angular and vertical) in which breast can fit. The multi-componentring transducer array, which can scan cross-sections, and the platform to integrate the scanning system are manufactured with national resources.