23012

بررسي تغييرات بيان تُنُك سيگنال فركانس راديويي اولتراسوند در اثر تغيير دماي حاصل از تابش امواج فراصوت كانوني با شدت بالا

كارشناسي ارشد

مهندسي پزشكي - بيوالكتريك

1396

1399/07/29

دكتر حميد بهنام

دكتر جهانگير توكلي

برق

امواج فراصوت كانوني‌شده با شدت بالا (HIFU) كه يك روش درمان حرارتي غيرتهاجمي است، موجب ايجاد انعقاد در بافت مي¬شود. در اثر تابش HIFU به بافت، دماي بافت در ناحيه¬ي كانوني تحت تابش افزايش مي¬يابد. حرارت ايجادشده موجب آسيب رساندن به سلول‌هاي موجود در منطقه¬ي كانوني بافت مي¬شود. برآورد دماي بافت به صورت غيرتهاجمي براي تشخيص اثرات ناشي از تابش HIFUو جلوگيري از آسيب رسيدن به بافت‌هاي سالم جهت داشتن درمان حرارتي موثر، امري ضروري است. در حال حاضر پايش فرايند درمان به صورت كلينيكي با استفاده از روش¬ تصويربرداري فراصوت B-mode انجام ¬مي¬شود كه اين روش فاقد صحت و دقت لازم جهت نظارت بر درمان مي¬باشد. تصويربرداري MRI روش ديگري است كه براي تخمين غيرتهاجمي دماي بافت وجود دارد ولي اين روش بسيارگران قيمت مي¬باشد. بنابراين پيشنهاد يك روش تخمين دماي غيرتهاجمي، ارزان قيمت و قابل اعتماد ضروري به¬¬نظر مي¬رسد. در اين پژوهش روشي بر مبناي نمايش تُنُك سيگنال فراصوت RF با استفاده از يك ديكشنري فراكامل جهت تخمين درجه¬حرارت بافت پيشنهادشده¬است. در اين روش پس از استخراج نمايش تُنُك سيگنال فراصوت، اتم¬هاي ديكشنري پنج ضريب بزرگ تُنُك در دماي مبنا تعيين شدند. ميانگين ضرايب تُنُك اتم¬هاي مشخص شده، به عنوان تابعي از درجه¬حرارت، پارامتري براي پايش دماي بافت پيشنهادشد. همچنين نشان داده ¬شد كه تغييرات ميانگين ضرايب اتم-هاي انتخابي، مي¬تواند تغييرات درجه¬حرارت بافت را تخمين بزند. رابطه¬ي ميان تغييرات پارامتر ميانگين ضرايب اتم¬هاي انتخابي و تغييرات دماي بافت رسم شده ¬است. ايده¬ي پيشنهادي بر روي يك مجموعه داده¬ سيگنال فراصوت RF برگشتي از يك بافت ماهيچه¬¬ي گوشت خوك پياده¬سازي ¬شد كه در معرض تابش HIFU قرارگرفته¬است. با كمك مدل¬سازي رگرسيون¬خطي و معيار¬هاي كمّي نشان داده شد كه با دنبال كردن پنج ضريب تُنُك اتم¬هاي انتخابي، مي¬توان دماي بافت¬ را ¬با خطاي كم تخمين زد. نتايج حاصل از مدل¬سازي، تخمين دما با ¬معيار ميانگين مربعات خطا با مقدار〖°C〗^2042/0و معيار ضريب تعيينR^2 با مقدار 998/0 را نشان مي¬دهد.

1399/10/13

Investigation of changes in radio frequency (RF) ultrasound¬signal sparse representation due to change in tissue temperature induced by high intensity focused ultrasound

10/21/2021 12:00:00 AM

on-invasive thermal treatments, such as high-intensity focused ultrasound (HIFU), have been developed to treat tumors or stop bleeding in tissue. Due to HIFU irradiation to the tissue, the tissue's temperature in the focal area under irradiation increases. The generated heat damages the cells in the focal area of the tissue. Non-invasive tissue temperature estimation is essential to detect the effects of HIFU exposure and prevent damage to healthy tissues in order to have an effective and safe treatment. At present, the treatment procedure is monitored clinically using the B-mode ultrasound imaging method, which lacks the necessary accuracy and precision to monitor the treatment. There is another method for non-invasive tissue temperature estimation using MRI, but this method is very costly. Therefore, proposing a non-invasive, inexpensive, and reliable temperature estimation method is considered necessary. In this research, a method based on the sparse representation of the RF ultrasound signal using an overcomplete dictionary to estimate the tissue's temperature is proposed. In this method, after extracting the ultrasound signal's sparse representation, the dictionary atoms' five sparse large coefficients were determined at the base temperature. The average of the sparse coefficients of the specified atoms was proposed for monitoring tissue temperature as a function of temperature. It has also been shown that changes in the coefficients' mean value can be used to estimate changes in tissue temperature. The relationship between the changes in the mean of the coefficients parameter and the tissue temperature changes is presented in this study. The proposed method was implemented on a set of backscattered RF ultrasound signals from a pork muscle tissue exposed to HIFU exposure. With the help of linear regression modeling and quantitative criteria, it was shown that by following the five sparse coefficients of selected atoms, acceptable results could be obtained from estimating tissue temperature.

: امواج فراصوت كانوني‌شده با شدت بالا , سيگنال¬فراصوت , تخمين غيرتهاجمي دماي¬بافت , نمايش تُنُك

High Intensity Focused Ultrasound (HIFU) , Ultrasound RF Signal , Temperature Estimation , Signal Sparse Representation