Implementation of a fast simulation tool for the analysis of contrast mechanisms in HMMDI and enhancement of the SNR in the experimental set-up

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.