Προσομοίωση της λειτουργίας φασματακουστικής διάταξης στην απεικόνιση και ανάλυση βιολογικών ιστών
Creators: name: Καλλίνη, Ελένη Δημητρίου
Publisher: name: Aristotle University of Thessaloniki
Year: 2020
Subjects: Υπέρυθρη φασματοσκοπία
Σφαίρα ολοκλήρωσης
Υπέρηχος
Μετατροπέας
Ανάκλαση
Απεικόνιση
Προσομοίωση
Βιολογικός ιστός
Infrared spectroscopy
Integration sphere
Ultrasound
Transducer
Reflection
Imaging
Simulation
Biological tissue

description: Αντικείμενο έρευνας της παρούσας διπλωματικής εργασίας είναι η διερεύνηση των χαρακτηριστικών της φασματακουστικής διάταξης σε διάφορους βιολογικούς ιστούς και πως επηρεάζεται η λειτουργία της μέσω προσομοιώσεων διάδοσης ηλεκτρομαγνητικού και ακουστικού κύματος. Συγκεκριμένα διεξάγονται προσομοιώσεις για την μελέτη και την βελτίωση των αισθητήρων λήψης που περιλαμβάνουν μια σφαίρα ολοκλήρωσης και έναν μετατροπέα υπερήχων. Στο πρώτο κεφάλαιο πραγματοποιείται μια εκτενής αναφορά στην μέθοδο της υπέρυθρης φασματοσκοπίας, στη θεωρία της σφαίρας ολοκλήρωσης αλλά και στη χρησιμοποίηση της σφαίρας ολοκλήρωσης ως αισθητήρας λήψης σε βιολογικές εφαρμογές. Η σφαίρα σχεδιάζεται και διεξάγεται ηλεκτρομαγνητική προσομοίωση για 17 βιολογικούς ιστούς χρησιμοποιώντας το λογισμικό CST, ώστε να διερευνήσουμε την λειτουργία της. Παράλληλα για την επεξεργασία των αποτελεσμάτων, έγινε εξαγωγή των μοντέλων ηλεκτρομαγνητικών ιδιοτήτων των υλικών μέσω του λογισμικού MATLAB. Στο δεύτερο κεφάλαιο παρατίθεται η θεωρητική ανάλυση της διαδικασία της διέγερσης του υπερήχου, της ανάλυσης της διάδοσης του κύματος παραθέτοντας τις βασικές καταστατικές εξισώσεις και της ανίχνευσης της ανάκλασής του μέσω της τομογραφίας υπερήχων και της διαδικασίας απεικόνισης. Ο βελτιστοποιημένος ανιχνευτής που περιλαμβάνει την σφαίρα ολοκλήρωσης σε συνδυασμό με τον μετατροπέα υπερήχων σχεδιάζεται και η υπό εξέταση δομή περιλαμβάνει την περίπτωση ενός όγκου μικρού μελανώματος. Πραγματοποιείται η ακουστική προσομοίωση, χρησιμοποιώντας την εργαλειοθήκη k-wave του MATLAB, για να μελετηθεί η διάδοση υπερήχων σε μοντέλο μελανώματος μέσω της φασματακουστικής διάταξης ώστε να παρατηρηθεί η επίδραση της σφαίρας ολοκλήρωσης στην απεικόνιση.
description: The research subject of the present thesis is to examine the characteristics of the spectracoustic device in various biological tissues and how its function is affected through electromagnetic and acoustic wave propagation simulations. Specifically, simulations are performed to study and improve the receiving probes, which include an integration sphere and an ultrasound transducer. In the first chapter there is an extensive report on the method of infrared spectroscopy, the theory of the integration sphere and also the use of the integration sphere as a receiving sensor in biological applications. The sphere is designed and electromagnetical simulations are carried out for 17 biological tissues using CST software in order to investigate the sphere’s operation. At the same time, for the processing of the results, the models of the electromagnetic properties of the materials were exported through MATLAB software. The second chapter presents the theoretical analysis of the process of ultrasound excitation, the analysis of wave propagation by listing the basic governing equations and the detection of its reflection through ultrasound tomography and imaging process. The optimized detector that includes the integration sphere in conjunction with the ultrasound transducer is designed and the structure under study includes the case of a small melanoma tumor. The acoustic simulation is performed, using the MATLAB k-wave toolbox, to study the propagation of ultrasound in a melanoma model through the spectracoustic device in order to observe the effect of the integration sphere on the imaging.