Dokulardaki sıcaklık değişiminin ultrason yöntemi ile belirlenmesi
Evaluation of temperature change in tissues with ultrasonic method
Yazar: MUSTAFA UYĞUN
Danışman: PROF. DR. MUSTAFA SERHAN KÜÇÜKA
Dokuz Eylül Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Biyomedikal Teknolojiler Ana Bilim Dalı / İleri Biyomedikal Teknolojiler Sanayi Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2024
Konu: Biyomühendislik = Bioengineering ; Mühendislik Bilimleri = Engineering Sciences

Özet:
Doku içi sıcaklık görüntüleme teknikleri ile ısıl tedaviler esnasında doku içi sıcaklık değişimleri tespit edilebilmekte ve tedavinin başarısı tespit edilebilmektedir. Ultrasonik sıcaklık görüntüleme yöntemi düşük maliyetli ve girişimsiz bir yöntem olmasından dolayı ön plana çıkmaktadır. Bu çalışmada bilgisayar ortamında ultrasonik simülasyon oluşturulmuş ve zaman kayması tespiti temelli yöntem adım adım incelenerek yöntemin etkinliği ve kriterleri tespit edilmiştir. 

Çalışmada tek boyutlu ve iki boyutlu olmak üzere iki farklı simülasyon çalışması gerçekleştirilmiştir. Tek boyutlu simülasyon ile seyrek saçıcı dağılımına sahip basit bir akustik fantom oluşturulmuş ve ultrasonik sinyal içerisinde benek etkilerinin minimum olması amaçlanmıştır. Bu çalışmada iki farklı sıcaklık durumu için sinyaller elde edilmiş ve sinyallerin çapraz korelasyon algoritmasına sokulmasıyla zaman kaymaları elde edilmiştir. Zaman kaymaları Geri Fark Şeması ve Parçalı Doğru Uydurma yöntemleri kullanılarak analiz edilmiş ve sıcaklık tahmini yapılmıştır. Yapılan tahminlerde maksimum sapmalar Geri Fark Şemasında 1,99 Celcius ve Parçalı Doğru Uydurma'da 0,75 Celcius olarak ölçülmüştür. İki boyutlu çalışmada saçıcı modeli sıklaştırılmış ve benek etkileri modele dahil edilmiştir. İki boyutlu analiz yalnızca Parçalı Doğru Uydurma kullanılarak gerçekleştirilmiştir. Pencere parametreleri 3 ve 10 dalga boyu arasında birer dalga boyu artımlar ile incelenmiş ve 5-7 dalga boyu için en iyi sonuçlar elde edilmiştir. Buna göre bu aralıkta maksimum sapmalar 0,84-0,97 Celcius aralığında gerçekleşmiş ve standart sapma 0,41 Celcius olarak ölçülmüştür. Analizde 0,5 Celcius'tan daha düşük sapmaların olduğu ölçümlerin tüm ölçümlere oranının minimum yüzde 88,3 olduğu görülmüştür.

Abstract:
With deep tissue temperature imaging techniques, tissue temperature changes can be detected during thermal treatments and success of treatment could be determined.  Ultrasonic temperature imaging method stands out because it is a low-cost and non-invasive method. In this study, an ultrasonic simulation was created in a computer environment. The method based on time shift detection was examined step by step, and the effectiveness and criteria of the method were determined.

In the study, two different simulation sets one-dimensional and two-dimensional has been analysed.  A simple acoustic phantom with sparse scatterer distribution was created with one-dimensional simulation, thus minimizing speckle effects in the ultrasonic signal. In this study, signals were obtained for two different temperature conditions and time shifts were input the signals into cross-correlation algorithm. Time shifts has been analysed using Backward Difference Scheme and Piecewise Line Fitting methods and temperature distribution has been predicted. In the two-dimensional study, the scattering model has been refined, and speckle effects have been incorporated into the model. This analysis was performed using Piecewise Line Fitting only. Window parameters were examined in one wavelength increments between 3 and 10 wavelengths, and the best results were obtained for 5-7 wavelengths. Accordingly, in this range, maximum deviations were measured as 0.84-0.97 Celcius, and the standard  deviation was measured as 0.41 Celcius.  In this analysis, it was seen that the ratio of measurements with deviations less than 0.5 Celcius to all measurements was at least 88.3 percent.