Fotoakustik görüntülemede ayrık karmaşık görüntü yöntemi algoritmasının geri-çatma yöntemine uygulanması
Application of discrete complex image method algorithm to back-projection method in photoacoustic imaging
Yazar: OKAN BERK GAZİOĞLU
Danışman: DOÇ. DR. DERYA YILMAZ
Başkent Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Elektrik Elektronik Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2022
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering
Dizin: Fotoakustik = Photoacustic ; Green fonksiyonu = Green function ; Görüntüleme yöntemleri = Imaging methods

Özet:
Fotoakustik görüntüleme(FAG), optik ve ultrason tabanlı hibrit bir görüntüleme sistemi olup, özellikle kanserin ön tanı ve tedavisinde kullanılabilecek teknolojik ve ticari potansiyeli olan henüz klinik aşamaya gelmemiş bir yöntemdir. Optik ve ultrason tabanlı bir görüntüleme sistemi olan bu yöntem iyonize olmayan(zararsız ışın) dalgalar içeren son yıllarda üzerine çokça araştırma yapılan yüksek çözünürlük ve kontrastlı yeni bir görüntüleme tekniğidir. Bu çalışmada, katman yüzeyinde süreklilik, t=0 anında başlangıç ve sonsuzda radyasyon koşulları altında doku 2 katmanlı düzlemsel yapı olarak
modellenmiştir. Bu koşullar altında fotoakustik dalga denkleminin çözümünde katmanlı akustik Green fonksiyonlarından yararlanılmıştır. Çözümde ortaya çıkan Green fonksiyonları sonsuz integrallerle ifade edilen yüksek salınımlı, yavaş yakınsayan fonksiyonlar olduğundan hesaplamaları oldukça uzun zaman almaktadır. Fotoakustik görüntüleme tekniklerinden biri olan geri çatma algoritmasında defalarca hesaplanması gereken Green fonksiyonlarının hesaplama sürelerinin kısaltılması ve Green fonksiyonlarını kapalı formda ifade edebilmek için Ayrık Karmaşık Görüntü Yöntemi(AKGY) uygulanmıştır. AKGY uygulanırken kullanılan yöntemlerden olan Genelleştirilmiş Kalem Metodu(GKM) aracılığıyla Green fonksiyonları kompleks üstel terimlerin toplamı şeklinde elde edilmiştir. Ayrıca yüzey dalga etkisini hesaplamak için
öncelikle Green fonksiyonlarının Newton-Raphson yöntemi ile kutup noktaları bulunmuş ve bu noktaların etkisi Green fonksiyonlarından çıkarılarak uzak ve yakın alanda yüzey dalga etkisi incelenmiştir. Son olarak ise AKGY ile elde edilen Green fonksiyonları geriçatma algoritmasında kullanılarak iki katmanlı yapı için fotoakustik görüntüleme yapılıp noktasal kaynak fonksiyonunun dağılımı gösterilmiştir.

Abstract:
Photoacoustic imaging(PAI) is a hybrid imaging system depending on optics and ultrasound, and it is a method that has not reached yet the clinical stage with technological and commercial potential that can be used especially in cancer diagnosis and treatment. This method, which is based on optical and ultrasound imaging systems and includes nonionizing waves (harmless rays), is a new imaging technique with high resolution and contrast, which has been intensively researched in recent years. In this study, the tissue was modeled as a 2 layer planar structure under the continuity on the layer surface, initial condition at t=0 and radiation conditions at infinity. Subject to these conditions, layered acoustic Green's function were used to solve the photoacoustic wave equation. Since layered Green's functions are highly oscillating and slowly convergent integrals, the computation time takes long. The discrete complex image method which named as Discrete Complex Image Method(DCIM) was applied to shortened the computation time of layered Green's functions which need to be calculated repeatedly in the photoacoustic imaging and to obtain the closed form of Green's function. Green's functions were obtained as the sum of complex exponential terms using the Generalized Pencil of Function(GPOF) method, which is one of the procedure used when applying the DCIM. In addition, in order to calculate the surface wave contribution, firstly, coordinates of poles were found by Newton-Raphson method and contributions of these points were subtracted from Green's function, and surface wave contributions in the far and near field were examined. Then, Green's functions, which were obtained by DCIM, were used in the reconstruction algorithm and photoacoustic imaging was performed for a two-layer media and the distribution of the point source function was demonstrated.