‫مطالعه بازسازی تصاویر در روش تصویربرداری پخش نوری به کمک روش عناصر محدود

Abstract

‫‫سابقه و هدف :تصویربرداری به روش توموگرافی پخش نوری‭(DOT)‬ یک روش غیریونیزه کننده، غیرتهاجمی و ارزان قیمت است .این روش یک روش برای تصویربرداری از خصوصیات نوری بافت است .در این روش از نور لیزر در طول موج‌های قرمز، انتهای طیف مرئی و در محدوده مادون قرمز نزدیک‭(NIR)‬ حول و حوش‭650‬ تا‭900‬ نانومتر استفاده می‌شود .نور توسط آرایه‌ای از منابع به بافت اعمال می‌شود .نور پراکنده شده‌ای که از بافت خارج می‌شود نیز توسط آرایه‌ای از آشکارسازها ثبت می‌شود .سپس مدلی از فیزیک انتشار برای استخراج خصوصیات نوری بافت مورد استفاده قرار می‌گیرد .بازسازی تصویر در تصویربرداری پخش نوری به روش معکوس انجام می‌شود .برای اینکه مسئله معکوس با دقت عمل کند باید انتقال فوتون در داخل بافت به درستی مدل شود .روش بررسی :شبیه سازی سیستم توموگرافی نوری شامل دو بخش می‌شود‭(1)‬ :حل مسئله مستقیم یا نفوذ نور در بافت که در آن معادله پخش فوتون در حالت مانا) مستقل از زمان (برای شبیه‌سازی پخش نور در بافت استفاده می‌شود‭. (2)‬حل مسئله معکوس یا بازسازی تصویر سطح مقطع بافت با استفاده از شدت‌های نور ثبت شده در روی مرز .در این پروژه مدل شبیه‌سازی انتقال فوتون در بافت بر اساس روش المان محدود برای حل تقریب پخشی معادله انتقالی تابش ارائه می‌شود .با قرار دادن خواص جذب و پراکندگی و منابع نور فرودی در المان‌های مش، معادله پخش فوتون در گره‌های مش حل شده و شدت نور خروجی در گره‌های مرزی به دست می‌آید .مقادیر محاسبه شده در مدل مسئله مستقیم با داده‌های اندازه‌گیری شده از سطح بافت) فانتوم (مقایسه شده و اختلاف آن‌ها با الگوریتم غیرخطی تکرارشونده در مسئله معکوس کاهش می‌یابد و تصویر ضرایب مجهول خصوصیات نوری بافت نمایش داده می‌شود .یافته‌ها :انتشار نور در بافت با استفاده از روش عناصر محدود شبیه سازی شده و نتایج حاصل در حالت‌های مختلف با نتایج تجربی حاصل از آزمایش مقایسه شده است .نتایج شبیه‌سازی در حالت همگن با ضریب همبستگی‭996/0‬ با نتایج تجربی همبستگی داشت .این ضریب برای فانتوم دارای نقصان مقدار‭985/0‬ به دست آمد .در بخش بازسازی تصویر، قطر بازسازی شده نقصان برای تصاویر حاصل دارای خطای‭32‬ می‌باشد .موقعیت زاویه‌ای نقصان به درستی بازسازی شده است .بحث و نتیجه‌گیری :در این پایان‌نامه با استفاده از مقادیر شدت نور اندازه‌گیری شده از سطح فانتوم، تصاویر ضرایب جذب در سطح مقطع فانتوم محاسبه شده و برای تشخیص وجود نقصان داخل فانتوم قابل استفاده است Dr. M.Ansari, Assistant Professor, Laser & Plasma Research Institute, Shahid Beheshti University, Tehran, IranAdvisor: Mr. R.Shahghadami, Lecturer, Department of Medical Engineering and Medical Physics, School of Medicine, Shahid Beheshti University of Medical Sciences, Tehran, IranBy: Zahra Hosseini Pour, Department of Medical Engineering and Medical Physics, School of Medicine, Shahid Beheshti University of Medical Sciences, Tehran, Iran. Email:zhr_hosseinipour@yahoo.comCorresponding Author: M.Ansari, Postal Address: Laser & Plasma Research Institute, Shahid Beheshti University, Evin, Tehran, Iran. Email: m_ansari@cc.sbu.ac.ir, Tel: +982129902673Background and Aim: Diffuse Optical Tomography is a non-invasive imaging technique where near-infrared (NIR) light (650–900 nm) is injected through optical fibers positioned on the surface of the imaging volume of interest and the emergent light is measured at other locations on the same tissue surface using either other fibers or a detector array.Materials and Methods: Diffuse Optical Tomography mainly involves solving two problems: i- solving forward problem involves generating the boundary data, for a given set of optical properties within the tissue, using a model for light transport in tissue. ii- solving inverse problem involves reconstructing the optical properties given the boundary data.NIR light propagation in a biological tissue can be modeled using the Diffusion Equation, which is an approximation to the Radiative Transfer Equation.Results: Light propagation in tissue is simulated with Finite Element Method and results are compared to the experimental results. In a homogeneous state, simulated results correlate to experimental results with correlation coefficient of 0.996. This coefficient for a phantom with defect is 0.985. In image reconstruction, reconstructed diameter of the defect was of 32% error. Angular position of the defect is properly reconstructed.Conclusion: In this work, absorption coefficient distribution of phantom is calculated using measured intensity data from surface, and is used for detecting defects inside the phantom.Keywords: Optical Imaging, Tomography, Finite Element Method, Near-Infrared, Diffusion Approximation, Inverse Problem