Meme tümörlerinin mikrodalgalar ile görüntülenmesine yönelik deneysel bazlı yeni yaklaşımlar

Abstract

Bu tez çalışmasında, biyolojik dokularda oluşan iyi ve/veya kötü huylu kitlelerin, cerrahi müdahale olmadan, iyonize edici olmayan elektromanyetik dalgaları temel alan mikrodalga görüntüleme (MDG) yöntemleri ile görüntülenmesini sağlayan üç farklı algoritma önerilmiştir. Bu amaçla algoritmalar, görüntüleme problemine ilişkin çözüm uzaylarını temsil eden modeller ve önerilen algoritmaların formülasyonları ile detaylandırılmıştır. Önerilen algoritmalar, öncelikle sayısal olarak oluşturulan verilerle geliştirilmiş ve daha gerçekçi benzetimler yapılarak algoritmaların uygulanabilirliği gözlemlenmiştir. Ardından, çeşitli senaryolara göre daha gerçekçi veriler elde etmek için deneysel çalışmalar yapılmış ve algoritmalar, bu verilere uygulanmıştır. Benzetim verilerinde başarıyla uygulanan algoritmalar, deneysel verilerin kullanılması ile de benzeri başarıyı göstermiştir. Tezin esas amacını oluşturan özgün algoritma tasarımı ve deneysel çalışmaların yanında, meme kanserinin görüntülenmesinde kullanılabilecek mikroşerit anten tasarımları ve optimizasyonları yapılmıştır. Elde edilen özgün mikroşerit antenler, hedeflenen performans kriterlerini büyük oranda sağlamaktadır. Anten tasarımının ardından ise küçük boyutlu nesnelerin görüntülenmesinde, özellikle meme kanseri görüntülenmesinde, kullanılabilecek olan yapay açıklıklı radar ve ters yapay açıklıklı radar prensiplerini temel alan monostatik ve/veya multistatik ölçümler yapmaya imkân tanıyan bir deney düzeneği tasarlanmıştır. Deney düzeneğinin bilgisayardan kontrolünü sağlamak üzere mikrodenetletici devre kartı programlanmış ve ara işlemleri sağlayacak elektronik devre kartı tasarlanmıştır. Oluşturulan deney prototipi ve tasarlanan mikroşerit antenler, bu tez çalışması kapsamında önerilen deneysel çalışmaların yapılmasına kullanılabilecek niteliktedir.

In this thesis, three different imaging algorithms have been proposed that allow imaging of benign and malignant tumors in biological tissues by microwave imaging (MWI) methods using non-ionizing electromagnetic waves, without surgical intervention. For this purpose, the algorithms are explained with the models representing the solution spaces of the imaging problem and the formulations of the proposed algorithms. The proposed algorithms in this study are developed primarily by numerically generated data, and more feasible simulations have been done to verify the feasibility of the algorithms. Experimental studies were then done to obtain more realistic data according to the various scenarios, and the algorithms were applied to the acquired data. Successfully implemented algorithms to the simulated data show similar success with the use of experimental data. In addition to the original algorithm design and empirical studies that constitute the primary objective of the thesis, microstrip antenna designs and optimizations that can be used in the imaging of breast cancer have been made. The proposed novel microstrip antenna designs provide the targeted performance criteria. Following the antenna design, a unique experimental measurement prototype was designed that allows monostatic and multistatic measurements based on synthetic aperture radar and inverse synthetic aperture radar principles that can be used in the imaging of small size objects, especially in breast cancer screening. A microcontroller circuit board has been programmed to provide control of the proposed measurement system via a computer, and an electronic circuit board has been designed to provide middle tier operations. The experimental prototype and the designed microstrip antennas can be utilized for the experimental studies proposed in this dissertation.