Acoustic impedance measurement of tissue mimicking phantoms by using scanning acoustic microscopy

Abstract

Dokuyu taklit eden fantomlar, insan vücudunun izlenmesi için kullanılan algoritmaların ve yöntemlerin düzgün çalıştığını garanti etmek üzere yararlanılan görüntüleme nesneleridir. Bu sebeple, ilişkili klinik çalışmalar göz önünde bulundurulduğunda, fan- tomların karakterizasyonu kritik bir öneme sahiptir. Bu tezde, 80 MHz taramalı akustik mikroskopisiyle kaydedilen akustik empedans ölçümleri üzerinden; meme, karaciğer ve kan dokularını taklit etmek için hazırlanan fantomların karakterize edilmesi ve çeşitli yumuşak doku fantomlarını doğru şekilde üretmek için etkin ve hızlı bir tekniğin önerilmesi amaçlanmıştır. Bildiğimiz kadarıyla çalışmamız, doku taklit eden fantomların akustik empedans ölçümlerinin yapılması amacıyla taramalı akustik mikroskopisinin akustik empedans ölçüm modunda kullanılmasını öneren ilk çalışma olma özelliğini taşımaktadır. Çalışmamız sonucunda, akustik empedans değerleri 1.373 ± 0.031 ile 1.707 ± 0.036 MRayl arasında değişen yumuşak(meme) doku fantomlarının üretimleri gerçekleştirilmiştir. Akustik empedans ölçümlerimiz, fabrikasyonu yapılmış karaciğer dokusunu taklit eden fantom için 1.693 ± 0.085 MRayl sonucunu; fabrikasyonu yapılmış kan dokusunu taklit eden fantom için 1.624±0.006 MRayl sonucunu vermiştir. Ölçümlerimiz sonucunda elde edilen akustik empedans değerleri insan vücudundaki meme, karaciğer ve kan dokularının akustik empedans değerlerine çok yakındır.

Phantoms are imaging objects used as stand-ins for human tissues to guarantee that algorithms and methods for monitoring the human body are functioning properly. Thus, characterization of them prior to clinical trials plays a vital role. By that, in this thesis, we aimed to characterize breast, liver and blood tissue mimicking phantoms through acoustic impedance measurements recorded by 80 MHz Scanning Acoustic Microscopy (SAM) and propose a novel and fast technique for measuring a variety of soft tissue phantoms. To our best knowledge, it is the first study that suggests SAM operating at acoustic impedance measurement mode for the quantification of tissue-mimicking phantoms. We achieved to produce breast (soft) tissue mimicking phantoms which have acoustic impedance values between the range of 1.373±0.031 and 1.707±0.036 MRayl. Our acoustic impedance measurements provide the result of 1.693±0.085 MRayl for the liver tissue mimicking phantom and 1.624±0.006 MRayl for the blood tissue mimicking phantom which is very close to acoustic impedance values of human tissues.