پایان نامه برق مخابرات میدان:تشخیص تومورهای سرطانی در بافت­های بیولوژیک با استفاده از تصویربرداری ماکروویو

دانلود متن کامل پایان نامه مقطع کارشناسی ارشد رشته مهندسی برق گرایش مخابرات میدان

با عنوان :تشخیص تومورهای سرطانی در بافت­های بیولوژیک با استفاده از تصویربرداری ماکروویو

برای رعایت حریم خصوصی نام نگارنده درج نمی شودپایان‌نامه برای دریافت درجه کارشناسی ارشددر رشته مهندسی برق گرایش مخابرات میدانتشخیص تومورهای سرطانی در بافت­های بیولوژیک با استفاده از تصویربرداری ماکروویواستاد راهنما:آقای دکتر بیژن ذاکریاستاد مشاور:آقای دکتر محمود سخاییتکه هایی از متن به عنوان نمونه :چکیدهاین پایان نامه به کاربردها و توسعه­ی تکنیک­های معکوس زمانی (Time-Reversal) بر اساس روش­های پردازش سیگنال برای امواج الکترومغناطیس باند پهن در محیط­های همگن و تصادفی گسسته و پیوسته تمرکز دارد. روش­های معکوس زمانی بر اساس تغییرناپذیری معادلات ماکسول تحت شرایط معکوس شدن مؤلفه­ی زمانی آن، یکی از تکنیک­های مناسب و قابل توجه برای تصویربرداری می­باشند. با افزایش ناهمگنی و پراکندگی چندگانه در محیط، دقت این تکنیک­ها افزایش می­یابد. به دلیل موفقیت تکنیک معکوس زمانی در امواج صوتی، علاقه­ی زیادی در استفاده از روش Time Reversal با امواج الکترومغناطیس در فرکانس رادیویی بوجود آمده است. در این پایان نامه ابتدا به بررسی وضوح بالای تمرکز امواج الکترومغناطیس UWB معکوس شده­ی زمانی در محیط زمینه­ی تصادفی پیوسته نوع اول و دوم پرداخته خواهد شد. همچنین دو تکنیک­ DORT و TR-MUSIC که روش­های تصویربرداری با وضوح بالا برای تشخیص و مکان­یابی اهداف پنهان شده در محیط­های همگن و ناهمگن می­باشند، را از پایه معرفی نموده، آن را در آزمایشگاه عددی FDTD کد نویسی و پیاده­سازی کرده و پارامترهای مؤثر در کارایی این تکنیک­ها را ارزیابی می­نماییم. عملکرد این دو تکنیک در تصویربرداری مایکروویو در یک محیط ناهمگن تصادفی شامل پراکنده کننده­های نقطه­ای نشان داده شده است. محیط ناهمگن تصادفی درنظرگرفته شده بر اساس تغییرات مکانی نفوذپذیری خاک می­باشد. اثر پارامترهای یک محیط ناهمگن تصادفی بر روی مقادیر ویژه و بردارهای ویژه­ی اپراتور معکوس زمانی برای دو هدف نزدیک به هم مورد بررسی قرار خواهد گرفت. در ادامه، به مسأله­ی تصویربرداری ماکروویوی با استفاده از تکنیک TR-MUSIC در حالت کلی، جنبه­ی ویژه و کاربردی­اش را اضافه نموده و آن را به سوی مسأله­ی «تصویربرداری از پشت دیوار» هدایت می­نماییم. اثرات پلاریزاسیون با استفاده از این تکنیک در این مثال کاربردی مورد شبیه سازی و تحلیل قرار می­گیرد، همچنین در این راستا نشان داده می­شود که این تکنیک حتی برای حالتی که دیوار دارای تلفات شدید باشد، نتایج قابل قبولی را بدست می­دهد. در نهایت به ردیابی هدف در پشت دیوار با استفاده از تکنیک TR-MUSIC پرداخته خواهد شد.واژه‌های کلیدیتصویربرداری ماکروویو، تکنیک­های DORT و TR-MUSIC، محیط تصادفی پیوسته، پلاریزاسیون، موقعیت­یابی هدف از پشت دیوار.فهرست مطالبفصل 1 مقدمه                                                                                                                              11-1 تصویربرداری الکترومغناطیس                                                                                                     21-2 تصویربرداری ماکروویو                                                                                                                      31-3 مروری بر پیشینه­ی تکنیک­های Time-Reversal                                                                        51-4 دور نمای پایان نامه                                                                                                             6فصل 2: تکنیک معکوس زمانی وضوح بالا                                                                                    82-1 مقدمه                                                                                                                  92-2 Time-Reversal                                                                                                       92-3 تئوری Time-Reversal                                                                                                  122-4 معرفی آزمایشگاه عددی برای پیاده سازی Time-Reversal                                                       132-5 مدل­های محیط تصادفی                                                                                                 142-6 تنظیم محاسباتی                                                                                                          162-7 نتایج عددی                                                                                                                 162-7-1 اثرات محیط تصادفی گسسته                                                                                172-7-2 اثرات محیط آماری مرتبه­ی اول                                                                                   192-7-3 اثرات محیط آماری مرتبه­ی دوم                                                                                   19فصل 3: تصویربرداری با تحلیل عملگر وارون زمانی                                                                    213-1 مقدمه                                                                                                               223-2 تجزیه­ی ماتریس عملگر زمانی                                                                                          253-3 روش DORT                                                                                                              293-3-1 شبیه سازی DORT                                                                                          30 3-4 روش TR-MUSIC                                                                                                        353-5 نتایج شبیه سازی در محیط­های تصادفی                                                                                 413-5-1 اثرات محیط آماری مرتبه­ی اول                                                                                413-5-2 اثرات محیط آماری مرتبه­ی دوم                                                                                  42فصل 4: تصویربرداری در حضور مانع                                                                                            464-1 مقدمه                                                                                                                 474-2 بررسی اثر پلاریزاسیون در وضوح تصویر                                                                            474-2-1 بررسی مد                                                                                                      48                                                                                              4-2-2 بررسی مد                                                                                                                494-3 تأثیر دیوار بتن مسلح و پارتیشن­بندی در داخل اتاق بر TWI                                                     534-3-1 تأثیر دیوار بتن مسلح                                                                                               534-3-2 تأثیر دیوار بتن مسلح و پارتیشن بر TWI                                                                          554-4 ردیابی اهداف متحرک در پشت دیوار                                                                                   554-5 نتیجه­گیری                                                                                                                 594-6 تحقیقات آینده                                                                                                   60مراجع                                                                                                                             62فهرست شکل هاشکل (1-1) هندسه­ی MWT                                                                                                  4شکل (2-1) مرحله­ی forward propagation                                                                             11شکل (2-2) مرحله­ی backpropagation                                                                                     11شکل (2-3) شبکه­ی سه بعدی FDTD در الگریتم Yee                                                                    13شکل (2-4) لایه­های CPML استفاده شده در FDTD سه بعدی                                                         14شکل (2-5) الف- محیط همگن با ( ). ب- محیط ناهمگن ( ). ت- محیط ناهمگن ( ). ث- محیط ناهمگن ( )                                                           17شکل (2-6) مشتق اول پالس BH در: الف- حوزه­ی زمان، ب- حوزه­ی فرکانس                                         18شکل (2-7) الف- محیط همگن. ب) محیط با دیواره­های PEC                                                        18شکل (2-8) شکل موج سیگنال­های متمرکز شده در نقطه­ی منبع برای محیط آماری نوع اول                       19شکل (2-9) شکل موج سیگنال­های متمرکز شده در نقطه­ی منبع برای محیط آماری نوع دوم                     20شکل (3-1) عمل DORT                                                                                                         23شکل (3-2) شمایل کلی بدست آوردن و بردار گردشی (در حالت نادیده گرفتن پراکندگی چندگانه بین پراکندکنندگان)                                                                                                                   26شکل (3-3) برای پراکنده کننده­های نقطه­ای و کاملا مجزا، هر مقدار ویژه غیر صفر و بردار ویژه متناظر با آن در عملگر TRO به یک پراکنده کننده­ی خاص در محیط مربوط می­شود. به عبارتی هر بردار ویژه با بردار گردشی که پراکنده کننده را به آرایه آنتن وصل می­کند، متناسب می­باشد                                                         30شکل (3-4) الف- مقادیر ویژه بر حسب فرکانس. ب- کلیه­ی مقادیر ویژه در فرکانس 1GHz                         32شکل (3-5) الف- تمرکز بر روی اولین پراکنده کننده. ب- تمرکز بر روی دومین پراکنده کننده. پ- تمرکز بر روی هر دو پراکنده کننده                                                                                                             33شکل (3-6) الف- نگارش تصویر با استفاده از بردار ویژه اول. ب- نگارش تصویر با استفاده از بردار ویژه دوم       34   شکل (3-7) نگارش تصویر یک جسم گسترده با استفاده از عمل DORT                                             34شکل (3-8) حالت­های کاملا مجزا برای دو پراکنده گر با N=3. الف- کاملاً مجزا: هر بردار ویژه متناسب با یک بردار تابع. ب- غیر مجزا: بردارهای ویژه متناسب با جمع جبری چند بردار تابع گرین در فضای سیگنال می­باشد         35شکل (3-9) نحوه­ی قرار گرفتن پراکنده کننده­های استوانه­ای در محیط همراه با آنتن­های آرایه وارون زمانی در حالت پراکنده کننده­ای کاملاً مجزا                                                                                             38شکل (3-10) الف- مکان­یابی جسم با استفاده از روش TR-MUSIC در فرکانس مرکزی . ب- مکان­یابی جسم با استفاده از روش TR-MUSIC برای کلیه­ی فرکانس­ها                                                       38شکل (3-11) مکان­یابی جسم در روش TR-MUSIC در فرکانس 1GHz. ب- مکان­یابی جسم در روش TR-MUSIC در فرکانس 2GHz                                                                                                  39شکل (3-12) مکان­یابی جسم­ها با استفاده از TR-MUSIC برای حالت غیر مجزا بودن پراکنده کنندگان دیگر در مجموع همه­ی فرکانس­ها                                                                                                        40شکل (3-13) نگارش تصویر یک جسم گسترده با استفاده از عمل TR-MUSIC                                     40شکل (3-14) نحوه­ی قرار گرفتن پراکنده کننده­ها در محیط ناهمگن تصادفی با گذر دهی میانگین41شکل (3-15) نگارش تصویر با استفاده از TD-DORT، و برای مقدار ثابت . الف- ، ب- ، پ-                                                                                                 42شکل (3-16) نگارش تصویر با استفاده از TD-MUSIC، برای مقدار ثابت الف- ، ب- ، پ-                                                                                                       43شکل (3-17) نگارش تصویر با استفاده از TD-MUSIC، برای مقدار ثابت الف- ، ب- ، پ-                                                                                                                       44شکل (3-18) نگارش تصویر با استفاده از TD-MUSIC، برای مقدار ثابت الف- ، ب- ، پ-                                                                                                            45شکل (4-1) هندسه مسأله TWL                                                                                              48شکل (4-2) تصاویر بدست آمده الف- با روش DORT. ب- یا روش TR-MUSIC                                   50شکل (4-3) تصاویر بدست آمده با استفاده از روش DORT الف- برای cross-pol، ب- برای co-pol، پ- برای fully-polarimetric                                                                                                               51شکل (4-4) تصاویر استخراج شده با استفاده از تکنیک TR-MUSIC الف- برای cross-pol، ب- برای co-pol، پ- برای fully-polarimetric                                                                                                      52شکل (4-5) مقطع دیوار بتن مسلح                                                                                           53شکل (4-6) تصاویر بدست آمده با روش TR-MUSIC برای دیوار بتن مسلح با تراکم­های مختلف میله. الف- . ب- . پ-                                                                  54شکل (4-7) هندسه مسأله برای تصویربرداری پشت دیوار در حضور پارتیشن­هایی در داخل اتاق                  55شکل (4-8) تصویر تشکیل شده با TR-MUSIC برای دیوار بتن مسلح با تراکم­های مختلف میله و اتاق پارتیشن بندی شده. الف- . ب- . پ-                                              56شکل (4-9) هندسه­ی مسأله­ی هدف متحرک                                                                               57شکل (4-10) تصویر تشکیل شده با MDM تفاضلی با استفاده از TR-MUSIC                                      58فصل 1مقدمه1-1 تصویربرداری الکترومغناطیستصویربرداری الکترومغناطیس با استفاده از فرکانس رادیویی (RF)، ماکروویو و یا سیگنال­های نوری، به دلیل ویژگی­های منحصربه فرد خود به عنوان یک ابزار تشخیصی همواره مورد استفاده بوده است. تصویربرداری الکترومغناطیس توجه زیادی را به خود جلب کرده است و بنابراین تحقیقات گسترده­ای در این زمینه انجام شده است، که علّت آن، تنوع و تناسب این روش تصویربرداری برای کاربردهای وسیع آن می­باشد. برای مثال، تصویربرداری ماکروویو (MWI)[1] در تست غیر مخرب (NDE)[2]، برای تشخیص عیب در مواد واندازه­گیری کمیت­های فیزیکی به کار گرفته شده است ]1 [. همچنین برای توصیف مواد مانند تعیین اجزای تشکیل دهنده و ارزیابی تخلخل[3] می­تواند استفاده شود. در کاربردهای نظامی، توانایی نفوذ امواج الکترومغناطیس در مواد دی الکتریک باعث استفاده از آن­ها در بازجویی­های نظامی شده است ]2[. در کاربردهای هوا و فضا، برای تشخیص ترک بر روی بدنه­ی هواپیما استفاده می­شود ]3[. در زمینه­ی اکتشافات جغرافیایی، MWI در تشخیص از راه دور برای شناسایی تونل، بقایای دفن زباله و مین­های زیر زمینی منفجر نشده به کار گرفته می­شود ]4 [. در کاربردهای مهندسی عمران و صنعت، MWI برای ارزیابی یکپارچگی ساختار جاده­ها، ساختمان­ها و پل­ها می­تواند مفید واقع شود ]5[. در حال حاضر، در زمینه­ی پزشکی، سیستم­های MWI برای تصویربرداری بیولوژیکی[4] غیر تهاجمی ارائه شده است ]6[.از این لیست کوتاه و ناقص، آشکار است که دامنه تصویربرداری الکترومغناطیسی گسترده است و برای آن کاربردهای بسیاری در زمینه­های مختلفی می­تواند یافت شود. در برخی از این کاربردها، تنها نیاز به اطلاعات کیفی در مورد جسم تحت آزمون است، در حالی که در بسیاری از موارد، مانند کاربردهای مین روبی[5]، بررسی باستان شناسی غیر تهاجمی و یا تصویربرداری پزشکی، نیاز به اطلاعات کمی در مورد جسم هدف است که با استفاده از خواص دی الکتریک[6] می­تواند تعیین شود. این خواص دی الکتریک، رسانایی ( )[7] و گذردهی نسبی ( )[8]، با استفاده از انتقال، انعکاس و میرایی سیگنال­های ماکروویو در هنگام عبور از جسم تعیین می­شوند.1-2 تصویربرداری ماکروویوتصویربرداری ماکروویو عبارت از هدایت و انجام یک سری اندازه­گیری­های الکترومغناطیس در باند ماکروویو، بر روی یک شیء و سپس استخراج پارامتر­های مهم نظیر شکل و موقعیت آن شی از داده­های حاصل شده، است. پیش از ابداع چنین روشی، استفاده از اشعه­ی ایکس[9] روش متداول در تصویربرداری از اشیاء غیر قابل رویت بود. امّا تصویر حاصل با استفاده از این پرتو با خطا همراه است و همچنین یک روش تصویربرداری تهاجمی به حساب می­آید. در این صورت ایده­ی استفاده از امواج الکترومغناطیس جهت تصویربرداری مطرح گردید. دلیل استفاده از پالس­های با پهنای باند وسیع (UWB)[10] به جای سیگنال­های تک فرکانس یا در یک محدوده­ی فرکانسی خاص، کاهش مشخصه­ی انعکاس­های داخلی اشیاء مورد پرتو دهی است، در این صورت استفاده از امواج الکترومغناطیس توجیه می­شود. استفاده از تصویربرداری ماکروویو در زمینه­های مختلف در حال افزایش می­باشد ولی به دلیل ضعف در ارائه­ی الگوریتم­های جامع و کاربردی، هنوز نیاز به توسعه­ی بیشتر دارد.در حالت کلی روش MWI را می­توان به دو دسته تقسیم کرد:
  • MW Tomography (MWT)
هدف این روش بازسازی خواص دی­الکتریک جسم ناشناخته از سیگنال­های ماکروویو پراکنده[11] شده است، که از طریق حل یک معادله­ی پراکندگی معکوس[12] غیر خطی انجام می­گیرد، این روش اجازه می­دهد توزیع ضریب نفوذپذیری مختلط[13] جسم هدف بازسازی شود. برای بازسازی خواص، جسم هدف توسط منابع مختلفِ شناخته شده­ی ماکروویو روشن می­شود و میدان­های پراکنده شده توسط جسم هدف در مکان­های مختلف اندازه­گیری می­شود. درنتیجه خواص دی الکتریک جسم مورد نظر با حل معادله­ی پراکندگی غیر خطی تعیین می­گردد (شکل 1-1).
  • تکنیک رادار UWB
این روش به دنبال بازسازی پروفیل دی­الکتریک کامل نیست، بلکه به دنبال آشکارسازی محل جسم هدف از سیگنال­های پراکنده شده می­باشد. البته تصویربرداری با رادارهای UWB معمولی به علت محدودیت ساختار آنتن­ها رزولوشن مطلوبی نخواهد داشت. این محدودیت را می­توان با تکنیک معکوس زمانی (TR)[14] که وضوح بهتری دارد مرتفع کرد، که به عنوان یکی از روش­های مطلوب در این گروه از تصویربرداری پیشنهاد می­گردد.سیستم­های سنجش از راه دور[15] فعال و غیر فعال در ماکروویو قابلیت­های منحصر به فردی برای تشخیص اشیا و افراد پنهان شده ارائه می­کنند. از آنجایی که ماکروویو نفوذپذیری بهتری در مواد دارد، سنجش از راه دور با استفاده از این فرکانس­ها بیشتر مورد مورد توجه و علاقه می­باشد.[1] Microwave Imaging[2] Non-Destructive Evaluation[3] Porosity[4] Biological Imaging[5] Demining[6] Dielectric Properties[7] Conductivity[8] Permittivity[9] X-Ray[10] Ultra-WideBand[11] Scatter[12] Inverse Scattering[13] Complex Permittivity (CP) [14] Time-Reversal[15] Remote sensing systems***ممکن است هنگام انتقال از فایل اصلی به داخل سایت بعضی متون به هم بریزد یا بعضی نمادها و اشکال درج نشود ولی در فایل دانلودی همه چیز مرتب و کامل و با فرمت ورد موجود است***

متن کامل را می توانید دانلود نمائید

چون فقط تکه هایی از متن پایان نامه در این صفحه درج شده (به طور نمونه)

ولی در فایل دانلودی متن کامل پایان نامه

 با فرمت ورد word که قابل ویرایش و کپی کردن می باشند

موجود است

تعداد صفحه :92
قیمت : چهارده هزار تومان

بلافاصله پس از پرداخت ، لینک دانلود به شما نشان داده می شود

و به ایمیل شما ارسال می شود.

پشتیبانی سایت :        09124404335        info@arshadha.ir

در صورتی که مشکلی با پرداخت آنلاین دارید می توانید مبلغ مورد نظر برای هر فایل را کارت به کارت کرده و فایل درخواستی و اطلاعات واریز را به ایمیل ما ارسال کنید تا فایل را از طریق ایمیل دریافت کنید.

--  -- --

مطالب مشابه را هم ببینید

فایل مورد نظر خودتان را پیدا نکردید ؟ نگران نباشید . این صفحه را نبندید ! سایت ما حاوی حجم عظیمی از پایان نامه های دانشگاهی است. مطالب مشابه را هم ببینید. برای یافتن فایل مورد نظر کافیست از قسمت جستجو استفاده کنید. یا از منوی بالای سایت رشته مورد نظر خود را انتخاب کنید و همه فایل های رشته خودتان را ببینید