دانلود متن کامل پایان نامه مقطع کارشناسی ارشد رشته مهندسی برق گرایش مخابرات میدان
با عنوان :تشخیص تومورهای سرطانی در بافتهای بیولوژیک با بهره گرفتن از تصویربرداری ماکروویو
پایان‌نامه برای دریافت درجه کارشناسی ارشد
در رشته مهندسی برق گرایش مخابرات میدان
تشخیص تومورهای سرطانی در بافتهای بیولوژیک با بهره گرفتن از تصویربرداری ماکروویو
استاد راهنما:
آقای دكتر بیژن ذاکری
استاد مشاور:
آقای دکتر محمود سخایی
تکه هایی از متن به عنوان نمونه :
چکیده
این 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، علاقه 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 زمینه 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 کننده های 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 مسأله تصویربرداری ماکروویوی با بهره گرفتن از تکنیک TR-MUSIC در حالت کلی، جنبهی ویژه و کاربردیاش را اضافه نموده و آن را به سوی مسأله «تصویربرداری از پشت دیوار» هدایت مینماییم. اثرات پلاریزاسیون با بهره گرفتن 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 بهره گرفتن از تکنیک TR-MUSIC پرداخته خواهد شد.
واژه‌های كلیدی
تصویربرداری ماکروویو، تکنیکهای DORT و TR-MUSIC، محیط تصادفی پیوسته، پلاریزاسیون، موقعیتیابی هدف از پشت دیوار.
فهرست مطالب
1-1 تصویربرداری الکترومغناطیس 2
1-2 تصویربرداری ماکروویو 3
1-3 مروری بر پیشینهی تکنیکهای Time-Reversal 5
1-4 دور نمای پایان نامه 6
فصل 2: تکنیک معکوس زمانی وضوح بالا 8
2-3 تئوری Time-Reversal 12
2-4 معرفی آزمایشگاه عددی برای پیاده سازی Time-Reversal 13
2-5 مدلهای محیط تصادفی 14
2-6 تنظیم محاسباتی 16
2-7 نتایج عددی 16
2-7-1 اثرات محیط تصادفی گسسته 17
2-7-2 اثرات محیط آماری مرتبهی اول 19
2-7-3 اثرات محیط آماری مرتبهی دوم 19
فصل 3: تصویربرداری با تحلیل عملگر وارون زمانی 21
3-2 تجزیهی ماتریس عملگر زمانی 25
3-3 روش DORT 29
3-3-1 شبیه سازی DORT 30 3-4 روش TR-MUSIC 35
3-5 نتایج شبیه سازی در محیطهای تصادفی 41
3-5-1 اثرات محیط آماری مرتبهی اول 41
3-5-2 اثرات محیط آماری مرتبهی دوم 42
فصل 4: تصویربرداری در حضور مانع 46
4-2 بررسی اثر پلاریزاسیون در وضوح تصویر 47
4-2-2 بررسی مد 49
4-3 تأثیر دیوار بتن مسلح و پارتیشنبندی در داخل اتاق بر TWI 53
4-3-1 تأثیر دیوار بتن مسلح 53
4-3-2 تأثیر دیوار بتن مسلح و پارتیشن بر TWI 55
4-4 ردیابی اهداف متحرک در پشت دیوار 55
فهرست شکل ها
شکل (2-1) مرحلهی forward propagation 11
شکل (2-2) مرحلهی backpropagation 11
شکل (2-3) شبکهی سه بعدی FDTD در الگریتم Yee 13
شکل (2-4) لایههای CPML استفاده شده در FDTD سه بعدی 14
شکل (2-5) الف- محیط همگن با ( ). ب- محیط ناهمگن ( ). ت- محیط ناهمگن ( ). ث- محیط ناهمگن ( ) 17
شکل (2-6) مشتق اول پالس BH در: الف- حوزه زمان، ب- حوزه فرکانس 18
شکل (2-7) الف- محیط همگن. ب) محیط با دیوارههای PEC 18
شکل (2-8) شکل موج سیگنالهای متمرکز شده در نقطهی منبع برای محیط آماری نوع اول 19
شکل (2-9) شکل موج سیگنالهای متمرکز شده در نقطهی منبع برای محیط آماری نوع دوم 20
شکل (3-1) عمل DORT 23
شکل (3-2) شمایل کلی بدست آوردن و بردار گردشی (در حالت نادیده گرفتن پراکندگی چندگانه بین پراکندکنندگان) 26
شکل (3-3) برای پراکنده کننده های نقطهای و کاملا مجزا، هر مقدار ویژه غیر صفر و بردار ویژه متناظر با آن در عملگر TRO به یک پراکنده کننده خاص در محیط مربوط میشود. به عبارتی هر بردار ویژه با بردار گردشی که پراکنده کننده را به آرایه آنتن وصل می کند، متناسب میباشد 30
شکل (3-4) الف- مقادیر ویژه بر حسب فرکانس. ب- کلیهی مقادیر ویژه در فرکانس 1GHz 32
شکل (3-5) الف- تمرکز بر روی اولین پراکنده کننده. ب- تمرکز بر روی دومین پراکنده کننده. پ- تمرکز بر روی هر دو پراکنده کننده 33
شکل (3-6) الف- نگارش تصویر با بهره گرفتن از بردار ویژه اول. ب- نگارش تصویر با بهره گرفتن از بردار ویژه دوم 34 شکل (3-7) نگارش تصویر یک جسم گسترده با بهره گرفتن از عمل DORT 34
شکل (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 35
شکل (3-9) نحوهی قرار گرفتن پراکنده کننده های استوانهای در محیط همراه با آنتنهای آرایه وارون زمانی در حالت پراکنده کننده ای کاملاً مجزا 38
شکل (3-10) الف- مکانیابی جسم با بهره گرفتن از روش TR-MUSIC در فرکانس مرکزی . ب- مکانیابی جسم با بهره گرفتن از روش TR-MUSIC برای کلیهی فرکانسها 38
شکل (3-11) مکانیابی جسم در روش TR-MUSIC در فرکانس 1GHz. ب- مکانیابی جسم در روش TR-MUSIC در فرکانس 2GHz 39
شکل (3-12) مکانیابی جسمها با بهره گرفتن از TR-MUSIC برای حالت غیر مجزا بودن پراکنده کنندگان دیگر در مجموع همهی فرکانسها 40
شکل (3-13) نگارش تصویر یک جسم گسترده با بهره گرفتن از عمل TR-MUSIC 40
شکل (3-14) نحوهی قرار گرفتن پراکنده کنندهها در محیط ناهمگن تصادفی با گذر دهی میانگین
41
شکل (3-15) نگارش تصویر با بهره گرفتن از TD-DORT، و برای مقدار ثابت . الف- ، ب- ، پ- 42
شکل (3-16) نگارش تصویر با بهره گرفتن از TD-MUSIC، برای مقدار ثابت الف- ، ب- ، پ- 43
شکل (3-17) نگارش تصویر با بهره گرفتن از TD-MUSIC، برای مقدار ثابت الف- ، ب- ، پ- 44
شکل (3-18) نگارش تصویر با بهره گرفتن از TD-MUSIC، برای مقدار ثابت الف- ، ب- ، پ- 45
شکل (4-1) هندسه مسأله TWL 48
شکل (4-2) تصاویر بدست آمده الف- با روش DORT. ب- یا روش TR-MUSIC 50
شکل (4-3) تصاویر بدست آمده با بهره گرفتن از روش DORT الف- برای cross-pol، ب- برای co-pol، پ- برای fully-polarimetric 51
شکل (4-4) تصاویر استخراج شده با بهره گرفتن از تکنیک TR-MUSIC الف- برای cross-pol، ب- برای co-pol، پ- برای fully-polarimetric 52
شکل (4-5) مقطع دیوار بتن مسلح 53
شکل (4-6) تصاویر بدست آمده با روش TR-MUSIC برای دیوار بتن مسلح با تراکمهای مختلف میله. الف- . ب- . پ- 54
شکل (4-7) هندسه مسأله برای تصویربرداری پشت دیوار در حضور پارتیشنهایی در داخل اتاق 55
شکل (4-8) تصویر تشکیل شده با TR-MUSIC برای دیوار بتن مسلح با تراکمهای مختلف میله و اتاق پارتیشن بندی شده. الف- . ب- . پ- 56
شکل (4-9) هندسهی مسأله هدف متحرک 57
شکل (4-10) تصویر تشکیل شده با MDM تفاضلی با بهره گرفتن از TR-MUSIC 58
مقدمه
1-1 تصویربرداری الکترومغناطیس
تصویربرداری الکترومغناطیس با بهره گرفتن 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 واندازه گیری کمیتهای فیزیکی به کار گرفته شده است ]1 [. همچنین برای توصیف مواد مانند تعیین اجزای تشکیل دهنده و ارزیابی تخلخل[3] می تواند 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 زمینه 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 می تواند مفید واقع شود ]5[. در حال حاضر، در زمینه 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 زمینه های مختلفی می تواند 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 بهره گرفتن از خواص دی الکتریک[6] می تواند تعیین شود. این خواص دی الکتریک، رسانایی ( )[7] و گذردهی نسبی ( )[8]، با بهره گرفتن از انتقال، انعکاس و میرایی سیگنالهای ماکروویو در هنگام عبور از جسم تعیین میشوند.
1-2 تصویربرداری ماکروویو
تصویربرداری ماکروویو عبارت از هدایت و انجام یک سری اندازه گیریهای الکترومغناطیس در باند ماکروویو، بر روی یک شیء و سپس استخراج پارامترهای مهم نظیر شکل و موقعیت آن شی از داده های 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 بهره گرفتن 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 محدوده 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 زمینه های مختلف در حال افزایش میباشد ولی به دلیل ضعف در ارائه 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 اندازه گیری 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 می کنند. از آنجایی که ماکروویو نفوذپذیری بهتری در مواد دارد، سنجش از راه دور با بهره گرفتن 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 : 14700 تومان
