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

برای رعایت حریم خصوصی نام نگارنده درج نمی گردد

پايان‌نامه براي دريافت درجه کارشناسی ارشد

در رشته مهندسی برق گرايش مخابرات میدان

تشخیص تومورهای سرطانی در بافت­های بیولوژیک با بهره گیری از تصویربرداری ماکروویو

استاد راهنما:

آقای دكتر بیژن ذاکری

استاد مشاور:

آقای دکتر محمود سخایی

تکه هایی از متن به عنوان نمونه :

چکيده

این پایان­نامه 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 بهره گیری از روش Time Reversal با امواج الکترومغناطیس در فرکانس رادیویی به وجودآمده می باشد. در این پایان نامه آغاز به مطالعه وضوح بالای تمرکز امواج الکترومغناطیس UWB معکوس شده­ی زمانی در محیط زمینه­ی تصادفی پیوسته نوع اول و دوم پرداخته خواهد گردید. 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 می باشد. 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 مطالعه قرار خواهد گرفت. در ادامه، به مسأله­ی تصویربرداری ماکروویوی با بهره گیری 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 بهره گیری از این تکنیک در این مثال کاربردی مورد شبیه سازی و تحلیل قرار می­گیرد، همچنین در این راستا نشان داده می­گردد 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 گیری از تکنیک TR-MUSIC پرداخته خواهد گردید.

واژه‌هاي كليدي

تصویربرداری ماکروویو، تکنیک­های DORT و TR-MUSIC، محیط تصادفی پیوسته، پلاریزاسیون، موقعیت­یابی هدف از پشت دیوار.

فهرست مطالب

فصل 1 مقدمه                                                                                                                              1

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

2-1 مقدمه                                                                                                                  9

2-2 Time-Reversal                                                                                                       9

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

3-1 مقدمه                                                                                                               22

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

4-1 مقدمه                                                                                                                 47

4-2 مطالعه اثر پلاریزاسیون در وضوح تصویر                                                                            47

4-2-1 مطالعه مد                                                                                                      48                                                                                              

4-2-2 مطالعه 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

4-5 نتیجه­گیری                                                                                                                 59

4-6 تحقیقات آینده                                                                                                   60

مراجع                                                                                                                             62

فهرست شکل ها

شکل (1-1) هندسه­ی MWT                                                                                                  4

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 بهره گیری 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- حوزه­ی زمان، ب- حوزه­ی 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) اقدام 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 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 می­گردد. به تعبیری هر بردار ویژه با بردار گردشی که پراکنده کننده را به آرایه آنتن وصل می­کند، 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 گیری از بردار ویژه اول. ب- نگارش تصویر با بهره گیری از بردار ویژه دوم       34   شکل (3-7) نگارش تصویر یک جسم گسترده با بهره گیری از اقدام 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 کننده­های استوانه­ای در محیط همراه با آنتن­های آرایه وارون زمانی در حالت پراکنده کننده­ای کاملاً مجزا                                                                                             38

شکل (3-10) الف- مکان­یابی جسم با بهره گیری از روش TR-MUSIC در فرکانس مرکزی . ب- مکان­یابی جسم با بهره گیری 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 گیری از TR-MUSIC برای حالت غیر مجزا بودن پراکنده کنندگان دیگر در مجموع همه­ی فرکانس­ها                                                                                                        40

شما می توانید مطالب مشابه این مطلب را با جستجو در همین سایت بخوانید                     

شکل (3-13) نگارش تصویر یک جسم گسترده با بهره گیری از اقدام 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 گیری از TD-DORT، و برای مقدار ثابت . الف- ، ب- ، پ-                                                                                                 42

شکل (3-16) نگارش تصویر با بهره گیری از TD-MUSIC، برای مقدار ثابت الف- ، ب- ، پ-                                                                                                       43

شکل (3-17) نگارش تصویر با بهره گیری از TD-MUSIC، برای مقدار ثابت الف- ، ب- ، پ-                                                                                                                       44

شکل (3-18) نگارش تصویر با بهره گیری 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 گیری از روش DORT الف- برای cross-pol، ب- برای co-pol، پ- برای fully-polarimetric                                                                                                               51

شکل (4-4) تصاویر استخراج شده با بهره گیری 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 مسأله­ی هدف متحرک                                                                               57

شکل (4-10) تصویر تشکیل شده با MDM تفاضلی با بهره گیری از TR-MUSIC                                      58

فصل 1

مقدمه

1-1 تصویربرداری الکترومغناطیس

تصویربرداری الکترومغناطیس با بهره گیری از فرکانس رادیویی (RF)، ماکروویو و یا سیگنال­های نوری، به دلیل ویژگی­های منحصربه فرد خود به عنوان یک ابزار تشخیصی همواره مورد بهره گیری بوده می باشد. تصویربرداری الکترومغناطیس توجه زیادی را به خود جلب کرده می باشد و پس تحقیقات گسترده­ای در این زمینه انجام شده می باشد، 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 می باشد ]1 [. همچنین برای توصیف مواد مانند تعیین اجزای تشکیل دهنده و ارزیابی تخلخل[3] می­تواند بهره گیری گردد. در کاربردهای نظامی، توانایی نفوذ امواج الکترومغناطیس در مواد دی الکتریک باعث بهره گیری از آن­ها در بازجویی­های نظامی شده می باشد ]2[. در کاربردهای هوا و فضا، برای تشخیص ترک بر روی بدنه­ی هواپیما بهره گیری می­گردد ]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 می­گردد ]4 [. در کاربردهای مهندسی عمران و صنعت، MWI برای ارزیابی یکپارچگی ساختار جاده­ها، ساختمان­ها و پل­ها می­تواند مفید واقع گردد ]5[. در حال حاضر، در زمینه­ی پزشکی، سیستم­های MWI برای تصویربرداری بیولوژیکی[4] غیر تهاجمی ارائه شده می باشد ]6[.

از این لیست کوتاه و ناقص، عیان می باشد که دامنه تصویربرداری الکترومغناطیسی گسترده می باشد و برای آن کاربردهای بسیاری در زمینه­های مختلفی می­تواند پیدا نمود گردد. در بعضی از این کاربردها، تنها نیاز به اطلاعات کیفی در مورد جسم تحت آزمون می باشد، در حالی که در بسیاری از موارد، مانند کاربردهای مین روبی[5]، مطالعه باستان شناسی غیر تهاجمی و یا تصویربرداری پزشکی، نیاز به اطلاعات کمی در مورد جسم هدف می باشد که با بهره گیری از خواص دی الکتریک[6] می­تواند تعیین گردد. این خواص دی الکتریک، رسانایی ( )[7] و گذردهی نسبی ( )[8]، با بهره گیری 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 اندازه­گیری­های الکترومغناطیس در باند ماکروویو، بر روی یک شیء و سپس استخراج پارامتر­های مهم نظیر شکل و موقعیت آن شی از داده­های حاصل شده، می باشد. پیش از ابداع چنین روشی، بهره گیری از اشعه­ی ایکس[9] روش متداول در تصویربرداری از اشیاء غیر قابل رویت بود. امّا تصویر حاصل با بهره گیری از این پرتو با خطا همراه می باشد و همچنین یک روش تصویربرداری تهاجمی به حساب می­آید. در این صورت ایده­ی بهره گیری از امواج الکترومغناطیس جهت تصویربرداری مطرح گردید. دلیل بهره گیری 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 می باشد، در این صورت بهره گیری از امواج الکترومغناطیس توجیه می­گردد. بهره گیری از تصویربرداری ماکروویو در زمینه­های مختلف در حال افزایش می­باشد اما 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 نمود:

  • MW Tomography (MWT)

هدف این روش بازسازی خواص دی­الکتریک جسم ناشناخته از سیگنال­های ماکروویو پراکنده[11] شده می باشد، 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 گردد. برای بازسازی خواص، جسم هدف توسط منابع مختلفِ شناخته شده­ی ماکروویو روشن می­گردد و میدان­های پراکنده شده توسط جسم هدف در مکان­های مختلف اندازه­گیری می­گردد. 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 نمود، 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 بهره گیری از این فرکانس­ها بیشتر مورد مورد توجه و علاقه می­باشد.

[1] Microwave Imaging

[2] Non-Destructive Evaluation

[3] Porosity

[4] Biological Imaging

[5] Demining

شما می توانید تکه های دیگری از این مطلب را در شماره بندی انتهای صفحه بخوانید              

[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 می باشد هنگام انتقال از فایل اصلی به داخل سایت بعضی متون به هم بریزد یا بعضی نمادها و اشکال درج نشود اما در فایل دانلودی همه چیز مرتب و کامل و با فرمت ورد موجود می باشد***

متن کامل را می توانید دانلود نمائید

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

اما در فایل دانلودی متن کامل پایان نامه

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

موجود می باشد

تعداد صفحه :92

Categories: مهندسی برق

Tagged as: , , , , , , , ,