Mikrovlnná termometrie pro monitoraci teploty při hypertermii mozku

Abstract

Cílem této práce je provedení rekonstrukce nárůstu teploty pomocí diferenciálního mikrovlnného zobrazování pro kulové fantomy nádorové tkáně, které jsou umístěny v prostředí simulující lidský mozek a porovnat mezi sebou zrekonstruované obrazy pro nasimulovaná a experimentálně změřená data. Práce se zabývá tvorbou numerických modelů složených z 22 anténních elementů umístěných podle EEG schématu 10-20 pro tři scénáře umístění nádorového onemocnění v oblasti mozku. Odpovídající mikrovlnný systém byl využit pro experimentální měření. K provedení experimentálního měření byl vytvořen tekutý fantom mozkové tkáně a tři tekuté fantomy nádorové tkáně pro požadované teploty (37, 40 a 43 °C) na frekvenci 1 GHz. K rekonstrukci byl použit algoritmus využívající Bornovu aproximaci a metodu TSVD, kterým bylo rekonstruováno rozložení změny dielektrických parametrů v zobrazované oblasti. Výsledky rekonstrukcí podstoupily vyhodnocení pomocí metriky NRMSE. Výsledky této bakalářské práce naznačují, že použití mikrovlnné termometrie v oblasti mozku je proveditelné i v experimentálním prostředí a je vhodné pro další pokračování ve výzkumu.

The aim of this work is to perform temperature rise reconstruction using differential microwave imaging for spherical phantoms of tumor tissue placed in an environment simulating the human brain and to compare reconstructed images for simulated and experimentally measured data. The thesis deals with the creation of numerical models composed of 22 antenna elements positioned according to the 10-20 EEG schema for three scenarios of tumor disease placement in the brain region. The corresponding microwave system was utilized for experimental measurements. Liquid brain tissue and tumor tissue phantoms were created for desired temperatures (37, 40, and 43 °C) at a frequency of 1 GHz for the experimental measurements. Reconstruction utilized an algorithm employing Born's approximation and TSVD method, reconstructing the distribution of changes in dielectric parameters in the imaged area. The reconstruction results were evaluated using the NRMSE evaluation metric. The results of this bachelor thesis indicate that the use of microwave thermometry in the brain region is feasible even in an experimental environment and is suitable for further research continuation.