Detekce cévních mozkových příhod pomocí mikrovlnného zobrazovacího systému a SVM

Abstract

Mikrovlnné systémy mají velký potenciál pro využití při zobrazování lidské hlavy zvláště pak detekce cévní mozkové příhody. Cílem této práce je vytvořit zjednodušený fantom hlavy dospělého člověka, který umožní vkládání fantomů ischemické a hemoragické cévní mozkové příhody. Fantom bude umístěn do mikrovlnného systému, kde bude provedena detekce a klasifikace cévní mozkové příhody pomocí algoritmu podpůrných vektorů (SVM). Formy pro fantomy byly vytisknuty na 3D tiskárně. Byly nalezeny vhodné koncentrace grafitového prášku, Carbon blacku, polyuretanu a propan-2-on pro přípravu fantomů kůže, kosti, mozkomíšního moku, ischemické a hemoragické cévní mozkové příhody. Byla nalezena vhodná koncentrace propan-2-olu, destilované H2O a NaCl na přípravu tekutého fantomu mozku. Byly vytvořeny zjednodušené anatomicky a dielektricky realistické podélně homogenní fantomy hlavy a fantomy ischemické a hemoragické cévní mozkové příhody, které jsou vhodné pro měření na frekvenci 1 GHz. Byly naměřeny mikrovlnné odrazové a přenosové parametry pro různé scénáře. Byla hodnocena variabilita dat pro použití algoritmu podpůrných vektorů. Byla provedena detekce a klasifikace cévních mozkových příhod. Algoritmus dosahuje 99% přesnosti již pro 80 náhodně vybraných vzorků dat použitých na naučení algoritmu. Byla zjištěna malá robustnost algoritmu, který není schopen správně klasifikovat cévní mozkovou příhodu, pokud dojde k pohybu hlavy.

Microwave-based imaging systems have the potential to be used for head imaging, specifically for brain stroke detection. The aim of this work is to create a simplified human head phantom that allows the insertion of ischemic and hemorrhagic stroke phantoms. The phantom will be placed into a microwave system where the stroke detection and classification will be performed by the support vectors algorithm (SVM). Phantom forms were printed on a 3D printer. Appropriate concentrations of graphite powder, carbon black powder, polyurethane rubber and propan-2-on have been found for the preparation of skin, bone, cerebrospinal fluid, ischemic and hemorrhagic stroke phantom. Appropriate concentrations of propan-2-ol, distilled H2O and NaCl for the preparation of brain phantom have been found. Simplified anatomically and dielectrically realistic longitudinally homogeneous phantoms of the head and phantom of ischemic and hemorrhagic stroke, which are suitable for 1 GHz frequency measurements, were prepared. Microwave reflection and transmission parameters for the different scenarios were measured. The variability of the data for the use of the support vectors algorithm was evaluated. Detection and classification of strokes were performed. The algorithm already achieves an accuracy of 99% for 80 randomly selected data samples used to teach the algorithm. There was little robustness in the algorithm that is not able to correctly classify a stroke if head movement occurs.