Diagnostický systém pro detekci nádoru prsu pomocí UWB radaru

Abstract

Cílem této práce je provést rešerši problematiky diagnostiky nádorů prsu a také navrhnout a realizovat mikrovlnný systém pro detekci pozice nádoru pomocí širokopásmového (UWB) radaru. Tyto poznatky jsem přenesl do simulátoru EM pole a vytvořil numerický model fantomu prsu s kulovým nádorem. V rámci simulací jsem zkoumal vliv počtu antén na rekonstrukci a rozlišovací schopnost sytému. Na základě dat získaných ze simulací jsem vytvořil prototyp měřícího přístroje za pomoci 3D tisku. Do tohoto prototypu jsem umístil antény a provedl sérii měření. Všechna data jsem zpracoval a provedl rekonstrukci pozice nádoru pomocí rekonstrukčního algoritmu ,,Delay and Sum". K lepšímu ovládání DAS algoritmu jsem vytvořil grafické uživatelské rozhraní. Následně jsem porovnal výsledky mezi simulacemi a reálným měřením. Výsledkem mé práce je ověření, že k přesné rekonstrukci je potřeba minimálně 8 antén. Rozlišovací schopnost je minimálně 30 mm a že za mnou stanovených podmínek jsem schopen detekovat fantom nádoru prsu na základě reálných měření. Při porovnání simulovaných a reálných dat jsem došel k závěru, že simulovaná data jsou přesnější díky absenci okolního šumu a stanovil jsem návrhy na zlepšení rekonstrukce v rámci budoucích prací.

The aim of this study is to conduct research of breast tumour diagnostics and to design and create a microwave system for tumour position detection using ultrawideband (UWB) radar. Those findings were translated into an electromagnetic field simulator in order to create a numeric model of breast phantom with spherical tumour. During these simulations I've investigated the effect of the number of antennas on reconstruction and distinguishing capabilities of the system. On the basis of the data obtained from simulations I've created a prototype of a measuring device using 3D printing. I've inserted the antennas into this prototype and conducted a series of measurements. All of this data has been processed and a reconstruction of tumour placement was done using reconstruction algorithm "Delay and Sum". For better usage of the DAS algorithm I've made a GUI (graphical user interface). After this I've compared the results between simulations and real-life measurements. The results of my study shows that for an accurate reconstruction there is a need for at least 8 antennas. Distinguishing capability is at minimum 30 mm under my set of conditions and I am capable of detecting a phantom of breast tumour on the basis of real-life measurements. When comparing simulated and real-life results, I've come to the conclusion that the simulated data are more accurate because of the lack of surrounding noise and based on these findings I've prepared a design for improving reconstruction in following studies.