Τρισδιαστατη Απεικονιση Του Ανθρωπινου Εγκεφαλου Με Μικροκυματικη Ραδιομετρια Πολλαπλων Συχνοτητων

Abstract

Η μικροκυματική ραδιομετρία έχει εφαρμογή σε πλήθος επιστημονικών διεργασιών υψηλού γνωστικού περιεχομένου, παρουσιάζοντας μείζονα δείκτη ενδιαφέροντος για ολόκληρη την επιστημονική κοινότητα. Μεταξύ των διαφόρων εκφάνσεων και εφαρμογών της, καταλαμβάνει και την επιστήμη της Ιατρικής. Τα τελευταία χρόνια, με στόχο την παρακολούθηση των εξελίξεων στο ιατρικό πεδίο, καταβάλλονται σημαντικές ερευνητικές προσπάθειες με σκοπό την ενσωμάτωση της Ραδιομετρικής Απεικόνισης σε διαγνωστικές εφαρμογές εγκεφάλου. Στο Εργαστήριο Μικροκυμάτων και Οπτικών Ινών (ΕΜΟΙ) του Εθνικού Μετσόβιου Πολυτεχνείου έχει σχεδιαστεί και κατασκευαστεί ένα σύστημα τρισδιάστατης παθητικής μικροκυματικής ραδιομετρικής απεικόνισης για διαγνωστικές εφαρμογές εγκεφάλου: Ο Παθητικός Μικροκυματικός Ραδιομετρικός Τομογράφος (ΠΜΡΤ).Η παρούσα διδακτορική διατριβή υπεισέρχεται εκτενώς στη θεωρητική μελέτη της διάταξης μέσω ηλεκτρομαγνητικής ανάλυσης, με σκοπό να βελτιστοποιηθούν οι ιδιότητες εστίασης του συστήματος. Η ομαλοποίηση της μεταβολής του δείκτη διάθλασης στη διεπιφάνεια αέρα και ανθρώπινου κεφαλιού αποτελεί προϋπόθεση για την βελτιστοποίηση αυτή και, ως εκ τούτου, άμεσο ζητούμενο. Υπό αυτό το πρίσμα, με τη βοήθεια των συναρτήσεων Green, μελετάται θεωρητικά η τοποθέτηση κατάλληλων διατάξεων υλικών, ικανών να προσαρμόζουν στο κεφάλι του εξεταζόμενου και στην πηγή και πραγματοποιείται σειρά προσομοιώσεων, οι οποίες γίνονται με κώδικα που αναπτύχθηκε για διάφορες συχνότητες λειτουργίας. Με γνώμονα, τα αποτελέσματα που προκύπτουν, επιλέγονται τα κατάλληλα υλικά, κατασκευάζονται οι αντίστοιχες διατάξεις «προσαρμογής» και τοποθετούνται στο σύστημα. Με την παραπάνω διαδικασία, παράλληλα με τη θεωρητική βελτιστοποίηση των ιδιοτήτων εστίασης του συστήματος, προβλέπεται σε ποιες περιοχές του εγκεφάλου είναι δυνατή η απεικόνιση με χρήση του συστήματος. Επιπλέον, με σκοπό την ανακατασκευή της ραδιομετρικής εικόνας αναπτύσσεται αλγόριθμος επίλυσης του αντίστροφου προβλήματος.Σε ό,τι αφορά το κατασκευαστικό μέρος του συστήματος, διαμορφώνεται ειδικά ένας πολυζωνικός ραδιομετρικός δέκτης με εύρος συχνοτήτων λειτουργίας 1-4GHz. Η εξέλιξη της νέας απεικονιστικής μεθόδου ολοκληρώνεται με την πραγματοποίηση εκτεταμένων πειραματικών δοκιμών, εντός ανηχοϊκού θαλάμου, με ομοιώματα νερού σε διάφορα μεγέθη και θερμοκρασίες καθώς και με στρώματα προσαρμογής φτιαγμένα από διηλεκτρικά υλικά, ενώ ακολουθεί λεπτομερής ανάλυση των ραδιομετρικών κυματομορφών εξόδου και προσπάθεια αξιολόγησης, επιβεβαίωσης και θεωρητικής ερμηνείας των αποτελεσμάτων.