A Problem of a Displacement Calculation of Tissue Surface in Non-Contact Photoacoustic Tomography

Скорочена інформація про документ
dc.contributor.authorVerbytskyi, Ie. V.
dc.contributor.authorMünter, Michael
dc.contributor.authorBuj, Christian
dc.contributor.authorBrinkmann, Ralf
dc.contributor.authorВербицький, Євген Володимирович
dc.contributor.authorМюнтер, Міхаель
dc.contributor.authorБуй, Крістіан
dc.contributor.authorБрінкманн, Ральф
dc.contributor.authorВербицкий, Евгений Владимирович
dc.contributor.authorМюнтер, Михаэль
dc.contributor.authorБуй, Кристиан
dc.contributor.authorБринкман, Ральф
dc.date.accessioned2018-08-22T07:21:44Z
dc.date.available2018-08-22T07:21:44Z
dc.date.issued2017
dc.description.abstractenBackground. Photoacoustic tomography (PAT) is a relatively new imaging modality,which allows e.g. visualizing the vascular network in biological tissue noninvasively. This tomographic method has an advantage in comparison to pure optical/acoustical methods due to high optical contrast and low acoustic scattering in deep tissue. The common PAT methodology, based on measurements of the acoustic pressure by piezoelectric sensors placed on the tissue surface, limits its practical versatility. A novel, completely non-contact and full-field PAT system is described. In noncontact PAT the measurement of surface displacement induced by the acoustic pressure at the tissue/air border is researched. Objective. To solve a simulation problem of the displacement calculation based on the medium pressure, which consists in deriving a formula for recalculating the pressure in the surface displacement based on the momentum conservation law, developing a simulation technique, and comparing the error of the proposed technique with the earlier used one. Methods. Comparing the experimental data with simulated pressure data in the k-Wave toolbox. The criterion of comparison is the relative quadratic error. Results. The simulation results of the displacement based on a new approach are more consistent with the experimental data than previous. The quadratic error numerical value of the new approach is 18 % and the previous is 71 %. Conclusions. The theoretical features of the surface displacement simulation are investigated and the solution of this problem is proposed based on momentum conservation law. The implementation of the proposed methodology has a four times smaller simulation error compared to the previous technique, so it can be implemented in the non-contact PAT. The residual error can be caused by the properties of the tissue, which are not taken into account in the model, which requires further research.uk
dc.description.abstractruПроблематика. Фотоакустическая томография (ФAT) является относительно новым методом диагностики, который позволяет получить изображение сетки сосудов биологической ткани неинвазивно. Этот томографический метод имеет преимущество над другими сугубо оптическими/акустическими методами благодаря большому оптическому контрасту и низким потерям энергии в тканях. Общеизвестная методика ФАТ, которая основывается на измерениях акустического давления пьезоэлектрическими датчиками, размещенными на поверхности ткани, имеет ограниченное практическое применение. В статье описана новая, полностью бесконтактная ФAT-система с полным возбуждением. Исследовано основное отличие бесконтактной ФАТ, которое состоит в измерении отклонений поверхности ткани, вызванных акустическим давлением на границе ткань–воздух. Цель исследования. Решить задачу моделирования отклонения поверхности на основе давления внутри среды, которая состоит в выводе формулы для пересчета давления в отклонение поверхности на основе закона сохранения импульса, разработке методики моделирования и сравнения ошибки предложенной методики с раннее использованной. Методика реализации. Экспериментальные данные сравниваются с промоделированным отклонением поверхности в программе k-Wave toolbox. Критерий сравнения – относительная квадратическая ошибка. Результаты исследования. Промоделированные данные отклонения поверхности на основе новой методики больше соответствуют эксперименту в сравнении с предыдущей методикой. Квадратическая ошибка новой методики составляет 18 %, предыдущей – 71 %. Выводы. В работе исследованы теоретические особенности моделирования отклонения поверхности и предложено решение этой задачи на основании закона сохранения импульса. Реализация предложенной методики имеет в четыре раза меньшую ошибку моделирования отклонения в сравнении с предыдущей методикой, поэтому она может быть реализована в бесконтактной ФАТ. Остаточная ошибка может быть обусловлена свойствами ткани, которые не учтены в модели, что требует дальнейших исследований.uk
dc.description.abstractukПроблематика. Фотоакустична томографія (ФAT) є відносно новим методом діагностики, який дає змогу отримати зображення мережі судин біологічної тканини неінвазивно. Цей томографічний метод має перевагу над іншими суто оптичними/акустичними методами завдяки великому оптичному контрасту і низьким втратам енергії в тканинах. Загальновідома методика ФАТ, що базується на вимірюваннях акустичного тиску п’єзоелектричними датчиками, розміщеними на поверхні тканини, має обмежене практичне використання. У статті описана нова, повністю безконтактна ФAT-система з повним збудженням. Досліджено основну відмінність безконтактної ФАТ, що полягає у вимірюванні відхилень поверхні тканини, спричинених акустичним тиском на межі тканина–повітря. Мета дослідження. Розв’язати задачу моделювання відхилення поверхні на основі тиску всередині середовища, що полягає у виведенні формули для перерахунку тиску в відхилення поверхні на основі закону збереження імпульсу, розробці методики моделювання і порівняння помилки запропонованої методики з раніше використовуваною. Методика реалізації. Експериментальні дані порівнюються з промодельованим відхиленням поверхні в програмі k-Wave toolbox. Критерій порівняння – відносна квадратична помилка. Результати дослідження. Промодельовані дані відхилення поверхні на основі нової методики більше відповідають експерименту порівняно з попередньою методикою. Квадратична помилка нової методики становить 18 %, попередньої – 71 %. Висновки. У роботі досліджено теоретичні особливості моделювання відхилення поверхні та запропоновано розв’язання цієї задачі на основі закону збереження імпульсу. Реалізація запропонованої методики має в чотири рази меншу помилку моделювання відхилення порівняно з попередньою методикою, тому вона може бути реалізована у безконтактній ФАТ. Залишкова помилка може бути спричинена властивостями тканини, які не враховані в моделі, що потребує подальших досліджень.uk
dc.description.sponsorshipThe authors would like to acknowledge the support of EU financed project: AMMODIT (Approximation Methods for Molecular Modelling and Diagnosis Tools) — Grant Agreement №645672 within HORIZON 2020.uk
dc.format.pagerangePp. 58-64uk
dc.identifier.citationA Problem of a Displacement Calculation of Tissue Surface in Non-Contact Photoacoustic Tomography / Ie.V. Verbytskyi, M. Münter, C. Buj, R. Brinkmann // Наукові вісті НТУУ «КПІ» : міжнародний науково-технічний журнал. – 2017. – № 2(112). – С. 58–64. – Бібліогр.: 11 назв.uk
dc.identifier.doihttps://doi.org/10.20535/1810-0546.2017.2.98021
dc.identifier.urihttps://ela.kpi.ua/handle/123456789/24313
dc.language.isoenuk
dc.publisherКПІ ім. Ігоря Сікорськогоuk
dc.publisher.placeКиївuk
dc.sourceНаукові вісті НТУУ «КПІ» : міжнародний науково-технічний журнал, 2017, № 2(112)uk
dc.subjectnon-contact photoacoustic tomographyuk
dc.subjectdisplacementuk
dc.subjectcalculation erroruk
dc.subjectбезконтактна фотоакустична томографіяuk
dc.subjectвідхиленняuk
dc.subjectпомилка обчисленьuk
dc.subjectбесконтактная фотоакустическая томографияuk
dc.subjectотклонениеuk
dc.subjectошибка вычисленийuk
dc.subject.udc534.8uk
dc.titleA Problem of a Displacement Calculation of Tissue Surface in Non-Contact Photoacoustic Tomographyuk
dc.title.alternativeЗадача розрахунку відхилення поверхні тканини для безконтактної фотоакустичної томографіїuk
dc.title.alternativeЗадача расчета отклонения поверхности ткани для безконтактной фотоакустической томографииuk
dc.typeArticleuk

Файли

Контейнер файлів
Зараз показуємо 1 - 1 з 1
Ескіз
Назва:
NVKPI2017-2_07.pdf
Розмір:
423.1 KB
Формат:
Adobe Portable Document Format
Опис:
Завантажити
Ліцензійна угода
Зараз показуємо 1 - 1 з 1
Ескіз недоступний
Назва:
license.txt
Розмір:
7.74 KB
Формат:
Item-specific license agreed upon to submission
Опис:
Завантажити

Зібрання

Наукові вісті НТУУ «КПІ»: міжнародний науково-технічний журнал, № 2(112)