بهینه سازی فاصله منبع-آشکارساز پالس اکسی متر انعکاسی با استفاده از تحلیل تئوری انتشار پراکندگی نور در بافت ناهمگن جهت تشخیص دقیق هایپوکسی بافت تومورال

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 گروه مهندسی هسته ای، دانشکده مهندسی انرژی و فیزیک، دانشگاه صنعتی امیرکبیر، تهران، ایران

2 پژوهشکده مواد و سوخت هسته ای، پژوهشگاه علوم و فنون هسته ای، تهران، ایران

10.24200/nst.2020.358.1245

چکیده

پالس اکسی‌متری یک تکنیک بسیار مهم در نمایش علائم حیاتی محسوب می‌گردد. با توجه به محدودیت استفاده از پالس اکسی‌متر انتقالی در بافت-های با ضخامت زیاد، هدف این پژوهش بر مطالعه و توسعه پالس اکسی‌مترهای انعکاسی به دلیل نشان دادن سطح اشباع اکسیژن خون (SaO2) در هر ضخامتی متمرکز می‌باشد. بدین منظور، با در نظر گرفتن مزایای تئوری انتشار فوتون نسبت به تئوری بایر-لامبرت به ارائه یک مدل ریاضی (تحلیلی) جدید توسعه یافته برای بررسی شدت انتشار نور انعکاسی در یک محیط ناهمگن مانند انگشت اشاره دست پرداخته می‌شود. سپس با استفاده از تحلیل مدل ریاضی بدست آمده، به بهینه سازی فاصله آشکارساز نسبت به منبع انتشار نور در پالس اکسی‌متر انعکاسی پرداخته می شود به نحوی که میزان دقت با کاهش حساسیت نسبت به تاثیر حرکت بر پراکندگی نور، افزایش یابد. جهت راستی آزمایی نتایج بدست آمده از مدل ریاضی ، از نتایج شبیه ساز مونت کارلو به عنوان یک روش استاندارد و همچنین داده های تجربی استفاده شد. مقایسه نتایج مدل تحلیلی با مدل مونت کارلو و نتایج تجربی نشان دهنده انطباق مناسب مدل ریاضی با آنها با اختلاف جزئی می‌باشد. فاصله بهینه آشکار ساز از منبع نور نیز با استفاده از تابع حساسیت برای نور ...

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Optimization of Reflectance Pulse Oximeter Source-Detector Space Using Analytical Model of Light Propagation in Heterogeneous Tissue to Accurate Diagnosis of Hypoxia Tumoral Tissue

نویسندگان [English]

  • Mohsen Mehrabi 1
  • Mohammad Ghannadi Maragheh 2
  • Saeed Setayeshi 1
1 Department of Medical Radiation Engineering, Amirkabir University of Technology, Tehran, Iran
2 Nuclear Science and Technology Research Institute (NSTRI), Tehran, Iran
چکیده [English]

Pulse oximetry is an important medical monitoring technique. Due to the limited use of transmission pulse oximeter in high density tissue, the purpose of this study is to focus on the study and development of reflectance pulse oximeters. Interest in the use of reflectance mode of pulse oximeters has been grown for monitoring the arterial oxygen saturation (SaO2) in any thickness. In this study, by considering of photon diffusion theory advantages rather than Beer-Lambert law, a new analytical method was developed to investigation of reflective light propagation in a heterogeneous medium like fingerprint.
Then, applying the obtained analytical model, source-detector space was optimized to increase the accuracy by decreasing sensitivity of motion effects on light scattering.
To validate the obtained results of analytical model, an experimental data and Monte Carlo simulation results as a gold standard were used. The comparision of analytical model with Monte Callo method and experimental data showed acceptable compability with small errors. By using sensitivity function, the optimal source-detector space was obtaind 4.8 mm and 2.8 mm for red and infera red lights respectively. As a result, this analytical method can be used to model the light propagation accurately.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Pulse oximetry
  • Photon diffusion theory
  • Light propagation
  • Monte Carlo Simulation