مهندسی مکانیک مدرس

مهندسی مکانیک مدرس

محاسبه ضرایب پخش بافت سالم و تومور با استفاده از روش لونبرگ-مارکوات

نویسندگان
1 دانشکده مکانیک خواجه نصیرالدین طوسی
2 دانشیار، مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی خواجه نصیرالدین طوسی ، تهران
3 استادیار، مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی خواجه نصیرالدین طوسی ، تهران
چکیده
در مقاله حاضر ضریب پخش در یک بافت سالم و تومور با استفاده از روش مسائل معکوس تخمین زده می‌شود. برای این کار ابتدا توزیع پخش دارو (با فرض ضریب پخش یکنواخت و آیزنتروپیک) در بافت به عنوان مسئله مستقیم در نظر گرفته شده است. در مسئله مستقیم معادله حاکم، معادله پخش-جابجایی می‌باشد که فرم تعمیم یافته قانون فیک است. در اینجا یک چشمه و یک چاه تعریف می‌گردد به صورتیکه، چشمه تحت عنوان نرخ انتقال ماده حل شدنی بر واحد حجم از رگ به فضای بافت و چاه تحت عنوان نرخ انتقال ماده حل شدنی بر واحد حجم از فضای میان‌بافتی به رگهای لنفاوی، به این معادله ها اضافه می‌گردد. برای حل مسئله مستقیم روش تفاضل محدود در نظر گرفته شده است. سپس ضرایب پخش بافت سالم و تومور را توسط روش تخمین پارامتر لونبرگ-مارکوات تقریب می‌زنیم. این روش بر اساس کمینه کردن مجموع مربعات خطاها می‌باشد که در مقاله حاضر اختلاف بین غلظت تخمینی و غلظت اندازه‌گیری شده توسط تصاویر پزشکی (شبیه سازی شده به صورت عددی) به عنوان خطا در نظر گرفته می‌شود. نهایتاً، نتایج به دست آمده توسط روش لونبرگ- مارکوات پاسخ های قابل قبولی در تخمین ضرایب پخش بافت سالم و تومور ارائه داد.
کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله English

Calculation of diffusion coefficients in a normal tissue and tumor using the Levenberg-Marquardt method

نویسندگان English

Pedram Mirchi 1
Masoud Zia Basharhagh 2
Majid Soltani 3
چکیده English

In this paper, the diffusion coefficient in a normal tissue and tumor are to be estimated by the method of inverse problems. At the beginning, distribution of drug (with the assumption of uniform and isentropic diffusion coefficient) in the tissue is considered as the direct problem. In the direct problem, the governing equation is the convection–diffusion, which is the generalized form of fick’s law. Here, a source and a sink are defined; the source as the rate of solute transport per unit volume from blood vessels into the interstitial space and the sink as the rate of solute transport per unit volume from the interstitial space into lymph vessels are added to this equation. To solve the direct problem, the finite difference method has been considered. Additionally, the diffusion coefficient of a normal tissue and tumor will be approximated by parameter estimation method of Levenberg-Marquardt. This method is based on minimizing the sum of squared errors which in the present study, considered error is the difference of the estimated concentration and the concentration measured by medical images (simulated numerically). Finally, the results obtained by Levenberg-Marquardt method have provided an acceptable estimation of diffusion coefficient in normal tissue and tumor.

کلیدواژه‌ها English

Inverse problems
Levenberg-Marquardt
Tumor
Normal tissue
Parameter estimation