Simulering av Magnetomotorisk Rörelse i Ultraljudsdata för Optimering och Utvärdering av Detekteringsalgoritmer

Abstract

Clinical trials are difficult to access and of high importance when evaluating biomedical software. Without data which is comparable to the intended input data of the final product it is nearly impossible to fully evaluate its function. One way to evaluate ultrasound detection software is the use of phantoms. Another is the creation of synthetic data. In this report one method of creating synthetic ultrasound data without the use of a trained model is evaluated. This with the aim of having full control over the specification of the data. Ultrasound phantoms and synthetic images from trained models leave little control over the final image and its signal components.

The study was performed at the office of NanoEcho and mainly used Matlab and MUST (Matlab UltraSound Toolbox) to create synthetic ultrasound images. Furthermore, the intended use of the synthetic data is to evaluate, in this case NanoEchos, magnetomotive Ultrasound-method, which measures small displacements of tissue. Images were created by placing scatter points in a fan shaped grid and then emitted ultrasound pulses, reflections and the final RF-signals were simulated. In this case a certain amount of images were created with parts of the scatter points being moved a specified distance. These images were then copied to create a measurement where the points move in a sinusoid manner.

Results show that it is possible to use data generated with MUST to evaluate and improve the detection software. This although it, in some ways, lacks in comparability to real data. The scattering points do act as speckle, but the signal levels are of high variation. This implies that the data show great potential for testing precision and to define how different changes of parameters affect the final images, but it might not give a full understanding of how well the algorithm will work when applied to real data.

Popular Abstract (Swedish)

Förbättrat ultraljudsprogram, helt utan ultraljudsbilder

Med hjälp av ultraljud, nanopartiklar och en magnet finns det ett nytt sätt att se vilken behandling cancerpatienter ska få. För att metoden ska kunna användas i sjukvården så snart som möjligt behöver ultraljudsmaskinen testas med syntetiska ultraljudsbilder.

Ett nytt sätt för att se om cancer spridit sig från den ursprungliga tumören till lymfkörtlar i närheten utvecklas just nu där kontrastvätska som innehåller nanopartiklar används. I ultraljudsapparaten finns en roterande magnet vilken gör att nanopartiklarna, som är magnetiska, rör på sig. Ett datorprogram kan då räkna ut och markera var i ultraljudsbilden det finns rörelse och hur mycket partiklarna rör på sig. Beroende på om lymfkörtlarna har cancerceller i sig eller inte kommer rörelsen vara olika stor. Därmed går det att se om cancern spridit sig och patientens behandling kan bestämmas utifrån det. Det som är extra bra med ultraljudsbilder av denna typ är att de gör det möjligt att minska antalet operationer, vilket för en patient med rektalcancer skulle kunna innebära att behovet av stomipåse försvinner!

I nuläget finns inte tillräckligt många bilder tagna med ultraljud vilka innehåller markering av den här rörelsen. Bristen på bilder innebär att det är svårt att utvärdera om programmet som utför markeringen gör detta korrekt, eller om den behöver förbättras. Framför allt kan det bli svårt att bedöma exakt vad som behöver förbättras utan olika typer av bilder med olika typer av partikelrörelse. Rörelsen kan vara olika stor och finnas i olika stora områden. Vi har därför gjort ett program som kan skapa ultraljudsbilder som innehåller den typ av rörelse som leder till att ultraljudsmaskinen markerar ett område. Dessa syntetiskt genererade bilder fungerar utmärkt att mata in i program som kan detektera denna rörelse och är väldigt lika verkliga ultraljudsbilder.

Därmed går det att utforma ultraljudsbilder som ser ut på exakt det sätt man vill och med valfria rörelser i hela bilden. Med detta går det att testa hur bra programmet är på att räkna ut rörelser från olika delar av bilden, eftersom vi bestämmer facit. Alltså kan bilderna användas för att göra ultraljudet extra bra på att hitta rörelsen. Dessutom går det att göra programmet riktigt bra ovanligt snabbt eftersom behovet av att ta riktiga bilder på riktiga patienter blir mindre, vilket så klart även är skönt för de drabbade patienterna. De syntetiska bilderna möjliggör därmed att det nya sättet att diagnostisera och bestämma behandling för cancerpatienter kan börja användas mer skyndsamt.

• author: Tedenvall, Isak and Olofsson, Hulda
• supervisor: Tomas Jansson
• organization: Department of Biomedical Engineering
• alternative title: Simulations of magnetomotion in ultrasound data for optimization and evaluation of detection algorithms
• course: BMEM01 20231
• year: 2023
• type: H2 - Master's Degree (Two Years)
• subject: Technology and Engineering
• keywords: Ultrasound, Magnetomotive ultrasound, Synthetic Data
• language: Swedish
• id: 9131507
• date added to LUP: 2023-07-03 09:54:34
• date last changed: 2023-07-03 09:54:34