میزان حضور و نحوه توزیع فیبرهای کلاژن در پوست به عنوان معیاری از بازسازی بافت در مواردی نظیر روند بهبود زخم ها و ضایعات پوستی مورد توجه متخصصین پوست می باشد. امروزه غالباً روش های شهودی و تهاجمی برای ارزیابی کلاژن استفاده می شوند. از این رو نیاز به روشی کمی و غیرتهاجمی به منظور ارزیابی فراوانی و ساختار فیبرهای کلاژن در بافت احساس می شود. مطالعه و بررسی تصاویر اولتراسوند فرکانس بالای اخذ شده از پوست نشان می دهد که این تصاویر حاوی اطلاعاتی کمی از فراوانی و نحوه توزیع فیبرهای کلاژن در پوست هستند. هدف از انجام این تحقیق معرفی معیاری برای ارزیابی کمی کلاژن از طریق پردازش تصاویر اولتراسوند فرکانس بالا می باشد. در راستای این هدف در این پایان نامه، تغییرات میزان حضور کلاژن در پوست ابتدا در فانتوم های شبیه ساز بافت پوست و در مرحله بعد در بافت زنده از طریق پردازش تصاویر اولتراسوند فرکانس بالای اخذ شده، بررسی شده است. بررسی های انجام شده بر روی تصاویر b-mode اخذ شده از فانتوم ها نشان می دهد که با افزایش مقدار گرافیت به کار رفته در فانتوم که متناسب با فراوانی کلاژن در بافت زنده می باشد، میزان انرژی سطوح خاکستری و کنتراست تصاویر زیاد می شود. در بخش دوم از آزمایش ها به منظور اعتبارسنجی نتایج حاصل از آزمایش های بخش اول، روش پیشنهادی در این تحقیق بر روی تصاویر اولتراسوند اخذ شده از نمونه های حیوانی نیز پیاده شده است. این تصاویر مربوط به مراحل ترمیم زخم های فشاری ایجاد شده در بافت می باشند. همچنین صحت نتایج گزارش شده در مورد این نمونه ها با انجام مطالعات بافت شناسی بر روی تصاویر بافت شناسی موجود از آنها تأیید شده است. بررسی تصاویر b-mode مربوط به نمونه های حیوانی نشان می دهد که همخوانی مطلوبی بین نتایج حاصل از آزمایش های بخش اول و بخش دوم وجود دارد. علاوه بر این، تحقیقات صورت گرفته حاکی از آن است که ویژگی تأکید حرکت بلند استخراج شده از تصاویر b-mode قادر به بیان تغییرات ایجاد شده در نحوه توزیع فیبرهای کلاژن می باشد. به طور کلی نتایج حاصل از آزمایش های انجام شده نشان می دهد که روش پیشنهاد شده از قابلیت بالایی در ارزیابی کمی فراوانی و ساختار فیبرهای کلاژن در پوست برخوردار است. از آنجایی که تشکیل و جهت گیری فیبرهای کلاژن یکی از فرآیندهای کلیدی در موارد متعددی از قبیل جوان سازی پوست، ترمیم زخم ها، عفونت ها و ضایعات پوستی می باشد، لذا می توان با استفاده از روش فوق و توسعه آن در کاربردهای کلینیکی امکان ارزیابی کمی کلاژن را به عنوان معیاری از بازسازی بافت پدید آورد.

پروتئومیک در واقع علم جداسازی و تعیین هویت پروتئینها و بررسی میزان حضور آنها در نمونه های بیولوژیکی است. در حال حاضر اساسی ترین تکنیک در جداسازی پروتئینها الکتروفورز ژل دو بعدی است که پروتئین ها را در دو بعد متعامد بر اساس شارژ و جرم مولکولی تفکیک می کند. پس از جدا سازی پروتئینها در صفحات حاوی ژل، این صفحات اسکن شده و تصویر آنها حاصل می شود. دو مجموعه تصویر در این تحقیق مورد استفاده قرار گرفتند که همگی از انستیتو پاستور ایران اخذ شده اند. مجموعه اول تصاویر مربوط به کلیه همستر می باشند که به دو گروه سالم و آلوده به ویروس هاری تقسیم می شوند. هدف از تحلیل تصاویر این مجموعه پیدا کردن پروتئینهای نشانگر ویروس هاری در این رده سلولی است. مجموعه دوم تصاویر از مغز ماهیان خاویار تهیه شده اند که اثر سم متیل جیوه بر آنها بررسی می شود و به دو گروه سالم و گروه تغذیه شده با متیل جیوه تقسیم می شوند. هدف بررسی اثر سم متیل جیوه بر پروتئین های مغز ماهیان خاویار است. تحلیل تصاویر الکتروفورز ژل دو بعدی مستلزم انجام سه مرحله ناحیه بندی، تطابق و آنالیز آماری است. در این تحقیق در مرحله ناحیه بندی برای آشکار سازی لکه های پروتئینی ابتدا تصاویر با فیلتر لاپلاسی گوسی لبه یابی شدند و سپس از الگوریتم حوضچه آبگیر با نشانگرهای کنترل شده برای ناحیه بندی استفاده گردید. برای اصلاح ناحیه بندی و تفکیک نواحی مناسب از آرتیفکت ها، پارامترهای شکل از نواحی استخراج شدند. درمرحله تطابق لکه های پروتئینی که در تصاویر با هم مطابقت دارند مشخص گردیدند. در این تحقیق درمرحله تطابق ابتدا تصاویر نمونه بر روی تصویر مرجع گروه پایه تثبیت خطی شدند. برای تطابق نواحی یک همسایگی مطلوب برای هر ناحیه در نظر گرفته شد. سپس هر ناحیه از یک تصویر با نواحی که در همسایگی مطلوبش در تصویر دیگر قرار گرفته اند به سه روش مقایسه گردید تا ناحیه مطابقش پیدا شود که این سه روش عبارتند از: روش استفاده از معرف های ویژگی، روش استفاده از ضرایب همبستگی و روش مثلثهای دیلانی. در مرحله آنالیز آماری نواحی تطابق یافته در تصاویر به لحاظ ویژگیهای آماری مقایسه گشتند. در آنالیز درون گروهی ضریب واریانس برای هر تطابق درون یک گروه بدست آمد تا تغییرات بیان پروتئینی درون یک گروه بررسی شود. در نهایت از تست تی برای آنالیز بین گروهی استفاده شد تا نواحی که به لحاظ آماری تغییرات معنادار پیدا کرده اند آشکار شوند. این نواحی به عنوان نشانگرهای حیاتی معرفی شدند. نتایج حاصل از پیاده سازی روشهای این تحقیق بر روی دو مجموعه تصویری که از انستیتو پاستور اخذ شده اند با نتایج نرم افزار imagemaster مقایسه گردید. در مرحله ناحیه بندی مشاهده شد که نرم افزار imagemaster در مجموع تعداد نواحی بیشتری را بر روی تصویر تشکیل می دهد که یک دلیل آن بیشتر بودن نواحی false positive است و دلیل دیگر جداسازی نواحی متداخل است. مزیت روش این تحقیق در بیشتر بودن درصد نواحی true positive است و ایراد این روش در بیشتر بودن نواحی false negative است. نتایج حاصل از تطابق نواحی در این تحقیق نیز با نتایج نرم افزار imagemaster مقایسه شدند و مشخص شد که ترکیب سه روش مورد استفاده در این تحقیق می تواند نتایج مرحله تطابق را نسبت به روش نرم افزار فوق بهبود دهد.

زخمهای فشاری حالت خاصی از زخمهای مزمن هستند که در اثر وارد آمدن فشار طولانی مدت به نواحی روی بافت استخوان بوجود می آیند. استراتژیهای متعددی برای درمان این زخمها به کار گرفته می شود، لیکن بررسی کیفیت هر یک از این روشها عمدتاً بر پایه معیارهای شهودی استوار است و لذا از دقت و صحت کافی برخوردار نیست. این مساله اتخاذ یک پروتکل درمانی مناسب برای این زخمها را با مشکل مواجه می سازد. هدف از انجام این تحقیق توسعه یک روش غیر تهاجمی، با امکان مقایسه و آنالیز کمی، برای ارزیابی زخمهای فشاری است. در این راستا دو تکنیک تصویر برداری اپتیکی و اولتراسوند فرکانس بالا در کنار یکدیگر به کار گرفته شده اند. فیزیک سیستمهای تصویر برداری اولتراسوند اجازه دست یابی به آندسته پارامترهایی از عمق بافت را می دهد که معرف تغییرات فیزیولوژیک هستند. در حالیکه تصویربرداری اپتیکی امکان ثبت تغییرات ظاهری بافت در طول زمان را محقق می سازد. لذا استفاده همزمان از دو تکنیک تصویر برداری مذکور، اطلاعات مربوط به عمق و سطح بافت را به طور همزمان بدست می دهد. در این تحقیق به منظور کنترل شرایط محیطی و عوامل موثر در روند پیدایش و ترمیم، زخمهای فشاری به صورت مصنوعی در خوکچه های هندی ایجاد شده اند. پس از مرحله ایجاد زخم، در روزهای سوم، هفتم، چهاردهم و بیست و یکم تصاویر اولتراسوند فرکانس بالا و اپتیکی از بافت آسیب دیده اخذ شده اند. از آنجایی که خروجی این سیستمها به صورت تصاویر دیجیتال می باشد، پردازش صحیح این تصاویر نقشی اساسی در دست یابی به ابزار مورد نظر ایفا می کند. لذا پس از انجام مراحل پیش پردازش، ویژگیهایی از هر دو دسته تصاویر استخراج شده است. ویژگیهای استخراج شده از تصاویر اولتراسوند فرکانس بالا معرف تغییرات ایجاد شده در ساختار و شدت اکوها هستند. در عین حال ویژگیهای استخراج شده از تصاویر اپتیکی روی شناسایی تغییرات رنگ سطح پوست، در فرآیند پیدایش و ترمیم زخم تمرکز دارند. با آنالیز آماری ویژگیهای استخراج شده، معنی دار بودن آنها به تناسب با تغییرات شرایط بافت در فرآیند پیدایش و ترمیم زخمهای فشاری بررسی شده است. سپس از ویژگیهای استخراج شده برای آنالیز شرایط بافت استفاده شده است. در مرحله بعد آنالیز نسبی تغییرات بافت با توسعه یک تابع ترمیم محقق شده است. تابع مورد بحث با توجه به ویژگیهای استخراج شده شکل گرفته و پارامترهای آن با استفاده از روش جستجوی الگو بهینه سازی شده است. در کنار آنالیز نسبی بافت، از ویژگیهای استخراج شده برای آموزش طبقه بندهایی (شبکه های عصبی) استفاده شده که خروجی آنها با استفاده از انتگرالهای فازی، برای تشخیص فازهای پیدایش و ترمیم زخم تلفیق شده است. در این تحقیق نشان داده ایم که توابع ترمیم تعریف شده بر اساس هر یک از دو روش تصویر برداری به طور مستقل، در مقایسه بعضی از فازهای پیدایش و ترمیم زخمهای فشاری با مشکلاتی مواجه هستند، حال آنکه توانسته ایم با استفاده از تابع ترمیم متشکل از اطلاعات هر دو روش، به خوبی امکان مقایسه نسبی تغییرات بافت در فازهای مختلف را فراهم آوریم. علاوه بر این نشان داده ایم که با استفاده از اطلاعات دو تکنیک تصویر برداری و مجموعه آموزش دیده متشکل از شبکه های عصبی و انتگرالهای فازی، فازهای مختلف پیدایش و ترمیم زخم را با دقتی مناسب شناسایی کرده ایم. لذا از نتایج بدست آمده می توان نتیجه گیری نمود که دو تکنیک تصویر برداری مورد بحث در راستای دست یابی به هدف این تحقیق مکمل یکدیگر هستند و کاربرد همزمان آنها ضعفهای هر یک از دو روش را جبران می کند. بنابراین می توان از آنها در کنار یکدیگر برای ارزیابی و شناسایی فازهای پیدایش و ترمیم زخمهای فشاری استفاده نمود.

چکیده فتوداینامیک تراپی (pdt) یک روش درمانی مبتنی بر استفاده از داروی حساس کننده نوری همراه با تابش موضعی نور به منظور تخریب تومورهای سرطانی و ضایعات خوش خیم است. فتوداینامیک تراپی بسیاری از شرایط و ویژگیهایی را که یک شیوه درمان یا کنترل سرطان باید داشته باشد، داراست. ایمنی، عوارض جانبی محدود و بازده بالا در کنار ویژگیهایی از جمله امکان نشاندار نمودن ضایعه، قابلیت تکرار درمان و نتایج مطلوب در زمینه زیبایی عواملی هستند که باعث می شوند این تکنیک در آینده نقش بسزایی در درمان سرطان ایفا کند و به عنوان یک روش مکمل در کنار روشهایی از جمله جراحی، رادیوتراپی و شیمی درمانی عامل افزایش بازده درمان و بقا در بیماران گردد. با اینحال، بزرگترین معضل این روش ضعف در حوزه دوزیمتری می باشد. منظور از دوزیمتری، تعیین دوز داروی مصرفی و دوز نور تابشی است بگونه ای که نهایتاً نتیجه درمان رضایت بخش باشد. لذا با توجه به اینکه خواست پزشکان و بیماران در این روش درمانی این است که با حداقل آسیب وارده به بافت سالم، سلولهای بدخیم تخریب شوند، دستیـابی بـه ابزاری که قادر باشد نتایج را پیش از درمان با دقت مطلوبی پیش بینی کند قـابل توجه بـه نظر می رسد. با توجه به چالش های مطرح شده در خصوص روش های دوزیمتری درکاربردهای کلینیکی و همچنین تحقیقات انجام شده در این حوزه، دو راهکار کاربردی که در این راستا مفید می باشند، دوزیمتری مبتنی بر اندازه گیری و دوزیمتری بر اساس مدل سازی می باشند. لیکن از آنجا که هر یک از این دو راهکار دارای مزایا و معایبی هستند، به منظور دستیابی به روشی که در عین بهره مندی از مزایای هر یک از این راهکارها معایب آنها را تا حد ممکن تقلیل دهد، روش پیشنهادی در تحقیق حاضر به منظور بهبود دوزیمتری pdt، ترکیب مدل سازی همراه با روش فلوئورسانس اسپکتروسکوپی بعنوان ابزار اندازه گیری است. به این ترتیب از یک سو با استفاده از مدل سازی بر مشکل اندازه گیری برخی از پارامترهای موثر فائق آمده ایم و از سوی دیگر بوسیله اندازه گیری امکان تحقق فیدبک زمان حقیقی برای کنترل پروسه درمانی هر بیمار را به طور جداگانه فراهم آورده ایم. مدل ارائه شده برای دوزیمتری pdt دارای سه ویژگی منحصر به فرد است که عبارتند از قابلیت متغیر با زمان بودن پارامترهای مدل، قابلیت انعطاف پذیری برای هر بیمار و قابلیت پیش بینی نتیجه درمان پیش از تابش نور درمانی. از سوی دیگر، نوآوری سیستم پیاده سازی شده برای اخذ طیف فلوئورسانس در غیرتهاجمی بودن و سرعت عمل آن در اخذ طیف فلوئورسانس از سطح بافت بیولوژی است. با توجه به اهمیت تعیین دقیق غلظت دارو درون بافت تومور، بعنوان یکی از ورودیهای برنامه شبیه سازی دوزیمتری pdt، هدف از پیاده سازی چنین سیستمی تعیین غلظت دارو درون بافت هدف بر اساس طیف فلوئورسانس اخذ شده از سطح بافت می باشد. همچنین به منظور اعتبارسنجی دقت و صحت نتایج شبیه سازی، آزمایشهای متعددی بر روی موشهای balb/c انجام شده است. مقایسه نتایج شبیه سازی با نتایج پاتولوژی پس از انجام pdt بر روی موشها، نشان می دهد که ایده ترکیب مدل سازی و روش فلوئورسانس اسپکتروسکوپی و همچنین تدابیر اتخاذ شده برای بهبود دوزیمتری pdt، موفقیت آمیز بوده است. کلمات کلیدی: فتوداینامیک تراپی، دوزیمتری، مدل سازی، فلوئورسانس اسپکتروسکوپی، شبیه سازی، المان محدود، حساس کننده نوری، پروتوپورفیرین ix

همزمان با پیشرفت فنآوریهای نوین، نقش لیزر در درمان امراض پوستی و رفع ناهنجاریهای آن، رشد قابل توجهی در دو دههی اخیر داشته است. با پیدایش ادوات جدید لیزری، اهمیت درک اصول عملکردی آنها برای مهندسین پزشکی و متخصصین بالینی پوست افزایش مییابد. در میان رویکردهای مختلف استفاده از لیز ر در فرآیندهای بازتسطیح پوست که برای رفع ناهنجاریهای متنوع بهکارگرفته میشوند، استفاده از لیزر کسری به عنوان رویکردی نوین در نظر گرفته میشود. چرا که پس از روشهای فرساینده که به تخریب کامل لایهی اپیدرم میپردازند و روشهای غیرفرساینده که موجب القای اثرات گرمائی به لایههای داخلی پوست می گردند، لیزر کسری به عنوان روشی جدید در رفع چالشهای روشهای پیشین و بهکارگیری بهینه از لیزر در درمان پوست معرفی شده و در سالهای اخیر، علیرغم نوپائی، از جایگاه مناسبی برخوردار گشته است . ارزیابی های بالینی، دلالت بر موفقیت این روش در مقایسه با دیگر روشها دارد. هدف از انجام این پژوهش، مدلسازی و شبیهسازی برهمکنش تابشی و گرمایشی لیزر کسری و پوست می- باشد. شبیهسازی اثرات چنین برهمکنشهائی در پیشبینی نتایج قبل از انجام فرآیندهای درمانی یا انتخاب مناسب پارامترهای لیزر و نیز مطالعهی کاربردهای جدید و یا اصلاح روشهای پیشین اهمیت ویژهای دارد. مدل- سازی اثرات گرمائی تابش لیزر بر پوست شامل دو مرحلهی اصلی میباشد. در ابتدا باید نحوهی پخش پرتوی لیزر در پوست را محاسبه کرد که در این پژوهش به دلیل استفاده از لیزر دیاکسیدکربن که به شدت در پوست جذب میشود، مدل پراکندگی مرتبهی اول بهکارگرفته شده است. مرحلهی دوم مدلسازی به بررسی چگونگی گسترش گرمای حاصل از جذب انرژی پرتوی لیزر میپردازد و با محاسبهی تحولات دمای نقاط مختلف پوست، برآوردی از میزان آثار گرمائی بهدست میدهد. برای حل معادلات انتقال گرما در این مرحله از روش تفاضلهای محدود استفاده شده است. انتخاب روش مدلسازی در این پژوهش، با توجه به سرعت و زمان انجام محاسبات در کنار دقت قابل قبول آنها انجام شده است. در عین حال، برخلاف پژوهشهای اخیر، امکان لحاظ کردن ناهمگونیهای ساختاری و پیچیدگیهای عملکردی در این پژوهش فراهم شده است تا علیرغم افزایش حافظهی مورد نیاز برای انجام شبیهسازیها، بتوان دمای هر نقطه از پوست مورد مطالعه را در هر زمان بهدستآورد. این ویژگی، لازمهی مطالعهی اثرات گرمائی لیزر کسری بر پوست است که میتواند اثر تابش غیریکنواخت لیزر را بر ساختار غیریکنواخت پوست بررسی کند. چنین مسئلهای در پژوهشهای مربوط به این زمینه و طبیعتا در پیادهسازیهای بالینی آن کمتر مورد توجه قرار گرفته است. در راستای تأیید مزیتهای درمانی روش لیزر کسری نسبت به روشهای سنتی، ارزیابیهائی با توجه به نتایج شبیهسازیها و به صورت مقایسه انجام گرفته که حاکی از سودمندی ویژهی استفاده از لیزر کسری میباشد. عدم تخریب یکپارچهی لایههای پوستی موجب کاهش و رفع مشکلات دوران بهبودی به لحاظ التهاب، رنگپریدگی، عفونت زخم و مدت زمان نقاهت میشود. در عین حال افزایش نفوذ پرتوهای منسجم و پر انرژی لیزر در عمق پوست، باعث رفع ناهنجاریهای پوستی به گونهای موثر خواهد بود. همچنین به دلیل گسترش عمقی انعقاد گرمائی، امکان خونریزی هنگام عمل و پس از آن تا حد زیادی کاهش مییابد.

ملانوما بدخیم ترین سرطان پوست است. این سرطان کشنده به سرعت پیشرفت می کند و با پیشرفت ضایعه، احتمال زنده ماندن فرد کاهش می یابد. بنابراین تشخیص سریع این سرطان آمار مرگ و میر ناشی از آن را به طور قابل ملاحظه ای کاهش می دهد. ضایعات رنگدانه ای پوست به سه دسته ضایعات خوش خیم، دیسپلاستیک و ملانوما (بدخیم) تقسیم می شوند. ضایعه دیسپلاستیک، مرحله قبل از ابتلا به سرطان ملانوما است و افرادی که دارای ضایعه دیسپلاستیک هستند، بیش از دیگران در معرض خطر می باشند. ضایعات دیسپلاستیک در بعضی موارد شبیه ضایعات خوش خیم و در برخی موارد شبیه ضایعات ملانوما بوده که این امر نه تنها تشخیص آن ها را برای متخصصین پوست دشوار می کند بلکه حتی به کمک روش های کامپیوتری نیز دقت تشخیص این گروه از ضایعات کم است. حال آن که تشخیص به موقع این ضایعات منجر به تشخیص تعداد زیادی از ضایعات ملانومای قابل درمان می شود. بنابراین در این تحقیق با استفاده از ترکیب خروجی طبقه بندها، روشی برای افزایش دقت تشخیص ضایعات دیسپلاستیک و ملانوما ارائه شده است. در ابتدا به منظور حذف آرتیفکت ها و بهبود تباین تصویر، پیش پردازش هایی روی تصاویر درماتوسکوپی اعمال شد و به کمک آستانه گذاری مناسب، مرز ضایعه با پوست سالم اطراف آن تعیین گردید. در مرحله بعد، 42 ویژگی شامل 14 ویژگی شکل، 20 ویژگی رنگ و 8 ویژگی بافت از ضایعه استخراج شدند. بعد از نرمال سازی ویژگی ها و کاهش تعداد آن ها از 42 ویژگی به 12 ویژگی توسط تبدیل آنالیز اجزای اصلی، pca، طبقه بندهای شبکه عصبی، k همسایه نزدیک تر، k-nn، ماشین بردار پشتیبان، svm، بیز ساده و آنالیز تفکیک پذیری خطی، lda، پیاده سازی شده و حالات متفاوت ترکیب خروجی این طبقه بندها با ویژگی های یکسان و ویژگی های متفاوت برای هر یک از طبقه بندها بررسی شد. نتایج بررسی ها نشان داد که با اعمال 20 ویژگی رنگ به طبقه بند k-nn و 12 ویژگی کاهش یافته توسط تبدیل pca از بین 42 ویژگی شکل، رنگ و بافت به طبقه بندهای svm و lda و ترکیب خروجی این طبقه بندها با روش ترکیب کلیشه تصمیم، دقت تشخیص ضایعات دیسپلاستیک و ملانوما نسبت به حالت استفاده از یک طبقه بند، به ترتیب 20% و 14/71% افزایش یافته ولی دقت تشخیص ضایعات خوش خیم 6/59% کاهش یافته است و در عین حال دقت طبقه بندی کل به میزان 2/37% بهبود داشته است. روش پیشنهادی روی 436 تصویر درماتوسکوپی شامل 280 ضایعه خوش خیم، 112 ضایعه دیسپلاستیک و 44 ضایعه ملانوما اعمال شده است. با استفاده از روش پیشنهادی در این تحقیق، دقت تشخیص ضایعات خوش خیم 85%، دقت تشخیص ضایعات دیسپلاستیک 67/73%، دقت تشخیص ضایعات ملانوما 83/53% و دقت طبقه بندی کل 80/46% بدست آمد.

گرمادرمانی بینابینی القا شده توسط لیزر(litt) یک روش گرما درمانی به صورت حداقل تهاجمی برای درمان تومور های سرطانی است. مدل کردن اثر لیزر بر بافت در litt مزیت های زیادی نسبت به روش های نظارت بر افزایش دما دارد. در این تحقیق، litt به صورت دو بعدی و سه بعدی شبیه سازی شده است. برای انتشار نور در بافت از روش مونت کارو با گام متغییر و جذب تدریجی استفاده شده است. معادله گرمایی پنس و معادله آرنیوس به ترتیب برای مدل کردن انتقال گرما و ایجاد آسیب در بافت به کار گرفته شدند. روش های حل عددی المان محدود و المان مرزی برای حل این دو معادله مورد استفاده قرار گرفتند. تاکنون برای شبیه سازی اثر لیزر بر بافت در عمل litt از مدل سه بعدی با استفاده از روش مونت کارلو و المان محدود استفاده نشده است. در این تحقیق سعی شد که تمام حالات تاثیر گذار در litt با مدل های سه بعدی با روش المان محدود بررسی شوند. استفاده از مدل های مختلف بافت، استفاده از لیزر های مختلف با طول موج های مختلف، تغییرات در اعمالگر لیزری، تاثیر نرخ پرفیوژن خون، تاثیر تغییر خصوصیات بافت با افزایش دما، انتشار نور و انتقال گرما در سه بافت مختلف مغز، پروستات و کبد از جمله مواردی هستند که در این تحقیق بررسی شدند و در بعضی موارد نتایج با کار های مشابه در تحقیقات دیگر مقایسه شدند. همچنین روش جدید و دقیق و المان مرزی در سه مدل دو بعدی استفاده شد و نتایج آنها با روش المان مرزی مقایسه شدند. نتایج نشان دادند که انجام شبیه سازی های کامپیوتری برای litt امری شدنیست و روش المان محدود و المان مرزی با دقت بالا به پزشک این امکان را می دهند که با تغییر پارامتر های تاثیر گذار، بهترین انتخاب را برای ایجاد بیشترین صدمه به تومور و کمترین صدمه به بافت سالم اطراف، داشته باشد.

امروزه استاندارد طلایی جهت تشخیص بیماری سرطان، نمونه برداری و به دنبال آن آزمایش هیستوپاتولوژی است. علیرغم توانایی های بسیار آزمایش هیستوپاتولوژی در تشخیص های بالینی، این روش در اجرا با مشکلاتی همچون تهاجمی بودن، زمان پاسخ طولانی و نتایج وابسته به فرد روبروست. لذا تا کنون تحقیقات بسیاری در توسعه روشهای جایگزین، به ویژه روشهای نوری، به دلیل قابلیت به کارگیریشان به صورت غیر تهاجمی، صورت گرفته است. در این میان طیف سنجی رامان از آنجا که به ساختارهای مولکولی حساس است، قابلیت بسیاری در تشخیص سرطان از خود نشان داده است. علیرغم توانایی های این روش، همچنان یکی از مهمترین چالش های این تکنیک در زمینه پزشکی، کاربردی شدن این تکنیک در تشخیص های بالینی می باشد که به دلیل وجود مشکلاتی همچون عدم پایداری الگوریتم های تشخیصی ارائه شده نسبت به تغییرات سیستم و بافت و نیز عدم حساسیت الگوریتم های تشخیصی ارائه شده در تکمیل طبقه بندی سرطان در سطح سارکوم و کارسینوم، تا کنون عملی نشده است. هدف از این تحقیق، توسعه الگوریتمی است که قادر به تشخیص سرطان به صورت مستقل از سیستم طیف سنجی و بافت باشد و از حساسیت لازم در طبقه بندی سرطان در سطح سارکوم و کارسینوم برخوردار باشد. در راستای دستیابی به چنین الگوریتمی، سه مساله تنوع سیستمی، تنوع بافتی و نوع بدخیمی هر یک در بخشهای جداگانه ای در این پژوهش مورد آنالیز و بررسی قرار گرفته اند. در بررسی مساله تنوع سیستمی، سه سیستم طیف سنجی رامان متفاوت در بررسی تشخیص سرطان پستان در سه کلاس نرمال، ضایعه خوش خیم و ضایعه بدخیم (سرطان) بکار گرفته شده است. سپس با آنالیز تفاوتهای طیفی ناشی از تفاوتهای سیستمی موجود بین این سیستم ها، الگوریتم جامعی به منظور رفع تفاوتهای سیستمی در عین حفظ تفاوتهای بین کلاسی ارائه شده و کارایی آن در حالت های مختلف ممکن مورد ارزیابی قرار گرفته است. در بررسی مساله تنوع بافتی، پنج بافت، شامل پستان، روده بزرگ، پانکراس، تیروئید و پوست مورد بررسی قرار گرفته و نشانگرهای رامان متمایز کننده حالت نرمال از سرطانی در آنها جستجو شده اند. سپس به یافتن نشانگرهای مشترک سرطان و بررسی وجود سطح تمایز مشترک بین حالت نرمال و سرطانی در این بافتها اقدام شده است. این بررسیها به معرفی چهار نشانگر مشترک سرطان در تمام بافتهای مورد مطالعه بجز بافت پوست منجر شده است، که هر یک به تنهایی قادر به تمایز نمونه های نرمال از سرطانی در چهار بافت نخست با صحتی بیش از 90% بوده اند. همچنین در ادامه با ترکیب این نشانگرها در یک گام و اصلاح روشهای استخراج ویژگی در گام بعد با شمول بافت پوست نیز درجه تمایزی برابر با 91.7% در تمایز نمونه های نرمال از سرطانی بدست آمده است. سرانجام در سومین بخش از پژوهش، در راستای تکمیل طبقه بندی سرطان، نشانگرهای متمایز کننده دو نوع اصلی سرطان یعنی سارکوم و کارسینوم، مورد بررسی قرار گرفته است. این مطالعه بر روی دو نوع سارکوم ویک نوع کارسینوم نشان داده است که میزان مشارکت پیوندهای متناظر با چربیها می تواند به عنوان نشانگر متمایز کننده این دو نوع سرطان (با صحتی بیش از90%) بکار گرفته شود. به طوریکه میزان چربی در نمونه های سارکوم نسبت به کارسینوم کمتر است.

سرطان ضایعات رنگدانه ای یا ملانوما در مراحل اولیه شباهت بسیاری به ضایعات رنگدانه ای خوش خیم دارد. درموسکوپ به عنوان رایج ترین ابزار تشخیصی، تنها مشخصات ظاهری و مورفولوژی ضایعه را مورد بررسی قرار می دهد که در تشخیص زودهنگام ملانوما کارایی لازم را ندارد. از اینرو مهمترین چالش پزشکی در این زمینه، فقدان وجود تکنیک تشخیصی توانمند برای تشخیص زودهنگام و غیرتهاجمی ملانوما در اولین مراجعه بیمار به پزشک است. اندازه گیری خواص اپتیکی بافت به منظور تشخیص و مطالعه پیشرفت بیماری یکی از زمینه های تحقیقاتی رو به گسترش است. اندازه گیری پلاریزاسیون (پلاریمتری) در بافت های بیولوژیکی ابزار نیرومندی است که منجر به استخراج ویژگی هایی از آن می شود که بافت را از جنبه هایی فراتر از ویژگی های ظاهری، مورد مطالعه قرار می دهد. پلاریمتری از طریق اندازه-گیری ماتریس مولر امکان پذیر است. اما چالش مهم آن، تفسیر این ماتریس در بافت های بیولوژیکی و تعیین پارامترهای پلاریزاسیونی که به تغییرات بافت پاسخ دهند، است. بافت های بیولوژیکی از نظر خواص پلاریزاسیونی محیط های پیچیده قلمداد می شوند، بطوریکه کدر با خاصیت دپلاریزه کنندگی نور پلاریزه، ناهمسانگرد و دارای خاصیت اختلاف تضعیف می باشند. هدف از این تحقیق مشخصه سازی پلاریزاسیونی ضایعات ملانوما با استفاده از تفسیر ماتریس مولر و پایش تغییرات سلولی و ساختاری در مشخصه های پلاریزاسیونی است. در راستای اهداف این تحقیق، دو روش برای تفسیر ماتریس مولر نمونه های پیچیده ارائه شده است. روش اول بر مبنای تجزیه بردار استوکس نور خروجی از نمونه به دو بخش، یک بخش کاملا پلاریزه و بخش دوم کاملا دپلاریزه شده است، بطوریکه یک بخش خواص غیردپلاریزه کنندگی (مانند خواص ریتاردنس) و بخش دوم خواص دپلاریزه کنندگی (مانند ضریب دپلاریزاسیون خالص) را توصیف می کند. در روش دوم، آنالیز مقادیر منفرد ماتریس مولر مورد بررسی قرار گرفته است و بر مبنای این مقادیر، پارامترهای اختلاف تضعیف و ضریب دپلاریزاسیون تخمین زده شده اند. در این تحقیق، نمونه آزمایشگاهی سیستم اندازه گیری ماتریس مولر به صورت نیمه اتوماتیک طراحی و پیاده سازی شده است. به منظور پایش تغییرات پلاریزاسیونی در فرایند پیشرفت ضایعات رنگدانه ای، نمونه های فانتوم که شبیه-ساز ضایعات رنگدانه ای هستند، ساخته شده اند. افزایش غلظت ملانین و افزایش تجمع سلول های ملانوسیت، در فانتوم ها شبیه سازی شده است. تصاویر پارامترهای پلاریزاسیونی حاصل، با روش آنالیز ماتریس هم رخدادی سطوح خاکستری (glcm) مورد پردازش قرار گرفته است. فاز دوم آزمایشات پلاریمتری بر روی نمونه های بافت ex-vivo از ضایعات رنگدانه ای خوش خیم و ملانوما انجام شده است. با تحلیل و مقایسه نتایج این فاز با نتایج حوزه فانتوم و شواهد هیستولوژی، می توان نتیجه گیری کرد که نواحی با ضریب دپلاریزاسیون کم در تصاویر ضریب دپلاریزاسیون، بیانگر محل توده های ملانین در ضایعه است که الگوی آن مطابق با شواهد هیستولوژی است. علاوه بر این آنالیز آماری تحلیل واریانس نشان می-دهد، ویژگی های استخراج شده از ماتریس مولر تفاوت معناداری را بین داده های خوش خیم و ملانوما نشان می دهند ((p<0.05. با استفاده از این ویژگی ها و طبقه بند k نزدیکترین همسایگی (knn)، می توان ضایعات ملانوما را با دقت 9/90% از ضایعات خوش خیم تفکیک کرد. نتایج این تحقیق، قابلیت روش مشخصه سازی پلاریزاسیونی را در تشخیص زودهنگام ملانوما نشان می دهد.