بررسي قابليت روش حس لامسه مصنوعي در تشخيص تومورهاي بافت كبد با استفاده از نتايج تجربي و مدل‌سازي المان محدود با در نظر گرفتن رفتار ‌هايپرالاستيك بافت و تومور

Artificial tactile sensing capability in tumor detection of the liver tissue utilizing in vitro experimental data and hyperelastic finite element modeling

سرطان‌هاي بافت نرم اغلب به صورت تغيير خواص مكانيكي بافت خود را نمايان مي‌كنند. توسعه شيوه‌هاي نوين تشخيص سرطان با تكيه بر دو هدف اصلي كه شامل افزايش قابليت تشخيص زود هنگام و همچنين اعمال كمترين آسيب و تهاجم به بافت، همراه با افزايش دقت تشخيص است، همواره از دغدغه‌هاي علم پزشكي بوده است. در اين مقاله، از روش نوين حس لامسه مصنوعي جهت تشخيص سرطان بافت كبد استفاده شده است. بدين منظور از اطلاعات تجربي تست تنش-كرنش يك مدل كبد حيواني براي استخراج معادلات‌هايپر الاستيك حاكم بر بافت نرم استفاده شده است. ضرايب‌ هايپرالاستيك به عنوان ورودي در نرم‌افزار المان محدود آباكوس وارد و فرايند معاينه لمسي بافت شبيه سازي شده است. بافت كبد در نظر گرفته شده داراي يك تومور با پارامترهاي مشخص مكانيكي و هندسي است. قابليت روش حس لامسه مصنوعي در تشخيص و همچنين مكان يابي تومور مورد بررسي قرار گرفته است. همچنين توانايي اين روش در تشخيص تومورهاي عمقي نيز بررسي شده است. در ادامه با توجه به اهميت تعيين جنس تومور كه عموما از روش نسج شناسي قابل تحصيل است، تاثير نسبت سختي تومور به بافت مورد تحليل قرار گرفته و كارآمد بودن روش حس لامسه مصنوعي در تشخيص، مكانيابي و تعيين نوع تومور مورد تاييد قرار گرفته است.

Soft tissue abnormalities are often correlated with a change in the mechanical properties of the soft tissue. New developing non-invasive techniques with the ability of early detection of cancerous tissue with high accuracy is a challenging state of art. In this paper, a new method is proposed to investigate the liver tissue cancers. Hyperelastic behavior of a porcine liver tissue has been extracted from the in vitro stress-strain experimental tests of the tissue. Hyperelastic coefficients have been used as the input of the Abaqus FEM software and the palpation of a physician has been simulated. The soft tissue contains a tumor with specified mechanical and geometrical properties. Artificial tactile sensing capability in tumor detection and localization has been investigated thoroughly. In mass localization we have focused on deeply located tumor which is a challenging area in the medical diagnosis. Moreover, tumor type differentiation which is commonly achieved through pathological investigations is studied by changing the stiffness ratio of the tumor and the tissue. Results show that the new proposed method has high ability in mass detection, localization and type differentiation.