An Inverse Scattering Approach Based on Inhomogeneous Medium Green's Functions for Microwave Imaging of Brain Strokes

Abstract

En este estudio, se investiga un enfoque de dispersión inversa para la detección y obtención de imágenes de una estructura anormal (una hemorragia o un accidente cerebrovascular) dentro del cerebro humano. El método se basa principalmente en la solución de una ecuación integral cuyo núcleo es la función de Green del medio no homogéneo (correspondiente a un modelo de cabeza humana) que se obtiene mediante un enfoque numérico basado en el Método de los Momentos (MoM). En este contexto, se formula un problema de dispersión inversa relacionado con la diferencia de modelos cerebrales sanos y no sanos y se obtiene una función de diferencia que indica la región donde se encuentra la anomalía resolviendo este problema inverso. Para reducir los efectos de reflexión causados por las diferencias electromagnéticas entre el espacio libre y el cerebro, se utiliza un medio coincidente como espacio de fondo.

Dans cette étude, une approche de diffusion inverse est étudiée pour la détection et l'imagerie d'une structure anormale (un saignement ou un accident vasculaire cérébral) à l'intérieur du cerveau humain. La méthode est principalement basée sur la solution d'une équation intégrale dont le noyau est la fonction de Green du milieu inhomogène (correspondant à un modèle de tête humaine) qui est obtenue par une approche numérique basée sur la Méthode des Moments (MoM). Dans ce contexte, un problème de diffusion inverse lié à la différence des modèles cérébraux sains et malsains est formulé et une fonction différence est obtenue qui indique la région où se situe l'anomalie en résolvant ce problème inverse. Afin de réduire les effets de réflexion causés par les différences électromagnétiques entre l'espace libre et le cerveau, un milieu correspondant est utilisé comme espace de fond.

In this study, an inverse scattering approach is investigated for the detection and imaging of an abnormal structure (a bleeding or a stroke) inside the human brain. The method is mainly based on the solution of an integral equation whose kernel is the Green's function of the inhomogeneous medium (corresponding to a human head model) which is obtained by a numerical approach based on Method of Moments (MoM). In this context, an inverse scattering problem related to the difference of healthy and unhealthy brain models is formulated and a difference function is obtained which indicates the region where the anomaly is located by solving this inverse problem. In order to reduce the reflection effects caused by the electromagnetic differences between the free space and the brain, a matching medium is used as the background space.

في هذه الدراسة، يتم التحقيق في نهج التشتت العكسي لاكتشاف وتصوير بنية غير طبيعية (نزيف أو سكتة دماغية) داخل الدماغ البشري. تعتمد الطريقة بشكل أساسي على حل معادلة متكاملة نواتها هي دالة الأخضر للوسط غير المتجانس (المقابلة لنموذج الرأس البشري) والتي يتم الحصول عليها من خلال نهج رقمي يعتمد على طريقة اللحظات (MoM). في هذا السياق، يتم صياغة مشكلة تشتت عكسي تتعلق باختلاف نماذج الدماغ الصحية وغير الصحية ويتم الحصول على وظيفة اختلاف تشير إلى المنطقة التي يوجد فيها الشذوذ من خلال حل هذه المشكلة العكسية. من أجل تقليل تأثيرات الانعكاس الناجمة عن الاختلافات الكهرومغناطيسية بين المساحة الحرة والدماغ، يتم استخدام وسيط مطابق كمساحة خلفية.