Tidsupplöst verifiering av mikrovågshy- pertermi för cancerbehandling Kandidatarbete inom Medicinteknik och teknisk fysik Isak Apelqvist Tilda Björendahl Tessa Johansson INSTITUTIONEN FÖR MEKANIK OCH MARITIMA VETENSKAPER CHALMERS TEKNISKA HÖGSKOLA Göteborg, Sverige 2025 www.chalmers.se www.chalmers.se Kandidatarbete inom medicinteknik och teknisk fysik Tidsupplöst verifiering av mikrovågshypertermi för cancerbehandling Isak Apelqvist Tilda Björendahl Tessa Johansson Institutionen för Mekanik och Maritima Vetenskaper Avdelningen för Avdelningsnamn Chalmers Tekniska Högskola Göteborg 2025 Tidsupplöst verifiering av mikrovågshypertermi för cancerbehandling Isak Apelqvist Tilda Björendahl Tessa johansson © Isak Apelqvist, Tilda Björendahl, Tessa Johansson, 2025. Handledare: Isak Jonsson, Forskare på Institutionen för Strömningslära och Institu- tionen för Mekanik och Maritima Vetenskaper Examinator: Valery Chernoray, Professor på Institutionen för Flödesmekanik och Institutionen för Mekanik och Maritima Vetenskaper Kandidatarbete 2025 Institutionen för Mekanik och Maritima Vetenskaper Chalmers Tekniska Högskola SE-412 96 Göteborg Telefon +46 31 772 1000 Omslagsbild: Tecknad bild av mikrovågsantenner placerade på människa med can- certumör i hjärnan. Typsatt i LATEX, template by Kyriaki Antoniadou-Plytaria Göteborg 2025 iv Tidsupplöst verifiering av mikrovågshypertermi för cancerbehandling Undertitel Isak Apelqvist, Tilda Björendahl, Tessa Johansson, Institutionen för Mekanik och Maritima Vetenskaper Avdelningen för Avdelningsnamn Chalmers Tekniska Högskola Sammanfattning Mikrovågshypertermi har visat sig vara ett lovande komplement till gängse behand- lingsformer för cancer. Behandlingen innebär att en tumör värms upp till 40-44 °C med hjälp av positivt interfererande mikrovågor. Den kliniska implementeringen av mikrovågshypertermi har dock förhindrats av en betydande osäkerhet rörande dess precision. Syftet med detta kandidatarbete var att studera gångbarheten av en termokromisk muskelfantom att användas för att kalibrera och vidareutveckla behandlingsformen. Under arbetets gång utvecklades en transparent och homogen fantomgel i vilken termokromisk färg kunde implementeras för att ge temperaturdata med en uppskattad noggrannhet på ±0.1 °C i ett plan. Med detta som grund konsta- teras att inget bör förhindra en fullskalig implementering av denna termokromiska fantom i tre dimensioner. Nyckelord: fantomgel, mikrovågshypetermi, termokromisk färg, temperaturverifiering v Författarnas tack Vi vill först och främst tacka vår handledare Dr. Isak Jonsson för hans vägledning, uppmuntran och härliga energi under projektets gång. Likaså vill vi tacka Dr. Hana Dobsicek Trefna för hennes engagemang och intresse. Vi vill även tacka Mattia de Lazzari som tog sig tid att hjälpa oss med både tillverkning och tester av våra fantomer. Isak Apelqvist, Tilda Björendahl, Tessa Johansson, Göteborg, Maj, 2025 Rapporten är baserad på en modifierad version av mallen av M. Gustaver [1]. vii Ordlista Nedan listas de begrepp som används genom hela denna avhandling i alfabetisk ordning: Neoadjuvant En tilläggsbehandling som utförs för att förbättra den primära behandlingens verkan. Fantomgel En gel som ska efterlikna en viss väv- nads dielektriska och termiska egenska- per. Hotspot Oönskad uppvärmning av en vävnads- volym. Cytostatika Cellgifter. Termokromisk Material vars färg är beroende av dess temperatur. Dielektrikum Ett material som kan polariseras i ett externt elektriskt fält. ix Nomenklatur Nedan är nomenklaturen för index, uppsättningar, parametrar och variabler som har använts genom hela denna avhandling. Symboler ϵ′ Reell permittivitet (alt. dielektrisk konstant) ϵ′′ Komplex permittivitet (alt. förlustfaktor) σ Konduktivitet tan(δ) Förlusttangent δ Skinndjup f Frekvens µ Magnetisk permeabilitet E Elektrisk fältstyrka RMS Kvadratiskt medelvärde xi xii Innehåll Akronymer ix Nomenklatur xi Figurer xv Tabeller xvii 1 Inledning 1 1.1 Bakgrund . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 1.1.1 Mätning av temperatur i fantom . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 1.2 Syfte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 1.2.1 Problemformulering . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 1.3 Avgränsningar . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 2 Teori 5 2.1 Dielektriska och termiska egenskaper . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5 2.1.1 Dielektriska egenskaper hos biologisk vävnad . . . . . . . . . . 5 2.1.2 Termiska egenskaper hos biologisk vävnad . . . . . . . . . . . 6 2.2 Vävnadsfantomer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6 2.2.1 Tidigare framtagna fantomer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7 2.2.2 Användningsområden för fantomvävnad . . . . . . . . . . . . . 7 3 Metod 9 3.1 Framställning av muskelfantomen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9 3.1.1 Försök med längre omrörning och uppvärmning . . . . . . . . 10 3.1.2 Lyckad metod med filtrering . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11 3.2 Studier av termokromisk muskelfantom . . . . . . . . . . . . . . . . . 11 3.2.1 Termokromiska färger . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12 3.2.2 Kalibrering av termokromisk muskelfantom . . . . . . . . . . . 13 4 Resultat 17 4.1 Framställning av muskelfantom . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17 4.2 Muskelfantomens egenskaper . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17 4.3 Utvärdering av termokromisk färg i ny fantom . . . . . . . . . . . . . 21 5 Diskussion 25 xiii Innehåll 5.1 Metod . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25 5.2 Resultat . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26 5.2.1 Gel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26 5.2.2 Färg . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27 5.2.3 Frågeställningar . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27 5.2.4 Felkällor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28 5.3 Vidareutveckling . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28 6 Slutsatser 31 Bibliography 33 A Geltester I B Pythonkod för dataanalys III C Originalrecept på olika typer av gelar VII xiv Figurer 1.1 Schematisk bild av mikrovågsantenner placerade på människa med cancertumör i hjärnan. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 3.1 Den ursprungliga uppställningen som användes för att förbereda mus- kelfantomen. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10 3.2 Uppställningen som användes för att testa effekterna av en längre och mer homogen omrörning och uppvärmning. . . . . . . . . . . . . . . . 11 3.3 Termokromisk muskelfantom vid rumstemperatur. Då den genomskin- liga fantomen enbart kunde produceras i mindre mängder lämnades underdelen opak. Som standard förbereddes fantomerna i plastglas som var lätta att klippa sönder. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13 3.4 Genomskärning av formen som användes för att värma upp den ter- mokromiska gelen. Formen var dimensionerad för de plastglas som användes som gjutformar för gelen. Då den visade sig vara något stor fylldes luftspalterna med vatten för att underlätta värmekonduktionen. 13 3.5 Uppställningen som användes för att studera muskelfantomens ter- mokroma egenskaper. I figuren ses hållaren för muskelfantomen med de tre proberna kopplade till varsin termometer. Maskinen uppe till höger värmer och pumpar vattnet genom hållarens väggar. . . . . . . 14 3.6 Uppställningen som sedd från kameran och som användes för att generera mätpunkter. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14 4.1 Den filtrerade (över) respektive ofiltrerade (under) fantomen vid rumstemperatur. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17 4.2 Dispersion för den reella och komplexa permittiviteten (dielektriska konstanten respektive förlustfaktorn); värdena för referensfantomen ges i orange och värdena för den nya muskelfantomen ges i rött. . . . 19 4.3 Dispersion för konduktiviteten för referens- och den filtrerade muskel- fantomen; värdena för referensfantomen ges i orange och värdena för den nya muskelfantomen ges i rött. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20 4.4 Uppmätta RGB-intensiteter för respektive detektor (1, 2 och 3) plot- tade mot temperaturen. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 4.5 Gradient som visar färgskiftningen mellan 32 °C till 42 °C för Atlanta Chemical (flytande). Den fullständiga datan från detektor 1 har använts. 21 xv Figurer 4.6 Extremfallen för uppvärmningsförloppet med den filtrerade fantomge- len; till vänster syns gelen innan uppvärmning vid cirka 32 °C medan bilden till höger visar gelen vid cirka 42 °C. Mittenbilden illustrerar gradienten som bildas vid uppvärmning. . . . . . . . . . . . . . . . . 22 4.7 Uppvärmningsförloppet för den ofiltrerade referensfantomen. . . . . . 22 4.8 Jämförelse av det termokroma sambandet för intervallet 32-38 °C mellan två mättillfällen. Kurvorna har normaliserats för att minska påverkan från skillnader bakgrundsljuset. . . . . . . . . . . . . . . . . 23 A.1 Tabell över olika fantomtester. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . I C.1 Originalrecept för huvudfantom. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . VII C.2 Originalrecept för vattenbolus. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . VII C.3 Originalrecept för hydrogel. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . VIII C.4 Originalrecept för fettfantom. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . VIII C.5 Originalrecept för muskelfantom. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . VIII xvi Tabeller 3.1 Relevanta annonserade egenskaper för de tre använda termokromiska färgerna. Alla färger uppvisade någon form av gradient i ett intervall kring dess måltemperatur. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12 4.1 Relevanta strukturella egenskaper för de fyra fantomrecept som stude- rades djupare under arbetet; med referensfantom avses det oförändrade ursprungsreceptet och med ’ny uppställning’ avses muskelfantomen som förberetts med den modifierade uppställningen i avsnitt 3.1.1. . . 18 xvii Tabeller xviii 1 Inledning Cancer utgör idag den vanligaste dödsorsaken i världen [2]. Trots betydande för- bättringar inom både behandling och diagnostik uppskattas att ett av sex dödsfall orsakas av cancer globalt, och för många cancerformer är prognosen fortfarande mycket dålig. I synnerhet har tumörer i lungorna, bukspottskörteln och hjärnan visat sig vara svårbehandlade [3]. Utöver en bristande effektivitet är behandlings- former såsom radio- och kemoterapi också förknippade med en betydande börda för patienter, närstående och sjukvården i sig; de är komplicerade, långvariga och medför ofta svåra komplikationer såsom smärta, trötthet och illamående. Många biverkningar försvinner inte heller i samband med en avslutad behandling eller framträder först på lång sikt. Det är, exempelvis, känt att även små stråldoser vid behandling av hjärncancer riskerar att orsaka kognitiva svårigheter och epilepsi [4]. Dessvärre drabbas pediatriska och geriatriska patienter ofta ytterst hårt på grund av deras på förhand svagare allmäntillstånd. Således finns det ett stort behov av tilläggsbehandlingar som kan öka effektiviteten hos gängse primära behandlingsme- toder, samt möjliggöra en större anpassning av doseringen för att lindra biverkningar och komplikationer. Mikrovågshypertermi har lagts fram som en potentiell sådan behandlingsform, men osäkerheter kring dess precision har än så länge hämmat den kliniska implementeringen. 1.1 Bakgrund Hypertermi är en neoadjuvant behandling som föreslagits vara ett kraftfullt kom- plement till cytostatika och radioterapi [5]. Behandlingen innebär en artificiell och icke-invasiv uppvärmning av en vävnadsvolym med hjälp av positivt interfererande mikrovågor. Ett flertal studier har visat att cancertumörer som hållits vid en tem- peratur på mellan 40 − 44 °C under cirka en timme blivit avsevärt mer mottagliga för både kemoterapi och strålbehandling [6]. Mikrovågorna sänds ut via antenner placerade kring kroppen, ett exempel på detta visas i figur 1.1 1 1. Inledning Figur 1.1: Schematisk bild av mikrovågsantenner placerade på människa med cancertumör i hjärnan. Trots att mikrovågshypertermi ter sig mycket lovande är dess användbarhet avhängig av huruvida uppvärmningen kan göras med tillräcklig termisk och spatiell noggrann- het [7]. Framförallt måste bildandet av så kallade hot spots, orsakade av oönskad positiv interferens, motverkas i frisk vävnad [5]. Likaså är det viktigt att kunna kontinuerligt övervaka temperaturdistributionen både i och utanför tumörcellen; en otillräcklig temperatur i någon del av volymen kan medföra ett sämre svar på den primära behandlingen. Idag saknas precisa, kostnadseffektiva och icke-invasiva metoder för att undersöka temperaturfördelningen vid en generell hypertermibehandling [7]. Detta har under- blåst intresset av värmekänsliga vävnadsfantomer för att kunna studera, kalibrera och verifiera mikrovågshypertermi. En sådan fantomgel skulle erbjuda ett enkelt sätt att visualisera temperaturfördelningen i realtid som inte förutsätter dyr utrustning eller invasiva sonder. Idealt skulle en värmekänslig fantom bibehålla samma termiska och dielektriska egenskaper som den efterliknade vävnadstypen, samt vara återanvändbar och långtgående transparent [8]. Vidare är det önskvärt att en sådan fantom är kapabel att visa flera temperaturintervall, eller om möjligt en gradient, med hög säkerhet. Tidigare studier har påvisat användbarheten med värmekänsliga fantomer, men också identifierat potentiella svagheter [5]. Fantomer som gjorts värmekänsliga med protei- ner, såsom äggvita, är pålitliga och tydliga men koaguleringsprocessen är irreversibel [8]. Detta är inte enbart ineffektivt utan omöjliggör också kontinuerliga mätningar, vilket gör dem opassande för kalibrering. För att skapa en återanvändbar och värme- känslig fantom kan istället termokromiska pigment användas; dessa har visat sig vara tillräckligt precisa i jämförelse med andra alternativ och de små mängderna pigment 2 1. Inledning som används har som regel enbart en marginell påverkan på fantomens egenskaper [9]. Ett betydande problem är dock att gängse tillverkningsmetoder ofta ger opaka och grumliga fantomer. Detta gör det svårt att urskilja annat än ytliga färgskiftningar och medför ofta att fantomer måste skäras upp för att temperaturfördelningen ska kunna studeras, vilket likaså gör dem olämpliga för kalibrering. 1.1.1 Mätning av temperatur i fantom Hypertermi är en behandlingsmetod där vävnad, i syfte att förbättra en annan behandlingsform så som strålning eller cytostatika, värms upp till cirka 40-44°C [10]. För att säkerställa att metoden fungerar som den ska och att den ej är skadlig eller ineffektiv krävs noggrann temperaturövervakning i det behandlade området. Magnetresonanstomografi (MR) är idag den enda etablerade metod som möjliggör icke-invasiv temperaturövervakning tredimensionellt i realtid under klinisk applica- tion. MR är dock en mycket kostsam och inte alltid tillgänglig metod. Den är inte heller alltid lämplig för patienter med implantat som är inkompatibla med MR. Verifiering av temperaturfördelning vid hypertermibehandlingar bygger ofta idag på användning av homogena fantomer som efterliknar de dielektriska och termiska egenskaperna hos mänsklig vävnad [11]. För att dessa fantomer ska vara praktiskt användbara bör de vara enkla att tillverka, tillverkas av lättillgängliga, stabila mate- rial och ha vävnadsrelevanta egenskaper inom det frekvens och temperaturintervall som är relevant för mikrovågshypertermi. Temperaturverifieringen kan genomföras genom direkt temperaturmätning eller in- direkt genom att mäta elektrisk fältstyrka eller absorberad energi, eftersom dessa parametrar är nära kopplade till den värme som genereras i vävnaden [12]. I fantomer används båda dessa metoder beroende på tillgång till utrustning och syftet med testet. För att kunna genomföra dessa typer av mätningar krävs dock fantomer som tillå- ter insättning eller rörelse av mätsonder utan att de deformeras eller ger upphov till stora mätfel [12]. Därför används ofta viskösa eller mjukgelbaserade fantomer där en elektrisk fältsond kan föras in och skanna olika delar av fantomen. Alter- nativt kan en saltlösning med justerad konduktivitet, matchad till den specifika vävnadens egenskaper, användas för att simulera den biologiska miljön. Det förekom- mer även mer avancerade metoder, som användning av matriser med inbyggda dioder. För ytligt belägna tumörer är temperaturverifiering särskilt utmanande, eftersom det idag saknas etablerade, tillförlitliga metoder för att mäta temperaturfördelningen nära hudytan utan att störa behandlingen[12]. Ställt till detta finns ett tydligt behov av att utveckla en metod som möjliggör enkel, billig och visuell värmeverifiering utan att penetrera eller skära i fantomen. 3 1. Inledning 1.2 Syfte De befintliga icke-invasiva metoderna för att verifiera temperatur och verksamhetsom- råde vid mikrovågshypertermi är kostsamma och har begränsad tillgänglighet. Syftet med detta arbete är därför att undersöka möjligheten att implementera termokromisk färg i fantomgel för att på ett tydligt och kontinuerligt sätt visualisera verifieringen av temperatur och verksamhetsområde vid mikrovågshypetermi. Arbetet syftar även till att förbättra transparensen hos fantomgelen, då den i dagsläget är opak, för att möjliggöra visuell observation av färgförändringar. 1.2.1 Problemformulering Huvudfokus i detta arbete är att undersöka om termokromisk färg kan användas för att säkerställa korrekt temperatur och verksamhetsområde vid mikrovågshypertermi. Idag är temperaturverifiering en komplicerad process som ofta kräver avancerade och kostsamma metoder såsom IR-kameror, MR-termometri eller invasiva temperatur- prober. Dessa metoder kan vara opraktiska i vissa sammanhang, vilket motiverar behovet av en enklare och mer kostnadseffektiv metod för att visuellt verifiera tem- peraturfördelningar. Som nämnt i avsnitt 1.1.1 finns det i dagsläget ingen bra metod för att verifiera temperatur och verksamhetsområde för ytligt belägna tumörer. Detta gör att behovet för en ny metod för temperaturverifikation inte bara är relevant för djupgående tumörer utan också ytligt belägna. Gelens optiska egenskaper kan påverka hur tydligt färgförändringarna syns, vilket kan leda till svårigheter vid exakt temperaturverifiering. För att kunna undersöka den termokromiska färgens användningsmöjligheter, bör det därför även undersöka om en mer genomskinlig gel kan framställas och därigenom ge tydligare resultat. Arbetets frågeställningar defineras enlig följande: 1. Hur väl kan man med hjälp av termokromisk färg verifiera korrekt temperatur och verksamhetsområde vid mikrovågshypertermi? 2. Går det att öka fantomgelens transparens, och hur påverkar detta möjligheten att använda termokromisk färg för temepratur och områdesverifiering? 3. Hur noggrant kan man visa temperaturskillnader i fantomgel? 1.3 Avgränsningar Testerna kommer uteslutande att utföras på en muskelfantom med muskelvävnad som referens. Enbart de dielektriska egenskaperna kommer att betraktas experimentellt. De termokromiska fantomerna kommer inte att jämföras med andra värmekänsliga alternativ, såsom proteinbaserade fantomer. Likaså kommer inte fantomer med fysiologiska imitationssystem, såsom metabolisk värmeproduktion eller cirkulation, att betraktas, även om dessa visat sig vara viktiga för att ge en realistisk bild. 4 2 Teori 2.1 Dielektriska och termiska egenskaper I detta avsnitt presenteras de relevanta dielektriska och termiska storheterna som bör överensstämma för fantomen och dess motsvarande vävnadstyp. 2.1.1 Dielektriska egenskaper hos biologisk vävnad Interaktionen mellan elektromagnetiska vågor och dielektrisk materia karaktäriseras framförallt av två storheter: vävnadens permittivitet (εr) [Fm−1] och konduktivitet (σ) [Sm−1] [13]. Permittivitet är en frekvensberoende materialspecifik egenskap som beskriver både lagring och omvandling av elektromagnetisk energi [13]. I ett dielektrikum är den elektriska fältstyrkan reducerad i jämförelse med vakuumfallet. Detta orsakas av att energin lagras hos polariserade molekyler i materialet via dess rörelser i det externa fältet, vilket också medför värmeförluster. Matematiskt modelleras permittiviteten som ett komplext tal ϵ = ϵ′ − jϵ′′ där realdelen (dielektriska konstanten) är ett mått på energilagringen och imaginärdelen (förlustfaktorn) representerar energiförluster till omgivningen. För att jämföra hur mycket energi som går förlorad (och omvandlas till värme) används förlusttangenten, tan (δ), som definieras enligt tan (δ) = ϵ′′ ϵ′ . Konduktiviteten beskriver hur väl vävnaden leder ström då den exponeras av ett elektromagnetiskt fält [13]. Via friktion i de resulterande strömmarna absorberar den omkringliggande vävnaden värme, varför en högre konduktivitet förknippas med en högre absorption av elektromagnetisk energi. För mikrovågshypertermi är det synnerligen relevant att kvantifiera hur stor effekt en viss kroppsvävnad absorberar samt hur djupt den elektromagnetiska strålningen förmår att penetrera. Den specifika absorptionsnivån (SAR) är ett mått på det förstnämnda och definieras enligt SAR = σ|E|2 ρ , där E är den elektriska fältstyrkan och ρ är vävnadens densitet. Hur djupt den elektro- magnetiska strålningen når innan den dämpas med en faktor 1 e ges av skinndjupet definierat enligt 5 2. Teori δ = √ 2 πfµσ , där f är strålningens frekvens och µ är den magnetiska permeabiliteten [13]. Varken permittiviteten eller konduktiviteten är konstanter [13]. Vid låga frekvenser påverkas vävnadens dielektriska egenskaper främst av cellmembranens laddningsför- delning och jonflöden, medan högre frekvenser interagerar mer direkt med intracellu- lära komponenter som cytoplasma och cellkärnor [14]. En viktig aspekt av biologiska materials elektriska egenskaper är dielektriska dispersioner, som beskriver hur per- mittiviteten och konduktiviteten varierar med frekvens. Det finns fyra huvudsakliga dispersioner: • α-dispersion: Uppstår vid låga frekvenser (10 Hz - 10 kHz) och beror på laddningar vid cellmembranet. • β-dispersion: Inträffar vid 10 kHz - 10 MHz och beror på interaktionen mellan elektriska fält och intracellulära strukturer. • γ-dispersion: Förekommer vid mycket höga frekvenser (>1 GHz) och beror på dipolrörelser hos vattenmolekyler i cellerna. • δ-dispersion: En mindre känd typ av dispersion som relaterar till stora biomolekylers respons på elektriska fält. 2.1.2 Termiska egenskaper hos biologisk vävnad Mikrovågshypertermi innebär en kontrollerad uppvärmning av en begränsad volym av vävnad i kroppen. För att en fantom ska vara representativ krävs således att dess termiska egenskaper är mycket lika den aktuella vävnadens. Framförallt krävs att fantomen och vävnaden har snarlik termisk konduktivitet och värmekapacitet. Den termiska konduktiviteten beskriver hur väl vävnaden leder värme, och därmed hur lokaliserad en uppvärmning blir [15]. En för låg värmekapacitet kan orsaka hotspots där de inte annars skulle förekomma, medan en för hög värmekapacitet gör att värmen istället avges för snabbt. Värmekapaciteten beskriver hur mycket energi som krävs för att öka temperaturen en grad (och vise versa) [15]. En felaktig värmekapacitet kan således göra att fantomen värms upp för snabbt eller mycket långsamt, vilket ger en felaktig bild av motsvarande hypertermibehandling. 2.2 Vävnadsfantomer Vävnadsfantomer är material tillverkade för att efterlikna biologisk vävnad med avseende på dess dielektriska, termiska och geometriska egenskaper. Eftersom olika vävnadstyper inte delar samma egenskaper krävs dock att fantomens egenskaper justeras så att den blir representativ i det aktuella fallet under elektromagnetisk påverkan [14]. Två vanliga metoder för att skapa fantomvävnad inkluderar: 6 2. Teori • Polymerbaserade fantomer: Består av material som hydrogel eller sili- kon med tillsatta joner för att efterlikna biologisk vävnads konduktivitet och permittivitet. • Vattenbaserade fantomer: Använder elektrolytlösningar för att simulera vävnadens respons vid olika frekvenser [14]. Syftet med vävnadsfantomer är att kunna studera och kalibrera mikrovågshypertermi på ett enkelt och kostnadseffektivt sätt utan att behöva förlita sig på människor, djur eller kadaver. 2.2.1 Tidigare framtagna fantomer I ett examensarbete från lunds universitet undersöks möjligheten att använda ultraljud-optisk tomografi (UOT) för avbildning av biologiska vävnader[16]. För att undvika ljusspridning är det viktigt att vävnadsfantomen är optiskt klar, då ljusspridning kan försämra bildkontrasten eller dölja små, inbäddade strukturer. I arbetet beskrivs därmed en metod för att framställa en homogen och helt klar gel. I arbetets metod blandas 4 gram agarpulver med 400 milliliter destillerat vatten och detta värms sedan upp till 95C◦ i ett vattenbad[16]. Blandningen rörs om konti- nuerligt med hjälp av en magnetomrörare och för att begränsa avdunstning täcks öppningen med aluminiumfolie. Omrörningen pågår under två timmar och efter detta steg är agarpulvret fullständigt upplöst och lösningen har blivit helt klar. Därefter sänks temperaturen. När lösningen nått 45C◦ tillsätts absorberande och spridande ämnen, då den temperaturen möjliggör inblandning utan att gelen hinner stelna. Även i andra sammanhang används agarbaserade fantomer för att efterlikna bio- logisk vävnad. Nuvarande riktlinjer för kvalitetssäkring rekommenderar agar,ofta kombinerat med sackaros, som bas för muskelfantomer vid testning av medicinsk utrustning[17]. Denna blandning möjliggör god stabilitet, reproducerbarhet, och i kombination med salt även realistiska dielektriska egenskaper. Recept på en typ av muskelfantom, samt för fler typer av vävnadsfantomer som används inom forskning rörande mikrovågshypertermi, har erhållits genom kontakt med Mattia de Lazzari, Doktorand på Chalmers Tekniska Högskola inom Signalbehandling och Medicinteknik. Detta återfinns i appendix C. 2.2.2 Användningsområden för fantomvävnad Fantomvävnader används inom flera forsknings- och medicinområden, såsom: • Medicinsk bildbehandling, där de används för att kalibrera och testa utrustning. • Elektriska och elektromagnetiska simuleringar, där de används för att undersöka hur elektriska signaler sprids genom biologisk vävnad. • Utveckling av elektroterapi och elektrisk stimulering, exempelvis vid behandling av neurologiska sjukdomar [14]. 7 2. Teori 8 3 Metod För att möjliggöra en kvantitativ modellering av verksamhetsområde och tempera- turfördelning vid mikrovågshypetermi undersöktes en fantomgel med implementerad termokromisk färg. Arbetet fokuserade på två huvudsakliga delar: Framställandet av en transparent gel med dielektiska egenskaper som kan efterliknas med muskelvävnad samt kvantifering av sambandet mellan färgförändring och temperatur med hjälp av den implementerade termokromiska färgen i gelen. Metodens uppbyggnad och struk- tur utformades iterativt där olika gelblandningar och tillverkningsmetoder testades och utvärderades för att se om de uppfyllde de önskade kraven. Utfallet av dessa försök och den slutliga metoden som användes i detta arbetet redovisas i detta avsnitt. 3.1 Framställning av muskelfantomen Som utgångspunkt för arbetet med att framställa en muskelfantom med önskade egenskaper genomfördes en litteraturstudie på området och labbhandledarna konsul- terades. De kommande försöken utgick till stor del från originalreceptet, som erhölls enligt 2.2.1, då detta hade de önskade dielektriska egenskaperna, samt acceptabel fasthet och temperaturkänslighet. Initialt gjordes flera tester med ett fokus på förlängning av omrörningens och upp- värmningens tid. Detta studerades då det visat sig vara positivt för fantomens klarhet i tidigare studier, se avsnitt 2.2.1. Även alternativa gelbaser (agaros, gelatin och polyakrylamid) övervägdes utifrån befintlig litteratur, men inga försök genomfördes. Slutligen gjordes flera försök med filtrering av den flytande fantomblandningen. Tes- ter av den resulterande muskelfantomens dielektriska egenskaper genomfördes med ett SPEAG Dielectric Assessment Kit for Thin Layers (DAK-TL2); mätningarna genomfördes av labbhandledare på grund av utrustningens skörhet. 9 3. Metod 3.1.1 Försök med längre omrörning och uppvärmning Muskelfantomen enligt originalreceptet förbereddes i en öppen kastrull på en värme- platta med propelleromrörning (se figur 3.1). Figur 3.1: Den ursprungliga uppställningen som användes för att förbereda muskelfantomen. Denna metod hade flera potentiella svagheter vid längre uppvärmning: 1. omrörningshastigheten krävdes vara mycket låg för att undvika skumbildning, vilket ledde till inhomogen omrörning, 2. den öppna kastrullen gjorde att en märkbar mängd vatten avdunstade under tillredningen, vilket ledde till att blandningen var benägen att separera och bränna fast på botten av kastrullen, samt 3. svårigheter med att stabilisera temperaturen. Utifrån detta påbörjades tester med inriktning på förbättrad omrörning och homogen uppvärmning. 10 3. Metod Metoden modifierades därmed till att ske i en mindre, övertäckt bägare med magnet- omrörning nedsänkt i ett vattenbad (se figur 3.2). Figur 3.2: Uppställningen som användes för att testa effekterna av en längre och mer homogen omrörning och uppvärmning. Förhoppningen var att en mindre volym och mer intensiv omrörning skulle medföra en avsevärt bättre omblandning, samt att vattenbadet skulle ge en mer jämn uppvärm- ning. Aluminiumfolien över bägarens öppning var ämnad att minska avdunstningen. De resulterande fantomerna kan ses i appendix A. 3.1.2 Lyckad metod med filtrering Som ett led i försöken att framställa en optiskt transparent och homogen fantom genomfördes tester där den upphettade och flytande fantomblandningen filtrerades genom ett kaffefilter. Fantomen framställdes enligt det befintliga originalreceptet: 40,3 % vatten, 56,0 % socker, 1,50 % bordssalt och 2,20 % agar (avseende vikt). Saltet tillsattes direkt och sockret vid cirka 50 °C; agaren tillsattes vid 90 °C och hölls mellan 90-95 °C tills agaren var helt upplöst. Gelen får inte koka. Utrustningen var i stort sett densamma; värmeplatta, stativomrörare, termometer, våg, kastrull, bägare, gjutform samt kaffefilter. Uppställningen var enligt figur 3.1, då en längre uppvärmningstid ej påvisade några optiska förbättringar och modifikationen på uppställningen därmed ej krävdes. 3.2 Studier av termokromisk muskelfantom När en metod för en optiskt transparent muskelfantomen fastställts kunde försök med termokromisk färg påbörjas. Dessa tester syftade både till att påvisa gångbarheten i 11 3. Metod termokromiska fantomer som koncept och till att kvantifiera en termokromisk modell. På grund av tidsbrist kunde inga fullskaliga tredimensionella försök genomföras, utan testerna genomfördes enbart i ett plan. 3.2.1 Termokromiska färger Ett flertal termokromiska färger hade beställts, men enbart tre stycken var tillgängli- ga i tid för att kunna användas i försöken: Atlanta Chemical i fast och flytande form, samt en befintlig termokrom skiva som tillhandahölls av handledarna. De relevanta egenskaperna presenteras i tabell 3.1. Namn Typ Färgspann Måltemperatur [°C] Gradient/Binärt Atlanta Chemical Pulver Svart-Vitt 38 Binärt Atlanta Chemical Flytande Svart-Vitt 38 Binärt Termokrom skiva Skiva Svart-Ljusgrönt 25-30 Gradient Tabell 3.1: Relevanta annonserade egenskaper för de tre använda termokromiska färgerna. Alla färger uppvisade någon form av gradi- ent i ett intervall kring dess måltemperatur. 12 3. Metod 3.2.2 Kalibrering av termokromisk muskelfantom De termokromiska muskelfantomerna för testerna skapades genom att integrera termokromisk färg mellan originalgelen och den filtrerade gelen. Atlanta Chemical (flytande) målades i ett tunt lager mellan de två geltyperna. Atlanta Chemical (pulver) blandades med en liten mängd filtrerad gel, som integrerades mellan originalgelen och den filtrerade gelen. Den termokroma skivan göts in mellan de två geltyperna. Atlanta Chemical (flytande) fungerade bäst och fantomen där den integrerats kan ses i figur 3.3. Figur 3.3: Termokromisk muskelfantom vid rumstemperatur. Då den genomskinliga fantomen enbart kunde produceras i mindre mängder lämnades underdelen opak. Som standard förbereddes fantomerna i plastglas som var lätta att klippa sönder. Uppvärmningen skedde via konduktion i en specialbyggd uppställning; muskelfan- tomen placerades i en formanpassad, 3D-printad hållare vars ihåliga väggar fylldes med flödande varmt vatten. En genomskärning av denna form visas nedan i figur 3.4. Figur 3.4: Genomskärning av formen som användes för att värma upp den termokromiska gelen. Formen var dimensionerad för de plastglas som användes som gjutformar för gelen. Då den visade sig vara något stor fylldes luftspalterna med vatten för att underlätta värmekonduktionen. 13 3. Metod För att kontinuerligt kunna mäta temperaturen placerades tre prober i färgskiktet och kopplades till tillhörande tre termometrar (K-Type Standard ST-612). En kamera (Sony RX0II) placerades ovanför hållaren riktad ned mot muskelfantomen, vilket gjorde det möjligt att se både färgskiftningar och temperatur vid respektive prob. Därtill fästes en lampa vid kameran för att ge en konsekvent ljussättning mellan de olika försöken. Uppställningen kan ses i figur 3.5. Figur 3.5: Uppställningen som användes för att studera muskel- fantomens termokroma egenskaper. I figuren ses hållaren för mus- kelfantomen med de tre proberna kopplade till varsin termometer. Maskinen uppe till höger värmer och pumpar vattnet genom hålla- rens väggar. Sambandet mellan aktuell temperatur och färg kvantifierades med hjälp av Python. Kameran ställdes in för att ta en bild av uppställningen (inkluderande både fantomen och termometrarna) var tionde sekund från rumstemperatur till 45 °C (se figur 3.6). Figur 3.6: Uppställningen som sedd från kameran och som användes för att generera mätpunkter. 14 3. Metod Utifrån bilderna genererades mätpunkter genom att ta RGB-värdena från tio punk- ter kring respektive prob, finna medelvärdet av grundfärgerna, och koppla dessa till de givna temperaturerna. Det termokromiska sambandet kunde sedan interpo- leras och plottas som en gradient. Python-koden som användes återfinns i appendix B. För att visa repeterbarhet har flera tester av temperaturkalibreringen gjorts och vid varje test användes tre prober istället för en. 15 3. Metod 16 4 Resultat Flera experimet har genomförts för att kunna utvärdera och analysera temperatur och verksamhetsområde vid mikrovågshypetermi med hjälp av termokromisk färg. Detta kapitel sammanställer resultaten från experimenten som genomförts, där både gelens dielektriska och optiska egenskaper och verifiering av temperatur har utvärderas. 4.1 Framställning av muskelfantom Arbetet inleddes med att lära sig tillverka fantomgel för att kunna använda den i senare delar av projektet. Eftersom det fanns befintliga metoder för att framställa gel, utgick arbetet ifrån en av dessa. Dock visade sig denna gel vara otillräckligt transparent, vilket ledde till att utvärderingar genomfördes för att optimera gelens transparens. Resultatet av dessa tester och utvärderingar var att receptet som arbetet använde som referensrecept (originalreceptet), endast behövdes modifieras med att lägga till filtrering. 4.2 Muskelfantomens egenskaper Muskelfantomen som preparerats enligt avsnitt 3.1.2 påvisade en avsevärt förbättrad optisk transparens och klarhet jämfört med både referensfantomen som gjordes enligt originalreceptet, och fantomerna som preparerats med förlängd omrörning och uppvärmning (se figur 4.1). Figur 4.1: Den filtrerade (över) respektive ofiltrerade (under) fan- tomen vid rumstemperatur. De relevanta resultaten från arbetet med att tillverka en användbar fantomgel pre- senteras översiktligt i tabell 4.1. 17 4. Resultat Fantomtyp Stadga Transparens [cm] Homogenitet Referensrecept Hög <6 Låg Ny uppställning Hög <6 Låg Filtrering Medel >6 Hög Ny uppställning + filtrering Medel >6 Hög Tabell 4.1: Relevanta strukturella egenskaper för de fyra fantomre- cept som studerades djupare under arbetet; med referensfantom avses det oförändrade ursprungsreceptet och med ’ny uppställning’ avses muskelfantomen som förberetts med den modifierade uppställ- ningen i avsnitt 3.1.1. Den filtrerade muskelfantomen uppvisade en homogen struktur och tappade mycket av den gulaktiga nyansen som kunde ses hos de andra varianterna. Muskelfantomen som genomgått filtrering var också något mer form- och töjbar jämfört med de ofiltrerade varianterna. Både de filtrerade och ofiltrerade fantomerna klarade av att hållas vid en temperatur på cirka 50 °C under en timme utan att genomgå betydande strukturella förändringar; den filtrerade fantomen blev något mjukare, men inte i en betydande utsträckning. Den avgörande skillnaden för såväl transparens som strukturella egenskaper ter sig vara filtreringen; en mer homogen uppvärmning och omrörning, under en längre tid, har ingen observerad effekt för varken stadgan, temperaturkänsligheten eller klarheten hos fantomen. 18 4. Resultat Skillnaden i permittivitet (både reell och komplex) givet olika frekvenser för både den filtrerade fantomen och referensfantomen kan ses i figur 4.2. ¢ 300 350 400 450 500 550 600 650 700 750 800 850 900 950 1,000 25 30 35 40 45 50 55 60 65 Frekvens (Hz) F/ m Permittivitetsjämförelse för fantomerna Dielektriska konstant (referens) Förlustfaktor (referens) Dielektriska konstant Förlustfaktor Figur 4.2: Dispersion för den reella och komplexa permittiviteten (dielektriska konstanten respektive förlustfaktorn); värdena för refe- rensfantomen ges i orange och värdena för den nya muskelfantomen ges i rött. 19 4. Resultat Skillnaden i konduktivitet givet olika frekvenser för både den filtrerade fantomen och referensfantomen kan ses i figur 4.3. 200 300 400 500 600 700 800 900 1,000 0.8 1 1.2 1.4 1.6 1.8 Frekvens (Hz) S/ m Konduktivitetsjämförelse för fantomerna Konduktivitet (referens) Konduktivitet Figur 4.3: Dispersion för konduktiviteten för referens- och den filtrerade muskelfantomen; värdena för referensfantomen ges i orange och värdena för den nya muskelfantomen ges i rött. 20 4. Resultat 4.3 Utvärdering av termokromisk färg i ny fantom Det termokroma sambandet för den valda färgen Atlanta Chemical (flytande) pre- senteras nedan i figur 4.4. 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 80 100 120 140 160 180 200 220 Temperatur (°C) In te ns ite t RGB-värden mot temperatur Blå (1) Röd (1) Grön (1) Blå (2) Röd (2) Grön (2) Blå (3) Röd (3) Grön (3) Figur 4.4: Uppmätta RGB-intensiteter för respektive detektor (1, 2 och 3) plottade mot temperaturen. RGB-värdena från detektor 1 sammanställs nedan till en gradient över temperaturin- tervallet 32-42 °C (se figur 4.5). Figur 4.5: Gradient som visar färgskiftningen mellan 32 °C till 42 °C för Atlanta Chemical (flytande). Den fullständiga datan från detektor 1 har använts. 21 4. Resultat Från gradienten tydliggörs att färgen skiftar gradvis över ett spann på cirka 10 °C (ungefär mellan 32-42 °C). Färgen går gradvis från en mörkare lila till en beige nyans (se figur 4.6). Figur 4.6: Extremfallen för uppvärmningsförloppet med den filtrer- ade fantomgelen; till vänster syns gelen innan uppvärmning vid cirka 32 °C medan bilden till höger visar gelen vid cirka 42 °C. Mittenbilden illustrerar gradienten som bildas vid uppvärmning. Detta kan jämföras med utseendet för en ofiltrerad fantom över samma spann; notera att gradienten hos färgen blir mindre tydlig (se figur 4.7). Figur 4.7: Uppvärmningsförloppet för den ofiltrerade referensfan- tomen. 22 4. Resultat En jämförelse av det termokroma sambandet vid två olika mättillfällen presenteras i figur 4.8. En RMS-jämförelse av färgkurvorna mellan detektorerna inom en enskild mätning (se figur 4.4) ger en snittvariation för intensiteten på cirka 10 enheter. Sker jämförelsen mellan två olika mätningar (se figur 4.8) blir snittvariationen istället cirka 20 enheter. Kurvorna vi de olika mätningar ser visuellt lika ut och överlappar trots att RGB-värdena inte nödvändigtvis är samma, vilket tyder på att resultatet är reproducerbart. Variationens relevans för det termokromiska sambandet behöver utvärdera ytterligare för att med säkerhet säga hur detta påverkar resultaten. 32 33 34 35 36 37 38 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1 Temperatur (°C) In te ns ite t Jämförelse av det termokroma sambandet Röd (1) Röd (2) Blå (1) Blå (2) Grön (1) Grön (2) Figur 4.8: Jämförelse av det termokroma sambandet för intervallet 32-38 °C mellan två mättillfällen. Kurvorna har normaliserats för att minska påverkan från skillnader bakgrundsljuset. 23 4. Resultat 24 5 Diskussion Diskussionen är uppdelad i tre delar där metod, resultat och utvecklingsmöjligheter diskuteras. Denna uppdelning bygger på att få en tydlig och klar diskussion. Fokuset för diskussionen ligger på att förstå vilka faktorer som påverkat resultatet och vilka begränsningar metoden hade, men också vad som skulle kunna förbättras i framtiden. 5.1 Metod Den metod som användes i detta arbete utgick från redan etablerade recept och tillvägagångssätt för framställning av muskelfantomer med vävnadsrelevanta dielekt- riska egenskaper. Målet var dock att vidareutveckla tillverkningsprocessen för att uppnå högre transparens, vilket visade sig vara avgörande för att undersöka om man kan uppfylla arbetets syfte med termokromisk färg på ett tillförlitligt sätt. Flera metoder prövades, men i den slutliga tillverkningsmetoden användes endast filtrering som åtgärd för att öka den optiska transparensen. Under de inledande försöken testades en metod som bestod av en förlängd uppvärmnings- och omrörningstid, som enligt tidigare studier skulle leda till klarare och mer transpa- rent fantomgel. Våra försök visade dock ingen märkbar förbättring av transparensen. Trots att åtgärder som var nödvändiga för minskad avdunstning och jämn värme- fördelning vid lång uppvärmningstid användes, så som vattenbad, övertäckning och magnetomrörning, sågs resultaten som otillfredsställande. Detta stod i kontrast till vad en tidigare studie föreslog om att långsam och homogen uppvärmning skulle minska grumligheten i gelen. Faktumet att effekten uteblev i våra försök stärker vikten av att experimentellt verifiera teoretiska antaganden vid praktisk tillämpning. Med ovanstående som grund, beslutades det att utesluta den längre uppvärmningsti- den ur den slutliga metoden, då det endast förlängde tillverkningsprocessen utan att tillföra värde. Det som istället visade sig vara det mest effektiva sättet för att förbättra transparensen av gelen var filtrering av gelblandningen innan stelning. Ge- nom användning av ett vanligt kaffefilter kunde partiklar som bidrog till grumlighet och lägre transparens avlägsnas, vilket gav en betydligt klarare gel. Ett praktiskt metodproblem som uppstod var att den 3D-printade uppvärmnings- behållaren var något för stor i förhållande till gelproverna. De tomma utrymmena fylldes med en liten mängd vatten för att säkerställa god kontakt mellan gel och värmande yta. Detta var nödvändigt för att uppnå jämn konduktiv uppvärmning. 25 5. Diskussion Det bör dock noteras att vattnet kan ha haft en viss effekt på värmefördelningen i fantomen, även om detta sannolikt inte påverkat de färgskiftningar som observerades. Sammanfattningsvis präglades metodutvecklingen av ett iterativt arbetssätt där olika alternativ prövades, utvärderades och därefter antingen uteslöts eller behölls beroende på resultat. Den slutliga metoden, med endast filtrering som modifikation, visade sig vara adekvat för att generera en tillräckligt optiskt transparent gel för användning i kombination med termokromisk färg. 5.2 Resultat De resultat som erhölls i detta arbetet påverkades av flera olika faktorer kopplade till både gelens egenskaper och den termokromiska färgen. Diskussionen nedan berör dessa faktorer och diskuterar det slutliga resultaten. 5.2.1 Gel Som nämnt ovan undersöktes flera olika varianter av originalreceptet för att kunna hitta ett sätt att förbättra den optiska genomskinligheten. Utöver originalreceptet framställdes även geler med längre uppvärmningstid och med filtrering efter tillverk- ning. Resultaten visade att filtreringen avsevärt förbättrade genomskinligheten av gelen (se figur 4.1), medan uppvärmning under längre tid hade marginell eller ingen mätbar effekt på genomskinligheten. I de filtrerade proverna blev en bieffekt dock att gelens stadga minskade från hög till medelhög, vilket i sin tur kan ha gjort att proverna vid vissa tillfällen inte stelnade helt och att de behöver hanteras med en viss försiktighet. En anledning till den minskade stadgan kan vara att en del av den gelbildande agaren avlägsnades under filtreringsprocessen eller att koncentrationen överlag för- ändrades. Detta är däremot en kompromiss som anses vara okej vid jämförelse med nyttan den filtrerade gelen bidrar med. Det är dock viktigt att notera att gelens dielektriska egenskaper inte påverkades av filtreringen i någon märkbar utsträckning. Detta innebär att gelen lämpar sig för tester med mikrovågshypertermi även efter filtrering. Alltså uppnås den förbättrade transparensen utan att kompromissa med de dielektriska egenskaperna av gelen som är centrala för dess användning i diverse tester och mätningar. De experimentella försöken att filtrering av gelen är en effektiv metod för hög transparens, men att detta kräver extra noggranna uppmätningar och justeringar av gelens sammansättning för att kunna säkerställa fullständig stelning samt tillräcklig stadga. Eftersom de dielektriska egenskaperna hos gelen bibehålls kan den filtrerade gelen med stor sannolikhet användas för sitt avsedda syfte. 26 5. Diskussion 5.2.2 Färg Den valda färgen, Atlanta Chemical(flytande), gick gradvis från en mörklila nyans vid temperaturer under 35 °C till en beige/vit färg vid 41-42 °C med en övergång på cirka 10 °C. Denna kalibrering av färgen gör att färgskalan blir ett användbart mått på hur temperaturfördelningen ser ut vid olika punkter i fantomgelen. Färgen övergår mellan olika nyanser på ett spann, och är alltså inte bara varken mörklila eller beige, utan det finns en övergång mellan dessa färger. Detta gör avläsningen något mer komplicerad eftersom färgen inte representerar en enskild, tydlig temperaturgräns, och därmed försvårar en exakt avgränsning mellan kallt och varmt. Samtidigt ger den graderade färgskalan ett mer nyanserat resultat då den gör det möjligt att avläsa flera olika temperaturer inom ett intervall med hjälp av en enda färgtyp. Färgen som används i detta arbete är av relativt låg kvalitet då den är billig och ej avsedd för detta ändamål. Trots detta visar den i kombination med vår genomskinliga fantomgel ett användbart och kalibrerat samband mellan färg och temperatur. Användning av en bättre lämpad, och mer högkvalitativ färg, som exempelvis kan skifta mellan fler färger än i nuläget, skulle kunna leda till en bättre temperaturverifiering. 5.2.3 Frågeställningar En central del av detta arbete har varit att undersöka hur gelens transparens påverkar användbarheten av termokromisk färg för temperaturverifiering. Detta kan direkt relateras till arbetets andra frågeställning: Går det att öka fantomgelens transparens, och hur påverkar detta möjligheten att använda termokromisk färg för temperatur- och områdesverifiering. De experimentella resultaten visar att transparensen hos fan- tomgelen avsevärt förbättrades genom modifiering av tillverkningsmetoden, framför allt genom filtreringen. Denna förbättring har haft en tydlig inverkan på möjligheten att använda termokromisk färg för visuell temperaturverifiering. I tidigare tester, där den opaka originalgelen användes, var det svårt att avläsa tydliga färgövergångar, vilket i sin tur försvårade möjligheten att kunna tolka temperaturfördelningen i fantomen på ett kvalitativt sätt. Man kunde se en viss förändring även i den opaka gelen men då det endast utvärderades på ett ungefärligt djup på två cm, kan man förstå att detta hade blivit ännu svårare och till slut omöjligt vid ett ökat djup. Detta visas tydligt i appendix A då väggen bakom gelblandningarna inte kan anas i den opaka gelen, men i den transparenta syns klart, detta på ett djup av 6 cm. Med den förbättrade genomskinligheten som uppnåddes efter filtrering kunde däremot både nyansförändringar och övergångar mellan färgerna observeras tydligt, vilket möjliggjorde en mycket mer exakt kalibrering och därmed tolkning av temperatur- fördelningen i fantomen. Detta bekräftar att transparensen är en kritisk faktor för användning av termokromisk färg i syfte att verifiera temperatur och verkansområde på ett tillförlitligt sätt. Den första frågeställningen rör i vilken grad termokromisk färg kan användas för att säkerställa korrekt temperatur och verkansområde vid mikrovågshypertermi. De genomförda testerna visar att färgen slår om inom ett tydligt temperaturområde(cirka 32-42 °C), vilket påvisar att den är lämpad att identifiera om fantomvävnaden upp- nått en viss temperatur inom ett terapeutiskt spann. Testerna som genomfördes 27 5. Diskussion vid kalibrering av färg (se avsnitt 3.2.2) visade även ett tydligt samband mellan temperatur och färg. Snittvariationen för intensiteten både inom och mellan två mät- tillfällen (10 respektive 20 enheter) är så pass stor att den bör kunna precis urskiljas visuellt, men kan sannolikt förklaras av en bristfällig färg och viss osäkerhet rörande temperaturprobernas placering. Principiellt möjliggörs en visuell bekräftelse av både temperatur och område för uppvärmning. Termokromisk färg kan alltså, i samband med en tillräckligt transparent gel, användas för att effektivt och enkelt verifiera tem- peratur och verkansområde, även om den visuella avläsningen har vissa begränsningar när det kommer till precision och tolkningsfrihet som diskuteras vidare i avsnitt 5.2.4. Den tredje frågeställningen innefattar hur noggrant temperaturskillnader kan visas i fantomgelen. I kalibreringen observerades att färgen skiftar i nyans i stället för stegvis vilket ger möjlighet att tolka övergångar snarare än absoluta trösklar. Med fastställd metod och tillgänglig termokromisk färg kan man argumentera för en upplösning på ±0.1C◦. Detta då proberna som använts visar temperatur i tiondelsgrad, och i kombination med de framtagna figurerna och graferna som illustrerar sambandet mellan uppmätt temperatur och färg, möjliggör detta en tillförlitlig korrelation mellan mätdata och den visuella temperaturfördelningen. 5.2.4 Felkällor Det finns ett flertal felkällor som kan ha påverkat resultaten av temperaturmätningen samt färgavläsningen. Temperatursensorerna som användes vid kalibreringen har en begränsad noggrannhet och kan vara avvikande i fall där sensorn inte sitter optimalt i gelen eller om en del av värmen strålas bort till omgivningen. En annan felkälla är möjliga variationer i fantomgelerna; varje fantomgel blandas manuellt vilket kan bidra med små variationer i ingrediensförhållandena. Det är även till viss del problematiskt att gelen förstörs vid uppvärmning, vilket leder till att en ny gel behöver blandas till varje nytt försök. Detta medför ökad resursförbrukning och tidsåtgång. Det är också problematiskt då det inte har kunnat genomföras flera tester på samma fantomgel, och detta kan i sin tur bidra till att vissa av resultaten skiljer sig ifrån varandra. I detta arbete gjordes testerna med ett försök till standardiserad ljuskälla, vilket är viktigt att förhålla sig till vid vidare tester. Då vissa skillnader i ljussättning ändå uppkom vid de repetitiva försöken, krävdes normalisering av dessa färgkurvor för att kunna jämföra dem med det tidigare resultatet. Sammantaget innebär dessa felkällor att sambandet mellan färg och verklig temperatur bör tolkas med noggrannhet och försiktighet, samt med medvetenhet om osäkerheterna för att försöka undvika dem i så stor grad som möjligt. 5.3 Vidareutveckling De resultat som framtagits i detta arbete utgör en grund för vidare utveckling av arbetet. Exempelvis hade bättre termokromiska pigment kunnat bidra till bättre tem- peraturverifiering. Genom användning av färg med tydligare kontraster och skarpare omslag vid olika temperaturer kan kalibreringen förbättras och detta kan därmed 28 5. Diskussion göra avläsningsprocessen säkrare. Arbetet påvisar även potentialen i att utföra tester med andra färgintegrationssätt, till exempel injicerad färg i olika punkter, vilket hade varit intressant för tester med mikrovågshypertermi. Om en termokromisk färg, som går från genomskinlig vid lägre temperaturer till färgad vid uppvärmning, hade införskaffats, skulle det även vara relevant att blanda den i hela fantomgelen. En sådan lösning hade möjliggjort selektiv visualisering av specifika, uppvärmda områden. För att möjliggöra skapande av större fantomer skulle även en mer optimal fil- treringsmetod behöva framställas. I arbetet användes flera kaffefilter för att filtrera gelen, detta visade sig fungera bra men endast för framställandet av en relativt liten mängd transparent gel. Anledningen till detta var att filtreringen gick långsamt, och vid sjunkande temperatur tjocknade gelblandningen, vilket gjorde att filtreringen upphörde snabbt. Om en mer anpassad filtrering hade framtagits hade det möjliggjort skapandet av större fantomer. Förslag på sådana filtreringsmetoder skulle kunna vara: större kaffefilter, anordning där gelblandningen inte sjunker i temperatur vid filtreringen eller en annan typ av filter som skulle kunna ha bättre filtreringsförmåga för just gelblandning. 29 5. Diskussion 30 6 Slutsatser Syftet med arbetet var att utvärdera om termokromisk färg kan användas för att i fullskalig och tidsupplöst verifiera mikrovågshypetermi, något som tidigare inte varit möjligt. Arbetet har lyckats påvisa att det är möjligt att implementera termokromisk färg i fantomvävnad och genom denna kunna tillföra en fullskalig och tidsupplöst verifikationsdata med en temperaturupplösning som uppskattas till ±0.1C◦. Arbetet utvärderade färgen i ett plan men detta är inte begränsande för metoden, utan formen och positionering av denna färg kan anpassas efter behov. Arbetet har även utvecklat en metod för att tillverka transparenta och repeterbara fantomvävnader som erhåller önskade dielektriska och mekaniska egenskaper. Denna nya, transparenta fatomgel har liknade egenskaper som en fantom tillverkad av den äldre metoden. Sammantaget så möjliggör detta en enkel, kostnadseffektivt och lättanvänt metod för tidsupplöst verifiering av temperatur och verksamhetsområde vid mikrovågshype- termi. 31 6. Slutsatser 32 Litteratur [1] M. Gustaver. A Chalmers University of Technology Master’s thesis template for LATEX. Unpublished. 2020. [2] World Health Organization. Cancer Fact Sheet. Accessed: 2025-02-13. 2025. url: https://www.who.int/news-room/fact-sheets/detail/cancer. [3] Salk Institute for Biological Studies. Inside Salk: Conquering Cancer. Accessed: 2025-02-13. 2018. url: https://www.salk.edu/wp-content/uploads/2018/ 05/InsideSalk-ConqueringCancer2018.pdf. [4] Cancer Research UK. Side Effects of Radiotherapy for Brain Tumours. Ac- cessed: 2025-02-13. 2025. url: https://www.cancerresearchuk.org/about- cancer/brain-tumours/treatment/radiotherapy/side-effects. [5] Pegah Takook. ”Optimising microwave hyperthermia antenna systems”. Ac- cessed: 2025-02-13. Diss. Göteborg, Sweden: Chalmers University of Techno- logy, 2018. isbn: 978-91-7597-684-6. url: https://research.chalmers.se/ publication/500259/file/500259_Fulltext.pdf. [6] Roberto Rossi m. fl. ”Heating technology for malignant tumors: a review”. I: International Journal of Hyperthermia 37.1 (2020). Accessed: 2025-02-13, s. 711–741. doi: 10.1080/02656736.2020.1779357. url: https://www. tandfonline.com/doi/full/10.1080/02656736.2020.1779357. [7] Martina T. Bevacqua m. fl. ”Field and Temperature Shaping for Microwave Hy- perthermia: Recent Treatment Planning Tools to Enhance SAR-Based Procedu- res”. I: Cancers 15.5 (2023). issn: 2072-6694. doi: 10.3390/cancers15051560. url: https://www.mdpi.com/2072-6694/15/5/1560. [8] Ali Dabbagh m. fl. ”Tissue-mimicking gel phantoms for thermal therapy studies”. I: Ultrasonic Imaging 36.4 (2014). Accessed: 2025-02-13, s. 291–316. doi: 10.1177/0161734614526372. url: https://journals.sagepub.com/doi/ 10.1177/0161734614526372. [9] Ayele H. Negussie m. fl. ”Thermochromic phantoms and paint to characterize and model image-guided thermal ablation and ablation devices: a review”. I: Journal of Materials Science: Composites 5.1 (2024), s. 1–15. doi: 10.1186/ s42252-023-00050-2. url: https://jmscomposites.springeropen.com/ articles/10.1186/s42252-023-00050-2. [10] Hana Dobšíček Trefná m. fl. ”Fat Tissue Equivalent Phantoms for Microwave Applications by Reinforcing Gelatin with Nanocellulose”. I: 2021 15th European Conference on Antennas and Propagation (EuCAP). Accessed: 2025-05-12. 2021. doi: 10.23919/EuCAP51087.2021.9411253. url: https://ieeexplore. ieee.org/document/9411253. 33 https://www.who.int/news-room/fact-sheets/detail/cancer https://www.salk.edu/wp-content/uploads/2018/05/InsideSalk-ConqueringCancer2018.pdf https://www.salk.edu/wp-content/uploads/2018/05/InsideSalk-ConqueringCancer2018.pdf https://www.cancerresearchuk.org/about-cancer/brain-tumours/treatment/radiotherapy/side-effects https://www.cancerresearchuk.org/about-cancer/brain-tumours/treatment/radiotherapy/side-effects https://research.chalmers.se/publication/500259/file/500259_Fulltext.pdf https://research.chalmers.se/publication/500259/file/500259_Fulltext.pdf https://doi.org/10.1080/02656736.2020.1779357 https://www.tandfonline.com/doi/full/10.1080/02656736.2020.1779357 https://www.tandfonline.com/doi/full/10.1080/02656736.2020.1779357 https://doi.org/10.3390/cancers15051560 https://www.mdpi.com/2072-6694/15/5/1560 https://doi.org/10.1177/0161734614526372 https://journals.sagepub.com/doi/10.1177/0161734614526372 https://journals.sagepub.com/doi/10.1177/0161734614526372 https://doi.org/10.1186/s42252-023-00050-2 https://doi.org/10.1186/s42252-023-00050-2 https://jmscomposites.springeropen.com/articles/10.1186/s42252-023-00050-2 https://jmscomposites.springeropen.com/articles/10.1186/s42252-023-00050-2 https://doi.org/10.23919/EuCAP51087.2021.9411253 https://ieeexplore.ieee.org/document/9411253 https://ieeexplore.ieee.org/document/9411253 Litteratur [11] Mattia De Lazzari m. fl. ”Design and Manufacture Procedures of Phantoms for Hyperthermia QA Guidelines”. I: 2023 17th European Conference on Antennas and Propagation (EuCAP). Accessed: 2025-05-12. 2023. doi: 10. 23919/EuCAP57121.2023.10133264. url: https://ieeexplore.ieee.org/ abstract/document/10133264. [12] Hana Dobšíček Trefná. Interview regarding phantom fabrication. Interview conducted by the author. Personal communication. April 2025. [13] David K. Cheng. Field and Wave Electromagnetics. 2nd. Pearson New Interna- tional Edition. Harlow, Essex, England: Pearson Education Limited, 2014. [14] N. Nasir och M. Al Ahmad. ”Cells Electrical Characterization: Dielectric Properties, Mixture, and Modeling Theories”. I: Journal of Engineering 2020 (2020). Accessed: 2025-03-21, s. 1–17. doi: 10.1155/2020/9475490. url: https://doi.org/10.1155/2020/9475490. [15] Daniel V. Schroeder. An Introduction to Thermal Physics. Reading, MA: Addison-Wesley, 2000. isbn: 9780201380279. [16] Meng Li. ”Ultrasound Optical Tomography using Spectral Hole Burning Filter”. Accessed: 2025-05-12. Examensarb. Lund University, 2020. url: https://www. researchgate.net/publication/336604329_Developing_a_technique_ for_combining_light_and_ultrasound_for_deep_tissue_imaging. [17] Mattia De Lazzari m. fl. ”Ethylcellulose-stabilized fat-tissue phantom for qua- lity assurance in clinical hyperthermia”. I: International Journal of Hypert- hermia (2023). Accessed: 2025-05-12. url: https://research.chalmers.se/ publication/535957/file/535957_Fulltext.pdf. 34 https://doi.org/10.23919/EuCAP57121.2023.10133264 https://doi.org/10.23919/EuCAP57121.2023.10133264 https://ieeexplore.ieee.org/abstract/document/10133264 https://ieeexplore.ieee.org/abstract/document/10133264 https://doi.org/10.1155/2020/9475490 https://doi.org/10.1155/2020/9475490 https://www.researchgate.net/publication/336604329_Developing_a_technique_for_combining_light_and_ultrasound_for_deep_tissue_imaging https://www.researchgate.net/publication/336604329_Developing_a_technique_for_combining_light_and_ultrasound_for_deep_tissue_imaging https://www.researchgate.net/publication/336604329_Developing_a_technique_for_combining_light_and_ultrasound_for_deep_tissue_imaging https://research.chalmers.se/publication/535957/file/535957_Fulltext.pdf https://research.chalmers.se/publication/535957/file/535957_Fulltext.pdf A Geltester I figur A.1 presenteras en översikt över de fantomer som tillverkats. Figur A.1: Tabell över olika fantomtester. I A. Geltester II B Pythonkod för dataanalys 1 #Main 2 import numpy as np 3 import cv2 4 import os as os 5 os. environ ["PATH"] += os. pathsep + r"C:\ Users\PC\ AppData \Local\ Programs \ MiKTeX \ miktex \bin\x64" # Remove if latex -path works fine 6 import pandas as pd 7 from scipy. interpolate import interp1d 8 import matplotlib . pyplot as plt 9 plt. rcParams . update ({ #Latex font to make figures fit better 10 "text. usetex ": True , 11 "font. family ": "serif", 12 "font.serif": [" Computer Modern "], 13 "font.size": 15, 14 "axes. labelsize ": 12, 15 "axes. titlesize ": 14, 16 "xtick. labelsize ": 10, 17 "ytick. labelsize ": 10, 18 " legend . fontsize ": 10, 19 " figure . titlesize ": 16, 20 }) 21 22 # Finding pixel coordinates (using code from Geeks4Geeks ). START OF CODE FROM Geeks4Geeks . 23 def click_event (event , x, y, flags , params ): 24 if event == cv2. EVENT_LBUTTONDOWN : 25 print(x, y) 26 font = cv2. FONT_HERSHEY_SIMPLEX 27 cv2. putText (img , f'{x},{y}', (x, y), font , 1, (255 , 0, 0), 2) 28 cv2. imshow ('image ', img) 29 30 if event == cv2. EVENT_RBUTTONDOWN : 31 print(x, y) 32 b, g, r = img[y, x] 33 font = cv2. FONT_HERSHEY_SIMPLEX 34 cv2. putText (img , f'{b},{g},{r}', (x, y), font , 1, (255 , 255, 0), 2) 35 cv2. imshow ('image ', img) 36 37 #Load image from path 38 image_path = r'C:\ Users\PC\ Desktop \ Bilder \240425 _2\ DSC04012 .JPG ' 39 image_path = os.path. abspath ( image_path ) III B. Pythonkod för dataanalys 40 img = cv2. imdecode (np. fromfile (image_path , dtype=np.uint8), cv2. IMREAD_COLOR ) 41 42 if img is None: 43 print(" Failed to load image. Check the file path.") 44 exit () 45 46 cv2. namedWindow ('image ', cv2. WINDOW_NORMAL ) 47 cv2. imshow ('image ', img) 48 cv2. setMouseCallback ('image ', click_event ) 49 cv2. waitKey (0) 50 cv2. destroyAllWindows () 51 #END OF CODE FROM Geeks4Geeks . 52 53 # Definitions 54 BGR = [] #Blue -Green -Red - values for each detector at each measurement 55 56 # Coordinates (x,y) for detectors 57 58 det1coords = [[2500 , 1380] , [2472 , 1366] , [2484 , 1335]] 59 60 det2coords = [[2369 , 1135] , [2369 , 1111] , [2356 , 1086]] 61 62 det3coords = [[2350 , 1086] , [2369 , 1104] , [2369 , 1124]] 63 64 # Access desired image folder 65 directory_path = r'C:\ Users\PC\ Desktop \ Bilder \240425 _2' 66 directory = os. fsencode ( directory_path ) 67 68 # Iterate over entries 69 for image in os. listdir ( directory_path ): 70 image_path = os.path.join( directory_path , os. fsdecode (image)) 71 img = cv2. imdecode (np. fromfile (image_path , dtype=np.uint8), cv2 . IMREAD_COLOR ) 72 73 # Detector 1 74 b1 = np. average ([ img[y, x, 0] for x, y in det1coords ]) 75 g1 = np. average ([ img[y, x, 1] for x, y in det1coords ]) 76 r1 = np. average ([ img[y, x, 2] for x, y in det1coords ]) 77 78 # Detector 2 79 b2 = np. average ([ img[y, x, 0] for x, y in det2coords ]) 80 g2 = np. average ([ img[y, x, 1] for x, y in det2coords ]) 81 r2 = np. average ([ img[y, x, 2] for x, y in det2coords ]) 82 83 # Detector 3 84 b3 = np. average ([ img[y, x, 0] for x, y in det3coords ]) 85 g3 = np. average ([ img[y, x, 1] for x, y in det3coords ]) 86 r3 = np. average ([ img[y, x, 2] for x, y in det3coords ]) 87 88 # Appending 89 BGR. append ([[b1 , g1 , r1], [b2 , g2 , r2], [b3 , g3 , r3 ]]) 90 91 BGR = np.array(BGR) 92 IV B. Pythonkod för dataanalys 93 # Thermometers must be read manually 94 temp = np.array ([]) # Temperatures for each detector at each measurement as a list of lists with 3 entries (T1 , T2 , T3) 95 96 # Trimming edge cases 97 BGR_trimmed = BGR [10: len(BGR) - 8] 98 temp_trimmed = temp [10: len(BGR) - 8] 99 100 # Define the output directory for csv 101 output_dir = r'C:\ Users\PC\ Desktop \Data ' 102 os. makedirs (output_dir , exist_ok =True) 103 104 # Looping over the 3 detectors 105 for d, det_label in enumerate ([" Detector 1", " Detector 2", " Detector 3"]): 106 fig , axs = plt. subplots (2, 3, figsize =(15 , 6)) 107 fig. suptitle (f'RGB mot Temperatur ', fontsize =16) 108 109 interp_funcs = [] #List for interpolated functions 110 111 #.csv data storage 112 csv_data = {'Temp ': []} 113 114 # Extracting relevant data , interpolating and plotting (rgb + gradient ) for each detector 115 for c, (channel , color) in enumerate (zip (['Blå', 'Grön', 'Röd' ], ['blue ', 'green ', 'red '])): # Iterating over c and the pair ( channel , color) 116 ax = axs [0, c] # Plotting for the current color 117 channel_vals = BGR_trimmed [:, d, c] # Extracting from detector d the color c (row) 118 temp_vals = temp_trimmed [:, d] # Extracting the temp for detector d (row) 119 120 # Removing duplicates by grouping and taking the mean to make interpolation possible 121 df = pd. DataFrame ({ 'temp ': temp_vals , 'val ': channel_vals }) 122 df = df. groupby ('temp ', as_index =False).mean () 123 124 #Store for .csv 125 csv_data ['Temp '] = df['temp ']. values 126 csv_data [ channel ] = df['val ']. values 127 128 # Interpolating 129 interp = interp1d (df['temp '], df['val '], kind='linear ', fill_value =" extrapolate ") 130 interp_funcs . append ( interp ) 131 132 # Plotting 133 temp_range = np. linspace (df['temp ']. min (), df['temp ']. max () , 200) 134 ax.plot(df['temp '], df['val '], 'o', label=f'{color.upper ()} Channel ', color=color) # Plotting the raw data 135 ax.plot(temp_range , interp ( temp_range ), '-', color=color) # Plotting the interpolated data 136 ax. set_title (f'{ channel } mot temperatur ') V B. Pythonkod för dataanalys 137 ax. set_xlabel ('Temperatur ') 138 ax. set_ylabel ('Intensitet ') 139 ax.grid(True) 140 141 #Save as .csv 142 csv_filename = os.path.join(output_dir , f" detector_ {d + 1} _data .csv") 143 pd. DataFrame ( csv_data ). to_csv ( csv_filename , index=False) 144 145 # Gradient 146 temp_grad = np. linspace (32, 42, 600) 147 148 # Interpolating gradient 149 b_vals = interp_funcs [0]( temp_grad ) 150 g_vals = interp_funcs [1]( temp_grad ) 151 r_vals = interp_funcs [2]( temp_grad ) 152 153 # Normalize 154 gradient = np.stack ([ r_vals , g_vals , b_vals ], axis =1) / 255.0 155 gradient = np.clip(gradient , 0, 1) 156 gradient = gradient . reshape (1, -1, 3) 157 158 # Plotting 159 ax_grad = axs [1, 1] 160 ax_grad . imshow ( gradient [:, ::, :], aspect ='auto ', 161 extent =[32 , 42, 0, 1]) # Reversing the gradient to reflect the observed shift 162 ax_grad . set_title ('Gradient (32 ÂřC till 42 ÂřC)') 163 ax_grad . set_yticks ([]) 164 ax_grad . set_xlabel ('Temperatur (ÂřC)') 165 ax_grad . set_xlim (32, 42) 166 axs [1, 0]. axis('off ') 167 axs [1, 2]. axis('off ') 168 169 plt. tight_layout (rect =[0, 0, 1, 0.95]) 170 plt.show () VI C Originalrecept på olika typer av gelar I figur C.1, C.2, C.2, C.4 och C.5 presenteras originalrecepten för olika typer av fantomgel. Figur C.1: Originalrecept för huvudfantom. Figur C.2: Originalrecept för vattenbolus. VII C. Originalrecept på olika typer av gelar Figur C.3: Originalrecept för hydrogel. Figur C.4: Originalrecept för fettfantom. Figur C.5: Originalrecept för muskelfantom. VIII INSTITUTIONEN FÃŰR MEKANIK OCH MARITIMA VETENSKAPER CHALMERS TEKNISKA HÃŰGSKOLA GÃűteborg, Sverige 2025 www.chalmers.se www.chalmers.se Akronymer Nomenklatur Figurer Tabeller Inledning Bakgrund Mätning av temperatur i fantom Syfte Problemformulering Avgränsningar Teori Dielektriska och termiska egenskaper Dielektriska egenskaper hos biologisk vävnad Termiska egenskaper hos biologisk vävnad Vävnadsfantomer Tidigare framtagna fantomer Användningsområden för fantomvävnad Metod Framställning av muskelfantomen Försök med längre omrörning och uppvärmning Lyckad metod med filtrering Studier av termokromisk muskelfantom Termokromiska färger Kalibrering av termokromisk muskelfantom Resultat Framställning av muskelfantom Muskelfantomens egenskaper Utvärdering av termokromisk färg i ny fantom Diskussion Metod Resultat Gel Färg Frågeställningar Felkällor Vidareutveckling Slutsatser Bibliography Geltester Pythonkod för dataanalys Originalrecept på olika typer av gelar