Σχεδίαση Κεραίας για Μικροκυματική Θερμοκατάλυση με τη Μέθοδο Taguchi
Creators: name: Βάβαλος, Παναγιώτης Ζαφειρίου
Publisher: name: Aristotle University of Thessaloniki
Year: 2019
Subjects: Κεραία
Μικροκυματική Θερμοκατάλυση
Μέθοδος Taguchi
Antenna
Microwave Ablation
Taguchi Method

description: Σκοπός της εκπόνησης της διπλωματικής εργασίας ήταν η βελτιστοποιήση της χρησιμοποιούμενης κεραίας στην τεχνική της μικροκυματικής θερμικής κατάλυσης, όταν επιλέγεται ως βασική ή παρηγορητική θεραπεία σε κάποιες μορφές καρκίνου. Πιο συγκεκριμένα, έγινε μελέτη της κεραίας με στόχο τον προσδιορισμό των παραμέτρων που οδηγούν στην καλύτερη απόδοσή της. Για τη μικροκυματική θερμοκατάλυση ως κεραία χρησιμοποιείται ένα ομοαξονικό καλώδιο, στο οποίο δημιουργείται σχισμή για την εκμπομπή της ηλεκτρομαγνητικής ενέργειας που θα απορροφηθεί από τα μόρια του νερού του βιολογικού ιστού, των οποίων η ταλάντωση θα προκαλέσει ραγδαία αύξηση της τοπικής θερμοκρασίας. Η τελευταία οδηγεί σε πλήρη κατάλυση των κυττάρων της περιοχής αυτής, η οποία αποτελεί την περιοχή του καρκινικού όγκου. Στη συγκεκριμένη εργασία επιλέχθηκε ένα ομοαξονικό καλώδιο, στο οποίο έχουν χαραχτεί δύο σχισμές, μια τεχνική που οδηγεί σε μείωση της περιοχής όπου παρατηρείται η μέγιστη απορρόφηση ακτινοβολίας και επομένως της περιοχής της αύξησης της θερμοκρασίας. Μία τέτοια μείωση βοηθά στον καλύτερο έλεγχο της περιοχής θεραπείας και στην αύξηση της αποτελεσματικότητάς της. Αφού βεβαιώθηκε πως η κεραία είχε την επιθυμητή λειτουργία, έγινε μελέτη διαφόρων χαρακτηριστικών της στους τέσσερις τύπους ιστών που χρησιμοποιείται η συγκεκριμένη μορφή θεραπείας, με τη βοήθεια της μεθόδου Taguchi. Από τα αποτελέσματα της στατιστικής μελέτης βρέθηκε η κεραία με την καλύτερη απόδοση και μελετήθηκε η επίδρασή της σε βιολογικούς ιστούς σε επίπεδο προσομοιώσεων. Η γραπτή ανάλυση χωρίζεται σε δύο μέρη, όπου στο πρώτο γίνεται η θεωρητική εισαγωγή, με περιγραφή της μικροκυματικής θερμικής κατάλυσης, των πλεκονεκτημάτων και μειονεκτημάτων που έχει ως θεραπεία καρκίνου, καθώς και ο τρόπος προσομοίωσής της, μαζί με τις αιτίες που δημιουργούν αποκλίσεις από τα αποτελέσματα μιας πραγματικής διαδικασίας θερμικής κατάλυσης. Έπειτα γίνεται μια σύντομη περιγραφή των μεθόδων Taguchi, που χρησιμοποιούνται στην ανάλυση των αποτελεσμάτων των προσομοιώσεων της εργασίας, ενώ στο τέλος γίνεται περιγραφή των καρκίνων για τους οποίους μπορεί να επιλεχθεί ως θεραπεία η μικροκυματική θερμική κατάλυση. Το δεύτερο μέρος αποτελείται από την περιγραφή της διαδικασίας και της αριθμητικής ανάλυσης που ακολουθήθηκαν για την ολοκλήρωση της εργασίας, καθώς και δύο πρόσθετων τμημάτων, όπου μελετήθηκε η επίδραση της βέτλιστης κεραίας που προτάθηκε στην αύξηση της θερμοκρασίας σε υγιείς και σε καρκινικούς ιστούς
description: The purpose of this thesis was to optimize the antenna used in the microwave thermal ablation, when it’s used as a basic or palliative treatment for some forms of cancer. More specifically, a research was done to find out the parameters, with whom, the antenna has better performance. At the microwave ablation, a coaxial cable is used as an antenna, which has a slot for the radiation of the electromagnetic field, which will be later absorbed by the molecules of the water of the tissue, the oscillation of which will cause a rapid increase of the local temperature. That leads to a complete ablation of the cells in this region, which is the area of the cancerous tumor. In this research, a double slot coaxial cable was used, which results in a smaller area of maximum absorption of the electromagnetic energy than the area that is created by a coaxial cable with one slot. This can help for a better control of the area of treatment and for the increase of its effectiveness. When it was confirmed that the antenna was working as it was planned, the main part of the research started, in which double-slot antennas with different characteristics were used in simulations of microwave ablation at parts of such kinds of tissues, in which MWA is used as a cancer therapy. After the analysis of the results, the best double slot antenna was found and then some simulations concerning the increase of the temperature in the tissues caused by this antenna were done. The description is divided in two parts. At the first one, the microwave ablation is described, along with the advantages and disadvantages that it presents as a cancer therapy. Also, it is sawn how a simulation of a MWA can be done as well as the reasons for which differences from the results of a real MWA exist. After that, there is a short description of the Taguchi methods, which are used in the analysis of the results of the simulations and in the end there is a description of the types of cancer for which microwave thermal ablation can be chosen as a treatment. The second part consists of a full description of the procedure that was done in this research, with two additional sections, in which the antenna that was selected in simulations of MWA in healthy tissues and in tissues with cancerous tumors was studied