Elektromanyetik dalgaların biyolojik dokular üzerinde oluşturduğuetkilerin 5g akıllı gözlük ve esnek hipertermi aplikatör tasarımlarıyla incelenmesi
Investigation of the effects of electromagnetic waves on biological tissues by 5g smart glasses and flexible hyperthermia applicator designs
Yazar: MİRAÇ DİLRUBA GEYİKOĞLU
Danışman: PROF. DR. BÜLENT ÇAVUŞOĞLU ; DOÇ. DR. FATİH KABURCUK
Atatürk Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2020
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering
Dizin: 5G = Five-Generation Wireless Telephone Technology ; Anten dizileri = Antenna arrays ; Demet odaklama = Beam focusing ; Faz kayması = Phase shift

Özet:
Amaç: Çalışmanın birinci kısmı için üç-bantlı antenlerin, giyilebilir gözlükler ile kullanılması durumunda kafatası üzerinde oluşan etkilerinin incelenmesi, çalışmanın ikinci kısmı için kemik tümörlerinin hipertermiyle tedavisinde kullanılmak üzere esnek aplikatör tasarımlarının yapılması amaçlanmıştır.
Yöntem:  Akıllı gözlük çalışması için iki farklı anten prototipi ve 3-B gözlük prototipi tasarımı yapılarak, SAM ve VH kafa fantomları simülasyonlarda SAR1g ve SAR10g değerleri değerlendirilmiştir. Yarı sıvı jel kafa fantomu hazırlanarak, kızılötesi termografi yöntemi kullanılmış ve ortalama SAR değerleri analiz edilmiştir. Hipertermi tedavisi için esnek çift katmanlı katlamalı monopol (2,2-2,5/3,4-3,6 GHz) ve esnek CPW yama (2,6-2,8/4,4-4,6 GHz) anten olmak üzere iki farklı prototip tasarımı yapılmış, ışın demeti yönlendirme tekniği kullanılarak tümörlü doku üzerine doğru odaklanma yapılabilmesi için dizi elemanlarının uyartım özellikleri Güven Bölgesi Çerçevesi optimizasyon tekniği kullanılarak optimize edilmiştir. Optimizasyonu gerçekleştirmek için Matlab ve CST arasında VBA kodlama yardımıyla bir bağlantı kurulmuş ve MRI verilerinden CST'de gerçekçi bir kemik modeli oluşturulmuştur. Ayrıca ışın demeti yönlendirmesi için yeni bir diferansiyel faz kaydırıcısı sunulmuştur.
Bulgular: Wi-Fi ve 5G frekanslı (3,6 GHz, 3,8 GHz, 4,56 GHz ve 6 GHz) üç-bantlı antenlerin, giyilebilir gözlüklerle kullanılması durumunda gözlüğün koruyucu etkisinin olduğu ve 0,125W giriş gücünde standartlara uyduğu gözlemlenmiştir. Hipertermi uygulamasında esnek 1x4 anten dizisi ve tasarlanan diferansiyel faz kaydırıcı sayesinde tümörlü bölgenin 42-45 ℃ aralığına çıkması sağlanırken, sağlıklı dokunun sıcaklığı istenilen seviyelerde kalmıştır.
Sonuç: Akıllı gözlükler için tasarlanan antenlerdeki frekanslar için anten giriş güçlerinin sınırlandırılmasıyla üç-bantlı antenlerin güvenle kullanılabileceği sonuçlardan elde edilmektedir. Hipertermi simülasyon sonuçlarına göre anten uyartım özellikleri optimizasyon ile belirlendiğinde, tümö

Abstract:
Purpose: In the first stage of the study, the goal is to examine the effects of tri-band antennas on the head when used with wearable glasses and in the second stage of the study, the goal is to design a flexible applicator for the treatment of bone tumors for hyperthermia.
Method: By designing two different antenna prototypes and 3-D glasses prototypes for smart glasses, SAR1g and SAR10g values are evaluated in SAM and VH head phantoms simulations., the infrared thermography method is used, and the average SAR values are analyzed by preparing the semi-liquid gel head phantom. Two different prototypes are designed, a flexible double-layer monopole (2,2-2,5 / 3,4-3,6 GHz) and flexible CPW patch (2,6-2,8 / 4,4-4,6 GHz) antenna, for the treatment of hyperthermia. In order to focus accurately on the tumor tissue using the beamforming technique the excitation characteristics of the array elements are optimized using the Trust Region Framework optimization technique. To perform the optimization, a connection is established between Matlab and CST with the help of VBA coding, and a realistic bone model is created in CST from MRI data. A novel differential phase shifter is presented for beamforming.
Findings: It is observed that tri-band antennas with Wi-Fi and 5G frequencies (3,6 GHz, 3,8 GHz, 4,56 GHz, and 6 GHz), when used with wearable glasses, have a protective effect and suitable for the standards at 0,125W input power. The temperature of tumorous area is increased to the range of 42-45℃ in hyperthermia application, while the temperature of the healthy tissue remained at the desired level thanks to the flexible 1x4 antenna array and the designed differential phase shifter.
Results: For frequencies in antennas designed for smart glasses, it is obtained from the results that tri-band antenna can be used safely by limiting antenna input powers. According to the hyperthermia simulation results, when the antenna excitation properties are determined by optimization, it is observed that positive results can be obtained for the treatment of tumorous tissue.