Vücut içi haberleşmenin iletim hattı modeli ile incelenmesi
Investigation of the intrabody communication through the transmission line model
Yazar: KAYHAN ATEŞ
Danışman: PROF. DR. ŞÜKRÜ ÖZEN
Akdeniz Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2019
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering

Özet:
Teknolojinin gelişmesi ile birlikte, insan vücudu iletim hattı şeklinde modellenerek elektriksel veri sinyallerinin hava yerine dokuda iletilmesine olanak sağlanmıştır. Bu durum, ilgilenilen dokunun farklı frekanslardaki elektriksel ve fizyolojik özelliklerine bağlıdır ve vücut içi haberleşme olarak adlandırılmaktadır. Vücut içi haberleşme, problem senaryosunun tanımına göre farksal bağlaşımlı ve sığa bağlaşımlı olmak üzere iki ana alt başlığa ayrılmaktadır. 

Bu tez çalışmasında, farksal bağlaşımlı vücut içi haberleşme konusu hesaplamalı mühendislik yaklaşımları sayesinde hem analitik hem de nümerik yöntemlerle incelenmiştir. Analitik yöntemlerle gerçekleştirilen çalışmalarda, deri katmanının iletim hattı modeli incelenmiştir ve buna bağlı olarak sinyalin devre modelindeki davranışı ele alınmıştır. Nümerik analizler için sonlu elemanlar yöntemini temel alan simülasyonlar ve iletim hattının zaman düzleminde sonlu farklar yöntemi ile çözümü yapılmıştır. İncelemeler sırasıyla 1 MHz, 10 MHz ve 21 MHz frekanslarında gerçekleştirilmiştir. Zaman düzleminde sonlu farklar yöntemi tabanlı incelemeler sonucunda, sinyal iletiminin frekans ve doku parametrelerine bağlı olduğu gözlenmiştir. Sonlu elemanlar yöntemi tabanlı simülasyonlar sayesinde, araştırmacılar tarafından karşılaşılabilecek farklı durumlar ele alınmıştır. Doku modeli olarak çok katmanlı silindirik kol modeli incelenmiştir ve sırasıyla deri, yağ, kas, sert kemik ve süngerimsi kemik olarak modellenmiştir. Söz konusu simülasyonlar, dokuda gözlenen sinyal davranışının farklı frekanslarda farklı sonuçlara sebep olduğunu göstermiştir ve ortamın elektriksel özellikleri ile ilişkilendirilmiştir. 1 MHz, 10 MHz ve 21 MHz frekansındaki kaynak sinyaline sahip sonuçlar karşılaştırıldığında; dokuların elektriksel özelliklerinin ilgilenilen frekanslardaki eğiliminin farklı olduğu, bunun sonucunda da hem sinyalin davranışının hem de iletim hattı modelinin değiştiği gözlenmiştir.

Abstract:
With the development of technology, human body have been modelled as a transmission line and the electrical signals can be transmitted through the tissue instead of air. This case depends on electrical and physiological properties of interested tissue and titled as intrabody communication. Intrabody communication is divided into two main topics, which are capacitive coupling and galvanic coupling, according to the definition of the problem scenario. 

In this thesis, galvanic coupled intrabody communication has been studied by analytical and numerical methods due to the computational engineering approximations. In the studies performed with analytical methods, transmission line model of the skin layer has been investigated and accordingly, behaviour of the signal in circuit model has been discussed. Finite element method based simulations and finite difference time domain based solutions of the transmission line have been carried out for numerical analyses. Investigations have been performed at 1 MHz, 10 MHz and 21 MHz, respectively. As a result of the finite difference time domain method based investigations, it was observed that signal transmission depends on frequency and tissue parameters. Different circumstances that may be encountered by researchers are discussed in virtue of finite element method based simulations. Multi-layered cylindrical arm model has been examined as the tissue model and modelled as skin, fat, muscle, cortical bone, cancellous bone, respectively. Mentioned simulations showed that the signal behaviour observed in the tissue caused different results at various frequencies and it was related with the electrical properties of media. When the source signals at 1 MHz, 10 MHz and 21 MHz results have been compared, it was observed that the bias of the electrical properties of the tissues have been differed at the interested frequencies, and consequently, it was observed that both behaviour of the signal and the transmission line model have been varied.