Kalp rahatsızlığı parametrelerinin tespitine yönelik bir verici mikroşerit anten tasarımı ve uygulaması
A transmitter microstrip antenna design and application towards the detection of heart disease parameters
Yazar: RABİA TOP
Danışman: YRD. DOÇ. DR. SEYFETTİN SİNAN GÜLTEKİN
Selçuk Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2017
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering
Dizin: Biyomedikal uygulamalar = Biomedical applications ; Mikrodalga frekans = microwave frequence ; Mikroşerit antenler = Microstrip antennas ; Yarık anten = Slot antenna ; Çoklu frekans = Multifrequency ; Şerit antenler = Strip antennas

Özet:
Gelişen teknoloji ile birlikte iletişim sektörü uygulamaları hız kazanmıştır. Bu uygulamaların farklı bilim dalları ile entegrasyonu aynı hızda devam etmekte ve önem kazanmaktadır. Haberleşmede, uzay araçlarında ve çeşitli iletişim uygulamalarında birçok avantajı göz önüne alınarak kullanılan mikroşerit anten yapıları tıbbi alan uygulamalarına da hızla entegre olmuştur. Özellikle biyomedikal alanda tercih edilen mikroşerit anten yapıları vücut içi, vücut yüzeyi ve vücut uzağı gibi alanlarda uygulamaları görülmektedir. Çalışılan bu alanlarda antenler, tespit, teşhis, görüntüleme, ölçüm değerlerini iletme vb. birçok amaçlar için kullanılmaktadır. Çalışmaların ortak özellikleri mikroşerit anten yapılarının sınırsız tasarım olanağıdır. Bu ise birden fazla çeşitte tasarlanabilen yapıya sahip, yama tipleri, toprak düzlemleri ve taban malzemeleridir. Mikroşerit antenlerin bu çeşitli yapıya sahip tasarımlarının her biri, farklı ve çoklu frekanslarda ve uygun bandgenişliklerine sahip uygulamalara olanak sağlamaktadır.
Biyomedikal alandaki çalışmaların önemli sayılabilecek anten uygulamaları ise kalp rahatsızlıklarıdır. Kalp rahatsızlıklarının en önemli nedenlerinden biri olan kalp damar tıkanıklığı, kalbi besleyen koroner arter damarlarının tıkanması sonucunda kalp krizi, ritim bozukluğu vb. gibi acil müdahale gerektirecek ya da ani ölümlere sebebiyet verecek ciddi sorunlara sebebiyet verebilmektedir. Kalp damar tıkanıklığını belirlemede yaygın olarak kullanılan metot ise anjiyo yöntemidir. Yani cerrahi bir müdahale gerekmektedir. Bunun dışında kan damarlarına ilaç verilerek tomografi görüntülemesi yapılabilmektedir. Ancak bu yöntemde de yüksek frekanslara maruz kalma söz konusudur ve mecbur kalınmadıkça tercih edilmemektedir. Tez çalışmasının da konusu olan kalp damar tıkanıklığının tespit edilebilmesinin, söz konusu tıkanıklığın belirlenebilmesi probleminin çözümüne hastaya hiçbir müdahale olmaksızın çözüm getirebilmeyi amaçlamıştır.
Çalışma için bir kalp ve damar modeli oluşturularak, damarın tıkanık ve tıkanık olmama durumunu tasarlanan verici anten ile kalp ve damar modeline gönderilen sinyalin geri yansıyan elektriksel parametrelerine bakılarak tespit edilmeye çalışılmıştır. Tasarımlar göğüs yapısı ve kalp organından ibaret olan vücut dokusu yüzeyinde ve içinde olacak biçimde öngörülerek simüle edilmiştir. Simülasyonlar, deri, yağ, kas ve kalp dokularının elektriksel özellikleri simülasyonların gerçekleştirildiği HFSS (High Frequency Structural Simulator) programına tanımlanarak yapılmıştır. Buna yönelik çok sayıda simülasyon, farklı yama şekillerindeki ve frekanslardaki verici antenler için denenmiş, elde edilen iyi sonuçlu antenler üretilmiştir. Üretilen antenlerin ölçümü için hazırlanan deney düzeneği, kalp ve damar modelini temsil eden yapı ve deri, solüsyonlarının hazırlandığı deri, yağ, kas ve kalp dokusunu temsil eden yapıdan ibarettir. 
Deney düzeneği yapısında kullanılan ve tasarımları ve üretimleri yapılan antenlerden alınan elektriksel ölçüm sonuçlarının iyi sonuçlar olması ve simülasyon sonuçlarına da bu değerlere yakın olması, tıkanıklık tespiti için mikkroşerit antenlerin kullanılabileceğini gösterilmiştir.

Abstract:
With the developing technology, communication sector applications have gained speed. Integration of these applications with different branches of science continues and gains importance at the same pace. The microstrip antenna structures that are used in communication, space vehicles and various communication applications are rapidly integrated into medical field applications. Especially, microstrip antennas which are preferred in biomedical field are studied in areas such as in-body, on-body and off-body. In these fields, antennas are used to detect, diagnose, display, transmit measurement values, and so on. It is used for many purposes. The common features of the studies are the unlimited design possibilities of microstrip antenna structures. This is a patch type, ground planes and substate materials with a structure that can be designed in more than one kind. Each of these various structured designs of microstrip antennas allows for applications with different and multiple frequencies and suitable bandwidths.
The antenna applications that can be considered important in the studies in the biomedical area are heart disorders. One of the most important causes of heart diseases is cardiovascular occlusion, coronary artery vessels that feed heart, resulting in heart attack, rhythm disturbance and so on. Such as the need for immediate intervention or sudden deaths will cause occurrence of serious problems. When cardiovascular disease is examined, angiography is still the most widely used and most accurate method. So a surgical intervention is needed. Tomography imaging can be done by administering drugs to the blood vessels, but because they are exposed to very high frequencies, they are not preferred unless they are required. Detection of cardiovascular occlusion, which is also the subject of the thesis work, is aimed at removing the mentioned problem.
For the study, a cardiac and arterial model was established and the vessel was blocked and unblocked by trying to determine the reflected electrical parameters of the signal transmitted by the designed transmitter antenna. The designs are simulated by foreshortening on and on the surface of the body tissue, which consists of the chest structure and the heart tissue. The simulations were carried out by defining the electrical properties of skin, fat, muscle and heart tissues and the HFSS (High Frequency Structural Simulator) program in which simulations were performed. Numerous simulations of this have been conducted for transmit antennas of different patch shapes and frequencies, and the resulting well-produced antenna has been produced. The produced antennas were made using the solutions of tissues present in the prescription.
Considering the electrical measurements obtained from the designs and productions of the antennas, it can be said that the results are very close to the results obtained by the simulation and successful results are obtained for the congestion detection.