Biyomedikal telemetri sistemleri için biyouyumlu implant anten tasarımı
Biocompatible implantable antenna design in mics band for biomedical telemetry systems
Yazar: EMRE SELÇUK DEMİR
Danışman: DOÇ. DR. MERİH PALANDÖKEN
İzmir Katip Çelebi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Elektrik ve Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2021
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering

Özet:
Son zamanlarda medikal cihaz teknolojisinde meydana gelen gelişmeler, biyotelemetri sistemlerinin kullanım alanının artmasına ve bunun sonucu olarak ise biyotelemetri cihazlarının gelişimi sağlamıştır. Biyotelemetri sistemlerindeki temel amaç insan vücudundan hayati verilerin toplanıp kablosuz olarak bir sisteme aktarılması ile hasta takibinin yapılmasını sağlarken, doktorlara hastalık teşhis ve tedavisinde de fayda sağlamaktadır. Biyotelemetri sistemlerinin en önemli bileşenlerden olan anten, biyotelemetri verilerinin harici bir sisteme kablosuz olarak aktarılması işlevini üstlenmektedir. Biyotelemetri sistemin minimal boyutlara sahip olması son derece önemli bir rol oynamaktadır. Bu hedef doğrultusunda biyotelemetri sistemlerinde küçük hacimli, düşük kayıplı, düşük maliyetli, düşük saçılma karakteristiğine sahip olan ve imalatı kolay olan mikroşerit yama antenler biyotelemetri sistemlerde tercih edilebilecek en ideal yapılardır. Ayrıca biyotelemetri sistemlerinde kullanılan implant anten yapıları bahsi geçen tüm özelliklere ek olarak düşük güç tüketimine sahip olan belirlenen uluslararası standartlara uygun seviyede özgül soğurma oranını (SAR) doklarda sağlamalıdır. Tüm bunlara ek olarak tasarlanacak implant antenler, medikal uygulamalar için tahsis edilen MICS ve/veya ISM bantlarında çalışacak şekilde tasarlanmalıdır. Bu tez çalışması içerisinde, biyotelemetri uygulamalarında kullanılmak üzere iki temel biyoimplant anten tasarımı ve bu iki yapıya ait çeşitli düzenlemelerin yapıldığı dokuz farklı versiyona yer verilmiştir. Önerilen bu iki temel biyoimplant anten, insan dokularının elektriksel özelliklerini taşıyan materyaller içerisinde ve uluslararası kuruluşlar tarafından belirlenen MICS bandında çalışacak şekilde tasarlanmıştır. Tasarlanan biyoimplant antenler küçük boyutlu olmaları ve MICS bandındaki ışıma performanslarıyla literatüre göre ön plana çıkmaktadır. Antenlerin tasarımları ve simülasyonları sayısal hesaplama programı kullanılarak gerçekleştirilmiştir. Prototip üretimleri gerçekleştirilen antenlere ait deri taklit sıvısı/jeli içerisindeki ölçüm sonuçları simülasyon sonuçları ile kıyaslandığında oldukça benzer hatta bazı sonuçların neredeyse birebir olduğu gözlemlenmiştir.

Abstract:
The developments in medical device technology in the last few years have increased the usage area of biotelemetry systems and consequently biotelemetry devices have become more developed. The main purpose of biotelemetry systems is to collect vital values from the human body and transfer them to a system located far away, while providing patient follow-up, it also helps doctors to diagnose and treat disease. The antenna, which is one of the most important components in biotelemetry systems, enables the transfer of biotelemetry data to an external system wirelessly. The minimal dimensions of the biotelemetry system play a vital role. In line with this goal, microstrip patch antennas with small volume, low loss, low cost, low scattering characteristics and easy to fabricate are the best antenna types in biotelemetry systems. In addition, implant antenna structures used in biotelemetry systems should have low power consumption and specific absorption rate (SAR) in accordance with the international standard in addition to all the mentioned features. In addition, the implant antennas to be designed should be designed to operate on MICS and / or ISM bands allocated for medical applications. In this thesis, two basic bioimplant antenna designs and nine different versions of these two structures have been made to be used in biotelemetry applications. These two proposed bioimplant antennas are designed to operate within the materials that have dielectric properties of human tissues and in the MICS band determined by international organizations. The designed bioimplant antennas come to the forefront according to the literature with their small size and radiation performance in the MICS band. Antenna designs and simulations were carried out using the CST Microwave Studio program. In addition, it has been observed that the measurement results in the air and human skin mimicking liquid / gel of the antenna manufactured are quite similar to those obtained in simulations.