Akciğer tümör tespiti için mikrodalga sistem tasarımı ve sistem başarımının benzetim yoluyla incelenmesi
Microwave system design for lung tumor detection and investigation of system performance by simulation
Yazar: MUSTAFA MUTLU
Danışman: DOÇ. DR. ÇETİN KURNAZ
Ondokuz Mayıs Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2021
Konu: Biyomühendislik = Bioengineering

Özet:
Bu çalışma temel olarak üç aşamadan oluşmaktadır. Birinci aşamada, dielektrik malzemesi bez ile PF-4, yama ve toprak kısmı iletken bez ile bir tarafı yapışkan bakır banttan oluşan, yaklaşık olarak 2-10 GHz frekansları arasında çalışan, dikdörtgen ve eliptik mikroşerit antenler tasarlanmıştır. CST Suite Studio programı kullanılarak benzetimi yapılan bu antenler, sonrasında gerçekleştirilmiş ve S11 değerleri, Network Analizörle test edilmiştir. Ayrıca antenlerin yankısız odada (anechoic chamber) ışıma desenleri çıkarılmıştır. İkinci aşamada, CST ortamında, göğüs modeli tasarlanmıştır. Alıcı ve verici olarak kullanılacak antenlerin göğüs modeline göre en uygun konumu belirlenmiştir. Üçüncü aşamada, akciğer içinde bulunacak şekilde tek ve çapları değişen tümör yerleştirilerek, bu tümörlerin alıcıda meydana gelen yansımaları kaydedilmiştir. İlave olarak sistemin birden çok tümöre (aynı çapta ve üç tümöre kadar) karşılık alıcıda ki yansımalar kaydedilmiştir. Göğüs modelinde alıcı ve verici anten için belirlenmiş olan en uygun konum dikkate alınarak, modelin Özgül Soğurulma Oranı (Specific Absorption Rates, SAR) analizi yapılmış, SAR'ın limit değerler altında olduğu uzaklık tespit edilmiş, göğüs modelinde yerleştirilen alıcı ve verici antenin uzaklığı belirlenmiştir. Göğüs modeli ile şartlarla aynı şartlar altında (alıcı ve verici antenin bulunduğu konum ve uzaklık) Voxel insan modeli kullanılarak alıcıda elde edilen işaretler kaydedilmiş ve ardından göğüs modeliyle karşılaştırılmıştır. Akciğere farklı çapta yerleştirilen tümörlere karşılık alıcıda elde edilen işaretlerin genlik ve zaman değerleri kullanılarak regresyon analizi yapılmış ve % 99.4'e varan doğrulukla tümör çapı tahmin edilmiştir. Çalışmanın son aşamasında ise, üç tane aynı ve farklı çapta tümörün, belirli bir alan içinde konumları değiştirilerek konuma bağlı analizler yapılmıştır.

Abstract:
This study mainly consists of three stages. In the first stage, rectangular and elliptical microstrip antennas operating at approximately 2-10 GHz frequencies, which consist of dielectric material cloth, PF-4, patch, cloth that is conductive on the ground part, copper tape that is adhesive on one side, are designed. These antennas, which were simulated using the CST Suite Studio program, were later realized, and their S11 values were tested with the Network Analyzer. In addition, the radiation patterns of the antennas in the anechoic chamber were determined. In the second stage, the chest model was designed in the CST environment. The most convenient position of the receiving and transmitting antennas were determined according to the chest model. In the third stage, the single tumors with varying diameters were placed in the lung, and the reflections of these tumors in the recipient were recorded. In addition, reflections of the system at the recipient in response to multiple tumors (up to three tumors of the same diameter) were recorded. The Specific Absorption Rates (SAR) analysis of the model was carried out by considering the optimal position determined for the receiving and transmitting antenna in the chest model, the distance where the SAR was below the limit values was determined, and the distance of the receiving and transmitting antenna placed in the chest model was determined. Under the same conditions as the chest model (the location and distance of the receiving and transmitting antennas), the Voxel human model was used, and the signals obtained from the receiver were recorded and compared with the chest model. Regression analysis was performed using the amplitude and time values of the markers in the recipient in response to tumors placed in the lung of different diameters, and tumor diameter was estimated with up to 99.4% accuracy. In the last stage of the study, location-dependent analyzes were performed by changing the positions of three tumors of the same and different diameters within a particular area.